CN111176401A

CN111176401A - 一种适用于超级计算机的多方位反馈智能变频系统

Info

Publication number: CN111176401A
Application number: CN201911265000.3A
Authority: CN
Inventors: 李玉玲
Original assignee: Beijing Kewei Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Kewei Technology Co Ltd
Priority date: 2019-12-11
Filing date: 2019-12-11
Publication date: 2020-05-19

Abstract

本发明提供了一种适用于超级计算机的多方位反馈智能变频系统，使得超级计算机计算更快，更稳定，包括以下单元：第一采样单元，设置于超级计算机的任意壳体处，用于采集计算机内部温度，并输出模拟量的检测电压；第二采样单元，设置于计算机任意线路处，用于采集计算机内部线路任意节点的温度并输出数字量的电压数据；转换模块，接收所述数字量的电压数据输出模拟量的参考电压；预设电压提供单元，接收所述·拟量的参考电压，用于提供模拟量的第一预设电压和第二预设电压；变频单元，分别与所述预设电压提供单元和采样单元连接，用于接收检测电压、第一预设电压和第二预设电压。

Description

一种适用于超级计算机的多方位反馈智能变频系统

技术领域

本发明涉及超级计算机、变频技术领域，特别涉及一种适用于超级计算机的多方位反馈智能变频系统。

背景技术

超级计算机(Super computer)是指能够执行一般个人电脑无法处理的大量资料与高速运算的电脑。就超级计算机和普通计算机的组成而言，构成组件基本相同，但在性能和规模方面却有差异。超级计算机主要特点包含两个方面：极大的数据存储容量和极快速的数据处理速度，因此它可以在多种领域进行一些人们或者普通计算机无法进行的工作。

由于超级计算机所包含的处理器、存储器等硬件较多，所以其内部线路也较多，在对其进行散热时，如果只考虑超级计算机的内部温度进行温控而不考虑其线路温度进行控制使得其在使用过程中线路易老化。

发明内容

本发明提供一种适用于超级计算机的多方位反馈智能变频系统，能够根据线路的温度控制散热设备进行变频散热，如果线路的温度较高而计算机内部温度不是很高时也会以较高功率进行工作，进而对超级计算机的线路进行散热，使得其不易老化、损坏。

一种适用于超级计算机的多方位反馈智能变频系统，包括以下单元：

第一采样单元，设置于超级计算机的任意壳体处，用于采集计算机内部温度，并输出模拟量的检测电压；

第二采样单元，设置于计算机任意线路处，用于采集计算机内部线路任意节点的温度并输出数字量的电压数据；

转换模块，接收所述数字量的电压数据输出模拟量的参考电压；

预设电压提供单元，接收所述模拟量的参考电压，用于提供模拟量的第一预设电压和第二预设电压；

变频单元，分别与所述预设电压提供单元和采样单元连接，用于接收检测电压、第一预设电压和第二预设电压；

当检测电压小于第一预设电压时，输出低电平的零功率信号；

当检测电压大于第一预设电压小于第二预设电压时，输出高电平的第一功率信号；

当检测电压大于第二预设电压时，输出高电平的第二功率信号；

散热设备设置于超级计算机的若干位置处，散热设备受控于零功率信号不工作，散热设备受控于第一功率信号按照第一功率工作，散热设备受控于第二功率信号按照第二功率工作，其中第一功率和第二功率为不同的工作功率。

进一步的，

所述第二采样单元包括多个，所述预设电压提供单元按照以下步骤提供第一预设电压和第二预设电压：

所述第一预设电压和第二预设电压是根据所述采样单元采集到的计算机内部温度以及计算机内部线路自动计算得到的，其中具体步骤包括：

步骤A1：根据公式(1)得到第一预设电压U1：

其中U1表示第一预设电压，U_S表示工作人员输入电压,i表示计算机内部线路的第i个节点，N表示计算机内部线路节点的总数，μ_i表示计算机内部线路汇聚成第i个节点的支路个数与计算机内部线路内部总支路个数的比值，S_i表示计算机内部线路的第i个节点第二采样单元采集到的温度值，R表示计算机内部线路汇聚成第i个节点的支路上的所有电阻的电阻值的倒数之和，exp表示自然对数e的次方；

步骤A2：根据公式(2)得到第二预设电压U2：

其中U2表示第二预设电压，t表示计算机运行的时间，S_i(t)表示计算机内部线路的第i个节点温度传感器在计算机运行了t时间内采集到的温度值函数，

表示计算机内部线路的第i个节点温度传感器在计算机运行了t时间内采集到的温度值函数对时间t的二阶导数，

表示在计算机运行了t时间后，计算机内部线路的第i个节点温度传感器在计算机运行了t时间内采集到的温度值函数对时间t的一阶导数。

进一步的，

所述变频单元按照以下步骤输出功率信号：

根据公式(3)得到需要输出的第W功率信号：

其中W表示需要输出的第W功率信号，U表示输出模拟量的检测电压，u表示阶跃函数；

通过公式(3)当W＝0时输出低电平的零功率信号，当W＝1时输出高电平的第一功率信号，W＝2时输出高电平的第二功率信号；

当U<U1时

则W＝0，输出低电平的零功率信号；

当U1<U<U2时

则W＝1，输出高电平的第一功率信号；

当U>U2时

则W＝2，输出高电平的第二功率信号。

进一步的，

所述第一采样单元和第二采样单元分别为温度传感器；

所述第一采样单元和第二采样单元分别连接有蓝牙传输模块；

所述预设电压提供单元和变频单元分别设置有蓝牙传输模块；

所述散热设备设置有蓝牙传输模块；

所述第一采样单元、第二采样单元、预设电压提供单元、变频单元以及散热设备通过蓝牙传输模块传输数据、电信号以及指令。

进一步的，

所述变频单元包括对比模块和驱动模块，所述对比模块包括第一比较器和第二比较器，所述温度传感器的输出端与第一比较器和第二比较器的正向输入端连接，所述预设电压提供单元与第二比较器的反向输入端连接，所述预设电压提供单元与第一比较器的反向输入端连接；

所述驱动模块包括串联设置的第一驱动三极管、第二驱动三极管，第一驱动三极管的集电极与散热设备、电源串联连接，第一比较器的输出端与第一驱动三极管的基极连接，还包括第一变频电阻和第二变频电阻，所述第一变频电阻与第一驱动三极管的集电极连接，第二变频电阻与第二驱动三极管并联设置，第二变频电阻的两端分别与第二驱动三极管的发射极和集电极连接，第二驱动三极管的发射极接模拟地。

进一步的，

所述智能变频系统还包括稳频单元，所述稳频单元一端与所述变频单元连接另一端与散热设备连接，所述稳频单元包括第一稳频单元、第二稳频单元、协调单元以及选择单元；

当稳频单元接收到零功率信号时选择单元控制散热设备所在回路不导通，散热设备不上电工作；

当稳频单元接收到第一功率信号时选择单元控制散热设备所在回路导通，散热设备按照第一功率工作；

当稳频单元接收到第二功率信号时选择单元控制散热设备所在回路导通，散热设备按照第二功率工作。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为适用于超级计算机的多方位反馈智能变频系统的第一种实施方式的结构示意图；

图2为适用于超级计算机的多方位反馈智能变频系统的第二种实施方式的结构示意图；

图3为适用于超级计算机的多方位反馈智能变频系统的第三种实施方式的结构示意图。

附图标记：

110、采样单元；130、变频单元；140、散热设备；150、第一稳频单元；160、第二稳频单元；170、选择单元。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

一种适用于超级计算机的多方位反馈智能变频系统，如图1所示其结构示意图，包括以下单元：第一采样单元，设置于超级计算机的任意壳体处，用于采集计算机内部温度，并输出模拟量的检测电压。其中第一采样单元为温度传感器，当计算机的内部温度越高时，检测电压就越高。

第二采样单元，设置于计算机任意线路处，用于采集计算机内部线路任意节点的温度并输出数字量的电压数据，其中第二采样单元也为温度传感器，其输出的数据为数字量的电压数据。

转换模块，接收所述数字量的电压数据输出模拟量的参考电压。转换模块为数模转换电路，通过转换电路能够将数字量的温度传感器数据转换为模拟量的温度传感器数据，因为第二采样单元设置于线路处，所以优选使用为体积较小的数字电路进行温度采集。

预设电压提供单元，接收所述模拟量的参考电压，用于提供模拟量的第一预设电压和第二预设电压。预设电压提供单元以线路温度为依据，输出模拟量的第一预设电压和第二预设电压。

变频单元，分别与所述预设电压提供单元和采样单元连接，用于接收检测电压、第一预设电压和第二预设电压；当检测电压小于第一预设电压时，输出低电平的零功率信号；当检测电压大于第一预设电压小于第二预设电压时，输出高电平的第一功率信号；当检测电压大于第二预设电压时，输出高电平的第二功率信号；散热设备设置于超级计算机的若干位置处，散热设备受控于零功率信号不工作，散热设备受控于第一功率信号按照第一功率工作，散热设备受控于第二功率信号按照第二功率工作，其中第一功率和第二功率为不同的工作功率。

预设电压提供单元根据实际线路的反馈而进行第一预设电压和第二预设电压的改变，使得该多方位反馈智能变频系统的工作状态不在只考虑其内部温度这一个权重，也会考虑实际线路的温度，并且当线路温度越高时，第一预设电压和第二预设电压的值越低，使得在超级计算机的内部温度较低而线路温度较高这种情况存在时，散热设备也会高功率工作，这种情况是部分模块计算负荷加大，该模块的线路电流传输过大，造成区域线路温度升高的问题，通过该系统，可以将区域线路温度升高而散热设备不能进行有效散热的问题进行解决，使得散热设备更加智能的进行变频工作。

变频单元，与所述采样单元连接，用于接收检测电压，当检测电压小于第一预设电压时，输出低电平的零功率信号。其中第一预设电压可以看做对应的是第一温度值，当采样单元检测到计算机内的温度达到第一温度值时其会输出第一预设电压的压值。即当计算机内的温度低于第一温度值时，变频单元输出零功率信号。

当检测电压大于第一预设电压小于第二预设电压时，输出高电平的第一功率信号。其中第二预设电压可以看做对应的是第二温度值，当采样单元检测到计算机内的温度达到第二温度值时其会输出第二预设电压的压值。即当计算机内的温度高于第一温度值小于第二温度值时，变频单元输出第一功率信号。

当检测电压大于第二预设电压时，输出高电平的第二功率信号。其中第二预设电压可以看做对应的是第二温度值，当采样单元检测到计算机内的温度达到第二温度值时其会输出第二预设电压的压值。即当计算机内的温度高于第二温度值时，变频单元输出第二功率信号。其中第二功率信号高于第一功率信号。

散热设备受控于零功率信号不工作，此时默认为计算机内的温度低于第一温度值，计算机内的各个设备能够正常工作不受温度的影响，所以散热设备不工作。

散热设备受控于第一功率信号按照第一功率工作，此时默认为计算机内的温度高于第一温度值低于第二温度值，此时设备的温度不是特别的高，也不会对设备的工作造成影响，但是温度接近于会对设备造成影响的温度，所以此时散热设备按照第一功率工作，通过以上方式达到的效果是，在抑制设备温度升高的同时，散热设备不会在额定功率或者是超负荷下进行工作，不会产生较大的噪音，实现变频的效果。

散热设备受控于第二功率信号按照第二功率工作，时默认为计算机内的温度高于第二温度值，此时设备的温度比较高已经影响其正常工作，所以此时散热设备按照第二功率工作，通过以上方式达到的效果是，散热设备140会在额定功率或者是超负荷下进行工作，最大能力的对设备进行散热，使设备降温而正常工作。

在一个实施例中，所述第二采样单元包括多个，所述预设电压提供单元按照以下步骤提供第一预设电压和第二预设电压：

步骤A1：根据公式(1)得到第一预设电压U1：

其中U1表示第一预设电压，U_S表示工作人员输入电压,i表示计算机内部线路的第i个节点，N表示计算机内部线路节点的总数，μ_i表示计算机内部线路汇聚成第i个节点的支路个数与计算机内部线路内部总支路个数的比值，S_i表示计算机内部线路的第i个节点第二采样单元采集到的温度值，R表示计算机内部线路汇聚成第i个节点的支路上的所有电阻的电阻值的倒数之和，exp表示自然对数e的次方。

其中U_S表示工作人员输入电压，可以是任意值，例如说5V、6V等等，提高整个第一预设电压和第二预设电压的值，该值可以根据实际计算机的属性、工作地点进行调整。例如计算机内部部线路是3条那么就会有一个节点及N＝1，则S_i的值为温度传感器采集到的该节点的温度值，μ_i的值为计算机内部线路汇聚成这个节点的支路3条与计算机内部线路内部总支路个数3条的比值为3/3＝1，R为计算机内部线路汇聚成这个节点的3条支路上的所有电阻的电阻值的倒数之和即(

其中R1,R2,R3分别为这3条支路上的总电阻)将这些值代入公式(1)中即可求出第一预设电压U1的值。

步骤A2：根据公式(2)得到第二预设电压U2：

例如计算机内部部线路是3条那么就会有一个节点及N＝1，若S_i(t)的值为该节点计算机运行了t时间内采集到的温度值函数，若计算机运行了t时间内采集到的温度值不变，则

μ_i的值为计算机内部线路汇聚成这个节点的支路3条与计算机内部线路内部总支路个数3条的比值为3/3＝1，则在这种情况下U2的值就与U1的值相等。

在一个实施例中，所述变频单元按照以下步骤输出功率信号：

根据公式(3)得到需要输出的第W功率信号：

当U<U1时

则W＝0，输出低电平的零功率信号；

当U1<U<U2时

则W＝1，输出高电平的第一功率信号；

当U>U2时

则W＝2，输出高电平的第二功率信号。

上述技术方案的有益效果是：通过所述第二采样单元采集到计算机内部线路的温度结合工作人员输入的输入电压，得到第一预设电压和第二预设电压，进而得到所需要的功率信号，是为了保证整个自动计算的过程可以形成闭环并且可以实时利用电压的判断进行功率的控制，从而将线路的温度变化为一个较大的权重，从而提高变频的可靠性，并且利用公式对输出电压进行判断，提高了变频的工作效率，以及可实用性。

在一个实施例中，如图2所示，所述第一第一采样单元110和第二采样单元分别为温度传感器；所述第一采样单元和第二采样单元分别连接有蓝牙传输模块；所述预设电压提供单元和变频单元分别设置有蓝牙传输模块；所述散热设备设置有蓝牙传输模块；所述第一采样单元、第二采样单元、预设电压提供单元、变频单元以及散热设备通过蓝牙传输模块传输数据、电信号以及指令。各个单元通过蓝牙模块传递数据以及指令，不用线路连接，使得超级计算机内的线路更加简洁。

在一个实施例中，如图3所示，变频单元130包括对比模块和驱动模块，所述对比模块包括第一比较器U1和第二比较器U2，所述温度传感器的输出端与第一比较器U1和第二比较器U2的正向输入端连接，所述预设电压提供单元的第一端口与第二比较器U2的反向输入端连接，所述所述预设电压提供单元的第二端口与第一比较器U1的反向输入端连接。

所述驱动模块包括串联设置的第一驱动三极管Q11、第二驱动三极管Q12，第一驱动三极管Q11的集电极与散热设备140、电源串联连接，第一比较器U1的输出端与第一驱动三极管Q11的基极连接，还包括第一变频电阻R21和第二变频电阻R22，所述第一变频电阻R21与第一驱动三极管Q11的集电极连接，第二变频电阻R22与第二驱动三极管Q12并联设置，第二变频电阻R22的两端分别与第二驱动三极管Q12的发射极和集电极连接，第二驱动三极管Q12的发射极接模拟地。

通过预设电压提供单元达到提供第一预设电压和第二预设电压的目的，第二预设电压大于第一预设电压。当温度传感器输出的电压大于第一预设电压时，第一比较器的正向输入端电压大于反向输入端电压，第一比较器输出高电平信号，此时第一驱动三极管Q11导通，散热设备140的电压为第一变频电阻R21和第二变频电阻R22分压后的电压，此时散热设备140的工作功率为A。当温度传感器输出的电压大于第二预设电压时，第二比较器U2的正向输入端电压大于反向输入端电压，第二比较器U2输出高电平信号，此时第一驱动三极管Q11和第二驱动三极管Q12同时导通，散热设备140的电压为第一变频电阻R21分压后的电压，此时散热设备140的工作功率为B，此时第二变频电阻R21被第二驱动三极管Q12短路不再进行分压，此时散热设备140上的电压较大，工作功率B大于工作功率A，完成散热设备140的变频工作。

通过第一采样单元110能够采集计算机内设备的温度并生成模拟量的检测电压数据，其中可以是CPU的温度、电源模块的温度等等，然后检测电压至变频单元130，变频单元130根据检测电压的值分别控制风扇12不工作、按照第一功率工作或者是按照第二功率工作，以此达到控制风扇12进行不同工作的目的和效果。使得计算机内温度较低时，散热设备140不工作，不会产生噪音。当计算机内温度存在升高趋势但并不会对计算及内部设备工作造成影响时，散热风扇12按照第一功率进行低功率工作，此时风扇12既能散热又不会产生较大噪音。当计算机内的温度上升至影响计算机内部设备工作时，散热风扇12按照第二功率进行高功率工作，此时风扇12按照额定功率或者是超额定功率工作，此时风扇12转速最快，起到最大的散热效果，但是会产生较大噪音。本发明的系统能够根据计算机内的温度，实现智能变频控制散热设备140工作，使得计算机温度比正常温度偏一点但不影响计算机内部设备工作时，散热设备140会小功工作，不会产生较大的噪音，使得散热设备140的使用寿命也较长。

智能变频系统还包括稳频单元，稳频单元一端与变频单元130连接另一端与散热设备140连接，所述稳压单元包括第一稳频单元150、第二稳频单元160以及选择单元170。通过稳频单元能够起到稳定频率的作用，其本质在于稳定散热设备140处的输入电压，使得散热设备140能够稳定工作。

当稳频单元接收到零功率信号时选择单元170控制散热设备140所在回路不导通，此时计算机内的温度较低，散热设备140不上电工作。

当稳频单元接收到第一功率信号时选择单元170控制散热设备140所在回路导通，散热设备140按照第一功率工作。此时计算机内的温度接近其内部设备的不易工作温度，散热设备140以中等功率进行工作，此时不会产生较大噪音。

当稳频单元接收到第二功率信号时选择单元170控制散热设备140所在回路导通，散热设备140按照第二功率工作。此时计算机内的温度相对较高，会影响其内部设备的工作，例如说CPU、电源模块等等，此时散热设备140按照第二功率进行工作，散热设备140处于额定功率或者是超负荷功率进行工作，进最大的能力对计算机内的设备进行散热处理。

第一稳频单元150包括第一运算放大器U3、第一稳频三极管Q21、第一稳频电阻R41、第二稳频电阻R42。第一运算放大器U3的反向输入端与基准频率输入端连接，第一运算放大器U3的输出端与第一稳频三极管Q21的基极连接，第一稳频三极管Q21的集电极与高电平电源连接，第一稳频三极管Q21的发射极与第一稳频电阻R41和第二稳频电阻R42串联接地设置，第一稳频电阻R41和第二稳频电阻R42的节点与第一运算放大器U3的正向输入端连接，第一稳频三极管Q21的发射极和第一稳频电阻R41的节点与串联接地设置，第一稳频三极管Q21的发射极和第一稳频电阻R41的节点分别与选择单元170和协调单元连接。基准频率输入端包括第一分压电阻R31，其中第一分压电阻R31分别与第一运算放大器U3反向输入端以及第一变频电阻R21连接，通过第一分压电阻R31采集变频单元130处的电流生成电压至第一运算放大器的反向输入端。

通过第一分压电阻R31采集变频单元130处的电流生成电压至第一运算放大器U3的反向输入端，其输入的电压为散热设备140的第一工作目标电压，通过第一运算放大器U3的正向输入端输入第一稳频电阻R41和第二稳频电阻R42的节点处的电压形成反馈电压，第一运算放大器U3能够时刻接受反馈电压对输出电压进行调整、稳压，使得散热设备140得到稳定的第一工作目标电压，使其稳定在第一功率，使散热设备140工作稳定、不易老化、损坏。

第二稳频单元160包括第二运算放大器U4、第二稳频三极管Q22、第三稳频电阻R51、第四稳频电阻R52；第二运算放大器U4的反向输入端与基准频率输入端连接，第二运算放大器U4的输出端与第二稳频三极管Q22的基极连接，第二稳频三极管Q22的集电极与高电平电源连接，第二稳频三极管Q22的发射极与第三稳频电阻R51和第四稳频电阻R52串联接地设置，第三稳频电阻R51和第四稳频电阻R52的节点与第二运算放大器U4的正向输入端连接。基准频率输入端包括第二分压电阻R32，其中第二分压电阻R32分别与第二运算放大器U4反向输入端以及第一变频电阻R21和第二变频电阻R22的节点连接，通过第二分压电阻R32采集变频单元130处的电流生成电压至第二运算放大器U4的反向输入端。

通过第二分压电阻R32采集变频单元130处的电流生成电压至第二运算放大器U4的反向输入端，其输入的电压为散热设备140的第二工作目标电压，通过第二运算放大器U4的正向输入端输入第三稳频电阻R51和第四稳频电阻R52的节点处的电压形成反馈电压，第二运算放大器U4能够时刻接受反馈电压对输出电压进行调整、稳压，使得散热设备140得到稳定的第二工作目标电压，使其稳定在第二功率，使散热设备140工作稳定、不易老化、损坏。

开关单元包括第一开关三极管Q31和第二开关三极管Q32，第一开关三极管Q31的发射极和第二开关三极管Q32的发射极连接，第一开关三极管Q31的发射极和第二开关三极管Q32的发射极的连接节点一端与第一开关电容C1串联接地，第一开关三极管Q31的发射极和第二开关三极管Q32的发射极的连接节点另一端与散热设备140串联接地。通过第一开关三极管Q31和第二开关三极管Q32能够起到开关的目的，其中第一开关三极管Q31与第一比较器U1的输入端连接，当第一比较器U1输出高电平信号时，第一开关三极管Q31导通，此时第一稳频单元150进行工作，当第二比较器U2输出高电平信号时，第二开关三极管Q32导通，此时第二稳频单元160进行工作。通过第一开关三极管Q31和第二开关三极管Q32达到控制第一稳频单元150或第二稳频单元160进行工作的目的和效果。并且在第一开关三极管Q31和第二开关三极管Q32都导通的状态下，二者状态为并联，使得散热设备140的电压会位于二者电压之间浮动，可以根据实际设备的承受功率进而改变第一分压电阻R31和第二分压电阻R32，使得散热设备140工作在两个适宜的电压至下。

通过稳频单元起到对散热设备140输入的电压进行稳定的作用，在一个电路中，如果散热设备140等装置具有多个控制频率指令时，其工作相对来说不稳定，也会导致散热设备140的寿命降低，通过该稳频单元，能够有效的稳定散热设备140的工作功率，并且其不同的功率工作下具有不同的稳频单元，使得稳频效果更好。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。