CN2569190Y - 电子电路系统的风扇转速智能控制装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型是通过电压变化来控制电子电路系统中的风扇转速的智能装置，风扇转速智能控制装置包括温度传感器、系统控制板、风扇驱动电路，风扇控制芯片。风扇控制芯片通过系统管理总线与系统控制板相连接进行通信，并与风扇驱动电路相连，其上设置有一个或多个本地温度传感器，至少一个内部寄存器，其中一个为模拟输出寄存器；一个数模转换器，内部寄存器预先设置有本地危险温度阈值和远端危险温度阈值。本新型结构简单，能实时有效的根据系统需要确定风扇转速，最大限度地合理降温，且风扇转速切换平滑，噪音和功耗控制良好，在系统CPU控制失调时仍能有效工作。

Description

电子电路系统的风扇转速智能控制装置
技术领域
本实用新型涉及一种控制装置，具体是一种通过电变量控制电子电路系统的风扇智能控制装置。
背景技术
工作中的电子电路系统的散热问题是必须解决的问题。当散热面热流密度超过0.08W/cm2时，就必须采用强迫风冷的方式散热。一般强迫风冷中的风扇不进行转速控制而是工作在额定工作点、全速运转。这种方式的缺点是噪音大，功耗较大。
进年来风扇技术有所改进，一是直接使用温控风扇进行调速，二是用CPU来选择风扇转速的档位。对于直接使用温控风扇进行调速的方案，风扇转速是根据风扇内部的温度传感器检测到的温度，由风扇自己控制、调节，不能全面、正确地反映工作系统的散热状况，效果不理想。对于用CPU来选择风扇转速的档位的方案中，反映工作系统散热状况的温度传感器将检测到的温度实时传递给CPU，CPU根据事先拟订的策略选择风扇转速的档位，再在硬件电路的配合下实现风扇转速的调节。由于风扇是模拟器件，控制转速的信号通常也是模拟信号，而CPU输出的通常只是风扇转速档位的编号，要实现这两者间的转换，硬件电路通常会较为复杂。另外，当CPU控制失效时，风扇的转速是不可调的。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种结构简单，实时跟踪工作系统散热状况而确定风扇转速的智能装置，在CPU控制失调时风扇转速依然可调。
本实用新型的目的是这样实现的：一种电子电路系统的风扇转速智能控制装置，包括温度传感器、系统控制板、风扇驱动电路，其特征在于：还包括风扇控制芯片，所述风扇控制芯片通过系统管理总线(SMBus)与系统控制板相连接进行通信，并与风扇驱动电路相连。
所述风扇控制芯片上设置有一个或多个本地温度传感器，用于探测芯片周围的环境温度；至少一个内部寄存器，其中一个为模拟输出寄存器；一个数模转换器，用于将模拟输出寄存器中的数字量电压值转换为模拟量电压值，输出到芯片的引脚上。所述内部寄存器预先设置有本地危险温度阈值和远端危险温度阈值。
所述温度传感器还包括设置在系统各单板上一个或多个系统温度传感器，嵌在系统各单板上或挂在系统合适位置。
风扇驱动电路包括放大电路及驱动电路，由数模转换器输出的模拟量电压先通过放大电路，再进入驱动电路。
系统控制板通过中断信号线与风扇控制芯片相连接。
各系统温度传感器与系统控制板相连接或与风扇控制芯片相连接。
本实用新型具有以下突出的优点：
1.温度传感器除嵌在控制芯片上的本地温度传感器外，既可采用系统各单板上的系统温度传感器又可外挂若干安置在合理位置的系统温度传感器，能实时有效的根据工作系统的真实需要确定风扇转速，最大限度地达到合理降温的目的。
2.根据风扇在不同电源电压下转速不同的特点，利用数模转换得到控制电压，再将此控制电压放大，经驱动电路后用作风扇的电源电压，风扇转速切换平滑，噪音和功耗控制良好。
3.温度控制既可由CPU统一指挥，又由于风扇控制芯片通过写其内部寄存器的方式预先设置了危险温度阈值，即使在CPU控制失调时，仍保证风扇可调速。
附图说明图1为本实用新型结构方框图。图2为本实用新型的风扇控制部分的控制电压放大及风扇驱动电路简图。
具体实施例
下面通过具体的实施例并结合附图来对发明作进一步详细的描述。
本实施例使用带停转指示的单速风扇，风扇转速的控制通过改变风扇的供电电压来实现。
从图1可以看到，风扇控制芯片是整个设计的核心，以ADM1028为例，它通过SMBus总线与外部进行通信，并内嵌有一个本地温度传感器，用于探测芯片周围的环境温度，同时，还可以外挂系统温度传感器，用于探测系统温度，此外，风扇控制芯片中还内嵌了一个数模转换器，用于将模拟输出寄存器中的数字量(电压值)转换为模拟量(电压值)输出到芯片的引脚上，但是，数模转换器输出的电压不能直接用来驱动风扇，必需通过放大电路及驱动电路才能用做风扇的电源电压。根据单速风扇在不同电源电压下转速不同的特点，利用DA转换(即数模转换)得到控制电压，再将此控制电压放大，经驱动电路后用作风扇的电源电压即可。
在风扇智能控制装置初始化时即设置风扇控制芯片的危险温度阈值于控制芯片上的内部寄存器。实施例中，本地危险温度阈值的上电缺省值为70℃，远端危险温度阈值的上电缺省值为100℃。倘若在至少三个监控周期内测得本地或远端的温度值都高于本地或远端的危险温度阈值，风扇控制芯片将启动危险温度阈值越限自动控制模式，即芯片自动将模拟输出引脚变为满电平(2.5V)输出(不改变模拟输出寄存器的值)，控制风扇全速运转，此时，只有当连续3个监控周期内测到的本地或远端温度降到低于本地或远端危险温度阈值5℃时，芯片才能退出危险温度阈值越限自动控制模式，同时模拟输出引脚的电平值恢复为模拟输出寄存器中的值。
只要风扇控制芯片不复位，不管系统控制板的控制是否失效，一旦在适当的监控周期内温度传感器探测到的温度超过危险温度阈值，风扇控制芯片将启动危险温度阈值越限自动控制模式，控制风扇全速运转，只有在适当的监控周期内测到的温度降到低于危险温度阈值5℃时，芯片才能退出危险温度阈值越限自动控制模式，风扇转速恢复为启动该模式之前的值，这保证了CPU失效时风扇仍可调速。
若干系统温度传感器不设置在风扇控制板上，而是放在工作系统合适的位置上探测系统的温度，并将温度数据传递给风扇控制芯片或电子电路系统控制板CPU。由于风扇控制芯片能监测的系统温度传感器有限，往往只有一个，所以当系统温度传感器比较多时，最好是挂在系统控制板CPU上，而当只有一个时，挂在风扇控制芯片或CPU上都是可以的。系统控制板可通过SMBus接口用查询方式控制风扇控制芯片，也可以通过响应风扇控制芯片上报的中断来进行风扇控制。
根据电子电路系统控制板控制风扇的方式，以及温度传感器的使用方法的不同，这里给出4个实施例。
实施例1
风扇控制芯片不挂系统温度传感器，系统温度传感器由工作系统的各单板上的系统温度传感器组成，电子电路系统控制板通过查询各单板的温度，按照事先拟定的策略进行风扇控制。这种方案的特点是：风扇控制板电路最简，其板际接口连线最少，工作系统中每块单板都必须有温度传感器，能综合考虑系统的散热。
去掉图1中的系统温度传感器连线1和中断信号线可得到此方案的总体框图。风扇控制部分的电路图如图2所示，其中，风扇采用48V直流风扇，D1是56V稳压管，用来对风扇进行过压保护。光藕用来完成匹配电压的转变。
风扇控制芯片采用ADM1028，连接关系如下表所示：
引脚序号     引脚名称     连接关系
    1     /FAN_OFF     接4.7K上拉电阻
    2     GPI     接4.7K上拉电阻
    3     /AUXRST     接4.7K上拉电阻
    4     GND     地
    5     VCC3AUX     3.3V电源
    6     /RST     接4.7K上拉电阻
    7     /R_RST     接4.7K上拉电阻
    8     FAN_SPD/NTEST_IN     串接150Ω电阻到光耦的输入二极管的正极
    9     D-     悬空
    10     D+     悬空
    11     THERMA/NTEST_OUT     悬空
    12     /THERMB     接4.7K上拉电阻
    13     /R_OFF     悬空
    14     /INT     接4.7K上拉电阻
    15     SCL     接SMbus的时钟线
    16     SDA     接SMbus的数据线
实施例2
风扇控制芯片既使用本地温度传感器又外挂若干系统温度传感器，系统中其它位置不设温度传感器，系统控制板通过查询风扇控制芯片的寄存器来获知温度数据，并按照事先拟定的策略进行风扇控制。这种方案的特点是：工作系统中其他单板可以省去温度监测功能，但系统温度传感器必须放在工作系统最关注的点上，在综合考虑系统散热方面，不及前一种方案。
去掉图1中系统温度传感器连线2和中断信号线可得到此方案的总体框图。风扇控制部分的电路图见图2，但控制芯片的连接略有不同：引脚D+、D-接到系统温度转感器上，系统温度转感器通常使用二极管或三极管。
实施例3
温度传感器的使用与实施例1相同，但系统控制板采用中断的方式控制风扇，其特点是：响应速度快，但板际接口连线较多。
去掉图1中的系统温度传感器连线1可得到此方案的总体框图。电路图见图2，但控制芯片的连接略有不同：引脚/THERMA、/THERMB、/INT需通过连接器引到系统控板板上。
实施例4
温度传感器的使用与实施例2相同，但系统控制板采用中断的方式控制风扇，同样，这种方案也具有响应速度快但板际接口连线较多的特点。
去掉图1中的系统温度传感器连线2可得到此方案的总体框图。电路图见图2，但控制芯片的连接略有不同：引脚/THERM、/THERMB、/INT需通过连接器引到系统控制板上，并将引脚D+、D-接到系统温度传感器(通常使用二极管或三极管)上。

Claims (9)

1、一种电子电路系统的风扇转速智能控制装置，包括温度传感器、系统控制板、风扇驱动电路，其特征在于：还包括风扇控制芯片，所述风扇控制芯片通过系统管理总线(SMBus)与系统控制板相连接进行通信，并与风扇驱动电路相连。
2、如权利要求1所述的风扇转速智能控制装置，其特征在于：所述风扇控制芯片上设置有一个或多个本地温度传感器，用于探测芯片周围的环境温度；至少一个内部寄存器，其中一个为模拟输出寄存器；一个数模转换器，用于将模拟输出寄存器中的数字量电压值转换为模拟量电压值，输出到芯片的引脚上。
3、如权利要求1所述的风扇转速智能控制装置，其特征在于：所述温度传感器还包括设置在系统各单板上一个或多个系统温度传感器，嵌在系统各单板上或挂在系统合适位置。
4、如权利要求1所述的风扇转速智能控制装置，其特征在于：所述风扇驱动电路驱动的是带停转指示的单速风扇。
5、如权利要求1所述的风扇转速智能控制装置，其特征在于：风扇驱动电路包括放大电路及驱动电路，由数模转换器输出的模拟量电压先通过放大电路，再进入驱动电路。
6、如权利要求1所述的风扇转速智能控制装置，其特征在于：系统控制板通过中断信号线与风扇控制芯片相连接。
7、如权利要求2所述的风扇转速智能控制装置，其特征在于：所述内部寄存器预先设置有本地危险温度阈值和远端危险温度阈值。
8、如权利要求3或6所述的风扇转速智能控制装置，其特征在于：各系统温度传感器与系统控制板相连接。
9、如权利要求3或6所述的风扇转速智能控制装置，其特征在于：各系统温度传感器与风扇控制芯片相连接。
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