《電子技術(shù)應(yīng)用》
您所在的位置:首頁 > 其他 > 業(yè)界動態(tài) > 小型收款機CPU輔助散熱器的設(shè)計

小型收款機CPU輔助散熱器的設(shè)計

2009-07-08
作者:王元生,,樊 燕

  摘 要: 針對目前常用的基于FLEX架構(gòu)的小型收款機CPU散熱器不能使CPU穩(wěn)定工作的缺點,,提出了一種輔助散熱器的設(shè)計方法。通過多次性能試驗,,證明該設(shè)計是可行的,。
??? 關(guān)鍵詞: CPU,;輔助散熱器;結(jié)構(gòu)設(shè)計,;試驗

?

?? 目前小型收款機廣泛應(yīng)用于各超市,、商場中。但是通過調(diào)查發(fā)現(xiàn),,許多基于FlexATX架構(gòu)的小型收款機在散熱上存在一定問題,,長時間運作后經(jīng)常出現(xiàn)死機狀況,影響正常使用,。為消除由于散熱問題而造成的安全隱患,,可以考慮增設(shè)輔助散熱裝置,利用對流換熱技術(shù)將熱量轉(zhuǎn)移,,改善機箱內(nèi)部散熱情況,。這種方法方便簡捷,成本低且見效快,。本文介紹一種效果明顯的CPU輔助散熱器的設(shè)計方法,。
1 方案的確定
1.1 改造前機箱內(nèi)部散熱情況
??? 機箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。散熱風(fēng)扇有2個,,分別為安裝在CPU上面的散熱風(fēng)扇和電源內(nèi)部的風(fēng)扇,。CPU上的風(fēng)扇將風(fēng)向下吹,帶走散出的熱量,,散熱片將風(fēng)分散到兩旁。一側(cè)的風(fēng)被電源風(fēng)扇帶走,,從電源的出風(fēng)口將熱量散出,;而另一側(cè)的風(fēng)積聚在A處,散出困難,,長時間運作后,,A處的熱量積聚過多,形成散熱死角,。所以必須采取合理措施散掉A處積聚過多的熱量,。

?

?

??? 在機箱封閉,室溫19.2 ℃的情況下,,測試改造前某收款機CPU的溫度為68.5 ℃,。根據(jù)行業(yè)標準,當室內(nèi)溫度在15 ℃~35 ℃ 時,CPU運行時的溫度低于60 ℃ 時為正常,。顯然改造前CPU運行時的溫度不符合正常要求,。
1.2 改造方案
??? 解決機箱散熱問題,必須注意以下幾點:
??? (1)不要安裝過多的機箱風(fēng)扇,,這樣會造成機箱內(nèi)散熱風(fēng)流紊亂,,反而起不到散熱的作用。
??? (2)增加的風(fēng)扇風(fēng)量盡量大,,但要兼顧帶來的噪音問題,。
??? (3)機箱內(nèi)的理線要整齊,盡量不要阻擋風(fēng)道,。
??? 風(fēng)道是空氣在機箱內(nèi)運動的軌跡,。合理設(shè)計的風(fēng)道,可迅速帶走機箱內(nèi)的熱空氣,。由于增加機箱風(fēng)扇后肯定會改變風(fēng)道,,所以考慮在增加1個風(fēng)扇后會形成輔助風(fēng)道,使氣流可以流過CPU和顯卡附近,,對這兩個配件進行散熱,。
??? 根據(jù)機箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)和對散熱風(fēng)道的分析,輔助散熱器選擇安裝在A處,,即顯卡擴展槽處,。
2 風(fēng)扇風(fēng)量的計算及規(guī)格選擇
2.1 散熱風(fēng)扇風(fēng)量的計算

??? 機箱內(nèi)散熱良好時:,但實際測得的熱量平衡并非如此,,2個風(fēng)扇抽走的熱量小于CPU和電源產(chǎn)生的總熱量,,所以導(dǎo)致機箱內(nèi)存在散熱死角。因此,,應(yīng)再增加散熱風(fēng)扇,,使得機箱內(nèi)的熱平衡達到以下的要求:
  
  實際冷卻風(fēng)量的計算:
??? q=Q/(0.335ΔT)
式中,q為實際所需的風(fēng)量(m3/h),;Q為散熱量(W),;ΔT為空氣的溫升(℃),一般為10 ℃~15 ℃,。
??? 按照1.5~2倍的裕量選擇散熱風(fēng)扇的最大風(fēng)量,。
2.2? 風(fēng)扇規(guī)格的選擇
??? 選擇散熱風(fēng)扇規(guī)格時除了考慮風(fēng)量要求以外,還要綜合考慮風(fēng)壓,、轉(zhuǎn)速,、噪音等重要因素:
??? (1)風(fēng)壓是出風(fēng)口與入風(fēng)口間產(chǎn)生的壓強差,是衡量風(fēng)扇“強勁”程度的重要指標,。
??? (2)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速越快,,風(fēng)量越大,,風(fēng)壓也越大,但是同時其摩擦,、振動,、噪音也越大。
??? (3)為了保障交談和通訊聯(lián)絡(luò)正常進行,,環(huán)境噪音的允許值應(yīng)在45 dB~60 dB以內(nèi),。
3 散熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.1 散熱器外殼設(shè)計
  ? 散熱器外殼結(jié)構(gòu)設(shè)計分別如圖2、圖3所示,。


  ? 本結(jié)構(gòu)設(shè)計成本低廉且通用性高,,采用封閉式風(fēng)道,增強了密閉性,,提高了散熱器的散熱能力,。
3.2 散熱器外殼材料的確定
  ? 選擇外殼材料時應(yīng)注意以下問題:
  ? (1)機箱內(nèi)的運行溫度一般在50 ℃~70 ℃ 之間,如果外殼材料不適合在此溫度范圍內(nèi)工作,,則材料易老化,,會產(chǎn)生變形影響散熱效果。
  ? (2)散熱裝置安裝在主板的顯卡擴展槽內(nèi),,應(yīng)盡量使用非導(dǎo)電材料,。
  ? (3)上殼造型較為復(fù)雜,應(yīng)選擇較易成型的材料,。
  ? (4)散熱件要求容易拆卸,。
  ? 綜合考慮以上因素,選擇ABS材料作為上殼的材料,,加工方式為注塑成型,。下殼安裝在主板上的顯卡擴展槽內(nèi),選擇PCB板(印刷電路板)作為材料,。
3.3 散熱器中的連接方式
  ? 散熱器的上下殼均是塑料材質(zhì),,綜合考慮安全、工作環(huán)境,、外觀,、成本等因素,選擇卡扣連接作為上下殼的連接方式,。設(shè)計靈感來源于手機電池后蓋上的卡扣,在設(shè)計過程中模仿該卡扣設(shè)計并將其應(yīng)用于散熱器連接件上,。
4 性能試驗
  ? 散熱器設(shè)計完成以后,,將其安裝在收款機機箱內(nèi)進行了性能試驗。由于2.0 GHz的CPU在收款機市場中仍屬高頻,,因此以其為試驗對象,,試驗數(shù)據(jù)如表1所示,。


  ? 試驗結(jié)果表明:在長時間運轉(zhuǎn)后,CPU的溫度沒有超過52 ℃ ,,低于60 ℃ 的溫度極限,,符合使用要求。目前市場上收款機的主流CPU為Intel Celeron(R) CPU 1.20 GHz,,安裝該輔助散熱器后,,不會存在散熱問題。
?   本散熱器是按照現(xiàn)行收款機CPU頻率設(shè)計的,。若有更高頻收款機出現(xiàn)散熱問題,,或在機箱中集成的器件較多而造成總熱量增加,可按同樣方法設(shè)計,;由于本散熱器是用在FlexATX構(gòu)架中的,,用在別的機箱內(nèi)可能在尺寸上或者散熱效果上不合適。因此在今后的設(shè)計中,,可以將此散熱器做成系列產(chǎn)品以適用各種不同的機箱架構(gòu),。


參考文獻
[1] 張國強.注塑模設(shè)計與生產(chǎn)應(yīng)用.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005.
[2] [美]博登伯杰.保羅R.塑料卡扣連接技術(shù).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004.
[3] 陳小寧,,魏漢軍.全密封機箱的熱設(shè)計研究.電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗,,2004,5(10):48-51.
[4] 丁曉東.電子設(shè)備的熱設(shè)計.電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境實驗,,2000,,4(8):15-17.
[5] 李琴,朱敏波,,劉海東,,等.電子設(shè)備熱分析技術(shù)及軟件應(yīng)用.計算機輔助工程,2005,,14(6):50-52.

本站內(nèi)容除特別聲明的原創(chuàng)文章之外,,轉(zhuǎn)載內(nèi)容只為傳遞更多信息,并不代表本網(wǎng)站贊同其觀點,。轉(zhuǎn)載的所有的文章,、圖片、音/視頻文件等資料的版權(quán)歸版權(quán)所有權(quán)人所有,。本站采用的非本站原創(chuàng)文章及圖片等內(nèi)容無法一一聯(lián)系確認版權(quán)者,。如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)和其它問題,,請及時通過電子郵件或電話通知我們,,以便迅速采取適當措施,避免給雙方造成不必要的經(jīng)濟損失,。聯(lián)系電話:010-82306118,;郵箱:[email protected],。