文/趙益強(qiáng)，劉西佳，周志遠(yuǎn)，張棟，蘇鵬·盈凡電氣產(chǎn)品(青島)有限公司

MicroTCA作為ATCA標(biāo)準(zhǔn)的一種補(bǔ)充，由于其可靠性能高，模塊化及低成本等優(yōu)勢(shì)，使用范圍非常廣泛。但是，隨著系統(tǒng)功能的增強(qiáng)、板卡密度的提高，以及最新處理器的使用，再加上PICMG MicroTCA.4標(biāo)準(zhǔn)的前卡每槽80W和后卡每槽30W的限制，該標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足市場(chǎng)需求。為了滿足市場(chǎng)不斷增長(zhǎng)的需求，提高單槽散熱能力是必須進(jìn)行的改進(jìn)。

為了滿足當(dāng)下和今后的需求，我們將計(jì)劃以單槽散熱目標(biāo)定為前卡每槽200W,后卡每槽50W，整機(jī)2000W來調(diào)整整機(jī)的散熱系統(tǒng)。

MTCA機(jī)箱改進(jìn)方案

對(duì)此，我們采用的技術(shù)方案，是將單槽散熱目標(biāo)定為前卡每槽為200W,后卡每槽為50W，從而把整機(jī)調(diào)整為2000W，來改進(jìn)整個(gè)機(jī)箱的散熱系統(tǒng)。

下面就以公司19英寸9U，84HP MicroTCA.4機(jī)箱產(chǎn)品，來進(jìn)行模擬驗(yàn)證。圖1為機(jī)箱視圖，整機(jī)包含：用于12 個(gè)double mid-size AMC模塊、2個(gè)MCH、4個(gè)電源模塊。

圖1 機(jī)箱視圖

圖2為機(jī)箱的散熱路徑，前部下側(cè)進(jìn)風(fēng)，然后向上通過板卡，給板卡散熱后再?gòu)暮髠?cè)上部排出。

圖2 散熱路徑

MTCA機(jī)箱改后的模擬驗(yàn)證

現(xiàn)有散熱能力：

前卡風(fēng)量24.3m3/h ，冷卻能力（ΔT=12K）≈88 W

后卡風(fēng)量12.1m3/h 冷卻能力（ΔT=12K）≈44 W

目標(biāo)散熱能力設(shè)定：

前卡：1500W ，后卡：500W

圖3為根據(jù)目標(biāo)散熱能力改進(jìn)的機(jī)箱結(jié)構(gòu)，并根據(jù)前后卡的散熱功率設(shè)置的前后板卡功耗分布圖。

根據(jù)前后板卡功耗分布圖設(shè)計(jì)相關(guān)風(fēng)扇配置方案：使用上下兩組風(fēng)扇盤，每個(gè)風(fēng)扇盤配置6個(gè)120mm×120mm，12V軸流風(fēng)扇，每個(gè)風(fēng)扇盤最大功耗200W。

圖3 前后板卡功耗分布

按照所需風(fēng)量計(jì)算公式：

式中，V是風(fēng)量m3/h，P是模塊所需的功率，ΔT是模塊允許的溫升，我們通常用12度或15度，3.3為風(fēng)量系數(shù)。

計(jì)算出200W板卡所需理論風(fēng)量：

12度溫升需要風(fēng)量V=3.3×200/12=55m3/h

15度溫升需要風(fēng)量V=3.3×200/15=44m3/h

根據(jù)計(jì)算所得風(fēng)量，選擇合適的風(fēng)扇參數(shù)后進(jìn)行模擬，所得結(jié)果如圖4所示。

圖4 風(fēng)扇參數(shù)模擬結(jié)果

根據(jù)分析結(jié)果，前卡部分板卡風(fēng)量明顯低于需求風(fēng)量，而后卡風(fēng)量都要大于需求風(fēng)量。風(fēng)量分布不平衡，導(dǎo)致模擬失敗。

經(jīng)過分析前面的模擬結(jié)果及機(jī)箱結(jié)構(gòu)，通過將圖5中導(dǎo)風(fēng)板增大孔間距，以減少通風(fēng)面積，將通風(fēng)率由65%降低為45%，并再次模擬，結(jié)果如圖6所示。

圖5 導(dǎo)風(fēng)板增大孔距后示意圖

圖6 增加導(dǎo)風(fēng)裝置后的模擬結(jié)果

圖6為增加導(dǎo)風(fēng)裝置后的模擬結(jié)果。從分析結(jié)果可以看出，冷卻功率高達(dá)200W是可以滿足要求的。

應(yīng)用實(shí)例

根據(jù)仿真結(jié)果，對(duì)公司典型的9U 19英寸MTCA機(jī)箱改進(jìn)設(shè)計(jì)生產(chǎn)圖紙，重新組裝裝配，得到產(chǎn)品樣機(jī)，如圖7所示。

圖7 生產(chǎn)成品

通電后，對(duì)比新舊兩種機(jī)箱，發(fā)現(xiàn)新組裝機(jī)箱的性能非常接近模擬結(jié)果，其散熱能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原MTCA機(jī)箱.

結(jié) 束 語

本文主要是通過設(shè)計(jì)前后板卡功耗分布來改進(jìn)現(xiàn)有MTCA機(jī)箱的空間布局，從而提高原機(jī)箱的散熱需要，擴(kuò)展了企業(yè)機(jī)箱板卡高密度以及高功耗處理器的使用，滿足了客戶個(gè)性化要求。另外，通過本文技術(shù)方案的模擬結(jié)果加工樣機(jī)，既能避免材料的浪費(fèi)，也能實(shí)現(xiàn)配電箱單一化和平臺(tái)化的快速生產(chǎn)。