CN117850555A - 一种计算机设备及其散热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种计算机设备及其散热系统，属于散热系统领域，考虑到通过PWM调节风扇转速时固定的供电电压限制了风扇的最大转速，而风扇的供电电压通常还存在上调空间，因此本发明中的控制装置首先可以根据计算机设备中器件的工作状态确定出风扇的目标工作电压，在目标工作电压为第一工作电压时控制升压转换装置将电压源提供的电压提升至第一工作电压，在目标工作电压为第二工作电压时控制降压转换装置将电压源提供的电压降至第二工作电压，第一工作电压使风扇可以突破额定转速进行散热，提升了散热能力，消除了安全隐患，低于固定电压值的第二工作电压则有利于节省能源。

Description

一种计算机设备及其散热系统

技术领域

本发明涉及散热系统领域，特别是涉及一种计算机设备及其散热系统。

背景技术

工作温度对于计算机设备的工作性能以及安全性具有重大影响，因此许多计算机设备采用风扇进行散热降温，虽然风扇在设计时存在一些散热性能的冗余量，但是由于多种干扰因素(例如环境温度)的影响，导致风扇仍然可能无法满足计算机设备的散热需求，从而存在安全隐患。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种计算机设备及其散热系统，控制装置可以在风扇的目标工作电压为第一工作电压时控制升压转换装置将电压源提供的电压提升至第一工作电压，在目标工作电压为第二工作电压时控制降压转换装置将电压源提供的电压降至第二工作电压，第一工作电压使风扇可以突破额定转速进行散热，提升了散热能力，消除了安全隐患，低于固定电压值的第二工作电压则有利于节省能源。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种散热系统，应用于计算机设备，包括：

风扇，用于加速空气流动，以便散热；

电压源，用于提供固定电压值的电压；

控制装置，用于根据所述计算机设备中器件的工作状态，确定所述风扇的目标工作电压；

升压转换装置，用于在所述控制装置的控制下，将所述电压源提供的电压转换为第一工作电压后输送至所述风扇；

降压转换装置，用于在所述控制装置的控制下，将所述电压源提供的电压转换为第二工作电压后输送至所述风扇；

其中，所述目标工作电压包括所述第一工作电压与所述第二工作电压，所述第一工作电压的电压值大于所述固定电压值且小于所述风扇的最高可承载电压，所述第二工作电压的电压值小于所述固定电压值且大于所述风扇的最低电压限值。

另一方面，所述控制装置包括：

基板管理控制器，用于根据所述计算机设备中器件的工作状态，确定所述风扇的目标工作模式；

控制模块，用于在所述目标工作模式为高压工作模式时，控制所述升压转换装置工作、所述降压转换装置不工作，在所述目标工作模式为低压工作模式时，控制所述降压转换装置工作、所述升压转换装置不工作。

另一方面，该散热系统还包括：

分别与所述电压源以及所述风扇连接的旁路开关；

所述目标工作模式还包括标准电压模式，所述标准电压模式对应的目标工作电压为所述固定电压值；

所述控制模块还用于，在所述目标工作模式为所述标准电压模式时，在控制所述升压转换装置与所述降压转换装置均不工作的同时，控制所述旁路开关导通，以便将所述电压源提供的电压输送至所述风扇。

另一方面，所述根据所述计算机设备中器件的工作状态，确定所述风扇的目标工作模式包括：

若计算机设备的中央控制器和/或图形控制器工作在超频模式，则所述目标工作模式为高压工作模式；

若所述中央控制器与所述图形控制器均工作在普通模式，则所述目标工作模式为标准电压模式；

若所述中央控制器工作在普通模式且所述计算机设备中不存在工作的所述图形控制器，则所述目标工作模式为低压工作模式；

其中，所述器件包括中央处理器以及图形处理器。

另一方面，所述根据所述计算机设备中器件的工作状态，确定所述风扇的目标工作模式还包括：

若所述计算机设备中处于工作状态的器件的总数大于预设阈值，则所述目标工作模式为高压工作模式；

所述若计算机设备的中央控制器和/或图形控制器工作在超频模式，则所述目标工作模式为高压工作模式包括：

若所述计算机设备中处于工作状态的器件的总数不大于所述预设阈值，所述计算机设备的中央控制器和/或图形控制器工作在超频模式，则所述目标工作模式为高压工作模式；

所述若所述中央控制器与所述图形控制器均工作在普通模式，则所述目标工作模式为标准电压模式包括：

若所述计算机设备中处于工作状态的器件的总数不大于所述预设阈值，所述中央控制器与所述图形控制器均工作在普通模式，则所述目标工作模式为标准电压模式；

所述若所述中央控制器工作在普通模式且所述计算机设备中不存在工作的所述图形控制器，则所述目标工作模式为低压工作模式包括：

若所述计算机设备中处于工作状态的器件的总数不大于所述预设阈值，所述中央控制器工作在普通模式且所述计算机设备中不存在工作的所述图形控制器，则所述目标工作模式为低压工作模式。

另一方面，所述基板管理控制器还用于：

将通过人机界面接收到的所述目标工作模式发送至所述控制模块；

所述人机界面发送的所述目标工作模式的优先级高于所述基板管理控制器确定出的所述目标工作模式。

另一方面，该散热系统还包括电路基板；

所述风扇、所述控制模块、所述升压转换装置以及所述降压转换装置均设置于所述电路基板上；

所述电压源包括计算机设备的主板。

另一方面，所述基板管理控制器还用于：

在向所述控制模块发送所述风扇的目标工作模式后，若在预设时长内未接收到所述控制模块的响应信号，判定所述控制模块异常；

所述控制模块还用于，在接收到所述基板管理控制器发送的所述目标工作模式之后，向所述基板管理控制器发送所述响应信号。

另一方面，该散热系统还包括：

温度传感器，用于检测所述风扇的实际温度；

所述基板管理控制器还用于，将所述实际温度以及所述风扇的目标温度发送至所述控制模块；

所述控制模块还用于，根据所述实际温度与所述目标温度，对所述风扇进行脉冲宽度调制，以便所述实际温度趋近所述目标温度。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种计算机设备，包括基板管理控制器，还包括与所述基板管理控制器连接的如上所述的散热系统。

有益效果：本发明提供了一种散热系统，考虑到通过PWM调节风扇转速时固定的供电电压限制了风扇的最大转速，而风扇的供电电压通常还存在上调空间，因此本发明中的控制装置首先可以根据计算机设备中器件的工作状态确定出风扇的目标工作电压，在目标工作电压为第一工作电压时控制升压转换装置将电压源提供的电压提升至第一工作电压，在目标工作电压为第二工作电压时控制降压转换装置将电压源提供的电压降至第二工作电压，第一工作电压使风扇可以突破额定转速进行散热，提升了散热能力，消除了安全隐患，低于固定电压值的第二工作电压则有利于节省能源。

本发明还提供了一种计算机设备，具有如上散热系统相同的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对相关技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为本发明提供的一种散热系统的结构示意图；

图2为本发明提供的另一种散热系统的结构示意图；

图3为本发明提供的再一种散热系统的结构示意图；

图4为本发明提供的一种微控制器的结构图；

图5为本发明提供的一种降压变换器的结构示意图；

图6为本发明提供的另一种微控制器的结构图；

图7为本发明提供的一种电压转换装置的结构示意图；

图8为本发明提供的一种工作模式确定方法的流程示意图；

图9为本发明提供的一种风扇供电保护方法的流程示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种计算机设备及其散热系统，控制装置可以在风扇的目标工作电压为第一工作电压时控制升压转换装置将电压源提供的电压提升至第一工作电压，在目标工作电压为第二工作电压时控制降压转换装置将电压源提供的电压降至第二工作电压，第一工作电压使风扇可以突破额定转速进行散热，提升了散热能力，消除了安全隐患，低于固定电压值的第二工作电压则有利于节省能源。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，图1为本发明提供的一种散热系统的结构示意图，该散热系统应用于计算机设备，包括：

风扇1，用于加速空气流动，以便散热；

电压源2，用于提供固定电压值的电压；

控制装置3，用于根据计算机设备中器件的工作状态，确定风扇1的目标工作电压；

升压转换装置4，用于在控制装置3的控制下，将电压源2提供的电压转换为第一工作电压后输送至风扇1；

降压转换装置5，用于在控制装置3的控制下，将电压源2提供的电压转换为第二工作电压后输送至风扇1；

其中，目标工作电压包括第一工作电压与第二工作电压，第一工作电压的电压值大于固定电压值且小于风扇1的最高可承载电压，第二工作电压的电压值小于固定电压值且大于风扇1的最低电压限值。

具体的，考虑到如上背景技术中的技术问题，又结合考虑到通过PWM调节风扇1转速时固定的供电电压限制了风扇1的最大转速，而风扇1的供电电压通常还存在上调空间，因此本发明实施例中欲将风扇1的电源设置为电压可调的形式，以便在风扇1不变的情况下，通过提升该风扇1的工作电压来提升风扇1的散热能力，或者通过降低该风扇1的工作电压来节省电能。

具体的，本发明实施例中的散热系统首先基于风扇1，属于风冷散热系统，风扇1可以用于加速空气流动，以便散热；而作为用电设备，风扇1需要具有电压源2，因此本发明实施例中设置了用于提供固定电压值的电压的电压源2；而为了实现对于电压源2电压的调整，本发明实施例设置了升压转换装置4、降压转换装置5以及控制装置3，升压转换装置4可以在控制装置3的控制下，将电压源2提供的电压转换为第一工作电压后输送至风扇1，降压转换装置5可以在控制装置3的控制下，将电压源2提供的电压转换为第二工作电压后输送至风扇1，也即在升压/降压转换装置5在与控制装置3的配合下，实现了对于风扇1电压的转换，不同于传统的控制方式，对于电压源2提供的电压进行提升，可以使得风扇1的供电电压更加接近最高限值，从而突破了风扇1的最高转速，使其能够发挥出更强大的散热能力，而对于电压源2提供的电压进行降低，可以降低能源消耗，从而节省电能。

其中，通常情况下，传统风扇1都会工作在额定电压下，也即电压源2直接为风扇1提供额定电压，然后在该种情况下进行占空比控制，即使最大占空比的情况下风扇1的最高转速也即为额定转速，为了使得风扇1转速突破额定转速，本发明实施例中设定的目标工作电压包括第一工作电压，第一工作电压首先小于风扇1的最高可承载电压，从而保证安全性，而且第一工作电压的电压值大于固定电压值，从而使得风扇1的理论转速可以突破额定转速。

具体的，通过升压转换装置4与降压转换装置5可以进行电压调节，可以不改动风扇1原有的电压源2，降低了改造成本。

当然，除了第一工作电压与第二工作电压外，目标工作电压还可以包括其他具体数值，本发明实施例在此不做限定。

具体的，本发明实施例中的风扇1可以包括1至多个子风扇，可以按照需求设定不同数量的子风扇，例如可以为6个等，本发明实施例在此不做限定。

其中，第一工作电压与第二个工作电压的具体电压值可以进行自主设定，本发明实施例在此不做限定。

具体的，为了加深对于本发明实施例中散热系统设计目的理解，深度解析现有技术中存在的问题：

随着服务器的效能提高，服务器内部所用电子零件的发热功率也不断地攀升。其中CPU(中央处理器)和GPU(图形处理器)的功耗上升对散热提出了更高的挑战，这是因为更高的功耗意味着这些芯片产生更多的热量，需要更有效的散热系统来保持它们在安全的温度范围内运行。热设计功耗(TDP)的增加：随着新一代的CPU和GPU推出，它们的TDP通常也会增加。这意味着系统设计师需要更好地考虑如何在热量产生和散热之间实现平衡。解决方法包括改进散热系统、增加风扇的尺寸和数量，以及改进散热材料的导热性能。高效的散热设计：制造商需要设计更高效的散热系统，以确保CPU和GPU能够在安全的温度范围内运行。这可能包括改进风扇设计、增加散热器的表面积、使用液冷散热系统等。热管理软件：操作系统和硬件制造商也可以通过热管理软件来应对功耗上升的挑战。这些软件可以监测温度并自动调整CPU和GPU的性能以控制热量产生。能效改进：为了减少功耗和热量产生，制造商还在不断改进芯片的能效。这包括采用更先进的制造工艺、动态电压和频率调整以及睿智的能源管理。因此随着CPU和GPU的功耗上升，散热系统的设计和性能变得至关重要。制造商和用户都需要采取一系列措施来确保硬件在安全的温度范围内运行，以避免过热导致性能下降或甚至硬件损坏。这需要综合考虑硬件设计、散热技术和软件控制。

在实际的散热设计应用中，确保散热系统具有一定的裕度是非常重要的，这可以提高系统的可靠性和性能。以下是一些考虑到散热设计中的裕度的重要方面：

过量散热容量(Thermal Headroom)：散热系统应该具有超过实际需求的散热容量。这意味着散热器、风扇和散热材料都应该设计成能够处理更高的热量，以便在负载波动或环境温度上升时，系统仍能够保持在安全的温度范围内。

过量风扇性能(Fan Overhead)：风扇是散热系统的核心组件之一。为了提高可靠性，通常会选择性能比实际需要更高的风扇。这可以确保即使在高负载时，风扇也能够提供足够的冷却效果。

环境温度变化：如果系统将在不同的环境温度条件下运行，那么散热设计需要考虑这些温度变化。在高温或低温环境中，散热需求可能会变化，因此需要额外的裕度来应对这些变化。

寿命和维护：散热系统的寿命也应该考虑在内。长期运行可能会导致散热系统的性能下降，因此需要预留一定的裕度，以确保系统在整个寿命周期内保持良好的性能。

其中，常遇见设计的系统风扇以达调控Duty(占空比)100％转速，但是仅达散热温度标准但无任何裕度，一般散热设计达散热标准外都还是要有一定的裕度。但根据业界常见散热设计基线的要求，必须要有至少摄氏3度的余量，若考虑风扇转速的误差下，需要争取更多的余量。

具体的，值得一提的是，某些风扇额定转速需要经过解除限制后才能够突破，因此本发明实施例还提供了相关思路：

风扇控制转速限制设计解除：

在硬件优化风扇绕线及铁心提高效率及转速后，仍需要解除风扇控制转速的限制，有几种常见的方法，但需要谨慎操作，因为高速运行可能导致风扇损坏或其他问题。使用软件解锁：一些风扇控制器具有通过软件进行配置的能力。你可以检查风扇控制器的文档，查看是否有关于转速限制的配置选项。通过修改配置，你可能能够提高风扇的最大转速。将原本风扇替换为更高转速的风扇来替代原有的风扇。确保新风扇的电气特性与原有风扇兼容，并且能够适应设备的热管理需求。请注意，不建议在没有足够了解和经验的情况下进行硬件修改，因为这可能会导致设备损坏或安全问题。如果你不确定如何进行这些操作，最好咨询专业工程师或制造商的技术支持。任何修改都应该遵循设备的规格和安全要求。其中，12V风扇操作边界值如下：12V可工作电压范围为7V-–13.2V，为正常12V电压的+/-10％范围内。如输入工作电压超出15％将会造成物理毁损，照成风扇寿命及质量问题，不建议超出14.2V。软体调适转速限制设计解除，最大可以提升可再提升占空比100％时的转速10％。比如说占空比100％时的转速17000RPM，透过解锁可以提升至18000RPM，输入电压需要提升10％。

本发明提供了一种散热系统，考虑到通过PWM调节风扇转速时固定的供电电压限制了风扇的最大转速，而风扇的供电电压通常还存在上调空间，因此本发明中的控制装置首先可以根据计算机设备中器件的工作状态确定出风扇的目标工作电压，在目标工作电压为第一工作电压时控制升压转换装置将电压源提供的电压提升至第一工作电压，在目标工作电压为第二工作电压时控制降压转换装置将电压源提供的电压降至第二工作电压，第一工作电压使风扇可以突破额定转速进行散热，提升了散热能力，消除了安全隐患，低于固定电压值的第二工作电压则有利于节省能源。

在上述实施例的基础上：

作为一种可选的实施例，控制装置3包括：

基板管理控制器，用于根据计算机设备中器件的工作状态，确定风扇1的目标工作模式；

控制模块，用于在目标工作模式为高压工作模式时，控制升压转换装置4工作、降压转换装置5不工作，在目标工作模式为低压工作模式时，控制降压转换装置5工作、升压转换装置4不工作。

具体的，为了降低对于BMC(Baseboard Management Controller，基板管理控制器)的相关资源的占用，本发明实施例中设置了额外的控制模块，其可以专门用于控制风扇1，将电压转换装置(包括升压转换装置与降压转换装置)切换为与目标工作模式对应的工作状态，以便电压转换装置输出与目标工作模式对应的目标工作电压。

其中，控制模块可以为多种类型，例如可以为FPGA(Field Programmable GateArray，现场可编程门阵列)或者CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)等，本发明实施例在此不做限定。

其中，控制模块与电压转换装置的通信方式可以为多种类型，例如可以通过I2C(Inter-Integrated Circuit，串行通信协议)进行通信等，本发明实施例在此不做限定。

为了更好地对本发明实施例进行说明，请参考图2与图3，图2为本发明提供的另一种散热系统的结构示意图，图3为本发明提供的再一种散热系统的结构示意图，图2中的控制模块同样可以由主板的电压供应作为电源，考虑到提供至风扇1的电压源2的固定电压值较高，例如为12V电压，因此可以通过降压变换器将12V电压降低为控制模块所需电压后，再提供至控制模块；此外，还可以通过该降压变换器同时将12V电压降低为电压转换装置所需的电压后，提供至电压转换装置的电源接口，其中，一种实例为控制模块需要3.3V的供电电压，电压转换装置需要5V的供电电压。

其中，在图3中，风扇1可以为6个，风扇供电线路中的“E”表示电子熔断器，控制模块可以为微控制器，控制模块与风扇1连接的虚线表示脉冲宽度调制信号的链路，微控制器与基板管理控制器可以通过信号连接器连接通信，降压变换器和电压转换装置则可以通过12V电源连接器与主板上的供电电压连接。

为了更好地对本发明实施例进行说明，请参考图4-至6，图4为本发明提供的一种微控制器的结构图，图5为本发明提供的一种降压变换器的结构示意图，图6为本发明提供的另一种微控制器的结构图；

具体的，如图4，微控制器需求规格(一)至少6组脉波宽度调变(PWM)控制信号(二)具备I2C通信能力(三)可编程模组。可为一种可程式化单晶片系统(Programmable system-on-chip，PSoC)是一种可程式化的混合讯号阵列架构，由一个晶片内建的微控制器(MCU)所控制，整合可组态的类比与数位电路，内含UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发器)、定时器、放大器(amplifier)、比较器、数位类比转换器(ADC)、脉波宽度调变(PWM)、滤波器(Filter)、以及SPI(Serial Peripheral Interface，同步外设接口)、GPIO(General-purpose input/output，通用型输入输出)、I2C(Inter-Integrated Circuit，集成电路总线)等元件数十种元件。实现可选：现场可程式化逻辑闸阵列(Field Programmable Gate Array，缩写为FPGA)/复杂可程式逻辑装置(ComplexProgrammable Logic Device，缩写为CPLD)。

图6中，微控制器包含有模数转换功能组件，微控制器右侧的电路为供电电路，由电阻R3、二极管以及电容组成，微控制器包括左上角的控制信号输出端口，可以输出对于电压转换装置的控制信号以及PWM控制信号，而右上角的传感器信号端口，可以采集传感器采集到的电压以及电流的监控信号，微控制器可以通过下方的电源管理总线通信端口实现与BMC的通信。

其中，降压变换器可以为多种类型，例如可以为图5中的降压斩波器(BuckChopper)等，图5中的降压斩波器包括电源Vin、可控开关Q1、二极管D1、电感L1、电容C1和负载load，本发明实施例在此不做限定；降压斩波器是会降低电压的直流-直流转换器，输出(负载)端的电压会比输入(电源)端要低，但其输出电流会大于输入电流。降压变换器是开关电源，一般至少会有二个半导体元件(二极体及电晶体，不过新型的降压变换器可能会用电晶体配合同步整流代替二极体)及至少一个储能元件(电容器、电感器或是二者都有)。一般也会在输出端及输入端加上以电容器为主的滤波器(有时也会配合电感器)以降低电压涟波。像降压变换器之类的开关电源其效率会比线性电压调节器要好，线性稳压器的电路较简单，可以降低电压，且其输出电压的涟波会比降压变换器要小很多，但不要的能量会以热的方式释放，而且不能提高电流。降压变换器的效率一般会高过90％。

作为一种可选的实施例，该散热系统还包括：

分别与电压源2以及风扇1连接的旁路开关；

目标工作模式还包括标准电压模式，标准电压模式对应的目标工作电压为固定电压值；

控制模块还用于，在目标工作模式为标准电压模式时，在控制升压转换装置4与降压转换装置5均不工作的同时，控制旁路开关导通，以便将电压源2提供的电压输送至风扇1。

具体的，考虑到对于风扇1来说的确存在供电电压为电压源2输出的固定电压值的需求，也即风扇1可能需要使用其额定电压，因此本发明实施例在使用升压转换装置4与降压转换装置5的基础上，设置了一个旁路开关(也可以属于图2中的电压转换装置)，如此一来在原本的升压与降压两种模式的基础上，新增了通过旁路开关进行电压直通的工作状态，从而使得本发明实施例可以将电压源2的固定电压值变换为第一工作电压、第二工作电压与固定电压值的电压。

其中，旁路开关可以为多种类型，例如可以为各种类型的可控开关，例如MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金氧半场效应晶体管)等，本发明实施例在此不做限定。

另外，本发明实施例中的三种工作模式还可以为以下别称：

超高散热性能模式(Fan Booster Mode，风扇1操作在(额定电压12V)电压13.2V下极致转速)：CPU及GPU超频运转下使用，获取更多散热裕度。

散热典型配置模式(Fan Normal Mode，风扇1操作在电压12V下，典型运转场景)：CPU及GPU正常满载运转下使用，能耗控制最佳。

低噪声运转模式(Fan Silence Mode，风扇1操作在电压10.8V下，低噪转场景)：运转在Idle(空闲)情况底下风扇1转速得到最佳化控制来降噪。

为了更好地对本发明实施例进行说明，请参考图7，图7为本发明提供的一种电压转换装置的结构示意图。

具体的，本发明实施例中的升压变换装置与降压变换装置组成的整体，可以由降压升压变换器也即Buck Boost converter实现，具体为图7中由可控开关Q1、电感L1与可控开关Buck SW组成的降压通道，以及由可控开关Boost SW、电感L2、可控开关Q2与Q3、二极管D2与电容Cout组成的升压通道，图7中的Vin为电压源2，R为负载，Bypass SW则为旁路开关，通过可控开关Boost SW可以对升压通道进行开关控制，通过可控开关Buck SW可以对降压通道进行开关控制，通过图7中的电压转换装置可以对电压源2输出电压的固定电压值进行小幅度的上调或者下调，也可以进行直通，上调之后即形成第一工作电压，而下调之后则变成第二工作电压，第二工作电压的电压值小于固定电压值且大于风扇1的最低电压限值，一方面保证了风扇1的安全，另一方面能够在某些场景下应用小电压时节省电能，且降压升压变换器本身具备结构简单以及成本低等优点。

具体的，降压升压变换器可以为一组输入12V，输出10.8V或13.2V/700W的降压升压变换器，且具备I2C通信能力，从而实现与控制模块的通信。作为一种可选的实施例，根据计算机设备中器件的工作状态，确定风扇1的目标工作模式包括：

若计算机设备的中央控制器和/或图形控制器工作在超频模式，则目标工作模式为高压工作模式；

若中央控制器与图形控制器均工作在普通模式，则目标工作模式为标准电压模式；

若中央控制器工作在普通模式且计算机设备中不存在工作的图形控制器，则目标工作模式为低压工作模式；

其中，器件包括中央处理器以及图形处理器。

具体的，为了更好地对本发明实施例进行说明，请参考图8，图8为本发明提供的一种工作模式确定方法的流程示意图，考虑到传统的固定电压值的供电方式下，风扇1不存在多种工作模式，因此在新提出了几种不同的工作模式后，需要基板管理控制器对风扇1的工作模式进行选择，为了提升模式选择的可靠性以及效率，本发明实施例中设定了根据CPU与GPU的状态自动选择风扇1的目标工作模式的方法，首先考虑到至少CPU与GPU中的一者工作在超频模式下，都会产生较高的热量，因此若计算机设备的中央控制器和/或图形控制器工作在超频模式，则选定目标工作模式为高压工作模式；基于上述原理，考虑到在中央控制器与图形控制器均未工作在超频模式下，也即两者同时工作在普通模式下时，该种场景属于发热量较为常规的场景，发热量不会过高但也不会过低，因此本发明实施例中判断若中央控制器与图形控制器均工作在普通模式，则将目标工作模式确定为标准电压模式；最后，考虑到计算机设备中可能存在不使用图形控制器的情况，在这种情况下，若中央控制器工作在普通模式下，该种场景的发热量较小，因此若中央控制器工作在普通模式且计算机设备中不存在工作的图形控制器，则目标工作模式为低压工作模式。

其中，值得一提的是，计算机设备中不存在工作的图形控制器包括两种情况，其一是存在图形控制器但是未工作，其二是不存在图形控制器。

此外，除了中央处理器以及图形处理器外，器件还可以为其他类型，例如可以为硬盘等，本发明实施例在此不做限定。

作为一种可选的实施例，根据计算机设备中器件的工作状态，确定风扇1的目标工作模式还包括：

若计算机设备中处于工作状态的器件的总数大于预设阈值，则目标工作模式为高压工作模式；

若计算机设备的中央控制器和/或图形控制器工作在超频模式，则目标工作模式为高压工作模式包括：

若计算机设备中处于工作状态的器件的总数不大于预设阈值，计算机设备的中央控制器和/或图形控制器工作在超频模式，则目标工作模式为高压工作模式；

若中央控制器与图形控制器均工作在普通模式，则目标工作模式为标准电压模式包括：

若计算机设备中处于工作状态的器件的总数不大于预设阈值，中央控制器与图形控制器均工作在普通模式，则目标工作模式为标准电压模式；

若中央控制器工作在普通模式且计算机设备中不存在工作的图形控制器，则目标工作模式为低压工作模式包括：

若计算机设备中处于工作状态的器件的总数不大于预设阈值，中央控制器工作在普通模式且计算机设备中不存在工作的图形控制器，则目标工作模式为低压工作模式。

具体的，考虑到计算机设备中工作的器件的总数过多的情况下发热较为严重，此时大概率需要风扇1工作在高压工作模式下，因此本发明实施例增加了一层判断逻辑，在即若计算机设备中处于工作状态的器件的总数大于预设阈值，则目标工作模式为高压工作模式，若计算机设备中处于工作状态的器件的总数不大于预设阈值，便可以根据中央处理器和/或图形处理器的工作状态来确定目标工作模式，能够提升目标工作模式确定的可靠性。

其中，预设阈值可以进行自主设定，本发明实施例在此不做限定。

作为一种可选的实施例，基板管理控制器还用于：

将通过人机界面接收到的目标工作模式发送至控制模块；

人机界面发送的目标工作模式的优先级高于基板管理控制器确定出的目标工作模式。

具体的，考虑到用户可能存在直接设定工作模式的需求，因此本发明实施例中的基板管理控制器还可以通过人机界面接收目标工作模式，并将该工作模式发送至控制模块，从而满足用户对于工作模式进行自主设定的需求。

其中，考虑到若基板管理控制器自身确定出目标工作模式的同时，又通过人机界面接收到的目标工作模式，这两个来源的目标工作模式便会产生冲突，为了避免这种冲突，本发明实施例中设定了优先级，考虑到用户主观意愿更为重要，因此本发明实施例中设定人机界面发送的目标工作模式的优先级高于基板管理控制器确定出的目标工作模式。

作为一种可选的实施例，该散热系统还包括电路基板；

风扇1、控制模块、升压转换装置以及降压转换装置均设置于电路基板上；

电压源2包括计算机设备的主板。

具体的，为了对于散热系统的各部分进行更好的固定与管理，本发明实施例中可以将风扇1、控制模块升压转换装置以及降压转换装置均设置于电路基板上。

其中，为了减少不必要的成本，且计算机设备的主板上本身就具备可供风扇1工作的电压源2，因此本发明实施例中的电压源2包括计算机设备的主板。

具体的，计算机设备可以为多种类型，例如可以为服务器或者个人计算机等，本发明实施例在此不做限定。

当然，除了计算机设备的主板外，电压源2还可以为其他多种类型，本发明实施例在此不做限定。

作为一种可选的实施例，基板管理控制器还用于：

在向控制模块发送风扇1的目标工作模式后，若在预设时长内未接收到控制模块的响应信号，判定控制模块异常；

控制模块还用于，在接收到基板管理控制器发送的目标工作模式之后，向基板管理控制器发送响应信号。

具体的，考虑到控制模块本身也存在异常的可能性，一旦控制模块异常，那么基板管理控制器所下发的目标工作模式便无法生效，因此本发明实施例中设定控制模块在接收到基板管理控制器发送的目标工作模式之后，向基板管理控制器发送响应信号，而基板管理控制器则可以在向控制模块发送风扇1的目标工作模式后，若在预设时长内未接收到控制模块的响应信号，判定控制模块异常，从而使得基板管理控制器可以及时的发现控制模块的异常情况。

具体的，在判定控制模块异常之后，还可以将该消息推送至用户，也可以直接进行报警等，本发明实施例在此不做限定。

其中，预设时长可以进行自主设定，例如可以设定为3秒等，本发明实施例在此不做限定。

具体的，BMC与控制模块通信的方式可以为多种，例如可以为PMBus(PowerManagement Bus，电源管理总线)等，本发明实施例在此不做限定；BMC发送至控制模块的相关数据以及控制模块反馈至BMC的响应信号等相关数据，均可以在PMBus1.2指令集中基于D1h-–D3h指令集进行传输。

另外，值得一提的是，考虑到BMC存在收集风扇1相关工作信息的需求，因此本发明实施例中的控制模块可以主动获取风扇1的指定类型的参数，例如可以包括转速、风扇1功耗以及风扇1等，然后将其反馈给BMC，以便BMC进行监测或者其他用途。

作为一种可选的实施例，该散热系统还包括：

温度传感器，用于检测风扇1的实际温度；

基板管理控制器还用于，将实际温度以及风扇1的目标温度发送至控制模块；

控制模块还用于，根据实际温度与目标温度，对风扇1进行脉冲宽度调制，以便实际温度趋近目标温度。

具体的，考虑到虽然散热系统具备了多种工作模式，但是用户可能还存在精确控制的需求，因此本发明实施例中欲通过温度的闭环控制来通过散热系统进行精确控温，首先可以设置用于反馈风扇1的实际温度的温度传感器，在此基础上，基板管理控制器还可以实际温度与风扇1的目标温度发送至控制模块，控制模块便可以根据实际温度与目标温度，对风扇1进行脉冲宽度调制，以便实际温度趋近目标温度，从而实现了在任意模式下的精确控温，提升了系统安全性以及用户满意度。

其中，闭环控制所用到的闭环控制算法可以为多种类型，例如可以为比例积分微分算法等，本发明实施例在此不做限定。

具体的，为了更好地对本发明实施例进行说明，请参考图9，图9为本发明提供的一种风扇供电保护方法的流程示意图，考虑到由于本发明实施例对于风扇1进行了电压调节，其中的第一工作电压高于额定电压值，因此对于风扇1来说相当于增加了安全隐患，因此为了保障风扇1使用的安全性，本发明实施例中的控制模块还可以主动对风扇1进行安全检测，具体包括：

在风扇1的工作电压超过高限值、工作电压低于低限值以及工作电流超过高限值中的至少一者发生时，便会控制风扇1停止工作，并可以向BMC报告该状况。

其中，工作电压的高限值、工作电流的高限值以及工作电压的低限值均可以根据实际情况进行自主设定，本发明实施例在此不做限定。

具体的，假设风扇1的额定工作电压为12V，12V可工作电压范围为7V-–13.2V，为正常12V电压的+/-10％范围内。如输入工作电压超出15％将会造成物理毁损，照成风扇1寿命及质量问题，不建议超出14.2V。低电压建议不低于6V。系统风扇1可工作范围为12V风扇1操作边界值如下：

电压转换装置输出端电压的过电压保护(Over voltage protection)设定为14.2V，如超出，控制模块便可以向BMC报告；电压转换装置输出端电压的欠电压保护(Undervoltage protection)设定为6V。如低于，控制模块便可以向BMC报告；风扇1可工作电压为7V，电压转换装置最大输出700W，因此输出过电流保护建议设置在700W/7V＝100A。如超出，控制模块便可以向BMC报告。

另外，还可以通过对风扇1进行相关优化以提升效率和性能，具体思路如下：

绕线设计：

(1)导磁路径的优化：确保绕线沿着导磁路径布置得当，最小化漏磁，提高磁通的传递效率。(2)线圈匝数和截面积的优化：通过合理选择线圈匝数和截面积，可以提高电流密度和绕组的导电性能。

铁心设计：

(1)材料选择：选择磁性能好的材料，以提高铁心的导磁性。(2)铁心形状优化：通过优化铁心的形状，如增加横截面积或改变截面形状，可以降低磁阻，提高磁通的传递效率。(3)损耗的最小化：减小铁心的磁滞和涡流损耗，可以提高系统的效率。

风扇1叶片设计：

(1)空气动力学优化：通过改善叶片的形状和布局，最大程度地提高气流的吸入和排出效率。(2)减小气流噪声：优化叶片的形状，减小气流噪声，提高风扇1的性能。

磁场分析：使用磁场分析工具，如有限元分析，来模拟和优化磁场分布，以确保磁场在绕线和铁心中的传递效率最大化。

本发明还提供了一种计算机设备，包括基板管理控制器，还包括与基板管理控制器连接的如前述实施例中的散热系统。

对于本发明实施例提供的计算机设备的介绍请参照前述的散热系统的实施例，本发明实施例在此不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。还需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业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发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明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 (10)

1.一种散热系统，其特征在于，应用于计算机设备，包括：

风扇，用于加速空气流动，以便散热；

电压源，用于提供固定电压值的电压；

控制装置，用于根据所述计算机设备中器件的工作状态，确定所述风扇的目标工作电压；

升压转换装置，用于在所述控制装置的控制下，将所述电压源提供的电压转换为第一工作电压后输送至所述风扇；

降压转换装置，用于在所述控制装置的控制下，将所述电压源提供的电压转换为第二工作电压后输送至所述风扇；

其中，所述目标工作电压包括所述第一工作电压与所述第二工作电压，所述第一工作电压的电压值大于所述固定电压值且小于所述风扇的最高可承载电压，所述第二工作电压的电压值小于所述固定电压值且大于所述风扇的最低电压限值。

2.根据权利要求1所述的散热系统，其特征在于，所述控制装置包括：

基板管理控制器，用于根据所述计算机设备中器件的工作状态，确定所述风扇的目标工作模式；

控制模块，用于在所述目标工作模式为高压工作模式时，控制所述升压转换装置工作、所述降压转换装置不工作，在所述目标工作模式为低压工作模式时，控制所述降压转换装置工作、所述升压转换装置不工作。

3.根据权利要求2所述的散热系统，其特征在于，该散热系统还包括：

分别与所述电压源以及所述风扇连接的旁路开关；

所述目标工作模式还包括标准电压模式，所述标准电压模式对应的目标工作电压为所述固定电压值；

所述控制模块还用于，在所述目标工作模式为所述标准电压模式时，在控制所述升压转换装置与所述降压转换装置均不工作的同时，控制所述旁路开关导通，以便将所述电压源提供的电压输送至所述风扇。

4.根据权利要求3所述的散热系统，其特征在于，所述根据所述计算机设备中器件的工作状态，确定所述风扇的目标工作模式包括：

若计算机设备的中央控制器和/或图形控制器工作在超频模式，则所述目标工作模式为高压工作模式；

若所述中央控制器与所述图形控制器均工作在普通模式，则所述目标工作模式为标准电压模式；

若所述中央控制器工作在普通模式且所述计算机设备中不存在工作的所述图形控制器，则所述目标工作模式为低压工作模式；

其中，所述器件包括中央处理器以及图形处理器。

5.根据权利要求4所述的散热系统，其特征在于，所述根据所述计算机设备中器件的工作状态，确定所述风扇的目标工作模式还包括：

若所述计算机设备中处于工作状态的器件的总数大于预设阈值，则所述目标工作模式为高压工作模式；

所述若计算机设备的中央控制器和/或图形控制器工作在超频模式，则所述目标工作模式为高压工作模式包括：

若所述计算机设备中处于工作状态的器件的总数不大于所述预设阈值，所述计算机设备的中央控制器和/或图形控制器工作在超频模式，则所述目标工作模式为高压工作模式；

所述若所述中央控制器与所述图形控制器均工作在普通模式，则所述目标工作模式为标准电压模式包括：

若所述计算机设备中处于工作状态的器件的总数不大于所述预设阈值，所述中央控制器与所述图形控制器均工作在普通模式，则所述目标工作模式为标准电压模式；

所述若所述中央控制器工作在普通模式且所述计算机设备中不存在工作的所述图形控制器，则所述目标工作模式为低压工作模式包括：

若所述计算机设备中处于工作状态的器件的总数不大于所述预设阈值，所述中央控制器工作在普通模式且所述计算机设备中不存在工作的所述图形控制器，则所述目标工作模式为低压工作模式。

6.根据权利要求5所述的散热系统，其特征在于，所述基板管理控制器还用于：

将通过人机界面接收到的所述目标工作模式发送至所述控制模块；

所述人机界面发送的所述目标工作模式的优先级高于所述基板管理控制器确定出的所述目标工作模式。

7.根据权利要求2所述的散热系统，其特征在于，该散热系统还包括电路基板；

所述风扇、所述控制模块、所述升压转换装置以及所述降压转换装置均设置于所述电路基板上；

所述电压源包括计算机设备的主板。

8.根据权利要求2所述的散热系统，其特征在于，所述基板管理控制器还用于：

在向所述控制模块发送所述风扇的目标工作模式后，若在预设时长内未接收到所述控制模块的响应信号，判定所述控制模块异常；

所述控制模块还用于，在接收到所述基板管理控制器发送的所述目标工作模式之后，向所述基板管理控制器发送所述响应信号。

9.根据权利要求2至8任一项所述的散热系统，其特征在于，该散热系统还包括：

温度传感器，用于检测所述风扇的实际温度；

所述基板管理控制器还用于，将所述实际温度以及所述风扇的目标温度发送至所述控制模块；

所述控制模块还用于，根据所述实际温度与所述目标温度，对所述风扇进行脉冲宽度调制，以便所述实际温度趋近所述目标温度。

10.一种计算机设备，其特征在于，包括基板管理控制器，还包括与所述基板管理控制器连接的如权利要求1至9任一项所述的散热系统。