电子设备的通风格栅设计

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1、电子设备的通风格栅设计格栅设计通常是冷却能力．安全性和EMI(电磁干扰)等互为矛盾的需求之间的折衷。众所周知，高温是电子设备的主要祸根。一般．半导体器件结温度每上升j5C．该器件故障率就会大致提高】倍。因此，热分析和冷却系统设计应该是电子设备设计的一个主要部分之一●q但是，这些设备的设计者面临着进退两难的问题。自由的、不受限的空气流是使电子元器件散热的最佳和最经济的方法。但是叉顿把众多的电子器件包封在机壳内，使其免受环境的影响．使人们免遭电击．并防止对周国其他设备的电磁干扰。这样敞就影响了空气在元器件上的自由流动，机壳内温度就会上升．以致损坏电

2、子器件。作为一种折衷．机壳一般具有某种类型的通风口，以便允许一些气流在元器件上面流过。开I"1有许多种．如栅格、槽、孔和同。但是开口的选择和设计并不仅仅是式样问题。在设计通风格栅时．要认真考虑冷却能力、安全性和电磁干扰问题这些考虑经常是互相矛盾的，最终的选择往荭是对所有三种需求的平衡。冷却在典型的机壳中．热量的传递是靠冷流体流经发热表面来实现的。自然对流中，推动流体运动舯驱动力起固于流体的热膨胀产生的浮力．即热空气上升电子设备冷却中最常用的流体是空气，因为空气取之不尽、无毒、清洁。如果必须址理大功率散热或局部过嬲时，往往使用水和氟利昂菩其它流体

3、。’密封式或者通风式机壳都可由自然对氚来冷却。然而在密封机壳中，由予从内’都发热器件到外部表面缺乏有效的传热路径．致使其散热能力受到了限制密封式机壳的内部温升与其可进行对流的外表面面积成反比。1j玎果机壳表面面积不够．可用通风孔来改善热障递。如果机壳中热流密度低于大约0．15w／英寸，通风式{：『己壳可用自然对流冷却另外．为了保持容许的温度，电路板功耗应该低于大约O12w／英寸。如果超出这些值，一般就需要强制风冷格栅面积对自然对藏冷却的机壳非常重要。即使是设计良好的机壳．进风和排风格栅会对空气流过机壳的压降各自影响】／3。进风和排风格螂匿识(英

4、寸!)的租略估算值可由下式给出’DesigningVCtn[ilaTJoRGrillesforElcc[：onicEquipment”．MachineDesign／August9—1990PP．5～77．(车明康译张兆光按)——34——卢^fl-~V／J』’一筹其中Q一机壳内的热耗散，w(瓦)If1：固围环境的空气密度，]b／f~(磅／英足’)_fJ．=机壳内的空气密度，lb／ft。；h：进风与排气格栅的高度差．ft(英尺)；=所需的空气温升，下。环境温度T和机壳内所选择的温度T一必须是已知的。摊气口面积应大于连风口，因为空气受热会膨胀，昕以需

5、要甩较大的排气格栅以便在限制速度的情况下维持气流的质量流量。对于高空应用，必顼增大开口，朴偿较低的空气密度。气流路径应该减步急转弯和受阻。热元件要敲在靠近排气13的地方．气流路径必须畅通，应该避免在水平空腔中积留空气。上面的方程式是近似的，并且仅在O到】50F的气温范国内有效。它只能作为来用自然对流冷却机壳的设计指南。应该经常测试每台样机，以验证不超过设计温升，计算机程序和咨询眼务可以帮助设计和测试自然冷却机壳．在强制对流中，风扇产生一个促使空气流动自气压拂度，标准条件下冷却一个机壳的气流量F由下式给出：P．3_16对于较低密度空气，气流量必须

6、按比例增大．一般电子设备规范把温升限制在l8或∞。】0或】]℃)范国内。空气运动性能豳风扇曲线描述，它画出静压与气流量的甍系。流量大时压力低．流量小时压力大。系统阻抗曲线给出了在某个空气流量下，通过特定器件所需的压降．系统阻抗曲线的形式为：P=K其中，P=静压，一常数。指数依赖于设备设计范围在】，8到2之间．圈l风扇曲线与系筑阻抗曲线为了确定系统的阻抗曲线，要测量在某个已知气流量下所产生的静压。但是这种烈量需要的测试设备，往往只有专门的气流实验室才有。风扇曲线和系统阻抗曲线的交点就是系统的工作点它指出在一个特定的风扇和机壳F所具有的风量和静压(

7、见图I)。一35f：FA其中，A一风道横截面积，；F=体识流量；V=平均气瘴速度fpm·(英R／分钟)洒过穿孔格栅或金属网的压降是：P：{Pr!)压降系数K随开口面积变化。金属网边缘比较光滑．对于给定的开口面积，它产生的压降比穿孔拮栅小．对于标准条倬下的空气+方程式可简化为：3PJ·29(10j(紊P)其中^·=格橱作甩面税，英寸，压障，单位蹙英寸球柱。作甩面耘是全部梧栅面积，不仅是开日面积。如泉气流突然在格榴相同的点上收缩．系数K必须加上萄外的值。对乎安装在机壳表面的避风格栅．h遥座在越线值上加0．50(见图2)。通过百叶窗的压降，可以按照并

8、日面积甩格橱方法粗略估计。由于气流转弯引起量损受，百叶窗压降总是比穿孔材料大设计时所期望的压降，要通过试验来验证。为了减少通过机壳的压降，应该据高开口