Icepak 在W-CDMA 基站热设计中的应用.pdf

《Icepak 在W-CDMA 基站热设计中的应用.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、2005Fluent中国用户大会论文集Icepak在W-CDMA基站热设计中的应用张光颖(宇通科技（杭州）有限公司研发部)摘要：基站的散热分析与设计是其可靠性设计中的一个重要组成部分，本文结合宇通科技研发部的热设计工作，着重讨论热控分析软件ICEPAK在公司基站研发过程中散热设计、分析、仿真与测试等方面的应用情况，并对几个具体的案例作简要介绍。关键词：可靠性散热设计热分析散热仿真ICEPAK1.前言W-CDMA基站具有单板及系统的功耗高、单板上元件密度大和系统中电路板密度大等特点，由此而产生的系统热密度的激增使通信设备供应商对其产品的可靠性更加关注，而热环境就是影响电子产品性能和可靠

2、性的重要因素之一。当电子设备工作时，其输出功率只占设备输入功率的一部分，而功率损失一般都是以热能的形式散发出来。此外，由于电子设备制造工艺的发展使电子设备的热控制问题成为制约系统可靠性的难点。以WCDMA基站为例，由于工作原理等因素，基站关键部件如PA模块和基带卡等在正常运行时会产生大量的热量，尤其是PA，由于其工作效率通常不足10％，因此对基站散热设计提出了更大挑战。散热成为除电源外影响基站可靠性故障的主要原因之一，3G时代更是将有过之而无不及。这就要求设备商在3G基站设计时要特别考虑由散热导致的可靠性问题。2.热设计中的CFD仿真技术针对基站热量产生的原因与系统结构，必须对基站的

3、热场分布进行分析研究，采用合理的热设计方法，保证基站中各设备在允许的温度范围内工作。专用热分析软件Icepak面向电子元器件、多芯片模块、印制板、子系统和整机系统，通过模型建立、模型求解和后处理三方面将电子产品的热效应分析放在了设计前期。借助电子冷却软件的分析，可有效解决如下问题：结合不断发展的电子冷却技术，优化适用于系统的冷却方案；快速有效的把握解决问题的方向；优化系统内关键器件、部件的布局；减少设计成本、提高产品的一次成功率（get-right-first-time），改善电子产品的性能、提高产品可靠性、缩短产品的上市时间。热设计软件的应用为提高产品设计水平和质量，起到非常重要的

4、作用。下面是结合实际工作，采用Icepak软件进行热设计的实例，硬件平台为：P42.6G,1GRAM,80G硬盘，Win2k，Icepak4.1.16。3.W-CDMA宏蜂窝基站NodeB散热设计与分析宏蜂窝基站NodeB是为运营商解决城市高话务地区的覆盖量身定做，结构紧凑，集成度高，占地少，单机柜支持12载波扇区、1440个信道，采用All-in-one设计，射频远端集成于机柜内，兼容20WTPA和3932005Fluent中国用户大会论文集40WTPA，大大拓展了前向和反向信道的覆盖范围，为运营商节省初期部署3G网络的成本。整个基站由两个子框组成，分别是MDE框和AMP框。MDE

5、框由下至上分为三层，即风扇层，单板层1和单板层2。AMP框则由下至上分为两层，即风扇层和功放层。单板层的高度为235mm和260mm，为纵向放置，由此形成单板间的风道，保证每块单板间均有冷风流过，充分带走热量。功率放大器采用大尺寸高密度散热器散热。基站尺寸为1300mm（H）x770mm（W）x650mm（D）。（一）理论计算系统2C6S满配置时，共有54块单板，6个40WTPA,整个系统的发热功率约为3700W,系统温升要求控33制在10℃之内。基站平均热密度为5687W/m，局部最高热密度为42903W/m，由此判定单靠自然冷却不能完全解决基站的冷却问题，必须采用强迫对流冷却。(

6、1)采用强迫对流冷却时，从机柜中排走的热量可采用方法计算：φ=qctmp式中，φ－机柜中排出的热流量，单位W；q－空气的质量流量，单位kg/s；c－空气定压比热，单位；mpt－机柜内温度与环境温度之差。(2)空气的质量流量采用如下方法计算：q=qγmv33式中，q－空气的体积流量，单位m/s；γ－空气密度，单位m/s。v(3)干燥空气的密度采用如下方法计算：273pγ=1.29()()5T+2731.013×10式中：T－温度，单位℃；P－大气压力，单位Pa。综合以上方法，计算得到机柜所需空气的体积流量：q=φ/(cΔt)=0.341kg/smp33q=q/γ=0.308m/s＝18

7、.5m/minvm因此，根据基站内部配置的结构分布情况，本系统采用吹风方式强力散热，选用8个铸铝直流轴流风机并联组成一个风扇单元，并通过两个风扇单元的串连组合，将冷风从机柜底部导入系统，经过单板层和TPA层，从机柜顶部导出热风。（二）软件建模与分析根据初步估计的计算结果，采用Icepak软件，对基站进行系统级仿真，并在此基础上采用Zoom-in技术对关键单板和PA模块作局部分析，快速掌握了基站内部热量分布情况及散热需求，提高了设计效率。系统级分析的简化模型