CN102536765B - 一种无线基站设备风机转速的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无线基站设备风机转速的控制方法，预先设置各个单板的单板传感器温度门限值-风机转速表和下调延迟次数。其中，每个所述单板传感器温度门限值-风机转速表包括多个不同的上调温度门限值、多个不同的下调温度门限值与风机转速的对应关系。本发明的风机转速控制方法通过设置下调温度门限值和转速下调时延迟次数等相结合的方法，决策出各单板散热所需要的风机转速，然后找出系统所需要的最大转速并下达给风机，从而实现对风机转速的实时控制。本发明的风机转速调节过程平缓、无振荡，保证了风机运行工况的相对稳定，消除了因转速频繁调节而产生的噪声，同时还延长了风机使用寿命。

Description

一种无线基站设备风机转速的控制方法

技术领域

本发明涉及电子或通信领域的散热技术，特别涉及一种无线基站设备风机转速的控制方法。

背景技术

随着电子通信设备小型化、高性能化和IC器件高集成化的不断发展及其工作频率的越来越高，印制电路板的热密度不断加大，系统功率密度也在不断增加，这样，在有限的体积空间内的电子通信设备的散热问题日益严重，绝大多数情况下多数采用强制风冷的散热方式以确保电子元器件所产生的热量能够及时排出，并保证系统安全可靠地运行。

但是由于使用了风机，必然带来噪声等问题，且随着风机转速的不断提高，散热效果会越来越好，同时系统噪声也必将加大。如果降低风机转速，系统噪声肯定下降，但散热效果可能达不到要求。因此，如何解决电子通信设备系统散热与系统噪声的问题已经成为电子通信设备设计的关键点之一。

对此，目前行业里有以下两种解决方法：

1、风机集成温度传感器型，即将数字温度传感器集成在风机上，以进风口环境温度作为控制风机转速的依据。这种控制方法的实质是让加在风机两端的电压为一PWM信号，通过调节PWM信号的占空比来改变风机的转速，其风机转速与环境温度的对应曲线如图1所示。

2、线性调速型：以满足设备散热需求为前提，分别测试常温和允许长期工作的上限温度条件下的降速门限温度Tmin、全速门限温度Tmax及其各自对应的最低转速Nmin和最高转速Nmax等4个参数，并以此为依据建立纯线性的风机调速曲线，采集板卡传感器温度T，实时线性计算出风机转速N并下发调速指令的方法来控制风机转速。

即， $N=N_{\min }+(N_{\max }-N_{\min })\×\frac{T-T_{\min }}{T_{\max }-T_{\min }},$

其中，风机转速与板卡传感器温度的对应曲线如图2所示。

上述两个现有技术方案虽然从不同的角度一定程度上解决了无线通信基站设备的散热与降噪问题，但仍各有以下缺陷：

风机集成温度传感器型：其以环境温度为调速依据，不能反映设备内部各单板的真实散热需求。如果进风口环境温度不变，风机转速将保持不变，这样业务增加、热量加大的单板将无法得到及时有效的散热，其可靠性将无法得到保障。

线性调速型：

a.决定风机调速曲线的降速门限温度Tmin、全速门限温度Tmax及其各自对应的最低转速Nmin和最高转速Nmax等4个参数的测试依据仅是以是否满足设备常温和允许长期工作的上限温度环境条件下散热需求为前提，没有考虑系统噪声要求，没有实现系统散热与降噪的有机统一。

b.风机转速是根据板卡传感器温度T实时线性计算出来的，这就使得风机转速的调节变得十分频繁并由此产生转速振荡现象(乒乓效应)，其后果是不但不能保证设备中各单板工作环境的相对稳定，而且易产生新的风机噪声并影响风机的寿命。

发明内容

本发明提供了一种无线基站设备风机转速的控制方法，可以根据无线基站设备的各个单板的板卡传感器温度的变化实现无线基站设备的风机转速的自动调节。

为了解决上述问题，本发明提供了一种无线基站设备风机转速的控制方法，本发明的解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种无线基站设备风机转速的控制方法，包括如下步骤：

步骤A：建立对应于各个单板的单板传感器温度门限值—风机转速表，每个所述单板传感器温度门限值—风机转速表包括多个不同的上调温度门限值T_up与风机转速的对应关系、以及多个不同的下调温度门限值T_down与风机转速的对应关系；

步骤B：设置风机转速下调延迟次数N_{um_down}，其为系统温度检测周期的整数倍；

步骤C：每个系统温度检测周期采集一次该无线基站设备中各个单板的板卡传感器温度；

步骤D：判断各个单板的板卡传感器温度的变化趋势，根据变化趋势查询对应的单板传感器温度门限值—风机转速表和风机转速下调延迟次数，确定单板散热所需的风机转速；

步骤E：以各个单板散热所需的风机转速的最大值作为无线基站设备的风机转速；

步骤F：控制风机以所述无线基站设备的风机转速运转；

步骤G：重复步骤C至步骤F。

与现有风机调速技术方案相比，本发明的风机调速所依据的“各单板传感器温度门限值-风机转速表”是以板卡上主工作器件的壳温为考察对象，在测试了常温、允许长期工作的最高温度以及两温度之间的多个温度下、设备运营系统业务的基础上建立起来的，实现了系统散热与降噪的有机统一。且通过建立下调门限值和下调延迟次数，能够使转速调节过程平缓、无振荡，保证了风机运行工况的相对稳定，消除了因转速频繁调节而产生的噪声，同时还延长了风机使用寿命。

附图说明

图1为现有技术中一种风机调速方法的风机转速示意图。

图2为现有技术中另一种风机调速方法的风机转速示意图。

图3为本发明的各单板传感器温度门限值—风机转速对应关系示意图。

图4为本发明的无线基站设备风机转速的控制方法的流程图。

图5为本发明的确定单板散热风机转速的方法流程图。

图6a至图6c为本发明的主工作部件的壳温参考点的结构示意图。

图7为本发明的无线基站设备风机转速的控制方法的一个实施例的流程图。

具体实施方式

本发明提供一种无线基站设备风机转速的控制方法，旨在解决满足设备散热要求下降低系统噪声的问题。

本发明的核心思想是：在无线基站设备的各单板上设置温度传感器，根据实时收集的各单板温度传感器采集的温度数值，使用查询“各单板传感器温度门限值-风机转速表”、设置下调温度门限值和转速下调时延迟计次等相结合的方法，决策出各单板散热所需要的风机转速，并以各单板散热所需要的风机转速中的最大转速作为无线基站设备散热所需风机转速并下达给风机，从而实现对风机转速的实时控制。

如图4所示，本发明的无线基站设备风机转速的控制方法主要包括如下步骤：

步骤A：建立对应于各个单板的单板传感器温度门限值—风机转速表，每个所述单板传感器温度门限值—风机转速表包括多个不同的上调温度门限值T_up与风机转速的对应关系、以及多个不同的下调温度门限值T_down与风机转速的对应关系；

步骤B：设置风机转速下调延迟次数N_{um_down}，其为系统温度检测周期的整数倍；

步骤C：每个系统温度检测周期采集一次该无线基站设备中各个单板的板卡传感器温度；

步骤D：判断各个单板的板卡传感器温度的变化趋势，根据变化趋势确定单板散热所需的风机转速；

步骤E：以各个单板散热所需的风机转速的最大值作为无线基站设备的风机转速；

步骤F：控制风机以所述无线基站设备的风机转速运转；

步骤G：重复步骤C至步骤F。

图3为本发明的各单板传感器温度门限值—风机转速对应关系示意图。如图3所示，在各个单板的单板传感器温度门限值—风机转速表中，该多个不同的上调温度门限T_up包括最小上调温度门限值T_upmin、最大上调温度门限值T_upmax和至少一个位于T_upmin和T_upmax之间的上调温度门限值T_upi，i为正整数；

该多个不同的下调温度门限T_down包括最小下调温度门限值T_downmin、最大下调温度门限值T_downmax和至少一个位于T_downmin和T_downmax之间的下调温度门限值T_downi，i为正整数；

其中，T_upmin＝T_downmin+C₁；

T_upi＝T_downi+C₂；

T_upmax＝T_downmax+C₃；

C1、C2和C3为正实数，它们可以取值相同，也可不同。

其中，最小上调温度门限值T_upmin和最小下调温度门限值T_downmin对应的风机转速N_min不小于风机本身的最小转速，最大上调温度门限值T_upmax和最大下调温度门限值T_downmax对应的转速是风机的最高转速N_max。

在建立了如图3所示的上调温度门限值-风机转速表和下调温度门限值-风机转速表，且设置了风机转速下调延迟次数N_{um_down}后，本发明的风机转速控制方法中的步骤D中确定单板散热风机转速的方法流程图如图5所示，包括：

步骤501：检测第i块单板的板卡温度传感器度数；

步骤502：与前一系统温度检测周期所检测的板卡温度传感器度数相比，温度是否上升，如果是，则执行步骤507，如果否，则执行步骤503；

步骤503：与前一系统温度检测周期所检测的板卡温度传感器度数相比，温度是否下降，如果是，则执行步骤504，如果否，则执行步骤508；

步骤504：转速下调延迟计时次数增加一次；

步骤505：转速下调延迟计时次数是否大于等于下调延迟次数N_{um_down}，如果是，则执行步骤506，如果否，则执行步骤508；

步骤506：第i块单板所需风机转速降低，查询第i块单板的单板传感器温度门限值—风机转速表，确定下一温度单板散热所需的风机转速，然后执行步骤501；

步骤507：第i块单板所需风机转速增加，查询第i块单板的单板传感器温度门限值—风机转速表，确定上一温度单板散热所需的风机转速，然后执行步骤501；

步骤508：第i块单板所需风机转速不变，然后执行步骤501。

则在单板传感器温度上升时，风机转速能够根据温度对应的风机转速及时快速上升，单板和器件的热量得到及时有效的排出，系统可靠性得到保障；

而在单板传感器温度下降时，由于设置了下调温度门限值和风机转速下调延迟次数N_{um_down}，风机转速并不随着温度的下降而立即下降，而是以单板当前传感器温度低于当前转速对应的下调温度门限值T_downi且该单板传感器温度值低于T_downi的连续累积次数是否满足N_{um_down}这两个因素来决定风机转速是否需要下调来保持转速相对稳定。如果单板传感器的温度在两个相邻下调温度门限值之间反复波动时，风机转速不会随着温度变化而频繁发生变化，从而保障了单板和器件的工作环境相对稳定，避免了由于风机转速的调节频繁而产生的转速振荡现象。

由于引入了下调温度门限值和下调延迟计次两个参数，并分别建立了它们与上调温度门限值、系统温度检测周期之间的关系，采用设置下调温度门限值与转速下调延迟计次参数相结合的方法，完善了各单板散热所需要的风机转速的决策机制，避免了风机运行过程中因转速频繁调节而产生的转速振荡现象，保证了各单板工作环境温度的相对稳定。

本发明中，步骤A的单板传感器温度门限值—风机转速表的建立方法包括：

步骤A1：将热电偶固定于单板的主工作部件的壳温参考点以测量主工作部件的温度，运行无线基站设备，依次测量常温、允许长期工作的最高温度、和两个温度之间的多个不同温度下对应的风机转速，以及各主工作部件的温度所对应的板卡传感器的温度。

通常情况下，一般设备都具有一个允许长期工作的工作温度范围，如-5℃～60℃，因此在本发明中可将设备允许长期工作的温度上限假定为60℃，即T_h为60℃。但本发明并不仅限于此，该长期工作的温度上限可根据实际设备需求设定为70℃或50℃均可。

将热电偶紧贴在各单板的关键器件的壳温参考点以监控关键器件的壳温，然后运行设备系统业务，依次测试并记录常温、允许长期工作的温度上限T_h以及这两个温度之间的多个温度环境下、例如常温30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃，不同的风机占空比、例如40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％，或风机转速下，各单板关键器件的壳温和板卡传感器的温度读数。

步骤A2：在满足热设计降额要求和系统噪声要求的条件下，建立板卡传感器温度与风机转速的对应关系，作为上调温度门限值—风机转速表。

其中，最小上调温度门限值T_upmin一般取常温工作条件下、风机转速为N_min时，各板卡温度传感器读取的温度数值。前提条件是风机转速N_min不小于风机本身的最低转速，并且能够满足系统常温条件下的散热需求和噪声要求。

最大上调温度门限值T_upmax一般取工作温度Th条件下、风机转速为N_max时，各板卡温度传感器读取的温度数值。前提条件是风机转速N_max能够满足系统在T_h工作温度条件下的散热需求和噪声要求。

步骤A3：根据上调温度门限值T_up与下调温度门限值T_down的对应关系，建立下调温度门限值—风机转速表。

上调温度门限值T_up与下调温度门限值T_down的对应关系为：

T_upmin＝T_downmin+C₁；

T_upi＝T_downi+C₂；

T_upmax＝T_downmax+C₃；

为了方便设置，通常情况下取C₁＝C₂＝C₃>0。

步骤A4：合并上调温度门限值—风机转速表和下调温度门限值—风机转速表，建立对应于各个单板的单板传感器温度门限值—风机转速表。

其中，单板的主工作部件通常为该单板上的关键部件或是该单板上对环境温度要求较高的部件。为了准确地测量该主工作部件的温度，其壳温参考点的选择非常重要。

图6a至图6c为本发明的主工作部件的壳温参考点的结构示意图。如图6a所示，该单板601表面的主工作部件602无散热片，其芯腔603向上设置，热电偶604需要固定于主工作部件602正下方的陶瓷封装605底部的外表面。

如图6b所示，该单板701表面的主工作部件702无散热片，其芯腔703向下设置，热电偶704需要固定于主工作部件702正下方的陶瓷封装705的外表面。

如图6c所示，该单板801表面的主工作部件802具有散热片803，则热电偶804固定于散热片803的表面与主工作部件802背面相对应处。

本发明的单板传感器温度门限值与风机转速的对应关系，是在满足热设计降额要求和系统噪声要求的条件下建立的，优选地，热设计降额要求为10％，系统噪声要求可为40dBA、45dBA、50dBA、55dBA或60dBA。

通过应用本发明的无线基站设备风机转速的控制方法，在单板传感器温度上升时，风机转速及时快速上升，单板和器件的热量得到及时有效的排出，系统可靠性得到保障；在单板传感器温度下降时，风机转速延缓下调并保持转速相对稳定，保障了单板和器件的工作环境相对稳定。

图7为本发明的无线基站设备风机转速的控制方法的一个实施例的流程图。如图7所示，本发明的无线基站设备风机转速的控制方法包括：

步骤701、无线基站设备的控制系统初始化。

步骤702、无线基站设备的控制系统向该控制系统的主控单元下发单板传感器温度门限值—风机转速表和下调延迟次数N_{um_down}，以配置各个单板的板卡传感器当前温度所对应的风机转速。

其中，单板传感器温度门限值—风机转速表是根据本发明的步骤A中所述的建立方法建立，并预先设置于控制系统中的。单板传感器温度门限值—风机转速表和下调延迟次数可由控制系统的上层配置软件下发至该控制系统的主控单元，以配置各个单板的板卡传感器当前温度所对应的风机转速。

步骤703、每个系统温度检测周期采集一次该无线基站设备中各个单板的板卡传感器温度。

步骤704、根据各个单板的板卡传感器温度变化趋势和数值、查询单板传感器温度门限值—风机转速表和下调延迟次数，确定各个单板散热需要的风机转速。

其中，各个单板散热需要的风机转速由如图5所示的方法确定。

步骤705、以各个单板散热所需的风机转速的最大值作为该无线基站设备的风机转速。

步骤706、控制风机以所述无线基站设备的风机转速运转。

步骤707、重复步骤703至步骤706。

本发明的无线基站设备风机转速的控制方法与现有风机调速技术方案相比，具有以下优点：

(1)风机调速依据“各单板传感器温度门限值-风机转速表”是以板卡上关键器件的壳温为考察对象，在测试了常温、允许长期工作的最高温度以及它们之间的若干温度下设备运营系统业务的基础上建立起来的，实现了系统散热与降噪的有机统一。

(2)引入了下调温度门限值和下调延迟计次两个参数，并分别建立了它们与上调温度门限值、系统温度检测周期之间的关系，采用设置下调温度门限值与转速下调延迟计次参数相结合的方法，完善了各单板散热所需要的风机转速的决策机制，避免了风机运行过程中因转速频繁调节而产生的转速振荡现象，保证了各单板工作环境温度的相对稳定。

(3)转速调节过程平缓、无振荡，保证了风机运行工况的相对稳定，消除了因转速频繁调节而产生的噪声，同时还延长了风机使用寿命。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (7)

1.一种无线基站设备风机转速的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤A：建立对应于各个单板的单板传感器温度门限值—风机转速表，每个所述单板传感器温度门限值—风机转速表包括多个不同的上调温度门限值T_up与风机转速的对应关系、以及多个不同的下调温度门限值T_down与风机转速的对应关系；

步骤B：设置风机转速下调延迟次数N_{um_down}，其为系统温度检测周期的整数倍；

步骤C：每个系统温度检测周期采集一次该无线基站设备中各个单板的板卡传感器温度；

步骤D：判断各个单板的板卡传感器温度的变化趋势，根据变化趋势查询对应的单板传感器温度门限值—风机转速表和风机转速下调延迟次数，确定单板散热所需的风机转速；

步骤E：以各个单板散热所需的风机转速的最大值作为无线基站设备的风机转速；

步骤F：控制风机以所述无线基站设备的风机转速运转；

步骤G：重复步骤C至步骤F；

所述多个不同的上调温度门限T_up包括最小上调温度门限值T_upmin、最大上调温度门限值T_upmax和至少一个位于T_upmin和T_upmax之间的上调温度门限值T_upi，i为正整数；

所述多个不同的下调温度门限T_down包括最小下调温度门限值T_downmin、最大下调温度门限值T_downmax和至少一个位于T_downmin和T_downmax之间的下调温度门限值T_downi，i为正整数；

其中，T_upmin＝T_downmin+C₁；

T_upi＝T_downi+C₂；

T_upmax＝T_downmax+C₃；

C1、C2和C3为正实数；

所述步骤A包括：

步骤A1：将热电偶固定于单板的主工作部件的壳温参考点以测量主工作部件的温度，运行无线基站设备，依次测量常温、允许长期工作的最高温度、和两个温度之间的多个不同温度下对应的风机转速，以及各主工作部件的温度所对应的板卡传感器的温度；

步骤A2：在满足热设计降额要求和系统噪声要求的条件下，建立板卡传感器温度与风机转速的对应关系，作为上调温度门限值—风机转速表；

步骤A3：根据上调温度门限值T_up与下调温度门限值T_down的对应关系，建立下调温度门限值—风机转速表；

步骤A4：合并上调温度门限值—风机转速表和下调温度门限值—风机转速表，建立对应于各个单板的单板传感器温度门限值—风机转速表。

2.根据权利要求1所述的无线基站设备风机转速的控制方法，其特征在于，步骤D包括：

步骤D1：若温度上升或不变，则执行步骤D2；如温度下降，则执行步骤D3；

步骤D2：将单板的板卡传感器温度与对应的单板传感器的上调温度门限值—风机转速表比较，确定该单板散热所需的风机转速；

步骤D3：将单板的板卡传感器温度与对应的单板传感器的下调温度门限值—风机转速表比较，以系统温度检测周期为基准，若单板的当前板卡传感器温度低于当前转速对应的下调温度门限值T_downi且低于T_downi的连续累积次数大于等于N_{um_down}，则该单板散热需要的风机转速下调到步骤A所述表中对应风机转速；

若单板的当前板卡传感器温度低于当前转速对应的下调温度门限值T_downi，但低于该下调温度门限值的连续累积次数小于N_{um_down}则该单板散热所需要的风机转速不变。

3.根据权利要求1所述的无线基站设备风机转速的控制方法，其特征在于，所述单板的主工作部件无散热片，所述热电偶固定于所述主工作部件正下方的封装底部的外表面。

4.根据权利要求1所述的无线基站设备风机转速的控制方法，其特征在于，所述单板的主工作部件具有散热片，所述热电偶固定于所述散热片表面与所述主工作部件背面的对应处。

5.根据权利要求1所述的无线基站设备风机转速的控制方法，其特征在于，

所述允许长期工作的最高温度为60℃；

所述热设计降额要求为10％；

所述系统噪声要求为40dBA、45dBA、50dBA、55dBA或60dBA。

6.根据权利要求1所述的无线基站设备风机转速的控制方法，其特征在于，步骤B和步骤C之间进一步包括：

步骤C1：所述无线基站设备的控制系统初始化；

步骤C2：所述无线基站设备的控制系统向该控制系统的主控单元下发所述单板传感器温度门限值—风机转速表和下调延迟次数N_{um_down}，以配置各个单板的板卡传感器当前温度所对应的风机转速。

7.根据权利要求6所述的无线基站设备风机转速的控制方法，其特征在于，所述步骤C2中，由所述无线基站设备的上层配置软件向该控制系统的主控单元下发所述单板传感器温度门限值—风机转速表和下调延迟次数N_{um_down}。