CN112459967A - 一种服务器风能回收发电装置及方法、服务器 - Google Patents

一种服务器风能回收发电装置及方法、服务器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种服务器风能回收发电装置及方法、服务器，包括：能量转换单元、电能存储单元、电压转换单元、通断控制单元、微控制器；所述能量转换单元设置在服务器风扇模组后窗，所述能量转换单元与电压转换单元连接，所述电压转换单元与电能存储单元连接，所述电能存储单元连接用电电路；所述能量转换单元与电压转换单元的连接线路上设置第一通断控制单元；所述电能存储单元与用电电路的连接线路上设置第二通断控制单元；所述电压转换单元、第一通断控制单元和第二通断控制单元分别与微控制器连接。本发明把服务器风扇的风能进行回收利用，绿色环保，节约能源。

Description

一种服务器风能回收发电装置及方法、服务器
技术领域
本发明属于服务器技术领域，具体涉及一种服务器风能回收发电装置及方法、服务器。
背景技术
生命的运转离不开能源，电力发电目前有使用火力发电，风力发电，水力发电，太阳能发电；风、水、阳光可以源源不断的产生持续的能量。如何更高效更广泛的进行能量回收利用，减少能源浪费、提高利用效率是当前重点发展方向。
目在当前的服务器产品中，散热系统使用最广的便是风冷散热，随着整机功耗的增加，整个系统对于风扇的要求也是越来越高，现在服务器中，风扇转速可以达到2万转每分钟，通常情况下整个系统都是采用吸风形式，即风扇从前面板往后看是风往后吹，冷风进入系统，然后经过各个热单元，最后从后窗把风排除。风能完成散热后直接进入空气中，整个服务器系统中没有一个能量回收单元进行能量的二次利用，服务器通常都是常年不间断工作，风冷系统里面的风能在没有能量回收装置的情况下浪费情况严重。
此外，系统风扇的转速控制目前通用做法都是通过系统内温度点采集温度信息，采集的温度值反馈到管理芯片中，管理芯片通过温度的高低去调控对应的系统风扇模组，温度调控是滞后的，当芯片功耗上来后温度升高，风扇进行转速提升，转速升高，发电机在瞬间高速运转情况下产生高电压输出，会概率性损坏输出后端的设备或芯片。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明提供一种服务器风能回收发电装置及方法、服务器，以解决上述技术问题。
第一方面，本发明提供一种服务器风能回收发电装置，包括：能量转换单元、电能存储单元、电压转换单元、通断控制单元、微控制器；所述能量转换单元设置在服务器风扇模组后窗，所述能量转换单元与电压转换单元连接，所述电压转换单元与电能存储单元连接，所述电能存储单元连接用电电路；所述能量转换单元与电压转换单元的连接线路上设置第一通断控制单元；所述电能存储单元与用电电路的连接线路上设置第二通断控制单元；所述电压转换单元、第一通断控制单元和第二通断控制单元分别与微控制器连接。
进一步的，所述装置还包括：电压采集单元，所述电压采集单元与微控制器连接，所述电压采集单元用于获取系统当前的工作电流。
进一步的，所述装置还包括：选通芯片，所述选通芯片设置在通断控制单元与用电电路之间，所述选通芯片的另一输入端连接系统备用电源。
进一步的，所述第一通断控制单元包括第一ADC芯片和第一电路开关,所述第二通断控制单元包括第二ADC芯片和第二电路开关，所述微控制器通过第一ADC芯片或第二ADC芯片获取的电压判断是否开启第一电路开关或第二电路开关。
进一步的，所述第一电路开关和第二电路开关采用电磁继电器，所述第一电路开关和第二电路开关通过微控制器的GPIO信号控制。
进一步的，所述能量转换单元包括：风力发电机，用于回收风扇的风能并转换成电能。
第二方面，本发明提供一种服务器风能回收发电方法，包括：
风力发电机开启将服务器风扇模组的风能转化成电能；
微控制器判断第一ADC芯片的电压符合电压转换单元的输入范围后，第一电路开关开启，电压偏离输入范围后，第一电路开关关闭；
电流存储到电能存储单元；
微控制器判断第二ADC芯片的电压达到电能存储单元的正常工作电压值后，第二电路开关打开；
当电池电压出现过低情况，用电电路选通到备用电源进行持续供电；当电池电能恢复正常时，用电电路选通电能存储单元供电。
进一步的，所述方法还包括：
电压采集单元获取到系统当前的工作电流发送给微控制器；
微控制器会通过当前系统电流的趋势判断系统风扇的调控趋势；
若电流增大且分析计算得知风扇要迅速提速时，在检测到转换电压超过一定阈值之前，把所述能量转换单元和电压转换单元的通路切断。
第三方面，本发明提供一种服务器，所述服务器布局从前往后依次为前窗，风扇模组、风能回收发电装置、后窗，风向为从前窗到后窗。
本发明提供的一种服务器风能回收发电装置及方法，
(1)把服务器的风冷扇热系统风能进行回收利用，绿色环保，节约能源；
(2)增加逻辑电路和储能电池进行回收能量的存储和高效利用；
(3)对系统风扇转速进行预判断，防止瞬间提升的电压损害装置自身电路。
本发明还提供的一种服务器，针对上述装置改善服务器布局，进一步提高风能回收效率。
此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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是本申请一个实施例的装置的结构示意图；
图2是本申请一个实施例的服务器整体布局示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
第一方面，本申请实施例提供一种服务器风能回收发电装置，包括：能量转换单元、电能存储单元、电压转换单元、通断控制单元、微控制器；所述能量转换单元设置在服务器风扇模组后窗，所述能量转换单元与电压转换单元连接，所述电压转换单元与电能存储单元连接，所述电能存储单元连接用电电路；所述能量转换单元与电压转换单元的连接线路上设置第一通断控制单元；所述电能存储单元与用电电路的连接线路上设置第二通断控制单元；所述电压转换单元、第一通断控制单元和第二通断控制单元分别与微控制器连接。
可选的，作为本发明的一种实施例，所述装置还包括：电压采集单元，所述电压采集单元与微控制器连接，所述电压采集单元用于获取系统当前的工作电流。
可选的，作为本发明的一种实施例，所述装置还包括：选通芯片，所述选通芯片设置在通断控制单元与用电电路之间，所述选通芯片的另一输入端连接系统备用电源。
可选的，作为本发明的一种实施例，所述第一通断控制单元包括第一ADC芯片和第一电路开关,所述第二通断控制单元包括第二ADC芯片和第二电路开关，所述微控制器通过第一ADC芯片或第二ADC芯片获取的电压判断是否开启第一电路开关或第二电路开关。
可选的，作为本发明的一种实施例，所述第一电路开关和第二电路开关采用电磁继电器，所述第一电路开关和第二电路开关通过微控制器的GPIO信号控制。
可选的，作为本发明的一种实施例，所述能量转换单元包括：风力发电机，用于回收风扇的风能并转换成电能。
第二方面，本申请实施例提供一种服务器风能回收发电方法，包括：
风力发电机开启将服务器风扇模组的风能转化成电能；
微控制器判断第一ADC芯片的电压符合电压转换单元的输入范围后，第一电路开关开启，电压偏离输入范围后，第一电路开关关闭；
电流存储到电能存储单元；
微控制器判断第二ADC芯片的电压达到电能存储单元的正常工作电压值后，第二电路开关打开；
当电池电压出现过低情况，用电电路选通到备用电源进行持续供电；当电池电能恢复正常时，用电电路选通电能存储单元供电。
可选的，作为本发明的一种实施例，所述方法还包括：
电压采集单元获取到系统当前的工作电流发送给微控制器；
微控制器会通过当前系统电流的趋势判断系统风扇的调控趋势；
若电流增大且分析计算得知风扇要迅速提速时，在检测到转换电压超过一定阈值之前，把所述能量转换单元和电压转换单元的通路切断。
第三方面，本申请实施例提供一种服务器，所述服务器布局从前往后依次为前窗，风扇模组、风能回收发电装置、后窗，风向为从前窗到后窗。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
本实施例提供一种服务器风能回收发电装置，包括：能量转换单元、电能存储单元、电压转换单元、通断控制单元、微控制器、电压采集单元、选通芯片；所述能量转换单元包括：风力发电机，用于回收风扇的风能并转换成电能；所述风力发电机设置在服务器风扇模组后窗，能够把系统使用完成后废弃的能量重新回收利用，通过发电机进行能量转换。
所述能量转换单元与电压转换单元连接；风力发电机直接转换的电压受电机转速影响，当转速越快的情况下电压越高，转速越低，电压越低，设计加入电压对比单元用于电压转换操作，该电压对比单元为宽电压输入型，可以接受很大幅度范围的电压操作。
所述电压转换单元与电能存储单元连接，所述电能存储单元与选通芯片的输入端连接，所述选通芯片的输出端与用电电路连接，所述选通芯片的另一输入端连接系统备用电源。
所述能量转换单元与电压转换单元的连接线路上设置第一通断控制单元；所述电能存储单元与用电电路的连接线路上设置第二通断控制单元；所述电压采集单元、电压转换单元、第一通断控制单元和第二通断控制单元分别与微控制器连接。
所述第一通断控制单元包括第一ADC芯片和第一电路开关,所述第二通断控制单元包括第二ADC芯片和第二电路开关，所述微控制器通过第一ADC芯片或第二ADC芯片获取的电压判断是否开启第一电路开关或第二电路开关；所述第一电路开关和第二电路开关采用电磁继电器，所述第一电路开关和第二电路开关通过微控制器的GPIO信号控制。
工作过程如下：
(1)系统风扇模组的后端正对风能转换发电机，通过系统风扇模组的风的余力带动风能发电机，发电机转子转动，切割磁感线产生电能；转速越快，电机输出电压越高，转速越低，电机输出电压越低，系统风扇转速在正常工作情况下是有固定范围的，通过风扇转速范围测试出电压输出范围，然后选择合适的电压转换单元，转换的电压要满足后端储能电池的电压输入范围；
(2)储能电池的作用是存储发电机产生的电能，如果该电能由电机产生后直接输出到后端电路效率会不高，不能够保障稳定的输出，通过增加储能电池把电能存储后既可以保障电源输出的稳定性也能够提高能源利用率；
(3)当微控制器获取第一ADC芯片电压符合电压转换单元的输入范围后，第一电路开关开启，电压偏离输入范围后，开关关闭；第二电路开关是控制电池到后端电路供电的通路，当微控制器获取第二ADC芯片电压达到电池正常工作电压值后，第二电路开关打开，第二电路开关后端连接有电压比较选通芯片，电压高的一路会自动选通；例如当电池电压出现过低情况，供电电路会自动选通到备用电源进行持续供电，当电池电能恢复正常时，会自动切换到电池供电，起到双重保护作用；
(4)微控制器有预判功能，温度升高的本质是因为电流需求变大了，本实施例中通过电压采集单元获取到系统当前的工作电流，微控制器会通过当前系统电流的趋势进行判断，能够提前获取系统风扇的调控趋势，如果电流增大通过内部的算法得知风扇要迅速提速，这样可以在第一ADC芯片的电压超过阈值前提前把第一电路开关切断，防止瞬间提升的电压对后端电压转换单元的损害。
实施例2
本实施例提供一种服务器，服务器整体布局如图2所示，从前往后依次为前窗，风扇模组、风能回收单元、后窗(其中各逻辑计算和数据处理单元省略描述)，所述风能回收单元为实施例1所述的风能回收发电装置，风向为从前窗到后窗，整个设计上风能转换回收单元在最末端，这样的话既不影响整个系统的散热功能还能在风能流失的源端进行有效回收利用。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种服务器风能回收发电装置，其特征在于，包括：能量转换单元、电能存储单元、电压转换单元、通断控制单元、微控制器；所述能量转换单元设置在服务器风扇模组后窗，所述能量转换单元与电压转换单元连接，所述电压转换单元与电能存储单元连接，所述电能存储单元连接用电电路；所述能量转换单元与电压转换单元的连接线路上设置第一通断控制单元；所述电能存储单元与用电电路的连接线路上设置第二通断控制单元；所述电压转换单元、第一通断控制单元和第二通断控制单元分别与微控制器连接。
2.根据权利要求1所述的一种服务器风能回收发电装置，其特征在于，所述装置还包括：电压采集单元，所述电压采集单元与微控制器连接，所述电压采集单元用于获取系统当前的工作电流。
3.根据权利要求1所述的一种服务器风能回收发电装置，其特征在于，所述装置还包括：选通芯片，所述选通芯片设置在通断控制单元与用电电路之间，所述选通芯片的另一输入端连接系统备用电源。
4.根据权利要求1所述的一种服务器风能回收发电装置，其特征在于，所述第一通断控制单元包括第一ADC芯片和第一电路开关,所述第二通断控制单元包括第二ADC芯片和第二电路开关，所述微控制器通过第一ADC芯片或第二ADC芯片获取的电压判断是否开启第一电路开关或第二电路开关。
5.根据权利要4所述的一种服务器风能回收发电装置，其特征在于，所述第一电路开关和第二电路开关采用电磁继电器，所述第一电路开关和第二电路开关通过微控制器的GPIO信号控制。
6.根据权利要求1所述的一种服务器风能回收发电装置，其特征在于，所述能量转换单元包括：风力发电机，用于回收风扇的风能并转换成电能。
7.一种服务器风能回收发电方法，其特征在于，包括：
风力发电机开启将服务器风扇模组的风能转化成电能；
微控制器判断第一ADC芯片的电压符合电压转换单元的输入范围后，第一电路开关开启，电压偏离输入范围后，第一电路开关关闭；
电流存储到电能存储单元；
微控制器判断第二ADC芯片的电压达到电能存储单元的正常工作电压值后，第二电路开关打开；
当电池电压出现过低情况，用电电路选通到备用电源进行持续供电；当电池电能恢复正常时，用电电路选通电能存储单元供电。
8.根据权利要求7所述的一种服务器风能回收发电方法，其特征在于，所述方法还包括：
电压采集单元获取到系统当前的工作电流发送给微控制器；
微控制器会通过当前系统电流的趋势判断系统风扇的调控趋势；
若电流增大且分析计算得知风扇要迅速提速时，在检测到转换电压超过一定阈值之前，把所述能量转换单元和电压转换单元的通路切断。
9.一种服务器，其特征在于，所述服务器布局从前往后依次为前窗，风扇模组、风能回收发电装置、后窗，风向为从前窗到后窗，所述风能回收发电装置为权利要求1-6所述的任一风能回收发电装置。
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