陶文

摘要：隨著我國通信技術(shù)的不斷發(fā)展，全光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、高速度、大容量等已成為我國當(dāng)代通信技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)。組成通信設(shè)備的主要元件就是高密度的表面貼裝元件，與多層電路板，通信設(shè)備在運(yùn)行過程中熱流密度增加，散發(fā)出大量的熱量，根據(jù)相關(guān)調(diào)查得知，我國55%的通信設(shè)備因高溫導(dǎo)致?lián)p壞，溫度高低幾乎與通信設(shè)備的使用壽命成正比。

關(guān)鍵詞：通信設(shè)備；熱設(shè)計(jì)；機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；分析

在我國通信技術(shù)不斷進(jìn)步的前提下，現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)正在向全光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、高速、大容量等方面轉(zhuǎn)變。高密度的表面貼裝元件，和多層電路板是組成的通信設(shè)備的主要設(shè)備。通信設(shè)備在運(yùn)行過程中會(huì)出現(xiàn)熱流密度增加，大量的熱量被散發(fā)出來的現(xiàn)象。根據(jù)相關(guān)調(diào)查，55%的中國的通信設(shè)備損壞是由于高溫造成的，所以說，高溫的高低幾乎和通信設(shè)備的使用壽命是成正比的。因此，為了提高通信設(shè)備的利用率，必須對通信設(shè)備的熱設(shè)計(jì)進(jìn)行充分的研究，以提高通信設(shè)備的質(zhì)量。

一、熱設(shè)計(jì)的基本方法

我們都知道，熱設(shè)計(jì)有高溫部件的選擇和熱控制兩種方法。高溫部件的選擇就是指采用耐高溫元件，保證元件和材料的工作溫度。這種方法的使用必然會(huì)增加成本，甚至還有可能是找不到合適的耐高溫元件，所以，在通信設(shè)備熱設(shè)計(jì)項(xiàng)目中基本不會(huì)使用這種方法。熱控制方法的關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是使用熱保護(hù)和合理選擇的一些組件的熱流道?？梢詫嵩O(shè)備的保護(hù)措施，如安裝在低溫區(qū)或屏蔽等，合理選擇熱源組件的熱流道，合理的安裝，實(shí)現(xiàn)布局優(yōu)化，減少熱量和設(shè)備的數(shù)量。在通信設(shè)備熱設(shè)計(jì)中，一般會(huì)綜合運(yùn)用幾種方法來實(shí)現(xiàn)最佳的熱設(shè)計(jì)效果。

二、通信設(shè)備熱設(shè)計(jì)要求和準(zhǔn)則

通信設(shè)備熱設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是把設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的熱量盡量采用上述熱傳遞方式進(jìn)行最大限度的降低，全面提升系統(tǒng)散熱效果，確保設(shè)備及系統(tǒng)在安全可靠的溫度范圍內(nèi)高效運(yùn)行，熱設(shè)計(jì)過程一般要求準(zhǔn)則和要求為：熱設(shè)計(jì)符合國家或者行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范準(zhǔn)則；熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以滿足元器件最高運(yùn)行溫度、熱阻、功耗等的功能指標(biāo)；滿足強(qiáng)制冷卻裝置的運(yùn)行限制狀況和熱環(huán)境要求等。

通信設(shè)備熱設(shè)計(jì)主要包括系統(tǒng)級（SYSTEMS）熱設(shè)計(jì)，主要包括通信機(jī)柜、通信機(jī)箱和方艙等設(shè)計(jì)；對于封裝級（PACKAGES）熱設(shè)計(jì)主要包括通信系統(tǒng)模塊（主要有電源、接口、數(shù)據(jù)處理單元、終端接收、信道傳輸、功率放大、低頻、射頻，光纖物理連接等模塊）、散熱裝置（冷卻風(fēng)扇、散熱器、水泵等）、PCB電路集成板等；組件級（COMPONENTS）熱設(shè)計(jì)主要針對功率器件、硅元器件等元器件。SYSTEMS熱設(shè)計(jì)針對設(shè)備溫度環(huán)境影響進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)，因?yàn)榄h(huán)境溫度是封裝級熱分析重要邊界條件，設(shè)計(jì)過程應(yīng)研究如何采取有效措施控制設(shè)備運(yùn)行的環(huán)境溫度，使設(shè)備處于合理溫度環(huán)境范圍內(nèi)運(yùn)行。對于封裝級及電路板級的熱設(shè)計(jì)，應(yīng)充分分析電路布局、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、電路板及元器件的耐溫特性、材料熱應(yīng)力、絕緣等級、熱強(qiáng)度（膨脹）、導(dǎo)熱性能、介質(zhì)系數(shù)等指標(biāo)，這部分熱設(shè)主要研究器件過熱、溫度交變、熱應(yīng)力變化引起的失效等問題。綜上分析，通信設(shè)備熱設(shè)計(jì)一般遵循的步驟應(yīng)為：設(shè)備加熱、冷卻要求分析一環(huán)境溫度（邊界條件）計(jì)算確立一模型設(shè)計(jì)一材料、熱交換方式應(yīng)用（多種組合）確定一計(jì)算機(jī)輔助程序熱設(shè)計(jì)一仿真測試與分析一文件輸出、溫度分布圖驗(yàn)證等。目前，主要利用ANSYS. CINDA，PHOENICS/Hobox等計(jì)算機(jī)輔助熱設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真測試、驗(yàn)證。通過計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)進(jìn)行熱分析，利用邊界元法、限元法、有限差分法和容積法建立數(shù)學(xué)模型，簡化熱設(shè)計(jì)模型，并求解具體的方程，仿真、測試、分析程序。

三、通信設(shè)備熱設(shè)計(jì)方案

該方案基本原理是充分利用室外空氣對流，采用熱交換方式強(qiáng)迫空氣對流，降低通信機(jī)房溫度。通過計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)熱交換器和機(jī)柜空調(diào)等冷卻設(shè)備的聯(lián)動(dòng)，當(dāng)室外溫度高于機(jī)體內(nèi)溫度時(shí)，新風(fēng)滿足不了排出全部冷負(fù)荷要求，此時(shí)，機(jī)柜空調(diào)設(shè)備通過計(jì)算機(jī)程序啟動(dòng)運(yùn)行，降低機(jī)柜內(nèi)溫度，滿足通信設(shè)備運(yùn)行的溫度環(huán)境要求。當(dāng)機(jī)柜內(nèi)的溫度上升到25'C時(shí)，并且柜外溫度低于柜內(nèi)溫度時(shí)，主控板輸出開關(guān)量信號給輔控板，熱交換器開始工作，按照預(yù)先設(shè)置的溫度轉(zhuǎn)速比例調(diào)節(jié)熱交換器風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速；如果熱交換器風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速己全速運(yùn)轉(zhuǎn)，且柜內(nèi)溫度仍持續(xù)上升，當(dāng)柜內(nèi)溫度達(dá)到空調(diào)器啟動(dòng)點(diǎn)溫度時(shí)，接通空調(diào)器，開始制冷；此時(shí)若仍滿足柜外溫度低于柜內(nèi)溫度，熱交換器繼續(xù)工作；當(dāng)柜外溫度高于柜內(nèi)溫度時(shí)，主控板發(fā)出信號，熱交換器停止工作；當(dāng)柜外溫度低于柜內(nèi)溫度，且持續(xù)180S的時(shí)間后，熱交換器再次啟動(dòng)。當(dāng)柜內(nèi)溫度未達(dá)到空調(diào)啟動(dòng)溫度點(diǎn)時(shí)，空調(diào)內(nèi)風(fēng)機(jī)亦停止運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)熱交換器出現(xiàn)故障，或-48V電源出現(xiàn)問題時(shí)，柜內(nèi)溫度上升到空調(diào)器啟動(dòng)溫度點(diǎn)時(shí)，空調(diào)將自動(dòng)投入運(yùn)行。當(dāng)空調(diào)器斷電或出現(xiàn)故障，空調(diào)無法給熱交換器工作信號，造成柜內(nèi)溫度升高到40℃時(shí)，熱交換器自動(dòng)進(jìn)入應(yīng)急運(yùn)行狀態(tài)（采用應(yīng)急電源供電），并根據(jù)柜內(nèi)溫度，按預(yù)定的溫度轉(zhuǎn)速比例調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。當(dāng)主控板測量到柜內(nèi)溫度低于5℃時(shí)，且持續(xù)300S的時(shí)間，空調(diào)內(nèi)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，接通電加熱，9℃時(shí)電加熱停止工作。

四、結(jié)論

通信設(shè)備熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作相對繁瑣，要充分考慮地域溫度環(huán)境，還應(yīng)滿足具體工程設(shè)計(jì)要求，因此在通信設(shè)備熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分掌握微電子結(jié)構(gòu)還應(yīng)結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助熱設(shè)計(jì)程序的應(yīng)用，充分采用熱交換器等新型設(shè)備的性能，滿足熱交換設(shè)計(jì)的要求和準(zhǔn)則。本文設(shè)計(jì)的通信設(shè)備控溫方案，節(jié)電效果可達(dá)到40%左右，有效調(diào)節(jié)設(shè)備運(yùn)行溫度，能夠滿足系統(tǒng)運(yùn)行要求，具有極高的可靠性和安全性，可以延長設(shè)備使用壽命，減低設(shè)備運(yùn)行故障率，而且通過計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和在線環(huán)境溫度監(jiān)測，大大較低了運(yùn)維費(fèi)用。

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