新型MTCA機箱散熱能力分析

文/趙益強，劉西佳，周志遠，張棟，蘇鵬·盈凡電氣產品(青島)有限公司

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PICMG MicroTCA.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，84HP MicroTCA.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double mid-size AMC模塊、2個MCH、4個電源模塊。

圖1 機箱視圖

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）≈88 W

后卡風量12.1m3/h 冷卻能力（ΔT=12K）≈44 W

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/h

15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9U 19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處理器的使用，滿足了客戶個性化要求。另外，通過本文技術方案的模擬結果加工樣機，既能避免材料的浪費，也能實現(xiàn)配電箱單一化和平臺化的快速生產。