小型收款機(jī)CPU輔助散熱器的設(shè)計(jì)

1、    小型收款機(jī)CPU輔助散熱器的設(shè)計(jì)        王元生，樊 燕 時間:2009年07月08日     字 體: 大 中 小        關(guān)鍵詞:<"cblue" " target='_blank'>風(fēng)壓<"cblue" " target='_bla

2、nk'>擴(kuò)展槽<"cblue" " target='_blank'>熱設(shè)計(jì)<"cblue" " target='_blank'>設(shè)計(jì)方法<"cblue" " target='_blank'>成本低            摘 要： 針對目前常用的基于FLEX架構(gòu)的小型收款機(jī)CPU散熱器不能使C

3、PU穩(wěn)定工作的缺點(diǎn)，提出了一種輔助散熱器的<"cblue" " title="設(shè)計(jì)方法">設(shè)計(jì)方法。通過多次性能試驗(yàn)，證明該設(shè)計(jì)是可行的。? 關(guān)鍵詞： CPU；輔助散熱器；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；試驗(yàn)? 目前小型收款機(jī)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(jī)在散熱上存在一定問題，長時間運(yùn)作后經(jīng)常出現(xiàn)死機(jī)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(jī)箱內(nèi)部散熱情況。這種方法方便簡捷，<"cblue" "

4、 title="成本低">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(jì)方法。1 方案的確定1.1 改造前機(jī)箱內(nèi)部散熱情況? 機(jī)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(yùn)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(jī)箱封閉，室溫19.2 的情況下，測試改造前某收款機(jī)CPU的溫度為68.5 。根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)室內(nèi)

5、溫度在15 35 時，CPU運(yùn)行時的溫度低于60 時為正常。顯然改造前CPU運(yùn)行時的溫度不符合正常要求。1.2 改造方案? 解決機(jī)箱散熱問題，必須注意以下幾點(diǎn)：? (1)不要安裝過多的機(jī)箱風(fēng)扇，這樣會造成機(jī)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(jī)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(jī)箱內(nèi)運(yùn)動的軌跡。合理設(shè)計(jì)的風(fēng)道，可迅速帶走機(jī)箱內(nèi)的熱空氣。由于增加機(jī)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(jìn)行散熱。? 根據(jù)機(jī)箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)和對散熱風(fēng)道的分析，輔助散

6、熱器選擇安裝在A處，即顯卡<"cblue" " title="擴(kuò)展槽">擴(kuò)展槽處。2 風(fēng)扇風(fēng)量的計(jì)算及規(guī)格選擇2.1 散熱風(fēng)扇風(fēng)量的計(jì)算? 機(jī)箱內(nèi)散熱良好時：，但實(shí)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(jī)箱內(nèi)存在散熱死角。因此，應(yīng)再增加散熱風(fēng)扇，使得機(jī)箱內(nèi)的熱平衡達(dá)到以下的要求：實(shí)際冷卻風(fēng)量的計(jì)算：? q=Q/(0.335T)式中，q為實(shí)際所需的風(fēng)量(m3/h)；Q為散熱量(W)；T為空氣的溫升()，一般為10 15 。? 按照1.52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

7、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<"cblue" " title="風(fēng)壓">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(qiáng)差，是衡量風(fēng)扇“強(qiáng)勁”程度的重要指標(biāo)。? (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(jìn)行，環(huán)境噪音的允許值應(yīng)在45 dB60 dB以內(nèi)。3 散熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 散熱器外殼設(shè)計(jì)? 散熱器外殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分別如圖2、圖3所示。? 本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成本低廉且通用性高，采用封閉式風(fēng)道，增強(qiáng)了密閉性，提高了散

8、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(jī)箱內(nèi)的運(yùn)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(kuò)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(kuò)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

9、連接作為上下殼的連接方式。設(shè)計(jì)靈感來源于手機(jī)電池后蓋上的卡扣，在設(shè)計(jì)過程中模仿該卡扣設(shè)計(jì)并將其應(yīng)用于散熱器連接件上。 4 性能試驗(yàn)? 散熱器設(shè)計(jì)完成以后，將其安裝在收款機(jī)機(jī)箱內(nèi)進(jìn)行了性能試驗(yàn)。由于2.0 GHz的CPU在收款機(jī)市場中仍屬高頻，因此以其為試驗(yàn)對象，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。? 試驗(yàn)結(jié)果表明：在長時間運(yùn)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(jī)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(jī)CPU頻率設(shè)計(jì)的。若有更高頻收款機(jī)出現(xiàn)散熱問題，或在機(jī)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(jì)；由于本散熱器是用在FlexATX構(gòu)架中的，用在別的機(jī)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(jì)中，可以將此散熱器做成系列產(chǎn)品以適用各種不同的機(jī)箱架構(gòu)。參考文獻(xiàn)1 張國強(qiáng)注塑模設(shè)計(jì)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(jī)箱的<"cblue" " title="熱設(shè)計(jì)">