CN105889107A - 一种多路风机的控制方法及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多路风机的控制方法及控制系统。其中所述方法包括：生成具有不同占空比的两路以上的脉宽调制信号；根据各路风机所需要的转速，从所述两路以上的脉宽调制信号中，为各路风机选择对应的脉宽调制信号，并根据所选择的脉宽调制信号，输出每路风机的转速控制信号；将所有风机的转速控制信号，输出至对应的风机。本发明能够实现多路风机的集中控制，降低多路风机实现的电路复杂度，方便设备的统一管理。

Description

一种多路风机的控制方法及控制系统

技术领域

本发明涉及设备热管理控制领域，具体涉及一种多路风机的控制方法及控制系统。

背景技术

电子设备运行时通常会产生大量的热量，导致设备本身及周边环境温度的上升。为保证设备的正常工作，杜绝各种安全隐患，需要对设备进行热管理控制，降低设备的温度。热管理的实现可以采取冷凝液、散热片和风机等手段。在大型通信设备(如大型机柜)中较常使用风机。

风机通过扇叶转动产生气流，通过气流将设备内部热量导出，从而起到降低设备工作环境温度的作用。现有技术中，大型机柜通常设置有多个风机进行散热。而目前的风机管理系统，一般都是一组风机采用一套控制电路，因此需要针对每组风机设计一套控制电路，显然这增加了大型通信设备中电路复杂度，不利于设备的统一管理。

发明内容

本发明实施例要解决的技术问题是提供一种多路风机的控制方法及控制系统，用以实现多路风机的集中控制，降低多路风机实现的电路复杂度，方便设备的统一管理。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供的多路风机的控制方法，包括：

生成具有不同占空比的两路以上的脉宽调制信号；

根据各路风机所需要的转速，从所述两路以上的脉宽调制信号中，为各路风机选择对应的脉宽调制信号，并根据所选择的脉宽调制信号，输出每路风机的转速控制信号；

将所有风机的转速控制信号，输出至对应的风机。

本发明实施例中，所述将所有风机的转速控制信号，输出至对应的风机，包括：

接收针对每路风机的通断控制信号，根据所述通断控制信号，打开或关闭每路风机的转速控制信号传输至对应风机的驱动信号通路。

本发明实施例中，进一步按照以下步骤确定各路风机所需要的转速：

获得每路风机反馈的当前转速信息；

获得每路风机对应的温湿度监测点反馈的温湿度信息；

根据所述当前转速信息、温湿度信息以及预设的温湿度控制策略，确定各路风机所需要的转速。

本发明实施例中，获得每路风机反馈的当前转速信息，包括：

获得每路风机反馈的电压信号，所述电压信号用于指示风机的当前转速；

将每路风机反馈的电压信号转换为用于指示当前转速信息的数字信号；

经由第二信号隔离电路，将所述数字信号作为所述当前转速信息输出。

本发明实施例中，所述生成具有不同占空比的两路以上的脉宽调制信号，包括：

将每路风机对应的温湿度监测点反馈的温湿度信息与期望的温湿度信息进行对比，判断是否需要调整当前脉宽调制信号的占空比，若是，则调整当前脉宽调制信号的占空比，生成并输出对应的脉宽调制信号。

本发明实施例中，在输出每路风机的转速控制信号之后，进一步经由第一信号隔离电路，将所述转速控制信号输出至对应的风机。

本发明实施例还提供了一种多路风机的控制系统，包括：

信号产生电路，用于生成具有不同占空比的两路以上的脉宽调制信号；

组合控制及驱动电路，用于根据各路风机所需要的转速，从所述两路以上的脉宽调制信号中，为各路风机选择对应的脉宽调制信号，并根据所选择的脉宽调制信号，输出每路风机的转速控制信号；

输出电路，用于将所有风机的转速控制信号，输出至对应的风机。

本发明实施例中，所述输出电路包括：

一开断控制电路，用于接收针对每路风机的通断控制信号，根据所述通断控制信号，打开或关闭每路风机的转速控制信号传输至对应风机的驱动信号通路。

本发明实施例中，所述的多路风机的控制系统还包括：

一反馈电路，用于获得每路风机反馈的当前转速信息；

所述组合控制及驱动电路进一步用于获得每路风机对应的温湿度监测点反馈的温湿度信息，以及，根据所述当前转速信息、温湿度信息以及预设的温湿度控制策略，确定各路风机所需要的转速。

本发明实施例中，所述的多路风机的控制系统中，所述反馈电路包括：

转换电路，用于获得每路风机反馈的电压信号，所述电压信号用于指示风机的当前转速，以及，将每路风机反馈的电压信号转换为用于指示当前转速信息的数字信号；

第二信号隔离电路，接收所述数字信号，并将所述数字信号作为所述当前转速信息输出。

本发明实施例中，所述信号产生电路，进一步将每路风机对应的温湿度监测点反馈的温湿度信息与期望的温湿度信息进行对比，判断是否需要调整当前脉宽调制信号的占空比，若是，则调整当前脉宽调制信号的占空比，生成并输出对应的脉宽调制信号。

本发明实施例中，所述的多路风机的控制系统还包括：

第一信号隔离电路，接收组合控制及驱动电路输出的每路风机的转速控制信号，将所述转速控制信号输出至对应的风机。

与现有技术相比，本发明实施例提供的多路风机的控制方法及控制系统有益效果如下：

本发明实施例通过提供具有不同占空比的两路以上的PWM信号，根据各路风机的运行状态，为各路风机选择合适的PWM信号作为其驱动信号(转速控制信号)，可以对多路风机的PWM信号实现任意组合，并可以实现任意风机驱动信号通路的开启/关闭操作，从而可以控制多路风机转速的集中控制，简化多路风机的电路实现复杂度，方便系统的统一管理。

附图说明

此处的附图说明用来提供对本发明进一步的理解，构成对本申请的一部分，本发明的示意性实施例及说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限制。在附图中：

图1是本发明实施例提供的多路风机控制方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的多路风机控制系统的结构示意图；

图3是本发明实施例中一种具有10路风机的控制系统的电路实现示意图；

图4是本发明实施例中10路风机控制系统中的PWM信号选择、反馈信号变换电路示意图；

图5是本发明实施例PWM信号开关电路示意图；

图6是本发明实施例中一种风机浮动电源的框图；

图7是本发明实施例中一种风机浮动电源的原理图一；

图8是本发明实施例中一种风机浮动电源的原理图二。

具体实施方式

在现有大型通信设备热管理系统设计中，一般都是一组风机采用一种调速策略根据温度情况进行调速，无法适应不同个数的风机分组以不同策略进行调速以满足机柜散热的实际需求。本发明实施例提出的多路风机的控制方法，可以对多路风机分别进行控制，实现了风机控制电路的集中统一管理，降低了风机控制电路的复杂度。下面将结合附图对本发明实施例作进一步的说明。

请参考图1，本发明实施例提供了一种多路风机的控制方法，可以应用于大型电子设备，如大型通信设备的机柜散热处理，该控制方法包括以下步骤：

步骤11，生成具有不同占空比的两路以上的脉宽调制(PWM)信号。

步骤12，根据各路风机所需要的转速，从所述两路以上的脉宽调制信号中，为各路风机选择对应的脉宽调制信号，并根据所选择的脉宽调制信号，输出每路风机的转速控制信号。

步骤13，将所有风机的转速控制信号，输出至对应的风机。

风机的转速与PWM信号的占空比相关，具有不同占空比的PWM信号作为驱动信号施加到风机上时，可以获得不同转速。从本实施例的以上步骤中可以看出，本发明实施例通过提供具有不同占空比的两路以上的PWM信号，根据各路风机的运行状态，为各路风机选择合适的PWM信号作为其驱动信号(转速控制信号)，可以对多路风机的PWM信号实现任意组合，并可以实现任意风机驱动信号通路的开启/关闭操作，从而可以控制多路风机转速的集中控制，简化多路风机的电路实现复杂度，方便系统的统一管理。

在大型通信设备中，可能会在机柜上各个可能需要散热处理的位置处事先安装多路风机。然而在实际使用中，可能某些位置上当前并没有散热需求，例如，该位置处的机架上尚未插入板卡。为此，本发明实施例在上述步骤13中，在将所有风机的转速控制信号输出至对应的风机时，进一步接收接收针对每路风机的通断控制信号，并根据所述通断控制信号，打开或关闭每路风机的转速控制信号传输至对应风机的驱动信号通路，从而可以对每路风机分别进行开启或关闭处理，以节约设备功耗，避免不必要的能耗。这里的通断控制信号，可以是风机对应的散热部位的板卡在线信号，若该板卡在线信号指示板卡未在线(未插入板卡)时，关闭该风机的驱动信号通路，这样风机将无法获得驱动信号而停止转动。反之，若该该板卡在线信号指示板卡在线(已插入板卡)时，开启该风机的驱动信号通路，使风机转动工作。

本发明实施例中，需要预先确定各路风机所需要的转速，具体可以按照以下方式确定：

步骤A，获得每路风机反馈的当前转速信息；

步骤B，获得每路风机对应的温湿度监测点反馈的温湿度信息；

步骤C，根据所述当前转速信息、温湿度信息以及预设的温湿度控制策略，确定各路风机所需要的转速。

上述步骤C中，预设的温湿度控制策略可以包括控制温湿度在预设范围内。当反馈的温湿度信息指示温度/湿度高于该预设范围的上限时，则需要在当前转速基础上提高风机的转速；反之，当反馈的温湿度信息指示温度/湿度低于该预设范围的下限时，为节约功耗，可以在当前转速基础上降低风机的转速。本发明实施例中，可以综合考虑风机的当前转速信息、温湿度信息，按照预设的温湿度控制策略，对风机转速做出调整，确定所期望的风机转速。

通常，风机的反馈信号是模拟电压信号，因此需要对该信号进行模数转换，获得可以由CPU/单片机处理的数字信号，同时，为了避免模拟电压信号对后续电路中CPU/单片机的干扰，可以通过一信号隔离电路，将数字信号传递给后续电路。作为一个实施方式，上述步骤A具体可以包括：

步骤A1，获得每路风机反馈的电压信号，所述电压信号用于指示风机的当前转速；

步骤A2，将每路风机反馈的电压信号转换为用于指示当前转速信息的数字信号；

步骤A3，经由第二信号隔离电路，将所述数字信号作为所述当前转速信息输出。

本发明实施例中，在上述步骤11中生成具体的用于驱动风机工作的脉宽调制信号时，可以根据风机对应的温湿度监测点反馈的温湿度信息，来调整所生成的脉宽调制信号的占空比，以通过不同占空比的脉宽调制信号，来改变风机转速，使风机转速向着所期望的方向进行调整。

例如，若占空比增大时，风机转速也相应增大，反正，占空比减小时，风机转速也相应减小。可以将每路风机对应的温湿度监测点反馈的温湿度信息与期望的温湿度信息进行对比，判断是否需要调整当前脉宽调制信号的占空比，若是，则调整当前脉宽调制信号的占空比，生成并输出对应的脉宽调制信号。具体的，若反馈的温湿度与所期望的温湿度进行比较，若超出期望的温湿度，则说明当前风机转速不能够很好地实现降温除湿的作用，因此需要增加风机转速。此时，可以将所生成的脉宽调整信号的占空比提高，以增加风机转速。反之，若反馈的温湿度已低于所期望的温湿度，则为节约功耗，则可以降低所生成的脉宽调整信号的占空比，以减小风机转速。本发明实施例中由于涉及到多路风机，各路风机所需要的脉宽调制信号及其占空比可能并不相同，因此可以根据具体需要，生成合适的脉宽调制信号。

本发明实施例中，脉宽调制信号的选择处理，可以由CPU/单片机来实现，在输出每路风机的转速控制信号(模拟信号)之后，也可以通过一个信号隔离电路，如第一信号隔离电路，将所述转速控制信号输出至对应的风机，以避免模拟/数字信号在CPU/单片机电路和风机驱动电路之间的相互干扰。

本发明实施例还提供了一种多路风机的控制系统，如图2所示，该系统包括：

信号产生电路，用于生成具有不同占空比的两路以上的脉宽调制信号；

组合控制及驱动电路，用于根据各路风机所需要的转速，从所述两路以上的脉宽调制信号中，为各路风机选择对应的脉宽调制信号，并根据所选择的脉宽调制信号，输出每路风机的转速控制信号；

输出电路，用于将所有风机的转速控制信号，输出至对应的风机。

这里，为实现每路风机的开断控制处理，本发明实施例中，所述输出电路可以包括：一开断控制电路，用于接收针对每路风机的通断控制信号，根据所述通断控制信号，打开或关闭每路风机的转速控制信号传输至对应风机的驱动驱动信号通路。

本发明实施例提供的多路风机的控制系统，还可以包括：

一反馈电路，用于获得每路风机反馈的当前转速信息；

此时，所述组合控制及驱动电路进一步用于获得每路风机对应的温湿度监测点反馈的温湿度信息，以及，根据所述反馈电路获得的当前转速信息、温湿度信息以及预设的温湿度控制策略，确定各路风机所需要的转速。

为避免模数信号之间的干扰，可以在反馈电路中设置隔离电路，此时所述反馈电路具体可以包括：

转换电路，用于获得每路风机反馈的电压信号，所述电压信号用于指示风机的当前转速，以及，将每路风机反馈的电压信号转换为用于指示当前转速信息的数字信号；

第二信号隔离电路，接收所述数字信号，并将所述数字信号作为所述当前转速信息输出。

类似的，为避免转速控制信号(PWM)信号与CPU/单片机的数字信号之间的干扰，上述控制系统还可以包括：

第一信号隔离电路，接收组合控制及驱动电路输出的每路风机的转速控制信号，将所述转速控制信号输出至对应的风机。

本实施例中，所述信号产生电路，还可以进一步将每路风机对应的温湿度监测点反馈的温湿度信息与期望的温湿度信息进行对比，判断是否需要调整当前脉宽调制信号的占空比，若是，则调整当前脉宽调制信号的占空比，生成并输出对应的脉宽调制信号。

以上对本发明实施例提供的多路风机的控制方法的原理进行了说明。下面将通过一个具体示例，结合具体的电路功能框图以及实现电路图，对本发明实施例作进一步的描述。

在以下示例中，将通过两路PWM信号(即PWMA和PWMB)，为10路风机提供驱动信号。该示例中，风机采用-48V(-36V～-72V)电源。由CPU发出S1_AB～S10_AB选择信号，灵活的实现两路PWM信号的不同组合，为各路风机选择合适的PWM信号。另外，由CPU发出S1_on/off～S10_on/off开关信号，控制10路风机的驱动信号通路的开启与关闭。虽然本示例是以两路PWM信号，10路风机为例进行说明，但本领域技术人员了解，根据本发明实施例的设计原理，可任意扩展出符合更多“机柜”的任意分组及多通道的风机控制方案，本示例仅为本发明的一个具体实现，并不作为本发明的具体限定。该示例中主要是通过对多路风机控制信号的动态风组和继电器的控制来实现的。

请参考图3，本示例的10路风机控制系统的PWM信号是由CPU产生并输出的两路PWM信号，即PWM信号A和PWM信号B(简称为PWMA和PWMB)，该两路信号输入至PWM信号组合控制与驱动电路。在CPU输出的S1_AB至S10_AB选路控制信号的控制下，PWM信号组合控制与驱动电路分别为10路风机选择各自对应的PWM信号，作为该风机的驱动信号，并输出至10路PWM信号隔离部分电路，由该电路对信号进行隔离处理，减少模/数信号之间的干扰，经隔离处理后的10路PWM信号输出至10路PWM信号开断部分电路，由该电路根据来自CPU的S1_on/off至S10_on/off开断控制信号，对每路PWM信号的开断进行独立控制，最终10路PWM信号经过10路风机接口输出至对应的风机，驱动风机工作。图3中，从10路风机接口进一步接收风机的反馈信号，该反馈信号指示风机的当前转速。经过10路风机反馈信号变换电路的模数转换，得到对应的数字信号后，再经过反馈信号隔离电路，对信号进行隔离，减少模数信号之间的干扰，最终将获得的10路反馈信号Count_1至Count_10输出至CPU。CPU根据上述反馈信号、各个风机对应的监测点的温湿度信息、以及预设的风机控制策略，确定各个风机所期望的转速，进而通过调整输出的S1_AB至S10_AB选路控制信号，调整每路风机的驱动信号选择。

图4示出了图3中1路风机(第10路)的PWM信号选择、反馈信号变换电路示意图，对于其他9路风机其电路类似。图4左上部分为反馈信号变换示意图，右侧则是PWM信号选择电路示意图。图4中高速继电器10U1、三极管10V1和电阻10R1组成控制第10通道二路PWM信号选择功能。来自CPU的脉宽调制信号PWMA和PWMB，在S10_AB信号的控制下，可选择其中一路作为当前通道的PWM信号源(即M10_PWM)。因S10_AB信号是由CPU任意送出的，所以可实现二路PWM信号的任意切换选择。

图4中，光电隔离器件的光电耦合器10U4、电阻10R9和电阻10R10是风机转速反馈检测电路。因本示例中风机供电是-48V浮动电源，通过风机正电源AGND和CON10(第10路风机反馈信号)的连接，可有效检出脉冲反馈信号Count_10至CPU，可以实时计算风机状态，并实现了电器隔离。

图5示出了第10通道的风机PWM信号开启与关闭控制电路，其他9路风机也具有类似的电路。由光电耦合器10U2、电阻1R10和电阻10R3组成的光电隔离电路，将图3送来的M10_PWM信号反相变换成PW10信号。

由高速继电器10U3、电阻10R4和三极管10V2组成的开启与关闭电路的状态，受CPU送来的S10_on/off信号控制。在合理选择S10_on/off信号控制下，可以控制PWM_10至第10路风机控制端的电路的开启和关闭，来实现针对每一路风机的独立控制的目的。

图5中，10Z1是风机接口，其中，AGND为风机正电源、-48V(-36V～-72V)为风机负电源、PWM_10为PWM信号、CON10为风机反馈信号。

图6-图8示出了风机浮动电源的设计原理。本示例中，因为机柜风机控制信号PWM的幅度一般要满足12V±0.5V。因电源输入在-36V～-72V(-48V)范围，且CPU控制电源为+5V。为了实现风机的正确控制，将风机浮动电源部分设计成风机-48V电源电路、风机PWM隔离电路、以及连接CPU的5V电压输出电路，其设计框图见图6所示。

其中，-48V(-36V～-72V)电源分三路，第1路至各路风机的风机接口(如10Z1)，第2路至压差为12V的-36V浮动电源，第3路至CPU的DC/DC变换电路。

在图7中，PR1、PV1、PR2、PV2、PR3、PV3和PR4是压差为12V的变换电路。因设计了电阻10Ω(PR1～PR3均为10Ω电阻)和12V稳压管平衡电路，当输入为-36V～-72V时，其输出-36V范围为-24V～-60V，满足了PWM信号12V压差的要求(见图5中的10U2、10R2和10R3光电隔离电路，只要-48V输入电源在-36V～-72V范围时，通过电路变换总能输出PWM幅度为12V的信号)。

在图8中，电源滤波器PU1、PU2和电容PC1～PC8是供CPU的DC/DC电源变换电路，实现了与风机控制电路的电器隔离。

图7-8所示电路已清楚的描述了风机采用-48V(-36V～-72V)电源时，PWM控制信号幅度为12V的实现原理。这种设计不仅电路简单、成本低外，更重要的是工作可靠和电源适应范围宽。

以上电路实现了风机控制电源、风机的控制电压和风机信号与CPU/单片机信号隔离的作用，从而既满足了风机控制的要求，实现了风机控制的目的，又能使信号与CPU/单片机隔离，从而保证系统运行的稳定性和整体电路的安全性。以上仅以2路PWM信号和10路风机为例进行说明，可以根据需要对上述电路进行增减，使之满足实际使用的需求。

综上，本发明实施例提高了风机自动控制的灵活性，能够有效地节约能源，方便风机的集中管理控制。使用本发明实施例进行风机控制的机柜，可以有效地控制机柜内温度，降低控制的难度和减少人力需求，降低系统的实现成本。同时，本发明实施例提供的浮动电源及隔离电路的设计，可以保证使用过程中的安全性和稳定性。

Claims (12)

1.一种多路风机的控制方法，其特征在于，包括：

生成具有不同占空比的两路以上的脉宽调制信号；

根据各路风机所需要的转速，从所述两路以上的脉宽调制信号中，为各路风机选择对应的脉宽调制信号，并根据所选择的脉宽调制信号，输出每路风机的转速控制信号；

将所有风机的转速控制信号，输出至对应的风机。

2.如权利要求1所述的多路风机的控制方法，其特征在于，

所述将所有风机的转速控制信号，输出至对应的风机，包括：

接收针对每路风机的通断控制信号，根据所述通断控制信号，打开或关闭每路风机的转速控制信号传输至对应风机的驱动信号通路。

3.如权利要求1所述的多路风机的控制方法，其特征在于，

进一步按照以下步骤确定各路风机所需要的转速：

获得每路风机反馈的当前转速信息；

获得每路风机对应的温湿度监测点反馈的温湿度信息；

根据所述当前转速信息、温湿度信息以及预设的温湿度控制策略，确定各路风机所需要的转速。

4.如权利要求3所述的多路风机的控制方法，其特征在于，

获得每路风机反馈的当前转速信息，包括：

获得每路风机反馈的电压信号，所述电压信号用于指示风机的当前转速；

将每路风机反馈的电压信号转换为用于指示当前转速信息的数字信号；

经由第二信号隔离电路，将所述数字信号作为所述当前转速信息输出。

5.如权利要求3所述的多路风机的控制方法，其特征在于，

所述生成具有不同占空比的两路以上的脉宽调制信号，包括：

将每路风机对应的温湿度监测点反馈的温湿度信息与期望的温湿度信息进行对比，判断是否需要调整当前脉宽调制信号的占空比，若是，则调整当前脉宽调制信号的占空比，生成并输出对应的脉宽调制信号。

6.如权利要求1所述的多路风机的控制方法，其特征在于，

在输出每路风机的转速控制信号之后，进一步经由第一信号隔离电路，将所述转速控制信号输出至对应的风机。

7.一种多路风机的控制系统，其特征在于，包括：

信号产生电路，用于生成具有不同占空比的两路以上的脉宽调制信号；

组合控制及驱动电路，用于根据各路风机所需要的转速，从所述两路以上的脉宽调制信号中，为各路风机选择对应的脉宽调制信号，并根据所选择的脉宽调制信号，输出每路风机的转速控制信号；

输出电路，用于将所有风机的转速控制信号，输出至对应的风机。

8.如权利要求7所述的多路风机的控制系统，其特征在于，所述输出电路包括：

一开断控制电路，用于接收针对每路风机的通断控制信号，根据所述通断控制信号，打开或关闭每路风机的转速控制信号传输至对应风机的驱动信号通路。

9.如权利要求7所述的多路风机的控制系统，其特征在于，还包括：

一反馈电路，用于获得每路风机反馈的当前转速信息；

所述组合控制及驱动电路进一步用于获得每路风机对应的温湿度监测点反馈的温湿度信息，以及，根据所述当前转速信息、温湿度信息以及预设的温湿度控制策略，确定各路风机所需要的转速。

10.如权利要求9所述的多路风机的控制系统，其特征在于，

所述反馈电路包括：

转换电路，用于获得每路风机反馈的电压信号，所述电压信号用于指示风机的当前转速，以及，将每路风机反馈的电压信号转换为用于指示当前转速信息的数字信号；

第二信号隔离电路，接收所述数字信号，并将所述数字信号作为所述当前转速信息输出。

11.如权利要求9所述的多路风机的控制系统，其特征在于，还包括：

所述信号产生电路，进一步将每路风机对应的温湿度监测点反馈的温湿度信息与期望的温湿度信息进行对比，判断是否需要调整当前脉宽调制信号的占空比，若是，则调整当前脉宽调制信号的占空比，生成并输出对应的脉宽调制信号。

12.如权利要求7所述的多路风机的控制系统，其特征在于，还包括：

第一信号隔离电路，接收组合控制及驱动电路输出的每路风机的转速控制信号，将所述转速控制信号输出至对应的风机。