TWI518249B - 風扇控制器以及具該風扇控制器之伺服器系統 - Google Patents

Description

風扇控制器以及具該風扇控制器之伺服器系統

本發明涉及一種風扇控制器，尤其涉及一種應用於伺服器的風扇控制器。

對於伺服器而言，散熱控制一直是其重要的環節。在以往的伺服器應用中，主要散熱方式是藉由每個伺服器自己內部的風扇來實現的。隨著多伺服器的組合式運用，就必須使用與伺服器數量等同的風扇。尤其是在小伺服器(Microserver)陣列的應用中，在一個2U(Unit，是一種表示伺服器外部尺寸的單位)的機櫃中，包括12個中央處理器基板(CPU Board)，而每個中央處理器基板又含4個獨立的系統級晶片(System on Chip)。每個系統級晶片是一個獨立的伺服器系統。

傳統上，每一機櫃中所有的中央處理器基板都是由統一的風扇控制系統進行風扇散熱控制。一旦，此風扇控制系統損毀，將造成機櫃無法散熱，甚而毀損內部之伺服器。鑒於以上情況，有必要提供一種可解決上述問題應用於伺服器的風扇控制系統。

鑑於上述，本發明提供一種應用於伺服器的風扇控制系統，藉以提供伺服器可靠之散熱控制。

本發明之一態樣係在提供一種風扇控制器，用以控制一伺服器複數台風扇轉速。此風扇控制器包含一控制單元、一電流監控單元、一電源模組以及複數個電流採樣單元及複數個開關。電流監控單元耦接控制單元。電源模組通過複數條電源支線分別傳送電源給風扇。此些電流採樣單元及開關，分別對應設于複數條電源支線上，此些電流採樣單元耦接電流監測單元。此些個開關耦接控制單元。其中控制單元用以控制該些開關之開啟與關閉，電流監控單元採樣流經該些電流採樣單元上之電流值，當流經該些電流採樣單元之一的電流值超出一設定值時，該電流監控單元發出一電流過載信號給控制單元控制該對應開關斷開，以停止該電源模組傳送電源給對應風扇。

在一實施例中，開關為一電晶體，其中該電晶體通過其源極端與汲極端耦接該支線，通過該閘極端耦接該控制單元。

在一實施例中，當一風扇損壞時，該控制單元更會產生一風扇損毀指示信號點亮一對應之指示燈。

在一實施例中，風扇分別對應一印刷電路板，該印刷電路板用於安裝該對應之指示燈。

在一實施例中，控制單元更耦接一發熱單元，根據該發熱單元之即時溫度產生一風扇控制信號以控制該些 風扇轉速。

在一實施例中，控制單元儲存有一風扇控速表，該風扇控速表用於表示該發熱單元之溫度值與風扇轉速之對應關係，該控制單元根據該發熱單元之即時溫度值從該風扇控速表中獲得一設定轉速值，並根據該設定轉速值產生該風扇控制信號。

在一實施例中，風扇更產生一反饋轉速信號給該控制單元，該控制單元根據該反饋轉速信號判斷該風扇的反饋轉速，當該反饋轉速與一設定轉速值不符合時，判斷該風扇出現故障。

在一實施例中，若該控制單元控制該開關斷開后，仍接收到該反饋轉速信號，則判斷該風扇控制單元出現故障。

在一實施例中，該控制單元更進行一自檢程序，若檢測到其不能正常讀寫該風扇控速錶，則判斷該風扇控制器出現故障。

在一實施例中，該複數台風扇通過一第一連接器接收該風扇控制信號，以及第二連接器耦接該電源模組。

根據本發明之另一態樣係在提供一種一種伺服器系統，包括一風扇背板、一伺服器陣列、一基板以及一風扇控制器。其中風扇背板設置有複數個風扇。伺服器陣列包含複數個計算節點。基板具有一多工器，計算節點耦接該多工器。風扇控制器透過多工器耦接計算節點，用以根據計算節點之即時溫度產生一風扇控制信號以控制風扇 轉速。風扇控制器更包含一控制單元、一電流監控單元、一電源模組以及複數個電流採樣單元及複數個開關。電流監控單元耦接控制單元。電源模組通過複數條電源支線分別傳送電源給風扇。此些電流採樣單元及開關，分別對應設于複數條電源支線上，此些電流採樣單元耦接電流監測單元。此些個開關耦接控制單元。其中控制單元用以控制該些開關之開啟與關閉，電流監控單元採樣流經該些電流採樣單元上之電流值，當流經該些電流採樣單元之一的電流值超出一設定值時，該電流監控單元發出一電流過載信號給控制單元控制該對應開關斷開，以停止該電源模組傳送電源給對應風扇。

在一實施例中，風扇背板更包括一第一連接器以及一第二連接器，其中該複數台風扇通過該第一連接器接收該風扇控制信號，以及通過該第二連接器耦接該電源模組。

綜上所述，本發明額外提供一風扇控制器作為備分，可避免在傳統單一風扇控制器之設計中，當此惟一之風扇控制器損壞時，伺服器系統因無法散熱造成之危險，亦或是因拆換風扇控制器伺服器系統必須停機造成之不便。

100‧‧‧伺服器系統

110‧‧‧計算節點

120‧‧‧基板

130‧‧‧風扇背板

140‧‧‧第一風扇控制器

150‧‧‧第二風扇控制器

160‧‧‧電源模組

170‧‧‧通用串列輸入/輸出匯流排

180‧‧‧電源線

190‧‧‧信號線

200‧‧‧控制單元

201‧‧‧儲存單元

210‧‧‧電流監控單元

1201‧‧‧多工器

1202和1203‧‧‧I2C匯流排

1301~1306‧‧‧風扇

1307和1308‧‧‧連接器

1801,1802,...,1806‧‧‧電源支線

R1~R6‧‧‧電流採樣電阻

Q1~Q6‧‧‧開關

I_OC1~I_OC6‧‧‧電流過載信號

FAIL_LED‧‧‧風扇損毀指示信號

PWM<1..6>‧‧‧風扇控制信號

TACH<1..6>‧‧‧轉速信號

第1圖為根據本發明一實施例的伺服器系統概略示意 圖。

第2圖為根據本發明一實施例的第一風扇控制器概略示意圖。

以下為本發明較佳具體實施例以所附圖示加以詳細說明，下列之說明及圖示使用相同之參考數字以表示相同或類似元件，並且在重複描述相同或類似元件時則予省略。

第1圖為根據本發明一實施例的伺服器系統概略示意圖。伺服器系統100包括一具複數個計算節點110之伺服器陣列、一基板120、一風扇背板130、一第一風扇控制器140、一第二風扇控制器150以及一電源模組160。其中，複數個計算節點110分別耦接基板120。基板120透過一多工器1201選擇其中之計算節點110通訊，藉以獲致該計算節點110之資訊，同時透過I2C匯流排1202和1203將獲得之資訊傳送給第一風扇控制器140和第二風扇控制器150。風扇背板130上設置有多個風扇1301~1306。電源模組160透過電源線180傳送電壓信號至第一風扇控制器140和第二風扇控制器150，再由第一風扇控制器140和第二風扇控制器150再透過電源線180傳送電壓信號至風扇背板130上的多個風扇1301~1306，例如提供12V之電壓信號給該多個風扇1301~1306。於使用時，根據基板120上多工器1201所傳送之計算節點110資訊，第一風扇 控制器140或第二風扇控制器150可產生一控制信號，經由信號線190控制風扇背板130上之多個風扇1301~1306之轉速。其中，電源線180和信號線190是分別與風扇背板130上之連接器1307和1308耦接，因為風扇背板130上沒有其他電子元件，具備較高的可靠性。

在本實施例中，第一風扇控制器140和第二風扇控制器150並不會同時運作，也就是說，當第一風扇控制器140進行風扇1301~1306之轉速控制時，第二風扇控制器150是在待機之狀態。反之，當第二風扇控制器150進行風扇1301~1306之轉速控制時，第一風扇控制器140是在待機之狀態。其中第一風扇控制器140和第二風扇控制器150間是經由通用串列輸入/輸出匯流排(serial general purpose input/output,SGPIO)170進行溝通。藉由額外提供一風扇控制器作為備分，可避免在傳統單一風扇控制器之設計中，當此惟一之風扇控制器損壞時，伺服器系統因無法散熱造成之危險。且本發明可利用熱插拔之方式進行風扇控制器之更換，因此不會有因拆換風扇控制器伺服器系統而必須停機所造成之不便。

第2圖為根據本發明一實施例的第一風扇控制器概略示意圖。其中第一風扇控制器140和第二風扇控制器150具有相同之結構。在本實施例中是以第一風扇控制器140控制6台風扇1301~1306為例來說明本發明之應用。第一風扇控制器140上包括一控制單元200、一電流監控單元(I-monitor)210以及一電源控制模組160。由於第一風扇 控制器140可同時控制6台風扇1301~1306，因此耦接電源模組160之電源線180在第一風扇控制器140上，會分成6條電源支線1801,1802,...,1806來分別傳送電壓信號給6台風扇1301~1306。電源支線1801,1802,...,1806上，分別設置有電流採樣單元R1~R6以及開關Q1~Q6。電流採樣單元R1~R6耦接電流監控單元210，而開關Q1~Q6耦接控制單元201。依此，電源模組160之電源輸入第一風扇控制器140後，分別經過電流採樣電阻R1~R6以及開關Q1~Q6提供6台風扇1301~1306的電源。控制單元200用以分別控制開關Q1~Q6之開啟與關閉，而經電流採樣單元R1~R6的電流信號分別輸入電流監控單元210，由電流監控單元210分別監控電源支線1801,1802,...,1806對對應風扇1301之供電狀況。當電流監控單元210發現流經電流採樣單元R1~R6其中之一的電流超出設定值時，會分別發出電流過載信號I_OC1~I_OC6給控制單元200，控制對應的開關Q1~Q6其中之一斷開，停止該電源模組160傳送電源給對應風扇，避免電流過載損壞風扇1301~1306。一旦，風扇1301~1306因電流過載而發生損壞時，控制單元200會產生風扇損毀指示信號FAIL_LED，點亮對應之指示燈，通知使用者該風扇發生故障需更換。在本實施例中可以熱插拔之方式進行風扇之更換。其中電流採樣單元為電阻。開關Q1~Q6為P型電晶體開關，其中電晶體通過其源極端與汲極端耦接對應之支線1801,1802,...,1806，通過閘極端耦接控制單元200。而每個風扇之外殼上可嵌入一片印刷電路板 以安裝發光二極體之指示燈，當風扇故障被檢測到時，指示燈被點亮。

控制單元200，透過I2C匯流排1202從基板120上之多工器1201與各計算節點110通訊，藉以獲致此些計算節點110上一發熱單元之即時溫度資訊。並根據此即時溫度資訊，控制單元200可從儲存於儲存單元201的風扇控速表中，獲得每一風扇1301~1306對應此即時溫度設定轉速值的風扇控制信號PWM<1..6>，來據以分別控制風扇1301~1306之轉速。其中儲存單元201之風扇控速表儲存有溫度值與對應之風扇轉速控制信號。同時，透過各風扇1301~1306反饋的轉速信號TACH<1..6>，控制單元200可判斷對應風扇1301~1306的轉速狀態。如果反饋的轉速與設定轉速值不符合，控制單元200則判斷對應風扇1301~1306發生故障，並產生風扇損毀指示信號FAIL_LED，點亮對應之指示燈，通知使用者該風扇發生故障需更換。同時控制開關Q1~Q6斷開，停止供電給故障之風扇。

再者，藉由控制單元200控制開關斷開，同時透過風扇1301~1306反饋的轉速信號TACH<1..6>，亦可判斷出第一風扇控制器140是否正常運作。例如，當控制單元200控制開關Q1斷開，但透過風扇1301反饋的轉速信號TACH<1>，依然判斷出風扇1301處於正常運作之狀態，此時代表控制單元200已經無法正常控制開關，或是開關已經損毀。此外，控制單元200更可進行一自檢程序，若檢 測到控制單元200無法正常讀寫儲存單元201的之風扇控速表時，則判斷該風扇控制器140出現故障。此時，均代表判斷第一風扇控制器140無法正常運作，第一風扇控制器140會經由通用串列輸入/輸出匯流排170將此狀況通知第二風扇控制器150，而由第二風扇控制器150取得風扇1301~1306控制權。換言之，在此狀況下，是由第一風扇控制器140通過通用串列輸入/輸出匯流排170主動告知第二風扇控制器150退出風扇1301~1306之控制。而在另一實施例中，第一風扇控制器140和第二風扇控制器150通過通用串列輸入/輸出匯流排170可實現資料同步。因此，當第二風扇控制器150在周期性之詢問中，若接受不到第一風扇控制器140通過通用串列輸入/輸出匯流排170輸入之同步信號，會判斷第一風扇控制器140損壞或被移出，而由第二風扇控制器150取得風扇1301~1306之控制權。

綜上所述，本發明額外提供一風扇控制器作為備分，可避免在傳統單一風扇控制器之設計中，當此惟一之風扇控制器損壞時，伺服器系統因無法散熱造成之危險，亦或是因拆換風扇控制器伺服器系統必須停機造成之不便。再者，本發明每一風扇均有獨立之電流監控，因此在發生風扇電源短路過載時可及時切斷供應給此對應風扇的電源，且其他的風扇可正常繼續工作，避免故障擴大。且本案不論風扇或風扇控制器均可以熱插拔之方式進行更換，在使用上更為方便。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用 以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

110‧‧‧計算節點

120‧‧‧基板

130‧‧‧風扇背板

140‧‧‧第一風扇控制器

150‧‧‧第二風扇控制器

160‧‧‧電源模組

170‧‧‧通用串列輸入/輸出匯流排

180‧‧‧電源線

200‧‧‧控制單元

201‧‧‧儲存單元

210‧‧‧電流監控單元

1201‧‧‧多工器

1202和1203‧‧‧I2C匯流排

1301~1306‧‧‧風扇

1801,1802,...,1806‧‧‧電源支線

R1~R6‧‧‧電流採樣電阻

Q1~Q6‧‧‧開關

I_OC1~I_OC6‧‧‧電流過載信號

FAIL_LED‧‧‧風扇損毀指示信號

PWM<1..6>‧‧‧風扇控制信號

TACH<1..6>‧‧‧轉速信號

Claims (12)

1. 一種風扇控制器，用於一伺服器，該風扇控制器用以控制該伺服器之複數台風扇，該風扇控制器至少包含：一控制單元；一電流監控單元耦接該控制單元；一電源模組，通過複數條電源支線分別傳送電源給該些風扇；以及複數個電流採樣單元及複數個開關，分別對應設于該複數條電源支線上，該複數個電流採樣單元耦接該電流監測單元，該複數個開關耦接該控制單元；其中該些風扇分別對應一印刷電路板，其中該控制單元用以控制該複數個開關之開啟與關閉，該電流監控單元採樣流經該複數個電流採樣單元上之電流值，當流經該複數個電流採樣單元之一的該電流值超出一設定值時，該電流監控單元發出一電流過載信號給該控制單元控制該對應複數個開關之一斷開，以停止該電源模組傳送電源給對應風扇。
2. 如申請專利範圍第1項所述之風扇控制器，其中該開關為一電晶體，其中該電晶體通過其源極端與汲極端耦接該支線，通過該閘極端耦接該控制單元。
3. 如申請專利範圍第1項所述之風扇控制器，其中當一風扇損壞時，該控制單元更會產生一風扇損毀指示信號 點亮一對應之指示燈。
4. 如申請專利範圍第3項所述之風扇控制器，其中該印刷電路板用於安裝該對應之指示燈。
5. 如申請專利範圍第1項所述之風扇控制器，其中該控制單元更耦接一發熱單元，根據該發熱單元之即時溫度產生一風扇控制信號以控制該些風扇轉速。
6. 如申請專利範圍第5項所述之風扇控制器，其中該控制單元儲存有一風扇控速表，該風扇控速表用於表示該發熱單元之溫度值與風扇轉速之對應關係，該控制單元根據該發熱單元之即時溫度值從該風扇控速表中獲得一設定轉速值，並根據該設定轉速值產生該風扇控制信號。
7. 如申請專利範圍第1項所述之風扇控制器，其中該些風扇更產生一反饋轉速信號給該控制單元，該控制單元根據該反饋轉速信號判斷該風扇的反饋轉速，當該反饋轉速與一設定轉速值不符合時，判斷該風扇出現故障。
8. 如申請專利範圍第7項所述之風扇控制器，其中若該控制單元控制該開關斷開后，仍接收到該反饋轉速信號，則判斷該風扇控制單元出現故障。
9. 如申請專利範圍第1項所述之風扇控制器，其中該 控制單元更進行一自檢程序，若檢測到其不能正常讀寫該風扇控速錶，則判斷該風扇控制器出現故障。
10. 如申請專利範圍第1項所述之風扇控制器，其中該複數台風扇通過一第一連接器接收該風扇控制信號，以及第二連接器耦接該電源模組。
11. 一種伺服器系統，包括：一風扇背板，設置有複數個風扇；一伺服器陣列，包含複數個計算節點；一基板具有一多工器，該些計算節點耦接該多工器；以及一風扇控制器透過該多工器耦接該些計算節點，用以根據該些計算節點之即時溫度產生一風扇控制信號以控制該些風扇轉速，其中該風扇控制器更包含：一控制單元；一電流監控單元耦接該控制單元；一電源模組，通過複數條電源支線分別傳送電源給該些風扇；以及複數個電流採樣單元及複數個開關，分別對應設于該複數條電源支線上，該複數個電流採樣單元耦接該電流監測單元，該複數個開關耦接該控制單元；其中該控制單元用以控制該複數個開關之開啟與關閉，該電流監控單元採樣流經該複數個電流採樣單元上之電流值，當流經該複數個電流採樣單元之一的 該電流值超出一設定值時，該電流監控單元發出一電流過載信號給該控制單元控制該對應複數個開關之一斷開，以停止該電源模組傳送電源給對應風扇。
12. 如申請專利範圍第11項所述之伺服器系統，其中該風扇背板更包括一第一連接器以極一第二連接器，其中該複數台風扇通過該第一連接器接收該風扇控制信號，以及通過該第二連接器耦接該電源模組。