CN113543573A - 电子设备及其散热故障监测方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电子设备，所述电子设备包括外壳，在所述外壳内布置有至少一个运行时能够产生热量的电子器件以及散热风扇，所述外壳设有空气入口和空气出口，在所述空气入口与所述空气出口之间限定一经由所述散热风扇的运行而使得空气进出所述外壳的气流通道，所述电子器件至少部分地位于所述气流通道中，其特征在于，所述电子设备还包括在所述气流通道中或附近设置气压传感器，以检测所述风扇运行时所述气流通道中的气压值，以便能够基于所述电子器件的温度、所述散热风扇的转速、以及所述气压值判断所述气流通道是否阻塞。本申请还公开了一种电子设备的散热故障监测方法。

Description

电子设备及其散热故障监测方法

技术领域

本申请大体上涉及通过气压检测来判断电子设备中阻碍正常散热的故障点。

背景技术

在当前无论规模大小的电子设备中，通常会存在产生热量的电子器件。以笔记本电脑为例，其CPU和显卡等均是严重产生热量的器件。为了确保这些器件的正常运行，通常为它们配备专门的散热装置。例如，在笔记本电脑的外壳中，会为CPU配备导热管，将热量自CPU导出，同时配备风扇，以将导热管导出的热量向外消散。这样，在笔记本电脑的外壳中，会设置空气入口与空气出口，以在空气入口与空气出口之间限定一气流通道，并且令导热管与该空气通道产生至少部分地交叉。这样，在风扇运行时，通过将空气从入口吸入并从出口排出而在气流通道内产生流动的气流。该气流会至少部分地带走导热管的热量，因而使得CPU降温。

通常，风扇的转速会被监测，以此来认定上述散热过程是否正常。因为气流会将外界的诸如灰尘等的异物带入上述气流通道内，设备长期运行的话势必会在气流通道内造成异物阻塞，并进而影响散热过程。但是，传统依靠监测风扇转速来判断散热是否正常的措施无法解决这种气流通道阻塞造成的散热不畅的问题。因此，需要研发其它措施来解决这一问题。

发明内容

本申请旨在提出一种新颖的检测措施，从而能够更加全面地确定配备有散热风扇的电子设备中的散热故障。

根据本申请的一个方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括外壳，在所述外壳内布置有至少一个运行时能够产生热量的电子器件以及散热风扇，所述外壳设有空气入口和空气出口，在所述空气入口与所述空气出口之间限定一经由所述散热风扇的运行而使得空气进出所述外壳的气流通道，所述电子器件至少部分地位于所述气流通道中，其中，所述电子设备还包括在所述气流通道中或附近设置气压传感器，以检测所述风扇运行时所述气流通道中的气压值，以便能够基于所述电子器件的温度、所述散热风扇的转速、以及所述气压值判断所述气流通道是否阻塞。这样，解决了现有技术无法确定是否因气流通道阻塞造成散热不畅的问题。

可选地，如果所述电子器件的温度大于一第一预定值、所述风扇的转速大于一第二预定值并且所述气压值大于一第三预定值，则认定所述气流通道阻塞。

可选地，所述气压传感器仅在所述电子器件的温度大于所述第一预定值且所述风扇的转速大于所述第二预定值后才启动，以检测所述风扇运行时所述气流通道中的气压值，这样避免了因气压传感器频繁测值、进而因波动范围剧烈的检测值导致的频繁报警的情况。

可选地，所述气压传感器靠近所述空气出口和/或所述散热风扇布置，从而确保全程检测气流通道的压力变化情况。

可选地，所述气压传感器是MEMS气压传感器，从而确保这种气压传感器能够被布置在狭小空间内，实现对便携式电子设备的散热检测。

可选地，所述电子设备为笔记本电脑，所述电子器件为所述笔记本电脑的CPU和/或GPU，并且所述第一预定值是在65℃～71℃的范围内，优选是68℃；和/或，所述第二预定值是在4800rpm～5200rpm的范围内，优选是5000rpm；和/或，所述第三预定值是在40Pa至50Pa的范围内。

根据本申请的另一个方面，提供了一种电子设备的散热故障监测方法，其中，所述电子设备包括外壳，在所述外壳内布置有至少一个运行时能够产生热量的电子器件以及散热风扇，所述外壳设有空气入口和空气出口，在所述空气入口与所述空气出口之间限定一经由所述散热风扇的运行而使得空气进出所述外壳的气流通道，所述电子器件至少部分地位于所述气流通道中，所述方法包括：

在所述气流通道中或附近设置气压传感器，以检测风扇运行时所述气流通道中的气压值；

在所述电子设备运行时，检测所述电子器件的温度、所述风扇的转速；

基于所述电子器件的温度、所述散热风扇的转速、以及所述气压值判断所述气流通道是否阻塞。这样，解决了现有技术无法确定是否因气流通道阻塞造成散热不畅的问题。

可选地，如果所述电子器件的温度大于一第一预定值、所述风扇的转速大于一第二预定值并且所述气压值大于一第三预定值，则认定所述气流通道阻塞。

可选地，所述气压传感器仅在所述电子器件的温度大于所述第一预定值且所述风扇的转速大于所述第二预定值后才启动，以检测风扇运行时所述气流通道中的气压值，这样避免了因气压传感器频繁测值、进而因波动范围剧烈的检测值导致的频繁报警的情况。

可选地，所述气压传感器靠近所述空气出口和/或所述散热风扇布置。

可选地，所述电子设备为笔记本电脑，所述电子器件为所述笔记本电脑的CPU和/或GPU，并且所述第一预定值是在65℃～71℃的范围内，优选是68℃；和/或，所述第二预定值是在4800rpm～5200rpm的范围内，优选是5000rpm；和/或，所述第三预定值是在40Pa至50Pa的范围内。

可选地，所述气压传感器是MEMS气压传感器，从而确保这种气压传感器能够被布置在狭小空间内，实现对便携式电子设备的散热检测。

采用本申请的上述技术手段，能够确定电子设备的散热问题是否因其中的散热气流通道的阻塞而造成的，进一步确保了电子设备的可靠运行。此外，气压传感器的检测数据仅在特定情况下才会被采用，避免了因检测数据频繁波动造成的阻塞误报的情况。

附图说明

从下文的详细说明并结合下面的附图将能更全面地理解本申请的原理及各个方面。需要指出的是，各附图的比例出于清楚说明的目的有可能不一样，但这并不会影响对本申请的理解。在附图中：

图1示意性示出了一种电子设备的电路板的简示图，其中，所述电子设备的电路板上配置有运行时产生热量的器件、充注有导热流体的导热管、散热铝板和风扇等；

图2示意性示出了针对一个电子设备示例，其内部器件温度、散热风扇的转速与散热气流通道之间的关系；

图3示意性示出了根据本申请的一个实施例的电子设备的电路板的简示图；

图4示意性示出了根据本申请的一个实施例的气流通道阻塞检测方法的流程图；并且

图5示意性示出了根据本申请的一个实施例的电子设备散热控制方法的流程图。

具体实施方式

在本申请的各附图中，结构相同或功能相似的特征由相同的附图标记表示。

本申请的技术方案适用于任何具有运行时产生热量的电子器件以及散热装置的电子设备。虽然本申请的说明书以下仅以诸如笔记本电脑的计算机为例进行说明，但是本领域技术人员应当清楚同样的技术方案可以应用于其它合适的电子设备。

以下以笔记本电脑为例，说明可以应用本申请技术手段的电子设备。本领域技术人员应当清楚，笔记本电脑大体上包括外壳，在外壳中容纳有主电路板，并且在主电路板上设置有各种电子元器件。图1示意性示出了这样一种电路板的简示图。应当清楚，在本申请的附图中各种电子元器件、散热装置等仅以说明性的方式示出，实际的电子元器件、散热装置等的外形、布置方式等可以依据特定的笔记本电脑的外壳尺寸形状而定。

如图所示，电路板由附图标记100表示。电路板100安装在笔记本电脑的外壳(未示出)中。在电路板100上设置有运行时能够产生热量的电子器件，例如CPU(中央处理器)200和GPU(图形处理器)300。此外，在电路板100或者外壳上还布置有导热管400，在导热管400例如由金属制成并且在其内充注有导热流体。导热管400与CPU 200和GPU 300同时接触，从而确保导热流体能够在将它们运行时产生的热量至少部分地带走。此外，特别地，在外壳合适的位置还布置有散热金属片500、例如铝片，以与导热管400的一部分接触，提高散热效果。在外壳内还布置有风扇600，例如其可以设置在电路板100上。这样，在风扇600运行时外界空气能够经由外壳上设置的入口(在图1中由附图标记110表示)进入并从外壳上设置的出口(在图1中由附图标记120表示)排出。因此，这种空气流动的路径限定了一个气流通道。在图1中，这种气流通道大体上是平直的，由两条平行的虚线表示。但是本领域技术人员应当清楚，依据具体的笔记本电脑构造，气流通道也可以被限定为其它任何合适的形状，例如L形等。虽然这种气流通道的具体路线依据不同的笔记本结构设计而不同，但是这种气流通道与导热管400和/或散热金属片500存在至少部分地路线重叠，从而确保从入口110进入的外界空气能够将热量经出口120带走，提供散热的效果。

通常，这些CPU 200和GPU 300的温度会被随时监控。如果温度上升，则增加风扇600的转速，从而确保更多的空气从入口110吸入带走热量。然而，在笔记本电脑长期运行后，随着外界空气的不断吸入，外壳内的气流通道的某些位置可能因所吸入空气夹带的异物积聚而造成阻塞。在气流通道阻塞的情况下，即使加大风扇600的转速，热量也无法更多地排出到外界，造成CPU 200和GPU 300升温过高或甚至损坏。在本申请的上下文中，涉及风扇的转速的术语意味着风扇上的能够旋转的叶片绕旋转轴旋转的速度或转数，例如rpm(每分钟转数)。

鉴于此，本申请旨在提出一种新颖的电子设备散热控制措施，从而能够及时监测电子设备中的散热气流通道因阻塞而造成散热不畅的情况。

根据电子元器件冷却原理(参见“Electronics Cooling:All you need to knowabout fans”，作者Mike Turners、Comair Rotron，下载地址https://pdfs.semanticscholar.org/882d/e332e0d069df7cc1812a2ad09dc666a7fc31.pdf)可推导得出，待散热的设备内的温度变化与压力差之间的关系为：

其中，公式(1)为针对层流的情况，公式(2)为针对涡流的情况，ΔT代表该系统中进行空气散热的温差，Q代表系统的热量，Cp代表空气的比热，K是针对系统的一个特定常数，ρ是空气密度，ΔP是压力差。

由以上公式可得知，温度变化基本上与压力差或压力差的平方根成反比。因此，如果压力差突然变大，必然意味着温度变化范围变小，导致整个系统的温度会异常上升。

图2示意性示出了电子设备的内部器件温度T、散热风扇的转速N、与相关散热气流通道气压P的随时间变化关系。在此，可以理解为内部器件温度T代表CPU 200和/或GPU 300的温度、散热风扇的转速N代表风扇600的转速，而散热气流通道气压P代表针对图1所介绍的气流通道的气压。从图2可以看出，在正常的情况下，随着内部器件温度T升高，风扇转速N增加(t0～t1)。在增加到一定程度后，温度T保持平稳并且风扇转速N也保持平稳(t1～t2)。如果散热气流通道发生阻塞的话，温度T会持续上升，此时即使增加风扇转速N到最大，温度T仍旧会持续上升(t2之后)。但是，在温度T增加且风扇转速N同时增加的情况下，散热气流通道中的气压P会发生突变。显然，如果能够确定这种气压突变，就可以判断散热气流通道内发生阻塞。

图3示意性示出了根据本申请的实施例的笔记本电脑的电路板的简示图。出于说明的方便，与图1相同的部件在图3中采用相同的附图标记并且对其功能和作用不再作冗述。根据如图3所示的实施例，在电路板100上设置气压传感器800、特别是MEMS气压传感器，用于检测气流通道内的气压变化。MEMS气压传感器800因其体积小巧而能够布置在电路板100上。此外，MEMS气压传感器800能够通过电路板200与笔记本电脑的CPU 100直接相连并受其控制。

进一步如图3所示，MEMS气压传感器800可选地在外壳内能够布置在靠近入口110的位置、靠近出口120的位置、或者入口110与出口120之间的任何靠近气流通道的位置。在一个优选的实施例中，气压传感器800布置在靠近风扇600或出口120的位置，从而确保从入口110气流能够经过足够的长度才被气压传感器800检测到，有利于全程检测气流通道的压力变化情况。此外，为了确保气压传感器800不受热源的影响，气压传感器800应当远离任何在运行时能够明显产生热量的电子器件布置。

在笔记本电脑运行时，CPU 200和GPU 300是主要热源，因此它们产生的热量经由导热管400的导热流体至少部分地带走，同时如果气流通道也与CPU 200和GPU 300至少部分地重合的话，也可以经由风扇600运行时在气流通道内产生的流动气流带走。接着，在与导热管400接触的散热金属片500处，气流对散热金属片500散热并进而降低导热流体的温度。

图4示意性示出了根据本申请的一个实施例的检测方法的流程图，以确定笔记本电脑中的散热气流通道是否阻塞。本领域技术人员应当清楚，涉及温度测量可以指的是为电子设备中的产生热量的电子器件单独配置温度传感器、也可以是直接从电子器件本身的集成端口中读取其温度数值(例如，电脑中的CPU温度值)。以下涉及的方法步骤可以在电脑的CPU 200中作为程序指令执行。

在步骤S10，测量需要检测的电子器件的温度以及风扇的转速，以例如确定CPU200和GPU 300的温度、以及确定风扇600的转速。在步骤S20，判断所针对的电子器件是否超过一预定的阈值。例如，对于CPU 200而言，判断其温度是否已超过在风扇600不工作情况下允许正常运行温度最大值的35％左右，如判断是否达到一预定的65℃～71℃的范围、优选地判断是否超过68℃。如果步骤S20的判断结果为否，则转到步骤S10，继续进行参数检测。如果步骤S20的判断结果为是，则转到步骤S30。在步骤S30，判断风扇600的转速是否超过一预定的阈值。例如，该预定的阈值可以是在4800rpm～5200rpm的范围内，优选地该预定的阈值可以是5000rpm或更高。如果步骤S30的判断结果为否，则转到步骤S10，继续进行参数检测。如果步骤S30的判断结果为是，则转到步骤S40。在步骤S40，气压传感器800被启动以获取气流通道的气压检测值，并且判断该气压检测值是否超过一预定的阈值。例如，该预定的阈值可以是在40Pa至50Pa的范围内。如果步骤S40的判断结果为否，则转到步骤S10，继续进行参数检测。如果步骤S40的判断结果为是，则认定气流通道中已经出现阻塞，转到步骤S50，发出警报。可选地，气压传感器800也可以配置成在电子设备启动后即采集相关数据，仅当步骤S40的判断结果为是时才调用所采集的数据。

采用本申请的上述检测方法，能够确定笔记本电脑升温异常是否是因散热气流通道阻塞造成的，解决了现有技术根本无法解决的技术问题。此外，可以无需随时依据气压传感器800的检测数据判断气流通道是否阻塞，避免因检测数据波动造成灵敏度过高而造成的误报现象。

图5示意性示出了根据本申请的一个实施例的笔记本电脑散热控制方法的流程图，其中采用了根据本申请的上述检测方法。在步骤S100中，笔记本电脑开始正常允许，并且确定每个特定的运行时产生热量的电子器件的温度。以下仅以CPU 200为例说明。在步骤S200，判断CPU 200的运行温度是否高于正常运行温度，例如是否高于50℃。如果步骤S200的判断结果为是，则转到步骤S300。如果步骤S200的判断结果为否，则继续监测电子器件的温度是否超标。在步骤S300，启动风扇600，同时监测风扇600的转速。接着，在步骤S400，判断散热气流通道是否阻塞。例如，可以采用如图4所示的方法来判断。如果步骤S400的判断结果为否，则继续提高并监测风扇600的转速。如果步骤S400的判断结果为是，则转到步骤S500。在该步骤，笔记本电脑被停机进行检修。

尽管在本申请的上述实施例中提到了诸如笔记本电脑的电子设备设有导热管400和散热片500，但是本领域技术人员应当清楚依据具体电子设备的结构，它们也可以被省略而直接采用气流通道冷却的方式对能够在运动时产生热量的电子器件进行冷却，在这种情况下，气流通道与电子器件至少部分地重合。因为本申请的气压传感器800对散热气流通道内产生的气压进行检测，所以上述描述的方法实施例同样适用。

尽管这里详细描述了本申请的特定实施方式，但它们仅仅是为了解释的目的而给出，而不应认为它们对本申请的范围构成限制。此外，本领域技术人员应当清楚，本说明书所描述的各实施例可以彼此相互组合使用。在不脱离本申请精神和范围的前提下，各种替换、变更和改造可被构想出来。

Claims (14)

1.一种电子设备，所述电子设备包括外壳，在所述外壳内布置有至少一个运行时能够产生热量的电子器件以及散热风扇，所述外壳设有空气入口和空气出口，在所述空气入口与所述空气出口之间限定一经由所述散热风扇的运行而使得空气进出所述外壳的气流通道，所述电子器件至少部分地位于所述气流通道中，其特征在于，所述电子设备还包括在所述气流通道中或附近设置气压传感器，以检测所述风扇运行时所述气流通道中的气压值，以便能够基于所述电子器件的温度、所述散热风扇的转速、以及所述气压值判断所述气流通道是否阻塞。

2.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，如果所述电子器件的温度大于一第一预定值、所述风扇的转速大于一第二预定值并且所述气压值大于一第三预定值，则认定所述气流通道阻塞。

3.根据权利要求1或2所述的电子设备，其特征在于，所述气压传感器仅在所述电子器件的温度大于所述第一预定值且所述风扇的转速大于所述第二预定值后才启动，以检测所述风扇运行时所述气流通道中的气压值。

4.根据权利要求1或2所述的电子设备，其特征在于，所述气压传感器靠近所述空气出口和/或所述散热风扇布置。

5.根据权利要求4所述的电子设备，其特征在于，所述气压传感器是MEMS气压传感器。

6.根据权利要求5所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备为笔记本电脑，所述电子器件为所述笔记本电脑的CPU和/或GPU，并且所述第一预定值是在65℃～71℃的范围内；和/或，所述第二预定值是在4800rpm～5200rpm的范围内；和/或，所述第三预定值是在40Pa至50Pa的范围内。

7.根据权利要求6所述的电子设备，其特征在于，所述第一预定值是68℃；和/或，所述第二预定值是5000rpm。

8.一种电子设备的散热故障监测方法，其中，所述电子设备包括外壳，在所述外壳内布置有至少一个运行时能够产生热量的电子器件以及散热风扇，所述外壳设有空气入口和空气出口，在所述空气入口与所述空气出口之间限定一经由所述散热风扇的运行而使得空气进出所述外壳的气流通道，所述电子器件至少部分地位于所述气流通道中，所述方法包括：

在所述气流通道中或附近设置气压传感器，以检测风扇运行时所述气流通道中的气压值；

在所述电子设备运行时，检测所述电子器件的温度、所述风扇的转速；

基于所述电子器件的温度、所述散热风扇的转速、以及所述气压值判断所述气流通道是否阻塞。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，如果所述电子器件的温度大于一第一预定值、所述风扇的转速大于一第二预定值并且所述气压值大于一第三预定值，则认定所述气流通道阻塞。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述气压传感器仅在所述电子器件的温度大于所述第一预定值且所述风扇的转速大于所述第二预定值后才启动，以检测所述风扇运行时所述气流通道中的气压值。

11.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述气压传感器靠近所述空气出口和/或所述散热风扇布置。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述电子设备为笔记本电脑，所述电子器件为所述笔记本电脑的CPU和/或GPU，并且所述第一预定值是在65℃～71℃的范围内；和/或，所述第二预定值是在4800rpm～5200rpm的范围内；和/或，所述第三预定值是在40Pa至50Pa的范围内。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述第一预定值是68℃；和/或，所述第二预定值是5000rpm。

14.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述气压传感器是MEMS气压传感器。

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