Mini-ITX без вентилятора · Пассивное охлаждение · Теплоотвод · Соединение с корпусом

Материнские платы Mini-ITX без вентилятора для промышленных и встроенных систем

Выбирайте платформу без вентилятора с учетом уровня постоянного тепловыделения, максимальной температуры окружающей среды, теплового сопротивления, геометрии корпуса, «горячих точек» компонентов и пути отвода тепла от кристалла к окружающему воздуху.

  • 170 × 170 ммГабариты платы Mini-ITX
  • N100 · 6 ВтЭталонный процессор с низким энергопотреблением
  • N97 · 12 ВтБолее высокая нагрузка на систему пассивного охлаждения
Проверить возможность работы без вентилятора Проверьте мои требования к устройствам без вентилятора
Материнская плата формата Mini-ITX без вентилятора с пассивным охлаждением и рассеиванием тепла по корпусу

Тепловая оболочка без вентилятора

Определение возможности работы без вентилятора на основе мощности в ваттах, температуры окружающей среды и допустимого повышения температуры

Удаление вентилятора устраняет принудительную циркуляцию воздуха, но не отвод тепла. Пассивная система Mini-ITX работает только в том случае, если весь теплоотводный контур способен отводить постоянную мощность системы в условиях наихудших возможных условий окружающей среды без недопустимого снижения производительности или потери запаса по температуре компонентов.

Ввод Что измерять Почему это важно
Непрерывное питание Процессор + VRM + оперативная память + накопитель + сетевая карта + USB + потери при преобразовании Определяет общее количество тепла, которое должно выйти из корпуса
Максимальная температура окружающей среды Температура вокруг установленного устройства, а не только комнатная температура Снижает допустимый запас по повышению температуры
Рабочий цикл Непрерывная активность ЦП, систем хранения данных и сети Кратковременные пиковые значения в тестах могут скрывать термический сбой в режиме установившегося состояния
Приложение Материал, площадь поверхности, ориентация, герметизация и крепление Определяет, насколько эффективно тепло передается в окружающий воздух

Тепловой путь от кремния к окружающей среде

Чтобы пассивная система работала, необходимо, чтобы каждый теплопроводный интерфейс функционировал надлежащим образом

  1. Корпус процессораОсновную сосредоточенную тепловую нагрузку создает процессор (CPU) или система на кристалле (SoC).
  2. Теплопроводящий интерфейсПрокладка, смазка или фазопереходный материал заполняют микроскопические зазоры между поверхностями.
  3. Радиатор или теплораспределительОтводит тепло от зоны небольшого корпуса в более крупную металлическую конструкцию.
  4. Интерфейс шассиКонтактное давление, плоскостность и суммарный допуск определяют, может ли корпус выполнять функцию теплоотвода.
  5. От шасси до окружающей средыПлощадь внешней поверхности, ребра охлаждения, ориентация и окружающий воздух определяют конечный расход тепла.

Источники тепла, не связанные с процессором

Хранение данных, сетевые технологии и преобразование питания могут стать скрытым «безвентиляторным» узким местом

Источник тепла Когда это становится важным Основные направления валидации
Твердотельные накопители NVMe Непрерывная регистрация данных, запись в базу данных или запись в хранилище с высокой скоростью Температура контроллера, стабильная скорость записи и ограничение производительности
Контроллеры Ethernet Несколько портов LAN, трафик 2,5 Гбит/с и 10 Гбит/с или маршрутизационные рабочие нагрузки Температура NIC/PHY при постоянной активности канала связи
VRM / DC-DC Высокая нагрузка на процессор, преобразование сигналов с широким диапазоном входных значений или питание периферийных устройств Потери при преобразовании, температура в зоне наибольшего нагрева и ограничение воздушного потока в прилегающей зоне
USB / Расширение Камеры с собственным источником питания, радиостанции, устройства захвата данных или дополнительные платы Ток разъема, нагрузка контроллера и общее тепловыделение системы

Расчет общей мощности системы Mini-ITX →

Тепловое сопротивление

Используйте соотношение θ ≤ ΔT / P для оценки потребностей в пассивном охлаждении

Проверка теплового сопротивления позволяет быстро оценить осуществимость проекта. Она не заменяет измерений, но позволяет определить, когда допустимый рост температуры слишком мал для использования простого пассивного радиатора.

Ссылка Расчет Толкование
Intel N100 TDP процессора с тактовой частотой 6 В Полезная отправная точка для создания безабсабных систем с низким энергопотреблением
Intel N97 TDP процессора 12 В Примерно в два раза больше тепла, выделяемого процессором, чем у эталонной модели мощностью 6 Вт
Повышение температуры на 35 °C · 6 Вт θ ≤ 35 / 6 = 5,83 °C/Вт Максимальное общее сопротивление для этого упрощённого примера, в котором задействован только процессор
Повышение температуры на 35 °C · 12 Вт θ ≤ 35 / 12 = 2,92 °C/Вт Более сложный пассивный вариант при том же бюджете на повышение температуры

Рассчитать необходимое тепловое сопротивление →

Теплоотвод · Термоинтерфейсный материал · Корпус

Механические допуски могут влиять на тепловые характеристики в большей степени, чем технические характеристики радиатора

Толщина TIM

Более толстая прокладка может компенсировать суммарную погрешность, но, как правило, увеличивает тепловое сопротивление. Следует использовать самую тонкую прокладку, соответствующую техническим требованиям, которая при этом обеспечивает надежный контакт.

Контактное давление

Слишком низкое давление приводит к плохому тепловому контакту; слишком высокое давление может создать нагрузку на печатную плату или корпус процессора. Определите крепежные элементы и момент затяжки.

Ровность и слоистость

Высота процессора, толщина теплоотвода, распорки, плоскостность корпуса и допуски печатной платы определяют, сохраняется ли стабильность контакта во всех серийных экземплярах.

Эксплуатационная пригодность

Доступ к модулям памяти, разъемам M.2, соединительным разъемам и крепежным винтам должен оставаться открытым без нарушения целостности сертифицированного теплопроводящего слоя.

Окружающая среда · Ориентация · Герметичный корпус

Изменения естественной конвекции в зависимости от положения установки и конструкции корпуса

Система без вентилятора, испытанная в горизонтальном положении на открытом испытательном стенде, может вести себя иначе при вертикальной установке в герметичном шкафу. При изменении способа установки изменяются условия естественной конвекции, стратификация горячего воздуха и степень воздействия на внешнюю поверхность.

Состояние Что необходимо проверить
Герметичное шасси Теплопередача от внутренней поверхности к стене и отвод тепла с внешней поверхности
Вертикальный / горизонтальный монтаж Траектория естественной конвекции и перемещение горячих точек
Установка шкафов Температура воздуха вокруг агрегата после того, как расположенное поблизости оборудование нагревает корпус
На открытом воздухе / Под воздействием солнечных лучей Теплопоступление от солнца и температура поверхности ограждающих конструкций, а не только температура окружающей среды по данным метеостанции

Термическая аттестация

Провести проверку окончательной конфигурации платы, BIOS, системы хранения данных и корпуса как единого теплового узла

Область квалификации Ссылка Используйте это для
Холод IEC 60068-2-1 Квалификация по эксплуатации или хранению в холодных условиях, если это требуется
Сухое тепло IEC 60068-2-2 Высокотемпературное воздействие в стационарном режиме
Изменение температуры IEC 60068-2-14 Напряжение, связанное с температурным переходом, там, где это необходимо
Избранный ассортимент промышленного оборудования от -20 °C до +70 °C для определенных конфигураций Используйте только в том случае, если конкретный производственный SKU относится к данному выпущенному ассортименту
Мишень для широкого диапазона температур Целевой диапазон температур для проекта: от -40 °C до +85 °C Требуется проведение квалификационных испытаний спецификации, испытаний на холодный запуск, испытаний на загрузку «на ходу» и испытаний переходных режимов

Стартовые доски

Начните с минимальной тепловой нагрузки, которая всё же обеспечивает выполнение рабочей нагрузки

Стартовая доска Когда использовать Подтвердить перед выпуском
Intel N100 Industrial Mini-ITX Для данного приложения достаточно процессора класса 6 Вт Общий диапазон температур системы, накопителя, локальной сети, места соединения радиатора с корпусом и окружающей среды
Intel N97 безвентиляторная плата формата Mini-ITX Более высокая нагрузка на процессор или сеть оправдывает использование процессора с номинальной мощностью 12 Вт Термонагрузка на сетевую карту, активность хранения данных, пассивное сопротивление, корпус и длительная нагрузка
Бесшумная система Mini-ITX с широким диапазоном рабочих температур Для данной установки установлены определенные требования к расширенному диапазону температур Диапазон допустимых значений, спецификация, условия хранения, силовая часть, теплопроводящий интерфейс и валидация в холодных и горячих условиях

Обзор систем охлаждения без вентиляторов

Отправить данные о тепловой нагрузке и ограждающих конструкциях

Укажите процессор, непрерывную нагрузку, измеренную или расчетную мощность системы, максимальную температуру окружающей среды, материал и размеры корпуса, ориентацию, условия хранения, сетевые характеристики, количество и требуемый диапазон рабочих температур.

Отправить требования к бессвентиляторным системам

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Часто задаваемые вопросы о безвентиляторных системах с форм-фактором Mini-ITX

Какое значение TDP процессора может выдержать система Mini-ITX без вентилятора?

Универсального предела не существует. На то, закроется ли система пассивного охлаждения, влияют следующие факторы: общее количество тепла в системе, температура окружающей среды, допустимый рост температуры, тепловое сопротивление, площадь корпуса, его ориентация и нагрузка.

Можно ли автоматически считать процессор Intel N100 безопасным для использования без вентилятора?

Нет. Хотя TDP процессора в 6 Вт является благоприятным показателем, в тепловой бюджет всё же необходимо включить тепловыделение от оперативной памяти, SSD-накопителя, сетевого адаптера, портов USB, VRM и корпуса.

Почему одна и та же плата без вентилятора может нагреваться сильнее в герметичном корпусе?

Герметизация снижает воздухообмен. Если корпус не обеспечивает эффективный путь теплоотвода к большой внешней поверхности, внутри могут возникать очаги перегрева даже при той же нагрузке.

Когда мне следует прекратить попытки сделать систему безвентиляторной?

Используйте принудительную вентиляцию, если при постоянной производственной нагрузке невозможно надежно обеспечить требуемое тепловое сопротивление, запас по температуре компонентов, размеры корпуса или условия окружающей среды в наихудшем случае.

Создан для бесшумной работы: Безвентиляторный дизайн, который выдерживает полевые условия

Независимо от того, устанавливаете ли вы их на запыленном заводе или в киоске с ограниченным пространством, наши платы без вентиляторов работают без перегрева и стабильно, обеспечивая бесшумную и надежную работу даже там, где отсутствует воздушный поток.