（温感）网络交换机散热装置

2017-01-28宝音内蒙古超高压供电局

科学中国人 2017年18期

宝音内蒙古超高压供电局

（温感）网络交换机散热装置

宝音
内蒙古超高压供电局

网络交换机的散热情况直接关系到通讯网络运行与服务能力。随着网络交换机的广泛应用，其作为网络管理领域的关键设备，决定着整体网络架构服务质量和效率的提升。为了减少潜在隐患，做好交换机维护管理工作，本文对温感网络交换机散热技术进行了简要分析，并对改善网络交换机的散热设计提出建议，以避免维护管理的各项突发意外，保障网络交换机的服务能力。

交换机；散热装置

前言

随着高清视频和高速数据业务的迅速发展，通信已经成了工作与生活中不可缺少的组成部分。为了满足用户对性能、服务的要求，交换机的功率密度将会不断提高，芯片的热流密度也会增大，这就要求设备具有良好的散热设计。基于以上因素，本文从三个方面入手，对散热装置的选择、印制板及整体设备散热设计进行了简要概述。

1.网络交换机的散热概况

1.1 温度对电子设备的影响

以太网交换机作为目前网络建设的设备主体，高性能、大容量已经成为其必然趋势。用户量大、能耗比较高、散发出来的热量也很大，若此时不加以控制，就会给元器件造成压力，甚至造成设备的故障和损坏。在实际工作中，电子设备的有效输出功率仅占输入功率的一小部分，大部分功率以热量形式散失，这在大功率电子设备中尤为明显。若不能将热量及时散出去，电子元件在高温下将会产生损坏，例如变压器、扼流圈等材料绝缘性能退化、电容器等材料热老化、低熔点焊缝开裂、焊点变脆脱落等。电子元件的失效不仅会造成设备无法正常运转，还可能造成整机破坏，如材料软化，造成应力结构不合理，进而对整个电子设备系统造成影响。

1.2 网络交换机的散热要求

高性能的核心以太网交换机对于网络建设有重要价值网络交换机从整体上被分为单板区、风扇区、电源区、背板四个部分,无论是单板区还是电源区，产生的热量都很高，温度又是导致其失效的重要因素，因此，作为通讯网络的重要结构，网络交换机对散热提出了较高的要求。实验表明，固定空气流量、固定散热器压降以及固定风扇功耗等参数都会对散热器性能造成影响。网络交换机的散热要求不仅提现在对温度的控制和冷却上，还体系其热阻和热流特性对散热器参变量的相互适应上。现阶段，网络交换机的散热要求温差传热和磨擦损失等不可逆的能量做功损失最小，同时还能够协调热阻和流阻，达到性能的综合优化。

1.3 网络交换机散热技术

电子设备的散热是热技术的一项重要组成部分，良好的散热基于热分析、热设计以及热测试一系列过程，并能对不同的电子设备起到有效散热作用。热分析指在设备的概念设计阶段，采用有限元法、有限差法等数学方法模拟出的电子设备的温度分布，为散热设计提供基础，同时及时发现设计缺陷，减少投入使用后散热问题的出现。热设计即散热设计，在产品设计阶段选择冷却方法并运用不同层级的散热装置，来实现一套可靠的散热系统。散热系统的设计直接决定了产品的散热性能，在这一过程中，元器件选择及装置的布局等都会对其造成影响，对于电子设备尤其是交换机的稳定运行具有决定性的作用。热测试是对产品散热性能的检验过程，通过测量原型机温度来检测散热系统的有效性。通过热测试，产品的设计方案可以得到改善，其测量数据和结论能够促进交换机散热持续改进。

2.网络交换机的散热装置

2.1 散热装置的选择

通讯设备大功率芯片的散热普遍使用高性能的热管翅片散热器，选择风扇时考虑的因素很多，包括风扇的风量、静压、寿命、转速、噪音及空间尺寸等，其中，风扇的风量和静压对其影响最大。风扇的总风量取决于风扇的数量以及组合形式，单个风扇的风量和风压是一定的，选择散热装置时，要考虑实际风量需求，以及对其他结构的影响。例如将两风扇串联，将送风量适当提高，同时测量风扇的工作点与风扇特性曲线的位置关系，尽量提高其抗干扰能力，确保系统的长期稳定工作。也可以增加翅片密度，以增加换热面积减少热阻。在此过程中，需要注意散热器流阻和热阻特性，避免由于增加密度导致流动阻力过大，对散热性能造成不利影响。风扇工作点决定流过散热器的空气流量，对于散热装置的优化具有实际意义。实际过程中，散热器的优化还要考虑其空间尺寸及可制造性。目前应用较多的散热器制程工艺主要有铝挤、压铸、锻造、折叠、粘接、铲削等,根据工艺的不同，散热器的最小翅片厚度和间距也有所差异，在散热装置的选择和优化时要对其综合考虑。

2.2 印制板散热设计

印制板作为交换机的重要部件，对整体散热量有很大影响。印制板良好的散热可以为散热装置提供辅助，降低散热装置工作压力。现阶段印制板主要通过将元器件产生的热量以导热的形式传递到机箱侧壁以及外部环境，来达到散热的目的。为了平衡散热量，印制板上的元器件多按热量大小和散热程度分区排列，并针对元器件的耐热程度进行合理安排。例如使发热器件尽可能分散布置，将发热量小或耐热性差的元件放置在冷却气流上层，或针对少数发热过大的元器件，设置单独的散热装置等。目前为了加强印制板的散热设计，可以采用添加散热孔或柔软热相变导热垫等方式，以增强其散热效果。

2.3 整体散热设计

交换机器件的布局对于散热有很大的影响，相同热耗的器件安装在不同的位置会有不同的温度结果，除了将大功耗元件及耐热元件布置在下风口，还要考虑背板位置对于通风口风道以及通风方式的影响。实验表明，不同布局下影响芯片结温的主要因素是散热器的风量。为了改善交换机散热性能，可以采取以下几种方式，例如采用交错布置，避免平行布置；将散热器翅片置于出口处，使其得到充足的冷却气流；或改变原通风方式，将风扇布置于机箱侧面，一方面避免风扇抽风口受堵，另一方面降低芯片结温，使流场内部压力分布更加均匀，散热效果更好。交换机整体散热设计需综合考虑热布局建议、元器件走线及系统通风设计等因素，以便在现实可行的基础之上降低温度对于设备运行的影响。