DE102009011998A1

DE102009011998A1 - Kühlkörper zur Kühlung eines Wärme erzeugenden Bauteils und elektronisches System

Info

Publication number: DE102009011998A1
Application number: DE102009011998A
Authority: DE
Inventors: Christian Böhm
Original assignee: Fujitsu Technology Solutions GmbH
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2009-03-05
Filing date: 2009-03-05
Publication date: 2010-09-16

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kühlkörper (5) zur Kühlung eines Wärme erzeugenden Bauteils eines elektronischen Systems, umfassend wenigstens eine erste Oberfläche zum Aufnehmen thermischer Energie von dem Wärme erzeugenden Bauteil und wenigstens eine zweite Oberfläche zum Abgeben der aufgenommenen thermischen Energie an einen Kühlmittelfluss (7). Der Kühlkörper umfasst des Weiteren wenigstens einen auf der zweiten Oberfläche angeordneten und in den Kühlkörper (5) integrierten ersten Temperatursensor (8) zur Erfassung einer Temperatur (T_A) des Kühlmittels sowie wenigstens eine Steuerschaltung (9) zur Auswertung der erfassten Temperatur (T_A) und zum Austauschen von Daten mit einer Managementkomponente (3) des elektronischen Systems.
Die Erfindung betrifft außerdem ein elektronisches System mit wenigstens einem Wärme erzeugenden Bauteil und wenigstens einem auf dem Wärme erzeugenden Bauteil angeordneten Kühlkörper (5) mit den oben genannten Merkmalen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kühlkörper zur Kühlung eines Wärme erzeugenden Bauteils eines elektronisches Systems mit wenigstens einer ersten Oberfläche zum Aufnehmen thermischer Energie von dem Wärme erzeugenden Bauteil und wenigstens einer zweiten Oberfläche zum Abgeben der aufgenommenen thermischen Energie an einen Kühlmittelfluss. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein elektronisches System mit wenigstens einem Wärme erzeugenden Bauteil und wenigstens einem auf dem Wärme erzeugenden Bauteil angeordneten Kühlkörper.
Elektronische Systeme, insbesondere leistungsfähige Servercomputer, erzeugen in ihrem Betrieb eine verhältnismäßig große Menge an Abwärme, die zum sicheren Betrieb der elektronischen Systeme abgeführt werden muss. Eine der größten und für die Betriebssicherheit wichtigsten Wärmequellen stellt dabei ein Mikroprozessor von Computersystemen dar. Um den sicheren Betrieb eines Mikroprozessors zu gewährleisten, wird von deren Herstellern oftmals ein verhältnismäßig aufwändiges thermisches Management beziehungsweise thermisches Design vorgegeben, das durch Hersteller von Computersystemen umgesetzt werden muss. Dabei haben sich zur Kühlung auf dem Wärme erzeugenden Bauteil angeordnete Kühlkörper bewährt, die in der Regel von einem verhältnismäßig kühlen Luftstrom zur Abführung der Wärme angeblasen werden.
Das Bereitstellen eines Kühlmittelflusses, beispielsweise durch einen elektrisch betriebenen Ventilator, führt in der Regel zu einer unangenehmen Geräuschentwicklung. Um diese Ge räuschentwicklung so gering wie möglich zu halten und um den Energieverbrauch des Ventilators gering zu halten, sind aus dem Stand der Technik eine Vielzahl von Drehzahlregelungen zur Ansteuerung von Kühlventilatoren bekannt. Beispielsweise ist es bekannt, einen Ventilator in Abhängigkeit einer auf einer Hauptplatine gemessenen Temperatur zu regeln.
Nachteilig an den bekannten Verfahren ist, dass diese die thermischen Größen, die für die Kühlung des Wärme erzeugenden Bauteils von Bedeutung sind, nicht oder nur mittelbar bestimmen. Deshalb ist nur eine verhältnismäßig ungenaue Regelung eines aktiven Kühlsystems möglich. Darüber hinaus ist der beschriebene Ansatz verhältnismäßig unflexibel, weil Leistungsdaten von in dem elektronischen System verbauten Komponenten nicht oder nur unvollständig berücksichtigt werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kühlkörper zur Kühlung eines Wärme erzeugenden Bauteils zu beschreiben, das eine verbesserte Regelung einer Kühlung des Wärme erzeugenden Bauteils ermöglicht. Insbesondere soll die Kühlleistung so gering wie möglich eingestellt werden können, ohne die Betriebssicherheit des Wärme erzeugenden Bauteils zu gefährden. Darüber hinaus soll ein elektronisches System beschrieben werden, das eine sichere und effiziente Kühlung eines Wärme erzeugenden Bauteils gestattet.
Die oben genannte Aufgabe wird durch einen Kühlkörper der eingangs genannten Art gelöst, der wenigstens einen auf der zweiten Oberfläche angeordneten und in den Kühlkörper integrierten ersten Temperatursensor zur Erfassung einer Temperatur des Kühlmittels und wenigstens eine Steuerschaltung zur Auswertung der erfassten Temperatur und zum Austauschen von Daten mit einer Managementkomponente des elektronischen Systems umfasst.
Durch die Integration eines Temperatursensors in den Kühlkörper kann eine Temperatur eines Kühlmittels, die die Kühlleistung des Kühlkörpers wesentlich bestimmt, zur weiteren Auswertung bestimmt werden. Die direkte Erfassung und Bestimmung einer Temperatur des Kühlmittels durch eine ebenfalls in den Kühlkörper integrierte Steuerschaltung gestattet eine sichere und effiziente Ansteuerung eines aktiven Kühlsystems. Dabei ermöglicht der Austausch von Daten zwischen der Steuerschaltung des Kühlkörpers und einer Managementkomponente des elektronischen Systems eine verbesserte Integration in das thermische Management des elektronischen Systems.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die zweite Oberfläche derart ausgestaltet, dass das Kühlmittel den Kühlkörper im Betrieb durchströmt und der erste Temperatursensor derart auf der zweiten Oberfläche angeordnet ist, dass er die Temperatur des Kühlmittels vor dem Durchströmen des Kühlkörpers erfasst. Wenn der erste Temperatursensor die Temperatur des Kühlmittels vor dem Durchströmen des Kühlkörpers erfasst, kann auf einfache Weise die Umgebungstemperatur des Kühlkörpers bestimmt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Kühlkörper durch wenigstens einen auf der zweiten Oberfläche angeordneten und in den Kühlkörper integrierten zweiten Temperatursensor zur Erfassung einer Temperatur des Kühlmittels gekennzeichnet, wobei der zweite Temperatursensor derart auf der zweiten Oberfläche angeordnet ist, dass er die Temperatur des Kühlmittels nach dem Durchströmen des Kühlkörpers erfasst. Durch zusätzliche Erfassung der Temperatur des Kühl mittels nach dem Durchströmen des Kühlkörpers kann eine Temperaturdifferenz des Kühlmittels beim Durchströmen des Kühlkörpers bestimmt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Kühlkörper durch wenigstens einen auf der ersten Oberfläche angeordneten und in den Kühlkörper integrierten dritten Temperatursensor zur Erfassung einer Temperatur der Wärme erzeugenden Komponente gekennzeichnet. Durch Verwendung eines dritten Kühlkörpers auf der ersten Oberfläche kann die Temperatur der Wärme erzeugenden Komponente direkt bestimmt und zur Ansteuerung eines aktiven Kühlsystems an die Managementkomponente übertragen werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Steuereinheit einen Mikrocontroller mit wenigstens einem mit dem ersten Temperatursensor verbundenen Eingang und wenigstens einer digitalen Schnittstelle zur Übermittlung der ermittelten Temperatur an die Managementkomponente des elektronischen Systems. Die Verwendung eines Mikrocontrollers und einer digitalen Schnittstelle zur Übermittlung der ermittelten Temperatur gestattet eine systemunabhängige Aufbereitung der Temperaturdaten und deren Bereitstellung über eine standardisierte Schnittstelle.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die digitale Schnittstelle zur bidirektionalen Kommunikation eingerichtet und der Mikrocontroller ist des Weiteren dazu eingerichtet, Daten betreffend das thermische Verhalten des elektronischen Systems von der Managementkomponente abzurufen. Durch das Abrufen von Daten über eine bidirektionale Kommunikationsverbindung können thermisch relevante Daten des elekt ronischen Systems bei der Auswertung der erfassten Temperatur berücksichtigt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der Mikrocontroller einen Speicher zum Speichern von Bauteildaten, Leistungsdaten und/oder Steuerparameter zur Steuerung des Kühlmittelflusses für den Kühlkörper auf. Die Speicherung und gegebenenfalls Bereitstellung von bauteilspezifischen Daten in dem Mikrocontroller erlauben eine verbesserte Charakterisierung der Kühlleistung des Kühlkörpers und somit eine effizientere Ansteuerung eines aktiven Kühlkreislaufs.
Die zugrunde liegende Aufgabe wird ebenso gelöst durch ein elektronisches System mit wenigstens einem Wärme erzeugenden Bauteil und wenigstens einem auf dem Wärme erzeugenden Bauteil angeordneten Kühlkörper gemäß einer der oben beschriebenen Ausgestaltungen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das elektronische Systems durch ein Förderelement zum Erzeugen des Kühlmittelflusses sowie eine Regelschaltung gekennzeichnet, die mit der Steuerschaltung und/oder der Managementkomponente verbunden und dazu eingerichtet ist, das Förderelement in Abhängigkeit der Temperatur des Kühlmittels anzusteuern. Über eine mit der Steuerschaltung und/oder der Managementkomponente verbundene Regelschaltung ist eine bedarfsgerechte Ansteuerung eines Förderelementes zum Erzeugen des Kühlmittelflusses möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Steuerschaltung und/oder die Managementkomponente dazu eingerichtet, basierend auf der ausgewerteten Temperatur und einer Einstellung der Regelschaltung eine Störung im Kühlmittelfluss, insbesondere einen Ausfall des Förderelementes zu erkennen.
Durch eine auf der ausgewerteten Temperatur und einer Einstellung der Regelschaltung basierenden Überwachung können Störungen oder Ausfälle in einem aktiven Kühlsystem frühzeitig erkannt und somit Schäden der Wärme erzeugenden Komponente oder des elektronischen Systems vermieden werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand ausgewählter Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Die Ausführungsbeispiele werden mit Hilfe von Figuren näher erläutert, wobei gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. In den Figuren zeigen:
1 eine erste Ausgestaltung eines Kühlkörpers mit einem integrierten Temperatursensor,
2 eine zweite Ausgestaltung eines Kühlkörpers mit integrierten Temperatursensoren und
3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Regelung einer Lüfterdrehzahl.
1 zeigt einen Ausschnitt aus einem elektronischen System, insbesondere einem Computersystem. In dem dargestellten Ausschnitt ist eine Systemplatine 1 dargestellt. Auf der Systemplatine 1 ist ein Prozessor 2 sowie ein so genannter Board Management Controller (BMC) 3 angeordnet. Der Prozessor 2 erzeugt im Betrieb eine verhältnismäßig große Menge Wärme, die von dem Prozessor 2 abgeführt werden muss, um eine thermische Beschädigung des darin enthaltenen Halbleiterchips zu vermeiden.
Auf dem Prozessor 2 ist daher eine Kühlvorrichtung 4 angeordnet. Die Kühlvorrichtung 4 umfasst einen Kühlkörper 5 sowie einen darauf angeordneten elektrischen Lüfter 6. Der Kühlkörper 5 weist eine erste Oberfläche an seiner Unterseite auf, die im direkten thermischen Kontakt mit dem Prozessor 2 steht und die von ihm erzeugte Wärme aufnimmt. Der Kühlkörper 5 weist des Weiteren eine zweite, wesentlich größere Oberfläche in Form einer Mehrzahl von Kühlrippen auf, die zur Abgabe der aufgenommenen thermischen Energie an ein umgebendes Kühlmittel dienen. Der Lüfter 6 erzeugt im Betrieb einen Unterdruck im Bereich der Kühlrippen des Kühlkörpers 5. Infolgedessen tritt ein Kühlmittelfluss 7 seitlich in Zwischenräume des Kühlkörpers 5 ein und wird durch den Lüfter 6 nach oben ausgestoßen. Der Kühlmittelfluss 7 ist in der 1 mit Hilfe von Pfeilen dargestellt. Insbesondere handelt es sich bei dem Kühlmittelfluss 7 um einen Luftstrom durch den Kühlkörper 5, bei dem Umgebungsluft angesaugt und erhitzte Luft durch eine geeignete Öffnung des elektronischen Systems herausgeblasen wird.
Um eine möglichst genaue und effiziente Regelung des Lüfters 6 zu erreichen, weist der Kühlkörper 5 einen integrierten Temperatursensor 8 auf. Integriert im Sinne der vorliegenden Beschreibung bedeutet dabei, dass der Temperatursensor 8 in direktem Kontakt mit der Oberfläche des Kühlkörpers 5 steht und mit ihm fest verbunden ist. Der Temperatursensor 8 ist am Rand des Kühlkörpers 5 angeordnet, insbesondere an einem Ende einer einzelnen Kühlrippe, also an der Stelle wo der Kühlmittelfluss 7 in den Kühlkörper 5 eintritt. Aufgrund seiner Platzierung am Rand des Kühlkörpers 5 misst der Temperatursensor 8 die so genannte Anblastemperatur T_A der Kühlvorrichtung 4.
Die von dem Temperatursensor 8 erfasste Temperatur T_A wird über eine elektrische Verbindung an einen Steuereingang einer Steuerschaltung 9 bereitgestellt. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen analogen Steuereingang eines Mikroncontrollers mit integriertem Analog-zu-Digital-Wandler (ADC) zur Digitalisierung der erfassten Temperatur. Die Steuerschaltung 9 wertet die von dem Temperatursensor 8 bereitgestellten Daten aus und bestimmt daraufhin eine Umgebungstemperatur für die Kühlvorrichtung 4. Die berechnete Umgebungstemperatur wird über eine Schnittstelle 10, eine Steuerleitung 11 und einen Kühlkörperanschluss 12 an den Board Management Controller 3 übertragen.
Eine Aufgabe der in den Kühlkörper 5 integrierte Steuerschaltung 9 besteht darin, die von dem Temperatursensor 8 analog erfasste Temperatur in ein geeignetes Digitalsignal umzuwandeln, um die bestimmte Umgebungstemperatur über eine standardkonforme Schnittstelle an den Board Management Controller 3 bereitzustellen. Bevorzugt ist die Schnittstelle 10 zur bidirektionalen Kommunikation eingerichtet, so dass sowohl die Steuerschaltung 9 Systemdaten von dem Board Management Controller 3 als auch der Board Management Controller 3 Daten von der Steuerschaltung 9 abrufen kann. Beispielsweise können die Schnittstelle 10, die Steuerleitung 11 und der Kühlkörperanschluss 12 gemäß dem so genannten SPI- oder I²C-Standard ausgestaltet sein.
In einer besonders einfachen Ausgestaltung, in der die Regelung der Kühlvorrichtung 4 vollständig in die Steuerschaltung 9 integriert ist, reicht jedoch eine unidirektionale Kommunikation von dem Board Management Controller 3 an die Steuerschaltung aus, um Daten abzufragen, die das thermische Management des elektronischen Systems bestimmen. Umgekehrt kann eine unidirektionale Kommunikation in umgekehrter Richtung ausreichen, wenn der Board Management Controller 3 die Rege lung der Kühlvorrichtung 4 übernimmt und hierzu nur die benötigten Temperaturdaten von der Steuervorrichtung 9 abruft.
Über den Board Management Controller 3 können weitere für die Kühlung des elektronischen Systems maßgebliche Daten erfasst oder bestimmt werden. Beispielsweise kann der Board Management Controller 3 ermitteln, was für ein Typ von Prozessor 2, Kühlkörper 5 oder Lüfter 6 in dem elektronischen System verbaut ist und Parameter eines zugehörigen thermischen Managementmodells abrufen. Darüber hinaus kann der Board Management Controller 3 beispielsweise auf der Systemplatine 1 oder in dem Prozessor 2 angeordnete Temperatursensoren abfragen.
Ausgehend von der Temperatur der Systemplatine 1, des Prozessors 2 und/oder der Anblastemperatur des Kühlmittelflusses 7 können somit der Board Management Controller 3 oder die Steuerschaltung 9 ein geeignetes Ansteuersignal für den Lüfter 6 bestimmen. Des Weiteren kann der Board Management Controller 3 die erfassten Daten zur fortwährenden Überwachung des elektronischen Systems auch an weitere Komponenten des elektronischen Systems oder ein externes Überwachungssysteme bereitstellen.
2 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines elektronischen Systems mit einer Wärme erzeugenden Komponente. Das System gemäß 2 enthält wiederum eine Systemplatine 1 mit einem darauf angeordneten Prozessor 2 und einem Board Management Controller 3. Auf dem Prozessor 2 ist ein Kühlkörper 5 mit fünf darin integrierten Temperatursensoren 8a bis 8e angeordnet. In den Kühlkörper 5 ist des Weiteren eine Steuerschaltung 9 mit einer Schnittstelle 10 integriert. Beispielsweise handelt es sich bei der Steuerschaltung 9 um einen Mikrocontroller mit einer I²C-Schnittstelle 10. Die Schnittstelle 10 ist über eine Steuerleitung 11 mit einem Kühlkörperanschluss 12 auf der Systemplatine 1 und darüber mit dem Board Management Controller 3 verbunden.
Des Weiteren umfasst das elektronische System gemäß 2 einen Systemlüfter 6, der einen Kühlmittelfluss 7 in Form eines Luftstroms erzeugt. In der in der 2 dargestellten Ausgestaltung erzeugt der Lüfter 6 einen von rechts nach links gerichteten Luftstrom über die Oberfläche der Systemplatine 1 und durch Kühlrippen des Kühlkörpers 5. Der Kühlmittelfluss 7 tritt auf der rechten Seite des Kühlkörpers 5 in diesen ein und verlässt diesen auf der gegenüberliegenden linken Seite.
Somit bestimmen die Temperatursensoren 8a und 8b auf der rechten Seite des Kühlkörpers 5 die so genannte Anblastemperatur. Dabei ist eine Erfassung über eine Mehrzahl von Sensoren, hier die Sensoren 8a und 8b, genauer und sicherer als die Erfassung mittels nur eines Sensors. Die Temperatursensoren 8c und 8d auf der linken Seite des Kühlkörpers 5 bestimmen hingegen die Temperatur des Kühlmittelflusses nach Durchströmen des Kühlkörpers 5. Somit kann die Steuerschaltung 9 gemäß der Ausgestaltung nach 2 nicht nur die Anblastemperatur sondern auch eine durch Abgabe von thermischer Energie durch die Kühlrippen des Kühlkörpers 5 erzeugte Temperaturerhöhung ΔT des Kühlmittelflusses 7 bestimmen. Die von der Steuerschaltung 9 ermittelte Anblastemperatur T_A und Temperaturdifferenz ΔT wird über die Schnittstelle 10 an den Board Management Controller 3 bereitgestellt. Aufgrund der symmetrischen Anordnung der Sensoren 8a bis 8d an dem Kühlkörper 5 kann die Steuerschaltung durch Ermittlung von Minimal- bzw. Maximalwerten der Sensoren 8a bis 8d selbst die Flussrichtung des Kühlmittelstroms 7 bestimmen. Der Kühlmittelstrom 7 tritt dort in den Kühlkörper 5 ein, wo die niedrigste Temperatur gemessen wird und verlässt ihn im Bereich der Sensoren mit höherer gemessener Temperatur.
Zusätzlich kann der Temperatursensor 8e im Bereich einer Bodenplatte des Kühlkörpers 4 dazu verwendet werden, die Temperatur des Gehäuses des Prozessors 2 unmittelbar zu ermitteln. Die von dem Temperatursensor 8e ermittelte Prozessortemperatur wird über die Steuerschaltung 9 ausgewertet und über die Schnittstelle 10 an den Board Management Controller 3 bereitgestellt. Durch den Board Management Controller 3 kann die ermittelte Prozessortemperatur 2 beispielsweise mit einer für den Prozessor 2 festgelegten und in dem elektronischen System gespeicherten Maximaltemperatur verglichen werden. Auf diese Weise kann eine thermische Überhitzung des Prozessors 2 frühzeitig erkannt werden, insbesondere bevor ein Ansteigen einer absoluten Temperatur an den Sensoren 8a bis 8d oder einer Temperaturdifferenz zwischen den Temperatursensoren 8a und 8b sowie 8d und 8c erkannt wird.
Ausgehend von den bestimmten Temperaturen steuert der Board Management Controller 3 den Lüfter 6 über einen Lüfteranschluss 13 an. Beispielsweise kann eine Drehzahl des Lüfters 6 über eine Spannungsregelung oder eine Pulsweitenmodulation eines über den Lüfteranschluss 13 abgegebenen Signals gesteuert werden.
In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführung wird allein die mittels eines in die Bodenplatte eines Kühlkörpers 5 integrierten Temperatursensors 8e erfasste Temperatur T_P an die Steuerschaltung 9 bereitgestellt und durch diese ausgewertet. In dieser Ausgestaltung erfolgt die Regelung der Kühlvorrichtung 4 allein aufgrund der an der Bodenplatte des Kühlkörpers 5 bestimmten Prozessortemperatur T_P, sowie gegebenenfalls weiteren, über den Board Management Controller 3 bereitgestellten thermischen Daten.
3 zeigt ein Steuerverfahren, das beispielsweise zur Kühlung des in der 2 dargestellten elektronischen Systems geeignet ist.
Das Steuerverfahren 30 umfasst Schritte 31a bis 31e zur Bestimmung von Temperaturen T₁ bis T₅ der Temperatursensoren 8a bis 8e. In einem Schritt 32 wird eine Anblastemperatur T_A durch die Steuerschaltung 9 bestimmt. Beispielsweise kann die Anblastemperatur T_A durch Minimalwertbestimmung oder Mittelwertbestimmung der Temperaturen T₁ und T₂ bestimmt werden.
In einem optionalen Schritt 33 wird die Temperaturdifferenz ΔT des Kühlmittelflusses 7 beim Durchströmen des Kühlkörpers 5 bestimmt. Beispielsweise kann die absolute Differenz zwischen den Mittelwerten gebildet aus T₁ und T₂ einerseits sowie T₃ und T₄ andererseits bestimmt werden.
In einem weiteren optionalen Schritt 34 wird die Temperatur T_P der Wärme erzeugenden Komponente, insbesondere des Prozessors 2, bestimmt. Hierzu wird beispielsweise die Temperatur T₅ mit einer geeigneten Eichwerttabelle verknüpft, die die Wärmeübertragung von dem Prozessor 2 zu der Bodenplatte des Kühlkörpers 5 beschreibt.
Die in den Schritten 32, 33 und 34 bestimmten Werte werden dann entweder von der Steuerschaltung 9 weiter ausgewertet oder zur Auswertung über die Schnittstelle 10 an den Board Management Controller 3 bereitgestellt.
Optional werden in einem Schritt 35 weitere Daten, insbesondere eine Auslastung des Prozessors 2, eine momentane Drehzahl des Lüfters 6 sowie minimale, maximale sowie Sollbetriebsdaten der einzelnen Komponenten des elektronischen Systems, an die Steuerschaltung 9 oder den Board Management Controller 3 bereitgestellt. Beispielsweise können die Art und die Betriebsart eines verwendeten Prozessors 2, die Art und die möglichen Lüfterdrehzahlen eines Lüfters 6 oder weitere Daten von individuellen Komponenten oder aus einem Speicher des Board Management Controllers 3 oder der Steuerschaltung 9 abgerufen werden.
In einem weiteren Schritt 36 wird eine Sollkühlleistung P basierend auf den zuvor bestimmten Temperaturen und Daten der verwendeten Komponenten bestimmt. Hierzu können insbesondere thermische Modelle, die von dem Hersteller der Wärme erzeugenden Komponente 2 bereitgestellt werden, berücksichtigt werden.
In einem Schritt 37 wird ein geeignetes Steuersignal U zur Ansteuerung des Lüfters 6 basierend auf der erforderlichen Kühlleistung P bestimmt und über den Lüfteranschluss 13 bereitgestellt. Beispielsweise kann über die Bereitstellung eines pulsweitenmodulierten Signals eine gewünschte Lüfterdrehzahl des Lüfters 6 eingestellt werden.
Gemäß weiteren, in der 3 nicht dargestellten optionalen Verfahrensschritten können die Steuerschaltung 9 oder der Board Management Controller 3 eine tatsächlich gemessene Anblastemperatur T_A, eine Prozessortemperatur T_P oder eine Temperaturdifferenz ΔT mit einer aufgrund eines thermischen Modells vorhergesagten Anblastemperatur T_A', einer Prozessor temperatur T_P' oder einer Temperaturdifferenz ΔT' vergleichen.
Wird eine über einem vorherbestimmten Grenzwert liegende Abweichung zwischen den tatsächlich gemessenen und den aufgrund des thermischen Modells bestimmten Werten ermittelt, beispielsweise wenn die Prozessortemperatur T_P trotz niedriger Anblastemperatur T_A des Kühlmittelflusses 7 schnell ansteigt, kann dies ein Hinweis auf einen Ausfall von Komponenten der Kühlvorrichtung 4 darstellen. Beispielsweise kann der Lüfter 6 blockiert sein, oder ein Hindernis den Kühlmittelfluss 7 ganz oder teilweise blockieren. In diesem Fall können geeignete Maßnahmen ergriffen werden, um eine Überhitzung der Wärme erzeugenden Komponente zu verhindern. Beispielsweise kann der Prozessor 2 durch Anlegen eines geeigneten Steuersignals durch den Board Management Controller 3 auf einen niedrigeren Arbeitstakt herabgesetzt oder angehalten werden. Alternativ oder zusätzlich ist auch die Übermittlung eines geeigneten Warnsignals an eine interne oder externe Überwachungsvorrichtung für das elektronische System möglich.
Anstelle der in den 1 und 2 dargestellten luftgekühlten Systeme kann die zuvor beschriebene Lösung auch in flüssigkeitsgekühlten Systemen Anwendung finden. Beispielsweise kann ein zur Kühlung einer Wärme erzeugenden Komponente eingesetzter Wärmetauscher mit einem eingangsseitigen und/oder einem ausgangsseitigen Temperatursensor und einer integrierten Steuerschaltung versehen werden. Über den eingangsseitigen Temperatursensor kann eine Temperatur eines Kühlmittelflusses vor Durchströmen des Wärmetauschers ermittelt werden. Über den ausgangsseitigen Temperatursensor können eine Temperatur des Kühlmittelflusses nach Durchströmen des Wärmetauschers und somit auch eine Temperaturdifferenz zwischen Ein gang und Ausgang des Wärmetauschers ermittelt werden. Über die Steuerschaltung 9 können die ermittelten Temperaturen und gegebenenfalls Temperaturdifferenzen an einen Board Management Controller 3 eines elektronischen Systems übermittelt werden, der bereitgestellte Daten zur Steuerung des elektronischen Systems und insbesondere dessen Kühlung weiter auswertet oder überwacht.
Darüber hinaus können die einzelnen Merkmale der unterschiedlichen beschriebenen Kühlvorrichtungen und Verfahren miteinander kombiniert werden. Beispielsweise kann die integrierte Kühlvorrichtung 4 gemäß 1 mit weiteren Temperatursensoren gemäß 2 versehen werden. Umgekehrt kann auch der Kühlkörper 5 mit einem einzelnen Temperatursensor 8 gemäß 1 in einem Kühlsystem mit einem gesonderten Systemlüfter 6 nach 2 Verwendung finden.

1: Systemplatine
2: Prozessor
3: Board Management Controller
4: Kühlvorrichtung
5: Kühlkörper
6: Lüfter
7: Kühlmittelfluss
8: Temperatursensor
9: Steuerschaltung
10: Schnittstelle
11: Steuerleitung
12: Kühlkörperanschluss
13: Lüfteranschluss

Claims

Kühlkörper (5) zur Kühlung eines Wärme erzeugenden Bauteils eines elektronischen Systems, umfassend – wenigstens eine erste Oberfläche zum Aufnehmen thermischer Energie von dem Wärme erzeugenden Bauteil, – wenigstens eine zweite Oberfläche zum Abgeben der aufgenommenen thermischen Energie an einem Kühlmittelfluss (7), – wenigstens einen auf der zweiten Oberfläche angeordneten und in den Kühlkörper (5) integrierten ersten Temperatursensor (8) zur Erfassung einer Temperatur (T_A) des Kühlmittels und – wenigstens eine Steuerschaltung (9) zur Auswertung der erfassten Temperatur (T_A) und zum Austauschen von Daten mit einer Managementkomponente (3) des elektronischen Systems.
Kühlkörper (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Oberfläche derart ausgestaltet ist, dass das Kühlmittel den Kühlkörper (5) im Betrieb durchströmt und der erste Temperatursensor (8) derart auf der zweiten Oberfläche angeordnet ist, dass er die Temperatur des Kühlmittels vor dem Durchströmen des Kühlkörpers (4) erfasst.
Kühlkörper (5) nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch wenigstens einem auf der zweiten Oberfläche angeordneten und in den Kühlkörper (5) integrierten zweiten Temperatursensor (8) zur Erfassung einer Temperatur des Kühlmittels, wobei der zweite Temperatursensor (8) derart auf der zweiten Oberfläche angeordnet ist, dass er die Temperatur des Kühlmittels nach dem Durchströmen des Kühlkörpers (4) erfasst.
Kühlkörper (5) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Temperatursensor (8) symmetrisch auf der zweiten Oberfläche angeordnet sind und die Steuerschaltung (9) dazu eingerichtet ist, die Richtung des Kühlmittelflusses (7) durch den Kühlkörper (5) selbstständig zu bestimmen.
Kühlkörper (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch wenigstens einen auf der ersten Oberfläche angeordneten und in den Kühlkörper (5) integrierten dritten Temperatursensor (8) zur Erfassung einer Temperatur der Wärme erzeugenden Komponente.
Kühlkörper (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Oberfläche als wenigstens eine Kühlrippe ausgestaltet ist und im Betrieb von einem gasförmigen Kühlmittel, insbesondere Luft, umströmt wird.
Kühlkörper (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Oberfläche als wenigstens ein Wärmetauscher ausgestaltet ist und im Betrieb von einem flüssigen Kühlmittel, insbesondere Wasser, durchströmt wird.
Kühlkörper (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (9) einen Mikrocontroller mit wenigstens einem mit dem ersten Temperatursensor (8) verbundenen Eingang und wenigstens einer digitalen Schnittstelle (10) zur Übermittlung der ermittelten Temperatur an die Managementkomponente (3) des elektronischen Systems umfasst.
Kühlkörper (5) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die digitale Schnittstelle (10) zur bidirektionalen Kommunikation eingerichtet ist und der Mikrocontroller des Weiteren dazu eingerichtet ist, Daten betreffend das thermische Verhalten des elektronischen Systems von der Managementkomponente (3) abzurufen.
Kühlkörper nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocontroller einen Speicher zum Speichern von Bauteildaten, Leistungsdaten und/oder Steuerparameter zur Steuerung des Kühlmittelflusses (7) für den Kühlkörper (5) aufweist.
Elektronisches System mit wenigstens einem Wärme erzeugenden Bauteil und wenigstens einem auf dem Wärme erzeugenden Bauteil angeordneten Kühlkörper (5) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10.
Elektronisches System nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch ein Förderelement zum Erzeugen des Kühlmittelflusses (7) sowie eine Regelschaltung, die mit der Steuerschaltung (9) und/oder der Managementkomponente (3) verbunden und dazu eingerichtet ist, das Förderelement in Abhängigkeit der Temperatur des Kühlmittels anzusteuern.
Elektronisches System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (9) und/oder die Managementkomponente (3) dazu eingerichtet sind, basierend auf der ausgewerteten Temperatur und einer Einstellung der Regelschaltung eine Störung im Kühlmittelfluss (7), insbesondere einen Ausfall des Förderelementes, zu erkennen.