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DWDM通信设备的热设计

2015-06-03

前言
  进入2010年,当代通信技术的发展极为迅速,通信设备的速度已经从前几年的155M,发展到现今的622M、2.5G、10G,40G,可以肯定的是,今后还将朝着更高的速度发展。在SDH、DWDM等高速传输设备中普遍使用了多层电路板和高密度的表面贴装元件,但随之而来的是愈发不容忽视的散热问题。当这些设备内部的温度过高时,将可能导致电支路或光支路出现误码或者信号中断等现象,严重影响通信质量和设备的长期正常使用,因此必须在系统设计过程中对设备进行认真细致的散热设计。


密集波分复用(DWDM)设备的散热设计
  32波DWDM设备包括光终端设备、光中继设备和光分插复用设备三大类,采用灵活的模块式结构,插入到不同的子架构成不同的设备。下面介绍32X2.5G DWDM终端在机械机构方面的特点。
  32X2.5G DWDM终端由一个光放大与监控子架和两个光信道子架组成。光放大及监控子架和光信道子架采用靠背椅结构,子架的光、电信号均采用前出线,高度为11U。3U电源子架提供-48V电源,机架采用21″标准机架。子架工作时的功率参数和环境条件见表1与表2。

  表1子架工作时功率数  

名称
功率(W)
光放大与监控子架
110
光信道子架
245
DWDM终端设备
600


  表2 DWDM设备工作环境条件
环境条件
温度(℃)
湿度(%)
长期保证性能工作条件
0~40
10~90
短期工作范围
-5~50
10~95
运输和存储
-25~70
< 95


自然散热方式 
  由表1可知DWDM终端的功率并不大,但每个子架中的单盘多达18块,出于电磁屏蔽的需要,子架的左右侧板、上下托盘与单盘的面板之间形成了一个紧密的金属盒体,影响了子架内单盘与外界环境正常的热交换,同时设备需要长期在恶劣的环境条件下运行,若没有良好的散热,可能会损坏部分对温度比较敏感的芯片和单盘。下图是21″DWDM终端设备光信道子架结构图。

1、左侧板 2、前盖板
3、后盖板 4、上托盘
5、单盘面板 6、右侧板
7、起拔器 8、下托盘


  子架的热设计主要包括单盘和子框的热设计,具体的方法如下。
  (1)在功率较大的电子元器件上安装小风扇或铜、铝导热条、散热肋片。
  (2)PCB板上电子元件安装的方位要符合冷却气流的流动特性,即与气流流动的方向一致。
  (3)合理安排元件,把不耐热的元件放在冷却气流的入口处,耐热性好的元件放在冷却气流的出口处。
  (4)起拔器采用导热系数高的材料。由于起拔器外侧直接暴露在环境空气中,实际上起到了导热肋片的散热作用。数量众多的起拔器能够有效地降低子架内部的温度。
  (5)面板、上下托盘、左右侧板、前后盖板全部采用导热系数较高的铝合金,并且在上下托盘表面对称位置冲出相同的圆孔,保证气流的畅通。考虑到电磁屏蔽的需要,圆孔的尺寸一般应小于5毫米。


强迫通风散热-整机系统的热设计
  DWDM设备中仅仅对子架采用自然散热方式是不够的,还必须采用风机进行强迫通风散热。具体的方法是在设备中每一个子架的下面安装一个风机盒-风扇子架,在机架的顶部安装一个风扇子架,通过强迫通风降低每个子架内的温度。机架的结构如图2所示。
  采用强迫通风散热设计的关键在于风扇子架的设计和正确选择风道以便合理地控制和分配气流。
  根据DWDM终端的整机功率,确定风扇子架由3个3.5W的直流风扇并联组成的,子架高度为1U。为了形成风道,在风扇子架的上下表面冲出较大尺寸的圆孔,并且将风扇的轴心安装在功能子架的中心;同时在机架的顶部安装一个风扇子架,子架的前后门开小圆孔,这样风扇可以将环境空气吸入机架内,空气在子架旁流过带走部分热量,最后由机架顶部的方孔排出,形成风道。这种设计保证了机架的进风和热空气的流通,起到很好的散热作用。
  为了保证风扇子架和DWDM终端设备的正常工作,在风扇子架面板上设置了告警灯,可以及时检测风扇的工作情况;在机架顶的电源与环境监控板上设计了温度检测功能,当子架的工作温度超过警戒温度时发出告警。


对DWDM终端设备的热设计进行测试
  对DWDM终端设备的高温测试结果见表3,该测试结果表明产品的热设计完全符合ITU-T的要求,可以长期稳定可靠运行。

结束语
  热设计是DWDM等高速通信系统设计中必须考虑的问题,设计的好坏与否直接影响到设备工作的稳定性与可靠性。上面介绍的设计方法简单实用,对其他设备的热设计也有很好的借鉴作用。

摘自<<今日电子杂志社>> 由优博尔技术中心编辑,若有问题请联系: Tech@youboer.com

 

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