CN1118895A - 用户可替换风扇装置的控制界面 - Google Patents

Abstract

一种用于电子设备风扇装置的容错监控系统。本发明的风扇监控系统通过利用电力混合电路为风扇提供备用的电力来减少由于电力故障造成的高温损坏的可能性。系统包括用于检测电力混合电路中故障的装置。本发明的系统还包括用于测量风扇准确速度的装置和用于精细控制风扇速度的装置。无需额外的插脚就可检测出风扇装置存在与否。

Description

用户可替换风扇装置的控制界面

本发明一般涉及在计算机系统中提供强迫风冷的风扇装置，特别涉及一种用于该风扇装置的容错监控系统。

多数电子设备在通常运行条件下都发热。要为那些发出的热量有可能对系统元件造成危害的电子系统提供冷却系统。例如，在大型计算机系统和磁盘驱动电路中就设置了强迫风冷装置。一个计算机系统一般包含一个或多个用于通风和冷却的风扇装置。现有的计算机采用可变速风扇来减少音频噪声和增加效率。为了避免高温对系统元件造成损坏，必须始终对风扇装置的速度及功能进行监控。

风扇控度制系统通常会产生没有电力供给风扇的问题。因此，必须设计一种能减少发生供电故障之可能性并且一旦发生能立即将它检测出来的风扇控制系统。一些现有风扇控制系统的另一个缺陷是不能准确地测出风扇的速度。在这些系统中，一个由位于风扇内的霍尔效应器件产生的信号先由频率转换成电压，然后再与两个或多个阈电压比较。因此，那些系统只能在由阈电压限定的范围内测量各个风扇的速度。另一个有关的缺陷是控制风扇速度的程度不够。一些现有的风扇控制系统只能在两至三个设定值上调节风扇速度。在这些系统中，通常采用一个二套风扇装置，从而在其中一台风扇的速度低于阈值时，另一台风扇速度加快以对第一个风扇进行补偿。

风扇控制系统必须具备实际存在与否的检测功能。也就是说，该系统必须能够给出一个信号来表明某一风扇装置是“有”还是“没有”。最后，该控制系统本身必须具备故障检测机构。

这样，就需要在电子设备中使用一种经改进的容错风扇监控系统。

本发明提供一种计算机系统中使用的风扇装置的容错监控系统。本发明的风扇监控系统靠采用电力混合电路为风扇提供备用电力来减少因电力故障导致高温损坏的可能性。系统中包含检测电力混合电路中的故障的装置。本发明的风扇控制和监控系统中还包含有准确测风扇速度的装置以及对风扇速度精密控制装置。无需附加的插脚要求便可检测出风扇的实际上“有”、“无”。

因此，在本发明的一个实施例中提供了一种风扇监控系统，其中包含：一个电力混合电路，该电路中含有两个分别用来接纳第一、第二供电线的第一、第二输入端；第一对供电线使能输入端；第二对供电线使能输入端；第一对供电线状态输出端；第二对供电线状态输出端；和一个电力输出端；系统还包含：一个风扇装置，该装置包含一个与电力混合电路的电力输出端相耦合的电力输入端；一个速度控制输入端和一个速度指示输出端，以及一块第一控制板，该板中有：一个与风扇装置的速度指示输出端相耦合的风扇速度指示输入端；分别与电力混合电路的第一对供电线状态输出端相耦合的一对供电线状态输入端；分别与电力混合电路的第一对供电线使能输入端相耦合的一对供电线使能输出端；以及一个与风扇装置的速度控制输入端相耦合的速度控制输出端，以及一块第二控制板，该板中有：一个与风扇装置的速度指示输出端相耦合的风扇速度指示输入端；分别与电力混合电路的供电线状态输出端相耦合的一对供电线状态输入端；分别与电力混合电路的第二对供电线使能输入端相耦合的一对供电线使能输出端；以及一个与风扇装置的速度控制输入端相耦合的速度控制输出端。

当供电线中的一条发生故障时，电力混合电路中的特定电路会产生供电线状态信号并将其指示出来。处理器通过对供电线使能信号的控制，让电源对通向风扇第一或第二供电线进行更换以始终确保其功能。该处理器还接收从风扇装置传来的指示信号并直接测出该风扇的准确转速。处理器向风扇装置的速度控制输入端提供一个脉宽调制信号以调节风扇的速度。

下面，结合附图的详细描述，将更了解容错风扇监控系统的本质及优点。

图1为本发明的风扇监控系统的方框图；

图2为本发明用于风扇监控系统的电力混合电路的电路图。

图1为本发明的容错风扇监控系统的方框图。该系统包括一个电力分配系统(PDS)100，该系统向容错风扇监控系统的其余部分提供两条分开的供电线102、104和一条地线。一个电力混合电路106接纳供电线102、104和地线，并产生四个供电线状态信号102K—1、1040K—1、1020K—2和1040K—2。一块第一控制板108向电力混合电路106提供供电线使能信号EN102—1和EN104—1，而一块第二控制板109向电力混合电路106提供供电线使能信号EN102—2、EN104—2。控制板108和109分别接收供电线状态信号1020K—1、1040K—1和1020K—2、1040K—2。控制板108和109既可以是一个处理器的一部分，也可以是两个独立的处理器。电力混合电路106的电力输出端110直接与风扇112的电力输入端相连。风扇112还通过一个光隔离器116从两块控制板108和109接收速度控制信号。风扇112通过一个第二光隔离器114向控制板108、109发出一个转速输出信号。

在运行时，电力混合电路106在两各供电线102、104上执行一个二极管“或”操作，每条线路提供诸如“-48”伏的电压。在正常运行时控制板108和109使供电线使能信号EN102—1、EN104—1和EN102—2、EN104—2保持有效。这样就接通了经过供电线110通往风扇112的电力。电力混合电路106包含过电流保护二极管和检测供电线中任一条线中的故障的电路。该故障检测电路及电力混合电路106的运行将结合图2作详细说明。

光隔离器114和116为风扇速度信号(控制和转速)提供光隔离，从而，这些信号可以是相对于逻辑地的标准逻辑信号。转速输出信号是由风扇装置中的霍尔效应开关产生的，经过光隔器114，并以脉冲的形式提供给两块控制板108和109。控制板108和109通过测脉冲的频率来决定风扇112的准确速度。

任何一块控制板经过它们各自的风扇速度控制线来控制风扇的速度。其中二块控制板中的一块向风扇发脉宽调制信号，而另一块使风扇速度控制信号静态地保持有效。在光隔离器116的输入端对两个速度控制信号进行逻辑“与”，因此，对于风扇以低速运转，必须使两块控制板符合(静态有效)。这样，如果两块控制板中的任何一块无效，而另一块或者发送静态有效信号或者发送脉宽调制信号时，风扇达到其最高速度。一些风扇装置设计有速度控制输入端，当输入拉低会使风扇以低速(例如一半的速度)运行，而当输入断开时，风扇以最高速旋转。提供一个脉宽调制信号给此输入端可以使对风扇速度的控制更加精细。把脉宽调制信号的占空度对时间积分得到最终转动频率。这样，各个控制板中的脉宽调制电路的实际工作频率不是临界的。(在此方案中不需要使两个电路同步)。若给出一个最大风扇速度，例如为3000转/分和一个低速度1500转/分，则一个占空度为50％的信号将会得到2250转/分的风扇速度。

包括两块控制板的处理器中的维护及控制软件定期交换两块控制板的任务。就是，在第一时段内，由控制板108在其速度控制输出端送出一个脉宽调制信号，而控制板109保持其速度控制线静态有效。在下一个时段内，控制板108发出的速度控制信号转为静态有效，而从控制板109的速度控制输出端发出一个脉宽调制信号。这样，通过对风扇转速输出的监测及对指出两个信号为静态有效的风扇速度的意外降低的测量就可测出使风扇速度控制线一直有效的该线发生了故障。风扇速度控制线的故障导致法线无效，另一方面，由测出风扇速度加快可将风扇速度控制线故障检测出来。通过交换任务来消除脉宽调制控制板的故障。这保证了两块控制板能够适当地驱动风扇速度控制线。

以下将对电力混合电路106进行更详细的介绍。图2示出电力混合电路106的简图。供电线102通过一个保险丝208和一个功率通过晶体管200进入电路，并经过一个隔离二极管206与输出端10相连。同样，供电线104通过一个保险丝212和一个功率通过晶体管202进入电路，并经过一个隔离二极管210与输出端110相连。供电线使能信号EN102—1和EN102—2通过电阻R1—EN和R2—EN进行逻辑“或”，并加到光隔离器214的输入端。同样，供电线使能信号EN104—1和EN104—2通过电阻R3—EN和R4—EN进行逻辑“或”，并加到另一隔离器216的输入端。光隔离器将功率返回信号转为逻辑地以使电路能接收具有标准逻辑电平的使能信号。把两个光隔离器214和216的输出端首先分别加到网络218和220上，然后再分别加到功率通过晶体管200和202的控制终端。

供电线状态信号1020K—1、1020K—2和1040K—1、1040K—2分别由供电线状态电路222和224产生。供电线状态电路222包括一个经过电阻228在隔离二极管206的输入端搭接在供电线102上的光隔离器226。光隔离器222经过隔离电阻R1020K—1和R1020K—2提供状态信号1020K—1和1020K—2。供电线104的供电线状态电路与电路222相同。

以下描述的是电力混合电路106的工作。在图2的示例中，电力混合电路设计得用供电线102和104中的负电压(例如：—48V)进行工作。两条供电线102和104共用一个用POWER RETURN标记的公共参考点和返回路径。因此，所有的电势相对于此参考点均为负值(例如：—48V返回)。供电线使能信号是由控制板108和109(图1)提供的，且必须具备足够大的驱动电流来给一个光隔离器(214或216)供电。在正常运行条件下，所有4个供电线使能信号都在高电平。因而，电流流经相应的光隔离器信号输入端，把光隔离器的输出拉低。这样使功率通过晶体管接通并将供电线连接到隔离二极管206和210上。隔离二极管206和210将经切换的供电线连在一起向电力输出端110供电，该输出端110驱动风扇112的电力输入端。因为电路是由两个分开的电源供电的，所以即使系统中任何地方发生一起故障时，电力输出端110仍然可以得到电力。功率通过晶体管200和202提供限流功能和供电线切换功能。保险丝元件208和212提供过电流保护，而二极管206和210在两条供电线之间提供隔离。

供电线状态电路224和222允许对功率控制和供电线共用二极管206和210的隐性故障进行检测。为了测试供电线共用二极管和保险丝，只需要对一个供电线输入端用(例如102)一个使能信号加以允许而对另一个供电线输入端加以禁止。由于二极管206输送电力以及功率通过晶体管202关断，因此隔离二极管210必须反向偏置而不导通。如果隔离二极管210以适当的方式(即不短路)工作，则状态电路224的光隔离器不允许有电流通过。因此，供电线状态信号1040K—1和1040K—2应该保持在逻辑高电平上，表明没有电力。然而，如果二极管210发生故障并导致两供电线之间短路，则电流将会流过状态电路224，使信号1040K—1和1040K—2降到逻辑低电平。当没有EN104—1和EN104—2信号时，1040K—1和1040K—2处的一个逻辑低电平(它表明供电线104接通)被加到一个故障隔离二极管上。通过禁止一条供电线而允许另一条供电线，然后再监视风扇速度而能测试出开路来。风扇速度意外减慢表明被允许的供电线中的输入功率有损耗。

通常把风扇装配成用户可替换的装置。例如，在图1中，可以把包括电力混合电路106、光隔离器114、116和风扇112的块118组装成一个单独的用户可替换的风扇装置。因此，系统必须提供一种保护，使得在电源接通的时候，插入或拨出用户可替换风扇装置时避免遭受破坏。图2的电力混合电路示出用于所有输入端和输出端的印刷电路板型印刷电路板插头。如图2所示，POWER RETURN插脚做得比较短使得在插入时最后接通，而拨出时最先断开。因为功率通过晶体管通过一个短的插脚获得它们接通驱动，主要的电路只有在用户可替换装置完全插入系统箱内时才能接通并让电流开始流动。用网络218和220为电路提供进一步的保护。当首先插入装置时，电阻R6和电容C1提供一个大的时间常数来减缓功率通过晶体管200栅极处的电压的增加的速度。这样可以使功率通过晶体管的漏极电流缓慢增至其稳态值而无过冲现象。当从系统中拨出装置时，功率通过晶体管200的栅极电压通过二极管D1和电阻R5快速放电。因此功率通过晶体管可以在短插脚断开而其余插脚为未断开时迅速关断。

风扇装置的用户可替换性还需一个用于检测风扇装置存在与否的装置。风扇控制系统通常包括一个分开的带有逻辑电平或低电平用以指明用户可替换风扇装置存在与否状态的插脚。然而，本发明的系统，通过与一个控制信号共用这一功能而不需要一个额外的插脚。例如，图1示出由一个三稳态驱动器120驱动的控制板108的电力使能输出端。驱动器120包含一个用于在驱动器120下拉时使驱动器120产生三种状态的输出的有效低使能输入。一个上拉的电阻R1将输出结点与逻辑电源Vcc相连。该输出结点还与一个缓冲器122的输出端相连，该缓冲器112输出一个检测存在与否的检测信号。在用户可替换风扇装置118上，一个下拉电阻R2将供电线使能输出接逻辑地。该下拉电阻R2的值选择为远小于上拉电阻R1的值。当供电线使能信号无效时，控制板108使得用使能信号的驱动器120产生三态。如果存在用户可替换风扇装置118，则电阻R2将输出结点下拉到一个逻辑低电平。这样控制板108就可以通过在检测输出端上寻找逻辑低电平而检测用户可替换风扇装置118的存在。如果不存在该装置，则电阻R1将输出端点上拉到一个逻辑高电平以使在检测输出端上的电平为逻辑高电平。如不产生三态时，驱动器120通过有效地将供电线使能信号驱动到结点而胜过电阻的作用。注意电阻R1、R2和位于光隔离器214使能输出端的相应电阻的值的选择必须允许驱动器120接通光隔离器从而实现供电线的切换功能，并防止在驱动器120被禁止时接通供电线的切换功能。同样，电阻值的选择必须确保使R2呈现开路的故障不能接通供电线的切换功能。这可以通过对R1选择适当的值以限制电流为一定大小而不能接通光隔离器来实现。作为进一步的保护，R1和R2有如分压器以在检测缓冲器122的输入端产生一个逻辑低电压。这个低电压被选择得低于光隔离器的接通电压。R1、R2和位于使能输入端的电阻的例子值分别为约1兆欧姆，10千欧姆和470欧姆。

综上所述，本发明提供一种用于电子设备的电扇装置的容错监控系统。本发明的风扇监控系统通过使用一个能为风扇提供备用电力的电力混合电路来减少由于电力故障而产生的高温损坏的可能性。系统包括检测电力混合电路中故障的装置。本发明的系统还包括准确测量风扇速度的装置和精细地控制风扇速度的装置。风扇装置存在与否可以不需要附加的插脚就能检测出来。虽然上述是对本发明的较佳实施例的详细描述，但仍然能够采取多种变更，改良和等效的做法，例如，本发明的电力混合电路被描述为使用负电压(例如—48伏)。通过将某些电路元件极性颠倒过来，可以把一个基于本发明基本原理的非常相似的电路用于一个由正电压供电的系统中。因此，本发明的范围不由以上描述的决定而由附加权项以及与之等效的整个范围决定。

Claims (10)

1.一种风扇监控系统，其特征在于，包括：

一个电力混合电路，包括：分别用来接纳第一和第二供电线的第一和第二输入端；第一对供电线使能输入端；第二对供电线使能输入端；第一对供电线状态输出端；第二对供电线状态输出端；以及一个电力输出端；

一个风扇装置，包括：一个与电力混合电路的输出端相耦合的电力输入端；一个速度控制输入端和一个速度指示器输出端；

一块第一控制板，包括：一个与风扇装置之速度指示器输出端相耦合的风扇速度指示器输入端；一对供电线状态输出端，该输入端分别与电力混合电路的第一对供电线状态输出端相耦合；一对与电力混合电路的第一对供电线使能输入端分别相耦合的供电线使能输出端；和一个与风扇装置之速度控制输入端相耦合的速度控制输出端；以及

一块第二控制板，包括：一个与风扇装置的速度指示器输出端相耦合的风扇速度指示器输入端；一对与电力混合电路的第二对供电线状态输出端分别相耦合的供电线状态输入端；一对与电力混合电路的第二对供电线使能输入端分别相耦合的供电线使能输出端；及一个与风扇装置之速度控制输入端相耦合的速度控制输出端。

2.如权利要求1所述的风扇监控系统，其特征在于，第一和第二控制板在风扇速度控制输出端提供一个脉宽调制信号。

3.如权利要求1所述的风扇监控系统，其特征在于，风扇装置中包括一个用于产生一个代表风扇速度的数字信号的装置，在风扇装置的速度指示器输出端提供该数字信号。

4.如权利要求3所述的风扇监控系统，其特征在于，第一和第二控制板的每一块还包含一个用于测量数字信号频率的装置，该频率可以用于计算风扇装置的准确速度。

5.如权利要求1所述的风扇监控系统，其特征在于，电力混合电路中还包含：一个用于在第一和第二供电线之间进行切换的装置以及一个将第一和第二条供电线相组合的装置。

6.如权利要求5所述的风扇监控系统，其特征在于，用于切换的装置包括：

一个第一光隔离器，其输出端分别经过第一对电阻与第一对供电线使能输入端相耦合；

一个第一通过晶体管，它具有一个与第一供电线相耦合的第一端和一个与第一光隔离器输出端相耦合的控制端；

一个第二光隔离器，其输入端分别经过第二对电阻与第二对供电线使能输入端相耦合；

一个第二通过晶体管，它具有一个与第二供电线相耦合的第一端和一个与第二光隔离器相耦合的控制端。

7.如权利要求6所述的风扇监控系统，其特征在于，组合装置包括：

一个第一隔离二极管，其第一端与第一通过晶体管的第二端相耦合，而第二端与电力输出端相耦合；

一个第二隔离二极管，其第一端与第二通过晶体管的第二端相耦合而第二端与电力输出端相耦合。

8.如权利要求6所述的风扇监控系统，其特征在于，第一供电线经过一个第一保险丝与第一通过晶体管的第一端相耦合，而第二供电线经过一个第二保险丝与第二通过晶体管的第一端相连。

9.如权利要求5所述的风扇监控系统，其特征在于，电力混合电路还包括用于检测第一和第二供电线状态的装置。

10.如权利要求9所述的风扇监控系统，其特征在于，用于检测第一和第二供电线状态的装置包括：

一个第一光隔离器，其输入端切换装置输出端相耦合，而其输出端经过第一对电阻分别与第一对供电线状态输出端相耦合；以及

一个第二光隔离器，其输入端与切换装置的输出端相耦合，而其输出端经过第二对电阻分别与第二对供电线状态输出端相耦合。

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