简介

Boyd承担了一项具有挑战性的任务,即冷却安装在机架安装式卫星跟踪,遥测和远程办公(TT&C)单元中的高功率PCIe卡。该产品是卫星控制中心和卫星本身之间的关键桥梁。

挑战

有问题的PCIe卡需要消耗40-50W的功率,具体取决于操作条件。客户对额外主动冷却的限制要求Boyd找到一种利用系统中现有风扇阵列的被动解决方案。

冷却方案的主要焦点在于通过将BGA设备温度保持在最低值来实现PCIe卡的MTBF最大化。

解决 方案

对于这种水平的功率耗散,热管/散热器翅片设计是最有效的选择。今天的高端计算机图形卡利用类似的系统来倾倒热量;但是,其中大多数都使用小型板载风扇主动冷却。为了保持系统被动,Boyd决定采用双插槽设计,其中更大的翅片堆栈将占据第二个插槽。

Boyd创建了一个详细的CFD基本模型,其中包括FPGA,PHY,DDR,DDS,Omap,Bridge和LTM软件包。PCB热性能由客户指定的接地层和电源层数定义。系统中的其他组件,如RF和散热器板,被建模为散热PCB板。然后在55°C的环境温度下对系统进行分析,高度压力为750 hPa,流速为300LFM。

通过基本的CFD仿真,Boyd能够确定电路板上的流量和温度图,元件结温和上述条件下的外壳热度。然后通过以下方法更改此基本模型,以最终确定热解决方案:

• 对于达到或超过其热极限的部件,进行了计算,以找到所需的最小散热器热阻,使其达到安全工作范围。
• 为超过最低结温要求的所有部件设计了热解决方案。
• 针对DFM、成本和性能优化散热器。

可交付成果/结果

向客户提供完整的热报告和样品单元进行测试。这些样品单元由Boyd位于新罕布什尔州拉科尼亚总部的快速原型工厂生产,使客户能够快速有效地验证散热解决方案。在成功的样品测试之后,Boyd开始全面生产PCIe卡冷却解决方案,用于最终产品。从概念到生产 - 以及介于两者之间的一切 - Boyd能够为这个困难的热问题提供经济高效且及时的解决方案。

• 在上述测试条件(55°C、750hPa 和 300LFM)下,所有部件均保持在最高结温限值以下。
• 在55℃环境温度下,使用建议的散热器设计,壳体内部的环境温度远低于85℃。
• 建议使用侧挡板,因为如果包括,它们可以防止空气绕过,并进一步提高结温。
• 热管的战略 3D 布线允许热量扩散到烟囱表面和散热片中。

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