CN103890691B

CN103890691B - 系统中的气流阻塞响应

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Publication number: CN103890691B
Application number: CN201180074421.3A
Authority: CN
Inventors: 利·W·阿特金森
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2011-10-31
Filing date: 2011-10-31
Publication date: 2017-10-31
Anticipated expiration: 2031-10-31
Also published as: WO2013066292A1; CN103890691A; DE112011105787T5; US9766669B2; GB201406680D0; US20140285964A1; GB2509649A; GB2509649B

Abstract

一种系统，其包括底板(102)、位于底板中用于交换底板外部的空气与底板内部的空气的通风口(130、132)、底板内部的温度传感器(114)、向系统供电的电源(106)、以及联接至温度传感器的控制器(120)，控制器(120)用于在控制器确定来自温度传感器的温度高于针对系统从电源汲取的功率水平的阈值温度的情况下，执行气流阻塞响应行为(121)。

Description

系统中的气流阻塞响应

背景技术

诸如便携式计算机(例如，笔记本计算机)的计算系统在正常操作期间部分依赖于流经其底板的气流来耗散由各种部件(例如，显示器、硬盘驱动器、处理器和存储器)产生的热量。另外，在时钟逻辑部件接近其最大温度额定值时，便携式计算机的热管理控制器会减小部件的执行速度，这减少了部件产生的热量并维持部件的操作能力。然而，对于大部分部件，在低于最大温度额定值的温度下，可能会发生对底板表面材料的外表损伤或用户不适。例如，皮肤可能与底板的底面接触的人在该表面达到40℃时可能不舒服，然而许多部件具有超过100℃的最高温度额定值。

在正常操作期间，即使在部件温度处于或接近其最大额定值时，流经底板的气流也防止外表面变得太热。一些系统可以通过使用热敏电阻监控热产生部件或通过检测排气扇的故障，来检测系统热疏散的彻底故障(即，当部件具有超过其最大温度额定值的风险时)。

附图说明

为了详细描述说明性的实施方式，现在将参考附图，其中：

图1示出根据不同示例的热管理系统；

图2示出根据不同示例的另一个热管理系统；

图3a示出根据不同示例的热管理的方法；

图3b示出根据不同示例的热管理的另外的方法；

图3c示出根据不同示例的热管理的又一个方法；以及

图4示出根据不同示例的热管理控制器。

具体实施方式

贯穿说明书和权利要求书都使用某些术语来指代特定的系统部件。本领域技术人员将理解，计算机公司可能会采用不同的名称来指代部件。本文件不打算区分名称上不同、但在功能上没有不同的部件。在下面的讨论和权利要求中，术语“包括”和“包含”以一种开放的形式被使用，因此应该解释为“包括，但不限于……”的含义。同样，术语“联接”意指或间接、或直接、或光学或无线的电连接。因此，如果第一设备联接至第二设备，这种连接可以是通过直接的电连接、通过经由其他设备和连接的间接的电连接、通过光学电连接或通过无线的电连接。

如这里所用，术语“系统”是指两个或更多个部件的组合，其可以是完整的计算机或其部分。

如这里所用，术语“电子部件”是指计算机系统的单个功耗部件。这包括机械设备(诸如显示器和硬盘驱动器)以及时钟逻辑半导体器件(诸如CPU、存储器和视频控制器)。

如这里所用，术语“系统负载”是指计算系统的一个或多个功耗电子部件。系统负载可以指单个硬件处理器、硬件处理器和一个或多个诸如存储器的其他设备的组合、或者功耗设备的其他组合。

在某些情况下，众多温度传感器被放置以测量底板表面的温度。因此，不是检测气流阻塞，而是直接监控表面温度，如果表面温度超过可容忍水平(其可以远低于部件的最大温度额定值)，则部件可能会被减速或关闭。然而，使用另外的温度传感器是昂贵的，并且在布置便携式计算机内部时，需要另外的封装和设计考虑。在其他情况下，风扇的速度可以被监控以确定流经底板的气流。然而，风扇速度和气流之间的相关性可能是不准确的，并且因此可能不会提供关于气流或底板表面温度的有用信息。

图1示出包括检测冷却系统中的气流阻塞的系统的计算机100。计算机100包括计算机底板102，计算机底板102由将交流电源转换为计算机100使用的直流电的AC适配器104供电。底板102可以是例如便携式计算机底板，诸如笔记本计算机、手持式计算机、或个人数字助理(PDA)等。AC适配器联接至底板102内部的电源106。电源106给计算机100的各种部件供电，这些部件由于它们的功耗而产生热量。

温度传感器114被安装为监控系统的温度。在某些情况下，各部件的温度可以被监控，而在其他方面，某些部件附近区域的温度可以被监控。进气口130和排气口132能够使流经底板102的气流有助于调节计算机100的部件的温度。

在正常操作负载期间，流经底板102的气流足以耗散计算机100的部件产生的热量，并将操作温度维持在可接受的范围中。然而，在处理要求很高时，计算机100的部件的温度可能超过其最佳范围。联接至温度传感器114的热管理控制器(例如，控制器120)可以从温度传感器114检测这种温度的上升，并触发各种时钟逻辑部件的时钟速度的减小，或在某些情况下，使计算机100关闭。

在流经底板102的气流被禁止的情况下(例如，由于阻塞进气口130和排气口132中的一个或两个)，即使在正常系统操作负载之下，底板102的表面温度也可能开始上升。如上解释，表面损坏或用户不适即使在比计算机100的部件的阈值低很多的温度下也会发生。结果，当安排在计算机100上的处理要求很低时(例如，在执行诸如互联网浏览或文字处理的具有低处理需求的任务时)，尽管气流阻塞导致底板102的表面超过期望的温度水平，但是某些热管理机制(例如，处理器速度的减小、计算机100的关闭)不会被触发。

气流阻塞可以通过将系统的功耗与温度传感器114测量的温度相比较来检测。可替代地或另外，计算机100的单个电子部件(例如，CPU)的功耗可以与该电子部件的测量温度相比较。当在与测量温度相比较时功耗出奇地低时，可以指示阻塞的气流。可替代地，在对于系统从电源106汲取的功率水平来说由温度传感器114测量的温度出奇地高时，可以指示阻塞的气流。如果检测到阻塞气流的情况，则控制器120可以使气流阻塞响应行为121被执行，诸如向用户报警或关闭计算机100。

现在转向图2，进一步详细地示出图1的计算机100，包括检测冷却系统中的气流阻塞的系统。类似于上面解释的图1，计算机100包括计算机底板102，计算机底板102由将交流电源转换为计算机100使用的直流电的AC适配器104供电。AC适配器联接至底板102内部的电源106。电源106包括电池充电器108、电池109和电池电流计110。电池充电器108可以产生电压或电流以给电池109充电，并且测量来自AC适配器104的输入电流。

电源106为表示计算机100的功耗电子部件的系统负载112供电。计算机100的功耗电子部件包括机械设备(诸如显示器或硬盘驱动器)和时钟逻辑半导体器件(诸如CPU、存储器和视频控制器)。温度传感器114被安装在系统负载112的各种电子部件的附近或被集成到系统负载112的各种电子部件中，以监控部件的温度。在某些情况下，多个温度传感器114可以被安装在系统负载112的各种电子部件的附近或被集成到系统负载112的各种电子部件中。

在计算机100以电池电源操作时，电池109的电压和汲取的电流由电池电流计110确定，电池电流计110可以包括起电压计和电流计作用的集成电路。因此，系统负载112汲取的功率可以通过将电池电流计110确定的电压和电流相乘来确定。当计算机100以交流电源操作时，电池电流计110可以测量从电池充电器108输出的电流，然后电池充电器108输出的电流乘以已知的电源电压，以确定系统负载112汲取的功率。

散热器150可以通过热导管140联接至系统负载112。可替代地，可以采用其他热联接技术代替热导管140。散热器150可以包括将热量耗散至周围空气的散热片阵列。系统负载112的热控制通过热量穿过热导管140传递至散热器150然后传递至散热器150周围的空气而实现。新鲜空气通过进气口130进入底板102，并且被风扇134吹过散热器150或吹到散热器150周围。接下来，空气通过排气口132离开底板102。

在正常操作负载期间，基于气流的热交换机制足以耗散系统负载112产生的热量，并将操作温度维持在可接受的范围中。然而，在处理要求很高时，系统负载112的温度可能超过其最佳范围。联接至温度传感器114的热管理控制器(例如，控制器120)可以从温度传感器114检测这种温度的上升，并触发CPU和其他时钟逻辑部件的时钟速度的减小，或在某些情况下，使系统负载112关闭。

在流经底板102的气流被禁止的情况下(例如，由于散热器150的散热片被灰尘堵塞或者由于进气口130和排气口132中的一个或两个的堵塞)，底板102的表面温度可能开始上升。在正常操作期间，系统负载112和底板102之间的热梯度很大。例如，部件温度上升与底板温度上升相比较的比率可以是5:1。在25℃的外界空气中具有在100℃下操作的处理器的笔记本计算机中，这将导致底板102的温度为40℃。这个梯度由底板102的表面暴露至冷空气且热量从系统负载112流到散热器150，然后热量通过从进气口130流到排气口132的气流从底板102驱散而造成。

然而，在流经底板102的气流被阻塞时，热量开始在底板102内部集中，并且底板102的表面和系统负载112之间的温度梯度减小。对于笔记本计算机，从底板102表面的放射性辐射可能很小，因此，在流经底板102的气流被阻塞时，底板102表面可以逐步接近系统负载112的温度。如上解释，表面损坏或用户不适即使在比系统负载112的阈值低很多的温度下也会发生。结果，当安排在系统负载112上的处理要求很低时(例如，在执行诸如互联网浏览或文字处理的具有低处理需求的任务时)，尽管气流阻塞使得底板102的表面超过期望的温度水平，但是某些热管理机理(例如，处理器速度的减小、计算机100的关闭)不会被触发。控制器120可以实施下面进一步详细解释的方法，以检测气流阻塞，并且还在检测到气流阻塞的情况下执行气流阻塞响应行为。

现在转向图3a，图3a示出用于检测气流中的阻塞的说明性方法200。气流阻塞可以通过将系统负载112的功耗与系统负载112的测量温度相比较来检测。可替代地或另外，系统负载112的电子部件(例如，CPU)的功耗可以与该电子部件的测量温度相比较。当在与系统负载112和/或电子部件的温度相比较时功耗出奇地低时，可以指示阻塞的气流。如果检测到阻塞气流的情况，则可以向用户报警或可以关闭计算机100。

方法200开始于热管理控制器(例如，控制器120)接收系统负载112的温度指示(块202)。系统负载112的温度可以由例如温度传感器114测量。方法200以热管理控制器120接收系统负载112的功耗指示而继续。在某些情况下，电源106测量系统负载112的功耗，并将功耗的指示发送给热管理控制器120。可替代地或另外，电源106可以通过测量系统负载112本身的活动率来估计系统负载112的功耗。例如，一些CPU可以测量CPU活动率和温度，并估计集成电路的功耗。作为另一个示例，诸如显示器的某些设备可以测量显示器的亮度，并基于其亮度使用查找表来预测显示器的功耗。

方法200通过将检测的功耗与基于测量的温度所预测的功耗阈值相比较而继续(块206)。查找表中的值可以用实验方法确定，并被载入热管理控制器120。例如，较高的测量温度将使预测的功耗阈值较高，然而较低的测量温度将使预测的功耗阈值较低。如果测量的功耗处于针对测量温度的预测的阈值处或在其之上，则计算机100在最佳范围中操作，并且流经底板102的气流没有问题。然而，如果所测量的功耗低于针对测量温度的预测的阈值，则气流阻塞是可能的，因为针对给定温度的低功耗暗示热量没有从底板102有效驱散。

如果流经底板102的气流没有问题，则热管理控制器120继续接收系统负载112的温度指示(块202)和功耗指示(块204)。然而，如果气流阻塞是可能的，则方法200以热管理控制器120执行气流阻塞响应行为(块208)而继续。在一些示例中，气流阻塞响应行为可以采用向用户报警的形式。用户报警的示例包括弹出式消息、声音警报、邮件等。可替代地或另外地，气流阻塞响应行为可以包括使系统关闭(例如断电或转换至较低功率状态)或在系统日志中记录事件。然而，可能不必关闭系统或者减小时钟逻辑部件的速度，因此至少在某些情况下，这些行为不被执行。解释为实现上面方法的热管理控制器可以被实现为与电子设备112联接的嵌入式系统，实现为在计算机或其他类似设备的CPU上执行的一组机器可读指令。

图3b示出用于检测气流中的阻塞的替代方法250。方法250类似于图3a中的方法200；然而，在块256中，将测量温度与基于测量功耗的预测的温度阈值相比较。在某些情况下，可以访问查找表以针对许多不同的被测量系统负载112或电子部件的功耗水平提供预测的温度阈值。查找表中的值可以用试验方法确定，并载入热管理控制器120。例如，较高的测量功耗将导致预测的温度阈值较高，然而较低的测量功耗将导致预测的温度阈值较低。如果测量温度小于针对测量功耗的预测阈值，则计算机100在最佳范围中操作，并且流经底板102的气流没有问题。然而，如果测量温度高于针对测量功耗的预测阈值，则气流阻塞是可能的，因为针对给定功耗的高温暗示热量没有从底板102有效驱散。

如果流经底板102的气流没有问题，则热管理控制器120继续接收系统负载112的温度指示(块252)和功耗指示(块254)。然而，如果气流阻塞是可能的，则方法200以热管理控制器120执行气流阻塞响应行为(块258)而继续。在一些示例中，气流阻塞响应行为可以采用向用户报警的形式。用户报警的示例包括弹出式消息、声音警报、邮件等。可替代地或另外地，气流阻塞响应行为可以包括使系统关闭或在系统日志中记录事件。解释为实现上面方法的热管理控制器可以被实施为与电子设备112联接的嵌入式系统，实现为在计算机或其他类似设备的CPU上执行的一组机器可读指令(例如，系统BIOS)。在某些情况下，高级配置和电源接口(ACPI)规范可以被用于促进各种功率管理功能，诸如确定各种硬件元件的功耗或功率状态。

图3c示出类似于图3a所示方法的方法280。例如，块282、284、286和288分别对应于块202、204、206和208。然而，方法280还包括访问查找表以提供针对指示温度的预测功耗阈值(块205)。查找表可以将不同的功耗阈值与许多不同的被测量系统负载112或电子部件的温度相关联。然后，将指示的功耗与确定的功耗阈值相比较(块286)，并且方法280按照图3a继续。

在图3a和3b的方法200和250中，参考监控系统负载(诸如图1的系统负载112)的温度和功耗。然而，热管理控制器可以类似地测量单个电子部件或电子部件组的温度和功耗。另外地，在某些情况下，热管理控制器可以测量单个电子部件或电子部件组附近的环境的温度和该部件或部件组的功耗。本公开内容的范围致力于覆盖所有这样的示例，具体是测量功耗低于针对测量温度的功耗阈值的情况，或者测量温度高于针对测量功耗的温度阈值的情况，两种情况都可能指示气流阻塞。如上解释，查找表可以包含针对许多测量温度的、可以实验方法确定的功耗阈值。可替代地，查找表可以包含针对许多测量功耗水平的、可以实验方法确定的温度阈值。

图4示出根据不同示例的热管理控制器300的示例。热管理控制器300包括联接至机器可读存储设备304的硬件处理器302(例如，计算机100的CPU、控制器120的独立处理器)。热管理控制器300可以采用连接至系统负载112的控制器的形式，诸如图1示出的控制器120，或者可以被集成到系统负载112本身中。硬件处理器302被联接至温度传感器308，温度传感器308可以监控系统负载112的温度或系统负载112的诸如电子部件310的各种电子部件的温度。硬件处理器302被联接至并可以访问查找表303，查找表303可以例如存储在系统存储器、非易失性存储器等中。查找表303类似于上面结合图3a和3b所描述的那些。在某些情况下，风扇(例如风扇134)的速度可以被包括在查找表303中。例如，在任何风扇速度下可以执行功耗和温度之间的相关性，因为热性能依赖于，至少部分依赖于风扇速度。

机器可读存储设备304可以包括硬盘驱动器、光盘、软盘、基于闪存的存储器或其他永久存储设备。机器可读存储设备304包括机器可读指令306，当机器可读指令306被硬件处理器302执行时，使得硬件处理器302实现图3a的方法200和/或图3b的方法250中的一些或全部。

上面的讨论是要说明本发明的原理和各种示例。一旦上面的公开内容被全面理解，许多的变形修改对于本领域技术人员来说是显而易见的。例如，尽管热管理控制器被描述为嵌入式系统或在CPU上执行的指令，但是可以替代地采用提供公开的热管理控制器机能的许多其他处理方案。作为另一个示例，尽管经常提及笔记本计算机，但是图1和2中示出的计算机底板可以是任意数目的计算设备，诸如台式机、服务器、PDA、平板电脑等。另外地，以下权利要求旨在被解释为包含所有这样的变形和修改。

Claims

1.一种热管理系统，包括：

底板；

所述底板中的通风口，用于交换所述底板外部的空气与所述底板内部的空气；

所述底板内部的温度传感器；

向所述系统供电的电源；以及

联接至所述温度传感器的控制器，用于在所述控制器确定来自所述温度传感器的温度高于针对所述系统从所述电源汲取的功率水平的阈值温度的情况下，执行气流阻塞响应行为。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器访问查找表，以确定来自所述温度传感器的温度是否高于针对所述系统汲取的功率水平的预测温度阈值。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述气流阻塞响应行为包括用户警报。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述气流阻塞响应行为包括系统关闭。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述气流阻塞响应行为包括日志事件。

6.一种热管理方法，包括：

从温度传感器接收系统负载的温度的指示；

接收所述系统负载的功耗的指示；

确定所述功耗是否低于针对所指示的温度的预测功耗阈值；以及

基于所述功耗低于所述预测功耗阈值，执行气流阻塞响应行为。

7.根据权利要求6所述的方法，其中确定包括：访问查找表以确定所述功耗是否低于针对所指示的温度的预测功耗阈值。

8.根据权利要求6所述的方法，其中所述气流阻塞响应行为包括产生针对用户的警报。

9.根据权利要求6所述的方法，其中所述气流阻塞响应行为包括关闭所述系统负载。

10.根据权利要求6所述的方法，其中所述气流阻塞响应行为包括在系统日志中记录事件。

11.一种热管理方法，包括：

从温度传感器接收电子部件的温度的指示；

接收所述电子部件的功耗的指示；

基于所述温度和功耗的指示，确定气流阻塞情况；并且

基于所述气流阻塞情况的存在，执行气流阻塞响应行为。

12.根据权利要求11所述的方法，其中确定包括：访问查找表，以基于所述温度和功耗的指示确定是否存在所述气流阻塞情况。

13.根据权利要求11所述的方法，其中所述气流阻塞响应行为包括用户警报。

14.根据权利要求11所述的方法，其中所述气流阻塞响应行为包括系统关闭。

15.根据权利要求11所述的方法，其中所述气流阻塞响应行为包括日志事件。