CN111075745A - 一种基于系统总电流的服务器风扇调控方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种基于系统总电流的服务器风扇调控方法及系统，该方法首先根据服务器系统的最大电流值建立PWM初始字典；其次采集当前的服务器系统电流；然后根据服务器系统电流和PWM初始字典，确定当前的服务器系统电流所匹配的PWM控制信号的值；并根据PWM控制信号的值，生成表征PWM占空比的PWM信号；最后根据PWM信号控制风扇转速。该系统包括：PWM初始字典建立模块、电流采集模块、PWM控制信号值确定模块、PWM信号生成模块和控制模块。通过本申请，能够有效提高服务器风扇调控的准确性和实时性，从而大大提高服务器运行的稳定性和可靠性。
Description
技术领域
本申请涉及服务器散热技术领域，特别是涉及一种基于系统总电流的服务器风扇调控方法及系统。
背景技术
随着服务器行业的飞速发展，服务器的功耗越来越高，相应地，对服务器的散热技术要求也越来越高。目前常用的服务器散热方式还是风冷散热，即通过对服务器风扇进行调控实现服务器散热。因此，如何对服务器风扇进行调控从而更好地实现散热，是个重要的技术问题。
目前，常用的服务器风扇调控方法通常是，在服务器主板的各个关键位置增加温度传感器，BMC(Baseboard Management Controller，基板管理控制器)通过I2C总线读取温度传感器的实际温度值，然后根据不同的温度阈值来调整控制风扇转速的PWM(PulseWidth Modulation，脉冲宽度调制)占空比。具体地，如果从温度传感器读取到的实际温度变高，则调高风扇转速，实现散热；如果从温度传感器读取到的实际温度变低，则调低风扇转速来节省功耗成本。
然而，目前的服务器风扇调控方法是以系统温度为调控依据，由于BMC是通过读取温度传感器的温度值，然后根据温度阈值调整风扇转速，使得风扇调控相比于机箱温度变化具有滞后性。例如：当系统温度已经升高一端时间后，才能从温度传感器读取到温度值并传输给BMC，进而通过风扇改善散热。这种情况会导致风扇转速升高之前，系统会在高温环境下运行一段时间，对系统的性能和安全造成隐患，甚至引起宕机。因此，目前的服务器风扇调控方法，由于其调控的滞后性使得服务器运行的稳定性和可靠性不够高。
发明内容
本申请提供了一种基于系统总电流的服务器风扇调控方法及系统，以解决现有技术中风扇调控滞后导致的服务器运行稳定性和可靠性不够高的问题。
为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：
一种基于系统总电流的服务器风扇调控方法，所述方法包括：
根据服务器系统的最大电流值建立PWM初始字典，所述PWM初始字典中包括N个地址和N个PWM控制信号的值，且所述地址与PWM控制信号的值一一对应，任一地址与一个电流区间相匹配，任一PWM控制信号的值与一个风扇转速相匹配，N为自然数；
采集当前的服务器系统电流；
根据所述服务器系统电流和PWM初始字典，确定当前的服务器系统电流所匹配的PWM控制信号的值；
根据所述PWM控制信号的值，生成表征PWM占空比的PWM信号；
根据所述PWM信号控制风扇转速。
可选地，所述根据服务器系统的最大电流值建立PWM初始字典，具体为：
将所述最大电流值均匀等分为N份。
可选地，所述采集当前的服务器系统电流的方法，包括：
利用PI型网络采集用于表征当前服务器系统电流的电压信号，且所述PI型网络中的器件满足：
其中，C为监测电容的电容值，L为监测电感的电感值，R为电阻，DCR为监测电感的直流阻抗；
将所述电压信号进行放大，获取放大后的电压信号；
对放大后的电压信号进行模数转换，获取模数转换后的电压信号；
根据模数转换后的电压信号，确定当前的服务器系统电流。
可选地，根据所述PWM信号控制风扇转速之前，所述方法还包括：
对所述PWM信号进行MOS(Metal Oxide Semiconductor，金属氧化物半导体管，即：金属氧化物半导体场效应管)隔离。
一种基于系统总电流的服务器风扇调控系统，所述系统包括：
PWM初始字典建立模块，用于根据服务器系统的最大电流值建立PWM初始字典，所述PWM初始字典中包括N个地址和N个PWM控制信号的值，且所述地址与PWM控制信号的值一一对应，任一地址与一个电流区间相匹配，任一PWM控制信号的值与一个风扇转速相匹配，N为自然数；
电流采集模块，用于采集当前的服务器系统电流；
PWM控制信号值确定模块，用于根据所述服务器系统电流和PWM初始字典，确定当前的服务器系统电流所匹配的PWM控制信号的值；
PWM信号生成模块，用于根据所述PWM控制信号的值，生成表征PWM占空比的PWM信号；
控制模块，用于根据所述PWM信号控制风扇转速。
可选地，所述电流采集模块包括：
电压信号采集单元，利用PI型网络采集用于表征当前服务器系统电流的电压信号，且所述PI型网络中的器件满足：
其中，C为监测电容的电容值，L为监测电感的电感值，R为电阻，DCR为监测电感的直流阻抗；
信号放大器，用于将所述电压信号进行放大，获取放大后的电压信号；
ADC转换器，用于对放大后的电压信号进行模数转换，获取模数转换后的电压信号；
电流确定单元，用于根据模数转换后的电压信号，确定当前的服务器系统电流。
可选地，所述系统中还包括隔离模块，用于对所述PWM信号进行隔离。
可选地，所述隔离模块为MOS隔离电路。
可选地，所述隔离模块为电平转换芯片。
本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本申请提供一种基于系统总电流的服务器风扇调控方法，该方法首先根据服务器系统的最大电流值建立PWM初始字典，该初始字典中包括N个地址和N个PWM信号值，其次采集当前的服务器系统电流，然后根据所采集的服务器系统电流和PWM初始字典，确定当前的服务器系统电流所匹配的PWM控制信号的值，并根据该值生成表征PWM占空比的PWM信号，最后根据PWM信号控制风扇转速。本实施例中由于系统输入电压通常为定值12V，采集当前的服务器系统电流就相当于采集了系统功耗，根据系统功耗调整PWM占空比，从而控制风扇转速，因此，本实施例相当于以系统功耗为风扇调控的标准，能够从根本上避免传统风扇调控以系统温度为调控依据的情况，从而避免调控的滞后性，有利于提高风扇转速调控的准确性和实时性，从而大大提高服务器运行的稳定性和可靠性。
而且，本实施例中不需要在服务器主板多个位置设置温度传感器，能够避免复杂的I2C走线，有利于进一步提高风扇调整的准确性和可靠性，减少宕机或故障概率，从而提高服务器运行的稳定性和可靠性。
本申请还提供一种基于系统总电流的服务器风扇调控系统。该系统主要包括PWM初始字典建立模块、电流采集模块、PWM控制信号值确定模块、PWM信号生成模块和控制模块。电流采集模块和PWM初始字典建立模块的设置，使得本调控系统能够根据服务器系统电流确定PWM占空比，从而确定服务器风扇转速。而服务器中输入电压固定，采集到服务器系统电流就相当于采集到系统功耗，因此，通过本控制系统能够根据服务器系统功耗确定PWM占空比，以系统功耗作为风扇调控的依据，对风扇转速的调控更加及时和准确，有利于大大提高风扇转速调控的准确性，从而避免服务器温度过高所导致的宕机等故障，有利于提高服务器运行的稳定性和可靠性。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例所提供的一种基于系统总电流的服务器风扇调控方法的流程示意图；
图2为本申请实施例中MOS隔离电路示意图；
图3为本申请实施例中利用PI型网络和FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)进行服务器风扇调控的原理示意图；
图4为本申请实施例所提供的一种基于系统总电流的服务器风扇调控系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
为了更好地理解本申请，下面结合附图来详细解释本申请的实施方式。
实施例一
参见图1，图1为本申请实施例所提供的一种基于系统总电流的服务器风扇调控方法的流程示意图。由图1可知，本申请实施例中的服务器风扇调控方法，主要包括如下过程：
S1：根据服务器系统的最大电流值建立PWM初始字典。
本实施例PWM初始字典中包括：N个地址和N个PWM控制信号的值，且地址与PWM控制信号的值一一对应，任一地址与一个电流区间相匹配，任一PWM控制信号的值与一个风扇转速相匹配。N为自然数，且N≥1。N的取值越大，对应的风扇转速调控精度越高，通常可以取N＝10，即：将总电流划分为10个电流区间，采用10级风扇调速。
建立PWM初始字典时，首先确定服务器系统的最大电流值Imax，然后将该最大电流值均匀等分为N份，获取到N个电流区间，每个电流区间与一个地址相匹配，然后将N个PWM控制信号的值分别存入N个地址中。本实施例可以通过FPGA根据设定的服务器最大功耗建立PWM初始字典。通过对服务器系统的最大电流值进行均分，能够实现对服务器风扇转速的均匀调节，从而提高转速调节的稳定性。
以N＝10为例，将服务器系统最大电流均分为10份，本实施例中PWM初始字典以及各电流所匹配的PWM占空比对应关系如下表1所示，图2中，PWM占空比即表征风扇转速。
| 电流区间 | 地址 | PWM信号的值 | PWM占空比 |
| I<0.1Iset | 5'b00000 | 1 | 10％ |
| 0.1Iset<I<0.2Iset | 5'b00001 | 2 | 20％ |
| 0.2Iset<I<0.3Iset | 5'b00010 | 3 | 30％ |
| 0.3Iset<I<0.4Iset | 5'b00011 | 4 | 40％ |
| 0.4Iset<I<0.5Iset | 5'b00100 | 5 | 50％ |
| 0.5Iset<I<0.6Iset | 5'b00101 | 6 | 60％ |
| 0.6Iset<I<0.7Iset | 5'b00110 | 7 | 60％ |
| 0.7Iset<I<0.8Iset | 5'b00111 | 8 | 80％ |
| 0.8Iset<I<0.9Iset | 5'b01000 | 9 | 90％ |
| 0.9Iset<I | 5'b01001 | 10 | 100％ |
表1
S2：采集当前的服务器系统电流。
由于P＝UI，且服务器系统的输入电压U通常为12V，本实施例中采集当前的服务器系统电流，就相当于采集服务器系统的功耗，将服务器系统的最大电流值均分，就相当于将服务器系统的最大功耗均分。本实施例通过采集服务器系统电流，采用服务器系统功耗作为风扇调控的依据，能够在服务器功耗发生变化时，及时启动PWM占空比调整，从而及时调整风扇转速，既有利于提高服务器的稳定性，又能够节省服务器功耗，大大提高对服务器风扇调控的准确性和可靠性。
本实施例中采集服务器系统电流的方法包括如下过程：
S21：利用PI型网络采集用于表征当前服务器系统电流的电压信号，且PI型网络中的器件满足：
其中，C为监测电容的电容值，L为监测电感的电感值，R为电阻，DCR为监测电感的直流阻抗。
本实施例利用PI型网络采集当前的服务器系统电流，并实现对服务器系统电流的监控。具体地，采集PI型网络中监测电感的DCR上用于表征当前服务器系统电流的电压信号，利用电感DCR两端的电压来线性表征当前服务器系统电流。本实例采用PI型网络采集当前的服务器系统电流，能够以较小的Layout空间实现较高精度的电流监控功能，而且有利于降低小成本。
采集到表征当前服务器系统电流的电压信号之后，执行步骤S22：将电压信号进行放大，获取放大后的电压信号。
由于PI型网络中DCR的取值较小，DCR两端的电压也相应地取值较小，本实施例通过对电压信号进行放大，便于后续对其进行处理，从而获取更加准确的PWM信号。可以采用差分放大器对DCR两端的电压信号进行放大。
S23：对放大后的电压信号进行模数转换，获取模数转换后的电压信号。
对放大后的电压信号进行模数转换，使其转换成FPGA可以处理的多位数字信号。本实施例利用ADC转换器进行模数转换。
S24：根据模数转换后的电压信号，确定当前的服务器系统电流。
继续参见图1可知，建立PWM初始字典并采集到当前的服务器系统电流之后，执行步骤S3：根据服务器系统电流和PWM初始字典，确定当前的服务器系统电流所匹配的PWM控制信号的值。
S4：根据PWM控制信号的值，生成表征PWM占空比的PWM信号。
本实施例中采用FPGA根据服务器系统电流确定PWM信号。具体地，FPGA首先根据设定好的系统最大功耗建立PWM初始字典，然后根据ADC输入的数字信号在PWM初始字典中进行寄存器寻址，根据寻址结果确定PWM控制信号的值，根据PWM控制信号的值生成相应的PWM信号，FPGA输出控制风扇转速的PWM信号。
S6：根据PWM信号控制风扇转速。
进一步地，本实施例在PWM信号传输至服务器风扇之前，还包括步骤S5：对PWM信号进行MOS隔离，将隔离后的PWM信号传输至服务器风扇，有利于进一步提高PWM信号的稳定性以及排除干扰信号，从而提高服务器风扇调整的准确性和稳定性。
本实施例中采用MOS隔离电路对PWM信号进行隔离，MOS隔离电路的电路原理示意图可以参见图2。
根据以上步骤S1-S6，本实施例中利用PI型网络和FPGA进行服务器风扇调控的原理可以参见图3。图3中R1＝R2，有利于提高PI网络的稳定性，RLC Detective NET为典型的PI型网络，电容C上的电压即为电感L的DCR上的电压，x50为差分放大器，Voltage_Level_Shift为隔离电路，FAN0、FAN1、FAN2以及FANn为服务器风扇。由图3可知，本实施例通过RLCDetective NET这一典型PI型网络采集到电容C上的电压信号，将其等效为电感L的DCR上的电压信号，该电压信号经差分放大器x50放大并经ADC转换器进行模数转换后，传输至FPGA，FPGA根据其内部预设的PWM初始字典生成PWM信号，该PWM信号经隔离电路Voltage_Level_Shift隔离后传输至服务器风扇，从而实现依据服务器功耗调整风扇转速。
实施例二
在图1-图3所示实施例的基础之上参见图4，图4为本申请实施例所提供的一种基于系统总电流的服务器风扇调控系统的结构示意图。由图4可知，本实施例中服务器风扇调控系统主要包括：PWM初始字典建立模块、电流采集模块、PWM控制信号值确定模块、PWM信号生成模块和控制模块。
其中，PWM初始字典建立模块，用于根据服务器系统的最大电流值建立PWM初始字典，PWM初始字典中包括N个地址和N个PWM控制信号的值，且地址与PWM控制信号的值一一对应，任一地址与一个电流区间相匹配，任一PWM控制信号的值与一个风扇转速相匹配，N为自然数，且N≥1。电流采集模块用于采集当前的服务器系统电流。PWM控制信号值确定模块，用于根据服务器系统电流和PWM初始字典，确定当前的服务器系统电流所匹配的PWM控制信号的值。PWM信号生成模块，用于根据PWM控制信号的值，生成表征PWM占空比的PWM信号。控制模块用于根据PWM信号控制风扇转速。
电流采集模块又包括：电压信号采集单元、信号放大器、ADC转换器以及电流确定单元。其中，电压信号采集单元，利用PI型网络采集用于表征当前服务器系统电流的电压信号，且PI型网络中的器件满足：
其中，C为监测电容的电容值，L为监测电感的电感值，R为电阻，DCR为监测电感的直流阻抗。信号放大器用于将电压信号进行放大，获取放大后的电压信号。ADC转换器用于对放大后的电压信号进行模数转换，获取模数转换后的电压信号。电流确定单元用于根据模数转换后的电压信号，确定当前的服务器系统电流。
本实施例中电压信号采集单元采用PI型网络电路实现。PWM初始字典建立模块、PWM控制信号值确定模块以及PWM信号生成模块利用FPGA芯片实现。
进一步地，本实施例的服务器风扇调控系统中还包括隔离模块，用于对PWM信号进行隔离，并屏蔽干扰信号，从而提高PWM信号的稳定性，进而提高服务器风扇调控的准确性和稳定性。
隔离模块可以采用MOS隔离电路实现，MOS隔离电路可以参见图2所示，图2中仅提供与一个服务器风扇相匹配的MOS隔离电路，实际应用中MOS隔离电路的数量根据服务器风扇数量确定，一个服务器风扇匹配一个MOS隔离电路。
隔离模块也可以采用电平转换芯片。
本实施例中服务器风扇调控系统的工作原理和工作方法，在图1-图3所示的实施例中已经详细阐述，在此不再赘述。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种基于系统总电流的服务器风扇调控方法，其特征在于，所述方法包括：
根据服务器系统的最大电流值建立PWM初始字典，所述PWM初始字典中包括N个地址和N个PWM控制信号的值，且所述地址与PWM控制信号的值一一对应，任一地址与一个电流区间相匹配，任一PWM控制信号的值与一个风扇转速相匹配，N为自然数；
采集当前的服务器系统电流；
根据所述服务器系统电流和PWM初始字典，确定当前的服务器系统电流所匹配的PWM控制信号的值；
根据所述PWM控制信号的值，生成表征PWM占空比的PWM信号；
根据所述PWM信号控制风扇转速。
2.根据权利要求1所述的一种基于系统总电流的服务器风扇调控方法，其特征在于，所述根据服务器系统的最大电流值建立PWM初始字典，具体为：
将所述最大电流值均匀等分为N份。
3.根据权利要求1所述的一种基于系统总电流的服务器风扇调控方法，其特征在于，所述采集当前的服务器系统电流的方法，包括：
利用PI型网络采集用于表征当前服务器系统电流的电压信号，且所述PI型网络中的器件满足：
其中，C为监测电容的电容值，L为监测电感的电感值，R为电阻，DCR为监测电感的直流阻抗；
将所述电压信号进行放大，获取放大后的电压信号；
对放大后的电压信号进行模数转换，获取模数转换后的电压信号；
根据模数转换后的电压信号，确定当前的服务器系统电流。
4.根据权利要求1-3中任一所述的一种基于系统总电流的服务器风扇调控方法，其特征在于，根据所述PWM信号控制风扇转速之前，所述方法还包括：
对所述PWM信号进行MOS隔离。
5.一种基于系统总电流的服务器风扇调控系统，其特征在于，所述系统包括：
PWM初始字典建立模块，用于根据服务器系统的最大电流值建立PWM初始字典，所述PWM初始字典中包括N个地址和N个PWM控制信号的值，且所述地址与PWM控制信号的值一一对应，任一地址与一个电流区间相匹配，任一PWM控制信号的值与一个风扇转速相匹配，N为自然数；
电流采集模块，用于采集当前的服务器系统电流；
PWM控制信号值确定模块，用于根据所述服务器系统电流和PWM初始字典，确定当前的服务器系统电流所匹配的PWM控制信号的值；
PWM信号生成模块，用于根据所述PWM控制信号的值，生成表征PWM占空比的PWM信号；
控制模块，用于根据所述PWM信号控制风扇转速。
6.根据权利要求5所述的一种基于系统总电流的服务器风扇调控系统，其特征在于，所述电流采集模块包括：
电压信号采集单元，利用PI型网络采集用于表征当前服务器系统电流的电压信号，且所述PI型网络中的器件满足：
其中，C为监测电容的电容值，L为监测电感的电感值，R为电阻，DCR为监测电感的直流阻抗；
信号放大器，用于将所述电压信号进行放大，获取放大后的电压信号；
ADC转换器，用于对放大后的电压信号进行模数转换，获取模数转换后的电压信号；
电流确定单元，用于根据模数转换后的电压信号，确定当前的服务器系统电流。
7.根据权利要求5或6中所述的一种基于系统总电流的服务器风扇调控系统，其特征在于，所述系统中还包括隔离模块，用于对所述PWM信号进行隔离。
8.根据权利要求7所述的一种基于系统总电流的服务器风扇调控系统，其特征在于，所述隔离模块为MOS隔离电路。
9.根据权利要求7所述的一种基于系统总电流的服务器风扇调控系统，其特征在于，所述隔离模块为电平转换芯片。
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2019
- 2019-12-13 CN CN201911280432.1A patent/CN111075745A/zh active Pending
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