新型MTCA机箱散热能力分析

文/赵益强，刘西佳，周志远，张栋，苏鹏·盈凡电气产品(青岛)有限公司

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PICMG MicroTCA.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，84HP MicroTCA.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double mid-size AMC模块、2个MCH、4个电源模块。

图1 机箱视图

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）≈88 W

后卡风量12.1m3/h 冷却能力（ΔT=12K）≈44 W

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/h

15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9U 19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处理器的使用，满足了客户个性化要求。另外，通过本文技术方案的模拟结果加工样机，既能避免材料的浪费，也能实现配电箱单一化和平台化的快速生产。