JP2020149657A - 基地局用の能動的なスマート放熱システム - Google Patents

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Abstract

【課題】基地局用の能動的なスマート放熱システムを提供する。【解決手段】通信システムの温度センサー信号を検出するための測定モジュール４と、測定モジュールにより感知された温度センサー４１信号を受信し、プリセット温度信号を設定し、温度センサー信号及びプリセット温度信号に基づいて、温度センサー信号とプリセット温度信号の間の差分値及び差分値の時間関数を生成し、差分値及び差分値の時間関数に基づいて制御プログラムを実行し、制御信号を出力するための制御器１と、制御信号を受信し、制御信号によって対応する電気信号を放熱モジュール３に出力する電力モジュール２と、を備える。放熱モジュールは、電気信号によって、更なる通信システムについて放熱する。【選択図】図１

Description

本発明は放熱システムに関し、特に、基地局用の能動的なスマート放熱システムに関する。
通信システム基地局の性能が向上し続けるにつれて、その体積は比較的縮小し続ける傾向にある。このような場合に、多くの高性能チップ又は電子部品は、狭い密封環境で動作する必要がある。しかし、これらの厳しい環境で動作することは、チップ又は電子部品の放熱（Heat dissipation）が悪いため、熱暴走を更に引き起してしまう恐れがある。したがって、現在多数の通信システムの基地局は、屋内に設置されており、少数の基地局のみが屋外に設置されている。しかし、多数の屋内基地局で使用される放熱方法としては、空調で屋内の温度を下げ、そして、基地局における温度低減が必要とされる電子部品に強制対流方式で冷気を輸送する。これに対して、屋外に位置する基地局には、基地局の付近に冷房設備を設け、延長された輸入管を通じて基地局に冷気を導入させて放熱を助ける。
現在の基地局に使用されている放熱方法は、まず、冷気を利用して基地局が位置している環境温度を下げてから、冷気を発熱部品の位置に誘導する。自然対流又は強制対流によって発熱部品の位置に冷気を誘導する。しかし、このような方法において、最大の欠点は、冷気の吹出口から吹き出される最低温度の冷気を直接に発熱部品に効果的に放熱することができず、代わりに、冷房から送出される冷気が環境温度と混合されてから、発熱部品に対する放熱が実行される。したがって、狭い密封環境においてチップの放熱問題が生じるという課題を解決するため、本発明は、スマート制御システムを、特別に設計される放熱モジュール（Thermal Module）と組み合わせることを利用することで、放熱性能を向上させる。
以上のような従来の欠点に鑑み、同時に上記放熱の問題を改善するため、本発明は、インテリジェントに冷却チップとファンを制御することによって、以上の欠点を解決し、基地局用の能動的なスマート放熱システムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る基地局用の能動的なスマート放熱システムによれば、通信システムの温度センサー信号を検出するための測定モジュールと、測定モジュールにより感知された温度センサー信号を受信し、プリセット温度信号を設定し、温度センサー信号及びプリセット温度信号に基づいて、温度センサー信号とプリセット温度信号の間の差分値及び差分値の時間関数を生成し、差分値及び差分値の時間関数に基づいて制御プログラムを実行して、制御信号を出力するための制御器と、制御信号を受信し、制御信号によって対応する電気信号を放熱モジュールに出力する電力モジュールと、を備え、放熱モジュールは電気信号によって更なる該当通信システムに対して放熱する。
本発明に係る基地局用の能動的なスマート放熱システムにおいて、制御器は、演算ユニット、電圧・電流用入出力インターフェース及び温度キャプチャインターフェースを備える。
本発明に係る基地局用の能動的なスマート放熱システムにおいて、制御器は、１つ以上の差分値及び差分値の時間関数を同時に受け取り、処理し、出力することができる。
本発明に係る基地局用の能動的なスマート放熱システムにおいて、放熱モジュールは、少なくとも冷却チップ（Cooling Chip）、温度均等化プレート、ファン及びヒートパイプを備える。
本発明に係る基地局用の能動的なスマート放熱システムにおいて、制御器、測定モジュール及び通信システムは互いに電気的に接続されるが、放熱モジュールは通信システムと電気的に接続され、かつ通信システムの温度低減を制御するために使用される。
本発明に係る基地局用の能動的なスマート放熱システムにおいて、制御プログラムは、差分値及び差分値の時間関数を処理するための適応的ウェーブレットニューラル（ＡＷＮＮ：Adaptive Wavelet Neural Network）アルゴリズムと、測定モジュールにより感知された相転移温度に基づいて、差分値及び差分値の時間関数を処理するための適応ファジー制御アルゴリズムとを含む。
本発明に係る温度制御方法は、通信システムの温度を検出し、通信システムの温度制御を行うための温度制御方法である。当該温度制御方法は、上記基地局用の能動的なスマート放熱システムを利用し、測定モジュールを用いて、通信システムの温度センサー信号を検出するステップと、測定モジュールにより感知された温度センサー信号を受信し、プリセット温度の信号を設定し、温度センサー信号及びプリセット温度信号に基づいて、温度センサー信号とプリセット温度信号の間の差分値及び差分値の時間関数を生成し、制御器において、差分値及び差分値の時間関数に基づいて制御プログラムを実行し、制御信号を出力するステップであって、制御プログラムは、差分値及び差分値の時間関数を処理するための適応的ウェーブレットニューラルネットワークアルゴリズムと、測定モジュールにより感知された相転移温度に基づいて、差分値及び差分値の時間関数を処理するための適応ファジー制御アルゴリズムを含むステップと、電力モジュールを通じて制御信号を受信し、制御信号によって対応する電気信号を放熱モジュールに出力するステップを含み、放熱モジュールは電気信号に基づいて、更なる通信システムについて放熱する。
本発明に係る温度制御方法において、制御器は、演算ユニット、電圧・電流用入出力インターフェース及び温度キャプチャインターフェースを備える。
本発明に係る温度制御方法において、制御器は、１つ以上の差分値及び差分値の時間関数を同時に受け取り、処理し、出力できる。
本発明に係る温度制御方法において、放熱モジュールは、少なくとも冷却チップ、温度均等化プレート、ファン及びヒートパイプを備える。
以上の概略及び後続の詳細な説明や添付図面は、いずれも、本発明が所定の目的を達成するため採択した方式、手段及び効果をより詳しく説明するためのものである。以下に、本発明に関わる他の目的及び利点については、後続の説明及び図面で説明される。
本発明における局用能動的なスマート放熱システムの概略図である。 適応ファジー制御の制御ループ図の概略図である。 ウェーブレットニューラルの制御ループ図の概略図である。
以下は、特定な具体例を参照しながら本発明の実施形態について詳述する。当業者であれば本発明の開示内容から、本発明の利点及び効果を容易に理解できる。
図１は、基地局用の能動的なスマート放熱システムの概略図である。基地局用の能動的なスマート放熱システムは、通信システム、制御器１、電力モジュール２、放熱モジュール３及び測定モジュール４を含む。制御器１は、演算ユニット１１、電圧・電流用入出力インターフェース１２、温度キャプチャインターフェース１３を含む。演算ユニット１１は制御プログラムを実行する。制御プログラムは、ウェーブレットニューラルネットワーク（ＷＮＮ：Wavelet Neural Network）アルゴリズム又は適応ファジー制御アルゴリズムである。したがって、演算ユニット１１がウェーブレットニューラルネットワークアルゴリズム又は適応ファジー制御アルゴリズムを利用することによって、適応法則における自己学習からファジーを導出することによって、制御器１に好ましい制御応答を得ることができる。そして、このような好ましい制御応答によって、基地局用の能動的なスマート放熱システムは、温度が早く収束するという特性を達成する。電圧・電流用入出力インターフェース１２は、演算ユニット１１が出力した制御信号を受信し、受信した制御信号を電力モジュール２に出力する。温度キャプチャインターフェース１３は、測定モジュール４によって測定された通信システムの温度センサー信号を受信し、その温度センサー信号を演算ユニット１１に送信する。
本発明の基地局用の能動的なスマート放熱システムでは、電力モジュール２は、電圧・電流用入出力インターフェース１２からの制御信号を受信した後に、その受信した制御信号によって電気信号を放熱モジュール３に出力する。電気信号は、対応する電圧・電流である。放熱モジュール３は冷却チップ、温度均等化プレート（Heat Spreader）、ファン及びヒートパイプを備える。温度均等化プレートは、発熱部品と接続され、発熱部品によって発生する熱エネルギーが、温度均等化プレートに伝達される。温度均等化プレートの一端は、放熱モジュールの低温面と接続され、温度均等化プレートは放熱モジュールと熱交換し、放熱モジュールの高温面はヒートパイプに接続される。熱エネルギーは、ヒートパイプの吸熱ゾーンからヒートパイプの放熱ゾーンに伝達される。熱交換を行うために、ヒートパイプの放熱ゾーンに可変ファンを配置することができ、空気をヒートパイプの放熱ゾーンに通過させる。測定モジュール４は少なくとも１つの温度センサー４１を含む。温度センサー４１は、基地局用の能動的なスマート放熱システムの複数の位置に配置されており、センサー信号を、温度キャプチャインターフェース１３にフィードバックする。好ましい実施例において、制御器１と、測定モジュール４と、通信システムとは互いに電気的に接続されるが、放熱モジュール３は通信システムと電気的に接続され、放熱モジュール３は通信システムの温度低減を制御するために使用される。
他の好ましい実施例において、制御器１は、測定モジュール４により感知された温度センサー信号を受信し、プリセット温度信号を設定し、温度センサー信号及びプリセット温度信号に基づいて、温度センサー信号とプリセット温度信号との間の差分値及び差分値の時間関数を生成し、制御器１において、差分値及び差分値の時間関数に基づいて、制御プログラムを実行し、制御信号を出力する。制御プログラムは、差分値及び差分値の時間関数を処理するための適応ファジー制御アルゴリズムを利用して、あるいは測定モジュール４により感知された相転移温度に基づいて、差分値及び差分値の時間関数を処理する。加えて、制御器１は、１つ以上の差分値及び差分値の時間関数を同時に受け取り、処理し、出力することができる。
図２を参照する。図２は、図１に示された基地局用の能動的なスマート放熱システムの概略図に基づき、適応ファジー制御の制御ループを更に説明する概略図である。制御器１は、適応法則における自己学習からファジーを導出することによって、好ましい制御応答を得ることができる。そして、この制御応答によって、基地局用の能動的なスマート放熱システムは、温度が早く収束するという特性を達成することができる。制御器１は、適応ファジー制御アルゴリズムの動作方法に従って、まず所定のプリセット又は所望の温度値(xd)を受け取り、そしてプリセット又は所望の温度値から、測定モジュール４の温度センサー４１によって感知された温度値(x)を減算する。これによって、e(t)が得られる。e(t)の式は以下のとおりである。
e(t)＝xd(t)−x(t)
そして、減算値(e)及びその微分後の値
Figure 2020149657
 を用いて、スライディングモードにおける安定した滑り面を確立する。滑り面によって生成される制御信号をσ(t)とする。σ(t)の式は以下のとおりである。
Figure 2020149657
 したがって、滑り面によって生成された制御信号σ(t)を、制御器１に出力することができ、制御器１は、等価制御器（Equivalent controller)１４と、衝突制御器（Collision controller）１５と、適応ファジー制御システム（ＡＦＳ：Adaptive Fuzzy System (AFS) controller)１６と、ファジー制御器（Fuzzy controller）１７と、即時応答適応制御器（Online adaptation controller）１８を含む。
したがって、等価制御器１４は、受信した、滑り面(sliding surface)により生成された制御信号σ(t)に基づき、滑り面との間に所定の差を有する第１上限及び第１下限を定義する。これによって、第１上限及び第１下限の境界外の滑り面の制御信号をフィルタリングし、これらの境界外の滑り面の制御信号を無視する。第１上限及び第１下限の境界内の信号は、滑り面の制御信号の適応法則の推定を行って、推定値
Figure 2020149657
 を生成する。推定値
Figure 2020149657
 の式は以下のとおりである。
Figure 2020149657
 衝突制御器１５は、受信した、滑り面によって生成された制御信号σ(t)に基づき、滑り面との間に所定の差を有する第２上限及び第２下限を定義する。第２上限は、等価制御器１４によって定義された第１上限よりも大きく、第２下限は、等価制御器１４によって定義された第１下限よりも小さい。衝突制御器１５は、第２上限及び第２下限の境界外の滑り面の制御信号をフィルタリングし、かつ境界外の滑り面の制御信号を無視する。第２上限及び第２下限の境界内の信号は、その衝突制御器１５により、滑り面の制御信号と等価制御器１４の推定値によって適応的に調整され、第１制御入力(ub)が生成される。第１制御入力は滑り面内でシステム軌道を維持する。第１制御入力(ub)の式は以下のとおりである。
Figure 2020149657
 即時応答適応制御器１８は、即時滑り面の制御信号(σ)に基づき、滑り面と平行で、かつ所定の差を有する瞬間上限及び瞬間下限を定義する。瞬間上限及び瞬間下限の境界は、これらの境界外の滑り面の制御信号をフィルタリングし、これらの境界外の滑り面の制御信号を無視する。瞬間上限及び瞬間下限の境界内の信号(θF)は、ファジー制御器１７に伝達され、ファジー制御器１７は、下記の表に示すように、ファジーで規則を制御する。
Figure 2020149657
 瞬間上限及び瞬間下限の境界内の信号に対して解釈することで、ファジー制御出力信号
Figure 2020149657
 を生成する。ファジー制御出力信号はＡＦＳ制御器に送信され、ＡＦＳ制御器はファジー制御出力信号を受信した後に、ユニバーサル近似定理（Universal Approximation Theorem）を利用して、第２制御入力(uf)を推定する。第２制御入力(uf)の式は以下のとおりである。
Figure 2020149657
 ここで、第２制御入力は制御器１のメイン制御入力であり、第１制御入力は、主に基地局用の能動的なスマート放熱システムの制御信号の制御点への収束を加速させるためのものである。制御器１は、第１制御入力を第２制御入力に加算した後、最終的な制御器１の出力信号(u)が得られる。最終的な制御器１の出力信号(u)の式は以下のとおりである。
u(t)＝uf(t)−ub(t)
制御器１の出力信号は、放熱モジュール３を駆動することでその状態を変化させる。制御器１は、主に等価制御器１４と、衝突制御器１５と、適応ファジー制御システム（ＡＦＳ）１６と、ファジー制御器１７及び即時応答適応制御器１８を含む。なお、本発明は、上記の組み合わせに限定されるものではない。他の実施例において、本発明は、等価制御器１４と衝突制御器１５とで同じ制御機能を実現させることもできる。他の実施例では、等価制御器１４と、衝突制御器１５と、適応ファジー制御システム１６とファジー制御器１７もその組み合わせの１つである。等価制御器１４と、衝突制御器１５と、適応ファジー制御システム１６と、即時応答適応制御器１８も、同じ制御機能を達成することができる制御器１の別の組み合わせである。
図３を参照する。図３は、図１に示された基地局用の能動的なスマート放熱システムの概略図に基づき、ウェーブレットニューラルネットワークの制御ループ図について更に説明する概略図である。ウェーブレットニューラルネットワークアルゴリズムは、滑り面と、即時応答適応制御器１８と、ウェーブレットニューラルネットワーク（ＷＮＮ：Wavelet Neural Network）制御器１９と、適応的ウェーブレットニューラルネットワーク（ＡＷＮＮ：Adaptive ＷＮＮ）制御器２０と、ロバスト補償器（Robust Compensator）２１とを含む。制御器１は、まず所定のプリセット又は所望の温度値(xd)を受け取り、そしてプリセット又は所望の温度値から、基地局用の能動的なスマート放熱システムにおける温度センサー４１によって感知された温度値(x)を減算する。そのe(t)の式は以下のとおりである。
e(t)＝xd(t)−x(t)
そして、減算値(e)及びその微分後の値
Figure 2020149657
 を用いて、スライディングモードにおける安定した滑り面を確立し、滑り面によって生成される制御信号σ(t)とする。σ(t)の式は以下のとおりである。
Figure 2020149657
 したがって、滑り面によって生成された制御信号σ(t)を制御器１に出力することができる。制御器１は、即時応答適応制御器１８と、ウェーブレットニューラルネットワーク制御器１９と、適応的ウェーブレットニューラルネットワーク制御器２０と、ロバスト補償器２１を含む。
したがって、即時応答適応制御器１８は、即時の滑り面により生成された制御信号σ(t)に基づき、ウェーブレットニューラルネットワークにおける各ウェーブレット層と各ウェーブレット層の間のニューロン設定加重値(θjo)を定義する。その加重値はウェーブレットニューラルネットワーク制御器１９に出力され、ウェーブレットニューラルネットワーク制御器１９は、各ウェーブレット層と各ウェーブレット層の間のニューロンの加重値によって即時の滑り面の制御信号(σ)を調整する。加重を調整した後の制御信号(uWNN)はメイン制御信号であり、メイン制御信号は適応的ウェーブレットニューラルネットワーク制御器２０に出力される。制御信号(uWNN)の式は以下のとおりである。
Figure 2020149657
 適応的ウェーブレットニューラルネットワーク制御器２０は、加重調整後の制御信号を受信するとともに、ロバスト補償器２１から出力されるロバスト補償信号(uRC)を受信する。このロバスト補償信号は、滑り面によって、信号と滑り面の間の差分値を制御することで得られるものである。ロバスト補償信号(uRC)の式は以下のとおりである。
uRC(t)＝(2R2)-1(R2＋I)σ(t)
したがって、ロバスト補償信号は、滑り面の制御信号と滑り面との間に差があるときに、滑り面内でシステム軌道を維持するようにシステムに制御力を提供し、そして、適応的ウェーブレットニューラルネットワーク制御器２０は加重調整後の制御信号(uWNN)及びロバスト補償信号(uRC)を受信した後に、両信号を足し合わせて、最終的なウェーブレットニューラルネットワーク制御器１９の制御信号を放熱モジュール３に出力し、放熱モジュール３を駆動することで状態を変化させて、制御器１から出力される制御信号(u又はu(t)）を受信した後、放熱モジュール３が、受信した制御信号によってファン又は冷却チップの動作状態を変化させることにより、通信システムの放熱効率又温度は、時間又は位置と共に変化することができる。温度センサー４１は、放熱モジュール３の動作中に温度検知信号をフィードバックすることができる。その結果、制御器１は、フィードバックされた温度検知信号によって計算及び調整を実行することができる。
本発明の温度制御方法の一実施例では、受信した温度検知信号は、システム内の１つ以上の信号源からのものとすることができる。例えば、本発明の基地局用の能動的なスマート放熱システムは、１つ以上の温度センサー４１を含むことができ、システム内の１つ以上の異なる位置の温度検知信号をフィードバックさせ、制御方法の入力として使用してもよい。本開示の温度制御方法の一実施例では、制御方法は、１つ以上の放熱モジュール３にそれぞれ送信される１つ以上の出力制御信号u(t)を含むことができる。例えば、本システムは１つ以上の冷却チップ又は可変ファンを含むことができ、そして、これらの放熱モジュールを同じ制御方法によって制御することができる。
以上の内容は、本発明における好ましい実施形態に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではないことに留意されたい。当業者であれば、本発明の精神の範囲から逸脱することなく、本発明の構想に基づいて変更を加える場合、例えば、構成又は配置形態を変更することや、様々な変更、修正や応用から得られる同様の作用は、いずれも特許請求の範囲に属する。
１ 制御器
２ 電力モジュール
３ 放熱モジュール
４ 測定モジュール
１１ 演算ユニット
１２ 電圧・電流用入出力インターフェース
１３ 温度キャプチャインターフェース
１４ 等価制御器
１５ 衝突制御器
１６ 適応ファジー制御システム
１７ ファジー制御器
１８ 即時応答適応制御器
１９ ウェーブレットニューラルネットワーク（ＷＮＮ）制御器
２０ 適応的ウェーブレットニューラルネットワーク（ＡＷＮＮ）制御器
２１ ロバスト補償器
４１ 温度センサー

Claims (10)

  1. 通信システムの温度センサー信号を検出するための測定モジュールと、
    前記測定モジュールにより感知された前記温度センサー信号を受信し、プリセット温度信号を設定し、前記温度センサー信号及び前記プリセット温度信号に基づいて、前記温度センサー信号と前記プリセット温度信号の間の差分値及び差分値の時間関数を生成し、当前記差分値及び前記差分値の時間関数に基づいて制御プログラムを実行し、制御信号を出力するための制御器と、
    前記制御信号を受信し、前記制御信号によって対応する電気信号を放熱モジュールに出力する電力モジュールと、
    を備え、前記放熱モジュールは、前記電気信号に基づいて、更なる前記通信システムについて放熱することを特徴とする基地局用の能動的なスマート放熱システム。
  2. 前記制御器は、演算ユニット、電圧・電流用入出力インターフェース及び温度キャプチャインターフェースを備えることを特徴とする請求項１に記載の基地局用の能動的なスマート放熱システム。
  3. 前記制御器は、１つ以上の前記差分値及び前記差分値の時間関数を同時に受け取り、処理し、出力することができることを特徴とする請求項１に記載の基地局用の能動的なスマート放熱システム。
  4. 前記放熱モジュールは、少なくとも冷却チップ、温度均等化プレート、ファン及びヒートパイプを備えることを特徴とする請求項１に記載の基地局用の能動的なスマート放熱システム。
  5. 前記制御器、前記測定モジュール及び前記通信システムは互いに電気的に接続され、前記放熱モジュールは前記通信システムと電気的に接続され、かつ前記通信システムの温度低減を制御するために使用されることを特徴とする請求項１に記載の基地局用の能動的なスマート放熱システム。
  6. 前記制御プログラムは、前記差分値及び前記差分値の時間関数を処理するための適応的ウェーブレットニューラルネットワークアルゴリズムと、前記測定モジュールにより感知された相転移温度に基づいて、前記差分値及び前記差分値の時間関数を処理するための適応ファジー制御アルゴリズムとを含むことを特徴とする請求項１に記載の基地局用の能動的なスマート放熱システム。
  7. 通信システムの温度を検出し、前記通信システムの温度制御を行うための温度制御方法であって、当該方法は、請求項１に記載の基地局用の能動的なスマート放熱システムを利用して、
    Ａ．前記測定モジュールを用いて、前記通信システムの温度センサー信号を検出するステップと、
    Ｂ．前記測定モジュールにより感知された前記温度センサー信号を受信し、前記プリセット温度信号を設定し、前記温度センサー信号及び前記プリセット温度信号に基づいて、前記温度センサー信号と前記プリセット温度信号の間の前記差分値及び前記差分値の時間関数を生成し、前記制御器において、前記差分値及び前記差分値の時間関数に基づいて前記制御プログラムを実行して前記制御信号を出力するステップであって、前記制御プログラムは、前記差分値及び前記差分値の時間関数を処理するための適応的ウェーブレットニューラルネットワークアルゴリズムと、前記測定モジュールにより感知された温度に基づいて、前記差分値及び前記差分値の時間関数を処理するための適応ファジー制御アルゴリズムとを含むステップと、
    Ｃ．前記電力モジュールを通じて前記制御信号を受信し、前記制御信号によって対応する前記電気信号を前記放熱モジュールに出力する放熱するステップと、
    を含み、
    前記放熱モジュールは前記電気信号に基づいて、更なる前記通信システムについて放熱する温度制御方法。
  8. 前記制御器は、演算ユニット、電圧・電流用入出力インターフェース及び温度キャプチャインターフェースを備えることを特徴とする請求項７に記載の温度制御方法。
  9. 前記制御器は、１つ以上の前記差分値及び前記差分値の時間関数を同時に受け取り、処理し、出力できることを特徴とする請求項７に記載の温度制御方法。
  10. 前記放熱モジュールは、少なくとも冷却チップ、温度均等化プレート、ファン及びヒートパイプを備えることを特徴とする請求項７に記載の温度制御方法。
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