CN101063875A - 散热控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种散热控制系统及方法，依据至少一温度感应器测量的温度值对至少一散热设备的运作状态进行控制，该散热控制系统包括：关联模块、撷取模块、查询模块、计算模块以及控制模块。该散热控制方法包括下述步骤：生成相应的关联控制表；计算各温度变化值；获取对应的量化温度值及量化温度变化值；获得对应于该量化温度值及量化温度变化值的量化控制变化值；计算各散热设备的控制值；以及依据计算的各散热设备的控制值分别输出一控制信号到对应的散热设备，控制各散热设备的运作状态。本发明的散热控制系统及方法，提高电子设备散热效率，避免散热风扇对电源供应上阶跃式冲击损耗，减少散热风扇的启动噪音，实现了对多个散热风扇的关联控制。

Description

散热控制系统及方法

技术领域

本发明是关于一种控制技术，特别是关于一种结合温度信息、温度变化信息以及温度感应器与散热风扇的关联信息，控制例如散热风扇的散热设备运行状态的散热控制系统及方法。

背景技术

随着电子设备例如服务器系统中大规模集成电路的高度集成化，中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)、硬盘等元件的工作频率愈来愈高，整个系统的发热量也随之升高。若不能及时将服务器机箱内的热量排散出去，累积的热量会导致系统中各器件或元件因不断升温无法正常工作，更为严重地可能导致器件或元件发生故障或损坏。为确保服务器系统的正常运作，必须采用热交换的手段，也就是利用散热风扇并通过风道尽快将热量发散到服务器机箱外，如何控制散热风扇运作则是系统有效散热的关键所在。

目前采用控制散热风扇的方法是通过温度传感器对CPU、内存、硬盘及电源供应器等相对大功率的发热器件或元件工作时的温度状况进行测量，并根据测量的温度控制风扇的转速，它是先建立一温度与风扇转速的对应控制表，当测量的温度达到设定的温度值时，控制风扇的转速为与该设定温度值对应的速度，例如，当测得的温度上升并高于设定温度值的上限值(Upper Limit)时，控制风扇以最高转速运作；当测得的温度下降并低于设定温度值的下限值(Lower Limit)时，控制风扇以低速运作。

然而，上述控制散热风扇运作的方法仅参考测得温度的高低，热传递过程中存在的热阻会不可避免地造成温度感应器的感应值较实际温度值有一定的滞后，也就是存在热惰性，此即会产生下述缺失：当温度感应器感测到器件温度高于设定温度值的上限值时，器件的实际温度可能已经高于测量的温度，由于测量滞后，风扇未能及时启动到高速提供必需的散热风速可能导致器件因持续高温损伤；反之，当温度感应器感测到器件温度低于设定温度值的下限值时，器件的实际温度可能已经低于测量的温度，此时风扇仍保持高速转动则会造成电源的浪费及额外噪音，同时其使用寿命也会受到一定的影响。因此，这种仅通过测量温度的高低不考虑温度变化作为控制散热风扇的高速或低速运作，不仅不能达到有效散热的目的，由于散热风扇高速与低速间的直接转换会对电源产生阶跃式的冲击可能导致电源损坏。

另外，为了提高系统的散热能力，服务器机箱中除了设有多个温度感应器分别对重要器件或元件各别进行测量外，也设有多个散热风扇对各器件或元件有效散热。通常的做法是将各温度感应器及散热风扇一一对应关联，而这种也存在缺失，举例而言，测量CPU温度的温度感应器仅对应控制最邻近CPU的散热风扇，若该散热风扇发生异常难以降低CPU的温度时，其余较为邻近的风扇并不会提高转速确保CPU的有效散热。

为此，如何提供一种结合设定温度的限值及温度实际变化信息控制散热风扇的转动速度，以及整合温度感应器及散热风扇的关联信息以实现对多个散热风扇的关联控制的散热控制系统及方法，遂成为目前亟待解决的重要课题。

发明内容

为克服上述现有技术的缺失，本发明主要目的在于提供一种散热控制系统及方法，结合设定温度的限值及温度变化信息控制散热风扇的转速，借此提高电子设备的散热效率。

本发明的另一目的在于提供一种散热控制系统及方法，确定散热风扇的转动加速度平稳控制散热风扇的转速，避免散热风扇对电源供应上的阶跃式冲击损耗，同时减少了散热风扇的启动噪音。

本发明的再一目的在于提供一种散热控制系统及方法，整合多个温度感应器及散热风扇的关联信息，实现对多个散热风扇的关联控制。

为达上述及其它目的，本发明提供一种散热控制系统及方法，依据至少一温度感应器测量的温度值对至少一散热设备的运行状态进行控制，该散热控制系统包括：关联模块，建立各散热设备与各温度感应器间的关联关系，并建立各量化温度值、量化温度变化值与各量化控制变化值间的对应关系，依据该对应关系生成相应的关联控制表；撷取模块，间隔一预设时间撷取各温度感应器测量的温度值，依据相邻预设时间的温度值计算各温度变化值，并对测量的各温度值及计算的各温度变化值分别进行量化获取对应的量化温度值及量化温度变化值；查询模块，依据该撷取模块获取的量化温度值及量化温度变化值查询该关联模块建立的关联控制表，获得对应于该量化温度值及量化温度变化值的量化控制变化值；计算模块，依据该查询模块查询到的量化控制变化值及该关联模块建立的各散热设备与各温度感应器间的关联关系计算各散热设备的控制值；以及控制模块，依据该计算模块计算的各散热设备的控制值分别输出一控制信号到对应的散热设备，控制各散热设备的运作状态。

其中，该散热设备是一散热风扇；该量化控制变化值是指量化加速度值，该散热设备的控制值是指散热风扇的加速度值；该散热风扇的控制信号是脉冲宽度模式(Pulse Width Mode，PWM)信号，控制该散热风扇的风扇转动速度。

另外，本发明的散热控制系统还包括一检测模块，检测各散热风扇的速度运行状态，该控制模块在一散热风扇发生异常时，控制其余散热风扇进入补偿控制模式，其中，该补偿控制模式是指依据该关联模块建立的各散热风扇与各温度感应器间的关联关系，使其余具有关联关系的散热风扇提高转动速度。

本发明的散热控制方法，依据至少一温度感应器测量的温度值对至少一散热设备的运作状态进行控制，该散热控制方法包括下述步骤：建立各散热设备与各温度感应器间的关联关系，建立各量化温度值、量化温度变化值与各量化控制变化值间的对应关系，依据该对应关系生成相应的关联控制表；间隔一预设时间撷取各温度感应器测量的温度值，依据相邻预设时间的温度值计算各温度变化值；对测量的各温度值及计算的各温度变化值分别进行量化，获取对应的量化温度值及量化温度变化值；依据获取的量化温度值及量化温度变化值，查询该关联控制表，获得对应于该量化温度值及量化温度变化值的量化控制变化值；依据查询到的量化控制变化值及建立的各散热设备与各温度感应器间的关联关系计算各散热设备的控制值；以及依据计算的各散热设备的控制值分别输出一控制信号到对应的散热设备，借此控制各散热设备的运行状态。

其中，该散热设备是一散热风扇；该量化控制变化值是指量化加速度值，该散热设备的控制值是指散热风扇的加速度值。该散热风扇的控制信号是脉冲宽度模式(Pulse Width Mode，PWM)信号，控制该散热风扇的风扇转动速度。

另外，本发明的散热控制方法还包括检测各散热风扇的速度运行状态，在一散热风扇发生异常时，控制其余散热风扇进入补偿控制模式，其中，该补偿控制模式是指依据建立的各散热风扇与各温度感应器间的关联关系，使其余具有关联关系的散热风扇提高转速。

本发明的散热控制系统及方法结合温度感应器测量的温度及温度变化信息，确定散热风扇的转动加速度，同时也融合温度感应器与散热风扇的关联信息，控制散热风扇的转动速度。因此，本发明的散热控制系统及方法结合温度感应器测量的温度及温度变化信息，可依据温度变化预测温度变化的趋势，解决了因热传递过程中热惰性而导致测量滞后、无法及时有效地散热、浪费电源以及产生额外噪音等缺失。

附图说明

图1是本发明散热控制系统的详细架构示意图；

图2是本发明散热控制方法的详细流程示意图；

图3A是本发明散热控制系统及方法对各量化温度值及量化温度变化值示意图；以及

图3B是本发明散热控制系统及方法建立的关联控制表示意图。

具体实施方式

实施例

图1是本发明散热控制系统的详细架构示意图。如图所示，本发明的散热控制系统1依据至少一温度感应器10测量的温度值对至少一例如散热风扇17的散热设备运行状态进行控制，在本实施例中，该散热风扇17是设置在服务器机箱中的散热风扇。该散热控制系统包括关联模块11、撷取模块12、查询模块13、计算模块14、控制模块15以及检测模块16。该散热设备除了可以是散热风扇外，也例如是液态冷却系统，本发明的散热控制系统可控制该液态冷却系统的泵体对冷却液进出流速处理，以下实施例中以散热风扇作为散热设备为例说明。

该关联模块11建立各散热风扇17与各温度感应器10间的关联关系，并建立各量化温度值、量化温度变化值与各量化控制变化值间的对应关系，依据该对应关系生成相应的关联控制表110。其中，该量化控制变化值是指散热风扇的量化加速度值。

举例而言，若温度感应器有6个，则要测量的发热器件分别为两个CPU、内存、电源供应器、硬盘的温度，上述发热器件附近则设置了5个散热设备的散热风扇17，依据各温度感应器对应测量的发热器件以及各散热风扇的设置位置，本实施例的关联模块11建立的各散热风扇17与各温度感应器10间的关联关系为μ(关联系数)，其如式(1)所示：

${\left[\mathrm{\μ}\right]}_{5\×6}=\left[\begin{array}{cccccc}1& 0.5& 0& 0& 0& 0.3\\ 0.5& 1& 0.3& 0& 0& 0.8\\ 0& 0.7& 1& 0.3& 0& 0.8\\ 0& 0& 0.5& 1& 0.5& 0\\ 0& 0& 0& 0.5& 1& 0\end{array}\right]$ 式(1)

其中，1代表散热风扇17与温度感应器具有最大关联关系(也就是与散热风扇17最邻近的温度感应器测量的发热器件)，0代表没有关联关系。举例而言，第一温度感应器测量第一CPU的温度，第一散热风扇最邻近该第一CPU，因此该第一散热风扇与第一温度感应器的关联系数μ1，1为1，第二散热风扇较为邻近第一CPU，因此第二散热风扇与第一温度感应器的关联系数μ2，1为0.5，第三、第四及第五散热风扇与第一温度感应器没有关联关系。

请参阅图3A，它是显示依据温度T及温度变化ΔT的范围，将温度T及温度变化ΔT分别定义为(模糊化)离散的6个量化温度值以及7个量化温度变化值，如图所示，温度T由低到高依次为6个量化温度值NB、NS、NZ、PZ、PS及PB，温度变化ΔT由低到高依次为7个量化温度值NB、NM、NS、AZ、PS、PM及PB。接着，请参阅图3B，它是该关联模块11依据图3A的温度T所分别量化温度值T及温度变化ΔT所分别量化温度变化值建立的关联控制表110，也就是各量化温度值、量化温度变化值与各量化加速度值Δv间的对应关系。如图所示，量化加速度值Δv由低到高包括NB、NM、NS、AZ、PS、PM及PB，当温度T的量化温度值为NB(温度最低)以及温度变化ΔT的量化温度值为NB(温度处于最快下降变化)时，量化加速度值Δv为NB(以最大的减速度降低风扇转速)；当温度T的量化温度值为PB(温度最高)以及温度变化ΔT的量化温度值为PB(温度处于最快上升变化)时，量化加速度值Δv为PB(以最大的加速度提高风扇转速)。

该撷取模块12在间隔一预设时间撷取各温度感应器10测量的温度值，依据相邻预设时间的温度值计算各温度变化值，并对测量的各温度值及计算的各温度变化值分别进行量化，获取对应的量化温度值及量化温度变化值。在本实施例中，该撷取模块12在一预设时间撷取6个温度感应器测量的温度值，并计算各温度值与前一预设时间的差值得到各温度变化值。由于各温度值及温度变化值是较精确的数值，因此需要参考图3A所示对其进行量化(模糊化)，获取对应于当前时间测量的温度值及温度变化值的量化温度值(T1～T6)及量化温度变化值(ΔT1～ΔT6)。

该查询模块13依据该撷取模块12获取的量化温度值及量化温度变化值，查询该关联模块11建立的关联控制表110，获得对应于该量化温度值及量化温度变化值的量化控制变化值。在本实施例中，该查询模块13查询如图3B所示的关联控制表，借此可获得对应于量化温度值(T1～T6)及量化温度变化值(ΔT1～ΔT6)的量化加速度值(Δv₁～Δv₆)。

该计算模块14依据该查询模块13查询到的量化控制变化值及该关联模块11建立的各散热风扇17与各温度感应器10间的关联关系，计算各散热风扇的控制值。其中，该散热风扇的控制值是指散热风扇的加速度值，该散热风扇的加速度值是依据式(2)所示计算而得：

f_i＝max{μ_1，iΔv₁，μ_2，iΔv₂，μ_3，iΔv₃，…，μ_n，iΔv_n}  式(2)

在本实施例中，该查询模块13查询到的量化加速度值分别为Δv₁、Δv₂、Δv₃、Δv₄、Δv₅以及Δv₆，该关联模块11建立的各散热风扇与各温度感应器的关联关系如上述式(1)所示，因此，该计算模块14计算的各散热风扇的加速度值是分别如式(3)至式(7)所示：

f₁＝max{Δv₁，0.5Δv₂，0.3Δv₆}           式(3)

f₂＝max{0.5Δv₁，Δv₂，0.3Δv₃，0.8Δv₆}  式(4)

f₃＝max{0.7Δv₂，Δv₃，0.3Δv₄，0.8Δv₆}  式(5)

f₄＝max{0.5Δv₃，Δv₄，0.5Δv₅}           式(6)

f₅＝max{0.5Δv₄，Δv₅}                    式(7)

该控制模块15依据该计算模块14计算的各散热风扇的控制值，分别输出一控制信号到对应的散热风扇，控制各散热风扇的运行状态。其中，输出的控制信号是脉冲宽度模式(Pulse Width Mode，PWM)信号，该PWM信号的脉冲宽度是依据该计算模块14计算出的各散热风扇的加速度值f1～f5转换而得，并可直接控制各散热风扇的风扇转动速度。

该检测模块16检测各散热风扇的速度运行状态，该控制模块15在一散热风扇发生异常时，控制其余散热风扇进入补偿控制模式，其中，该补偿控制模式是指依据该关联模块11建立的各散热风扇与各温度感应器10间的关联关系，使其余具有关联关系的散热风扇提高转动速度。例如，当该检测模块16根据其中一个散热风扇的转动速度回馈检测到其发生异常(如低于计算所得的风扇转动速度)，则该检测模块16发出报警信息到控制模块15，该控制模块15判断出与发生异常的散热风扇具有最大关联关系的温度感应器为特定温度感应器，因此，该控制模块15令其余与特定温度感应器有关联关系的散热风扇提高转动速度(全速转动)。

对应于上述散热控制系统，本发明还提供一种散热控制方法，图2是本发明的散热控制方法的详细流程示意图，该散热控制方法依据多个温度感应器测量的温度值对多个散热风扇的速度运行进行控制。如图2所示。该方法首先执行步骤S20。

在步骤S20中，建立各散热风扇与各温度感应器间的关联关系，并建立各量化温度值、量化温度变化值与各量化加速度值间的对应关系，依据该对应关系生成相应的关联控制表。接着进到步骤S21。

在步骤S21中，间隔一预设时间撷取各温度感应器测量的温度值，依据相邻预设时间的温度值计算差值得到各温度变化值。接着进到步骤S22。

在步骤S22中，对测量的各温度值及计算的各温度变化值分别进行量化，获取对应的量化温度值及量化温度变化值。接着进到步骤S23。

在步骤S23中，依据获取的量化温度值及量化温度变化值查询该关联控制表，获得对应于该量化温度值及量化温度变化值的量化加速度值。接着进到步骤S24。

在步骤S24中，依据查询到的量化加速度值及建立的各散热风扇与各温度感应器间的关联关系，计算各散热风扇的加速度值。接着进到步骤S25。

在步骤S25中，依据计算出的各散热风扇的加速度值，分别输出一控制信号到对应的散热风扇，控制各散热风扇的转动速度。接着进到步骤S26。

在步骤S26中，检测各散热风扇的转动速度是否发生异常，若是(其中一散热风扇的转动速度有异常)则进到步骤S27；若否则返回到步骤S21，撷取下一预设时间的各温度感应器测量的温度值。

在步骤S27中，在一散热风扇发生异常时，依据建立的各散热风扇与各温度感应器间的关联关系，控制其余具有关联关系的散热风扇提高转动速度，例如，控制其余具有关联关系的散热风扇以全速运转。接着返回到步骤S21。

综上所述，本发明的散热控制系统及方法采用模糊逻辑控制方法，也就是结合温度感应器测量的温度T及温度变化ΔT信息并将它模糊化(离散化)确定散热风扇的转动加速度Δv，同时也融合温度感应器与散热风扇的关联信息μ，控制散热风扇的转动速度。因此，本发明的散热控制系统及方法应用模糊逻辑控制方式，具有简单控制的优点，结合温度感应器测量的温度及温度变化信息可以依据温度变化预测温度变化的趋势，解决了因热传递过程中的热惰性导致测量滞后、无法及时有效地散热、浪费电源以及产生额外噪音等缺失。

其次，通过加速或减速控制散热风扇，可以平稳控制散热风扇的转动速度，避免了因散热风扇高速与低速转动间的直接转换，对电源产生阶跃式的冲击损耗电源的缺失，同时也减少了散热风扇的启动噪音。

再者，本发明的散热系统及方法融合了多个温度感应器及散热风扇的关联信息，也就是将对应测量各发热器件的温度感应器与各散热风扇的设置位置进行关联，各散热风扇的控制不再各自独立，通过整合机制实现对多个散热风扇的关联控制。尤其是当其中散热系统中的某一个散热风扇发生异常时，可以控制其余关联的散热风扇提高转速补偿该异常风扇无法提供的散热能力，不仅可对发热器件有效地散热，也可以在最大程度上提高散热风扇的利用率。

Claims (10)

1.一种散热控制系统，依据至少一温度感应器测量的温度值对至少一散热设备的运作状态进行控制，其特征在于，该散热控制系统包括：

关联模块，建立各散热设备与各温度感应器间的关联关系，并建立各量化温度值、量化温度变化值与各量化控制变化值间的对应关系，依据该对应关系生成相应的关联控制表；

撷取模块，间隔一预设时间撷取各温度感应器测量的温度值，依据相邻预设时间的温度值计算各温度变化值，并对测量的各温度值及计算的各温度变化值分别进行量化，获取对应的量化温度值及量化温度变化值；

查询模块，依据该撷取模块获取的量化温度值及量化温度变化值，查询该关联模块建立的关联控制表，获得对应于该量化温度值及量化温度变化值的量化控制变化值；

计算模块，依据该查询模块查询到的量化控制变化值及该关联模块建立的各散热设备与各温度感应器间的关联关系，计算各散热设备的控制值；以及

控制模块，依据该计算模块计算的各散热设备的控制值，分别输出一控制信号到对应的散热设备，控制各散热设备的运作状态。

2.如权利要求1所述的散热控制系统，其特征在于，该散热设备是一散热风扇。

3.如权利要求2所述的散热控制系统，其特征在于，该量化控制变化值是指量化加速度值，该散热设备的控制值是指散热风扇的加速度值。

4.如权利要求2所述的散热控制系统，其特征在于，该散热风扇的控制信号是脉冲宽度模式信号，控制该散热风扇的风扇转动速度。

5.如权利要求2所述的散热控制系统，其特征在于，该散热控制系统还包括一检测模块，检测各散热风扇的速度运行状态，该控制模块在一散热风扇发生异常时，控制其余散热风扇进入补偿控制模式，其中，该补偿控制模式是指依据该关联模块建立的各散热风扇与各温度感应器间的关联关系，使其余具有关联关系的散热风扇提高转速。

6.一种散热控制方法，依据至少一温度感应器测量的温度值对至少一散热设备的运作状态进行控制，其特征在于，该散热控制方法包括下述步骤：

建立各散热设备与各温度感应器间的关联关系，建立各量化温度值、量化温度变化值与各量化控制变化值间的对应关系，依据该对应关系生成相应的关联控制表；

间隔一预设时间撷取各温度感应器测量的温度值，依据相邻预设时间的温度值计算各温度变化值；

对测量的各温度值及计算的各温度变化值分别进行量化，获取对应的量化温度值及量化温度变化值；

依据获取的量化温度值及量化温度变化值查询该关联控制表，获得对应于该量化温度值及量化温度变化值的量化控制变化值；

依据查询到的量化控制变化值及建立的各散热设备与各温度感应器间的关联关系，计算各散热设备的控制值；以及

依据计算出的各散热设备的控制值，分别输出一控制信号到对应的散热设备，控制各散热设备的运行状态。

7.如权利要求6所述的散热控制方法，其特征在于，该散热设备是一散热风扇。

8.如申请专利范围7所述的散热控制方法，其特征在于，该量化控制变化值是指量化加速度值，该散热设备的控制值是指散热风扇的加速度值。

9.如权利要求7所述的散热控制方法，其特征在于，该散热风扇的控制信号是脉冲宽度模式信号，控制该散热风扇的风扇转动速度。

10.如权利要求7所述的散热控制方法，其特征在于，该散热控制方法还包括检测各散热风扇的速度运行状态，在一散热风扇发生异常时，控制其余散热风扇进入补偿控制模式，其中，该补偿控制模式是指依据建立的各散热风扇与各温度感应器间的关联关系，使其余具有关联关系的散热风扇提高转动速度。

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