新型MTCA機箱散熱能力分析

MicroTCA作為ATCA標準的一種補充，由于其可靠性能高，模塊化及低成本等優(yōu)勢，使用范圍非常廣泛。但是，隨著系統(tǒng)功能的增強、板卡密度的提高，以及最新處理器的使用，再加上PICMGMicroTCA.4標準的前卡每槽80W和后卡每槽30W的限制，該標準已經遠遠無法滿足市場需求。為了滿足市場不斷增長的需求，提高單槽散熱能力是必須進行的改進。為了滿足當下和今后的需求，我們將計劃以單槽散熱目標定為前卡每槽200W,后卡每槽50W，整機2000W來調整整機的散熱系統(tǒng)。MTCA機箱改進方案對此，我們采用的技術方案，是將單槽散熱目標定為前卡每槽為200W,后卡每槽為50W，從而把整機調整為2000W，來改進整個機箱的散熱系統(tǒng)。下面就以公司19英寸9U，84HPMicroTCA.4機箱產品，來進行模擬驗證。圖1為機箱視圖，整機包含：用于12個doublemid-sizeAMC模塊、2個MCH、4個電源模塊。圖1機箱視圖①上風扇盤②風扇盤③濾網④ESD插孔⑤理線架⑥背板⑦前導軌⑧后導軌⑨理線架⑩接地螺柱圖2為機箱的散熱路徑，前部下側進風，然后向上通過板卡，給板卡散熱后再從后側上部排出。圖2散熱路徑MTCA機箱改后的模擬驗證現(xiàn)有散熱能力：前卡風量24.3m3/h，冷卻能力（ΔT=12K）≈88W后卡風量12.1m3/h冷卻能力（ΔT=12K）≈44W目標散熱能力設定：前卡：1500W，后卡：500W圖3為根據(jù)目標散熱能力改進的機箱結構，并根據(jù)前后卡的散熱功率設置的前后板卡功耗分布圖。根據(jù)前后板卡功耗分布圖設計相關風扇配置方案：使用上下兩組風扇盤，每個風扇盤配置6個120mm×120mm，12V軸流風扇，每個風扇盤最大功耗200W。圖3前后板卡功耗分布按照所需風量計算公式：式中，V是風量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為風量系數(shù)。計算出200W板卡所需理論風量：12度溫升需要風量V=3.3×200/12=55m3/h15度溫升需要風量V=3.3×200/15=44m3/h根據(jù)計算所得風量，選擇合適的風扇參數(shù)后進行模擬，所得結果如圖4所示。圖4風扇參數(shù)模擬結果根據(jù)分析結果，前卡部分板卡風量明顯低于需求風量，而后卡風量都要大于需求風量。風量分布不平衡，導致模擬失敗。經過分析前面的模擬結果及機箱結構，通過將圖5中導風板增大孔間距，以減少通風面積，將通風率由65%降低為45%，并再次模擬，結果如圖6所示。圖5導風板增大孔距后示意圖圖6增加導風裝置后的模擬結果圖6為增加導風裝置后的模擬結果。從分析結果可以看出，冷卻功率高達200W是可以滿足要求的。應用實例根據(jù)仿真結果，對公司典型的9U19英寸MTCA機箱改進設計生產圖紙，重新組裝裝配，得到產品樣機，如圖7所示。圖7生產成品通電后，對比新舊兩種機箱，發(fā)現(xiàn)新組裝機箱的性能非常接近模擬結果，其散熱能力遠遠大于原MTCA機箱.結束語本文主要是通過設計前后板卡功耗分布來改進現(xiàn)有MTCA機箱的空間布局，從而提高原機箱的散熱需要，擴展了企業(yè)機箱板卡高密度以及高功耗