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關于PXI開關模塊功率限制的分析與建議.pdf
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本文提及了PXI開關模塊在使用過程中產生熱損耗/功耗的幾點原因和一些解決辦法。 前言 關于本篇文章所討論的PXI模塊功率理論適用任何PXI機箱供應商與Pickering的LXI ModularChassis (60-102/3/4)。 PXI標準規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，要求冷卻降溫系統的氣流從PXI模塊底部流入頂部流出。PXI標準還要求PXI機箱能夠為任意外設槽提供6A、+5V 的開關操作常用功率。 每槽位25W功率限制是平均值，在時變條件下可超過此值，但是時長不應該超過熱時間常數（通常測量為2分鐘到30分鐘時間，取決于結構），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致機箱停機。PXI標準規定機箱可為外設槽時提供大于2A的平均電流@+5V。 PXI標準要求PXI供應商提供電源電流信息。Pickering在數據手冊中提供了所有PXI模塊的電源電流信息，PXI機箱的數據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準規定的熱時間常數提供指導建議，例如40-139。在大多數情況下，用戶不需要以超熱時間常數的狀態使用開關系統。 本文檔用于在熱管理與功率管理方面提供指導建議。 PXI開關模塊的功耗 理論上，PXI開關模塊的功耗源主要是三個方面： 靜態負載功率 由模塊的基礎結構構成，包括PCI接口與繼電器驅動。PCI接口負載一般很小；但是對于大的開關系統（例如BRIC），繼電器驅動會消耗大量電流。PCI接口與繼電器驅動會降低電流，無論機箱電源電壓是5V還是3.3V。 繼電器線圈電流 繼電器的導通需要為線圈提供電流，隨著閉合的繼電器數量的增加，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。 開關路徑損耗 用戶常常忽視這個因素，但是開關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，不建議將所有開關路徑進行閉合并激勵2A電流，因為開關路徑總功耗會高達48W。 大多數情況下，認為模塊的靜態負載是常數并且值相對偏小以簡化熱損耗的計算，所以在一些系統中靜態負載不總是關鍵因素，例如在大規模矩陣模塊中，當閉合的開關數量遠遠少于斷開的開關數量時。繼電器線圈負載可以根據供應商參數表中的線圈功率數據進行估算。 信號功率損耗/開關路徑功耗可以根據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（開關路徑損耗正比路徑電流的平方，所以路經承載33%的電流，開關路徑功耗大約為信號功率的十分之一） 簡化計算后的數據表如下：PXI Power Calculation。提供了一種估算模塊功耗的方法。根據靜態功率、繼電器線圈功率、開關路徑阻抗計算功耗后列表與畫圖，綠色方框內功耗小于25W。 12V繼電器 一些模塊使用的繼電器的線圈驅動電壓為12V，例如汽車繼電器或微波繼電器。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，但是一般不會出現機箱電源供電不足的問題。對于汽車繼電器也有類似的情況，汽車繼電器密度不是很高，一般不會出現機箱電源供電不足的情況。 可變速風扇 一些機箱中安裝有可變速風扇，并且風扇可以設置為自動調速。對于一些比較關注風扇噪聲的應用自動調速功能是個不錯的選擇，例如辦公室環境。 當機箱內負載熱損耗很低時，自動調速功能會將風扇調至低速模式。然而，當機箱內負載熱損耗變化幅度較大或機箱內負載變化較大時，自動調速功能也會引起一些問題，下是導致問題的兩個原因： § 當機箱內有一個或兩個產熱量比較大的模塊時，會導致機箱內局部溫度過高，但是很可能不會觸發風扇轉換為高速運轉模式，所以高熱模塊和機箱內的其他模塊可能會因處于過熱環境導致故障。 § 若機箱內有負載熱損耗隨時間大幅度變化的模塊，可能會導致模塊急速過熱而機箱溫度卻變化緩慢，導致機箱風扇調速功能反應延時。 對與需要支持高熱損耗模塊的機箱，建議手動設置風扇而不是依賴自動調速功能。 |
