CN102486181B - 一种调整封闭式设备内温度的控温装置及控温方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了调整封闭式设备内温度的控温装置及控温方法。本发明中需预先划定检测区，通过采样测试确定各个检测区的温升曲线，确定出风扇调速曲线，以及根据封闭式设备温升值、风扇进风口温度确定出风扇转速的关系曲线；封闭式设备运行时，根据输入电流或输出电流按照机箱内各个检测区的温升曲线获得各检测区的温升值，利用各个检测区的温升值确定出机箱的温升值；根据机箱的温升值和进风口温度确定出在当前输入参数下的目标风扇转速；根据所述目标风扇转速按照风扇转速与转速控制参数之间风扇调速曲线，调整风扇电源的控制参数直到风扇转速达到目标风扇转速。本发明控温时，检测参数少而且可预知温升值可及时调整风扇转速准确控温。

Description

一种调整封闭式设备内温度的控温装置及控温方法

技术领域

本发明涉及电源技术领域，尤其涉及一种调整封闭式设备内温度的控温装置及控温方法。

背景技术

电源产品属于电力电子设备，设备中的功率管等器件工作时会产生一定的损耗，这些损耗大部分转化成了热量。在电源产品中，功率器件一般被放置在电源机箱内，为了保证功率管以及其它电子元器件能够在允许环境温度下工作，设备经常使用风扇对其冷却，电源机箱还会有相应的进风口和出风口。

电源机箱内的温度一般是通过风冷风扇来控制的，系统对温度的控制一般体现在对风扇的调速上。现有的温度控制方案，包括如下3类：

第一类是风扇时刻全速工作以实现降低机箱温度。此类方案中，没有相应的温度控制算法，只是将风扇加到稳定的电源上。在机箱热量少的情况下还继续保持较高转速运行，此种情况就产生了不必要的电能浪费，并且会产生持续不断的噪声同时也会缩短风扇的使用寿命，风量大还会使得机箱吸入更多的灰尘。

第二类是通过机箱内环境温度的检测来实现对风扇的控制以实现降低机箱温度。如图1所示，此类方案中有一定的温度控制算法，首先进行温度采样，通过采样获得的反馈的温度信息来控制风扇的转速，电路中一般是通过调节风扇电源电压大小来实现风扇调速。在此种情况下的温度控制具有滞后性，需要采集进风口的温度以及机箱内部环境温度进行对比，由于两者的温度差可能对应多种风扇转速，一般还要考虑实际负载的大小。这种控制方案适用于现有技术中对机箱内温度保持的控制方法，一般这种温度控制的方法还需要加热装置来实现加温。

第三类是通过计算电源的输出功率来控制风扇转速以实现降低机箱温度，如图2所示。此类方案有一定的温度控制算法，通过反馈机箱的输出或输入功率信息来控制风扇的转速，电路中一般是通过调节风扇电源电压大小来实现风扇调速。输入输出功率信息主要反馈了输入输出电流的信息，而电源功率管的损耗除了跟电流有关联之外，还跟开关频率有联系，有些元件的损耗还跟电流的平方有联系。仅仅通过输入输出功率的数值来决定风扇的转速会造成风扇调节的较大误差。

现有技术中的温度采集大多通过温度传感器实现，在控制中一般依赖于进风口环境温度、机箱内部环境温度、排出的空气温度这三个温度点来作为各种算法的输入参数。对于发热的元件，发出的热量通过热传递来对机箱内的各个点进行影响，热量传递可通过传导、辐射、空气对流方式进行，传导中会出现很多热阻不同的部件，辐射中不同的部件表面有不同的辐射系数，空气对流受风量、风速的影响。按照相关原理对涉及热量的这几个环节进行精细计算是非常复杂。

除电源机箱外，很多发热量较大的封闭式设备均需加设风冷风扇，例如电脑主机机箱、大型服务器机柜，单板机箱等等。因此，如何能够简便快速有效的达到调整封闭式设备的内部温度成为需要解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，一种调整封闭式设备内温度的控温装置及控温方法，用于克服现有封闭式设备例如电源机箱中控制温度时存在的检测参数多，计算复杂等问题。

为了解决上述问题，本发明提出了一种调整封闭式设备内温度的控温方法，包括：

预先在封闭式设备中划定检测区，通过采样测试确定各个检测区的温升曲线，通过采样测试确定出风扇调速曲线，以及根据封闭式设备温升值、风扇进风口温度确定出风扇转速的关系曲线；

封闭式设备运行时，根据输入电流或输出电流按照机箱内各个检测区的温升曲线获得各检测区的温升值，利用各个检测区的温升值确定出封闭式设备的温升值；

根据封闭式设备的温升值和进风口温度确定出在当前输入参数下的目标风扇转速；

根据所述目标风扇转速按照风扇转速与转速控制参数之间风扇调速曲线，调整风扇电源的控制参数直到风扇转速达到目标风扇转速。

所述划定检测区，通过采样测试确定各个检测区的温升曲线是通过如下方式获得：

确定机箱内检测区，分析各个检测区中影响该检测区的发热点；

根据发热点数量确定采样测试时的采样测试次数，根据测试次数确定对应的输入电流或输出电流的设定点，根据设定点的参数值计算发热点发热功率的大小；

根据温升值与发热点功率和风扇转速关系式列写矩阵方程，利用最小二乘法拟合求解出最小二乘解，确定温升值与发热点功率和风扇转速的温升曲线。

所述通过采样测试确定出风扇调速曲线是通过如下方式获得：

根据风扇运行特点列写多项式作为风扇转速和控制参数D的关系式；

根据多项式最高次幂确定最少采样测试次数，根据采样测试次数确定控制参数的观测设定点，记录每次观测的控制参数和风扇转速；

根据采样测试获得的控制参数和风扇转速列写矩阵方程，解出方程最小二乘解，确定风扇转速和控制参数的关系式作为风扇调速曲线。

所述根据封闭式设备温升值、风扇进风口温度确定出风扇转速的关系曲线，是通过如下方式获得：

假定封闭式设备温升值与风扇进风口温度之和与风扇转速是线性关系，

将温升最大值、风扇进风口温度最大值、风扇最大转速，温升最小值、风扇进风口温度最小值、风扇最小转速两组数值代入线性关系式中，解算出温升值、风扇进风口温度与风扇转速的关系曲线。

所述利用各个检测区的温升值确定出封闭式设备的温升值，是通过如下方式实现：

若各检测区温升值彼此间最大差值小于第一阈值，对检测区温升值求平均作为封闭式设备的温升值；或者，

若各检测区温升值彼此间最大差值大于第二阈值，则仅将其中相比最小值的差值大于该阈值且彼此间差值小于第一阈值的检测区温升值求平均作为封闭式设备的温升值。

所述方法进一步包括温度保护的步骤：当机箱内温度超过允许值并且控制参数已经调至最大，则系统停机保护；当机箱内温度超过允许值并且控制参数未达到最大，则将控制参数调至最大，如果温度还是超过允许值，则系统停机保护。

本发明还提供一种调整封闭式设备内温度的控温装置，包括：

电流输入单元，用于检测获得封闭式设备的输入电流或输出电流作为电流输入参数；

温升输出模块，用于存储对应各个检测区的温升曲线，根据电流输入参数及当前的风扇转速，按照温升曲线确定出各个检测区的温升值，并根据各个检测区的温升值确定出封闭式设备的温升值；

转速输出单元，用于根据封闭式设备的温升值及进风口温度确定出目标风扇转速Vx；

转速控制单元，用于根据转速输出单元确定的目标风扇转速调整风扇的控制参数D直至风扇转速达到目标转速值；

进风口测温单元，用于检测进风口的温度值，发送给转速输出单元。

所述温升输出模块包括：

用于存储和计算各个检测区的温升曲线的温升估算单元，温升估算单元根据电流输入参数及当前的风扇转速，按照温升曲线确定出各个检测区的温升值，送入温升选择单元；

温升选择单元，用于从各个温升估算单元获得对应温升值，根据各个检测区的温升值确定出封闭式设备的温升值，发送给转速输出单元。

所述温升输出模块获取的当前的风扇转速，是通过测量获得的当前风扇转速，或者从转速输出单元获取的上一次控温调整时的目标风扇转速。

所述控温装置进一步包括温度保护开关，所述温度保护开关，用于当机箱内温度超过允许值并且控制参数已经调至最大，则系统停机保护；用于当机箱内温度超过允许值并且控制参数未达到最大，则将控制参数调至最大，如果温度还是超过允许值，则系统停机保护。

线性最小二乘法是以误差的平方和最小为准则根据观测数据估计线性模型中未知参数的一种基本参数估计方法。本发明就是根据观测值列写拟合曲线关系矩阵，然后求出唯一解，此解便是最小二乘解。最小二乘计算使观测误差达到了最小，我们就把拟合的曲线作为变量和函数之间的确定关系。本发明提出的用常用的估计算法对封闭式设备内环境温度变化曲线以及风扇运行曲线进行拟合，利用拟合的曲线可实时估算封闭式设备内部检测区的温升，把估算温升和进风口的温度进行对比后再对风扇进行合理的控制，该方法能够客观较准确反映封闭式设备内环境温度的变化，并且只需考虑进风口温度后就可以对风扇进行控制。风扇的工作曲线也通过估计所得，使得风扇控制更合理，提高了风扇的利用率降低了风扇噪音。

附图说明

图1是现有的通过机箱内温度检测实现风扇控制的方法流程图；

图2是现有的通过计算电源输出功率实现风扇控制的方法流程图；

图3是本发明实施例中用户确定检测区温升曲线的方法流程图；

图4是本发明实施例中电源机箱内划分检测区的示意图；

图5是确定电源机箱内图4所示检测区一的温升曲线的流程图；

图6是本发明实施例中用于确定风扇调速曲线的流程图；

图7是本发明实施例中用于调整电源机箱内温度的控温过程示意图；

图8是本发明实施例中用于进行过温保护的示意图；

图9是本发明实施例中用于进行过温保护的一个应用实例示意图；

图10是电源机箱内进行采样测试确定温升曲线的测试装置示意图；

图11是电源机箱内用于进行温度控制的控温装置示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明作进一步地详细说明。

本发明实施例中，以电源机箱为主要示例，说明了封闭式设备内的温度控制方案，是根据封闭式设备的输入参数或输出参数以及风扇参数，运用合理的计算方法来实现对封闭式设备内环境温度的预知，然后通过预知温度情况并按照风扇运行曲线对风冷风扇进行调速以达到封闭式设备内温度控制目的。

目前曲线拟合技术用于图像处理的较多，或者主要用于一种带有数据处理滤波器的曲线拟合。在日益追求精益控制的情况下，电源机箱内合理的温度控制显得尤为重要，本发明实施例中，提出根据电源机箱输入或输出参数(例如输入电流或输出电流)，运用合理的估算方法来估算机箱内温度变化的曲线关系，根据曲线关系直接计算机箱内预知温度而不需要对机箱内进行温度实际检测。风扇运行曲线也用同样方法来拟合。进一步地，再根据机箱内的温升以及进风口温度情况来对风冷风扇进行调速以达到机箱内温度的降低。

具体地，本发明实施例中，在电源机箱内将具有温度考察需求的固定位置定义为一个检测区。针对每一检测区，根据电源的输入电流或输出电流以及风扇参数，运用最小二乘法来实现对机箱内每一检测区温升变化曲线的拟合，并同样用最小二乘法实现风扇运行曲线拟合。根据确定的温升曲线关系计算机箱内各个检测区的预知温升，根据各个检测区的预制温升确定整个机箱的预知温升，再结合进风口温度情况来对风冷风扇进行调速以达到机箱内温度的降低。风扇的调速算法也是根据确定的风扇运行曲线得出的。

本发明的调整封闭式设备内温度的控温装置及控温方法的技术方案中，主要包括以下几部分内容：

第一，划定检测区，确定出各个检测区的温升曲线；

第二，对风扇运行数据进行采样，确定出风扇的调速曲线；

第三，确定出封闭式设备温升值、进风口温度与风扇转速的关系曲线；

以上三部分需在封闭式设备出厂前或者设定温控方案时确定，可通过采样测试并按照合理算法获得。具体获得方式将在后续描述中详细说明。

第四，封闭式设备运行时，对封闭式设备内温度进行调整的控温方案。

根据封闭式设备的输入电流或输出电流按照温升曲线获取各个检测区的温升值，根据各检测区的温升值确定出整个机箱的温升值，根据封闭式设备的温升值与进风口温度按照与风扇转速的关系确定出目标风扇转速，再按照风扇的调速曲线调整控制参数D，将风扇转速调整为目标风扇转速。

下面将以电源机箱为示例，详细说明封闭式设备内温度控制的技术方案细节。

对于一个实际使用中的电源产品，温升曲线和风扇调速曲线关系已经是固定的，在出厂前或者配置温升控制前运用估计算法把这个关系式以函数形式表达出来，在第一、第二部分中，估算的过程需要进行一些实际测试，比如检测区的实际温升，风扇的转速等。函数曲线已经得到后，固化到温控装置中，后续的温度控制就不再需要实际的测量实际温升和风扇转速了，因为根据函数关系式就能够算出来，算出来的值叫预知。比如检测区温升的预知，风扇转速的预知。温度控制中就是根据这些预知的温升值和转速值来进行风扇控制的。在实际温度控制中这两个曲线要先得到固化在控制装置中，然后再根据两个曲线进行预知计算以及温度控制。

下面结合具体实例对上述几部分内容进行详细说明。

第一部分，在机箱内划定检测区，确定出各个检测区的温升曲线；

如图3所示，划定检测区，对检测区温升曲线拟合的方法，包括如下步骤：

步骤301：确定机箱内检测区；

步骤302：分析各个检测区中影响该检测区的发热点；

步骤303：根据发热点数量确定采样测试时的采样测试次数，测试次数必须大于或等于发热点数量加1之和；例如有n个发热点，则测试次数要大于或等于n+1。

步骤304：根据测试次数确定对应的输入参数或输出参数设定点，多个参数设定点之间的差值要相等或者近似相等；根据设定点的参数值计算发热点发热功率的大小。输入参数是输入电流或输出电流，及风扇转速。

步骤305：根据采样测试数据按照线性最小二乘法式，列写矩阵方程；

所述关系公式在具有4个发热点时，可采用如下关系式：

T_xm＝K₁*Q_m1+K₂*Q_m2+K₃*Q_m3+K₄*Q_m4+K₅*V_m，

其中，K1～K5为五个变量的系数，即通过最小二乘法拟合所需确定的参数。T_xm是检测区温升，Q_mn是发热点功率，V_m表示风扇转速。

步骤306：根据矩阵方程求出最小二乘解，确定T_xm与Q、V的线性关系式。

如图4所示，给出了一种示意性的电源机箱布局图。假定电源机箱的尺寸是450×350×80(宽×深×高，单位：毫米)，配置了三只48V的直流风扇(AFB1248SHF-8M83)作为风冷风扇，通过调节风扇工作电源电压来实现风扇调速，风扇工作电压是由控制参数D来控制。控制参数D为占空比，通过调节占空比D控制风扇电源的幅值。

按照图3所示的方案，首先需要划分检测区，划分时可根据器件类型进行，分析影响该检测区的发热点，可将发热相同且位置挨在一起的器件划入一个检测区，例如散热器包括若干功率器件，则可将散热器定义为一个检测区。

在图4所示的电源机箱布局中，机箱内发热的功率管数量较多，可将发热相同且位置挨在一起的一个或多个功率管视为一个检测区，每一个功率管可视为该检测区内的一个发热点。在图4中，一共选用六个检测区。假定检测区一中有3个功率器件，则可确定4个发热点，每个功率管作为一个发热点，另一个发热点是其它发热部件的等效耦合发热点。

下面将以图4所示的检测区一为例详细说明如何获取该检测区一对应的温升曲线。具体步骤参见图5所示。

步骤501：根据检测区内发热点数量确定采样测试的测试次数，测试次数应大于或等于(发热点数量+1)；

由于检测区一中有4个发热点，该四个发热点的发热量作为四个变量，还有风扇转速V作为第五个变量。因而可确定测试次数为5，也可以采用大于5的次数，例如6次或7次。

步骤502：根据测试次数确定采样测试时的输入参数或输出参数的设定值，各个设定值之间的差值要相同或近似相等。

例如，以输入电流和风扇转速Vo作为曲线方程的输入参数，假定最大电流为I_max，最小电流为I_min，则需要在I_max和I_min之间选定与测试次数相同数目的电流设定值；假定最大转速为V_max，最小转速为V_min，则需要在V_max和V_min之间选定与测试次数相同数目的转速设定值；

假定已知电源系统的最小输入电流为1.5A，最大输入电流为60A，则针对检测区一，可将电流区间分成12A、24A、36A、48A、60A共五个电流测试点，测试点差值为12A。风扇的最大转速V_max为4400转/分钟，最小转速V_min为2100转/分钟，则可将风扇转速分为2500转/分钟、3000转/分钟、3500转/分钟、4000转/分钟、4400转/分钟五个转速测试点，各测试点差值约等于500转/分钟。

若采用电源机箱的输出电流作为输入参数时，也可以参照输入电流的方式设定测试点。

由于输入电流越大，则发热量会越高，机箱内温度必然升高，则相应地需提高风扇转速。为简化计算量，可将风扇转速的5个测试点按从小到大的顺序分别与输入电流的5个测试点一一对应，即得到5次采样测试的测试条件：(12A，2500转/分钟)，(24A、3000转/分钟)，(36A、3500转/分钟)，(48A、4000转/分钟)，(60A、4400转/分钟)。

步骤503：根据输入电流的测试点数值，计算各个发热点的发热功率大小Q_n，n表示发热点数目。

按照步骤502中的5个测试条件，进行采样测试，每个发热点记录一组观测数值。在根据输入电流计算每个发热点的热损耗时，对于MOS功率管的损耗分两个部分：一部分是导通损耗P₁＝V_SAT(i)*i*D，一部分是开关损耗P₂＝(E_ON(i)+E_OFF(i))*f，总损耗P_1总＝P₁+P₂；对于快恢复二极管需考虑两部分损耗：一部分是关断损耗P₃＝0.25*fs*I_RM*V_R*t_rr，一部分是导通损耗P₄＝V_F*I_FAV*D，总损耗P_2总＝P₃+P₄。

由于损耗产生的热量Q全部由功耗转化过来，热损耗的热量Q的数值等于功耗P的数值。

检测区的温升T_xm可以通过温度传感器对该检测区进行探测获得。

步骤504：根据线性关系式列写每次采样测试获得的测试数据，并整理成矩阵方程；

本发明采用线性最小二乘法来得到温升曲线，其关系式如下：

T_xm＝K₁*Q_m1+K₂*Q_m2+K₃*Q_m3+K₄*Q_m4+K₅*V_m，

其中，K1～K5为五个变量的系数，即通过最小二乘法拟合所需确定的参数。T_xm是检测区温升，Q_mn是发热点功率，V_m表示风扇转速。n＝1，2，3，4，表示发热点次序；m＝1，2，3，4，5，表示测试序次；K1…K5是要求解得参数。

根据输入电流的5个测试点，计算各个发热点的功率后，得到如下矩阵：

$\left[\begin{array}{ccccc}3.5& 2.7& 3.3& 202& 2498\\ 4.2& 3.8& 7.6& 311& 3050\\ 7.6& 4.8& 9.6& 426& 3560\\ 9.1& 7.6& 11.3& 580& 4080\\ 12.1& 9.3& 14.9& 780& 4380\end{array}\right]X\left[\begin{array}{c}K1\\ K2\\ K3\\ K4\\ K5\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}6.0\\ 12.2\\ 21.7\\ 32.0\\ 47.0\end{array}\right]$

在测量各个发热点的功率时，在对应输入电流的测试点，须将风扇转速调至对应的测试转速，例如在按照12A输入电流计算功率时，将风扇转速调至2500转/分钟，但由于实际转速为2498，与设定转速2500会存在误差，代入公式时可采用实际转速。

类似的，若采用电源机箱的输出电流作为方程的输入参数，则也设定相应测试点，以输出电流为自变量采样测试获得发热功率代入矩阵即可。

步骤505：求出矩阵方程最小二乘解，最终确定该检测区的T_xm与Q_n、V的线性关系式。通过对该矩阵进行解算可得检测区一的参数K值如下：

$\left[\begin{array}{c}K1\\ K2\\ K3\\ K4\\ K5\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}1.50\\ 1.30\\ 0.5\\ 0.04\\ -0.005\end{array}\right]$

所以可得检测区一的T、Q、V之间的曲线关系式：

T₁＝1.5*Q₁+1.3*Q₂+0.5*Q₃+0.04*Q₄-0.005*V

其中T₁表示检测区一的温升值，Q₁…Q₄为四个发热点的损耗，即热功率，V表示风扇转速。

按照上述步骤501-504，可获得电源机箱中，其它5个检测区的温升曲线，即T、Q、V曲线关系式。

检测区二的温升关系式为：

T₂＝1.8*Q₁'+1.4*Q'₂+0.6*Q'₃+0.04*Q'₄-0.003*V；

Q₁'…Q'₄为四个发热点的损耗，四个发热点中有三个是功率器件，有一个是其它发热部件的等效耦合发热点。

检测区三、四、五、六为电感器件，其发热主要是自身的铜损和铁损，铜损功率P_CU＝I²×R，铁损功率P_Fe＝P_L×V_e。发热点有两个，一个是电感自身的损耗，一个是其它发热部件的等效耦合。因而，可以得到检测区三、四、五、六的T、Q、V曲线关系式：

T₃＝1.8*P₁+1.05*P₂-0.002V

T₄＝1.65*P₁'+1.02*P₂'-0.003V

T₅＝1.60*P₁″+1.02*P₁″-0.003V

T₆＝1.9*P₁″'+1.05*P₂″'-0.002V

这样，我们通过线性最小二乘法对采样数据进行分析，可以获得电脑机箱内各个检测区的温升曲线，输入参数为输入电流或输出电流，和风扇转速，由于利用输入电流或输出电流可得到关系式中的功率Q(i)或P(i)，故而可以认为输入电流或输出电流作为输入参数，直接检测电源机箱的输入电流或输出电流即可获得输入参数。再结合风扇转速V即可获得对应的温升值。

在各个检测区的温升公式中，除了与功率相关的电流(输入或输出电流)外，还有一个参数V，即风扇转速。在确定好温升曲线后，电源机箱运行时，初始计算时，可以代入风扇的启动转速Vint，获得第一次预知的温升，进而结合进风口温度可确定出目标风扇转速V1，第二次计算温升时，则可在代入实际的输入电流或输出电流，以及当前风扇转速(即第一次的目标风扇转速)，依次类推，每次计算温升时，公式中的风扇转速选用上一次的目标风扇转速即可。

如图10所示，给出了用于进行采样测试及曲线拟合的测试装置图。该测试装置包括：

电流输入单元，用于依照关于输入电流或输出电流的测试点参数设置电流输入；

发热点检测器，在检测区的每一发热点配置至少一个发热点检测器，用于检测该发热点的在当前输入电流或输出电流下的温升值；根据电流输入确定该发热点的功率；

曲线拟合单元，用于依照采样测试点的测试条件下对应的温升值，风扇转速，各发热点功率列写矩阵方程，求解矩阵方程获得对应该检测区的温升曲线。

所述温升曲线可以保存到温升输出模块中，以便在电源机箱进行控温时，依据温升曲线估算该检测区的温升值。

对于其他类似电源机箱的封闭式设备，比如运算集群机柜，电脑主机机箱，射频源机柜等设备，都可以按照第一部分的具体方式获得该封闭式设备的温升曲线。

第二部分：确定风扇转速与控制参数D之间的调速关系曲线。

风扇电源的幅值是通过对占空比D的调节来实现的，本发明实施例根据风扇运行特点，提供一种对风扇工作曲线拟合方法，如图6所示，包括：

步骤601：根据风扇运行特点，列写多项式作为转速V和控制参数D的关系式。

步骤602：根据多项式最高次幂确定最少采样测试次数。

步骤603：根据采样测试次数确定控制参数的观测设定点，多个参数设定点之间的差值要相等或者近似相等。记录每次观测的控制参数和风速数值。

步骤604：根据采样测试获得的控制参数和风速数值，列写矩阵方程。

步骤605：进行矩阵计算，得出方程最小二乘解从而确定转速和控制参数的关系式。关系式作为风扇工作特征曲线。

在最大占空比D_max时，风扇在额定电压下工作，最大转速V_max为4400转/分钟，最大转速满足最大负载时的工作需求。在最小占空比D_min时，风扇满足空载时的工作需求，最小转速V_min为2100转/分钟。设定风扇转速和控制参数D之间的关系曲线表达式为：

V＝a*D²+b*D+c

若确定参数a,b,c即可确定风扇转速和控制参数D之间的关系关系曲线。可对风扇转速V和控制参数D进行多次(例如5次)采样，将采样数据代入V与D的关系式中，通过五次观测值输入求得最小二乘解：

$\left[\begin{array}{c}a\\ b\\ c\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}-3500\\ 11350\\ -3450\end{array}\right]$

则可确定风扇转速V和控制参数D之间的曲线关系式为：

V＝-3500*D²+11350*D-3450，(1≥D≥0.6)

对于其他类似电源机箱的封闭式设备，比如运算集群机柜，电脑主机机箱，射频源机柜等设备，都可以按照第二部分的具体方式获得该封闭式设备的风扇调速曲线。

第三部分：确定电源机箱温升值、进风口温度与风扇转速的关系曲线；

风扇有最低转速和最高转速分别为V_min和V_max；机箱外界环境温度可用风扇进风口的温度T_in表示，T_inmax代表运行环境温度最高值，T_inmin代表运行环境最低值。

当负载为零且风扇风速最大时T有最小值T_min，负载满载且风扇风速最小时T有最大值T_max。根据第一部分中的方法确定的各个检测区的温升曲线，带入输入电流的工作范围，以及风扇转速的工作范围，可以得到各检测区对应的最大及最小温升，进而综合各个检测区的最大和最小温升可以获得电源机箱的最大温升T_max和最小温升T_min。

如图7所示，由于温度升高时，需要增大风扇转速，可以认为温度与风扇转速之间存在线性关系，T+T_in和V的线性关系可表示为：

T+T_in＝a*V+b。

可以认为T_max+T_inmax对应风扇转速V_max，T_min+T_inmin对应风扇转速V_min，

例如，假定T_in的参数范围是-10至40度之间，根据输入电流的工作范围可得T+T_in最高温度T_max为81度，最低温度T_min为0度。已知风扇最高转速V_max和最低转速V_min，解得a＝0.035，b＝-73，所以T+T_in与风扇V线形关系如下所示：

V＝(T+T_in+73)/0.035，其中T为机箱的温升值

从而，我们可以根据上式，在获得机箱温升值后，即可确定出需调整至的目标风扇转速。

对于其他类似电源机箱的封闭式设备，比如运算集群机柜，电脑主机机箱，射频源机柜等设备，都可以按照第三部分的具体方式获得该封闭式设备的T+T_in和V的线性关系曲线。

第四部分，电源机箱运行时，对机箱内温度进行调整的控温方案。

对于一个电源机箱而言，可以预先通过采样测试利用最小二乘法拟合出该电源机箱的温升曲线，以及风扇的调速关系曲线。如图7所示，在获得所述温升曲线及调速关系曲线后，进行温度控制时，本发明实施例中，电源机箱的温度控制包括如下步骤：

首先，根据输入参数(输入电流或输出电流)按照机箱内各个检测区的温升曲线获得各检测区的温升值，利用各个检测区的温升值确定出机箱的温升值；

根据机箱的温升值和风扇进风口的温度确定出在当前输入参数下的目标风扇转速；

根据所述目标风扇转速按照风扇转速与转速控制参数之间关系曲线，调整风扇电源的控制参数直到风扇转速达到目标风扇转速。

如图7所示，在对电源机箱进行温度控制时，只需要实时或周期性采集机箱的输入电流或输出电流，根据初始风扇转速(开机时)或上一次调整所得目标风扇转速，即可根据各个检测区的温升曲线获得各检测区对应的温升值，T1～T6。由于各个检测区内的发热点不同，发热量也不同，故而温升值也各不相同。

在计算出各检测区的温升后，对于机箱内多个检测区的温升进行比较和分析：

当各检测区温升值相近时(彼此差值小于某一阈值时，例如5度或3度)可对检测区温度求平均作为机箱的温升；

当各检测区温升值相差比较大时对温升值相近的较大值求平均作为机箱的温升，例如找出六个检测区中温升较大且彼此差值小于5度的检测区，以满足该条件的检测区温升值进行取平均获得机箱的温升。

例如，若T1～T6彼此差值小于5度，则可直接平均获得机箱的温升值为：T_X＝(T1+T2+T3+T4+T5+T6)/6。

或者，T1、T2由于是散热器的温升，温升较大，远大于其它检测区温升值，且彼此差值很小，则可得机箱的温升值为：

T_X＝(T1+T2)/2

在获得机箱的温升值T_X所后，根据与风扇转速的关系式可计算得到目标风扇转速：V_X＝(T_X+T_in+73)/0.035。

在获得目标风扇转速V之后，根据风扇转速V和控制参数D之间的曲线关系，调整风扇转速达到与电源机箱温升值对应的目标转速Vx。

如图7所示，在获得目标风扇转速之后，调整风扇转速的控制方法中，可以先给出一个初始控制参数D0，同时监测风扇实际转速Vo，当实际转速小于给定的目标转速Vx时，加或减调节步伐，当转速大于给定转速时减或加调节步伐，直到转速达到给定转速的误差范围内。所述加或减是依对控制参数D的设置而确定，如果设定为占空比D与转速同相则增加调节步伐，若设定占空比D与转速反相则减小调节步伐。例如，在占空比D与转速同相时，给出初始控制参数D0，当转速小于给定转速Vx时控制参数D增加1个步长，当转速大于给定转速Vx时控制参数D减小1个步长，直到转速达到给定转速的误差范围内。

如图11所示，给出了本发明实施例中，控温装置的示意图，所述控温装置包括：

电流输入单元，用于检测获得电源机箱的输入电流或输出电流作为电流输入参数；

温升输出模块，用于存储对应各个检测区的温升曲线，根据电流输入参数及当前的风扇转速，按照温升曲线确定出各个检测区的温升值，并根据各个检测区的温升值确定出电源机箱的温升值；

转速输出单元，用于根据电源机箱的温升值及进风口温度确定出目标风扇转速Vx，其还可以保存初始风扇转速值及当前风扇转速值(即上一次确定的目标风扇转速)；

转速控制单元，用于根据转速输出单元确定的目标风扇转速调整风扇的控制参数D直至风扇转速达到目标转速值。

进风口测温单元，用于检测进风口的温度值，发送给转速输出单元。

所述温升输出模块，包括用于存储和计算各个检测区的温升曲线的温升估算单元，所述温升估算单元根据电流输入参数及当前的风扇转速，按照温升曲线确定出各个检测区的温升值；

所述温升输出模块，又包括温升选择单元，用于从各个温升估算单元获得对应温升值，根据各个检测区的温升值确定出电源机箱的温升值；

对于机箱内多个检测区的温升进行比较和分析：当各检测区温升值相近时(彼此差值小于某一阈值时，例如5度或3度)可对检测区温度求平均作为机箱的温升；当各检测区温升值相差比较大时对温升值相近的较大值求平均作为机箱的温升，例如找出六个检测区中温升较大且彼此差值小于5度的检测区，以满足该条件的检测区温升值进行取平均获得机箱的温升。

此外，本发明实施例中，还提供了机箱内的过温保护机制。如图8所示，电源机箱内还可设有温度保护开关，当机箱内温度超过允许值时并且控制参数已经调制最大，系统会停机保护。如果控制参数还没有达到最大则需将控制参数调至最大，如果温度还是超过允许值，则系统停机保护。

例如，可以设定温度开关的动作阀值是75度。如图9所示，当机箱内温度超过允许值(75度)并且控制参数D已经调至最大，系统会停机保护。如果控制参数D还没有达到最大，则需将D调至最大，10秒后如果温度还是超过允许值(75度)，则系统停机保护。

对于其他类似电源机箱的封闭式设备，比如运算集群机柜，电脑主机机箱，射频源机柜等设备，都可以按照第上述的温度控制具体方式，对该封闭式设备的温度进行调整控制。

本发明首先提出一种封闭式设备内特定点(检测区)温升曲线拟合的方法，然后根据风扇运行特点拟合出风扇工作曲线，最后根据拟合的两个曲线实现一种封闭式设备内温度控制。本发明的实施例中，在电源机箱中根据机箱内各个器件的发热情况及空间位置，划分出若干检测区，每一检测区可包括一个或多个器件。对各个检测区进行多次采样测试，根据采样测试数据利用最小二乘法获得各个检测区和发热点的温升关系曲线。同时，对风扇的转速V与控制参数D(占空比)也进行采样测试，根据采样数据利用最小二乘法拟合获得风扇转速V与控制参数D的调速关系曲线。在某一输入电流下，利用温升关系可以获得各个检测区的温升值，根据各个检测区的温升值确定出电源机箱的温升值Tx。再根据入风口的温度值Tin可以估算出对应该温升值Tx的风扇转速Vx，再根据所述调速关系曲线调整控制参数D，直到风扇转速达到Vx。

在上述实施例中，以电源机箱为对象，详细说明了封闭式设备内温度控制的技术方案，对于其他类似电源机箱的封闭式设备，比如运算集群机柜，电脑主机机箱，射频源机柜等设备，都可以按照电源机箱的具体实施方式，测定温升曲线及风扇调速曲线，再根据所述两条曲线对封闭式设备内的温度进行控制，达到监测参数少，估算简便快速，可预知目标温度，按预知温度快速调整风冷风扇转速的目的。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种调整封闭式设备内温度的控温方法，包括：

预先在封闭式设备中划定检测区，通过采样测试确定各个检测区的温升曲线，通过采样测试确定出风扇调速曲线，以及根据封闭式设备温升值、风扇进风口温度确定出风扇转速的关系曲线；

封闭式设备运行时，根据输入电流或输出电流按照封闭式设备内各个检测区的温升曲线获得各检测区的温升值，利用各个检测区的温升值确定出封闭式设备的温升值；

根据封闭式设备的温升值和进风口温度确定出在当前输入参数下的目标风扇转速；

根据所述目标风扇转速按照风扇转速与转速控制参数之间风扇调速曲线，调整风扇电源的控制参数直到风扇转速达到目标风扇转速。

2.如权利要求1所述的控温方法，其特征在于，所述划定检测区，通过采样测试确定各个检测区的温升曲线是通过如下方式获得：

确定封闭式设备内检测区，分析各个检测区中影响该检测区的发热点；

根据发热点数量确定采样测试时的采样测试次数，根据测试次数确定对应的输入电流或输出电流的设定点，根据设定点的参数值计算发热点发热功率的大小；

根据温升值与发热点功率和风扇转速关系式列写矩阵方程，利用最小二乘法拟合求解出最小二乘解，确定温升值与发热点功率和风扇转速的温升曲线。

3.如权利要求1所述的控温方法，其特征在于，所述通过采样测试确定出风扇调速曲线是通过如下方式获得：

根据风扇运行特点列写多项式作为风扇转速和控制参数D的关系式；

根据多项式最高次幂确定最少采样测试次数，根据采样测试次数确定控制参数的观测设定点，记录每次观测的控制参数和风扇转速；

根据采样测试获得的控制参数和风扇转速列写矩阵方程，解出方程最小二乘解，确定风扇转速和控制参数的关系式作为风扇调速曲线。

4.如权利要求1所述的控温方法，其特征在于，所述根据封闭式设备温升值、风扇进风口温度确定出风扇转速的关系曲线，是通过如下方式获得：

假定封闭式设备温升值与风扇进风口温度之和与风扇转速是线性关系，

将温升最大值、风扇进风口温度最大值、风扇最大转速，温升最小值、风扇进风口温度最小值、风扇最小转速两组数值代入线性关系式中，解算出温升值、风扇进风口温度与风扇转速的关系曲线。

5.如权利要求1所述的控温方法，其特征在于，所述利用各个检测区的温升值确定出封闭式设备的温升值，是通过如下方式实现：

若各检测区温升值彼此间最大差值小于第一阈值，对检测区温升值求平均作为封闭式设备的温升值；或者，

若各检测区温升值彼此间最大差值大于第二阈值，则仅将其中相比最小值的差值大于该阈值且彼此间差值小于第一阈值的检测区温升值求平均作为封闭式设备的温升值。

6.如权利要求1所述的控温方法，其特征在于，所述方法进一步包括温度保护的步骤：

当封闭式设备内温度超过允许值并且控制参数已经调至最大，则系统停机保护；

当封闭式设备内温度超过允许值并且控制参数未达到最大，则将控制参数调至最大，如果温度还是超过允许值，则系统停机保护。

7.一种调整封闭式设备内温度的控温装置，包括：

电流输入单元，用于检测获得封闭式设备的输入电流或输出电流作为电流输入参数；

温升输出模块，用于存储对应各个检测区的温升曲线，根据电流输入参数及当前的风扇转速，按照温升曲线确定出各个检测区的温升值，并根据各个检测区的温升值确定出封闭式设备的温升值；

转速输出单元，用于根据封闭式设备的温升值及进风口温度确定出目标风扇转速Vx；

转速控制单元，用于根据转速输出单元确定的目标风扇转速调整风扇的控制参数D直至风扇转速达到目标转速值；

进风口测温单元，用于检测进风口的温度值，发送给转速输出单元。

8.如权利要求7所述的控温装置，其特征在于，

所述温升输出模块包括：

用于存储和计算各个检测区的温升曲线的温升估算单元，温升估算单元根据电流输入参数及当前的风扇转速，按照温升曲线确定出各个检测区的温升值，送入温升选择单元；

温升选择单元，用于从各个温升估算单元获得对应温升值，根据各个检测区的温升值确定出封闭式设备的温升值，发送给转速输出单元。

9.如权利要求7所述的控温装置，其特征在于，

所述温升输出模块获取的当前的风扇转速，是通过测量获得的当前风扇转速，或者从转速输出单元获取的上一次控温调整时的目标风扇转速。

10.如权利要求7所述的控温装置，其特征在于，所述控温装置进一步包括温度保护开关，

所述温度保护开关，用于当封闭式设备内温度超过允许值并且控制参数已经调至最大，则系统停机保护；用于当封闭式设备内温度超过允许值并且控制参数未达到最大，则将控制参数调至最大，如果温度还是超过允许值，则系统停机保护。