新型MTCA机箱散热能力分析

MicroTCA作为ATCA标准的一种补充，由于其可靠性能高，模块化及低成本等优势，使用范围非常广泛。但是，随着系统功能的增强、板卡密度的提高，以及最新处理器的使用，再加上PICMGMicroTCA.4标准的前卡每槽80W和后卡每槽30W的限制，该标准已经远远无法满足市场需求。为了满足市场不断增长的需求，提高单槽散热能力是必须进行的改进。为了满足当下和今后的需求，我们将计划以单槽散热目标定为前卡每槽200W,后卡每槽50W，整机2000W来调整整机的散热系统。MTCA机箱改进方案对此，我们采用的技术方案，是将单槽散热目标定为前卡每槽为200W,后卡每槽为50W，从而把整机调整为2000W，来改进整个机箱的散热系统。下面就以公司19英寸9U，84HPMicroTCA.4机箱产品，来进行模拟验证。图1为机箱视图，整机包含：用于12个doublemid-sizeAMC模块、2个MCH、4个电源模块。图1机箱视图①上风扇盘②风扇盘③滤网④ESD插孔⑤理线架⑥背板⑦前导轨⑧后导轨⑨理线架⑩接地螺柱图2为机箱的散热路径，前部下侧进风，然后向上通过板卡，给板卡散热后再从后侧上部排出。图2散热路径MTCA机箱改后的模拟验证现有散热能力：前卡风量24.3m3/h，冷却能力（ΔT=12K）≈88W后卡风量12.1m3/h冷却能力（ΔT=12K）≈44W目标散热能力设定：前卡：1500W，后卡：500W图3为根据目标散热能力改进的机箱结构，并根据前后卡的散热功率设置的前后板卡功耗分布图。根据前后板卡功耗分布图设计相关风扇配置方案：使用上下两组风扇盘，每个风扇盘配置6个120mm×120mm，12V轴流风扇，每个风扇盘最大功耗200W。图3前后板卡功耗分布按照所需风量计算公式：式中，V是风量m3/h，P是模块所需的功率，ΔT是模块允许的温升，我们通常用12度或15度，3.3为风量系数。计算出200W板卡所需理论风量：12度温升需要风量V=3.3×200/12=55m3/h15度温升需要风量V=3.3×200/15=44m3/h根据计算所得风量，选择合适的风扇参数后进行模拟，所得结果如图4所示。图4风扇参数模拟结果根据分析结果，前卡部分板卡风量明显低于需求风量，而后卡风量都要大于需求风量。风量分布不平衡，导致模拟失败。经过分析前面的模拟结果及机箱结构，通过将图5中导风板增大孔间距，以减少通风面积，将通风率由65%降低为45%，并再次模拟，结果如图6所示。图5导风板增大孔距后示意图图6增加导风装置后的模拟结果图6为增加导风装置后的模拟结果。从分析结果可以看出，冷却功率高达200W是可以满足要求的。应用实例根据仿真结果，对公司典型的9U19英寸MTCA机箱改进设计生产图纸，重新组装装配，得到产品样机，如图7所示。图7生产成品通电后，对比新旧两种机箱，发现新组装机箱的性能非常接近模拟结果，其散热能力远远大于原MTCA机箱.结束语本文主要是通过设计前后板卡功耗分布来改进现有MTCA机箱的空间布局，从而提高原机箱的散热需要，扩展了企业机箱板卡高密度以及高功耗