TWI567533B

TWI567533B - 具有散熱控制裝置的伺服器

Info

Publication number: TWI567533B
Application number: TW103140494A
Authority: TW
Inventors: 劉健飛
Original assignee: 英業達股份有限公司
Priority date: 2014-11-21
Filing date: 2014-11-21
Publication date: 2017-01-21
Also published as: TW201619742A

Description

具有散熱控制裝置的伺服器

本發明係有關於一種具有散熱控制裝置的伺服器，尤指一種可依據熱敏電阻之溫度改變風扇之轉速而進行散熱之具有散熱控制裝置的伺服器。

隨著科技日新月異的進步，網路的發達已使各種電子裝置充斥著人們的生活，而建構網路所需的設備為伺服器，一般而言，現有的伺服器需要具備良好的散熱效能，請參閱第一圖，第一圖係顯示本發明先前技術之伺服器之散熱電路之電路示意圖，如第一圖所示，散熱電路PA1包含一施密特觸發器PA11、一電容PA12、一偏壓電路PA13、一定電阻PA14、一開關元件PA15以及一偏壓電阻PA16。

施密特觸發器PA11之第一連接點PA111係耦接於電容PA12、偏壓電路PA13以及定電阻PA14，施密特觸發器PA11之第二連接點PA112係耦接於偏壓電路PA13、定電阻PA14、開關元件PA15、偏壓電阻PA16以及風扇單元PA2。

其中，實務上用來控制風扇單元PA2轉速之控制單元 (圖未繪示)處於異常狀態時，會觸發施密特觸發器PA11產生矩形波而對風扇單元PA2進行控制，然而，施密特觸發器PA11的輸出是由偏壓電路PA13以及定電阻PA14所決定，而由於定電阻PA14不能夠調整，使得上述的矩形波的占空比為固定，因此在伺服器過熱時，會無法以較佳的效率進行散熱，而當伺服器冷卻時，仍會以相當的轉速進行散熱而降低效能(如浪費電)。

有鑒於現有伺服器之散熱電路之施密特觸發器所產生的矩形波占空比固定而降低散熱效率與效能之問題。緣此，本發明係提供一種具有散熱控制裝置的伺服器，其主要係依據熱敏電阻之溫度而控制風扇之轉速以進行散熱。

基於上述目的，本發明所採用之主要技術手段係提供一種具有散熱控制裝置的伺服器，包含至少一風扇單元與一散熱控制裝置，散熱控制裝置包含一風扇控制單元、一複雜可編程邏輯單元、一開關單元與一矩形波產生單元。風扇控制單元產生一脈衝寬度調製信號用以控制風扇單元轉速，且產生一運行狀態信號用以指示風扇控制單元的運行狀態。複雜可編程邏輯單元係耦接至風扇控制單元，用以檢測運行狀態信號以產生一控制信號。開關單元係耦接至複雜可編程邏輯單元，用以接收控制信號以控制開關單元的開啟或關閉。矩形波產生單元係耦接至開關單元與風扇單元，用以產生一矩形波信號，矩形波信號係傳送至風扇單元；其中，矩形波產生單元包含一熱敏電阻，當熱敏電阻溫度升高時，熱敏電阻的阻值隨之增大，矩形波信號之占空比(Duty On Ratio)亦隨之增大，進而風扇單元轉速變大；當熱敏電阻溫度降低時，熱敏電阻的阻值隨之減小，矩形波信號之占空比亦隨之減小，進而風扇單元轉速變小。

其中，當風扇控制單元運行正常時，複雜可編程邏輯單元檢測運行狀態信號處於正常工作狀態，進而禁能控制信號，開關單元接收禁能的控制信號導致開關單元開啟，進而使得矩形波產生單元輸出關閉，脈衝寬度調製信號直接控制風扇單元轉速；當風扇控制單元運行異常時，脈衝寬度調製信號處於異常狀態，複雜可編程邏輯單元檢測運行狀態處於異常工作狀態，進而致能控制信號，開關單元接收致能的控制信號導致開關單元關閉，進而使得矩形波產生單元輸出矩形波信號去控制風扇單元轉速。

其中，上述具有散熱控制裝置的伺服器之附屬技術手段之較佳實施例中，矩形波產生單元更包含一施密特(Schmitt)觸發器、一匹配電容以及一偏壓電路，施密特(Schmitt)觸發器係具有一輸入端與一輸出端，且輸入端與輸出端係分別連接於一第一接點與一第二接點，匹配電容係耦接於第一接點，偏壓電路係自第一接點依序串接一偏壓元件與一匹配電阻而耦接至第二接點。此外，偏壓元件自第一接點向第二接點為正偏壓，且熱敏電阻係分別耦接於第一接點與第二接點，並且鄰近於一工作元件而設置，藉以依據工作元件運作時的一工作溫度而產生一反映出工作溫度的電阻溫度，使熱敏電阻的阻值與電阻溫度相對應。

上述具有散熱控制裝置的伺服器之附屬技術手段之較佳實施例中，第二接點係經由一附加匹配電阻而耦接於一系統電壓源，工作元件為一中央處理單元(Central Processing Unit；CPU)，風扇控制單元為一微控制單元(Micro Control Unit；MCU)，開關單元為一P溝道金屬氧化物半導體(PMOS)開關。此外，在工作溫度介於20℃與100℃之間時，熱敏電阻的阻值是隨著電阻溫度的提升而升高，脈衝寬度調製信號係經由複雜可編程邏輯單元而傳送至風扇單元，且運行狀態信號處於正常工作狀態時，運行狀態信號係占空比為50%的方波。

藉由本發明所採用之具有散熱控制裝置的伺服器之主要技術手段後，由於在風扇控制單元異常時，可依據熱敏電阻的溫度來改變風扇的轉速，因此仍可有效率地散熱並提升效能。

本發明所採用的具體實施例，將藉由以下之實施例及圖式作進一步之說明。

PA1‧‧‧散熱電路

PA11‧‧‧施密特觸發器

PA111‧‧‧第一連接點

PA112‧‧‧第二連接點

PA12‧‧‧電容

PA13‧‧‧偏壓電路

PA14‧‧‧定電阻

PA15‧‧‧開關元件

PA16‧‧‧偏壓電阻

PA2‧‧‧風扇單元

1‧‧‧具有散熱控制裝置的伺服器

11‧‧‧風扇單元

12‧‧‧散熱控制裝置

121‧‧‧風扇控制單元

122‧‧‧複雜可編程邏輯單元

123‧‧‧開關單元

124‧‧‧矩形波產生單元

1241‧‧‧熱敏電阻

1242‧‧‧施密特觸發器

12421‧‧‧輸入端

12422‧‧‧輸出端

1243‧‧‧匹配電容

1244‧‧‧偏壓電路

12441‧‧‧偏壓元件

12442‧‧‧匹配電阻

125‧‧‧附加匹配電阻

126‧‧‧系統電壓源

S1‧‧‧脈衝寬度調製信號

S2‧‧‧運行狀態信號

S3‧‧‧控制信號

S4‧‧‧矩形波信號

V_I‧‧‧第一接點

V_O‧‧‧第二接點

VDD‧‧‧電壓源

第一圖係顯示本發明先前技術之伺服器之散熱電路之電路示意圖；第二圖係顯示本發明較佳實施例之具有散熱控制裝置的伺服器之方塊示意圖；第三圖係顯示本發明較佳實施例之矩形波產生單元與開關單元之電路示意圖；第四圖係顯示本發明較佳實施例之施密特觸發器之輸入與輸出波形之示意圖；以及第五圖係顯示本發明較佳實施例之熱敏電阻之溫度阻值曲線圖。

由於本發明所提供之伺服器系統，其組合實施方式不勝枚舉，故在此不再一一贅述，僅列舉一較佳實施例加以具體說明。

請一併參閱第二圖至第五圖，第二圖係顯示本發明較佳實施例之具有散熱控制裝置的伺服器之方塊示意圖，第三圖係顯示本發明較佳實施例之矩形波產生單元與開關單元之電路示意圖，第四圖係顯示本發明較佳實施例之施密特觸發器之輸入與輸出波形之示意圖，第五圖係顯示本發明較佳實施例之熱敏電阻之溫度阻值曲線圖。

如圖所示，本發明較佳實施例之具有散熱控制裝置的伺服器1包含一風扇單元11以及一散熱控制裝置12，散熱控制裝置12包含一風扇控制單元121、一複雜可編程邏輯單元122、一開關單元123、一矩形波產生單元124、一附加匹配電阻125以及一系統電壓源126。

風扇控制單元121為一微控制單元(Micro Control Unit； MCU)，但在其他實施例中可以其他具有控制處理能力之控制器替代。複雜可編程邏輯單元122係耦接至風扇控制單元121以及風扇單元11，且複雜可編程邏輯單元122為一複雜可程式邏輯裝置(Complex programmable logic device；CPLD)。

開關單元123之閘極端係耦接至複雜可編程邏輯單元122，並可為一P溝道金屬氧化物半導體(PMOS)開關，但其他實施例可為NMOS開關。

矩形波產生單元124係耦接至開關單元123與風扇單元11，具體來說，矩形波產生單元124包含一熱敏電阻1241、一施密特(Schmitt)觸發器1242、一匹配電容1243以及一偏壓電路1244。

本發明較佳實施例中，如第五圖所示，熱敏電阻1241的溫度在大於20℃的狀況下，熱敏電阻1241的溫度升高時，熱敏電阻1241的阻值隨之增大，而熱敏電阻1241溫度降低時，熱敏電阻1241的阻值隨之減小。

施密特(Schmitt)觸發器1242係具有一輸入端12421與一輸出端12422，且輸入端12421與輸出端12422係分別連接於一第一接點V_I與一第二接點V_O，且施密特觸發器1242係耦接有一電壓源VDD。

匹配電容1243的一端係耦接於第一接點V_I，另一端則是接地。偏壓電路1244係包含有一偏壓元件12441與一匹配電阻12442，也就是說，偏壓電路1244自第一接點V_I依序串接偏壓元件12441與匹配電阻12442而耦接至第二接點V_O。此外，偏壓元件12441係為二極體，且自第一接點V_I向第二接點V_O為正偏壓。

另外，熱敏電阻1241係分別耦接於第一接點V_I與第二接點V_O，並且鄰近於一工作元件(圖未標示)而設置，且工作元件為一中央處理單元(Central Processing Unit；CPU)，但不限於此。此外，第二接點V_O係經由附加匹配電阻125而耦接於系統電壓源126。

風扇控制單元121係用以產生一脈衝寬度調製(Pulse Width Modulation；PWM)信號S1，脈衝寬度調製信號S1用以控制風扇單元11的轉速，且風扇控制單元121也會產生一運行狀態信號S2，運行狀態信號S2用以指示風扇控制單元121的運行狀態。

複雜可編程邏輯單元122係用以檢測運行狀態信號S2以產生並傳送出一控制信號S3，開關單元123係用以接收控制信號S3以控制開關單元123的開啟或關閉。

矩形波產生單元124係用以產生一矩形波信號S4，矩形波信號S4係供傳送至風扇單元11。在此需要一提的是，當熱敏電阻1241的溫度升高時，熱敏電阻1241的阻值隨之增大，矩形波信號S4之占空比(Duty On Ratio，也可指Duty Cycle，即正脈衝的持續時間與脈衝總週期的比值)亦隨之增大，進而會使風扇單元11的轉速變大；當熱敏電阻1241溫度降低時，熱敏電阻1241的阻值隨之減小，矩形波信號S4之占空比亦隨之減小，進而使風扇單元11的轉速變小。此外，熱敏電阻1241可依據工作元件運作時的一工作溫度而產生一反映出工作溫度的電阻溫度，使熱敏電阻1241的阻值與該電阻溫度相對應。

具體來說，當風扇控制單元121運行正常時，複雜可編程邏輯單元122檢測運行狀態信號S2處於正常工作狀態(本發明較佳實施例中，運行狀態信號處於正常工作狀態時，運行狀態信號S2係占空比為50%的方波)，進而禁能控制信號S3(於第三圖中係為高電位之信號，例如為1)，開關單元123接收禁能的控制信號S3導致開關單元123開啟(亦即導通，使得第二接點V_O接地)，使得矩形波產生單元124輸出關閉，脈衝寬度調製信號S1可經由複雜可編程邏輯單元122而傳送至風扇單元11，進而直接控制風扇單元11轉速。

當風扇控制單元121運行異常(例如故障或是電壓不穩)時，脈衝寬度調製信號S1處於異常狀態，複雜可編程邏輯單元122檢測運行狀態信號S2處於異常工作狀態(例如是占空比非50%的方波、一直為高電位的信號或一直為低電位的信號)，進而致能控制信號S3(於第三圖中係為低電位之信號，例如為0)，開關單元123接收致能的控制信號S3導致開關單元123關閉(亦即截止而不導通)，進而使得矩形波產生單元124輸出矩形波信號S4來控制風扇單元121的轉速。

其中，本發明較佳實施例中，矩形波信號S4的占空比是由熱敏電阻1241的阻值所決定，其由於是鄰近於工作元件，因此可確實依據伺服器的工作元件的工作溫度來感應出相對應的阻值，進而調整占空比而利用矩形波信號S4控制風扇單元11的轉速。具體來說，在工作溫度介於20℃與100℃之間時，熱敏電阻1241的阻值是隨著電阻溫度的提升而升高。

在此進一步說明占空比與熱敏電阻1241的阻值的關係，其中，如第四圖所示，欲計算其震盪週期之公式為T=T₁+T₂=R_h*C*ln(VDD+V_T+)/(VDD-V_T-)+(R_s*R_h*C*ln V_T+/V_T-)/(R_s+R_h)，而上述的R_h為熱敏電阻1241的阻值，R_s為匹配電阻12442的阻值，C為匹配電容1243的電容值，V_T+與V_T-為第一接點V_I的電壓波形峰值與谷值，而此V_T+與V_T-係由施密特觸發器1242的規格所得，本發明較佳實施例以V_T+=1.89V與V_T-=1.086V為例。另外，V_OH與V_OL則為施密特觸發器1242的輸出電壓，也就是第二接點V_O的電壓。

當R_h上升時，占空比D=T₁/(T₁+T₂)，將上述V_T+=1.89V與V_T-=1.086V以及VDD=3.3V的值上述震盪週期的公式可求得，占空比D=0.45121113/(0.45121113+0.55407561*(R_s/(R_s+R_h))，因而可得知熱敏電阻1241的阻值與占空比D成正比，因此本發明較佳實施例所提供之具有散熱控制裝置的伺服器1可確實實施。

另外，請進一步參閱第五圖，由上述占空比D=0.45121113/(0.45121113+0.55407561*(R_s/(R_s+R_h))可知，當C=0.1uF，R_s=1KΩ；由第五圖所示的溫度阻值曲線可得知在溫度為20℃時，R_h為700Ω，占空比D大約為0.58；當溫度為45℃時，R_h為900Ω，占空比D 大約為0.61；當溫度為100℃時，R_h為47KΩ，占空比D大約為0.98，因此，熱敏電阻1241的溫度與占空比D成正比。

綜合以上所述，在採用本發明所提供之具有散熱控制裝置的伺服器之主要技術手段後，由於在風扇控制單元異常時，可依據熱敏電阻的溫度來改變風扇的轉速，因此可有效率地散熱並提升效能。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。