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如何實現(xiàn)PXIe/PXI機(jī)箱的散熱設(shè)計
測控技術(shù)文章分享：
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前言
PXIe/PXI系統(tǒng)是追求穩(wěn)定度與嚴(yán)苛環(huán)境的量測與自動化測試系統(tǒng)的最佳平臺。系統(tǒng)散熱的設(shè)計，對于系統(tǒng)的穩(wěn)定度扮演重要的角色，包含風(fēng)流與流場的規(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，以提供獨立的流場？以上種種，都會是影響PXIe/PXI系統(tǒng)散熱的要素。本文將帶您一窺系統(tǒng)散熱設(shè)計的秘訣，以挑選最適合的PXIe/PXI系統(tǒng)。PXIe/PXI系統(tǒng)設(shè)計的限制
PXIe/PXI機(jī)箱的設(shè)計首要考慮PXIe/PXI模塊配置的方向。模塊插卡的方向會直接影響風(fēng)流的走向。一般市場上最常見的是以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，以保持系統(tǒng)的穩(wěn)定度，是系統(tǒng)設(shè)計者的一大挑戰(zhàn)。
風(fēng)扇配置的考慮
一般說來，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，就可能因為風(fēng)流不平均的緣故，溫度因而高于其他插槽（見圖一）。如此一來將不利于系統(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)計應(yīng)運而生，風(fēng)扇配置于機(jī)箱后方的設(shè)計，可帶來平均的風(fēng)流，改善溫度不均勻的問題（見圖二）。
圖一：將風(fēng)扇配置于機(jī)箱下方，兩風(fēng)扇間的風(fēng)流因為受到阻隔，無法提供平均的風(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”，因為風(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PXI模塊，如此一來，散熱的規(guī)劃勢必得透過機(jī)箱上方的開孔才得以實現(xiàn)，這對于嚴(yán)苛環(huán)境要求較高的環(huán)境，是比較不利的設(shè)計（見圖三）。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，如何避開客戶使用時可能遭遇到的熱源，將冷空氣順利導(dǎo)出，是設(shè)計機(jī)箱時極為重要的考慮點。以PXIe/PXI機(jī)箱的使用環(huán)境來說，大多的客戶會使用混合式的測試系統(tǒng)，將PXIe/PXI系統(tǒng)安裝于機(jī)柜中。如此一來，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，會將空氣吸入機(jī)箱本體，再導(dǎo)向機(jī)箱前方排出，然而因為機(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，則改采用后方風(fēng)扇由前往后吸入式的設(shè)計，將前方“干凈”的冷空氣，通過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（見圖四）。
優(yōu)化開孔的設(shè)計
為了引導(dǎo)風(fēng)流散熱優(yōu)化，機(jī)箱開孔的規(guī)劃與設(shè)計也有其重要性。如何在安規(guī)限制與機(jī)構(gòu)的極限下，取得平衡，也考驗設(shè)計機(jī)箱的功力。新型PXIe/PXI機(jī)箱不僅在前后對應(yīng)的位置開孔加強(qiáng)散熱外，包含兩側(cè)、前面板，均做了極大化的開孔設(shè)計。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，開孔的上緣不得超過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，極大化了開孔設(shè)計（見圖五）。
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學(xué)問。在過去的系統(tǒng)設(shè)計中，很容易就忽略掉電源供應(yīng)模塊本身產(chǎn)生的熱源，也會影響PXIe/PXI機(jī)箱的性能。在傳統(tǒng)設(shè)計中，沒有將電源供應(yīng)模塊與機(jī)箱本身的熱流隔開，電源供應(yīng)模塊強(qiáng)制排氣的功能，會造成機(jī)箱的流場混亂。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)計獨立的開孔，以提供獨立的風(fēng)流。這些都是為了改善此現(xiàn)象所做的設(shè)計（見圖六）。
圖六：梯形部位顯示該電源供應(yīng)模塊擁有獨立的流場，同時左右也提供獨立的開孔散熱。
智能型監(jiān)控與自動調(diào)節(jié)
為了確保系統(tǒng)運作時的穩(wěn)定性，智能型監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計，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，透過程序的設(shè)定，在溫度高時，加快風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，可有效確保系統(tǒng)運作的穩(wěn)定性，并達(dá)到節(jié)能的效果（見圖七）。
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)速對控制器及模塊進(jìn)行散熱。
PXIe/PXI便攜式測控系統(tǒng)平臺
為滿足外場便攜式測控系統(tǒng)的需求，可采用專業(yè)的PXIe/PXI便攜式測控平臺方案，對客戶來說，有成熟的標(biāo)準(zhǔn)貨架品供選擇，散熱設(shè)計很專業(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測控系統(tǒng)的便利性同時，客戶無需擔(dān)憂測控系統(tǒng)的穩(wěn)定（見圖八）。
