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您所不知的PXI/PXI Express系统散热设计的秘诀

信息时间:2012-07-09 信息来源:西部工控网

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      PXI/PXIe系统是追求稳定度与严苛环境的量测与自动化测试系统的最佳平台。系统散热的设计,对于系统的稳定度扮演重要的角色,包含风流与流场的规划,该如何避免气流通道吸入不必要的热源?如何将散热孔在安规的限制下取得极大化的平衡;如何配置风扇,以取得风扇最佳性能?以及如何规划电源供应模块的空间配置,以提供独立的流场?以上种种,都会是影响PXI/PXIe系统散热的要素。本文将带您一窥系统散热设计的秘诀,以挑选最适合的PXI/PXIe系统。

      PXI/PXIe系统设计的限制

      PXI/PXIe机箱的设计首要考虑PXI/PXIe模块配置的方向。模块插卡的方向会直接影响风流的走向。一般市场上最常见的是以4U高的PXI/PXIe机箱,搭载3U PXI/PXIe模块卡片,卡片大多是直立式插放配置于4U PXI/PXIe机箱中。在如此有限的空间下,散热的设计,以保持系统的稳定度,是系统设计者的一大挑战。

      风扇配置的考虑

      一般说来,PXI/PXIe机箱风扇配置的位置有两种,分别为“下方式”或“后方式”。传统风扇大多配置于机箱的下方,然而配置于机箱的下方,容易造成风流分布的不均匀,影响系统整体的散热质量。例如两组风扇中间的插槽的温度,就可能因为风流不平均的缘故,温度因而高于其他插槽(见图一)。如此一来将不利于系统的规划与配置。因而将风扇配置于后机箱后方的新型设计应运而生,风扇配置于机箱后方的设计,可带来平均的风流,改善温度不均匀的问题。(见图二)

      图一:将风扇配置于机箱下方,两风扇间的风流因为受到阻隔,无法提供平均的风流。

      图二:将风扇配置于机箱后方,可增加风速,并提供平均的风流。

      然而,将风扇配置于机箱后方,仍然有不同的作法考虑。其一为风流“由后往前吸入式”,因为风扇可直接吸入空气的缘故,风速可较高,但风流的控制较为不易,再加上根据PXI规范所定义,风流必须由下而上通过PXI模块,如此一来,散热的规划势必得透过机箱上方的开孔才得以实现,这对于严苛环境要求较高的环境,是比较不利的设计(见图三)。相反的,假设风流为“由前往后吸入式”,虽然风扇距离吸入的空气距离较远,风速较低,但风流的表现可以比较稳定且易于控制。

      图三:风流“由后往前吸入式”,散热出孔必须通过系统上方。

      流道的规划

      此外,风扇的配置也需考虑流道的设计,如何避开客户使用时可能遭遇到的热源,将冷空气顺利的导出,是设计机箱时极为重要的考虑点。以PXI/PXIe机箱的使用环境来说,大多的客户会使用混合式的测试系统,将PXI/PXIe系统安装于机柜中。如此一来,热源的考虑将不单只是该PXI/PXIe系统本身,而包含完整的混合式测试系统。就以刚刚提到的第一种,由后往前吸入式的风扇配置的机箱,会将空气吸入机箱本体,再导向机箱前方排出,然而因为机柜后方带入的空气,易混杂其他混和系统所产生的热空气,也会把PXI/PXIe机箱背板所产生的热,一并带入置于前方的PXI/PXIe模块中,反而不利整体系统的散热。而第二款新型PXI/PXIe机箱的设计,则改采用后方风扇由前往后吸入式的设计,将前方“干净”的冷空气,通过PXI模块,引导至机箱后方排出,以避免上述的情况发生。(见图四)

      图四:由前往后吸入式的机箱设计,可提供较干净的流道,避免带入不必要的热源。

      优化开孔的设计

      为了引导风流散热优化,机箱开孔的规划与设计也有其重要性。如何在安规限制与机构的极限下,取得平衡,也考验设计机箱的功力。新型PXI机箱不仅在前后对应的位置开孔加强散热外,包含两侧、前面板,均做了极大化的开孔设计。首先受到PXI规范的限制,风流必须是由下往上散热,所以能够开孔的位置仅能在机箱的下方,就高度而言,考虑到PXI模块的高度限制,开孔的上缘不得超过PXI模块的下缘位置,在如此有限的空间下,新款PXI/PXIe机箱在不仅仅在前方下缘做了很多微小的开孔进风,在机箱的两侧下缘,也利用可能的空间,极大化了开孔设计。(见图五)

      图五:机箱前下方与两侧下缘,均提供进风点。

      风扇性能与背压的平衡

      受到机箱先天空间环境的

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