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關(guān)于PXI開(kāi)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(kāi)關(guān)模塊在使用過(guò)程中產(chǎn)生熱損耗/功耗的幾點(diǎn)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(kāi)關(guān)操作常用功率。 每槽位25W功率限制是平均值，在時(shí)變條件下可超過(guò)此值，但是時(shí)長(cháng)不應該超過(guò)熱時(shí)間常數（通常測量為2分鐘到30分鐘時(shí)間，取決于結構），也就是說(shuō)不能夠長(cháng)時(shí)間超過(guò)平均值25W。功率限制是平均值，但是若需大電流的槽位過(guò)多可能會(huì )導致機箱停機。PXI標準規定機箱可為外設槽時(shí)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(guò)標準規定的熱時(shí)間常數提供指導建議，例如40-139。在大多數情況下，用戶(hù)不需要以超熱時(shí)間常數的狀態(tài)使用開(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)模塊的功耗 理論上，PXI開(kāi)關(guān)模塊的功耗源主要是三個(gè)方面： 靜態(tài)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(dòng)。PCI接口負載一般很��；但是對于大的開(kāi)關(guān)系統（例如BRIC），繼電器驅動(dòng)會(huì )消耗大量電流。PCI接口與繼電器驅動(dòng)會(huì )降低電流，無(wú)論機箱電源電壓是5V還是3.3V。 繼電器線(xiàn)圈電流 繼電器的導通需要為線(xiàn)圈提供電流，隨著(zhù)閉合的繼電器數量的增加，繼電器線(xiàn)圈的功耗與模塊的電流負載都會(huì )增加。舌簧繼電器的線(xiàn)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(kāi)關(guān)路徑損耗 用戶(hù)常常忽視這個(gè)因素，但是開(kāi)關(guān)路徑損耗是引起模塊過(guò)熱甚至高溫的主要原因。例如，一組SPST開(kāi)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(huì )增加模塊中鍍銅電阻的阻值（每個(gè)C form電阻阻值會(huì )增加0.039%），阻值變大的電阻會(huì )以同倍數增加功耗。在一個(gè)模塊中，160針的連接器可以支持80個(gè)SPST開(kāi)關(guān)，不建議將所有開(kāi)關(guān)路徑進(jìn)行閉合并激勵2A電流，因為開(kāi)關(guān)路徑總功耗會(huì )高達48W。 大多數情況下，認為模塊的靜態(tài)負載是常數并且值相對偏小以簡(jiǎn)化熱損耗的計算，所以在一些系統中靜態(tài)負載不總是關(guān)鍵因素，例如在大規模矩陣模塊中，當閉合的開(kāi)關(guān)數量遠遠少于斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)數量時(shí)。繼電器線(xiàn)圈負載可以根據供應商參數表中的線(xiàn)圈功率數據進(jìn)行估算。 信號功率損耗/開(kāi)關(guān)路徑功耗可以根據每條路徑的電阻與電流值進(jìn)行計算。因為不同路徑的電阻與電流值不同，所以需要簡(jiǎn)化計算。通常，開(kāi)關(guān)路徑承載額定電流的33%以上時(shí)，信號功率才會(huì )有明顯損耗（開(kāi)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(kāi)關(guān)路徑功耗大約為信號功率的十分之一） 簡(jiǎn)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(tài)功率、繼電器線(xiàn)圈功率、開(kāi)關(guān)路徑阻抗計算功耗后列表與畫(huà)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(xiàn)圈驅動(dòng)電壓為12V，例如汽車(chē)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(gè)疑點(diǎn)。微波繼電器一般體積大，占用多個(gè)槽位，所以盡管它們會(huì )拉低機箱電源供電電流，但是一般不會(huì )出現機箱電源供電不足的問(wèn)題。對于汽車(chē)繼電器也有類(lèi)似的情況，汽車(chē)繼電器密度不是很高，一般不會(huì )出現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)扇可以設置為自動(dòng)調速。對于一些比較關(guān)注風(fēng)扇噪聲的應用自動(dòng)調速功能是個(gè)不錯的選擇，例如辦公室環(huán)境。 當機箱內負載熱損耗很低時(shí)，自動(dòng)調速功能會(huì )將風(fēng)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(shí)，自動(dòng)調速功能也會(huì )引起一些問(wèn)題，下是導致問(wèn)題的兩個(gè)原因： § 當機箱內有一個(gè)或兩個(gè)產(chǎn)熱量比較大的模塊時(shí)，會(huì )導致機箱內局部溫度過(guò)高，但是很可能不會(huì )觸發(fā)風(fēng)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(huì )因處于過(guò)熱環(huán)境導致故障。 § 若機箱內有負載熱損耗隨時(shí)間大幅度變化的模塊，可能會(huì )導致模塊急速過(guò)熱而機箱溫度卻變化緩慢，導致機箱風(fēng)扇調速功能反應延時(shí)。 對與需要支持高熱損耗模塊的機箱，建議手動(dòng)設置風(fēng)扇而不是依賴(lài)自動(dòng)調速功能。 |
