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工業(yè)交換機(jī)設(shè)備的熱設(shè)計(jì)

2014年08月05日 10:41深圳市振興偉業(yè)通訊有限公司點(diǎn)擊量：2178

 　　由于過高溫度對(duì)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的影響是致命的，所以在設(shè)計(jì)這類產(chǎn)品時(shí)，除了設(shè)備的元器件要選擇寬溫度范圍的工業(yè)級(jí)元器件外，更要充分重視設(shè)備的熱設(shè)計(jì)。
　　
　　電子產(chǎn)品的熱設(shè)計(jì)主要包括散熱、加裝散熱器和制冷三類技術(shù)，這里主要討論工業(yè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的散熱技術(shù)和加裝散熱器技術(shù)。
　　
　　（一）散熱應(yīng)用中常采用的方法
　　
　　*種是傳導(dǎo)散熱方法，可選用導(dǎo)熱系數(shù)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(duì)流散熱方式，對(duì)流散熱方式有自然對(duì)流散熱和強(qiáng)迫對(duì)流散熱兩種方法。自然對(duì)流散熱應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
　　
　　l設(shè)計(jì)印制板和元器件時(shí)必須留出多余空間；
　　
　　l安排元器件時(shí)，應(yīng)注意溫度場(chǎng)的合理分布；
　　
　　l充分重視應(yīng)用煙囪撥風(fēng)原理；
　　
　　l加大與對(duì)流介質(zhì)的接觸面積。
　　
　　強(qiáng)迫對(duì)流散熱方式可采用風(fēng)機(jī)（如計(jì)算機(jī)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、加大輻射體周圍的環(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)電子類設(shè)備在熱設(shè)計(jì)中，zui常采用的方法是加裝散熱器，其目的是控制半導(dǎo)體的溫度，尤其是結(jié)溫Tj，使其低于半導(dǎo)體器件的zui大結(jié)溫Tjmax，從而提高半導(dǎo)體器件的可靠性。半導(dǎo)體器件和散熱器安裝在一起工作時(shí)包含：半導(dǎo)體器件內(nèi)熱阻RTj、結(jié)溫Tj、殼溫Tc、散熱器溫度Tf、環(huán)境溫度Ta及半導(dǎo)體器件的使用功率Pc。散熱器的熱阻RTf應(yīng)為：RTf=(RTj-Ta)/Pc-RTj-RTc散熱器熱阻RTf是選擇散熱器的主要依據(jù)。Tj、RTj是半導(dǎo)體器件提供的參數(shù)，Pc是設(shè)計(jì)要求的參數(shù)，RTc可以從熱設(shè)計(jì)專業(yè)書籍中查到。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(jì)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(jù)RTf和Pc來(lái)選擇散熱器。選擇時(shí)，根據(jù)所選散熱RTf和Pc曲線，在橫坐標(biāo)上查出已知Pc，再查出與Pc對(duì)應(yīng)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(qiáng)迫風(fēng)冷散熱器的選擇
　　
　　強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱器在選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)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(shè)計(jì)
　　
　　普通商用交換機(jī)的風(fēng)扇，工作一直處于全速（FullSPD）狀態(tài)，除其造成電能浪費(fèi)、增大整機(jī)噪音外，還會(huì)增加不必要的電源發(fā)熱，機(jī)箱內(nèi)灰塵過多堆積等。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(shù)據(jù)），2萬(wàn)小時(shí)后風(fēng)扇轉(zhuǎn)速會(huì)逐漸下降，給整機(jī)帶來(lái)不穩(wěn)定因素。但由于沒有監(jiān)控單元，這種隱患很難發(fā)現(xiàn)：例如當(dāng)交換機(jī)丟包率逐漸上升時(shí)，并不容易查到是由于風(fēng)扇老化轉(zhuǎn)速降低及灰塵堆積太厚導(dǎo)致機(jī)箱內(nèi)關(guān)鍵部件溫度升高所致。
　　
　　工業(yè)交換機(jī)應(yīng)使用高速（HighSPD）風(fēng)扇并帶有智能監(jiān)控電路，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的運(yùn)行狀況，例如監(jiān)控機(jī)箱風(fēng)扇、主交換芯片溫度、機(jī)箱溫度，光收發(fā)器件溫度等,這也就是我們所說的“智能風(fēng)扇”。
　　
　　交換機(jī)工作過程中智能監(jiān)控電路會(huì)根據(jù)被測(cè)元件的溫度或風(fēng)扇轉(zhuǎn)速信號(hào)自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，給網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)散熱。風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速主要與交換機(jī)負(fù)載和環(huán)境溫度有關(guān)。在環(huán)境溫度一定時(shí)，當(dāng)交換機(jī)數(shù)據(jù)負(fù)載減輕時(shí)，功耗減小，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速自動(dòng)降低，當(dāng)交換機(jī)數(shù)據(jù)負(fù)載加重時(shí)，功耗加大，風(fēng)扇速轉(zhuǎn)速自動(dòng)上升。在數(shù)據(jù)負(fù)載一定的情況下，當(dāng)交換機(jī)處在低溫環(huán)境時(shí)，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速自動(dòng)降低，處在高溫環(huán)境時(shí)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速自動(dòng)升高。在高溫高負(fù)載情況下，風(fēng)扇可處在應(yīng)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(yùn)行。
　　
　　4．智能風(fēng)扇控制器運(yùn)行特性
　　
　　采用智能風(fēng)扇控制技術(shù)后可延長(zhǎng)風(fēng)扇壽命，減少機(jī)內(nèi)灰塵堆積、降低風(fēng)扇噪聲，節(jié)約電量使用，保證系統(tǒng)有效工作。另外控制器不僅能對(duì)風(fēng)扇失效停轉(zhuǎn)、溫度超過警戒線提供報(bào)警，而且對(duì)于由于老化或風(fēng)道阻力異常增大、轉(zhuǎn)速低于正常值或監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度異常升高等前期隱患均能給出相應(yīng)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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