散热注意事项

TestScale系统在运行过程中保持适当的散热非常重要。必须在整个设计、开发和验证过程中规划好应用的散热环境条件。

了解TestScale的热性能规范

TestScale系统可以适用任意数量的外壳尺寸、热解决方案、材料和房间环境，因此，TestScale热性能规范的确定独立于这些外部变量。

  • 连接件内的背板：TestScale的热性能由外壳设计的散热效果决定，可以通过读取板载温度传感器的内部工作温度来验证。
  • 机架式背板：TestScale的热性能取决于指定的外部环境温度和所提供风扇的散热效果。您也可以从板载温度传感器读取内部环境温度。
外部环境温度 0 °C至55 °C 环境温度是指安装TestScale的房间、环境或外壳的温度。对于机架式背板，外部环境温度是直接在外壳风扇入口或进气口测量所得的温度。
推荐的最高内部工作环境温度 <70 °C 背板上的板载温度传感器会返回内部环境温度读数，作为用户验证的参考。所有TestScale I/O模块和模块化仪器的规范中都会说明建议的内部环境温升。
温度敏感模块的过热保护 当温度敏感模块（不是背板）的板载温度读数超过模块规范中规定的阈值限制时，就会发生过热情况。发生过热情况时，将自动禁用模块。

设计TS-15000机柜，以优化散热性能

TS-15000机柜的设计必须能够确保组件保持在受支持的环境温度范围内。虽然较小的机柜可以使外形尺寸较为紧凑，但也必须提供足够的空间来容纳电气组件以及确保足够的散热。如果在机柜设计中使用了风扇，且风扇的放置可实现出色的气流流通，则可以减少所需的空间。如果机柜中不使用风扇，则必须在背板与周围设备或障碍物之间保持足够的间隙，以确保安装在TS-15000机柜中的背板和模块得到适当的散热。

如果机柜中使用风扇，请将它们放置在不会阻碍气流的位置，让空气平行流经TestScale I/O模块和背板PCB。

关于风扇放置的范例，请参阅内部工作温度传感器读数用例主题。

计算TestScale的散热

所有TestScale背板和模块都会因散热而导致功率损耗。关于散热规范，请参阅背板和模块规范。将TestScale配置中背板和模块的所有散热规范值相加，即可估算最大的散热量。

验证TestScale的温度

TestScale背板具有八个板载温度传感器，可在验证和部署期间监控热性能，从而提供了热验证解决方案。传感器负责验证用于确定大致内部工作温度的板载温度。这种方法称为数字验证。

对于数字验证，确保最大内部工作温度读数不超过本文档中列出的最大内部工作温度。

按照以下步骤使用LabVIEW VI读取板载传感器温度。

  1. 启动LabVIEW。
  2. 单击初始化会话(Initialize Session)，开始会话，并将终端设置为localhost。
  3. 调用创建筛选器(Create Filter)，创建筛选器来搜索设备。
  4. 使用属性节点(Property Node)，配置筛选器的以下参数：
    专项软件信息:专项软件名称 daqmx
    设备与机箱:连接至总线类型 USB
    专项软件信息:用户别名 <TestScale设备名称>
  5. 调用查找硬件(Find Hardware)和索引数组（Index Array）来识别设备。
  6. 使用属性节点(Property Node)读取板载温度信息。
    Alias <TestScale设备名称>
    TempCount <可用的温度传感器数量>
    TempNames <温度传感器名称>
    TempReadings <温度读数>
  7. 单击关闭(Close)，结束会话。

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内部工作温度传感器读数用例

本节介绍了几个用例，展示了封闭式电子设备和散热如何影响内部工作温度传感器读数。这些用例共享以下配置和步骤。

测试步骤

测试在室温下进行。

  1. TestScale已配置好并按照此处和用例中的说明安装了DUT。
  2. 系统压力VI已配置并运行。
  3. 使系统达到稳定状态。
  4. 记录温度传感器读数。
  5. 记录的传感器读数外推至55 °C的外部环境温度。

TestScale软件配置

在测试期间，系统压力和验证VI以适用的配置运行。

为低功耗应用配置TestScale：

  1. 将所有核心模块I/O配置为输出模式，并以最大频率切换这些DIO。在最坏的情况下，阻性负载会从这些DIO汲取最大电流，其中一个通道连接到30 V以仿真故障情况。
  2. 将可编程电源模块配置为输出恒定的5 V电压，并为阻性负载提供20 mA的电流。
  3. 将所有I/O模块配置为通过以最大数据速率切换或采样来获取最大功率，同时使用阻性负载从输出通道获取最大电流并仿真故障条件。

为高功耗应用配置TestScale：

  1. 将所有核心模块I/O配置为输出模式，并以最大频率切换这些DIO。在最坏的情况下，阻性负载会从这些DIO汲取最大电流，其中一个通道连接到30 V以仿真故障情况。
  2. 将可编程电源模块配置为输出恒定的6 V电流，并为阻性负载提供3 A电流。
  3. 使用跳线通过前I/O连接器配置负载卡电源。

TestScale硬件配置

要为低功耗应用配置TestScale硬件，需要使用以下六个模块：

  • 1个配置为1.7 W的核心模块
  • 1个配置为1.3 W的可编程电源模块（放置在插槽3）
  • 4个I/O模块（每个模块配置为1.5 W）

要为高功耗应用配置TestScale硬件，需要以下六个模块：

  • 1个配置为1.7 W的核心模块
  • 1个配置为10.0 W的可编程电源模块（放置在插槽2和3）
  • 2个配置为1.5 W的负载卡
  • 1个配置为2.5 W的负载卡（放置在插槽1)

机柜规范

功能 测量
铝制机柜 2 mm厚，140 mm (H) × 500 mm (W) × 350 mm (D)
通风面积（侧面） 8,322 mm2
通风面积（风扇对面） 5,475 mm2
通风面积（顶部） 4,800 mm2

风扇规范

功能 测量
制造商（产品编号） Nidec (D1225C12BBZP-50)
尺寸 120 mm × 120 mm × 25 mm
额定转速 5,400 rpm
最大气流 4.25 m3/min (150 cfm)
额定电压 12 VDC

用例：高功率配置（DUT侧面安装且通风口位于侧面）

本范例在高功率配置下使用TestScale。机柜通风口位于机柜侧面，与机柜风扇成直角。DUT安装在机柜内部的侧面，位于风扇正前方45 mm的位置。

DUT的朝向可优化通过设备的气流，如以下结构框图所示。

图 20. 风扇和通风口与侧面安装的DUT成直角的气流图

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测试结果

在此配置下，根据温度传感器的结果显示，对于远离风扇的区域，运行裕度较小（较差）。与通风口位于风扇对面时相比，这些结果还反映了更小（更差）的工作温度裕度。测试在室温下进行，但结果是在55 °C的外部环境温度下推测得到的。测试结果见下表。

表 7. 推测的内部工作温度传感器读数
名称 传感器 测量值，°C 裕度，°C（相对于70 °C）
温度传感器1 U41 59.2 +10.8
温度传感器2 Q14 58.6 +11.4
温度传感器3 U42 57.1 +12.9
温度传感器4 Q15 56.2 +13.8
温度传感器5 U43 56.5 +13.5
温度传感器6 Q16 55.5 +14.5
温度传感器7 U44 55.6 +14.4
温度传感器8 Q17 54.6 +15.4

用例：高功率配置（DUT侧面安装且风扇与通风口位置相对）

本范例在高功率配置下使用TestScale。机柜通风口与机柜风扇位置相对。DUT安装在机柜内部的侧面，位于风扇正前方45 mm的位置。

DUT的朝向可优化通过设备的气流，如以下结构框图所示。

图 21. 风扇、通风口及侧面安装DUT对齐时的气流图

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测试结果

在此配置下，根据温度传感器的结果显示，对于远离风扇的区域，运行裕度较小（较差）。测试在室温下进行，但结果是在55 °C的外部环境温度下推测得到的。测试结果见下表。

表 8. 外推的内部工作温度传感器读数
名称 传感器 测量值，°C 裕度，°C（相对于70 °C）
温度传感器1 U41 58.1 +11.9
温度传感器2 Q14 57.6 +12.4
温度传感器3 U42 56.7 +13.3
温度传感器4 Q15 55.9 +14.1
温度传感器5 U43 56.3 +13.7
温度传感器6 Q16 55.3 +14.7
温度传感器7 U44 55.4 +14.6
温度传感器8 Q17 54.5 +15.5

用例：高功率配置（底部安装DUT）

本范例在高功率配置下使用TestScale。机柜通风口与机柜风扇位置相对。DUT安装在机柜底部，位于风扇正前方125 mm的位置。

DUT的朝向可优化通过设备的气流，如以下结构框图所示。

图 22. 风扇、通风口与底部安装DUT对齐时的气流图

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测试结果

此配置中的温度传感器结果显示，远离风扇的区域具有更好的运行裕度。在此配置下，DUT的方向允许热空气有效地上升离开DUT。

此配置的测试环境条件与其他高功率配置不同。区别在于：

  • 该测试用例的机柜体积小了大约40%。
  • 通风口面积缩小了大约32%。
表 9. 推测的内部工作温度传感器读数
名称 传感器 测量值，°C 裕度，°C（相对于70 °C）
温度传感器1 U41 57.2 +12.8
温度传感器2 Q14 56.5 +13.5
温度传感器3 U42 56.8 +13.2
温度传感器4 Q15 55.9 +14.1
温度传感器5 U43 56.5 +13.5
温度传感器6 Q16 55.4 +14.6
温度传感器7 U44 55.7 +14.3
温度传感器8 Q17 54.8 +15.2

用例：低功率配置（无机柜风扇）

本示例在低功率配置下使用TestScale。机柜上没有安装风扇。DUT侧面安装在机柜内部，位于机柜顶部的通风口下方。

图 23. 通风口位于侧装DUT上方且无风扇配置下的气流图

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测试结果

对于无风扇用例，建议采用以下措施，以确保内部工作温度保持在<70 °C以下。

  • 在低功耗配置中运行TestScale。
  • 在较低的环境温度下运行。
  • 增加机柜通风口的尺寸。

如果要在室温下推测外部环境温度为55 °C的测试结果，此配置超过了建议的<70 °C的最大内部工作温度传感器读数。可推测50 °C环境温度下的测试结果，同时保持最大内部工作温度传感器读数低于<70 °C。

表 10. 推测的内部工作温度传感器读数
名称 传感器 测量值，°C 裕度，°C（相对于70 °C）
温度传感器1 U41 67.6 +2.4
温度传感器2 Q14 67.0 +3.0
温度传感器3 U42 72.4 -2.4
温度传感器4 Q15 71.9 -1.9
温度传感器5 U43 73.4 -3.4
温度传感器6 Q16 72.5 -2.5
温度传感器7 U44 71.4 -1.4
温度传感器8 Q17 70.4 -0.4