JP4448101B2 - 電子機器の冷却システム、コンピュータおよび冷却方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子機器の筐体内部の熱管理技術に関し、さらに詳細には電子デバイスからの放射熱の影響をパラメータに含めた効率のよい熱管理技術に関する。

ノート型パーソナル・コンピュータ（以下、ノートＰＣという。）は、筐体の内部にＣＰＵ、ビデオ・カード、ＰＣカードなどの多くの電子デバイスを搭載している。それぞれの電子デバイスは、ノートＰＣの作業内容に応じた電流が流れて発熱し、温度が上昇する。主要な電子デバイスには動作中の許容温度を監視する温度センサが設けられている。ノートＰＣでは、温度センサが検出した温度値により冷却ファンの動作を制御して冷却したり、電子デバイスのパフォーマンスを低下させて発熱量を低減させたりして電子デバイスの許容温度を維持する熱管理が行われている。

冷却ファンは、筐体に外気を取り入れて内部の空気を排出することで廃熱する。冷却ファンは通常ノートＰＣに１台だけ用意されており、いずれの電子デバイスも当該冷却ファンにより冷却される。電子デバイスの中でも半導体チップは特に発熱量が多く、許容温度を厳格に維持する必要がある。温度センサは、監視対象とする主要な半導体チップごとに設けられ１台のノートＰＣでは総数が５個〜１０個程度になる。温度センサには、半導体チップのダイに埋め込まれた埋め込み型と半導体チップの外部に取り付けられた外付け型がある。

外付け型はもちろんのこと、埋め込み型であっても温度センサは半導体チップが温度上昇対して最も脆弱な位置（以下、クリティカル・ポイントという。）に直接設けることはできないので、温度センサが検出する温度値はクリティカル・ポイントの温度値（以下、クリティカル温度値という。）より低くなる。クリティカル・ポイントの温度値と温度センサの検出温度値との関係は、半導体チップを筐体内に実装したあとに実験したり、シミュレーションをしたりしてあらかじめ計算しておき、温度センサごとに冷却ファンを制御するための基準設定値を設定する。そして、冷却ファンの動作制御は、温度センサが検出した温度値と基準設定値を比較しながら行われる。

特許文献１は、ＣＰＵと電源回路のそれぞれに温度センサを設け、２つの温度センサが検出した値により冷却ファンのオン／オフ制御や回転数制御を行う技術を開示する。この技術によれば、ＣＰＵの発熱量が少なくて電源回路の発熱量が多いような動作モードのときでも冷却ファンが適切に動作して電源回路を冷却することができる。特許文献２は、システムに着脱可能なオプション機器がある場合に、オプション機器の接続状態に応じて冷却を開始する温度をかえることにより、発熱の大きいオプション機器では早めに冷却を開始し、発熱の小さいオプション機器では、あまり冷却装置を機能させないような温度設定に制御する技術を開示する。

特許文献３は、ＣＰＵやハード・ディスク・ドライブなどの構成情報に応じて冷却ファンの回転数を制御するデータ・ファイルを備えたファン式空冷装置を開示する。この技術によれば、コンピュータ装置の構成状態に応じたファン制御ができるようになる。特許文献４は、各プロセッサの稼働状況をもとに各プロセッサの消費電力と各ファンモータの回転数とを制御するマルチ・プロセッサ・システムの冷却装置を開示する。この技術によれば、装置の発熱量を予測しながら温度制御することができるようになる。
特開２００２−６９９１号公報 特開平１１−８５３２３号公報 特開２００４−２８０１６４号公報 特開平６−３４８３６９号公報

ノートＰＣの筐体内部では、電子デバイスの実装密度が高いため電子デバイス相互間が近接して実装される。たとえば、ｍｉｎｉＰＣＩカードはマザー・ボード上でビデオ・チップの近くに実装される。ｍｉｎｉＰＣＩカードには、半導体チップの温度を監視するために外付け型の温度センサが設けられる。よって、ｍｉｎｉＰＣＩカードを監視する温度センサが検出する温度は、ｍｉｎｉＰＣＩカードからの放射熱だけでなく、ビデオ・チップからの放射熱の影響も受ける。外付け型の温度センサは埋め込み型の温度センサに比べて、他の電子デバイスからの放射熱の影響を受けやすい。

さらに冷却ファンは筐体内に外気を導入して冷却するため、温度センサが検出する温度は筐体外部の環境温度の影響も受ける。冷却ファンの動作制御のための各温度センサに対する基準設定値は、ノートＰＣが２５℃〜２８℃の環境温度で動作することを前提にして設定されている。基準設定値は、冷却ファンの回転数を上昇させる方向に動作状態を変化させてゆくときに使用する温度値と、回転数を低下させる方向に動作状態を変化させてゆくときに使用する温度値との間に差（ヒステリシス）を有している。たとえば、ｍｉｎｉＰＣＩカードを監視する温度センサに関する制御では、冷却ファンを停止から低速回転に移行させる温度が４２℃に設定され、低速回転から停止に移行させる温度が３８℃に設定される。環境温度が３９℃のときにノートＰＣの電源を投入し、ｍｉｎｉＰＣＩカードは動作させないでビデオ・チップだけを動作させる場合に、ｍｉｎｉＰＣＩカードを監視する温度センサがビデオ・チップからの放射熱で４２℃以上の温度を検出すると冷却ファンが低速回転で動作する。

しかしこの状態は、ｍｉｎｉＰＣＩカードは発熱しておらず半導体チップのクリティカル・ポイントは許容温度値以下である。よって、ｍｉｎｉＰＣＩカードに設定された基準設定値で冷却ファンを動作させると過剰冷却になる。さらに、その後ビデオ・チップが動作を停止して温度センサが検出する温度が低下したとしても、環境温度が３９℃であれば、筐体内の温度はそれより下がらないため冷却ファンは停止することができない。よって、温度センサが監視対象ではない近傍の電子デバイスからの放射熱の影響を受けると、対象とする電子デバイスの冷却には有効でない条件で冷却ファンを回転させたり、回転数を上昇させたりして不必要な騒音や電力消費をもたらしてしまう。背景技術は、デバイスの構成情報に基づいたり、それ自体の電力情報に基づいたりして冷却ファンの動作を制御しているが、近傍に実装された電子デバイスからの放射熱を考慮して制御する技術は存在しない。

そこで本発明の目的は、冷却ファンによる強制空冷式の電子機器において、監視対象とする電子デバイス以外の電子デバイスからの放射熱をパラメータに含めて冷却ファンの動作を制御する冷却システムを提供することにある。さらに本発明の目的は、監視対象とする電子デバイス以外の電子デバイスからの放射熱をパラメータに含めて冷却ファンの制御をしたりパフォーマンスの制御をしたりするコンピュータを提供することにある。さらに本発明の目的は、監視対象とする電子デバイス以外の電子デバイスからの放射熱をパラメータに含めてコンピュータを冷却する方法を提供することにある。

電子機器は第１の電子デバイスと第２の電子デバイスを搭載し、それぞれ独立して動作または発熱する。温度センサは第１の電子デバイスを監視するために設けられており、サーマル・アクション・テーブルには、第１の電子デバイスの温度を許容温度値内に納めるための基準設定値が設定されている。第２の電子デバイスは、第１の電子デバイスと温度センサに対して放射熱を与える位置にあるため、温度センサが検出する温度値は第１の電子デバイスの発熱と第２の電子デバイスからの放射熱の影響を受ける。サーマル・アクション・テーブルの基準設定値は、第１の電子デバイス以外の電子デバイスからの放射熱を考慮していないので、基準設定値を使用して冷却ファンの動作を制御すると過剰冷却になる可能性がある。本発明では、第２の電子デバイスが発熱しているときは、制御部が基準設定値を修正した修正温度値を用いて冷却ファンの動作を制御する。

第２の電子デバイスの発熱量が大きいほど温度センサが受ける影響は大きくなる。したがって、第２の電子デバイスの消費電力が大きいほど修正温度値が高くなるようにすると過剰冷却を防ぐことができる。第２の電子デバイスは、複数の電子デバイスの中で第１の電子デバイスと温度センサに最も大きな放射熱を与えるものとして一つだけ選択すれば制御が複雑にならずに放射熱の影響を考慮した制御ができるので都合がよいが、さらにそれに続く大きさの放射熱を与える複数の電子デバイスを選択してより精密な制御をするようにしてもよい。

サーマル・アクション・テーブルの設定値は、対象とする電子デバイスが所定の環境温度の範囲において負荷状態で動作するとき、他の電子デバイスからの放射熱の有無にかかわらず対象とする電子デバイスの温度値を許容範囲に収めるために設定されている。よって、本発明では第１の電子デバイスが負荷状態で動作するときは、制御部は修正温度値ではなく、サーマル・アクション・テーブルの基準設定値を使用する。

第１の電子デバイスがアイドル状態のときは、基準設定値を設定したときの条件となる発熱量より少ない発熱量ではあるが発熱しているので、第２の電子デバイスがアイドル状態または負荷状態のときに冷却ファンを動作させる必要がでてくる。このとき基準設定値より高い修正温度値に基づいて冷却ファンの動作を制御すると、放射熱の影響を排除して冷却ファンの無駄な動作を防ぐことができる。第２の電子デバイスがアイドル状態で動作しているときは、基準設定値より高い第１の修正温度値を使用し、第２の電子デバイスが負荷状態のときは、第１の修正温度値より高い第２の修正温度値を使用して冷却ファンの動作を制御する。

第１の電子デバイスが停止していたり実装されていなかったりする場合は、第２の電子デバイスやその他の電子デバイスからの放射熱で冷却ファンが動作することがないように温度センサをディスエーブルにする。冷却ファンが複数の回転速度で動作が可能であり、サーマル・アクション・テーブルに回転速度ごとに基準設定値が設定されている場合には、制御部はそれぞれの基準設定値に対して修正温度値を適用する。この結果、冷却ファンは必要以上の回転速度で動作することがなくなる。

サーマル・アクション・テーブルの基準設定値を第２の電子デバイスからの放射熱の影響を考慮して修正した修正温度値は、コンピュータの熱管理に使用することができる。コンピュータの熱管理は、冷却能力の調整と発熱量の調整の両面から行われる。前者は冷却ファンのオン／オフ制御および回転数制御で実現され、後者は半導体チップの動作周波数を低下させたり機能を低下させたりするパフォーマンス制御で実現される。修正温度値を使用することで、必要以上に冷却能力を向上させたり、パフォーマンスを低下させたりするような制御がなくなるので、効率のよい熱管理が実現できるようになる。

本発明により、冷却ファンによる強制空冷式の電子機器において、監視対象とする電子デバイス以外の電子デバイスからの放射熱をパラメータに含めて冷却ファンの動作を制御する冷却システムを提供することができた。さらに本発明により、監視対象とする電子デバイス以外の電子デバイスからの放射熱をパラメータに含めて冷却ファンの制御をしたりパフォーマンスの制御をしたりするコンピュータを提供することができた。さらに本発明により、監視対象とする電子デバイス以外の電子デバイスからの放射熱をパラメータに含めてコンピュータを冷却する方法を提供することができた。

図１は、本発明の実施の形態にかかるノートＰＣ１０の外形図で、図２はそのシステム構成を示す概略ブロック図である。ノートＰＣ１０は、外形が表面にキーボードを搭載し内部に電子デバイスを収納した筐体１３と、ＬＣＤ１１とで構成されている。筐体１３の内部には、図２に示す各種の電子デバイスが搭載されている。ＣＰＵ１５は、ノートＰＣ１０の中枢機能を担う演算処理装置で、ＯＳ、ＢＩＯＳ、デバイス・ドライバ、あるいはアプリケーション・プログラムなどを実行する。ＣＰＵ１５は、システム・バスとしてのＦＳＢ(Front Side Bus)１７、ＣＰＵ１５と周辺機器との間の通信を行うためのＰＣＩ(Peripheral Component Interconnect)バス１９、ＩＳＡバスに代わるインタフェースであるＬＰＣ(Low Pin Count)バス２１という３段階のバスを介して各電子デバイスに接続されて信号の送受を行っている。また、近年はＰＣＩバスに代えて高速転送に適応したＰＣＩ Ｅｘｐｒｅｓｓバスが使用されることもある。

ＦＳＢ１７とＰＣＩバス１９は、メモリ/ＰＣＩチップと呼ばれるＣＰＵブリッジ２１によって連絡されている。ＣＰＵブリッジ２１は、メイン・メモリ２３へのアクセス動作を制御するためのメモリ・コントローラ機能や、ＦＳＢ１７とＰＣＩバス１９との間のデータ転送速度の差を吸収するためのデータ・バッファ機能などを含んだ構成となっている。メイン・メモリ２３は、ＣＰＵ１５が実行するプログラムの読み込み領域、処理データを書き込む作業領域として利用される書き込み可能メモリである。ビデオ・チップ２５は、ＣＰＵ１５からの描画命令を受けて描画すべきイメージを生成しＶＲＡＭ（図示せず）に書き込むとともに、ＶＲＡＭから読み出してＬＣＤ１１に描画データとして送る。

ＰＣＩバス１９には、Ｉ/Ｏブリッジ２７、カード・バス・コントローラ２９、ｍｉｎｉＰＣＩスロット３５、イーサネット（登録商標）・コントローラ３９がそれぞれ接続されている。カード・バス・コントローラ２９は、ＰＣＩバス１９とＰＣカード３３とのデータ転送を制御するコントローラである。カード・バス・コントローラ２９にはカード・バス・スロット３１が接続され、カード・バス・スロット３１には、ＰＣカード３３が装着される。ｍｉｎｉＰＣＩスロット３５には、例えばワイヤレスＬＡＮモジュールが内蔵されたｍｉｎｉＰＣＩカード３７が装着される。イーサネット（登録商標）・コントローラ３９は、ノートＰＣ１０をＬＡＮに接続するためのコントローラである。

Ｉ/Ｏブリッジ２７は、ＰＣＩバス１９とＬＰＣバス２１とのブリッジ機能を備えている。また、Ｉ／Ｏブリッジ２７は、ＩＤＥ(Integrated Device Electronics)インタフェース機能を備えており、ハード・ディスク・ドライブ(ＨＤＤ)４３およびＣＤ−ＲＯＭドライブ４５が接続される。また、Ｉ/Ｏブリッジ２７にはＵＳＢコネクタ４１が接続されている。ＬＰＣバス２１には、エンベデッド・コントローラ４７、ＢＩＯＳフラッシュＲＯＭ５７、Ｉ/Ｏコントローラ５９が接続されている。Ｉ／Ｏコントローラ５９にはＩ／Ｏコネクタ６１が接続されている。

エンベデッド・コントローラ４７は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどで構成されたマイクロ・コンピュータである。エンベデッド・コントローラ４７には、温度センサ５３および冷却ファン駆動回路４９が接続されている。温度センサ５３は、電子デバイスの温度を監視するために主要な電子デバイスごとに設けられ、外付け型として監視対象となる電子デバイス近辺に配置されるか、または埋め込み型として当該電子デバイスのダイの中に形成される。ＣＰＵ１５およびビデオ・チップ２５を監視する温度センサは埋め込み型で、その他の電子デバイスを監視する電子デバイスは外付け型である。外付け型の温度センサは、それぞれの電子デバイスの近辺においてマザー・ボード上に実装されている。

エンベデッド・コントローラ４７は、温度センサ５３が検出した温度値に基づいて冷却ファン５５の制御信号を生成して冷却ファン駆動回路４９に送る。冷却ファン駆動回路４９には冷却ファン５５が接続されている。冷却ファン駆動回路は、エンベデッド・コントローラ４７から送られた制御信号に基づいて、冷却ファン５５のオン／オフ制御および回転数制御を行う。本実施の形態では、冷却ファン駆動回路４９は、冷却ファン５５を、停止、低速回転、中速回転、および高速回転の４つの動作状態のいずれかになるように制御する。

冷却ファン５５は、筐体１３に外気を取り入れ内部の熱を排熱することでノートＰＣ１０を強制空冷で冷却する。冷却ファン５５は、ノートＰＣ１０の中で発熱量の多いＣＰＵ１５やビデオ・チップ２５からはヒート・シンクあるいはヒート・パイプと吸熱板を用いて集熱し、効率よく廃熱するようになっている。いずれの電子デバイスも、それらを監視する温度センサが検出する温度値に基づいて冷却ファン５５で冷却される。

図３は、主要な電子デバイスのマザー・ボード１０１上での配置を示す平面図である。マザー・ボード１０１には、温度の監視対象となる複数の電子デバイス１〜５とそれらを監視する温度センサ５３ａ〜５３ｅが実装されている。電子デバイス１と電子デバイス２を監視する温度センサ５３ａ、５３ｂは、埋め込み型で、電子デバイス３〜５を監視する温度センサ５３ｃ〜５３ｅは外付け型である。電子デバイスには、直接マザー・ボード１０１上に実装されるものや、マザー・ボード１０１に実装されたスロットを介して装着されるものがある。電子デバイス４は半導体チップを搭載し、マザー・ボード１０１上にコネクタで実装される回路基板であり、温度センサ５３ｄは、半導体チップの近辺のマザー・ボード上に実装されている。電子デバイス１〜５は、相互に近接して配置されており他の電子デバイスおよび自らを監視する温度センサ以外の温度センサに放射熱を与える。

図４は、ノートＰＣ１０に搭載された冷却システムの詳細を示すブロック図である。電子デバイス１〜ｎには電圧調整器６１ａ〜６１ｎから電圧が供給されている。電子デバイス１〜ｎは、ＣＰＵ、ビデオ・チップ、イーサネット（登録商標）・コントローラ、ｍｉｎｉＰＣＩカード、またはＰＣカードなどである。各電子デバイス１〜ｎは、ノートＰＣ１０の動作状態や作業内容に応じて消費電力、すなわち発熱量が変化する。また、各電子デバイス１〜ｎの発熱量の変化は、他の電子デバイスの動作状態に連動する場合もあるが、無関係の場合もある。

各電子デバイス１〜ｎの動作状態には、負荷状態、アイドル状態、および停止状態がある。アイドル状態はデータ処理を行わないで待機している状態であり、最低の電力を消費している状態である。負荷状態はアイドル状態と停止状態以外の状態であり、データ処理の内容に応じて消費電力が変化する状態である。電子デバイス１と電子デバイス２はヒート・シンク６５で熱が伝達され冷却ファン５５で冷却される。

各電圧調整器６１ａ〜６１ｎから各電子デバイス１〜ｎまでの間には、センス抵抗６３ａ〜６３ｎが接続されている。各センス抵抗６３ａ〜６３ｎの両端の電圧値が測定され、ライン６７を通じてエンベデッド・コントローラ４７に送られる。エンベデッド・コントローラ４７は、送られた電圧値から各電子デバイス１〜ｎに流れる電流値を計算して、各電子デバイス１〜ｎの動作状態あるいは発熱状態を認識する。

エンベデッド・コントローラ４７には、冷却ファン５５の動作状態を変更する温度の基準設定値が設定されたサーマル・アクション・テーブル（ＴＡＴ）１０３が格納されている。エンベデッド・コントローラ４７は、各温度センサ５３ａ〜５３ｎが検出した温度値とＴＡＴ１０３の基準設定値とに基づいて冷却ファン５５に対する制御信号を冷却ファン駆動回路４９に送る。エンベデッド・コントローラ４７はまた、各温度センサ５３ａ〜５３ｎが検出した温度値とＴＡＴ１０３の基準設定値とに基づいてＣＰＵ１５に温度が上昇した電子デバイス名を通知し、ＣＰＵ１５はＢＩＯＳやデバイス・ドライバを実行して当該電子デバイスのパフォーマンスを低下させて温度を制御する。エンベデッド・コントローラ４７はまた、各温度センサ５３ａ〜５３ｎが検出した温度値とＴＡＴ１０３の基準設定値とに基づいてＣＰＵ１５に温度が下がった電子デバイス名を通知し、ＣＰＵ１５はＢＩＯＳやデバイス・ドライバを実行して当該電子デバイスのパフォーマンスを復帰させる。

図５は、エンベデッド・コントローラ４７に格納されたＴＡＴ１０３の１例である。ＴＡＴ１０３は、エンベデッド・コントローラ４７のＲＯＭに格納されている。ＴＡＴ１０３は、電子デバイス１〜ｎごとに冷却ファン５の動作状態を停止、低速回転、中速回転、高速回転の間で変更するための基準設定値を含む。基準設定値は、各動作状態に対するイネーブル値とディスエーブル値で構成され、回転速度が上昇方向に変化する場合と下降方向に変化する場合との間にヒステリシス特性を有している。イネーブル値は、温度センサの検出温度が上昇傾向にある場合に１段階回転速度が遅い動作状態から当該動作状態に移行する温度値である。ディスエーブル値は、温度センサの検出温度が下降傾向にある場合に当該動作状態より１段階回転速度の遅い動作状態に移行する温度値である。ここで、低速回転より遅い動作状態は停止状態である。

ＴＡＴ１０３において、各温度センサ５３ａ〜５３ｎに対して設定された基準設定値は、電子デバイス１〜ｎとそれを監視する温度センサ５３ａ〜５３ｎが実際に筐体内部に実装されたときに、負荷状態で動作する各電子デバイスがクリティカル温度を超えないように冷却ファン５５を動作させるために設定される。さらに基準設定値は冷却ファン５５ができるだけ低い回転速度で動作して騒音や電力消費を低減できるように設定されている。埋め込み型温度センサに対する基準設定値も外付け型温度センサに対する基準設定値も、電子デバイスのクリティカル温度値より低い値となる。基準設定値は、標準的な環境温度におかれた筐体内部における電子デバイスとそれを監視する温度センサが検出する温度値だけの関係で設定され、当該温度センサが他の電子デバイスから受ける放射熱や実際の環境温度などのパラメータは考慮されていない。

したがって、基準設定値に応じて冷却ファン５５の動作を制御する限り、環境温度が標準的な温度より上昇したり、ある温度センサに対して他の電子デバイスから放射熱の影響があったりしても冷却ファンは対象電子デバイスが実際に要求するタイミングよりも早く動作するようになるだけで、安全面では問題になることはない。そしてエンベデッド・コントローラ４７は、筐体内部の温度が上昇傾向にあるときに、いずれかの温度センサ５３ａ〜５３ｎが検出した温度値が監視対象の電子デバイスに設定されたイネーブル温度値に到達したとき冷却ファンの動作状態を冷却能力を向上する方向に変更し、下降傾向にあるときにすべての温度センサ５３ａ〜５３ｎが検出した温度値が監視対象の電子デバイスに設定されたディスエーブル値に到達したとき冷却ファンの動作状態を冷却能力を低減させる方向に変更する。

具体的には、筐体内部の温度が上昇していずれかの温度センサの検出温度値が低速回転のイネーブル値を検出したとき冷却ファン５５は低速回転で動作を開始し、中速回転のイネーブル値を検出したとき中速回転に移行し、さらに高速回転のイネーブル値を検出したとき高速回転に移行する。筐体内部の温度が高くて冷却ファン５５が高速回転している状態から筐体内部の温度が下降するときは、冷却ファン５５は、すべての温度センサの検出温度値が高速回転のディスエーブル値に到達すると中速回転に移行し、中速回転のディスエーブル値に到達すると低速回転に移行し、低速回転のディスエーブル値に到達すると停止する。

ノートＰＣ１０が標準的な環境温度におかれ各電子デバイスが単独で動作するときは、ＴＡＴ１０３に基づいて冷却ファン５５の動作を制御することにより効率よく各電子デバイスを冷却することができる。しかし、実際の環境温度はＴＡＴ１０３を設定したときの値とは異なり、また、複数の電子デバイスが同時に動作するときは、一つの温度センサが検出する温度値は、監視対象とする電子デバイスの熱だけでなく他の電子デバイスからの放射熱の影響も受ける。その場合でもエンベデッド・コントローラ４７がＴＡＴ１０３に基づいて冷却ファン５５の制御をすると、温度センサが検出した温度値がイネーブル値を超えたときであっても、かならずしも冷却ファン５５の動作状態を変更する必要がなく、もし変更してしまうと過剰冷却になる場合がある。これを改善するために本実施の形態では、監視対象となる電子デバイスの動作状態と監視対象以外の電子デバイスの動作状態に関する情報を利用して基準設定値を修正する。

図６は、電子デバイス３を監視対象とする温度センサ５３ｃに対する放射熱の影響度を測定した結果を説明する表である。温度センサ５３ｃに対する放射熱の影響度を計測するために、図３に示した温度センサ５３ｃが、電子デバイス３の動作を停止させたときに、電子デバイス３以外の電子デバイス１、２、４、５のそれぞれからの放射熱の影響により上昇する温度値を実験で求める。電子デバイス１、２、４、５は、実験を簡単にするために負荷状態とアイドル状態に設定し、かつ負荷状態は最大電力を消費する状態に設定する。最初に標準の環境温度で電子デバイス１だけを最大の消費電力で動作させ、冷却ファン５５の停止、低速回転、中速回転、および高速回転の４つの動作状態ごとに温度センサ５３ｃが検出した温度上昇値を計測する。同様に電子デバイス２だけを最大電力で動作させて温度上昇値を計測し、以下同様に電子デバイス４、５についても温度上昇値を計測する。

つぎに、同様の計測を電子デバイス１、２、４、５をアイドル状態にして実施する。この結果を図６でみると、電子デバイス３に対して電子デバイス２が最も放射熱の影響度が強く、電子デバイス１がそれに続くことがわかる。温度センサ５３ｃが検出する温度値は、電子デバイス３が負荷状態になって発熱していなくても、冷却ファンが停止している状態では、電子デバイス１、２が同時に負荷状態で動作することで６℃上昇し、同時にアイドル状態で動作することで２℃上昇している。この実験結果から影響度の強さは、放射熱を与える電子デバイスから対象とする温度センサまでの距離、その最大消費電力、および冷却ファンの動作状態などに依存することがわかる。距離が近いほど、また、消費電力が大きいほど影響度は強くなる。また冷却ファンが停止しているときは最も影響度が強く、冷却ファンの回転数が上昇するほど影響度は弱くなる。

放射熱は、温度センサ５３ｃに与えられると同時に電子デバイス３にも与えられ、温度センサ５３ｃだけでなく電子デバイス３も放射熱により温度が上昇する。しかし、電子デバイスのクリティカル温度値に対してＴＡＴに設定された基準設定値は低い値となっているため、放射熱の影響は電子デバイス自体に対するよりも温度センサに対するほうが大きくなる。したがって、図６に示した加算温度値を、冷却ファンの動作状態、および電子デバイスの動作状態に応じてＴＡＴに定められた基準設定値に加算して冷却ファンを動作しにくくすることで過剰冷却を防ぐことができる。この場合、影響を与える電子デバイスの発熱量が多いほど影響を受ける電子デバイスに対応する温度センサの基準設定値に対する加算温度値は大きくなる。

本実施の形態では、制御方法を簡素化するために、電子デバイス３に対して最も大きな放射熱の影響を与える電子デバイス２を１つだけ選択して、電子デバイス２の動作状態に応じて温度センサ５３ｃの基準設定値を修正する。また、同様の理由で電子デバイス２、３の動作状態（発熱状態）としては、負荷状態とアイドル状態だけを設定する。この２種類の動作状態は、ノートＰＣ１０の電子デバイスではソフトウエアの動作状態でも検出することができるため、制御のパラメータとして都合がよい。

電子デバイス３が負荷状態で動作をしているときは、温度センサ５３ｃが検出する温度値は電子デバイス３のクリティカル温度値を反映しているものとみなして、電子デバイス２からの放射熱の影響の有無に係わらずＴＡＴ１０３の基準設定値に基づいて冷却ファンの動作を制御する。電子デバイス３が停止しているときは、温度センサ５３ｃが検出する温度値は、環境温度と電子デバイス２およびその他の電子デバイスからの放射熱によるものである。したがって、温度センサ５３ｃが検出した温度値とＴＡＴ１０３に基づいて冷却ファン５５を動作させても電子デバイス３の冷却に対しては無意味であるため、本実施の形態ではＴＡＴ１０３の中に規定されている温度センサ５３ｃをディスエーブルにすることで、冷却ファン５５の制御に使用しないようにしている。なお、電子デバイスが停止している場合には、ｍｉｎｉＰＣＩカードやＰＣカードなどの監視対象となる電子デバイスがスロットに装着されていない場合も含める。

電子デバイス３がアイドル状態のときは、発熱はしているがＴＡＴ１０３の基準設定値を規定するときの条件よりは少ない発熱量である。したがって、電子デバイス３が電子デバイス２から放射熱の影響を受ける場合は、ＴＡＴ１０３の基準設定値に基づいて冷却ファンの動作を制御すると過剰冷却になる。この場合、ＴＡＴ１０３の基準設定値に図６に示した加算温度値を加算して修正した修正温度値を用いて冷却ファンの制御をすると、電子デバイス３がクリティカル温度値にならないようにしながら過剰冷却を防ぐことができる。

図７は、ＴＡＴ１０３に制定された温度センサ５３ｃの基準設定値に対する修正温度値を示す。図７の修正温度値は、電子デバイス３がアイドル状態のときに設定される。図７において、電子デバイス２が負荷状態のときの修正温度値を生成するにあたり、冷却ファンの低速回転、中速回転、および高速回転に対する温度センサ５３ｃの修正温度値におけるイネーブル値は、図６の冷却ファンが停止、低速回転、中速回転のときの加算温度値である４℃、２℃、１℃を基準設定値に加算して算出する。また、冷却ファンの低速回転、中速回転、および高速回転に対する温度センサ５３ｃの修正温度値におけるディスエーブル値は、図６の冷却ファンが低速回転、中速回転、高速回転のときの加算温度値である２℃、１℃、０℃を基準設定値に加算して算出する。電子デバイス２がアイドル状態のときの修正温度値も図６の温度加算値を用いて同様に算出する。

図７において修正温度値は、電子デバイス２が負荷状態およびアイドル状態のいずれの場合でも基準設定値よりイネーブル値およびディスエーブル値が高くなるか等しくなり、冷却ファン５５は全体として冷却能力が低くなる方向で動作する。電子デバイス２がアイドル状態のときは、負荷状態のときよりも電子デバイス３に与える放射熱の影響が小さくなるので、ＴＡＴ１０３の基準設定値に近い修正温度値で冷却ファンを制御する。すなわち、修正温度値は電子デバイス２が負荷状態のときのほうがアイドル状態のときより高い値になる。

本実施の形態では各電子デバイスの動作状態を、エンベデッド・コントローラ４７がそれらに流れる電流を検出して決定するが、ソフトウエアの実行状態を監視して行ってもよい。電流の場合は、瞬時値で判断するのではなく、ある動作状態に設定された閾値を所定時間超えない場合に当該動作状態にあるものと判断する。エンベデッド・コントローラ４７は、電子デバイスごとの電流値からその動作状態を認識して、ＴＡＴ１０３の基準設定値や修正温度値を選択し制御信号を冷却ファン駆動回路４９に送って冷却ファンの動作を制御する。

以上、各温度センサについて、対象電子デバイス以外の電子デバイスからの放射熱の影響度を測定し、最も影響度の大きい電子デバイスを１つだけ選定して修正温度値を設定する例を説明したが、影響度の大きい電子デバイスを２つ以上選択してもよい。さらに、電子デバイスの発熱状態を定義するために負荷状態、アイドル状態、および停止の３つの動作状態に基づいて制御方法を修正するようにしたが、よりきめ細かな制御をするために発熱状態を電流値に基づく関数として定義してアクション区分を定めてもよい。また、本実施の形態では、放射熱の影響を受ける電子デバイス３がアイドル状態のときに基準設定値を修正するようにしているが、電子デバイス３の負荷状態をより精密に計測して、その発熱量もパラメータに入れて加算温度値を決定してもよい。

ノートＰＣ１０の筐体内部における電子デバイスの温度を管理するためには、電子デバイスがクリティカル温度値に近づいたときに冷却ファンで冷却する方法以外に、当該電子デバイスのパフォーマンスを下げて発熱量を低下させる方法もある。たとえば、ＣＰＵ１５の温度がクリティカル温度値に近づいたときには、動作周波数を下げるサーマル・スロットリングを実行することでＣＰＵの温度を低下させる効果を得ることができる。修正温度値を用いたパフォーマンス制御は、冷却ファンの制御とともにあるいは単独で行うことができる。

これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることはいうまでもないことである。

動作状態が変化する電子デバイスを搭載した電子機器の温度制御に利用可能である。

ノートＰＣの外形図である。 ノートＰＣの概略ブロック図である。 マザー・ボード上の主要な電子デバイスと温度センサの配置を概念的に示した図である。 冷却システムの詳細を示すブロック図である。 サーマル・アクション・テーブルの一例である。 温度センサ５３ｃに対する放射熱の影響度を測定した結果を説明する図である。 アイドル状態の電子デバイス３について、温度センサ５３ｃに対する修正温度値を示した図である。

符号の説明

１３…筐体
１０１…マザー・ボード
１０３…サーマル・アクション・テーブル

Claims (15)

1. 複数の電子デバイスを搭載した電子機器の筐体内部を冷却する冷却システムであって、
   前記筐体内部の空気を外気と交換する冷却ファンと、
   前記複数の電子デバイスから選択された第１の電子デバイスと、
   前記第１の電子デバイスの温度を監視する温度センサと、
   前記温度センサの近傍に配置され発熱時に前記第１の電子デバイスと前記温度センサに放射熱を与える第２の電子デバイスと、
   前記第１の電子デバイスの温度を許容温度値内に納めるために前記第２の電子デバイスからの放射熱を考慮しないで前記温度センサに対して設定した基準設定値を含むサーマル・アクション・テーブルと、
   前記第１の電子デバイスおよび前記第２の電子デバイスの発熱量に関連する動作状態に基づいて前記第２の電子デバイスの発熱量が多いほど前記冷却ファンの冷却能力が低下するように前記サーマル・アクション・テーブルの基準設定値を修正した修正温度値を用いて前記冷却ファンの動作を制御する制御部と
   を有する冷却システム。
2. 前記第２の電子デバイスは、前記複数の電子デバイスの中で最も大きな放射熱を前記第１の電子デバイスおよび前記温度センサに与える請求項１記載の冷却システム。
3. 前記第１の電子デバイスが負荷状態で動作するとき、前記制御部は前記修正温度値に代えて前記サーマル・アクション・テーブルの基準設定値を用いて前記冷却ファンの動作を制御する請求項１記載の冷却システム。
4. 前記第１の電子デバイスおよび前記第２の電子デバイスがともに負荷状態またはアイドル状態で動作が可能であり、前記第１の電子デバイスおよび前記第２の電子デバイスがアイドル状態で動作するとき前記制御部は前記温度センサに対して設定された前記サーマル・アクション・テーブルの基準設定値より高い第１の修正温度値に基づいて前記冷却ファンの動作を制御する請求項１記載の冷却システム。
5. 前記第１の電子デバイスがアイドル状態で動作し、前記第２の電子デバイスが負荷状態で動作するとき前記制御部は前記第１の修正温度値より高い第２の修正温度値に基づいて前記冷却ファンの動作を制御する請求項４記載の冷却システム。
6. 前記第１の電子デバイスが停止するかまたは前記筐体内部に実装されていない場合に、前記制御部は前記温度センサをディスエーブルにする請求項１記載の冷却システム。
7. 前記サーマル・アクション・テーブルは前記冷却ファンを複数の回転速度で動作させるための複数の基準設定値を有し、前記制御部はそれぞれの基準設定値に対して修正温度値を適用する請求項１記載の冷却システム。
8. 複数の電子デバイスを筐体内部に搭載するコンピュータであって、
   前記筐体内部の空気を外気と交換する冷却ファンと、
   前記複数の電子デバイスから選択された第１の電子デバイスと、
   前記第１の電子デバイスの温度を監視する温度センサと、
   前記第１の電子デバイスの近傍に配置され発熱時に前記第１の電子デバイスと前記温度センサに放射熱を与える第２の電子デバイスと、
   前記第１の電子デバイスの温度を許容温度値内に納めるために前記第２の電子デバイスからの放射熱を考慮しないで前記温度センサに対して設定した基準設定値を含むサーマル・アクション・テーブルと、
   前記第１の電子デバイスおよび前記第２の電子デバイスの発熱量に関連する動作状態に基づいて前記第２の電子デバイスの発熱量が多いほど前記冷却ファンの冷却能力が低下するように前記サーマル・アクション・テーブルの基準設定値を修正した修正温度値を用いて前記冷却ファンの動作を制御するプロセッサと
   を有するコンピュータ。
9. 前記第１の電子デバイスおよび前記第２の電子デバイスがマザー・ボードに実装された集積回路チップであり、前記温度センサが前記マザー・ボード上に実装されている請求項８記載のコンピュータ。
10. 前記温度センサが前記第１の電子デバイスのダイの内部に形成されている請求項８記載のコンピュータ。
11. 前記第１の電子デバイスが前記マザー・ボードに着脱可能にソケットで結合されている請求項８記載のコンピュータ。
12. 複数の電子デバイスを搭載するコンピュータに設けられた冷却ファンで外気を導入して筐体内部を冷却する方法であって、
    前記複数の電子デバイスの中から選択した第１の電子デバイスの温度を監視する温度センサを提供するステップと、
    前記第１の電子デバイスおよび前記温度センサに与える放射熱が最も大きい電子デバイスを前記第１の電子デバイス以外の電子デバイスの中から第２の電子デバイスとして選択するステップと、
    前記第１の電子デバイスの温度を許容温度値内に納めるために前記第２の電子デバイスからの放射熱を考慮しないで前記温度センサに対して設定した基準設定値を提供するステップと、
    前記コンピュータが前記第１の電子デバイスと前記第２の電子デバイスの発熱量に関連する動作状態に基づいて前記第２の電子デバイスの発熱量が多いほど前記冷却ファンの冷却能力が低下するように前記基準設定値を修正するステップと、
    前記コンピュータが前記修正された基準設定値に基づいて前記冷却ファンの動作を制御するステップと
    を有する冷却方法。
13. 前記選択するステップが、前記第１の電子デバイスの動作を停止して、前記第１の電子デバイス以外の電子デバイスを単独に動作させたときの前記温度センサの温度値に基づいて決定するステップを含む請求項１２記載の冷却方法。
14. 前記基準設定値を修正するステップは、前記第１の電子デバイスがアイドル状態にあって、前記第２の電子デバイスの発熱量が大きいときの修正された基準設定値を前記第２の電子デバイスの発熱量が小さいときの修正された基準設定値より大きい値に設定するステップを含む請求項１２記載の冷却方法。
15. さらに、前記修正された基準設定値に基づいて前記複数の電子デバイスの少なくともいずれかのパフォーマンスを制御するステップを有する請求項１２記載の冷却方法。

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