الكمبيوتر الصناعي ذو درجة الحرارة الواسعة: التصميم الهندسي من -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية

التخزين البارد، والمحطات القاعدية الخارجية، والمصانع الصحراوية، ومحطات البحث العلمي القطبية - تتطلب جميع هذه السيناريوهات معدات حاسوبية للعمل بشكل موثوق في درجات الحرارة القصوى. يعد IPC ذو درجة الحرارة الواسعة منتجًا خاصًا لتلبية هذا الطلب. تلخص هذه المقالة التدابير الهندسية وراء ذلك.

لماذا تخاف أجهزة الكمبيوتر العادية من البرد والحرارة؟

عادةً ما يتم إثبات الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية فقط ضمن نطاق "درجة حرارة الغرفة" الذي يتراوح بين 0 درجة مئوية إلى 40 درجة مئوية، وبعد ذلك يمكن مواجهة مجموعة متنوعة من المشكلات:

• مشكلة درجة الحرارة المنخفضة: تنخفض سعة بطارية الليثيوم بشكل كبير، بل وتفشل في التشغيل؛ يتصلب زيت تشحيم محمل محرك الأقراص الصلبة الميكانيكي SATA؛ تتباطأ سرعة استجابة شاشة LCD أو حتى "تتجمد"؛ تتشقق مفاصل اللحام بسبب التمدد الحراري والانكماش بسبب التعب.
• مشكلة ارتفاع درجة الحرارة: يتم تقصير عمر المكثفات الإلكتروليتية وفقًا لقاعدة "كل ارتفاع في درجة الحرارة 10 درجات مئوية، ينخفض ​​العمر الافتراضي إلى النصف"؛ يقوم المعالج بتشغيل الحماية من الحرارة الزائدة وتقليل التردد؛ يذوب اللحام وتنجرف معلمات الجهاز.

المقاييس الأساسية لتصميم درجات الحرارة الواسعة

1. اختيار مكونات الصف الصناعي

تحتوي الرقائق العادية المخصصة للمستهلكين فقط على مواصفات درجة الحرارة "من الدرجة التجارية" (0 درجة مئوية إلى 70 درجة مئوية). يجب أن تتمتع الرقائق والمكثفات والمقاومات والمذبذبات البلورية المستخدمة في المنتجات ذات درجات الحرارة الواسعة من الدرجة الصناعية بمواصفات درجة حرارة من الدرجة الصناعية (-40 درجة مئوية ~ 85 درجة مئوية) أو حتى من الدرجة العسكرية (-55 درجة مئوية ~ 125 درجة مئوية). يعد هذا أحد المصادر الأساسية لفرق التكلفة بين أجهزة الكمبيوتر الصناعية ذات درجات الحرارة الواسعة وأجهزة الكمبيوتر العادية.

2. يحل تخزين الحالة الصلبة محل محركات الأقراص الصلبة الميكانيكية

عادة ما تكون درجة حرارة تشغيل القرص الصلب الميكانيكي (HDD) من 0 درجة مئوية إلى 60 درجة مئوية، وتزداد لزوجة زيت التشحيم عند درجات حرارة منخفضة، وتنخفض سرعة البحث وحتى لا يمكن البدء. يعتمد الكمبيوتر الصناعي ذو درجة الحرارة الواسعة بشكل كامل محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة الصناعية ذات درجة الحرارة الواسعة (SSD). درجة حرارة التشغيل يمكن أن تصل إلى -40 درجة مئوية ~ 85 درجة مئوية. لا تحتوي على أجزاء دوارة ولا تتأثر بدرجات الحرارة المنخفضة.

3. التبريد السلبي بدون مروحة

تعتمد معظم أجهزة الكمبيوتر الصناعية ذات درجات الحرارة الواسعة تصميمًا بدون مروحة: تفقد محامل المروحة التشحيم عند درجات الحرارة المنخفضة ويتسارع تآكلها عند درجات الحرارة المرتفعة. ينقل التصميم بدون مروحة الحرارة إلى الغلاف المعدني من خلال وحدة حرارية، ولا يعتمد على أي أجزاء متحركة، ويمكن الاعتماد عليه بنفس القدر في درجات الحرارة القصوى.

4. تصميم مضاد للتكثيف

عندما يتم نقل الجهاز من بيئة ذات درجة حرارة منخفضة إلى بيئة ذات درجة حرارة عادية، سيتشكل الندى (التكثيف) على السطح، وسوف تتسبب الرطوبة التي تدخل لوحة الدائرة في حدوث ماس كهربائي. يستجيب الكمبيوتر الصناعي لدرجات الحرارة الواسعة من خلال الإجراءات التالية: - إجراء معالجة طلاء ثلاثي المقاومة لألواح ثنائي الفينيل متعدد الكلور (مقاومة للرطوبة، ومقاومة لرذاذ الملح، ومقاومة للعفن)؛ - تصميم إغلاق الهيكل يقلل من دخول الهواء الرطب الخارجي؛ - بعض المنتجات مزودة بوحدات تسخين للتسخين المسبق قبل البدء بدرجات حرارة منخفضة.

5. التسخين المسبق لدرجة الحرارة المنخفضة وإدارة البرامج

في درجات الحرارة المنخفضة للغاية (مثل -40 درجة مئوية)، يمكن أن تتجاوز الخصائص الكهربائية للمعالج والذاكرة نطاق التشغيل الطبيعي. ستضيف وحدات التحكم الصناعية ذات درجات الحرارة الواسعة عالية الجودة منطق اكتشاف درجات الحرارة المنخفضة على مستوى BIOS: عندما يتم اكتشاف أن درجة الحرارة المحيطة منخفضة جدًا، سيتم تنشيط عنصر التسخين لتسخين اللوحة مسبقًا إلى درجة حرارة آمنة، ثم سيتم إجراء اختبار POST الذاتي الكامل.

كيفية التحقق من مؤشر درجة الحرارة الواسع؟

عند شراء جهاز كمبيوتر صناعي يتحمل درجات الحرارة العالية، يجب أن تطلب من الشركة المصنعة توفير ما يلي: - تقرير اختبار تقادم درجات الحرارة العالية والمنخفضة (عادة 72 ساعة من التشغيل المستمر عند -40 درجة مئوية و+85 درجة مئوية)؛ - تقرير اختبار دورة درجة الحرارة (دورات متكررة بين أدنى وأعلى درجات الحرارة للتحقق من تحمل الإجهاد الحراري)؛ - إثبات مواصفات درجة حرارة المكونات الفعلية المستخدمة.

من السهل المطالبة بدرجة حرارة واسعة، والتحقق هو المفتاح.