CN1447030A - 基于风扇转速控制的设备噪声降低方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于风扇转速控制的设备噪声降低方法，该方法在设备所有关键器件处布设用于监测器件温度的温度检测点，并且设置保证设备正常工作的温度控制区间和报警温度，当所有温度检测点的温度中任一温度检测点的温度高于报警温度或控制温度区间的上限时，使设备风扇工作在高速状态；当所有器件温度皆低于控制温度区间的下限时，使设备风扇工作在低速状态。由于设备风扇转速控制的依据是由设备关键器件本身的热性能决定的，使得本发明既可以反应设备的温度特点，但又不依赖具体的设备，从而可以消除设备的配置、环境及其他运行条件的不同所造成的差异，既保证设备安全散热，又能有效控制设备风扇的转速，因而能够较好地减低设备噪声。
Description
技术领域
本发明涉及电气或电子设备的噪声降低方法，具体地说涉及通过对设备中的风扇转速控制降低设备噪声的方法。
背景技术
随着电子技术的发展，电气、电子设备集成度的增加导致了功耗的增大，使得设备的散热问题越来越突出。为使设备可靠工作，设备中需要设置散热装置，并且设备的散热装置设计通常具有较大的冗余。另外，考虑到设备在实际工作时可能出现异常的系统工作电压或者散热系统出现局部故障等问题，进行散热装置设计时，也必须有一定的冗余。设备中的散热装置通常采用风扇。保证设备散热具有足够冗余的代价，是采用较高的风扇转速或较多数量的风扇，这样会产生较大的散热噪音。为降低散热噪声，实际中需要根据设备不同的使用条件来调整散热装置的工作状态，实现散热噪声的控制。目前较流行的通过控制风扇转速来控制风扇噪声进而降低设备噪声的方法有两种：第一种方法是直接采用带有温度传感器、转速可调的风扇作为设备的散热装置。设备工作时，风扇带有的温度传感器检测设备周围的空气温度，然后与预定的温度门限比较，如果低于门限，则风扇工作在低转速状态，否则工作在高转速状态。由于风扇的转速仅依据一个固定的温度门限进行控制，无法根据系统的具体应用环境和要求加以调整，而且该方法对于可能出现的风道堵塞等无法检测，因此采用该方法对风扇转速的控制准确度不高，降低设备噪声的效果不理想。
第二种方法是在设备进、出风口布设温度检测点，通过温度检测点检测的进、出风口的温度对风扇的转速进行控制。由于该方法不能根据设备关键器件的散热状况对风扇转速进行控制，使得风扇转速的控制准确度不高，降低设备噪声的效果也不理想。
发明内容
本发明的目的在于提供一种保证设备安全散热、降低设备噪声效果较好的基于风扇转速控制的设备噪声降低方法。
为达到上述目的，本发明提供的基于风扇转速控制的设备噪声降低方法，包括：
(1)在设备所有关键器件处布设用于监测器件温度的温度检测点；
(2)设置保证设备正常工作的控制温度Tgreen；
(3)采集所有温度检测点的温度，判断任一温度检测点的温度是否高于控制温度Tgreen，如果高于，使设备风扇工作在高速状态，否则使设备风扇工作在低速状态。
所述步骤(2)还包括设置设备告警温度Tred；所述步骤(2)和步骤(3)之间进一步包括：判断任一温度检测点的温度是否大于Tred，如果大于，发出告警信息，并使风扇工作在高速状态，然后转步骤(2)，否则进行步骤(3)。
步骤(2)所述设置控制温度Tgreen为设置控制温度区间，该区间的温度上限为Tgreen-high，下限为Tgreen-low；所述步骤(3)为：判断任一温度检测点的温度是否大于Tgreen-high，如果大于，使风扇工作在高速状态，否则判断任一温度检测点的温度是否大于Tgreen-low，如果大于，保持设备风扇原有转速不变，如果任一温度检测点的温度都小于Tgreen-low，使设备风扇工作在低速状态。
步骤(1)所述布设温度检测点通过在设备关键器件处布设温度检测芯片实现。
由于本发明在设备所有关键器件处布设用于监测器件温度的温度检测点，并通过所述温度检测点控制设备风扇的转速，同时本发明还设置了温度控制区间和报警温度，由于设备风扇的转速控制的依据是根据系统关键器件本身的热性能提取出的独立的、满足不同降额级别的定量化温度控制上限，从而根据这个控制上限确定了温度控制区间，由这个温度控制区间确定风扇的不同转速档，这样使得本发明既可以反应设备的温度特点，但又不依赖具体的设备，从而可以解决设备的不同配置、不同环境及其他运行条件的不同所造成的差异，既保证设备安全散热、又能有效控制设备风扇的转速，因而能够较好地减低设备噪声。
附图说明
图1是本发明所述方法的控制风扇转速降低设备噪声的实施例流程图；
图2是风扇转速与温度门限的对应关系图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。
在电子、电器设备的实际应用中，设备的工作环境是变化的，因此设备风扇可以根据设备应用环境的变化，在保证设备有效散热的同时调整转速，进而减低设备的噪声，例如在设备环境温度较低时可以减低风扇的转速。一般来说，风扇的转速、流量以及风压随风扇电压的变化而变化，因此可以通过控制风扇电压来控制风扇的转速、风流量和风压，进而控制设备的噪声。在设备风扇排除设备热量过程中，冷却空气掠过器件或电路板的热表面，二者进行热量交换，冷空气被加热温度升高，热表面被冷却温度降低。器件在特定功耗、特定散热条件下达到热交换平衡态后，整个设备的温度分布为一稳定的场，空气、器件的温度体现为一定量关系。当平衡态被破坏，如风扇转速变化，设备会在新的散热条件下达到平衡状态。因此可以通过监测特定状态下的空气温度来关注器件温度，达到监测设备实际散热状态的目的。
理论分析和实验表明，当风扇转速为原转速的ΔKN倍时，噪声的增加量(dBA)为：
ΔLdBA＝A×log(ΔKN)
其中A为经验参数，在50≤A≤55内变化。例如，当选用在自由场中的噪音为43dBA的风扇，风扇转速变化由额定值降低到额定转速的75％时，单个风扇的噪声可降低6.53～7.19dBA，按照风扇3dBA一个倍频程，降低至少2倍。
本发明的实质在于，通过提取设备关键器件满足不同降额要求的热特性参数，以此热特性参数作为风扇控制的输入，从而形成既可反应设备具体特点，又独立于不同运行条件(包括配置、工作环境等)的基于风扇转速控制的设备噪声降低方法。
为此，本发明在设备所有关键器件或设备单板处布设用于监测器件温度的温度检测点，所述温度检测点实际中可以通过布置温度检测芯片实现，该芯片检测并上报器件所在位置的温度，控制设备根据上报数据判断当前的系统散热状态，当检测的温度值超过预先设定的门限，即调整风扇转速或告警。因此本发明还要设置保证设备正常工作的控制温度Tgreen，用Tgreen作为控制风扇转速的温度控制门限。为使风扇转速控制效果更好、设备工作更安全，本发明还设置设备告警温度Tred作为控制风扇转速的温度告警门限。在本发明具体应用中，依据Tgreen，将风扇转速分为两档。正常工作状态下，温度检测点上报值测点温度高于Tgreen时风扇工作在高转速档，测点温度低于Tgreen则风扇工作在低转速档；对于Tred，当测点温度达到或超过此值时，告警。
按照前述门限温度的设置，如果设置一个单独的Tgreen温度，调速过程中会出现以下问题：假设风扇的缺省状态或启动状态为高速，当所有温度检测点的上报温度低于设定的温度门限Tgreen时，风扇减速，工作在低速档；这样，系统风速降低，散热效果降低，相应的器件温度、温度检测点的上报温度升高，而如果此时任一上报值高于Tgreen，风扇又开始提速，工作在高速档。这样当出现一些比较临界的温度点时，风扇就会处于一种频繁变速的状态。对风扇来讲，这意味着电流冲击，对风扇电机内部线圈的可靠性影响很大。因此本发明将Tgreen设置为温度控制区间，即将Tgreen处理为区间[Tgreen-low，Tgreen-high]。Tgreen-high可以是根据器件的热性能提出的实际控制目标温度，Tgreen-low则是考虑了受风扇转速变化影响的器件的温度变化程度后对Tgreen-high进行降低。这样就通过增加一段转速模糊控制区域来避免一些临界温度点处的风扇频繁调速的问题。划分温度控制区间后，风扇转速与温度门限的对应关系参考图2。
由于电子器件都有确定的使用温度范围内，在该范围内器件可以正常工作而不损坏。因此温度控制门限或区间的确定应当依据特定器件的使用温度范围作不同程度的降额，从而得到不同的温度控制目标值。
在本发明的具体应用中，将Tgreen定义为保证器件可以长期可靠工作时的温度检测点上报值，该值可以为器件稳定工作的温度上限的80％，即要求保证芯片结温低于80％×稳定工作温度上限。实际中如果设备所采用关键器件未给出稳定工作的上限温度值，可以根据降额设计准则的要求，将Tiunction-max(保证器件不永久性损坏时允许达到的最高结温)或Tcase-max(保证器件不永久性损坏时允许达到的最高壳温)进行0.8降额，作为稳定工作上限。将Tred定义为器件稳定工作温度的上限，即当芯片结温达到稳定工作上限时温度检测点上报温度值。由于上述设置只依赖器件本身允许的热性能的温度控制目标值，这些目标值与风扇的转速状态无关，即无论风扇的工作在高转速，还是工作在低转速状态，器件稳定长期运行的目标上限值与告警时的目标上限值都是确定值，将上述值作为控制目标来确定不同的温度控制。
由于本发明将Tgreen设置为温度控制区间，该区间的上限Tgreen-high取器件的长期运行时的目标上限值，该值可以为器件稳定工作的温度上限的80％；该区间的下限Tgreen-low则是考虑了受风扇转速变化影响的器件温度变化程度后对Tgreen-high进行降低，这取决于低速档所对应的实际风扇转速下的散热效果，实际中可以将Tgreen-low设置为Tgreen-high与风扇高、低速状态下器件温度差Δt之间的差值，即Tgreen-high limit-Δt。下表为某设备的关键器件在不同系统工作电压时的温度测试数据：
| 测点名称 | 53.5V系统电压(风扇电压) | 39V系统电压(风扇电压) | 温度变化量 |
| 环境温度 | 22 | 22.4 | 0.4 |
| 器件1 | 58.3 | 63.8 | 5.1 |
| 器件2 | 68.4 | 72.8 | 4 |
| 器件3 | 58.3 | 63.8 | 5.1 |
| 器件4 | 41.6 | 46.4 | 4.4 |
| 器件5 | 63.9 | 68.4 | 4.2 |
| 器件6 | 39.6 | 42.7 | 2.7 |
| 器件7 | 45.7 | 49.1 | 3 |
该表所示的数据是设备风扇工作电压由53.5V降到39V，风扇转速由大概额定值的111％变化到额定值的81.3％时的期间温度变化量，器件温度变化最高为5.1℃。针对这个设备，系统就可将布设于不同器件处的温度检测点分别降低相应温度差，或各温度检测点同时降低最大温度差来设置控制区间，例如可以设置的控制区间的长度为5.1℃。当然实际中也可以采用数值分析的方法确定温度控制区间，最后再根据实际测试数据进行修正。
图1是依据本发明所述方法的控制风扇转速降低设备噪声的实施例流程图。按照图1，首先在步骤1当设备刚上电时，将风扇的缺省状态设为高速；由于风扇转速控制属于软控制，需要后台或设备其他部分的配合。从容错性角度来说，需要后台控制风扇，当风扇部分出故障或不在位或中途更换主控板或启动过程出错时，风扇高速转动可以确保系统散热，当风扇接到有效的降速指令又可回到低速状态，而且，这样还可以避免低电压下的风扇启动困难，所以初始状态为高速更合理。在步骤2，温度检测点的温度检测芯片开始监测并上报测点处的温度，接着进行步骤3将温度检测芯片上报的温度首先与告警温度门限Tred进行比较，如果任一温度超过Tred，进行步骤7执行告警操作，并使设备风扇工作在高速状态，然后转步骤2重新进行新一轮的风扇转速控制；否则，继续在步骤4与温度控制区间的上限温度Tgreen-high进行比较，若任一上报值高于Tgreen-high，则在步骤8使风扇工作在高速状态，然后转步骤2重新进行新一轮的风扇转速控制；若所有上报温度皆低于Tgreen-high，则继续在步骤5与温度控制区间的下限温度Tgreen-low进行比较，若任一上报值高于Tgreen-low，则进行步骤9保持风扇原有转速不变，此时风扇依据前一轮风扇转速的控制输出，可能为高转速、也可能为低转速状态，然后转步骤2重新进行新一轮的风扇转速控制；若所有上报温度皆低于Tgreen-low，则进行步骤6使风扇工作在低速状态，然后转步骤2重新进行新一轮的风扇转速控制。
Claims (8)
1、一种基于风扇转速控制的设备噪声降低方法，包括：
(1)在设备所有关键器件处布设用于监测器件温度的温度检测点；
(2)设置保证设备正常工作的控制温度Tgreen；
(3)采集所有温度检测点的温度，判断任一温度检测点的温度是否高于控制温度Tgreen，如果高于，使设备风扇工作在高速状态，否则使设备风扇工作在低速状态。
2、根据权利要求1所述的基于风扇转速控制的设备噪声降低方法，其特征在于：所述步骤(2)还包括设置设备告警温度Tred；所述步骤(2)和步骤(3)之间进一步包括：判断任一温度检测点的温度是否大于Tred，如果大于，发出告警信息，并使风扇工作在高速状态，然后转步骤(2)，否则进行步骤(3)。
3、根据权利要求2所述的基于风扇转速控制的设备噪声降低方法，其特征在于：步骤(2)所述设置控制温度Tgreen为设置控制温度区间，该区间的温度上限为Tgreen-high，下限为Tgreen-low；所述步骤(3)为：判断任一温度检测点的温度是否大于Tgreen-high，如果大于，使风扇工作在高速状态，否则判断任一温度检测点的温度是否大于Tgreen-low，如果大于，保持设备风扇原有转速不变，如果任一温度检测点的温度都小于Tgreen-low，使设备风扇工作在低速状态。
4、根据权利要求1所述的基于风扇转速控制的设备噪声降低方法，其特征在于：所述控制温度Tgreen为器件稳定工作温度上限的80％。
5、根据权利要求2所述的基于风扇转速控制的设备噪声降低方法，其特征在于：所述告警温度Tred为器件稳定工作温度的上限。
6、根据权利要求3所述的基于风扇转速控制的设备噪声降低方法，其特征在于：所述温度控制区间的上限Tgreen-high为器件稳定工作温度上限的80％，温度控制区间的下限Tgreen-low为Tgreen-high与风扇高、低速状态下器件温度差之间的差值。
7、根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的基于风扇转速控制的设备噪声降低方法，其特征在于：步骤(1)所述布设温度检测点通过在设备关键器件处布设温度检测芯片实现。
8、根据权利要求7所述的基于风扇转速控制的设备噪声降低方法，其特征在于所述方法包括：设置设备风扇的初始转速为高速。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20091216 |
|
| CX01 | Expiry of patent term |