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關(guān)于PXI開關(guān)模塊功率限制的分析與建議.pdf
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本文提及了PXI開關(guān)模塊在使用過程中產(chǎn)生熱損耗/功耗的幾點原因和一些解決辦法。 前言 關(guān)于本篇文章所討論的PXI模塊功率理論適用任何PXI機箱供應(yīng)商與Pickering的LXI ModularChassis (60-102/3/4)。 PXI標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定機箱在使用了冷卻降溫手段后能夠為每槽位提供25W的功率，要求冷卻降溫系統(tǒng)的氣流從PXI模塊底部流入頂部流出。PXI標(biāo)準(zhǔn)還要求PXI機箱能夠為任意外設(shè)槽提供6A、+5V 的開關(guān)操作常用功率。 每槽位25W功率限制是平均值，在時變條件下可超過此值，但是時長不應(yīng)該超過熱時間常數(shù)（通常測量為2分鐘到30分鐘時間，取決于結(jié)構(gòu)），也就是說不能夠長時間超過平均值25W。功率限制是平均值，但是若需大電流的槽位過多可能會導(dǎo)致機箱停機。PXI標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定機箱可為外設(shè)槽時提供大于2A的平均電流@+5V。 PXI標(biāo)準(zhǔn)要求PXI供應(yīng)商提供電源電流信息。Pickering在數(shù)據(jù)手冊中提供了所有PXI模塊的電源電流信息，PXI機箱的數(shù)據(jù)手冊中還提供了機箱電源供電能力信息。 Pickering還在操作手冊中為一些特殊情況中如何限制模塊超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的熱時間常數(shù)提供指導(dǎo)建議，例如40-139。在大多數(shù)情況下，用戶不需要以超熱時間常數(shù)的狀態(tài)使用開關(guān)系統(tǒng)。 本文檔用于在熱管理與功率管理方面提供指導(dǎo)建議。 PXI開關(guān)模塊的功耗 理論上，PXI開關(guān)模塊的功耗源主要是三個方面： 靜態(tài)負載功率 由模塊的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)構(gòu)成，包括PCI接口與繼電器驅(qū)動。PCI接口負載一般很小；但是對于大的開關(guān)系統(tǒng)（例如BRIC），繼電器驅(qū)動會消耗大量電流。PCI接口與繼電器驅(qū)動會降低電流，無論機箱電源電壓是5V還是3.3V。 繼電器線圈電流 繼電器的導(dǎo)通需要為線圈提供電流，隨著閉合的繼電器數(shù)量的增加，繼電器線圈的功耗與模塊的電流負載都會增加。舌簧繼電器的線圈功耗比較低，典型值為10mA，然而EMR卻很大。通常是EMR導(dǎo)致模塊功率損耗增加與機箱電源供電能力下降的原因。 開關(guān)路徑損耗 用戶常常忽視這個因素，但是開關(guān)路徑損耗是引起模塊過熱甚至高溫的主要原因。例如，一組SPST開關(guān)的通路路徑額定電流為2A，路徑電阻為0.15Ω，那么每條路徑的的功耗為600mW。高溫會增加模塊中鍍銅電阻的阻值（每個C form電阻阻值會增加0.039%），阻值變大的電阻會以同倍數(shù)增加功耗。在一個模塊中，160針的連接器可以支持80個SPST開關(guān)，不建議將所有開關(guān)路徑進行閉合并激勵2A電流，因為開關(guān)路徑總功耗會高達48W。 大多數(shù)情況下，認為模塊的靜態(tài)負載是常數(shù)并且值相對偏小以簡化熱損耗的計算，所以在一些系統(tǒng)中靜態(tài)負載不總是關(guān)鍵因素，例如在大規(guī)模矩陣模塊中，當(dāng)閉合的開關(guān)數(shù)量遠遠少于斷開的開關(guān)數(shù)量時。繼電器線圈負載可以根據(jù)供應(yīng)商參數(shù)表中的線圈功率數(shù)據(jù)進行估算。 信號功率損耗/開關(guān)路徑功耗可以根據(jù)每條路徑的電阻與電流值進行計算。因為不同路徑的電阻與電流值不同，所以需要簡化計算。通常，開關(guān)路徑承載額定電流的33%以上時，信號功率才會有明顯損耗（開關(guān)路徑損耗正比路徑電流的平方，所以路經(jīng)承載33%的電流，開關(guān)路徑功耗大約為信號功率的十分之一） 簡化計算后的數(shù)據(jù)表如下：PXI Power Calculation。提供了一種估算模塊功耗的方法。根據(jù)靜態(tài)功率、繼電器線圈功率、開關(guān)路徑阻抗計算功耗后列表與畫圖，綠色方框內(nèi)功耗小于25W。 12V繼電器 一些模塊使用的繼電器的線圈驅(qū)動電壓為12V，例如汽車?yán)^電器或微波繼電器。機箱的電源供電能力一般被限制在+5V以下，所以機箱電源如何為12V繼電器提供足夠的供電電流成為了一個疑點。微波繼電器一般體積大，占用多個槽位，所以盡管它們會拉低機箱電源供電電流，但是一般不會出現(xiàn)機箱電源供電不足的問題。對于汽車?yán)^電器也有類似的情況，汽車?yán)^電器密度不是很高，一般不會出現(xiàn)機箱電源供電不足的情況。 可變速風(fēng)扇 一些機箱中安裝有可變速風(fēng)扇，并且風(fēng)扇可以設(shè)置為自動調(diào)速。對于一些比較關(guān)注風(fēng)扇噪聲的應(yīng)用自動調(diào)速功能是個不錯的選擇，例如辦公室環(huán)境。 當(dāng)機箱內(nèi)負載熱損耗很低時，自動調(diào)速功能會將風(fēng)扇調(diào)至低速模式。然而，當(dāng)機箱內(nèi)負載熱損耗變化幅度較大或機箱內(nèi)負載變化較大時，自動調(diào)速功能也會引起一些問題，下是導(dǎo)致問題的兩個原因： § 當(dāng)機箱內(nèi)有一個或兩個產(chǎn)熱量比較大的模塊時，會導(dǎo)致機箱內(nèi)局部溫度過高，但是很可能不會觸發(fā)風(fēng)扇轉(zhuǎn)換為高速運轉(zhuǎn)模式，所以高熱模塊和機箱內(nèi)的其他模塊可能會因處于過熱環(huán)境導(dǎo)致故障。 § 若機箱內(nèi)有負載熱損耗隨時間大幅度變化的模塊，可能會導(dǎo)致模塊急速過熱而機箱溫度卻變化緩慢，導(dǎo)致機箱風(fēng)扇調(diào)速功能反應(yīng)延時。 對與需要支持高熱損耗模塊的機箱，建議手動設(shè)置風(fēng)扇而不是依賴自動調(diào)速功能。 |
