CN103807196A - 风扇控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风扇控制装置，适于控制机柜的至少一风扇。此风扇控制装置包括信号调制单元、滤波单元、电压转换单元、储能单元与至少一逻辑运算单元。信号调制单元提供调制信号。滤波单元接收调制信号，对调制信号进行滤波，以产生滤波信号。电压转换单元接收滤波信号，并对滤波信号进行电压准位转换，以产生第一电压信号。储能单元接收第一电压信号，并利用第一电压信号进行充电，以产生储能信号。至少一逻辑运算单元接收储能信号与调制信号，并对储能信号与调制信号进行逻辑运算，以产生至少一风扇控制信号。

Description

风扇控制装置

技术领域

本发明公开了一种控制装置，特别有关于一种风扇控制装置。

背景技术

目前看门狗（Watch Dog）的功能的应用上，通常是用于微控制器（MicroController Unit,MCU）对微控制器之间，利用其内部的看门狗计时器（WatchDog Timer）或是由固件（Firmware,FW）自行定义。在这种情况下，会占用到额外更多的印刷电路板（Printed Circuit Board,PCB）空间造成空间配置不当，并且会造成整体成本的价格提升，不仅仅是零件成本，而且还须包括人力的软件（Software,SW）设计成本，以及后续的软件维护成本。

一般来说，配置有多台服务器的机柜式（Rack）会配置有风扇控制板（FanControl Board,FCB）。由于机柜为了其散热效率起见，并不会在单一的服务器中配置风扇，而是将风扇配置于机柜上，并由机柜控制器（Rack ManagementController，简称RMC）通过风扇控制板对风扇进行控制。风扇控制板上会配置有一微控制器，其用以在机柜正常运作下，会发出固定频率的脉冲信号，以控制机柜内的风扇进行相应的运转，并且前述的脉冲信号会进一步显示在发光二极管（Light Emitting Diode,LED），以表示微控制器正常运作。

然而，当微控制器内配置的软件崩溃或是硬件发生问题时，微控制器所发出的信号可能全为高逻辑准位或是全为低逻辑准位。若是微控制器发出的信号全为高逻辑准位，可能使得风扇以最大转速转动，而机柜不会产生过热的情况。但是，若是微控制器发出的信号全为低逻辑准位，可能使得风扇停止运转，而机柜会发生过热的情况而造成元件损坏。如此，风扇控制板仍有改善的空间。

发明内容

鉴于以上的问题，本发明在于提供一种风扇控制装置，藉以具有看门狗（watch dog）功能，并可避免发生异常时造成风扇停止转动，使得机柜上的服务器因过热而造成损坏的情况发生。

本发明的一种风扇控制装置，适于控制至少一风扇运作。此风扇控制装置包括信号调制单元、滤波单元、电压转换单元、储能单元与至少一逻辑运算单元。信号调制单元用以提供调制信号。滤波单元用以接收调制信号，并对调制信号进行滤波，以产生滤波信号。电压转换单元耦接滤波单元，用以接收滤波信号，并对滤波信号进行电压准位转换，以产生第一电压信号。储能单元耦接电压转换单元，用以接收第一电压信号，并利用第一电压信号进行充电，以产生储能信号。至少一逻辑运算单元耦接储能单元，用以接收储能信号与调制信号，并对储能信号与调制信号进行逻辑运算，以产生至少一风扇控制信号。

在一实施例中，前述滤波单元包括第一电容与第一电阻。第一电容的第一端接收调制信号，第一电容的第二端产生滤波信号。第一电阻的第一端耦接第一电容的第二端，第一电阻的第二端耦接接地端。

在一实施例中，前述电压转换单元包括第二电阻、晶体管与二极管。第二电阻的第一端接收第二电压信号，第二电阻的第二端产生第一电压信号。晶体管的第一端耦接滤波单元，用以接收滤波信号，晶体管的第二端耦接第二电阻的第二端，晶体管的第三端耦接接地端。其中，电压转换单元依据晶体管的第一端所接收的滤波信号的逻辑准位，而决定是否以第二电压信号作为第一电压信号输出。二极管的阳极端耦接晶体管的第三端，二极管的阴极端耦接晶体管的第二端。

在一实施例中，前述储能单元包括第二电容。其中，第二电容的第一端接收第一电压信号，第二电容的第二端耦接接地端。

在一实施例中，前述当信号调制单元正常运作时，信号调制单元所产生的调制信号为脉冲形式，使至少一逻辑运算单元所产生的至少一风扇控制信号为脉冲形式，以控制至少一风扇依据调制信号的时脉频率进行相应的运转。

在一实施例中，前述当信号调制单元正常运作时，信号调制单元所产生的调制信号为高逻辑准位或低逻辑准位，使至少一逻辑运算单元所产生的至少一风扇控制信号为高逻辑准位或低逻辑准位，以控制至少一风扇依据高逻辑准位或低逻辑准位的至少一风扇控制信号进行全速运转。

本发明的另一种风扇控制装置，适于控制至少一风扇。此风扇控制装置包括信号调制单元、滤波单元、电压转换单元与储能单元。信号调制单元用以提供调制信号。滤波单元耦接信号调制单元，用以接收调制信号，并对调制信号进行滤波，以产生滤波信号。电压转换单元耦接滤波单元，用以接收滤波信号，并对滤波信号进行电压准位转换，以产生第一电压信号。储能单元耦接电压转换单元，用以接收第一电压信号，并利用第一电压信号进行充电，以产生至少一风扇控制信号。

在一实施例中，前述当信号调制单元正常运作时，信号调制单元所产生的调制信号为脉冲形式，使储能单元所产生的至少一风扇控制信号为脉冲形式，以控制至少一风扇依据调制信号的时脉频率进行相应的运转。

在一实施例中，前述当信号调制单元不正常运作时，信号调制单元所产生的调制信号为高逻辑准位，使储能单元所产生的至少一风扇控制信号为高逻辑准位，以控制至少一风扇依据高逻辑准位的至少一风扇控制信号进行全速运转。

在一实施例中，前述当信号调制单元不正常运作时，信号调制单元所产生的调制信号为低逻辑准位，使储能单元所产生的至少一风扇控制信号为低逻辑准位，以控制至少一风扇依据低逻辑准位的至少一风扇控制信号进行全速运转。

本发明的风扇控制装置，藉由滤波单元依据调制信号产生对应的滤波信号，以控制电压转换单元反复地调整第一电压信号的逻辑准位，使得储能单元进行充电或放电，进而产生对应的储能信号，再利用逻辑运算单元依据储能信号与调制信号，来产生对应的风扇控制信号，以控制风扇的运转。如以一来，风扇控制装置可具有看门狗的功能，或是直接通过储能单元来产生对应的风扇控制，以控制风扇的运转。另外，当信号调制单元不正常运作时，逻辑运算单元仍可产生高逻辑准位的风扇控制信号，使得风扇仍可持续运转并维持最大转速转动，以避免机柜上的服务器因过热而造成损坏的情况发生。

有关本发明的特征与实施例，兹配合附图作实施例详细说明如下。

附图说明

图1为本发明的风扇控制装置的示意图。

图2为本发明的调制信号与滤波信号的对应关系的波形图。

图3为本发明的另一风扇控制装置的示意图。

其中，附图标记：

100、300       风扇控制装置

110            信号调制单元

120            滤波单元

121            下降缘

122            上升缘

123            负向脉冲

124            正向脉冲

130            电压转换单元

140、310       储能单元

150_1~150_N    逻辑运算单元

151            与门

170_1~170_N    风扇

C1             第一电容

C2             第二电容

R1             第一电阻

R2             第二电阻

M              晶体管

D              二极管

SP             调制信号

SF             滤波信号

VS1            第一电压信号

VS2            第二电压信号

SS             储能信号

GND            接地端

具体实施方式

请参考图1所示，其为本发明的风扇控制装置的示意图。本实施例的风扇控制装置100适于控制机柜（Rack）的风扇170_1~170_N运作，以对机柜上的服务器进行散热，其中N为大于0的正整数。风扇控制装置100包括信号调制单元110、滤波单元120、电压转换单元130、储能单元140与逻辑运算单元150_1~150_N。

信号调制单元110用以提供调制信号SP。在本实施例中，信号调制单元110例如包括于一微控制器（Micro Control Unit,MCU）中。并且，当信号调制单元110正常运作（即微控制器正常运作）时，信号调制单元110例如产生脉冲形式的调制信号SP，例如为脉宽调制（Pulse Width Modulation,PWM）信号。当信号调制单元110不正常运作（即微控制器发生异常情况）时，信号调制单元110例如产生皆为高逻辑准位或低逻辑准位的调制信号SP。

滤波单元120耦接信号调制单元110，用以接收调制信号SP，用以对调制信号SP进行滤波，以产生滤波信号SF。进一步来说，滤波单元120包括第一电容C1与第一电阻R1。第一电容C1的第一端接收调制信号SP，第一电容C1的第二端产生滤波信号SF。第一电阻R1的第一端耦接第一电容C1的第二端，第一电阻R1的第二端耦接接地端GND。

在本实施例中，第一电容C1具有滤除直流，留下交流的特性，因此第一电容C1只对其所接收的信号的上升缘以及下降缘产生反应。也就是说，具有脉冲形式的调制信号SP经过第一电容C1后，第一电容C1对调制信号SP的上升缘122及下降缘121产生反应，因此滤波单元120会产生正向脉冲124的滤波信号SF及负向脉冲123的滤波信号SF，如图2所示。

电压转换单元130耦接滤波单元120，用以接收滤波信号SF，并对滤波信号SF进行电压准位转换，以产生第一电压信号VS1。进一步来说，电压转换单元130包括第二电阻R2、晶体管M与二极管D。第二电阻R2的第一端接收第二电压信号VS2，第二电阻R2的第二端产生第一电压信号VS1。其中，第二电压信号VS2例如为工作电压。

晶体管M具有第一端、第二端与第三端，晶体管M的第一端耦接滤波单元120，用以接收滤波信号SF，晶体管M的第二端耦接第二电阻R2的第二端，晶体管M的第三端耦接接地端GND。在本实施例中，晶体管M例如为N型晶体管，其中晶体管M的第一端为N型晶体管的栅极端（Gate），晶体管M的第二端为N型晶体管的漏极端（Drain），晶体管M的第三端为N型晶体管的源极端（Source）。但本发明不限于此，晶体管M亦可为N型晶体管。

二极管D的阳极端耦接晶体管M的第三端，二极管D阴极端耦接晶体管M的第二端。其中，二极管D用以分别箝制压降在晶体管M的第二端与第三端之间的电压。并且，电压转换单元130会依据晶体管M的第一端所接收的滤波信号SF的逻辑准位，而决定是否以第二电压信号VS2作为第一电压信号VS1输出。

举例来说，当滤波信号SF为正向脉冲124时，晶体管M导通，使得晶体管M的第二端与第三端耦接，并耦接至接地端GND，则第一电压信号VS1为低逻辑准位。当滤波信号SF为负向脉冲123时，晶体管M不导通，使得第二电压信号VS2经由第二电阻R2产生第一电压信号VS1，亦即电压转换单元130以第二电压信号VS2作为第一电压信号VS1输出。

储能单元140耦接电压转换单元130，用以接收第一电压信号VS1，并利用第一电压信号VS1进行充电，以产生储能信号SS。进一步来说，储能单元140包括第二电容C2。第二电容C2的第一端接收第一电压信号VS1，第二电容C2的第二端耦接接地端GND。

当第一电压信号VS1为低逻辑准位时，储能单元140则利用第一电压信号VS1进行放电，亦即储能单元140通过晶体管M耦接接地端GND，以进行放电。当第一电压信号VS1为高逻辑准位的第二电压信号VS2时，储能单元140则以第一电压信号VS1进行充电。

逻辑运算单元150_1~150_N耦接信号调制单元110与储能单元140，用以接收储能信号SS与调制信号SP，并对储能信号SS与调制信号SP进行逻辑运算，以产生风扇控制信号，进而控制风扇170_1~170_N进行相应的操作。在本实施例中，逻辑运算单元的个数是对应于风扇的个数，因此，使用者可视其需求，自行调整逻辑运算单元的个数。

另外，逻辑运算单元150_1～150_N各自包括与门151。其中，与门151具有第一输入端、第二输入端与输出端。与门151的第一输入端接收调制信号SP，与门151的第二输入端接收储能信号SS，与门151的输出端产生风扇控制信号。

上述已说明本实施例的风扇控制装置100中各元件以及其配置关系。接下来，将进一步说明风扇控制装置100的操作流程。

首先，当机柜上的服务器开机后，信号调制单元110会开始运作，以产生调制信号SP，且调制信号SP会分别传送给滤波单元120与与门151的第一输入端。另一方面，由于机柜上的服务器刚刚启动，因此第二电容C2并不会进行储能，使得与门151会依据调制信号SP，而对应产生风扇控制信号，以控制风扇170_1～170_N对应调制信号SP的时脉频率而产生相应的运作。

接着，滤波单元120接收到调制信号SP，并对调制信号SP进行滤波，以产生如图2所示的正向脉冲124的滤波信号SF或负向脉冲123的滤波信号SF。

之后，当晶体管M的第一端接收到正向脉冲124的滤波信号SF时，晶体管M会导通，使得电压转换单元130所输出的第一电压信号VS1为低逻辑准位。另一方面，当晶体管M的第一端接收到负向脉冲123的滤波信号SF时，晶体管M不会导通，使得电压转换单元130以第二电压信号VS2作为第一电压信号VS1输出，而此第二电压信号VS2为高逻辑准位。

接着，当晶体管M导通时，第二电容C2的第一端经由晶体管M的第二端、第三端耦接接地端GND（即第一电压信号VS1为低逻辑准位），以对第二电容C2进行放电，使得储能信号SS的电压下降。当晶体管M不导通时，第二电压信号VS2经由第二电阻R2产生第一电压信号VS1，并输出至第二电容C2的第一端，以对第二电容C2进行充电，使得储能信号SS的电压缓慢上升。

在本实施例中，当信号调制单元110正常运作（即微控制器正常运作）时，信号调制单元110会持续输出脉冲形式的调制信号SP，使得滤波单元120反复地且依序产生正向脉冲124与负向脉冲123的滤波信号SF，以控制晶体管M也反复地导通或不导通。接着，第二电容C2会依据晶体管M反复地导通或不导通，而对应进行充电或放电的操作，使得储能信号SS的电压下降或缓慢上升。

由于第二电容C2进行充电，则储能信号SS的电压会缓慢上升，并且当储能信号SS的电压尚未达到高逻辑准位时，晶体管M再度导通，则第二电容C2会进行放电，使得储能信号SS的电压下降，因此储能信号SS仍视为低逻辑准位。

接着，由于与门151的第二输入端所接收的储能信号SS为低逻辑准位，因此与门151会依据其第一输入端所接收的调制信号SP的逻辑准位，而于与门151的输出端输出对应调制信号SP的逻辑准位的风扇控制信号。也就是说，当信号调制单元110正常运作（即微控制器正常运作）时，风扇170_1～170_N会受控于调制信号SP而进行相应的运作，例如风扇170_1～170_N依据调制信号SP的时脉频率而产生相应的转速。

当信号调制单元110不正常运作（即微控制器发生异常）时，信号调制单元110例如持续产生高逻辑准位的调制信号SP，使得晶体管M导通，则第二电容C2进行放电。由于第二电容C2进行放电，使得储能信号SS为低逻辑准位，因此与门151的第一输入端会接收到低逻辑准位的储能信号SS，且此低逻辑准位的储能信号SS会输出至与门151的第一输入端。

之后，由于与门151的第二输入端所接收的储能信号SS为低逻辑准位，而与门151的第一输入端所接收的调制信号SP为高逻辑准位，因此与门151会于其输出端输出高逻辑准位的风扇控制信号，使得风扇170_1~170_N据此进行全速运转。

另外，当信号调制单元110不正常运作（即微控制器发生异常）时，信号调制单元110例如持续产生低逻辑准位的调制信号SP，使得晶体管M不导通，则第二电容C2进行充电。由于第二电容C2进行充电，使得储能信号SS的电压缓慢上升并达到高逻辑准位，因此与门151的第一输入端会接收到高逻辑准位的储能信号SS。

之后，由于与门151的第二输入端所接收的储能信号SS为高逻辑准位，而与门151的第一输入端所接收的调制信号SP为低逻辑准位，因此与门151会于其输出端输出高逻辑准位的风扇控制信号，使得风扇170_1~170_N据此进行全速运转。

如此一来，风扇控制装置100具有看门狗（Watch Dog）的功能，并当信号调制单元110不正常运作（即微控制器发生异常）时，且信号调制单元110不论输出高逻辑准位或低逻辑准位的调制信号SP，风扇170_1~170_N仍可持续运作且以最大转速转动，以避免机柜上的服务器因过热而造成损坏的情况发生。

在本实施例中，第一电阻R1的电阻值例如为20K欧姆（20KΩ），第二电阻R2的电阻值例如为1M欧姆（1MΩ），第二电容C2的电容值例如为4.7微法拉（4.7μF）。

请参考图3所示，其为本发明的另一风扇控制装置的示意图。本实施例的风扇控制装置300适于控制机柜（Rack）的风扇170_1~170_N运作，以对机柜上的服务器进行散热，其中N为大于0的正整数。其中，风扇控制装置300包括调制单元110、滤波单元120、电压转换单元130与储能单元310。

本实施例的风扇控制装置300与图1的风扇控制装置100的差异在于，风扇控制装置300省略了逻辑运算单元150_1~150_N，并且风扇控制装置300由储能单元310产生对应的风扇控制信号。也就是说，储能单元310利用第一电压信号VS1进行充电，以产生对应的风扇控制信号给风扇170_1~170_N。其中，风扇控制信号的数量对应风扇170_1~170_N。

而本实施例的调制单元110、滤波单元120、电压转换单元130与储能单元310的耦接关系与其相关操作，可参考图1的调制单元110、滤波单元120、电压转换单元130与储能单元140的实施方式，以及图2同步信号与振荡信号的对应关系的说明，故在此不再赘述。并且，风扇控制装置300仍可达到与图1的风扇控制装置100的相同效果。

本发明的实施例的风扇控制装置，其藉由滤波单元依据调制信号产生对应的滤波信号，以控制电压转换单元反复地调整第一电压信号的逻辑准位，使得储能单元进行充电或放电，进而产生对应的储能信号，再利用逻辑运算单元依据储能信号与调制信号，来产生对应的风扇控制信号，以控制风扇的运转，或是直接通过储能单元来产生对应的风扇控制，以控制风扇的运转。如以一来，风扇控制装置可具有看门狗的功能。另外，当信号调制单元不正常运作（即微控制器发生异常）时，逻辑运算单元仍可产生高逻辑准位的风扇控制信号，使得风扇仍可持续运转并维持最大转速转动，以避免机柜上的服务器因过热而造成损坏的情况发生。

Claims (10)

1.一种风扇控制装置，适于控制至少一风扇，其特征在于，该风扇控制装置包括：

一信号调制单元，用以提供一调制信号；

一滤波单元，耦接该信号调制单元，用以接收该调制信号，并对该调制信号进行滤波，以产生一滤波信号；

一电压转换单元，耦接该滤波单元，用以接收该滤波信号，并对该滤波信号进行一电压准位转换，以产生一第一电压信号；

一储能单元，耦接该电压转换单元，用以接收该第一电压信号，并利用该第一电压信号进行充电，以产生一储能信号；以及

至少一逻辑运算单元，耦接该储能单元与该信号调制单元，用以接收该储能信号与该调制信号，并对该储能信号与该调制信号进行逻辑运算，以产生至少一风扇控制信号。

2.如权利要求1所述的风扇控制装置，其特征在于，该滤波单元包括：

一第一电容，其第一端接收该调制信号，其第二端产生该滤波信号；以及

一第一电阻，其第一端耦接该第一电容的第二端，其第二端耦接一接地端。

3.如权利要求1所述的风扇控制装置，其特征在于，该电压转换单元包括：

一第二电阻，其第一端接收一第二电压信号，其第二端产生该第一电压信号；

一晶体管，其第一端耦接该滤波单元，用以接收该滤波信号，其第二端耦接该第二电阻的第二端，其第三端耦接一接地端，其中该电压转换单元依据该晶体管的第一端所接收的该滤波信号的逻辑准位，而决定是否以该第二电压信号作为该第一电压信号输出；以及

一二极管，其阳极端耦接该晶体管的第三端，其阴极端耦接该晶体管的第二端。

4.如权利要求1所述的风扇控制装置，其特征在于，该储能单元包括一第二电容，该第二电容的第一端接收该第一电压信号，该第二电容的第二端耦接一接地端。

5.如权利要求1所述的风扇控制装置，其特征在于，当该信号调制单元正常运作时，该信号调制单元所产生的该调制信号为一脉冲形式，使该至少一逻辑运算单元所产生的该至少一风扇控制信号为该脉冲形式，以控制该至少一风扇依据该调制信号的一时脉频率进行相应的运转。

6.如权利要求1所述的风扇控制装置，其特征在于，当该信号调制单元不正常运作时，该信号调制单元所产生的该调制信号为一高逻辑准位或一低逻辑准位，使该至少一逻辑运算单元所产生的该至少一风扇控制信号为该高逻辑准位或该低逻辑准位，以控制该至少一风扇依据该高逻辑准位或该低逻辑准位的该至少一风扇控制信号进行全速运转。

7.一种风扇控制装置，适于控制至少一风扇，其特征在于，该风扇控制装置包括：

一信号调制单元，用以提供一调制信号；

一滤波单元，耦接该信号调制单元，用以接收该调制信号，并对该调制信号进行滤波，以产生一滤波信号；

一电压转换单元，耦接该滤波单元，用以接收该滤波信号，并对该滤波信号进行一电压准位转换，以产生一第一电压信号；以及

一储能单元，耦接该电压转换单元，用以接收该第一电压信号，并利用该第一电压信号进行充电，以产生至少一风扇控制信号。

8.如权利要求7所述的风扇控制装置，其特征在于，当该信号调制单元正常运作时，该信号调制单元所产生的该调制信号为一脉冲形式，使该储能单元所产生的该至少一风扇控制信号为该脉冲形式，以控制该至少一风扇依据该调制信号的一时脉频率进行相应的运转。

9.如权利要求7所述的风扇控制装置，其特征在于，当该信号调制单元不正常运作时，该信号调制单元所产生的该调制信号为一高逻辑准位，使该储能单元所产生的该至少一风扇控制信号为该高逻辑准位，以控制该至少一风扇依据该高逻辑准位的该至少一风扇控制信号进行全速运转。

10.如权利要求7所述的风扇控制装置，其特征在于，当该信号调制单元不正常运作时，该信号调制单元所产生的该调制信号为一低逻辑准位，使该储能单元所产生的该至少一风扇控制信号为该低逻辑准位，以控制该至少一风扇依据该低逻辑准位的该至少一风扇控制信号进行全速运转。

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