在VPX的高性能防务应用领域，总有效载荷功率要求在机箱层面处理冷却时采用创新策略。高性能应用需要新的创新，甚至全新的发明，在应用和适应既有的机构冷却技术的同时，保持成本可控。经过合理工程设计的VITA 48.2规范，采用空气或液冷辅助散热，能够比仅采用传导冷却的方式更有效地冷却有效载荷。这些针对3U和6U系统的设计，能够支持空气冷却和液冷的应用，通过利用成熟的VITA 48.2生态系统实现成本控制。板级散热与系统级散热管理VPX系统的散热通常分为两个重点领域，解决方案一方面是板上（VPX模块）级冷却，另一方面是机箱级冷却。在前者中，VITA 48 REDI（坚固增强设计）标准及其底层模块冷却规范投入了大量精力。但其机械设计则针对模块层面的热传递。每台都采用了从 VITA 48.2（传导冷却）分支的冷却方法。迄今为止，大部分设计工作集中在6U模块而非3U模块上，因为较大6U模块的功能密度使散热需求超过48.2的有效范围。拓展VITA 48.2机构设计的极限，大多数VPX系统使用VITA 48.2导热冷却模块，因为已有部署记录。然而，随着模块功率持续增加，VITA 48.2 在使用直传导冷却时难以散发相关热量。因此，系统设计师有两个选择：要么转向VITA REDI替代方案，要么坚持使用VITA 48.2，在机箱层面不断突破极限。选择在成本、模块可用性、机箱设计、环境、体积和重量等相互冲突的需求之间进行艰难的平衡。有一点几乎可以确定：无论是机箱还是模块层面，风冷还是液冷都会影响散热性能。功耗较大的模块可以利用先进的VPX REDI标准，如VITA 48.4（液体）或风冷，但当这些方式不易解决问题时，系统设计者需要采用混合冷却策略，使用VITA 48.2模块。目标是优化VITA 48.2模块的性能。采用现成的VPX机箱，且成本远低于需要精密加工的导通冷却框架（支持进排气通道（AFT，0.8）和进出口快拆机械（LFT，0.4）以去除热量的VITA 48.4/.8版本。VITA 48.4 模块在 6U 中并不广泛，3U 中则较少（48.4 不覆盖这些模块）。3U模块的稀缺使得该形态的系统级散热替代方案更加重要。
混合机箱设计
在3U和6U中，扩展VITA 48.2机箱的冷却能力涉及添加空气或液体辅助散热，以打造高性能散热平台。
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风冷设计 热量通过散热器从热模块部件传导到模块楔形锁。楔形锁与机箱紧密接触，并将热量转递到外部独立风道区域中的散热齿片，机箱侧壁内设有散热器（散热齿或散热鳍片）和风扇，以提供足够的压力和流量。强制空气与散热片同平面流动，带走多余热量。如下（图1）
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液冷设计 当风冷散热不满足产品热设计要求时，应用可支持外部泵的冷却机。机箱将冷却液垂直于卡边缘通过系统冷板（机箱侧壁），方式类似于风冷机箱。两种常见的冷却剂选择是乙二醇水和丙二醇混合物，乙二醇添加剂作为防冻剂。此外，PAO因其介电特性在军事和航空航天领域广泛应用。如下（图2）
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冷板设计冷板设计的一个新技术-3D打印的兴起。如今的冷板通常是通过将流体通道加工凹凸板。然后通过摩擦焊或真空钎焊连接两半。这是一个漫长且昂贵的过程;此外，如果冷板冲洗不当，钎焊过程中使用的盐分可能会污染工作流体或被吸入泵中。相比之下，新的3D制造技术能够精确定位和布局流体通道，同时降低交货时间和成本。 对于较不坚固的应用，生产液冷冷板的新设计方法包括使用集成O型圈垫片、流道和冷却散片的主板。一个螺栓固定板将O型圈垫片压缩固定在位。独立的O型圈包围着通道，并在中心环绕着固定硬件。合成橡胶O型圈的服务温度范围为-65°C至150°C。 散热器设计对于空气（AoC）和液体（LoC）散热片设计，需要使用高功率压制式散热板，这使得相较于铣削技术实现更高的散热密度，并提供比其他方法更大的散热表面积。对于AoC应用，冷却风扇应根据流量、声学、可靠性和静压来选择。强制空气沿机箱长度与尾翼面共面，因此尾翼密度必须在最佳散热能力和最小气流阻力之间取得平衡。温度传感器调节风扇转速以维持目标温度。对于LoC应用，机箱通常是系统冷却电路中的多个部件之一，可能包括冷却器和泵。因此，机箱设计的核心在于优化预定流量的散热片。 环境应用场景风冷散热和液冷散热设计应分别在标准和扩展温度版本中保持70°C和85°C的卡边缘温度。选择基于系统运行温度，温度范围为-40°C至85°C。 在决定采用AoC冷却还是LoC冷却时，应评估这两种模型。 AoC冷却相对简单，几乎不需要外部基础设施来支持设备运行。这些系统的应用包括空、陆、海等，在设备安装环境和使用海拔条件下。需要特别注意AoC冷却在高温和高空时性能会下降。 嵌入式系统的LoC冷却应用日益突出。该方法的优点包括更高的热散逸以及对环境温度和高度的更高容忍性。对于LoC系统，入口流体温度和流体流量在很大程度上决定了有效载荷温度。液冷的一个缺点是系统需要外部资源，包括冷水机和泵来循环冷却剂；因此，设备安装的空间限制更小、应用更广泛。 液体闭环冷却设备商正在探索前沿解决方案，以满足液冷的外部资源需求。例如，闭环设备将泵、散热器和冷却液储液集成到机箱的控制系统中，消除了外部冷却接口的需求。工作流体形成一个“闭环”，在机箱周围持续循环，将热量从高温载荷中输送出去。初步结果比较满意。 |
