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工業(yè)交換機的熱設計

2017-6-14 14:24:52

由于過(guò)高溫度對工業(yè)交換機的影響是致命的,所以在設計工業(yè)交換機這類(lèi)產(chǎn)品時(shí),除了設備的元器件要選擇寬溫度范圍的工業(yè)級元器件外,更要充分重視設備的熱設計。
工業(yè)交換機
電子產(chǎn)品的熱設計主要包括散熱、加裝散熱器和制冷三類(lèi)技術(shù),這里主要討論工業(yè)交換機設備中的散熱技術(shù)和加裝散熱器技術(shù)。
(一)散熱應用中常采用的方法
第一種是傳導散熱方法,可選用導熱系數大的材料來(lái)制造傳熱元件,或減小接觸熱阻并盡量縮短熱路徑。
第二種是對流散熱方式,對流散熱方式有自然對流散熱和強迫對流散熱兩種方法。自然對流散熱應注意以下幾點(diǎn):設計印制板和元器件時(shí)必須留出多余空間;安排元器件時(shí),應注意溫度場(chǎng)的合理分布;充分重視應用煙囪撥風(fēng)原理;加大與對流介質(zhì)的接觸面積。強迫對流散熱方式可采用風(fēng)機(如計算機上的風(fēng)扇)或雙輸入口推拉方式(如帶換熱器的推拉方式)。
第三種是利用熱輻射特性方式,可以采用加大發(fā)熱體表面的粗糙度、加大輻射體周?chē)沫h(huán)境溫差,或加大輻射體表面的面積等方法。

(二)加裝散熱器
工業(yè)交換機設備在熱設計中,最常采用的方法是加裝散熱器,其目的是控制半導體的溫度,尤其是結溫Tj,使其低于半導體器件的最大結溫Tjmax,從而提高半導體器件的可靠性。半導體器件和散熱器安裝在一起工作時(shí)包含:半導體器件內熱阻RTj、結溫Tj、殼溫Tc、散熱器溫度Tf、環(huán)境溫度Ta及半導體器件的使用功率Pc。散熱器的熱阻RTf應為:RTf=(RTj-Ta)/Pc-RTj-RTc散熱器熱阻RTf是選擇散熱器的主要依據。Tj、RTj是半導體器件提供的參數,Pc是設計要求的參數,RTc可以從熱設計專(zhuān)業(yè)書(shū)籍中查到。下面介紹一下散熱器的選擇。

1.自然冷卻散熱器的選擇
首先計算總熱阻RT和散熱器的熱阻RTf,即:RT=(Tjmax-Ta)/PcRTf=RT-RTj-RT。算出RT和RTf之后,可根據RTf和Pc來(lái)選擇散熱器。選擇時(shí),根據所選散熱RTf和Pc曲線(xiàn),在橫坐標上查出已知Pc,再查出與Pc對應的散熱器的熱阻R'Tf。按照R'Tf≤RTf的原則,選擇合理的散熱器即可。
2.強迫風(fēng)冷散熱器的選擇
強迫風(fēng)冷散熱器在選擇時(shí)應根據散熱器的熱阻RTf和風(fēng)速來(lái)選擇合適的散熱器。
3.散熱風(fēng)扇的設計
普通商用交換機的風(fēng)扇,工作一直處于全速(FullSPD)狀態(tài),除其造成電能浪費、增大整機噪音外,還會(huì )增加不必要的電源發(fā)熱,機箱內灰塵過(guò)多堆積等。更重要的是風(fēng)扇在全速狀態(tài)時(shí)其壽命約為2萬(wàn)小時(shí),也就是2.28年(由SANYOFANDATASHEET給出的數據),2萬(wàn)小時(shí)后風(fēng)扇轉速會(huì )逐漸下降,給整機帶來(lái)不穩定因素。但由于沒(méi)有監控單元,這種隱患很難發(fā)現:例如當工業(yè)交換機丟包率逐漸上升時(shí),并不容易查到是由于風(fēng)扇老化轉速降低及灰塵堆積太厚導致機箱內關(guān)鍵部件溫度升高所致。
工業(yè)交換機應使用高速(HighSPD)風(fēng)扇并帶有智能監控電路,實(shí)時(shí)監測和控制網(wǎng)絡(luò )交換機的運行狀況,例如監控機箱風(fēng)扇、主交換芯片溫度、機箱溫度,光收發(fā)器件溫度等,這也就是我們所說(shuō)的“智能風(fēng)扇。
工業(yè)交換機工作過(guò)程中智能監控電路會(huì )根據被測元件的溫度或風(fēng)扇轉速信號自動(dòng)調節風(fēng)扇轉速,給網(wǎng)絡(luò )交換機散熱。風(fēng)扇的轉速主要與交換機負載和環(huán)境溫度有關(guān)。在環(huán)境溫度一定時(shí),當工業(yè)交換機數據負載減輕時(shí),功耗減小,風(fēng)扇轉速自動(dòng)降低,當工業(yè)交換機數據負載加重時(shí),功耗加大,風(fēng)扇速轉速自動(dòng)上升。在數據負載一定的情況下,當工業(yè)交換機處在低溫環(huán)境時(shí),風(fēng)扇轉速自動(dòng)降低,處在高溫環(huán)境時(shí)風(fēng)扇轉速自動(dòng)升高。在高溫高負載情況下,風(fēng)扇可處在應急高速(HighSPD)狀態(tài),比全速(FullSPD)狀態(tài)更能保證網(wǎng)絡(luò )安全運行。
4.智能風(fēng)扇控制器運行特性
采用智能風(fēng)扇控制技術(shù)后可延長(cháng)風(fēng)扇壽命,減少機內灰塵堆積、降低風(fēng)扇噪聲,節約電量使用,保證系統有效工作。另外控制器不僅能對風(fēng)扇失效停轉、溫度超過(guò)警戒線(xiàn)提供報警,而且對于由于老化或風(fēng)道阻力異常增大、轉速低于正常值或監測點(diǎn)溫度異常升高等前期隱患均能給出相應的中英文語(yǔ)音提示,方便網(wǎng)絡(luò )管理人員將事故消滅在萌芽階段。


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