Conduction Cooling hält die Baugruppen kühl

CompactPCI Serial

21 Digital-KompenDium // CompaCtpCI SerIal Conduction Cooling hält die Baugruppen kühl Ein gutes Wärmemanagement ist für die Zuverlässigkeit von Computern entscheidend. Vereinfacht gesagt halbiert sich die Lebensdauer mit jedem Temperaturschritt von 10 Kelvin. Bei CompactPCI-Systemen sind derzeit im Wesentlichen zwei Arten von Kühlung üblich. Die einfachste Technik ist die natürliche Konvektion (engl. convection cooling). Da warme Luft leichter ist als kalte, steigt erstere nach oben. Die Strömungsgeschwindigkeit bleibt jedoch relativ gering. Voraussetzung sind deshalb ausreichend große Lüftungsschlitze und große Kühlkörper. Soll beispielsweise eine CPU-Baugruppe mit einer Verlustleistung von 25 Watt bis 85 °C betrieben werden, benötigt man einen Kühlkörper, der sich räumlich über mehrere Steckplätze erstreckt. CPU-Lüfter sind wartungsintensiv und weniger zuverlässig Ein kleinerer Kühlkörper ist möglich, wenn man die Luft mittels Ventilatoren beschleunigt (engl. forced air cooling). CPU-Lüfter direkt auf den Baugruppen sind wartungsintensiv und wegen mangelnder Zuverlässigkeit keine Option. Stattdessen werden die Baugruppenträger insgesamt durchlüftet. Dies funktioniert gut, solange die Wärmeentwicklung pro Slot nicht zu groß wird und ein ausreichender Luftstrom, der auch kühl genug ist, gewährleistet werden kann. Die Lüfterzeile unter dem Baugruppenträger muss wiederum gewartet werden. Conduction Cooling und dessen Bedeutung Für noch anspruchsvollere Anwendungen, beispielsweise in der Luft- und Raumfahrttechnik, ist die sogenannte „Conduction- ELEKTRONIKPRAXIS Kompendium CompactpCI Serial November 2013 Cooling“-Technik verbreitet. Streng genommen meint man mit dem Begriff gar nicht die Kühlung der Baugruppen, sondern lediglich den Transport der Wärme der Baugruppen aus dem Gehäuse heraus. Hierzu verbindet man das wärmeleitfähige Material direkt mit der Wärmequelle. Hermetisch dichte Ausführung und mechanische Stabilität In der Regel hüllt man die Baugruppe in einen maßgeschneiderten Aluminiumblock, der die Wärme aufnimmt und über spezielle Spannkeile (engl. wedge locks), welche ebenfalls aus thermisch leitfähigem Material bestehen, direkt an die ebenfalls massive Gehäusewandung überträgt. Das Gehäuse kann so hermetisch dicht ausgeführt werden und ist auch mechanisch besonders stabil. Selbstverständlich muss dann die Wärme außen am Gehäuse mit weiteren Maßnahmen (beispielweise einem Lüfter) abgeführt werden. Auch Flüssigkeitskühler sind hierfür geeignet. Der Lösungsansatz von CompactPCI Serial Der IEEE-Standard, auf dem die Compact- PCI-Spezifikation beruht, sieht für Baugruppen mit Conduction Cooling spezielle geometrische Rahmenbedingen vor, die es nicht ohne weiteres möglich machen, eine Baugruppe sowohl mit Luft als auch per Konduktionskühlung zu kühlen. Da die Stückzahlen für Baugruppen mit Conduction Cooling gering sind, sind diese besonders teuer. Die CompactPCI-Serial-Spezifikation geht deshalb einen anderen Weg. Jede Baugruppe für Luftkühlung kann mittels eines individuellen Aluminiumblocks in eine Baugruppe für Conduction Cooling umgewandelt werden. Durch die Einsparung der Entwicklungskosten für spezielle konduktionsgekühlte Baugruppen ermöglicht CompactPCI Serial den Einsatz ehemals teurer Technologie auf breiter Basis. CCA-Aluminiumrahmen: für CompactPCI-Serial-Baugruppen Bild 1: Standard-Baugruppe im CCA-Rahmen (links) und und konduktionsgekühltes Gehäuse (rechts)


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