摘要：主要研究户外机箱机柜静音散热结构设计策略，分析了户外机箱机柜静音散热结构性能的影响因素，在此基础上对户外机箱机柜静音散热结构设计策略进行了探讨。
关键词：户外机箱机柜；静音散热结构
通讯技术快速发展，电信设备成本持续降低，设备外形也出现了很大的变化，有助于光纤传输性能的进一步发挥，充分利用网络资源优势。通讯设备越来越小，集成度越来越高，带来的噪声与散热问题也更加严重，研究户外机箱机柜静音散热机构方案设计优化策略十分必要。
一、概述
（一）设计理念
静音机箱机柜系统设计主要目的是解决机箱机柜密封结构散热与静音问题，通过自然散热、不带风扇强制散热等方式实现无源散热，降低设备运行温度，避免设备过热。户外通讯设备都集中安装于封闭机柜内部，设备运行过程中，会散发很多热量，如果不能采取有效措施将热量排除，将会导致机箱机柜内热平衡失衡，高温聚集，可能造成设备过热和烧损。自然散热有传导与辐射两种形式，其中传导方式是指将内部设备运行产生的热量直接传导到机箱表面，再将机柜热量转移到外部，辐射散热则直接利用机箱表面积，辐射内部空气热量到机柜外部。机箱机柜通信设备散热性能和阳光照射有关，为了改善户外机箱机柜散热性能，设置户外机箱机柜时要注意尽量减少阳光直射，并优先选择浅颜色机箱表面材料，减少吸收阳光热量，降低机箱机柜散热负荷。
（二）设计内容
1、单板部件散热
户外通讯设备机箱热源以芯片为主，想要进一步改善机箱机柜的整体散热性能，需要做好芯片的散热工作，调整芯片温度与空气温度。设备芯片需要连接散热转板，再将散热转板连接在机箱机柜外壳上，转移芯片工作产生热量到机柜表面，实现散热功能。
2、连接板
机箱机柜如果接受集中散热处理，需要注意控制散热连接板成本，尽量双面利用连接板，并保证芯片与散热板之间充分接触可靠连接，从而确保散热的有效性，另外还要根据设备要求选择合适的芯片，并对散热连接诶版传导截面进行控制。
3、机柜散热
机柜散热是机箱机柜散热的关键环节，户外机箱机柜要在注意避免阳光直射的同时，为结构内部提供有效的热量传导，控制设备温度。因此，机箱机柜表面要尽量喷涂浅色涂料，从而减少阳光照射产生的热量。
（三）户外机箱散热性能影响因素
1、连接板接触
根据户外通讯设备机箱机柜检查结果，发现通过加强芯片散热连接板与散热器接触面连接，能够进一步改善芯片散热性能，降低芯片温度。
2、芯片厚度
芯片厚度同样也会对机箱整体散热性能造成影响，芯片厚度过小，会增加传导热阻，影响散热传导效率，因此成本允许条件下可以尽量选择厚度较大的芯片，改善机箱机柜整体传热性能。
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3、连接器数量
机箱机柜内设备与元器件之间连接器也会影响机箱机柜整体散热性能，减少设备元器件之间的连接器数量，能够改善机箱机柜整体散热性能，降低机箱温度。
二、静音散热结构设计
（一）散热结构分布
通讯设备机箱机柜一般悬挂在小区楼道、走廊、居民楼外墙、杆挂等位置。机箱机柜系统热量主要来自ONU设备，结构复杂、功耗高、散热量大，是机箱机柜发热主体，需要接受散热处理。机柜背面安装散热器，铝型材材质，齿状薄壁片大面积散热面，铝材质传热性能优良，散热齿和空气直接接触完成热交换。ONU设备设置单板芯片散热转接板，选择插箱结构形式，插箱框架结构支撑主体，上下双开敞导轨，通讯设备单板部件借助导轨安装到插箱中。PCB单板部件是机箱机柜功能与产热的核心设备，为了有效排除热量，引导热量排出到机柜外，要求单板尺寸必须精确匹配，有较高的加工装配尺寸精度要求。
（二）单板部件散热器
通讯机箱机柜整机热量主要来自设备芯片与模块包，并且大部分发热设备都依附于PCB板，芯片散热、表面温度、周围空气温度控制是机箱机柜散热设计的关键。单板散热设计的第一步是芯片连接散热转接板，并借助转接板将芯片和机箱机柜连接起来。为了提高散热的集中程度，减少转接板用量，控制散热成本，可以单独布置单板主要发热芯片到单板反面，芯片与散热转接板之间连接有控制结构件，需要借助螺钉紧固，可以设置柔性导热垫将散热转接板固定在PCB版上，保持芯片与转接板之间的可靠连接。芯片散热转接板传导截面对散热性能也有较大的影响，散热转接板是传导散热核心元器件，其热传导性能和结构、材质有关，选择铝合金材质，有着方便加工、价格便宜、导热性能优异等优势，通过截面尺寸与结构设计优化以及热分析热设计，开发专用传导件，传热性能可以进一步加强。转接板截面应该尽量增宽，并缩短热源和机柜之间的距离，减小转接板的长度，减少机箱内的热辐射，单板部件是活动部件，接触间隙需要填充导热垫，保证单板芯片与转接板之间的可靠接触。
（三）设备/机柜散热
ONU设备借助PCB转接板传导热量。机柜内部扩散辐射热量借助机柜外壳散热，为了增强效果可以适当增加单板间距，竖向排列单板，保持上下气路畅通，加快单板间热空气向机箱机柜内其他位置扩散，保持机柜内部冷热均衡，降低热源位置温度极值。MSG、FTTC均为一体化设计，散热转接板与外壳散热器相连，机柜散热器同为铝合金材质，并采用片式密集排列形式，进一步增加外表面机柜传导散热面积，加快芯片热量向空气辐射速度。设备机柜内热量辐射借助内部空气流通均衡，并引导至机柜外壳，通过壳体与空气之间的热量交换排出。机柜为双层铝合金结构，设置有空气夹层，方便散热的同时也减少了设备的阳光直射。
结语：
机箱机柜设计向着人性化、集成化、模块化的方向发展，力求提高机箱机柜运行可靠性，降低维护工作量，解决设备散热与噪音问题，有助于机箱机柜内设备元器件的集成化处理，从而进一步减小设备尺寸，节约占地，控制成本，减少对居民生活的影响。
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论文作者:赖联迁,俞天益,王卓骏
论文发表刊物:《电力设备》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/19
标签：机柜论文; 机箱论文; 芯片论文; 单板论文; 热量论文; 设备论文; 性能论文; 《电力设备》2017年第8期论文;