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如何實(shí)現(xiàn)PXIe/PXI機(jī)箱的散熱設(shè)計(jì)
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前言
PXIe/PXI系統(tǒng)是追求穩(wěn)定度與嚴(yán)苛環(huán)境的量測(cè)與自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的最佳平臺(tái)。系統(tǒng)散熱的設(shè)計(jì)，對(duì)于系統(tǒng)的穩(wěn)定度扮演重要的角色，包含風(fēng)流與流場(chǎng)的規(guī)劃，該如何避免氣流通道吸入不必要的熱源？如何將散熱孔在安規(guī)的限制下取得極大化的平衡；如何配置風(fēng)扇，以取得風(fēng)扇最佳性能？以及如何規(guī)劃電源供應(yīng)模塊的空間配置，以提供獨(dú)立的流場(chǎng)？以上種種，都會(huì)是影響PXIe/PXI系統(tǒng)散熱的要素。本文將帶您一窺系統(tǒng)散熱設(shè)計(jì)的秘訣，以挑選最適合的PXIe/PXI系統(tǒng)。PXIe/PXI系統(tǒng)設(shè)計(jì)的限制
PXIe/PXI機(jī)箱的設(shè)計(jì)首要考慮PXIe/PXI模塊配置的方向。模塊插卡的方向會(huì)直接影響風(fēng)流的走向。一般市場(chǎng)上最常見(jiàn)的是以4U高的PXIe/PXI機(jī)箱，搭載3U PXIe/PXI模塊卡片，卡片大多是直立式插放配置于4U PXIe/PXI機(jī)箱中。在如此有限的空間下，散熱的設(shè)計(jì)，以保持系統(tǒng)的穩(wěn)定度，是系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的一大挑戰(zhàn)。
風(fēng)扇配置的考慮
一般說(shuō)來(lái)，PXIe/PXI機(jī)箱風(fēng)扇配置的位置有兩種，分別為“下方式”或“后方式”。傳統(tǒng)風(fēng)扇大多配置于機(jī)箱的下方，然而配置于機(jī)箱的下方，容易造成風(fēng)流分布的不均勻，影響系統(tǒng)整體的散熱質(zhì)量。例如兩組風(fēng)扇中間的插槽的溫度，就可能因?yàn)轱L(fēng)流不平均的緣故，溫度因而高于其他插槽（見(jiàn)圖一）。如此一來(lái)將不利于系統(tǒng)的規(guī)劃與配置。因而將風(fēng)扇配置于后機(jī)箱后方的新型設(shè)計(jì)應(yīng)運(yùn)而生，風(fēng)扇配置于機(jī)箱后方的設(shè)計(jì)，可帶來(lái)平均的風(fēng)流，改善溫度不均勻的問(wèn)題（見(jiàn)圖二）。
圖一：將風(fēng)扇配置于機(jī)箱下方，兩風(fēng)扇間的風(fēng)流因?yàn)槭艿阶韪?，無(wú)法提供平均的風(fēng)流。
然而，將風(fēng)扇配置于機(jī)箱后方，仍然有不同的做法考慮。其一為風(fēng)流“由后往前吸入式”，因?yàn)轱L(fēng)扇可直接吸入空氣的緣故，風(fēng)速可較高，但風(fēng)流的控制較為不易，再加上根據(jù)PXI規(guī)范所定義，風(fēng)流必須由下而上通過(guò)PXI模塊，如此一來(lái)，散熱的規(guī)劃勢(shì)必得透過(guò)機(jī)箱上方的開(kāi)孔才得以實(shí)現(xiàn)，這對(duì)于嚴(yán)苛環(huán)境要求較高的環(huán)境，是比較不利的設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖三）。相反，假設(shè)風(fēng)流為“由前往后吸入式”，雖然風(fēng)扇距離吸入的空氣距離較遠(yuǎn)，風(fēng)速較低，但風(fēng)流的表現(xiàn)可以比較穩(wěn)定且易于控制。
此外，風(fēng)扇的配置也需考慮流道的設(shè)計(jì)，如何避開(kāi)客戶使用時(shí)可能遭遇到的熱源，將冷空氣順利導(dǎo)出，是設(shè)計(jì)機(jī)箱時(shí)極為重要的考慮點(diǎn)。以PXIe/PXI機(jī)箱的使用環(huán)境來(lái)說(shuō)，大多的客戶會(huì)使用混合式的測(cè)試系統(tǒng)，將PXIe/PXI系統(tǒng)安裝于機(jī)柜中。如此一來(lái)，熱源的考慮將不單只是該P(yáng)XIe/PXI系統(tǒng)本身，而包含完整的混合式測(cè)試系統(tǒng)。就以剛剛提到的第一種，由后往前吸入式的風(fēng)扇配置的機(jī)箱，會(huì)將空氣吸入機(jī)箱本體，再導(dǎo)向機(jī)箱前方排出，然而因?yàn)闄C(jī)柜后方帶入的空氣，易混雜其他混和系統(tǒng)所產(chǎn)生的熱空氣，也會(huì)把PXIe/PXI機(jī)箱背板所產(chǎn)生的熱，一并帶入置于前方的PXIe/PXI模塊中，反而不利整體系統(tǒng)的散熱。而第二款新型PXIe/PXI機(jī)箱的設(shè)計(jì)，則改采用后方風(fēng)扇由前往后吸入式的設(shè)計(jì)，將前方“干凈”的冷空氣，通過(guò)PXI模塊，引導(dǎo)至機(jī)箱后方排出，以避免上述的情況發(fā)生（見(jiàn)圖四）。
優(yōu)化開(kāi)孔的設(shè)計(jì)
為了引導(dǎo)風(fēng)流散熱優(yōu)化，機(jī)箱開(kāi)孔的規(guī)劃與設(shè)計(jì)也有其重要性。如何在安規(guī)限制與機(jī)構(gòu)的極限下，取得平衡，也考驗(yàn)設(shè)計(jì)機(jī)箱的功力。新型PXIe/PXI機(jī)箱不僅在前后對(duì)應(yīng)的位置開(kāi)孔加強(qiáng)散熱外，包含兩側(cè)、前面板，均做了極大化的開(kāi)孔設(shè)計(jì)。首先受到PXIe/PXI規(guī)范的限制，風(fēng)流必須是由下往上散熱，所以能夠開(kāi)孔的位置僅能在機(jī)箱的下方，就高度而言，考慮到PXIe/PXI模塊的高度限制，開(kāi)孔的上緣不得超過(guò)PXIe/PXI模塊的下緣位置，在如此有限的空間下，新款PXIe/PXI機(jī)箱在不僅僅在前方下緣做了很多微小的開(kāi)孔進(jìn)風(fēng)，在機(jī)箱的兩側(cè)下緣，也利用可能的空間，極大化了開(kāi)孔設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖五）。
風(fēng)扇性能與背壓的平衡
受到機(jī)箱先天空間環(huán)境的限制下，必須找出風(fēng)扇背壓與風(fēng)扇流量的優(yōu)化配置。最理想的狀況是擁有平滑的曲線距離以及較長(zhǎng)的距離，讓風(fēng)扇的表現(xiàn)可以達(dá)到PQ曲線優(yōu)化。然而受到PXIe/PXI機(jī)箱空間限制的緣故，必須在不斷的計(jì)算與調(diào)整中，取得機(jī)箱背板的最佳斜率，以表現(xiàn)風(fēng)扇最佳性能。
電源模塊配置的考慮
電源模塊的選擇與配置也是一門(mén)學(xué)問(wèn)。在過(guò)去的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，很容易就忽略掉電源供應(yīng)模塊本身產(chǎn)生的熱源，也會(huì)影響PXIe/PXI機(jī)箱的性能。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，沒(méi)有將電源供應(yīng)模塊與機(jī)箱本身的熱流隔開(kāi)，電源供應(yīng)模塊強(qiáng)制排氣的功能，會(huì)造成機(jī)箱的流場(chǎng)混亂。因而新款機(jī)箱必須能阻隔電源供應(yīng)模塊以及風(fēng)扇本身的熱流，甚至為電源供應(yīng)模塊設(shè)計(jì)獨(dú)立的開(kāi)孔，以提供獨(dú)立的風(fēng)流。這些都是為了改善此現(xiàn)象所做的設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖六）。
圖六：梯形部位顯示該電源供應(yīng)模塊擁有獨(dú)立的流場(chǎng)，同時(shí)左右也提供獨(dú)立的開(kāi)孔散熱。
智能型監(jiān)控與自動(dòng)調(diào)節(jié)
為了確保系統(tǒng)運(yùn)作時(shí)的穩(wěn)定性，智能型監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以提供保護(hù)與系統(tǒng)調(diào)節(jié)的功能。PXIe/PXI機(jī)箱可通過(guò)傳感器的配置，例如在背板上方配置的傳感器，以監(jiān)控機(jī)箱內(nèi)溫度的變化，透過(guò)程序的設(shè)定，在溫度高時(shí)，加快風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，可有效確保系統(tǒng)運(yùn)作的穩(wěn)定性，并達(dá)到節(jié)能的效果（見(jiàn)圖七）。
圖七：厚物科技HW-1363i支持PWM風(fēng)扇自適應(yīng)轉(zhuǎn)速控制，根據(jù)機(jī)箱內(nèi)部溫度高低風(fēng)扇自適應(yīng)調(diào)整轉(zhuǎn)速對(duì)控制器及模塊進(jìn)行散熱。
PXIe/PXI便攜式測(cè)控系統(tǒng)平臺(tái)
為滿足外場(chǎng)便攜式測(cè)控系統(tǒng)的需求，可采用專業(yè)的PXIe/PXI便攜式測(cè)控平臺(tái)方案，對(duì)客戶來(lái)說(shuō)，有成熟的標(biāo)準(zhǔn)貨架品供選擇，散熱設(shè)計(jì)很專業(yè)，確保電源、PXIe/PXI控制器及模塊都得到良好的散熱，在大幅提升PXIe/PXI測(cè)控系統(tǒng)的便利性同時(shí)，客戶無(wú)需擔(dān)憂測(cè)控系統(tǒng)的穩(wěn)定（見(jiàn)圖八）。
