TWI686125B

TWI686125B - 風扇轉速控制的優化方法

Info

Publication number: TWI686125B
Application number: TW107121241A
Authority: TW
Inventors: 姚克翳
Original assignee: 神雲科技股份有限公司
Priority date: 2018-06-21
Filing date: 2018-06-21
Publication date: 2020-02-21
Also published as: US20190391624A1; US10908661B2; TW202002751A

Abstract

一種風扇轉速控制的優化方法，適用於包含一風扇單元、一溫度感測器、一控制單元及一磁碟儲存單元的一電腦系統，並包含下列步驟：獲得一轉速振動對照表；判斷該風扇單元的控制信號的一迴避區間；獲得該風扇單元的一溫度控制表；根據該溫度控制表，將其中該控制信號的大小落在該迴避區間者，改為一預設數值，而成為一優化溫度控制表。藉由該優化方法能夠獲得該優化溫度控制表，並據以控制該風扇單元的風扇轉速，使得該磁碟儲存單元的讀寫速度因為該風扇單元所產生的振動的影響能夠被降低。

Description

風扇轉速控制的優化方法

本發明是有關於一種優化方法，特別是指一種風扇轉速控制的優化方法。

隨著技術的進步，現有的磁碟機(Hard Disk；HD)為了確保讀寫的正確性，普遍具有偵測振動大小的感測器，以回饋磁碟機的讀寫頭的控制。舉例來說，當感測器偵測到旋轉振動(Rotation Vibration；RV)的大小超過一預定閥值時，磁碟機便會降低讀寫的速度。

設置在電腦主機上的各種散熱風扇在轉動時，會產生振動，這些振動再藉由機殼傳導至磁碟機，便有可能導致磁碟機必須要降低讀寫速度。因此，如何降低電腦系統的振動以提高磁碟機的讀寫速度便成為一個待解決的問題。

因此，本發明的目的，即在提供一種風扇轉速控制的優化方法，使得風扇在不同的轉速下，所產生的振動對磁碟儲存單元的讀寫速度的影響能夠被降低。

於是，本發明提供一種風扇轉速控制的優化方法，適用於包含一風扇單元、一溫度感測器、一控制單元、及一磁碟儲存單元的一電腦系統，並藉由該控制單元實施且包含步驟(a)~(d)。

於步驟(a)，獲得一轉速振動對照表，該轉速振動對照表相關於該風扇單元在對應的一轉速控制表的各個轉速下，對該磁碟儲存單元所造成的各個對應的振動值。

於步驟(b)，根據該轉速控制表及該轉速振動對照表，判斷該等振動值之其中最大者，所對應的該控制信號的大小，且定義包含對應最大的該振動值的該控制信號之大小的一迴避區間。

於步驟(c)，獲得該風扇單元的一溫度控制表，該溫度控制表相關於該風扇單元的該控制信號及該溫度感測器所量測的環境溫度之間的對應關係。

於步驟(d)，根據該溫度控制表，將其中該控制信號的大小落在該迴避區間者，改為一預設數值，而成為一優化溫度控制表，該預設數值不在該迴避區間之內，且使得該風扇的轉速變快。

在一些實施態樣中，其中，在步驟(a)中，該控制信號是以信號的佔空比(Duty Cycle)大小，控制該風扇單元的風扇轉速大小。

在一些實施態樣中，其中，在步驟(b)中，該控制信號的大小在該迴避區間時，該控制信號的佔空比會大於一第一佔空比且小於一第二佔空比，並對應該風扇單元的風扇轉速大於一第一轉速且小於一第二轉速，該第一佔空比及該第二佔空比相關於該風扇單元在對應最大的該振動值的風扇轉速的一容差範圍。

在一些實施態樣中，其中，在步驟(d)中，該預設數值大於等於該第二佔空比，使得該風扇單元的風扇轉速大於等於該第二轉速。

在另一些實施態樣中，還適用於一設置在該磁碟儲存單元上的加速計，其中，在步驟(a)中，當該風扇單元運作在該轉速控制表的各個轉速時，根據該加速計的量測結果以獲得該轉速振動對照表中各個對應的該振動值。

於是，本發明提供另一種風扇轉速控制的優化方法，適用於包含一風扇單元、一溫度感測器、一控制單元、及一磁碟儲存單元的一電腦系統，並藉由該控制單元實施且包含步驟(a)~(d)。

於步驟(b)，根據該轉速控制表及該轉速振動對照表，判斷該等振動值之其中大於一預設閥值者，所對應的該控制信號的大小範圍，且將該控制信號的大小範圍定義為一迴避區間。

在一些實施態樣中，其中，在步驟(b)中，該控制信號的大小在該迴避區間時，該控制信號的佔空比會大於一第一佔空比且小於一第二佔空比，並對應該風扇單元的風扇轉速大於一第一轉速且小於一第二轉速。

在另一些實施態樣中，還適用於一設置在該磁碟儲存單元上的加速計，其中，在步驟(a)中，當該風扇單元運作在該轉速控制表的各個轉速時，該控制單元根據該加速計的量測結果以獲得該轉速振動對照表中各個對應的該振動值。

本發明的功效在於：藉由該風扇單元的控制信號與風扇轉速，及該磁碟儲存單元所造成的該等振動值之間的對應關係，將溫度控制表中，該控制信號的大小落在該迴避區間者，改為該預設數值，而獲得該優化溫度控制表。使得根據該優化溫度控制表選擇環境溫度所需要的該控制信號以控制該風扇單元的風扇轉速時，該磁碟儲存單元所產生的振動對該磁碟儲存單元的讀寫速度所造成的影響能夠被降低。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1，本發明風扇轉速控制的優化方法適用於一電腦系統1，該電腦系統1包含一風扇單元11、一控制單元15、一溫度感測器14、及一磁碟儲存單元12。該電腦系統1例如是一伺服器主機，但不在此限。在本實施例中，該控制單元15是一個基板管理控制器(Baseboard Management Controller；BMC)，而在其他實施例中，該控制單元15也可以是一種可程式邏輯裝置，如複雜可程式邏輯裝置(CPLD)或現場可程式閘陣列(FPGA)。

該溫度感測器14根據所設置的位置量測所在的環境溫度，例如中央處理器(CPU)的溫度、主機板的特定位置的溫度等等。該風扇單元11包括至少一個風扇，例如是設置在機殼上的風扇。該控制單元15接收該溫度感測器14所量測的該環境溫度，並對應的產生一控制信號以控制該風扇單元11的該至少一風扇的轉速，使該環境溫度符合該電腦系統1的設計規格。該磁碟儲存單元12例如是一磁碟機(HD)，或多個磁碟機，或其他具備讀寫頭的儲存設備。在本實施例中，該風扇單元11是以包括一個風扇為例作說明，但不以此為限。

參閱圖1與圖2，該風扇轉速控制的優化方法包含步驟S1~S4。

於步驟S1，該控制單元15獲得一轉速振動對照表，該轉速振動對照表相關於該風扇單元11的該風扇在對應的一轉速控制表的各個轉速下，對該磁碟儲存單元12所造成的各個對應的振動值。該轉速控制表相關於該風扇單元11的控制信號及風扇轉速之間的對應關係。在本實施例中，該控制信號是以信號的佔空比(Duty Cycle)大小，控制該風扇單元11的該風扇的風扇轉速大小。再參閱表一，示例性地說明該風扇的該轉速控制表，該轉速控制表的該佔空比與該轉速的各個數值對應關係，是預先儲存於該控制單元15可讀取到的一個記憶體(圖未示)中，該記憶體可以內建於該控制單元15中，也可以設置在該控制單元15之外(在該電腦系統1中)，都不在此限

佔空比	轉速rpm
0%	3000
10%	4440
20%	5880
30%	10280
40%	17640
50%	25000
60%	32360
70%	39720
80%	47080
90%	54440

表一

再參閱表二，示例性地說明該轉速振動對照表。該轉速振動對照表的該佔空比(即對應不同的轉速)與振動值之間的對應關係是預先儲存於該控制單元15可讀取到的一個記憶體(圖未示)中，例如: 該記憶體可以內建於該控制單元15中，也可以設置在該控制單元15之外(在該電腦系統1中)，都不在此限。再參閱圖3，是根據該轉速振動對照表(表二)示例性地以圖式說明該佔空比與該振動值之間的對應關係，其中，曲線C1即是該控制信號的佔空比分別在0%、5%、10%...100%時的各個振動值的連接線。

佔空比	振動值(g)
0%	0.01
5%	0.02
10%	0.01
15%	0.75
20%	0.8
25%	2.5
30%	1.75
35%	0.4
40%	0.375
45%	0.3
50%	0.2
55%	0.05
60%	0.2
65%	0.05
70%	0.05
75%	0.05
80%	0.05
85%	0.05
90%	0.05
95%	0.05
100%	0.2

表二

在本實施例中，該振動值是以重力加速度為單位來表示。再者，該風扇單元11對該磁碟儲存單元12所造成的振動的方向，可以是單一方向，也可以是多個方向(如相互垂直的XYZ三個方向)。因此，該振動值可以是單一方向的振動大小，也可以是多個方向的振動的向量和(如XYZ三個方向的向量和)之振福大小，不在此限。

另外要補充說明的是：該風扇單元11例如是安裝在該電腦系統1的機殼上，當該風扇單元11的該風扇在運轉時，該風扇所產生的振動便會經由機殼的傳導，而使得該磁碟儲存單元12接收到對應的振動。接續表一的例子，該風扇所產生的振動頻率(Hz)等於該風扇的轉速(rpm)除以60，如下列表三(如下頁)。此外，表三所示的各個振動頻率是該風扇在運轉時所產生的基頻振動，當該風扇的葉片數等於N時，該風扇除了產生基頻振動，也可能會因為風扇的設計無法完美而產生倍頻振動，且該倍頻振動的頻率等於該基頻振動的頻率乘以N，N是正整數。此外，一般來說，該基頻振動的大小大於該倍頻振動，也就是說，該基頻振動對該磁碟儲存單元12的影響相較於該倍頻振動還大。舉例來說，一個風扇單元11包括二個組合在一起的風扇，且風扇的葉片數分別等於5和7，當該控制信號的佔空比等於20%時，該二個風扇的轉速是5880rpm，且產生的基頻振動在98Hz，倍頻振動分別在490Hz與686Hz。

佔空比	轉速rpm	振動頻率Hz
0%	3000	50
10%	4440	74
20%	5880	98
30%	10280	171
40%	17640	294
50%	25000	417
60%	32360	539
70%	39720	662
80%	47080	785
90%	54440	907

表三

於步驟S2，根據該轉速控制表及該轉速振動對照表，判斷該等振動值之其中最大者，所對應的該控制信號的大小，且定義包含對應最大的該振動值的該控制信號之大小的一迴避區間。在本實施例中，該預設區間以對應最大的該振動值的該控制信號之大小為中心，在該控制單元15接收該溫度感測器14所量測的該環境溫度，並對應的產生該控制信號以控制該風扇單元11的該至少一風扇的轉速時，控制避免產生該控制信號的大小在該迴避區間內，也就是說該控制單元15所產生的該控制信號的佔空比會大於一第一佔空比且小於一第二佔空比，並對應該風扇單元11的風扇轉速大於一第一轉速且小於一第二轉速，該第一佔空比及該第二佔空比相關於該風扇單元11在對應最大的該振動值的風扇轉速的一容差範圍。

再參閱圖3，舉例來說，該等振動值的最大值等於2.5g(即對應圖三中的位置P1的振動值大小)，所對應的佔空比R1是25%，該迴避區間等於佔空比R3~R2，即23%~27%，該第一佔空比R3等於23%，該第二佔空比R2等於27%，再參閱表一，利用內插法的計算，該第一佔空比23%及該第二佔空比27%分別對應的該第一轉速及該第二轉速分別是7200rpm及8960rpm。更具體地說，該風扇單元11的該風扇的規格書會標示該風扇的轉速容差，該風扇轉速的該容差範圍的上限與下限分別對應該第二佔空比與該第一佔空比，換句話說，該風扇的規格書對該風扇轉速在8080rpm(對應佔空比在25%)的該容差範圍是8080rpm±880rpm(對應佔空比是25%±2%)。

於步驟S3，獲得該風扇單元11的一溫度控制表，該溫度控制表相關於該風扇單元11的該控制信號及該溫度感測器14所量測的環境溫度之間的對應關係。再參閱表四(如下頁)，示例性地說明該溫度控制表，舉例來說，該控制信號的佔空比等於60%時，該溫度感測器14所量測的該環境溫度等於攝氏49度，若將該控制信號的佔空比改為80%時，即提高該風扇的轉速時，該環境溫度可以降低為攝氏48度。該溫度控制表是預先儲存於該控制單元15可讀取到的一個記憶體(圖未示)中，該記憶體可以內建於該控制單元15中，也可以設置在該控制單元15之外(在該電腦系統1中)，都不在此限。

佔空比	環境溫度
25%	56℃
30%	55℃
35%	53℃
50%	50℃
60%	49℃
80%	48℃

表四

於步驟S4，根據該溫度控制表，將其中該控制信號的大小落在該迴避區間者，改為一預設數值，而成為一優化溫度控制表，該預設數值不在該迴避區間之內，且使得該風扇的轉速變快。在本實施例中，該預設數值大於等於該第二佔空比，使得該風扇單元11的風扇轉速大於等於該第二轉速。

。再參閱圖4，示例性地說明該環境溫度與該佔空比之間的對應關係，其中，曲線C2即是該控制信號的佔空比分別在25%、30%、35%、50%、60%、80%時，所量測到的各個環境溫度的連接線。

舉例來說，接續前面的例子，該迴避區間等於佔空比R3~R2，即23%~27%，該第一佔空比等於23%，該第二佔空比等於27%。藉由內插法的計算該控制信號的佔空比27%是對應該環境溫度T2攝氏55.6度。而佔空比R1等於25%所對應的該環境溫度T1是攝氏56度。因此，根據該溫度控制表(如表四)，將該控制信號的佔空比介於23%~27%之間者，改為27%(即該預設數值)，而產生該優化溫度控制表(如表五)(如下頁)。

佔空比	環境溫度
27%	56℃
27%	55.6℃
30%	55℃
35%	53℃
50%	50℃
60%	49℃
80%	48℃

表五

綜上所述，該控制單元15在接收該溫度感測器14所量測的該環境溫度，且要產生該控制信號以使該環境溫度符合該電腦系統1的設計規格時，會同時根據該優化溫度控制表，決定該控制信號的該佔空比大小，不但能夠達到環境溫度的設計規格，還能降低其振動大小對該磁碟儲存單元12的讀寫速度的影響。

另外要特別補充說明的是：在本實施例中，步驟S2的該迴避區間是相關於該容差範圍，且該預設區間是以對應最大的該振動值的該控制信號之大小為中心，而在其他實施例中，該預設區間也可以是不以對應最大的該振動值的該控制信號之大小為中心，例如在前述例子中，該迴避區間是23.5%~27.5%(有包含最大值的25%)。或者，在其他實施例中，步驟S2也可以是根據該轉速控制表及該轉速振動對照表，判斷該等振動值之其中大於一預設閥值者，所對應的該控制信號的大小範圍，且將該控制信號的大小範圍定義為該迴避區間。再參閱圖3，舉例來說，該預設閥值例如是2g，則該第一佔空比及該第二佔空比分別約是23%及28%。

此外，表一至表五的數值對應關係都可以利用簡單的數學內插法作計算，而獲得更多的數值對應關係。再者，在本實施例中，步驟S1的該轉速振動對照表中的該等振動值是藉由一個加速計(圖未示)的量測而獲得，該加速計可以是內建於該磁碟儲存單元12中，也可以是一個獨立的手持設備，在量測時設置於該磁碟儲存單元12上。另外，本案步驟S1~S4的實施主體可以是藉由該控制單元15來實施，在其他實施例中，這些步驟S1~S4中的全部或部分步驟也可以藉由該電腦系統1或另一電腦主機來實施，進而產生該優化溫度控制表，都不在此限。

綜上所述，藉由該風扇單元11的控制信號與風扇轉速，及該磁碟儲存單元12所造成的該等振動值之間的對應關係，將溫度控制表中，該控制信號的大小落在該迴避區間者，改為該預設數值，而獲得該優化溫度控制表。使得根據該優化溫度控制表選擇環境溫度所需要的該控制信號以控制該風扇單元11的風扇轉速時，該磁碟儲存單元12所產生的振動對該磁碟儲存單元12的讀寫速度所造成的影響能夠被降低，故確實能達成本發明的目的。

惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。

1········ 電腦系統 11······· 風扇單元 12······· 磁碟儲存單元 14······· 溫度感測器 15······· 控制單元 S1~S4· 步驟 C1······ 曲線 C2······ 曲線 P1······· 位置 R1······ 佔空比 R2······ 佔空比 R3······ 佔空比 T1······ 環境溫度 T2······ 環境溫度

本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一方塊圖，說明本發明風扇轉速控制的優化方法所適用的一電腦系統；圖2是一方塊圖，說明本發明風扇轉速控制的優化方法的一實施例；圖3是一折線圖，說明該實施例的佔空比與振動值之間的對應關係；及圖4是一折線圖，說明該實施例的環境溫度與佔空比之間的對應關係。

S1~S4· 步驟

Claims

一種風扇轉速控制的優化方法，適用於包含一風扇單元、一溫度感測器、一控制單元、及一磁碟儲存單元的一電腦系統，並藉由該控制單元實施且包含下列步驟： (a)獲得一轉速振動對照表，該轉速振動對照表相關於該風扇單元在對應的一轉速控制表的各個轉速下，對該磁碟儲存單元所造成的各個對應的振動值； (b)根據該轉速控制表及該轉速振動對照表，判斷該等振動值之其中最大者，所對應的該控制信號的大小，且定義包含對應最大的該振動值的該控制信號之大小的一迴避區間； (c)獲得該風扇單元的一溫度控制表，該溫度控制表相關於該風扇單元的該控制信號及該溫度感測器所量測的環境溫度之間的對應關係；及 (d)根據該溫度控制表，將其中該控制信號的大小落在該迴避區間者，改為一預設數值，而成為一優化溫度控制表，該預設數值不在該迴避區間之內，且使得該風扇的轉速變快。
如請求項1所述的風扇轉速控制的優化方法，其中，在步驟(a)中，該控制信號是以信號的佔空比(Duty Cycle)大小，控制該風扇單元的風扇轉速大小。
如請求項2所述的風扇轉速控制的優化方法，其中，在步驟(b)中，該控制信號的大小在該迴避區間時，該控制信號的佔空比會大於一第一佔空比且小於一第二佔空比，並對應該風扇單元的風扇轉速大於一第一轉速且小於一第二轉速，該第一佔空比及該第二佔空比相關於該風扇單元在對應最大的該振動值的風扇轉速的一容差範圍。
如請求項3所述的風扇轉速控制的優化方法，其中，在步驟(d)中，該預設數值大於等於該第二佔空比，使得該風扇單元的風扇轉速大於等於該第二轉速。
如請求項1所述的風扇轉速控制的優化方法，還適用於一設置在該磁碟儲存單元上的加速計，其中，在步驟(a)中，當該風扇單元運作在該轉速控制表的各個轉速時，該控制單元根據該加速計的量測結果以獲得該轉速振動對照表中各個對應的該振動值。
一種風扇轉速控制的優化方法，適用於包含一風扇單元、一溫度感測器、一控制單元、及一磁碟儲存單元的一電腦系統，並藉由該控制單元實施且包含下列步驟： (a)獲得一轉速振動對照表，該轉速振動對照表相關於該風扇單元在對應的一轉速控制表的各個轉速下，對該磁碟儲存單元所造成的各個對應的振動值； (b)根據該轉速控制表及該轉速振動對照表，判斷該等振動值之其中大於一預設閥值者，所對應的該控制信號的大小範圍，且將該控制信號的大小範圍定義為一迴避區間； (c)獲得該風扇單元的一溫度控制表，該溫度控制表相關於該風扇單元的該控制信號及該溫度感測器所量測的環境溫度之間的對應關係；及 (d)根據該溫度控制表，將其中該控制信號的大小落在該迴避區間者，改為一預設數值，而成為一優化溫度控制表，該預設數值不在該迴避區間之內，且使得該風扇的轉速變快。
如請求項6所述的風扇轉速控制的優化方法，其中，在步驟(a)中，該控制信號是以信號的佔空比(Duty Cycle)大小，控制該風扇單元的風扇轉速大小。
如請求項7所述的風扇轉速控制的優化方法，其中，在步驟(b)中，該控制信號的大小在該迴避區間時，該控制信號的佔空比會大於一第一佔空比且小於一第二佔空比，並對應該風扇單元的風扇轉速大於一第一轉速且小於一第二轉速。
如請求項8所述的風扇轉速控制的優化方法，其中，在步驟(d)中，該預設數值大於等於該第二佔空比，使得該風扇單元的風扇轉速大於等於該第二轉速。
如請求項6所述的風扇轉速控制的優化方法，還適用於一設置在該磁碟儲存單元上的加速計，其中，在步驟(a)中，當該風扇單元運作在該轉速控制表的各個轉速時，該控制單元根據該加速計的量測結果以獲得該轉速振動對照表中各個對應的該振動值。