室外一體化電源散熱設(shè)計

1、室外一體化電源散熱設(shè)計室外通信電源產(chǎn)品的熱設(shè)計;3G時代的到來,通信網(wǎng)絡(luò)更趨向全面化覆蓋、智能化;室外電源產(chǎn)品關(guān)鍵技術(shù);1、室外防護技術(shù);室外產(chǎn)品大多數(shù)場合下處于露天環(huán)境,需要進行防水、;2、熱設(shè)計技術(shù);對于室外電源,如果采取一體化機柜,電源倉部分和電;3、風(fēng)道設(shè)計技術(shù);設(shè)計良好的風(fēng)道可以使冷空氣或者熱量均勻地流動,達;在通信電子設(shè)備中,熱功率損失通常以熱能耗散的形式;1、通信電室外通信電源產(chǎn)品的熱設(shè)計3G時代的到來，通信網(wǎng)絡(luò)更趨向全面化覆蓋、智能化管理等方面發(fā)展，通信電源伴隨著通信主設(shè)備的發(fā)展而迅速發(fā)展,10多年來通信（特別是移動通信）正從城市逐步走向城鎮(zhèn)和農(nóng)村地區(qū)。在城市通信設(shè)備通常設(shè)置在

2、市區(qū)的室內(nèi),通信電源也放置在室內(nèi),運營商一般采用自建機房或租賃;而在城鎮(zhèn)、農(nóng)村等非城市化地區(qū),人員相對分散,自然條件相對惡劣,為了節(jié)省建設(shè)成本、加快建設(shè)周期,往往不采用建設(shè)機房的方式（包括移動方艙）,主設(shè)備及電源設(shè)計采用室外機型,直接安置在戶外。這種發(fā)展趨勢越來越明顯,因此運營商越來越重視室外電源的投資建設(shè)。室外電源產(chǎn)品關(guān)鍵技術(shù)1、室外防護技術(shù)室外產(chǎn)品大多數(shù)場合下處于露天環(huán)境,需要進行防水、防雨、防塵等設(shè)計,往往電源柜部分要求防護等級達到IP55等級,電池柜部分至少要達到IP44等級,因此在產(chǎn)品設(shè)計中要力求達到以上指標(biāo),還要兼顧熱設(shè)計效率、系統(tǒng)成本等多種因素。2、熱設(shè)計技術(shù)對于室外電源,如果采

3、取一體化機柜,電源倉部分和電池倉部分都要進行散熱、加熱處理,機柜內(nèi)部的溫度控制成為技術(shù)難點。高、低溫控制技術(shù)是一項復(fù)雜的技術(shù),高溫控制可以采用空調(diào)、熱交換器或者風(fēng)扇等,低溫控制采用加熱器等技術(shù)但是空調(diào)、熱交換器、加熱器的供電問題又是一個主要問題。一般來說直流供電的空調(diào)、加熱器設(shè)備較少,采用交流供電方式居多,但是一旦交流停電或者其它交流故障,空調(diào)、加熱器無法正常工作,機柜內(nèi)部的溫度偏離通信設(shè)備、蓄電池的正常工作溫度,設(shè)備會自動關(guān)機保護、電池的使用壽命受到影響。目前行業(yè)的趨勢是,普遍采用直流供電的熱交換器或者風(fēng)扇散熱,加熱采用交流供電的加熱管;對于電池倉部分目前采用風(fēng)扇散熱、加熱膜加熱來控制電池倉

4、溫度。伴隨著通信主設(shè)備與電源產(chǎn)品的技術(shù)不斷發(fā)展,其適應(yīng)環(huán)境溫度能力不斷擴大,可以達到-4570,工作溫度較蓄電池的正常工作溫度范圍（25左右）要寬得多,并且蓄電池的正常工作溫度范圍包括在設(shè)備工作溫度范圍之內(nèi),因此可以考慮產(chǎn)品可以分為設(shè)備倉、電池倉區(qū)別對待、處理,產(chǎn)品的設(shè)備倉、電池倉的隔離結(jié)構(gòu)設(shè)計也為靈活的熱設(shè)計方案提供了便利。金旗艦銅制散熱器60圓jinqijian3、風(fēng)道設(shè)計技術(shù)設(shè)計良好的風(fēng)道可以使冷空氣或者熱量均勻地流動,達到機柜內(nèi)部溫度平衡,因此在熱設(shè)計時需要使用一些計算機輔助工具,進行熱設(shè)計仿真,模擬實際使用環(huán)境。以目前的設(shè)計技術(shù),熱交換器散熱方式下,環(huán)境溫度和機柜內(nèi)部溫度達到1011

5、溫差;風(fēng)扇散熱方式下,環(huán)境溫度和機柜內(nèi)部溫度達到35溫差。通信電子產(chǎn)品熱設(shè)計在通信電子設(shè)備中,熱功率損失通常以熱能耗散的形式表現(xiàn),而任何具有電阻的元件都是一個內(nèi)部熱源。當(dāng)通信電子設(shè)備進行工作時,由于功率損失,器件本身溫度會有所上升,同時通信設(shè)備周圍的環(huán)境溫度亦會影響設(shè)備內(nèi)部溫度,從而影響到電子器件工作的可靠性。隨著通訊技術(shù)的發(fā)展,通信設(shè)備熱設(shè)計越來越受到重視。正確的熱設(shè)計是設(shè)備可靠性保證的主要方法之一。1、通信電子設(shè)備熱設(shè)計的一般流程所謂熱設(shè)計就是把設(shè)備輸入的熱量降至最低,并提高散熱效果,把設(shè)備內(nèi)部有害的熱量排出到設(shè)備的外部環(huán)境當(dāng)中,獲得合適的工作溫度使其不超過可靠性規(guī)定的限值,確保設(shè)備可靠、

6、安全的工作。通信設(shè)備的熱設(shè)計可分為3個層次,如圖1所示。圖1通信電子設(shè)備熱設(shè)計的層次對通信設(shè)備機箱、機柜及方艙等系統(tǒng)級別的熱設(shè)計,即系統(tǒng)級（SYSTEMS）勺熱設(shè)計；對于電子模塊、散熱器、PCB板級別的熱設(shè)計,即封裝級（PACKAGES）熱設(shè)計;對于元器件級別的熱設(shè)計,即組件級（COMPONENTS熱設(shè)計。系統(tǒng)級的熱設(shè)計主要研究電子設(shè)備所處環(huán)境的溫度對其影響,環(huán)境溫度是電路板級熱分析的重要邊界條件,其熱設(shè)計是采取措施控制環(huán)境溫度,使電子設(shè)備在適宜的溫度環(huán)境下進行工作,環(huán)境對通信電子設(shè)備失效的影響如圖2所示。圖2環(huán)境對通信電子設(shè)備失效的影響通信電子設(shè)備封裝級的電子模板和PCB電路板熱設(shè)計是與設(shè)備

7、的電路設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計密切相關(guān)同步進行的。對于PCB電路板基材進行適當(dāng)?shù)倪x擇是電子設(shè)備封裝級熱設(shè)計的重要內(nèi)容,除了一般要求的強度、絕緣、介質(zhì)系數(shù)等外,耐溫特性與導(dǎo)熱性能是重點考慮項。通信設(shè)備各個部件是由各種不同材料的元器件組成,其熱膨脹系數(shù)各不相同,溫度變化會在不同材料的交界面上產(chǎn)生壓縮或拉伸應(yīng)力,因此產(chǎn)生了熱不匹配應(yīng)力,簡稱熱應(yīng)力。材料熱性質(zhì)不匹配是產(chǎn)生熱應(yīng)力的內(nèi)因,而溫度變化是產(chǎn)生熱應(yīng)力的外因。通信電子設(shè)備元器件級的熱設(shè)計是為了防止器件出現(xiàn)過熱或溫度交變而失效。通信電子設(shè)備的熱設(shè)計步驟可概括為:1）確定設(shè)備的加熱、冷卻需求;2）邊界條件確定、初始數(shù)據(jù)計算;3）模型建立、分析;4）選擇材料、熱

8、設(shè)計方式;5)制定程序調(diào)試、分析;6)輸出文件、溫度分布圖驗證。2、通信電子設(shè)備冷卻方式及其選擇通信電子設(shè)備的冷卻方式可分為2類形式:自然冷卻和強制冷卻散熱。根據(jù)具體情況,選擇適當(dāng)?shù)睦鋮s方式是熱設(shè)計的重要方面。冷卻方式的選擇取決于很多因素,如:設(shè)備總發(fā)熱量、設(shè)備的允許熱量、工作環(huán)境及設(shè)備元器件的組裝方式及布局等。2.1 、自然冷卻散熱自然冷卻是利用設(shè)備中各個元器件的空隙以及機殼的熱傳導(dǎo)、對流和輻射來達到冷卻目的,此方法廣泛應(yīng)用在中小功率設(shè)備上。自然對流依賴于流體的密度變化,所要求的驅(qū)動力不很大,因此在流動路徑中容易受到障礙和阻力的影響而降低流體的流量和冷卻速率。因此在清晰干凈且暢通的情況下,自

9、然對流是一種比較有效的冷卻方式。在功率密度越來越大的通信設(shè)備中用此種冷卻方式往往滿足不了需求。2.2 、強制冷卻散熱強制冷卻分為空氣和液體兩種方式。很多通信設(shè)備的冷卻采用強制對流風(fēng)冷卻形式,這是因為空氣強制對流冷卻的換熱量比自然對流和輻射的要大到10倍。這也是當(dāng)前通信設(shè)備較普遍的一種散熱方式?？諝鈴娖葘α骼鋮s技術(shù)較自然冷卻減小了電子設(shè)備冷卻系統(tǒng)的體積,使其具有更高的功率密度和更高的熱點溫度。通常,風(fēng)源的產(chǎn)生有兩種方法:1)設(shè)備內(nèi)部用風(fēng)扇(常見的有離心、軸流、螺旋槳等形式),以加大空氣流量,強化器件、部件、設(shè)備的散熱;可以直接將熱空氣排放至外界環(huán)境,也可以通過熱交換器形式,通過內(nèi)部、外界兩個循環(huán)

10、風(fēng)道進行熱交換散熱;2)風(fēng)源不在設(shè)備內(nèi)部,這種形式只使用在移動式通信設(shè)備上,機體本身開設(shè)了多個通風(fēng)孔,在運動過程中外部氣源經(jīng)通風(fēng)孔鼓風(fēng),從而達到冷卻的效果。目前液冷技術(shù)正沿著兩個不同的方向發(fā)展:一是用來處理設(shè)備產(chǎn)生的熱量使器件溫度和器件溫差限制在可接受的水平上;另一個是使器件和電路處于極低的溫度狀態(tài)下以提高器件開關(guān)速度和降低金屬布線電阻,從而提高電子設(shè)備的性能。超低溫冷卻技術(shù)為液冷應(yīng)用開辟了一個新的領(lǐng)域,是在特定的條件下提高電子設(shè)備性能的有效手段。相變過程伴隨有大量熱量的釋放和吸收,采用相變冷卻的方法可以對電子設(shè)備進行有效的溫度控制。利用相變材料的相變過程作為熱控制的基本形式有兩種:液體的氣化和固體的熔化。液體的氣化冷卻是一種很有效的冷卻方式,主要應(yīng)用于高能量密度的部件或者處于常溫蒸浴狀態(tài)的電子器件。固體的熔化冷卻是采用一種合適的材料作為冷卻手段,如塑性化合物,當(dāng)它從發(fā)熱部件吸收大量的熱量時就熔化。材料熔化時溫度并沒有升高,所吸收的熱量轉(zhuǎn)化為材料的