JP2005045997A - 高度センサを用いたファン速度の制御 - Google Patents

Abstract

【課題】 電子システムがその動作高度を検出し、それに従って応答することを可能にする。
【解決手段】 可変速度で稼動するように構成されたファン（１００）と、前記ファン（１００）の速度を制御するように前記ファン（１００）と電気接続された変換器（１１４）とを備え、前記変換器（１１４）は、高度（１１８）を受け取り、前記高度（１１８）から計算されるファン速度制御信号（１１６）を前記ファン（１００）に出力することを特徴とする、装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、包括的には、冷却技術の分野に関し、より具体的には、冷却効率がファン速度および高度に関連するデバイス格納筐体（電子装置格納筐体）内での冷却技術の分野に関する。
［関連出願の相互参照］
本願は、２００３年７月２５日に提出された「Technique for Sensing Altitude for Fan Speed」と題する米国出願第１０／６２７，４９６号に関連する。米国出願第１０／６２７，４９６号は、適切なプロセッサ熱マージンを可能にするのに十分なファン速度を設定するための方法においてファン速度から計算される高度を用いる技術を開示および請求している。

海面より上に高度が上がるにつれて、大気密度は減少する。この大気密度の減少は、所与の速度で稼動しているファンの冷却能力の低下の原因となる。高度が上がるほど空気が少なくなるため、所与のファン速度において、より低い高度にある同じシステムに存在すると考えられるよりも少ない空気分子が、発熱デバイス（発熱する装置）上を通過するであろう。この事実は、システム仕様の特性付けを行うことを求める設計者に問題を提示する。なぜなら、海面の高度で良好に動作する所与の構成は、高度が上がると冷却力がかなり悪化し、それによって、電子デバイスによっては、その熱設計マージン内ではもはや動作しない可能性があるからである。

設計者は、通常、すべての高度においてシステムの十分な冷却を要求することによって、この問題を解決している。しかし、この解決策は、海面で動作するシステムには最適ではない。なぜなら、海面の高度での空気冷却が向上するため、同じシステムが、海面で過剰に高い周波数で動作する場合があるからである。システム性能は、高い高度のシステムのファンがより速く稼動することを要求することによって、すべての高度で維持される場合があるが、これには高度を知る必要がある。最初にシステムを用いる際、ユーザに高度情報の入力を要求することは確かに可能であるが、この手法ではエラーを生じやすい。

電子システムがその動作高度を検出し、それに従って応答することを可能にする方法が当該技術分野で求められている。

発熱デバイス（発熱するデバイス）の特性付けを行って、ＤＣ冷却ファンの速度と、発熱デバイスの熱マージンとの関係が求められる。ＤＣファンの速度はその入力電圧に対してほぼ線形である（ほぼ比例する）ため、ファンの速度は、冷却要求に必要な速度を提供するように、システム内で調整されることができる。高度は、変換器に入力され、変換器は、発熱デバイスの特性付けを用いて、発熱デバイスをその動作範囲内の温度に冷却させるのに必要なその高度でのファン速度を求める。次に、変換器は、ＤＣファンに供給される電圧を制御し、必要なファン速度を引き出す。

本発明の他の態様および利点は、本発明の原理を例によって示す添付図面と共に考えられる、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

図１は、本発明によるＤＣファンおよび変換器の図である。本発明の例示的な実施形態では、ファンブレード１０４、モータ１０２、および電気ポート１０８を有するＤＣファン１００が、発熱デバイスを冷却するために設けられている。任意選択で、ＤＣファン１００は、付加デバイス（付加装置）を用いずに、ファン１００自体からその回転速度を出力する機能を有することができる。あるいは、ファンブレード１０４（ファンの羽根部）をカウントする光電子デバイスなどの速度センサ１０６は、回転速度を出力する機能のないＤＣファン１００に用いることができる。さらに任意選択で、ファンからの速度データ１１０または速度センサからの速度データ１１２は、変換器１１４に入力される。変換器１１４はまた、ユーザまたは他のソース(高度信号発生源)から高度入力１１８を受け取る。本発明の範囲では、この高度は、広範囲な様々なソースからもたらされる可能性があることに留意されたい。変換器１１４は、高度と、所与の冷却量に必要なファン速度との間の関係に従って、ファン速度に対して発熱デバイスの熱マージンの特性付けを行うことによって得られるデータを用いてプログラムされる。次に、変換器１１４は、制御信号１１６をファンに送り、必要なファン速度を達成する。この制御信号１１６は、ファン速度をディジタル的に設定するか、またはファンへのＤＣ電圧入力を単に調整することができる。任意選択で、変換器１１４は、ファン速度自体を監視し、受け取るファン速度データが、ファンが必要なファン速度で動作していることを示すまで、必要に応じて制御信号１１６を調整することができる。簡単および明確のため、図１は、単体の変換器デバイス１１４（変換器装置）を示しているが、本発明の他の実施形態は、ＤＣファン１００によって冷却されるデバイス全体内にある他の電子デバイスの変換器機能を有してもよい。たとえば、ＤＣファン１００によって冷却されるコンピュータシステムでは、変換器機能は、プロセッサチップに内蔵されるか、またはコンピュータオペレーティングシステム下のソフトウェアで動作してもよい。変換器１１４の物理的な位置および構成は、本発明に重要ではなく、変換器１１４の機能は、システムエンジニアが所望する場所であればいずれの場所でも実施することができる。ＤＣファンの特性付けデータのサンプルは、図２に示される。

図２は、本発明の例示的な実施形態における、ファン回転速度と高度との関係を示すグラフである。大気は、海面よりも高い高度では密度が薄いため、定電圧で供給されるＤＣファン１００は、高度が上がるほど高いレートで回転するであろう。回転速度と高度とのこの関係の例示的なグラフは、図２に示される。このＤＣファン１００の特性付けの例示的なグラフでは、横軸２０４は、フィートで測定される海面からの高度を示し、縦軸２０２は、１分当たりの回転数（ＲＰＭ）で測定される回転ファン速度を示す。なお、１フィートは約30.48cmである。この例示的な実施形態では、特性付けデータ２００は、直線で表される。言うまでもなく、本発明の実施形態の大半は、様々な高度に関連する様々な大気圧におけるファン速度データを取り、曲線が、そのデータに適合するであろう。この曲線は、場合によっては線形であってよいが、他の曲線も本発明の範囲内で特性付けデータに合う場合もある。

この例の特性付けグラフでは、第１のデータ点２１４において、ＤＣファン１００は、２５００ＲＰＭ（図２に点２０６で示される）で回転し、第２の点２１６において、２０００フィートの高度（図２に点２０８で示される）にあることに留意されたい。ＤＣファン１００は、１２，０００フィートのより高い高度（図２に点２１２で示される）において、３０００ＲＰＭ（図２で点２１０で示される）で回転する。この特性付けデータのサンプルは線形であるが、他のＤＣファン１００の特性付けは、本発明の範囲内で非線形な特性付けデータとなる場合がある。この特性付けデータは、算術アルゴリズム、ルックアップテーブル、またはファン回転速度が与えられた時に高度の計算を行う他の等価な計算メカニズムまたは方法によって記述されることができる。次に、得られた特性付けデータは、図１に示される変換器１１４にプログラム又は記憶・格納される。

図３は、本発明の例示的な実施形態におけるファン回転速度とプロセッサ熱マージンとの関係を示すグラフである。ファン速度が増加するにつれて、発熱デバイスを流れる空気の量も増加する。この空気流の増加により、より効率的な発熱デバイスの冷却が生じ、発熱デバイスの温度の低下がもたらされる。この関係は、図３にグラフで示される。発熱デバイスの温度との関係を示すこの例示的なグラフでは、横軸３０４は、ＲＰＭで測定されるファン速度を示し、縦軸３０２は、プロセッサにおいて熱マージンとして示され、摂氏（℃）で測定される発熱デバイスの温度を示す。プロセッサ熱マージンは、プロセッサの現在の温度と、最大許容可能温度との温度差である。発熱デバイスの実際の温度が低いと、熱マージンは大きくなる。図３に示される例の熱データ３００は、直線で示されるが、本発明の他の実施形態は、非線形な熱データとなる場合がある。

この例示的な熱グラフでは、第１のデータ点３１４では、２５００ＲＰＭのファン速度（図３に点３０８で示される）であり、プロセッサは、１℃の熱マージン（図３に点３０６で示される）を有し、第２のデータ点３１６では、３０００ＲＰＭのファン速度（図３に点３１２で示される）であり、プロセッサは、８℃の熱マージン（図３に点３１０で示される）を有することに留意されたい。このように、ファン速度が５００ＲＰＭだけ増加すると、プロセッサ熱マージンは７℃増加し、これは、設計によっては、プロセッサ性能に重要である場合がある。

図４は、本発明による高度を用いたファンの制御の例示的な実施形態のフローチャートである。本発明の例示的な実施形態では、所与の高度からファン速度を設定する方法は、開始ステップ４００で始まる。予備ステップ４０２では、発熱デバイス、または発熱デバイス群の特性付けを行って、定入力電圧における回転ファン速度によって測定されるような、発熱デバイス、または発熱デバイス群の高度に対する応答が求められる。本発明のいくつかの実施形態では、個々の発熱デバイスのすべての特性付けを行う必要はないことに留意されたい。所与のデバイスのモデル内でのプロセスのばらつきは、十分に小さく、その所与のモデルのデバイスの１つのサンプルの特性付けによって、そのモデルのすべてのデバイスによって使用可能な特性付けデータを十分に作成することができる。任意選択のステップ４０４では、ファンのＤＣファン速度が検出される。ステップ４０５では、高度が受け取られる。任意選択のステップ４０７では、高度は、必要なファン速度に変換される。ステップ４０６では、発熱デバイスの熱マージンは、ファン速度および高度から計算される。次に、この熱マージンは、所望のファン速度に変換され、ステップ４０８において、現在のファン速度に対してチェック又は比較される。決定ステップ４０８において、熱マージンが十分である場合には、方法は終了ステップ４１０で終了する。熱マージンが十分でない場合には、ファン速度は、ステップ４１２において調整され、方法は終了ステップ４１０で終了する。本発明のいくつかの実施形態では、方法は、他の経路４１４を辿って、ファン速度が測定されるステップ４０４に戻ってもよい。この他の経路４１４を辿ると、システムは、ファン速度のチェックおよび設定を繰り返し、発熱デバイスの十分な冷却に必要な速度でファンの速度を保つことができる。

本発明の上記の記載は、例示および説明の目的で提示された。これは、排他的ではなく、開示されている厳密な形態に本発明を必ずしも限定するものでもなく、他の変更および変形が、上記の教示に照らして可能であってよい。想定される特定の用途に適した、様々な実施形態および様々な変更形態において、当業者が本発明を最良に用いることができるように、本発明の原理およびその実用的な応用を最良に説明するための実施形態が選択され記載された。添付の特許請求の範囲は、従来技術によって制限されることを除いて、本発明の代替の実施形態を含むものとして解釈されるものとする。

本発明は、以下の実施態様を含んでいる。

＜１＞ 可変速度で稼動するように構成されたファン（１００）と、前記ファン（１００）の速度を制御するように前記ファン（１００）と電気接続された変換器（１１４）とを備え、前記変換器（１１４）は、高度（１１８）を受け取り、前記高度（１１８）から計算されるファン速度制御信号（１１６）を前記ファン（１００）に出力することを特徴とする、装置。

＜２＞ 可変速度で稼動するように構成されたファン（１００）と、ファン速度（１１０、１１２）を出力するファン速度検出器（１０６）と、前記ファン速度検出器（１０６）と電気接続された変換器（１１４）とを備え、前記変換器（１１４）は、前記ファン速度（１１０、１１２）および高度（１１８）を受け取り、前記ファン速度（１１０、１１２）および前記高度（１１８）から計算されるファン速度制御信号（１１６）を前記ファン（１００）に出力することを特徴とする、装置。

＜３＞ ファン速度を設定するための方法であって、ａ）ファン速度に対して発熱するデバイスの熱マージンの特性付けを行うステップ（４０２）と、ｂ）高度を受け取るステップ（４０５）と、ｃ）前記高度を必要なファン速度に変換するステップ（４０７）と、ｅ）前記必要なファン速度にファンを設定するステップ（４１２）とを含むことを特徴とする、ファン速度を設定するための方法。

＜４＞ ファン速度を設定するための方法であって、ａ）ファン速度に対して発熱するデバイスの熱マージンの特性付けを行うステップ（４０２）と、ｂ）高度を受け取るステップ（４０５）と、ｃ）ファン速度を測定するステップ（４０４）と、ｄ）前記ファン速度および前記高度を必要なファン速度に変換するステップ（４０６）と、ｅ）前記必要なファン速度にファンを設定するステップ（４１２）とを含むことを特徴とする、ファン速度を設定するための方法。

＜５＞ 高度を受け取るための手段（１１４）と、前記高度から発熱するデバイスの熱マージンを計算するための手段と、所望の熱マージンに対応するファン速度を設定するための手段とを備えることを特徴とする、装置。

本発明は、例えば、コンピュータの冷却ファンの制御に使用可能である。

本発明によるＤＣファンおよび変換器の図である。 本発明の例示的な実施形態におけるファン回転速度と高度との関係を示すグラフである。 本発明の例示的な実施形態におけるファン回転速度とプロセッサ熱マージンとの関係を示すグラフである。 本発明による高度を用いたファンの制御の例示的な実施形態のフローチャートである。

符号の説明

１００ ファン
１０６ ファン速度検出器
１１０、１１２ ファン速度
１１４ 変換器
１１６ ファン速度制御信号
１１８ 高度

Claims (5)

1. 可変速度で稼動するように構成されたファンと、
   前記ファンの速度を制御するように前記ファンと電気接続された変換器とを備え、前記変換器は、高度を受け取り、前記高度から計算されるファン速度制御信号を前記ファンに出力することを特徴とする、装置。
2. 可変速度で稼動するように構成されたファンと、
   ファン速度を出力するファン速度検出器と、
   前記ファン速度検出器と電気接続された変換器とを備え、前記変換器は、前記ファン速度および高度を受け取り、前記ファン速度および前記高度から計算されるファン速度制御信号を前記ファンに出力することを特徴とする、装置。
3. ファン速度を設定するための方法であって、
   ａ）ファン速度に対して発熱するデバイスの熱マージンの特性付けを行うステップと、
   ｂ）高度を受け取るステップと、
   ｃ）前記高度を必要なファン速度に変換するステップと、
   ｅ）前記必要なファン速度にファンを設定するステップとを含むことを特徴とする、ファン速度を設定するための方法。
4. ファン速度を設定するための方法であって、
   ａ）ファン速度に対して発熱するデバイスの熱マージンの特性付けを行うステップと、
   ｂ）高度を受け取るステップと、
   ｃ）ファン速度を測定するステップと、
   ｄ）前記ファン速度および前記高度を必要なファン速度に変換するステップと、
   ｅ）前記必要なファン速度にファンを設定するステップとを含むことを特徴とする、ファン速度を設定するための方法。
5. 高度を受け取るための手段と、
   前記高度から発熱するデバイスの熱マージンを計算するための手段と、
   所望の熱マージンに対応するファン速度を設定するための手段とを備えることを特徴とする、装置。

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