Wheatstone-D8000調音臺模塊發熱故障的處理措施

胡鵬程

1 Wheatstone D8000調音臺簡介

Wheatstone D8000調音臺面板設計直觀，通道設計采用全模塊式，使用模擬操作，所有模塊均可帶電熱插拔，方便測試及維修。

輸入模塊帶8位數字LED顯示，最多可容納32路輸入信號。輸入模塊分為話筒模塊、數字模塊、模擬模塊、電話模塊和通用模塊。通過RS232串口連接計算機，用廠家提供的軟件設定調音臺各模塊的功能參數、操作模式和開關狀態。使用時，不需要外接PC計算機。

輸出八組立體聲主輸出，主要包含主輸出、直播室、導播室監聽和電平表輸出。

2 故障現象

Wheatstone D-8000數字調音臺在使用一定時間后，與所有的電子產品一樣都會有不同程度的發熱，輸入模塊中以話筒模塊發熱最厲害，其表面溫度一般都在32 ℃度左右，信號控制處理板模塊中的CPU和DSP模塊的溫度基本上在34℃度左右。當DSP和CPU模塊的溫度再升高，就會使話筒信號斷斷續續，電話模塊不能正常工作，最嚴重的情況就是調音臺整機不能工作，處于死機狀態，此時，即使關機重新啟動也無法工作；在此狀態下，測量DSP和CPU模塊表面溫度可高達45 ℃度左右。而當調音臺整體冷卻下來后，再開機可以正常工作，但幾天后又會出現同樣的故障。

3 故障分析

Wheatstone D-8000一體化數字播出調音臺，所有的模塊都安裝在同一個機箱中，模塊插在卡槽之上。模塊卡槽座后面有開孔的散熱鋁板，但各個模塊排列十分緊密，幾乎是處于空氣不流通的密封空間，雖然在電平表后面板留出了多排的散熱孔，但各模塊電子元器件工作時所產生的熱量仍然無法散出調音臺之外，加上CPU和DSP模塊本身就需要大量的運算和處理，所以發熱就更為嚴重。當發熱到一定程度，超過部分元器件正常的工作溫度，勢必就會引起CPU和DSP模塊出現故障。

在早期的常規處理中，一般都是發現輕微故障苗頭時，只要DSP模塊溫度比較高，就直接更換DSP模塊，基本上都可以解決故障（Wheatstone D8000調音臺支持模塊熱插拔）。而CPU模塊的故障只有在發熱十分嚴重、故障發現得比較晚的情況下才會出現。更換CPU模塊相對來講要麻煩一些，更換后需要通過RS232串口連接計算機，用廠家提供的軟件導入或者再次設定調音臺模塊的功能參數、操作模式和開關狀態。

隨著Wheatstone D8000調音臺的停產，CPU和DSP模塊出現斷檔，只有解決Wheatstone D8000調音臺模塊，尤其是CPU和DSP模塊發熱的問題，才能保證Wheatstone D8000調音臺正常工作。

4 思路及實驗

在目前的電子產品中，常用的散熱方法有傳導散熱和對流散熱。傳導散熱是指將物體的熱量直接傳給與之接觸的溫度較低物體的一種散熱方式，常見的有功放模塊的散熱片等，一般散熱片在使用中要在電子元件與散熱片接觸面上涂上一層導熱硅脂，使元器件發出的熱量更有效地傳導到散熱片上，再經散熱片散發到周圍空氣中。對流散熱是指通過氣體流動進行熱量交換的一種散熱方式。而吸流散熱技術則是在傳統散熱技術傳導散熱、對流散熱基礎上衍生而來，并結合對流散熱技術，將熱量通過氣體流動進行熱量交換。通過對流散熱的熱量多少，取決于機身與周圍環境之間的溫度差和機體的有效散熱面積，另外，受風速的影響也比較大。風速越大，散熱量就越多；風速越小，散熱量也越少。目前，很多電子產品都在采用吸流散熱技術，最為常見的是臺式計算機的電源和CPU散熱。

根據以上的散熱原理，Wheatstone D8000調音臺的DSP和CPU模塊也可以采用吸流散熱的方式來進行散熱，主要問題是是否能安裝散熱風扇，以及能否達到預期的效果。

首先，打開電平表蓋板，發現后蓋板和散熱鋁板之間大概有6 cm的間隔，這樣就可以將散熱風扇安裝在鋁板上，就像臺式計算機CPU的散熱風扇一樣。接下來，找兩個5 V的CPU散熱風扇，粘貼固定在Wheatstone D8000調音臺的DSP和CPU模塊后面的散熱鋁板上，接上5 V的直流電進行試驗。30分鐘后發現，DSP和CPU模塊表面溫度明顯下降，摸上去比話筒模塊的溫度要低很多。換用功率不同的散熱風扇進行試驗可以發現，功率大的風扇風速比較大，散熱較快，功率小一點可以達到同樣的效果，只是時間稍微長一點。這就表明，采用吸流散熱的方式來進行散熱，可以有效解決Wheatstone D8000調音臺的DSP和CPU模塊的發熱問題，只要能解決好噪音問題，而且考慮好安裝散熱風扇可能引發的安全問題，就可以徹底解決Wheatstone D8000調音臺的DSP和CPU模塊的發熱問題，不但可以節約大量的購買DSP和CPU模塊的資金，更可以大大地延長Wheatstone D8000調音臺的使用壽命。

5 實際改造

由于此方案是使用在廣播直播室的直播調音臺上，所以對播出安全和播出環境的要求就必須要考慮周到。

5.1 供電安全

散熱風扇工作需要有直流穩壓電源供電，直播室的所有設備都是通過UPS后供電的，任何設備的電源出故障都可能導致跳閘而影響播出。為了保證播出安全，決定將穩壓電源放在導播室，接在導播室的維修插座上（該插座與直播供電不是一路，即使出現故障也不會對直播室供電產生影響），這樣就保證了播出系統的安全。

5.2 噪音問題

在改造方案中，產生噪聲的有穩壓電源和散熱風扇兩部分。由于穩壓電源不放置在直播室中，所以就只需要考慮散熱風扇的噪聲。而散熱風扇的噪聲基本都是由風扇軸承摩擦和扇葉轉動切割空氣產生的。所以，此改造方案的實施最為關鍵的是散熱風扇的選擇。

5.3 器件選擇

經過多次的試用和比較，最終選定了一款cpu靜音風扇。

其主要技術參數為：

尺寸：80(L)×80(W)×25(H)mm

轉速，2 000 rpm；噪音，20～23 dB；電壓，12 V

壽 命，50 000 h； 軸 承，Long Life Bearing

從音量類比上來看，0～20 dB幾乎是感覺不到聲音，20～40 dB則屬于輕聲細語的感覺，這樣的噪聲不會對直播產生影響。50 000小時的壽命基本上是將近六年的時間，滿足長期使用的要求。穩壓電源選擇了一款12 V 2 A的穩壓電源。

在此改造方案中，因為所選定cpu靜音風扇的功率很小，大概0.5 W，所以對穩壓電源功率的要求是很小的，選擇這款12V2A的穩壓電源，看中的是其外殼良好的散熱性，完全可以滿足要求。

在安裝散熱風扇的過程中有兩點是需要注意的。一是風扇的方向要確定，散熱風扇的風向應該朝外，這樣可以將模塊通道里的熱氣吸出。雖然風吹進去也可以流通空氣散熱，但也會將灰塵吹進去堆積在元器件上，可能會造成新的故障產生。二是散熱風扇要粘貼固定在Wheatstone D8000調音臺的DSP和CPU模塊后面的散熱鋁板上，這樣才會有比較好的散熱效果，也不會有安全隱患。安裝完成后，通電運轉，在蓋上電平表蓋板后幾乎聽不到風扇的聲音，試用期間，也沒有主持人反映對直播有任何影響。

2016年9月份，對4臺Wheatstone D8000調音臺上的DSP和CPU模塊安裝了散熱風扇，使用到現在已經1年多了，在此期間一直沒有定期更換DSP和CPU模塊（未裝風扇前一般2個月定期輪換使用過的模塊），多次在早上5點直播開始和24點直播結束時對CPU和DSP模塊表面測量溫度，基本保持在28 ℃左右，低于話筒模塊的表面溫度。期間只有1臺調音臺DSP模塊出現過相同的故障。由此可見，此次對Wheatstone D8000調音臺安裝散熱風扇達到了預期的效果，可以極大地延長DSP和CPU模塊的使用時間，從而延長調音臺的使用壽命。