CN201622517U - 一种机框风扇散热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种机框风扇散热系统，包括：风扇组，由若干风扇构成；第一上位机、第二上位机分别与第一风扇控制板、第一风扇控制板相连，第一风扇控制板接收并执行第一上位机或第二上位机的命令，与风扇组相连，对风扇组进行控制和状态检测；第二风扇控制板接收并执行向第一风扇控制板发送命令的上位机的命令，与风扇组相连，对风扇组进行控制和状态检测；第一风扇控制板与第二风扇控制板之间交互彼此的风扇控制板信息及对风扇组进行控制和状态检测的信息。本实用新型可以实现风扇的不间断控制、检测，也不需同时更换风扇，风扇组在另一风扇控制板的控制下继续运转，实现系统的不间断散热，提高了系统散热的可靠性。

Description

一种机框风扇散热系统

技术领域

本实用新型涉及设备温度控制技术，特别涉及一种机框风扇散热系统。

背景技术

随着超大规模集成电路的发展，高主频速度、高集成度、高功耗的芯片已广泛应用于通讯单板中，伴随而来的是高功耗单板的散热问题。在大容量通讯系统中，单板的散热多采用高功耗芯片使用散热片，并且单板置于机框风扇散热系统中的散热方法，要求机框风扇散热系统具有较高的散热可靠性。

图1为现有的风扇控制实现方案示意图，如图所示，现有的机框风扇散热系统中，通常使用单个风扇盘或多个风扇盘进行散热，其共同的特点是每个风扇盘有一个固定的风扇控制板控制风扇运转。如图1所示为：

1、机框中配置有一个或多个风扇盘，用于机框中对应板位的单板散热。

2、每个风扇盘中均有一个风扇控制板、若干风扇，风扇控制板只对本风扇盒内的风扇进行控制和状态检测。

3、风扇控制板包括处理器、风扇控制单元、风扇接口电路。

1)、处理器上报风扇运转状态信息至机框管理板，接收并执行机框管理器的命令；

2)、风扇控制单元输出风扇运转控制PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号，接收并计数风扇转速(Tach)脉冲信号；

3)、风扇接口电路为电平适配电路，在风扇控制单元、风扇之间完成PWM、Tach信号的电平适配。

现有技术方案采用单个风扇控制板控制其所在风扇盒的风扇(即风扇控制板与所控制的风扇位于同一风扇盒中)，在散热可靠性方便至少存在以下不足和缺点：

1、风扇控制板的处理器出现软、硬件故障时，无法通过本板的MCU(MicroControll Unit，微控器单元)改变风扇的运转状态。

2、风扇控制板的风扇控制单元、风扇接口电路出现电路故障时，该风扇盒中的风扇处于非受控状态。

3、风扇控制板出现故障时需要更换所在的风扇盒，在风扇盒更换过程中，对应板位的单板处于无风扇散热状态，影响对应板位单板的散热。

实用新型内容

本实用新型所解决的问题在于提供了一种机框风扇散热系统，用以提高风扇散热控制的可靠性。

本实用新型实施例中提供了一种机框风扇散热系统，包括：

风扇组，由若干风扇构成；

第一风扇控制板，一端与第一上位机、第二上位机相连，接收并执行第一上位机或第二上位机的命令，一端与风扇组相连，对风扇组进行控制和状态检测；

第二风扇控制板，一端与第一上位机、第二上位机相连，接收并执行向第一风扇控制板发送命令的上位机的命令，一端与风扇组相连，对风扇组进行控制和状态检测；

第一风扇控制板与第二风扇控制板之间交互彼此的风扇控制板信息及对风扇组进行控制和状态检测的信息。

本实用新型有益效果如下：

在本实用新型实施例中提出的提高风扇控制可靠性的技术方案中，由于使用了主、备风扇控制板，所以在一块单板出现异常时，另一块单板完成风扇的继续控制，实现了风扇的不间断控制、检测，提高了风扇控制的可靠性。

同时，由于风扇控制板与风扇组相分离，风扇控制板更换时，不需同时更换风扇，风扇组在另一风扇控制板的控制下继续运转，实现系统的不间断散热，提高了系统散热的可靠性。

附图说明

图1为背景技术中风扇控制实现方案示意图；

图2为本实用新型实施例中机框风扇散热系统结构示意图；

图3为本实用新型实施例中风扇控制板的主备状态确定实施流程示意图；

图4为本实用新型实施例中双机通讯异常处理流程示意图；

图5为本实用新型实施例中FCIU实现方式一示意图；

图6为本实用新型实施例中FCIU实现方式二示意图。

具体实施方式

本实用新型实施例中提供了一种机框风扇散热系统，涉及到风扇散热控制的可靠性设计，可以提高风扇散热控制的可靠性。下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行说明。

图2为机框风扇散热系统结构示意图，如图所示，包括：

风扇组(FT，Fan Tray)200，由若干风扇构成；

第一风扇控制板201，一端与第一上位机203、第二上位机204相连，接收并执行第一上位机或第二上位机的命令，一端与风扇组200相连，对风扇组进行控制和状态检测；

第二风扇控制板202，一端与第一上位机、第二上位机相连，接收并执行向第一风扇控制板发送命令的上位机的命令，一端与风扇组200相连，对风扇组进行控制和状态检测；

第一风扇控制板201与第二风扇控制板202之间交互彼此的风扇控制板信息及对风扇组进行控制和状态检测的信息。

实施中，上位机是两个，具体可以为主、备用(两块单板)，其中主用上位机对两个风扇控制板发送命令，并接收两个风扇控制板的上报信息。当主用上位机出现故障时，原备用上位机自动升为主用，同时原主用上位机自动降为备用。在接收并执行上位机的命令时，第一风扇控制板与第二风扇控制板都接收的是同一个正处于主用状态的上位机的命令。

实施中，上位机可以是SHMC(Shelf Management Controller，机框管理控制器)等设备。

实施中，第一风扇控制板(FCB，Fan Control Board)201中可以包括：MCU(Micro Controller Unit，微控器单元)2011、FCU(Fan Control Unit，风扇控制单元)2012、FRIU(Fan Rate Interface Unit，风扇转速接口单元)2013、FCIU(Fan Control Interface Unit，风扇控制接口单元)2014；第二风扇控制板202中可以包括：MCU2021、FCU2022、FRIU2023、FCIU2024。

上述元器件的作用、实现的功能可以如下：

MCU：接受上位机命令，上报风扇控制板相关信息；配置、读取FCU寄存器；与对侧风扇控制板的MCU保持双机通讯；检测对侧风扇控制板FCB运转状态，选择FCIU的PWM输出以驱动风扇。

FCU：输出风扇控制PWM信号；接收风扇转速信号、采集记录风扇转速值。

FRIU：完成风扇转速Tach信号的电平转换。

FCIU：完成风扇控制PWM信号的电平转换。

上述元器件间交互的信号可以如下：

Sig 1：MCU、FCU的通讯信号，该信号可以由FCU的通讯接口确定，如I2C_bus信号。

Sig 2：FRIU输出的转速Tach信号。

Sig 3：两个MCU之间的双机通讯信号，如RS232串行通讯信号。

Sig 4、Sig 5：MCU板间复位信号。

Sig 6：FCU输出的PWM信号。

Sig 7：对侧MCU控制的FCIU三态输出或控制开关控制信号。

Sig 8：FCIU输出的PWM信号。

Sig 9：风扇输出的转速Tach信号。

Sig 10：风扇控制板FCB与上位机间的通讯信号。

下面还将会对上述元器件以及交互信号的具体实施方式进行说明。

一、主、备用的确定。

实施中，两个风扇控制板将分为主、备用风扇控制板对风扇组进行控制管理，具体的：

第一风扇控制板与第二风扇控制板可以进一步用于在交互彼此的风扇控制板信息后，按下述方式之一确定自身的主备用状态：

插入顺序有别时，先插入上电的风扇控制板设为主用状态，后插入上电的风扇控制板设为备用状态；

或，同时上电时，根据风扇控制板所处的板位号确定自身为主用状态或备用状态；

或，对侧风扇控制板不存在时，确定自身为主用状态。

即，在单板主、备用实现上，风扇控制板采用主、备用工作方式，主、备用状态确定方式可以是：1、单板插入顺序有别时，首先插入上电的单板自动设定为主用状态，后插入上电的单板自动设定为备用状态。2、单板同时上电时，根据单板所处板位号不同分配单板为主用、备用。3、主用单板不存在：主用单板拔出或主用单板出现故障时，备用单板自动升为主用。另外，为了表述方便，实施中也会将风扇控制板简称为单板。

图3为风扇控制板的主备状态确定实施流程示意图，如图所示，以一侧的风扇控制板实施为例，则可以包括：

步骤301、加电运行；

步骤302、启动自检，如自检失败转入步骤306，自检成功则转入步骤303；

步骤303、读取板位号；

步骤304、设对侧延迟T秒后启动；

步骤305、读取对侧状态，如果对侧板卡不存在则转入步骤307，如果对侧板卡是主用状态则转入步骤308；

步骤306、自复位；

步骤307、设置为主用状态；

步骤308、设置为备用状态。

二、风扇控制的设置。

实施中，MCU接收上位机的风扇转速设置命令，设置FCU的PWM占空比(0％-100％)寄存器为预定值。然后，FCU经FCIU向风扇输出PWM控制脉冲。

三、风扇转速读取。

首先，风扇输出的周期性脉冲转速信号由FRIU完成电平适配，传送至FCU。

其次，FCU对转速信号进行采样计数并保存计数值。

最后，MCU读取FCU的风扇转速计数值。

四、板间双机互控。

双机互控包括板间双机通讯和板间互控，具体的：

1)、主备单板之间配置有双机通讯RS232串口，实现两个功能：

(1)、主备两块单板实时更新对侧单板状态信息，如PWM占空比、各风扇当前转速；

(2)、主备板卡间通过周期发送互检测信号(如：软件心跳)来判断和检测对方板卡上的系统运行状况。在设定时间间隔内没有收到“软件心跳”，则可以判断对侧单板不存在。

2)、板间互控包括板间复位、对侧PWM信号检测和输出选择控制。

(1)、对侧单板MCU出现故障或软件异常，本侧单板MCU发送复位对侧MCU的信号；

(2)、正常情况下，主用单板输出风扇盘的PWM控制信号，主用单板的风扇控制出现故障时，进行风扇PWM输出互换控制。

五、风扇控制板异常、故障处理。

出现故障和异常可以包括以下可能，由于通过双机通讯发现对侧风扇控制板出现故障，或者是风扇控制板上的FCU、FRIU、或FCIU出现故障，下面将分别进行说明。

一)、风扇控制板间双机通讯异常时，若主用单板的通讯异常不可恢复，则备用单板接替主用板的工作完成风扇运转控制、检测，具体的，此时可以是：

第一风扇控制板包括第一MCU、第二风扇控制板包括第二MCU，其中：

第一风扇控制板通过第一MCU向第二风扇控制板周期性发送互检测信号；

第二风扇控制板通过第二MCU向第一风扇控制板周期性发送互检测信号；

第一风扇控制板或第二风扇控制板进一步用于在没有收到对侧周期性发送的互检测信号后，若自身是备用状态，则由备用状态转为主用状态。

进一步的，实施中还可以是：

第一MCU或第二MCU进一步用于在没有收到对侧周期性发送的互检测信号后，向对侧发送复位信号；

第一风扇控制板或第二风扇控制板进一步用于向对侧发送复位信号后，还没有收到对侧周期性发送的互检测信号时，若自身是备用状态，则由备用状态转为主用状态。

图4为双机通讯异常处理流程示意图，如图所示，以一侧风扇控制板为例实施时，可以包括：

步骤401、设定的时间间隔内没有收到对侧单板的“软件心跳”信号。

步骤402、发送“复位对侧单板MCU”的信号，3次发送复位后均没有收到对侧单板的“软件心跳”信号。

本步骤中，3次只是一种实施次数，事实上可以视实际需要设定复位发送次数。

步骤403、若本板为主用，则主用状态不变；若本板为备用且工作正常，则状态改为主用；关闭对侧单板的FCIU的PWM输出，打开本板的FCIU输出；上报上位机通讯异常处理结果。

对于风扇控制板上的FCU、FRIU、或FCIU出现故障的情况，风扇控制板故障处理主要表现为主用控制板对风扇失控：(1)FCU故障，风扇控制PWM无输出；(2)FRIU、FCIU故障，风扇转速超过预先设定的阈值。此种情况下，备用单板接替主用板的工作完成风扇运转控制、检测，具体的，此时可以是：

二)、FCU上的故障判断。

具体的，第一风扇控制板包括第一FCU、第二风扇控制板包括第二FCU，其中：

第一风扇控制板接收第一FCU输出的PWM信号；

第二风扇控制板接收第二FCU输出的PWM信号；

第一风扇控制板或第二风扇控制板进一步用于在通过交互的控制和状态检测的信息获知本侧检测不到FCU输出的PWM信号，而对侧检测到FCU输出的PWM信号后，若对侧是备用状态，则将对侧由备用状态转为主用状态。

三)、FRIU上的故障判断。

具体的，第一风扇控制板包括第一FRIU、第二风扇控制板包括第二FRIU，其中：

第一风扇控制板接收第一FRIU输出的Tach信号；

第二风扇控制板接收第二FRIU输出的Tach信号；

第一风扇控制板或第二风扇控制板进一步用于在通过交互的控制和状态检测的信息获知本侧通过FRIU输出的Tach信号检测到风扇转速异常，而对侧通过FRIU输出的Tach信号检测到风扇转速正常或可控后，若对侧是备用状态，则将对侧由备用状态转为主用状态。

四)、FCIU上的故障判断。

具体的，第一风扇控制板包括第一FRIU、第二风扇控制板包括第二FRIU，其中：

第一风扇控制板接收第一FRIU输出的Tach信号；

第二风扇控制板接收第二FRIU输出的Tach信号；

第一风扇控制板或第二风扇控制板进一步用于在通过交互的控制和状态检测的信息获知本侧通过FRIU输出的Tach信号检测到风扇转速异常或不可控，而对侧通过FRIU输出的Tach信号检测到风扇转速异常或不可控后，若对侧是备用状态，则将对侧由备用状态转为主用状态。

在上述FCU上的故障判断、FRIU上的故障判断、FCIU上的故障判断过程中，在主用板FCU故障判断时，主用单板检测不到FCU的PWM信号，而备用板可以检测到；在主用板FRIU故障判断时，主用单板检测到风扇转速异常，而备用板检测正常，不超限；在主用板FCIU故障判断时，主、备用单板均检测到风扇转速异常或不可控。都可以使备用单板关闭主用单板的FCIU的PWM输出，打开本板的FCIU输出；备用单板状态改为主用，进一步得还可以上报上位机故障处理结果。

当上述四种情况出现时，需要将主备用状态转换，此时，具体可以是：

第一风扇控制板包括用于向风扇组输出PWM信号的第一FCIU；第二风扇控制板包括用于向风扇组输出PWM信号的第二FCIU，其中：

第一FCIU接收第二风扇控制板输出的三态输出控制信号或控制开关控制信号；

第二FCIU接收第一风扇控制板输出的三态输出控制信号或控制开关控制信号；

第一风扇控制板或第二风扇控制板进一步用于在由备用状态转为主用状态时，向对侧的FCIU输出三态输出控制信号或控制开关控制信号以关闭对侧的FCIU，并让本侧的FCIU向风扇组输出PWM信号。

具体实施中，FCIU完成风扇控制PWM信号的电平转换，按照风扇的类别不同有两种实现方式，图5为FCIU实现方式一示意图，图6为FCIU实现方式二示意图，如图所示，可以是：

方式一、风扇采用正电源供电，风扇电源负极与FCU输出的PWM信号的数字地共地连接，FCIU的PWM信号采用以下三态方式输出：PWM信号高、低电平、高阻；

具体的，采用正电源供电(如+12V、+24V)的风扇，风扇电源地(电源负极)与FCU输出的PWM信号的数字地共地连接，此时FCIU的PWM信号采用三态输出方式：PWM信号高、低电平、高阻。

方式二、风扇采用负电源供电，风扇电源正极与FCU输出的PWM控制信号的逻辑地共地相连，FCIU的PWM信号采用控制开关输出方式。

采用负电源供电(如-48V)的风扇，风扇电源地(电源正极)与FCU输出的PWM控制信号的逻辑地共地相连，此时风扇控制信号采用控制开关输出方式，正常情况下主用板的开关闭合输出风扇控制信号，备用板的控制开关断开。

实施中，考虑还可以进一步的增强风扇的可控制性，实施中还可以：

第一风扇控制板包括第一MCU、第二风扇控制板包括第二MCU，其中：

第一风扇控制板通过第一MCU接受第一上位机或第二上位机的命令，向该上位机命令上报风扇控制板相关信息；

第二风扇控制板通过第二MCU接受向第一风扇控制板发送命令的上位机命令，向该上位机命令上报风扇控制板相关信息；

第一风扇控制板与第二风扇控制板之间通过第一MCU与第二MCU保持双机通讯，交互彼此的风扇控制板信息；

第一MCU与第二MCU用于在交互彼此的风扇控制板信息时，在检测到对方风扇控制板运转状态不正常时，向对方发送复位信号。

由上述实施例可见，本实用新型实施例中提供的机框风扇散热系统能够在双机通讯异常时、主用板出现故障时进行主、备单板切换；因此，本实用新型实施例中提出的提高风扇控制可靠性的技术方案相对于现有技术，由于使用了主、备风扇控制板，所以在一块单板出现异常时，另一块单板完成风扇的继续控制，实现了风扇的不间断控制、检测，提高了风扇控制的可靠性。

同时，风扇控制板与风扇组相分离，风扇控制板更换时，不需同时更换风扇，风扇组在另一风扇控制板的控制下继续运转，实现系统的不间断散热，提高了系统散热的可靠性。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种机框风扇散热系统，其特征在于，包括：

风扇组，由若干风扇构成；

第一风扇控制板，一端与第一上位机、第二上位机相连，接收并执行第一上位机或第二上位机的命令，一端与风扇组相连，对风扇组进行控制和状态检测；

第二风扇控制板，一端与第一上位机、第二上位机相连，接收并执行向第一风扇控制板发送命令的上位机的命令，一端与风扇组相连，对风扇组进行控制和状态检测；

第一风扇控制板与第二风扇控制板之间交互彼此的风扇控制板信息及对风扇组进行控制和状态检测的信息。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，第一风扇控制板与第二风扇控制板进一步用于在交互彼此的风扇控制板信息后，按下述方式之一确定自身的主备用状态：

插入顺序有别时，先插入上电的风扇控制板设为主用状态，后插入上电的风扇控制板设为备用状态；

或，同时上电时，根据风扇控制板所处的板位号确定自身为主用状态或备用状态；

或，对侧风扇控制板不存在时，确定自身为主用状态。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，第一风扇控制板包括第一MCU、第二风扇控制板包括第二MCU，其中：

第一风扇控制板通过第一MCU向第二风扇控制板周期性发送互检测信号；

第二风扇控制板通过第二MCU向第一风扇控制板周期性发送互检测信号；

第一风扇控制板或第二风扇控制板进一步用于在没有收到对侧周期性发送的互检测信号后，若自身是备用状态，则由备用状态转为主用状态。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，第一MCU或第二MCU进一步用于在没有收到对侧周期性发送的互检测信号后，向对侧发送复位信号；

第一风扇控制板或第二风扇控制板进一步用于向对侧发送复位信号后，还没有收到对侧周期性发送的互检测信号时，若自身是备用状态，则由备用状态转为主用状态。

5.如权利要求2所述的系统，其特征在于，第一风扇控制板包括第一FCU、第二风扇控制板包括第二FCU，其中：

第一风扇控制板接收第一FCU输出的PWM信号；

第二风扇控制板接收第二FCU输出的PWM信号；

第一风扇控制板或第二风扇控制板进一步用于在通过交互的控制和状态检测的信息获知本侧检测不到FCU输出的PWM信号，而对侧检测到FCU输出的PWM信号后，若对侧是备用状态，则将对侧由备用状态转为主用状态。

6.如权利要求2所述的系统，其特征在于，第一风扇控制板包括第一FRIU、第二风扇控制板包括第二FRIU，其中：

第一风扇控制板接收第一FRIU输出的Tach信号；

第二风扇控制板接收第二FRIU输出的Tach信号；

第一风扇控制板或第二风扇控制板进一步用于在通过交互的控制和状态检测的信息获知本侧通过FRIU输出的Tach信号检测到风扇转速异常，而对侧通过FRIU输出的Tach信号检测到风扇转速正常后，若对侧是备用状态，则将对侧由备用状态转为主用状态。

7.如权利要求2所述的系统，其特征在于，第一风扇控制板包括第一FRIU、第二风扇控制板包括第二FRIU，其中：

第一风扇控制板接收第一FRIU输出的Tach信号；

第二风扇控制板接收第二FRIU输出的Tach信号；

第一风扇控制板或第二风扇控制板进一步用于在通过交互的控制和状态检测的信息获知本侧通过FRIU输出的Tach信号检测到风扇转速异常或不可控，而对侧通过FRIU输出的Tach信号检测到风扇转速正常或可控后，若对侧是备用状态，则将对侧由备用状态转为主用状态。

8.如权利要求3至7任一所述的系统，其特征在于，第一风扇控制板包括用于向风扇组输出PWM信号的第一FCIU；第二风扇控制板包括用于向风扇组输出PWM信号的第二FCIU，其中：

第一FCIU接收第二风扇控制板输出的三态输出控制信号或控制开关控制信号；

第二FCIU接收第一风扇控制板输出的三态输出控制信号或控制开关控制信号；

第一风扇控制板或第二风扇控制板进一步用于在由备用状态转为主用状态时，向对侧的FCIU输出三态输出控制信号或控制开关控制信号以关闭对侧的FCIU，并让本侧的FCIU向风扇组输出PWM信号。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，风扇采用正电源供电，风扇电源负极与FCU输出的PWM信号的数字地共地连接，FCIU的PWM信号采用以下三态方式输出：PWM信号高、低电平、高阻；

或，风扇采用负电源供电，风扇电源正极与FCU输出的PWM控制信号的逻辑地共地相连，FCIU的PWM信号采用控制开关输出方式。

10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，第一风扇控制板包括第一MCU、第二风扇控制板包括第二MCU，其中：

第一风扇控制板通过第一MCU接受第一上位机或第二上位机的命令，向该上位机上报风扇控制板相关信息；

第二风扇控制板通过第二MCU接受向第一风扇控制板发送命令的上位机命令，向该上位机上报风扇控制板相关信息；

第一风扇控制板与第二风扇控制板之间通过第一MCU与第二MCU保持双机通讯，交互彼此的风扇控制板信息；

第一MCU与第二MCU用于在交互彼此的风扇控制板信息时，在检测到对方风扇控制板运转状态不正常时，向对方发送复位信号。

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