WO2012113729A1 - Verfahren zum kühlen wärme erzeugender komponenten in einem computersystem sowie entsprechendes computersystem - Google Patents
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- H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
- H05K7/20009—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a gaseous coolant in electronic enclosures
- H05K7/20209—Thermal management, e.g. fan control
Definitions
- the invention relates to a method for cooling heat-generating components in a computer system, wherein the temperature is monitored in the computer system and at least one fan can be controlled in dependence on the temperature for generating a cooling air flow in the computer system.
- the invention relates to a computer system which is operated according to such a method.
- Computer systems that are cooled by one or more fans are widely used.
- the fans are used to cool heat generating components in the computer system so that the waste heat of the components can be dissipated from the computer system to the environment.
- the fans usually include axial or radial fan systems, wherein fan wheels are driven by an electric motor to generate the
- Cooling air flow By changing the speed of a fan, the air flow and the strength of the cooling air flow and consequently the intensity of the heat dissipation can be influenced.
- the fans are controlled in dependence on the performance of the computer system, the waste heat generated and the resulting temperature changes in the computer system to predetermined speeds.
- a fan is controlled to a high speed for fast and efficient heat dissipation.
- the fan becomes depending on Requirement regulated to a lower speed or even a minimum speed.
- This object is achieved in a first aspect by a method of the type mentioned in that during operation of the computer system in a first, low
- the at least one fan is switched off and in a second, high temperature range from the temperature threshold of the fan at least one
- the speed of the fan is set between the minimum speed and a maximum speed depending on the temperature.
- Temperature range no fan noise is present.
- the computer system behaves completely silently in this temperature range except for any noise from rotating drives. It is exploited that the waste heat of Heat generating components in the computer system in the low temperature range is low or can be passively dissipated in other ways, so that a generation of a cooling air flow through the fan is not necessary. A passive heat dissipation will be explained in more detail below.
- the fan is turned on to a minimum speed. Due to the minimum speed of the fan, a minimum cooling air flow of the fan is achieved in the computer system, so that waste heat from the computer system can be removed via this cooling air flow.
- the fan may be in
- Preference may be multiple fans in the computer system in
- Computer system are turned off, but also all other fans, for example, housing fan or fan in a power supply unit, in particular a power supply, the computer system are turned off. It is essential that in the first temperature range no fan rotates, so that the speed of all fans in this temperature range is zero.
- the rotational speed of the fan or fans is adjusted linearly with respect to the temperature by means of a control function. This means that a change of the speed behaves linearly to a change of the temperature.
- An exponential change in the speed has the advantage that with increasing temperature an ever higher speed is set. This allows especially at very high temperatures an ever stronger removal of heat in the computer system.
- a logarithmic change in the rotational speed has the advantage that, when the temperature threshold value is exceeded in the region of the temperature threshold value, a strong change in rotational speed is made with increasing temperature, so that when the temperature is exceeded
- the temperature-sensitive component used.
- the temperature is measured across the temperature sensitive device whereby a temperature dependent electrical signal is provided by the temperature sensitive device.
- thermosensitive component for example, a thermoplastic resin
- Be temperature sensor which is designed as a temperature-dependent electrical resistance.
- the temperature-sensitive component could be a pn diode. Due to temperature-dependent distribution of the free charge carriers as well as altered potential profiles in the pn region of the device due to temperature changes, the current and voltage behavior of the device also changes
- the passive heat dissipation may be via at least one heat sink and / or at least one heat pipe, which are thermally coupled with one or more heat-generating component in the computer system.
- a computer system is thus passively cooled in the first temperature range, in which all fans are stopped, with the waste heat from the heat-generating components thermal coupling with the environment of the computer system is dissipated.
- the illustrated method combines passive cooling of the computer system at low
- Temperature range for completely switched-off fans with active cooling technology via fans which, however, are only switched on when the temperature threshold is exceeded, at least to a minimum speed.
- Temperature ranges is generated so that a transition of the system behavior between the two temperature ranges only occurs at significant temperature change. This avoids that the fans in the computer system constantly
- the object is advantageously achieved by a computer system which is operated according to a method of the type explained.
- a computer system has the advantage that in a low temperature range, all the fans are turned off, creating a
- Temperature range is greatly reduced. Only when a temperature threshold is exceeded are the fans of the
- Computer system active Such a computer system allows not only reduced noise, especially in a quiet office operation, but also reduces the power consumption for the cooling system, since in the low temperature range all active cooling components, such as the fan or a fan control unit are inactive.
- the computer system has at least one heat sink and / or at least one heat pipe, which is thermally coupled to one or more heat-generating components in the computer system and in such a way
- a power loss of up to about 50 W can be cooled purely passively, whereby a temperature threshold of about 26 ° C is defined. Waste heat generated above this threshold with corresponding performance above 50 W is actively cooled down by additionally switched-on fans at the corresponding speed.
- Figure 1 is a schematic representation of a
- Figure 2 is a diagram of a control function for the
- Figure 1 shows a schematic representation of a
- Computer system 2 with a chassis 11, wherein in the chassis 11 functionally predetermined components are arranged.
- the computer system 2 has a plurality of heat
- components la and lb which represent, for example, power components such as processors, integrated components, voltage transformers or the like.
- the component la is exemplarily coupled via a thermal coupling 9b with an outer wall of the chassis 11 such that a heat transfer from the heat generating component la can be made to a heat sink 10, which is arranged on the outer wall of the chassis 11.
- a heat sink 10 which is arranged on the outer wall of the chassis 11.
- the waste heat can be dissipated to the ambient air. It is also conceivable to provide ventilation openings in the chassis 11 such that a passive air flow through the chassis 11 adjusts along the components 1 a and 1 b for cooling thereof. Thus, the component la and also the component lb can be passively cooled. Further, in the chassis 11, a fan 3 is arranged with a fan for generating a cooling air flow through the fan 3. Thus, via the fan 3, an active cooling of the
- Computer system 2 in particular the two components la and lb done.
- a temperature monitoring is set up in the computer system 2.
- a temperature monitoring is set up in the computer system 2.
- a thermal coupling 9a On the heat generating component la, also via a thermal coupling 9a, a
- Temperature-sensitive member 4a is set in thermal contact with the heat generating component la.
- Temperature-sensitive component 4a converts a temperature of the component la into an electrical quantity or an electrical signal.
- the electrical signal can via a
- Measuring signal line 7a of a monitoring unit 5 are supplied.
- a temperature sensitive member 4b is also arranged to monitor the temperature of the component 1b. Also in this case, the temperature-sensitive member 4b generates an electric quantity or an electric signal
- the computer system 2 can only one temperature-sensitive component 4a or optionally an additional
- temperature sensitive component 4b (as shown) or other additional temperature sensitive components (not shown) included.
- Other temperature sensitive components (not shown) included.
- Components could, for example, be arranged on a power supply (not shown) of the computer system 2.
- the variable design of the temperature monitoring is indicated by dashed lines of the measuring signal line 7b
- All temperature-sensitive components 4a, 4b can be designed in different ways.
- PTC or NTC resistance sensors in the form of PTC thermistor or thermistor sensors are particularly suitable here.
- semiconductor temperature sensors in particular pn diodes.
- a monitoring unit 5 is used to evaluate the measured temperatures on the heat
- the monitoring unit 5 can communicate via a control signal line 8a a fan control unit 6 corresponding control signals, which are converted in the fan control unit 6 in explicit control signals for the fan 3.
- Control signals for controlling the fan 3 are transmitted via a control signal line 8b from the fan control unit 6 to the fan 3.
- Computer system 2 detected by the monitoring unit 5 and a corresponding control signal to the fan control unit 6 are passed.
- Pulse width modulation such that the electric motor in the fan 3 changes its speed. This way can work on one
- Temperature change in the computer system 2, in particular to the heat generating components la and lb are reacted by changing the speed of the fan 3. A change in the As a result, the rotational speed of the fan 3 generates a changed cooling air flow in the computer system 2.
- FIG. 2 schematically shows a diagram for the advantageous control of a fan 3 for noise reduction
- the diagram represents a temperature T on the X-axis, which results in a computer system 2 according to FIG. 1
- the control function f (T) has values which are expressed in a rotational speed of a fan 3 according to FIG.
- a value Fan-OFF in FIG. 2 describes a completely switched-off state of a fan 3.
- a value Fan-Min describes a minimum speed of the fan 3, while a value Fan-Full represents a maximum speed of the fan 3.
- a method for controlling the fan 3 now envisages completely switching off the fan 3 in a first low temperature range I.
- the temperature range I therefore, there is only a value Fan-OFF, that is, a disconnected state of the fan 3 at zero speed.
- the transition from the first temperature range I to the second temperature range II is defined by a predetermined temperature threshold Ts.
- the temperature threshold Ts may, for example, depending on the design of the computer system 2 at 26 ° C. If the temperature T of the computer system 2 is below the
- the fan 3 If the temperature T exceeds the temperature threshold Ts in the higher temperature range II, the fan 3 is turned on and rotates at least with the minimum speed Fan-Min. In the temperature range II, the rotational speed of the fan 3 can then be controlled via a linear control function f (T) between the minimum speed Fan-Min and the maximum speed Fan-Full. According to Figure 2 behaves a
- Control function f (T) adjusted accordingly. At maximum expected waste heat, the fan 3 rotates with the
- the diagram of the control function f (T) shown in FIG. 2 can be set up in a computer system 2 in this way or in a different form for different fans 3. So can
- a wide variety of fans 3 in the computer system 2 according to an associated control function f (T) are controlled. It is crucial, however, that in the first temperature range I according to FIG. 2 all fans 3, in particular fans in a power supply of the computer system 2, are switched off. In the first temperature range I thus takes place Cooling of the computer system 2 entirely via a passive cooling, as exemplified in Figure 1 via a thermal coupling of the heat generating component la with a
- Heat sink 10 has been explained on the outer wall of the chassis 11.
- the proposed solution has the advantage that at low temperatures, a computer system can be cooled passively, with all the fans in the system are turned off. In a low-load operation, a noise, in addition to any sounds of rotating parts of optical
- Temperature range of increased load operation one or more fans via a control function f (T) are turned on according to Figure 2 and their speed adjusted according to the detected temperature T.
- control function f (T) according to FIG. 2 can be implemented in different ways.
- the characteristic f (T) may be linear, exponential, logarithmic or otherwise in the second temperature range II.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen Wärme erzeugender Komponenten (1a, 1b) in einem Computersystem (2), wobei die Temperatur (T) im Computersystem (2) überwacht wird und zumindest ein Lüfter (3) in Abhängigkeit der Temperatur (T) angesteuert werden kann zum Erzeugen eines Kühlluftstroms im Computersystem (2). Erfindungsgemäß ist der Lüfter (3) während des Betriebs des Computersystems (2) in einem ersten, niedrigen Temperaturbereich (I) bis zu einem vorbestimmten Temperaturschwellwert (Ts) abgeschaltet (Fan-OFF). In einem zweiten, hohen Temperaturbereich (II) wird der Lüfter (3) ab dem Temperaturschwellwert (Ts) zumindest auf eine Minimaldrehzahl (Fan-Min) eingeschaltet, wobei die Drehzahl des Lüfters (3) zwischen der Minimaldrehzahl (Fan-Min) und einer Maximaldrehzahl (Fan-Full) in Abhängigkeit der Temperatur (T) eingestellt wird. Ferner wird ein Computersystem beschrieben, welches erfindungsgemäß nach einem derartigen Verfahren betrieben wird.
Description
Beschreibung
Verfahren zum Kühlen Wärme erzeugender Komponenten in einem Computersystem sowie entsprechendes Computersystem
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen Wärme erzeugender Komponenten in einem Computersystem, wobei die Temperatur im Computersystem überwacht wird und zumindest ein Lüfter in Abhängigkeit der Temperatur angesteuert werden kann zum Erzeugen eines Kühlluftstroms im Computersystem.
Ferner betrifft die Erfindung ein Computersystem, welches nach einem derartigen Verfahren betrieben wird.
Computersysteme, welche durch einen oder mehrere Lüfter gekühlt werden, sind vielfach verbreitet. Die Lüfter dienen zur Kühlung Wärme erzeugender Komponenten im Computersystem, so dass die Abwärme der Komponenten aus dem Computersystem an die Umgebung abgeführt werden kann. Die Lüfter umfassen in der Regel Axial- oder Radiallüftersysteme, wobei Lüfterräder elektromotorisch angetrieben werden zur Erzeugung des
Kühlluftstromes. Durch Verändern der Drehzahl eines Lüfters kann der Luftdurchsatz sowie die Stärke des Kühlluftstroms und infolgedessen die Intensität der Wärmeabfuhr beeinflusst werden. Die Lüfter werden in Abhängigkeit der Leistung des Computersystems, der erzeugten Abwärme sowie der daraus resultierenden Temperaturänderungen im Computersystem auf vorbestimmte Drehzahlen geregelt.
Bei hohen Temperaturen im Computersystem wird ein Lüfter auf eine hohe Drehzahl geregelt zur schnellen und effizienten Wärmeabfuhr. In einem niedrigen Temperaturbereich dagegen, während eines Niedriglastbetriebes, wird der Lüfter je nach
Anforderung auf eine niedrigere Drehzahl oder sogar eine Minimaldrehzahl geregelt.
Der Nachteil derartiger Lösungen besteht jedoch darin, dass auch im Niedriglastbetrieb selbst bei einer Minimaldrehzahl eines Lüfters ein Lüftergeräusch vorhanden ist. Dies kann insbesondere in einer ruhigen Büroumgebung ein Störgeräusch darstellen .
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren sowie ein
Computersystem der eingangs genannten Art zu beschreiben, wodurch eine Geräuschreduzierung erzielbar ist und dennoch ein stabiler Betrieb des Computersystems gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird in einem ersten Aspekt durch ein Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass während des Betriebs des Computersystems in einem ersten, niedrigen
Temperaturbereich bis zu einem vorbestimmten
Temperaturschwellwert der zumindest eine Lüfter abgeschaltet ist und in einem zweiten, hohen Temperaturbereich ab dem Temperaturschwellwert der Lüfter zumindest auf eine
Minimaldrehzahl eingeschaltet wird. Im zweiten
Temperaturbereich wird die Drehzahl des Lüfters zwischen der Minimaldrehzahl und einer Maximaldrehzahl in Abhängigkeit der Temperatur eingestellt.
Dies hat den Vorteil, dass der Lüfter in einem niedrigen Temperaturbereich während eines Niedriglastbetriebs
vollständig abgeschaltet werden kann, so dass in diesem
Temperaturbereich keinerlei Lüftergeräusch vorhanden ist. Das Computersystem verhält sich in diesem Temperaturbereich bis auf etwaige Geräusche von rotierenden Laufwerken völlig geräuschlos. Dabei wird ausgenutzt, dass die Abwärme von
Wärme erzeugenden Komponenten im Computersystem in dem niedrigen Temperaturbereich gering ist bzw. auf andere Art und Weise passiv abgeführt werden kann, so dass ein Erzeugen eines Kühlluftstroms über den Lüfter nicht notwendig ist. Eine passive Wärmeabfuhr wird weiter unten näher erläutert.
Steigt die Betriebstemperatur des Computersystems aufgrund eines erhöhten Lastbetriebs bei erhöhter Abwärme von Wärme erzeugenden Komponenten im Computersystem über einen
vorbestimmten Temperaturschwellwert an, so wird der Lüfter auf eine Minimaldrehzahl einschaltet. Durch die minimale Drehzahl des Lüfters wird ein minimaler Kühlluftstrom des Lüfters im Computersystem erreicht, so dass Abwärme aus dem Computersystem über diesen Kühlluftstrom abtransportiert werden kann. Je nach Anforderung kann der Lüfter in
Abhängigkeit der Temperatur auf eine beliebige Drehzahl zwischen der Minimaldrehzahl und der Maximaldrehzahl geregel werden, so dass auch eine hohe Abwärme bei einem hohen
Leistungsverbrauch effizient abgeführt werden kann.
Bevorzugt können mehrere Lüfter im Computersystem in
Abhängigkeit der Temperatur angesteuert werden. Im ersten Temperaturbereich sind alle Lüfter abgeschaltet. Das
bedeutet, dass nicht nur Lüfter zur Kühlung von Wärme erzeugenden Komponenten auf einem Systemboard im
Computersystem abgeschaltet sind, sondern auch sämtliche weitere Lüfter, zum Beispiel Gehäuselüfter oder Lüfter in einer Stromversorgungseinheit, insbesondere einem Netzteil, des Computersystems abgeschaltet sind. Wesentlich ist, dass im ersten Temperaturbereich kein Lüfter dreht, so dass die Drehzahl aller Lüfter in diesem Temperaturbereich auf Null ist .
Vorzugsweise wird im zweiten Temperaturbereich die Drehzahl des oder der Lüfter anhand einer Steuerfunktion linear zur Temperatur eingestellt. Das bedeutet, dass sich eine Änderung der Drehzahl linear zu einer Änderung der Temperatur verhält. Es ist jedoch auch denkbar, ein nicht-lineares Verhältnis zwischen der Temperatur und der Drehzahl eines Lüfters einzurichten. So könnte sich eine Drehzahländerung
beispielsweise exponentiell oder logarithmisch zu einer
Temperaturänderung verhalten. Eine exponentielle Änderung der Drehzahl hat den Vorteil, dass mit erhöhter Temperatur eine immer höhere Drehzahl eingestellt wird. Dies erlaubt gerade bei sehr hohen Temperaturen eine immer stärkere Äbfuhr der Wärme im Computersystem. Eine logarithmische Änderung der Drehzahl hat jedoch den Vorteil, dass bei Überschreiten des Temperaturschwellwerts im Bereich des Temperaturschwellwerts mit steigender Temperatur eine starke Drehzahländerung vorgenommen wird, so dass bei Überschreiten des
Temperaturschwellwerts sofort mit einer starken
Drehzahländerung reagiert wird, um das Computersystem
beispielsweise unmittelbar bei Einschalten eines Lüfters effizient zu kühlen. Je nach Anforderung an das
Leistungsverhalten und die Kühlwirkung können somit
unterschiedliche Steuerfunktionen zur Drehzahlsteuerung herangezogen werden.
Zur Temperaturüberwachung wird bevorzugt ein
temperaturempfindliches Bauteil herangezogen. Die Temperatur wird über das temperaturempfindliche Bauteil gemessen, wobei ein von der Temperatur abhängiges elektrisches Signal vom temperaturempfindlichen Bauteil geliefert wird. Das
temperaturempfindliche Bauteil kann beispielsweise ein
Temperatursensor sein, welcher als temperaturabhängiger elektrischer Widerstand ausgeführt ist. Der Widerstand kann
dabei derart ausgelegt sein, dass sein Widerstandswert bei steigender Temperatur zunimmt (PTC = positive temperature coefficient) oder dass sein Widerstandswert bei steigender Temperatur abnimmt (NTC = negative temperature coefficient) Durch eine Temperaturänderung wird der Widerstandswert des elektrischen Widerstands verändert, so dass ein
unterschiedliches Strom- und Spannungsverhalten des
Widerstands messbar ist.
Es ist jedoch auch denkbar, das temperaturempfindliche
Bauteil als Halbleiter-Temperatursensor einzurichten. So könnte das temperaturempfindliche Bauteil beispielsweise eine pn-Diode sein. Durch temperaturabhängige Verteilung der freien Ladungsträger sowie veränderte Potentialverläufe im pn-Bereich des Bauelements aufgrund von Temperaturänderungen ändert sich auch das Strom- und Spannungsverhalten des
Halbleiters und liefert eine messbare elektrische Größe.
Aufgrund der Temperaturüberwachung über das
temperaturempfindliche Bauteil ist es möglich, eine
Lüftersteuerung in Abhängigkeit der Temperatur entsprechend der erläuterten Art und Weise durchzuführen.
Besonders vorteilhaft wird das Computersystem im ersten
Temperaturbereich durch passive Wärmeabgabe an die Umgebung gekühlt. Die passive Wärmeabgabe kann über zumindest einen Kühlkörper und/oder zumindest ein Wärmeleitrohr erfolgen, welche mit einer oder mehreren Wärme erzeugenden Komponente im Computersystem thermisch gekoppelt sind.
Ein Computersystem wird somit im ersten Temperaturbereich, in dem sämtliche Lüfter stillstehen, passiv gekühlt, wobei die Abwärme von den Wärme erzeugenden Komponenten durch
thermische Kopplung mit der Umgebung des Computersystems abgeführt wird. Durch effiziente passive Wärmeabgabe im niedrigen Temperaturbereich ist es möglich, die Lüfter in diesem Temperaturbereich bis zu einem Temperaturschwellwert gänzlich abzuschalten. Somit vereint das erläuterte Verfahren eine passive Kühlung des Computersystems im niedrigen
Temperaturbereich bei vollständig abgeschalteten Lüftern mit einer aktiven Kühltechnik über Lüfter, welche jedoch erst bei Überschreiten des Temperaturschwellwerts zumindest auf eine Minimaldrehzahl eingeschaltet werden.
Es ist denkbar, einen Übergang zwischen dem ersten niedrigen und dem zweiten hohen Temperaturbereich derart getriggert über ein Hystereseverhalten einzurichten, das in einem vorbestimmten Grenzbereich um den Temperaturschwellwert herum eine stabile Schaltfunktion zwischen den beiden
Temperaturbereichen erzeugt ist, so dass ein Übergang des Systemsverhaltens zwischen den beiden Temperaturbereichen erst bei signifikanter Temperaturänderung auftritt. Dies vermeidet, dass die Lüfter im Computersystem ständig
wechselnd ein- und abgeschaltet werden, wenn die Temperatur im Computersystem nur minimal um den Temperaturschwellwert schwankt .
In einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe vorteilhaft durch ein Computersystem gelöst, welches nach einem Verfahren der erläuterten Art betrieben wird. Ein derartiges Computersystem hat den Vorteil, dass in einem niedrigen Temperaturbereich sämtliche Lüfter abgeschaltet sind, wodurch ein
Betriebsgeräusch des Computersystems in diesem
Temperaturbereich stark reduziert ist. Erst bei Überschreiten eines Temperaturschwellwerts sind die Lüfter des
Computersystems aktiv. Ein derartiges Computersystem erlaubt
nicht nur eine reduzierte Geräuschentwicklung, insbesondere in einem ruhigen Bürobetrieb, sondern reduziert zudem auch die Leistungsaufnahme für das Kühlsystem, da im niedrigen Temperaturbereich sämtliche aktive Kühlkomponenten, wie die Lüfter oder eine Lüftersteuereinheit inaktiv sind.
Besonders vorteilhaft weist das Computersystem zumindest einen Kühlkörper und/oder zumindest ein Wärmeleitrohr auf, welche mit einer oder mehreren Wärme erzeugenden Komponenten im Computersystem thermisch gekoppelt und derart
dimensioniert sind, dass sie während des Betriebs des
Computersystems in einem ersten Temperaturbereich bis zu einem vorbestimmten Temperaturschwellwert eine passive
Wärmeabgabe an die Umgebung erlauben. Somit ist ein sicherer Betrieb des Computersystems gemäß einem Verfahren der
genannten Art sichergestellt.
Bei effizienter Auslegung des Computersystems kann im
niedrigen Temperaturbereich insbesondere bei Desktop-PCs oder Workstations eine Verlustleistung bis etwa 50 W durchaus rein passiv gekühlt werden, wobei ein Temperaturschwellwert von etwa 26 °C definiert ist. Über diesem Schwellwert erzeugte Abwärme bei entsprechendem Leistungsverhalten über 50 W wird durch zusätzlich eingeschaltete Lüfter bei entsprechender Drehzahl aktiv herabgekühlt.
Weitere vorteilhafte Aus führungs formen sind in den
Unteransprüchen sowie in der nachfolgenden
Figurenbeschreibung offenbart.
Die Erfindung wird anhand zweier Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematisierte Darstellung einer
Aus führungs form eines Computersystems und
Figur 2 ein Diagramm einer Steuerfunktion für die
Durchführung eines Verfahrens zur Kühlung Wärme erzeugender Komponenten im Computersystem.
Figur 1 zeigt in schematisierter Darstellung ein
Computersystem 2 mit einem Chassis 11, wobei im Chassis 11 funktional vorbestimmte Komponenten angeordnet sind.
Insbesondere weist das Computersystem 2 mehrere Wärme
erzeugende Komponenten la und lb auf, welche beispielsweise Leistungsbauelemente wie Prozessoren, integrierte Bausteine, Spannungswandler oder ähnliches darstellen.
Insbesondere ist die Komponente la beispielhaft über eine thermische Kopplung 9b mit einer Außenwand des Chassis 11 derart gekoppelt, dass ein Wärmeübergang von der Wärme erzeugenden Komponente la an einen Kühlkörper 10 erfolgen kann, welcher an der Außenwand des Chassis 11 angeordnet ist. Durch die Abwärme der Komponente la werden Kühlrippen des Kühlkörpers 10 erwärmt, wobei durch Luftströmung und
Konvektion am Kühlkörper 10 die Abwärme an die Umgebungsluft abgeführt werden kann. Es ist auch denkbar, im Chassis 11 Lüftungsöffnungen derart vorzusehen, dass sich ein passiver Luftstrom durch das Chassis 11 entlang der Komponenten la und lb zu deren Kühlung einstellt. Somit kann die Komponente la und auch die Komponente lb passiv gekühlt werden.
Ferner ist im Chassis 11 ein Lüfter 3 angeordnet mit einem Lüfterrad zur Erzeugung eines Kühlluftstroms durch den Lüfter 3. Über den Lüfter 3 kann somit eine aktive Kühlung des
Computersystems 2, insbesondere der beiden Komponenten la und lb erfolgen.
Zudem ist im Computersystem 2 eine Temperaturüberwachung eingerichtet. An der Wärme erzeugenden Komponente la ist, ebenfalls über eine thermische Kopplung 9a, ein
temperaturempfindliches Bauteil 4a in thermischen Kontakt mit der Wärme erzeugenden Komponente la eingerichtet. Das
temperaturempfindliche Bauteil 4a wandelt eine Temperatur der Komponente la in eine elektrische Größe oder ein elektrisches Signal um. Das elektrische Signal kann über eine
Messsignalleitung 7a einer Überwachungseinheit 5 zugeführt werden .
Ferner ist in der Nähe der Wärme erzeugenden Komponente lb ebenfalls ein temperaturempfindliches Bauteil 4b angeordnet zur Überwachung der Temperatur der Komponente lb. Auch in diesem Fall erzeugt das temperaturempfindliche Bauteil 4b eine elektrische Größe oder ein elektrisches Signal in
Abhängigkeit der erfassten Temperatur, wobei das elektrische Signal über die Messsignalleitung 7b der Überwachungseinheit 5 zugeführt wird.
Das Computersystem 2 kann nur ein temperaturempfindliches Bauteil 4a oder optional ein zusätzliches
temperaturempfindliches Bauteil 4b (wie dargestellt) oder weitere zusätzliche temperaturempfindliche Bauteile (nicht dargestellt) enthalten. Weitere temperaturempfindliche
Bauteile könnten beispielsweise an einer Stromversorgung (nicht dargestellt) des Computersystems 2 angeordnet sein.
Die variable Gestaltung der Temperaturüberwachung ist durch gestrichelte Ausführung der Messsignalleitung 7b
schematisiert dargestellt.
Alle temperaturempfindlichen Bauteile 4a, 4b können auf unterschiedliche Art und Weise ausgeführt sein. Hier bieten sich insbesondere PTC- oder NTC-Widerstandssensoren in Form von Kaltleiter- oder Heißleiter-Sensoren an. Es ist jedoch auch denkbar, Halbleiter-Temperatursensoren, insbesondere pn- Dioden, vorzusehen.
Wie bereits erläutert dient eine Überwachungseinheit 5 zur Auswertung der gemessenen Temperaturen an den Wärme
erzeugenden Komponenten la und lb im Computersystem 2. Die Überwachungseinheit 5 kann über eine Steuersignalleitung 8a einer Lüftersteuereinheit 6 entsprechende Steuersignale mitteilen, welche in der Lüftersteuereinheit 6 in explizite Steuersignale für den Lüfter 3 umgewandelt werden. Die
Steuersignale zur Steuerung des Lüfters 3 werden über eine Steuersignalleitung 8b von der Lüftersteuereinheit 6 an den Lüfter 3 übermittelt.
Beispielsweise könnte eine Temperaturänderung im
Computersystem 2 über die Überwachungseinheit 5 erfasst und ein entsprechendes Steuersignal an die Lüftersteuereinheit 6 übergeben werden. Die Lüftersteuereinheit 6 erzeugt daraufhin beispielsweise ein verändertes PWM-Steuersignal (PWM =
Pulsweitenmodulation) derart, dass der Elektromotor im Lüfter 3 seine Drehzahl ändert. Auf diese Weise kann auf eine
Temperaturänderung im Computersystem 2, insbesondere an den Wärme erzeugenden Komponenten la und lb durch Veränderung der Drehzahl des Lüfters 3 reagiert werden. Eine Veränderung der
Drehzahl des Lüfters 3 erzeugt infolgedessen einen veränderten Kühlluftstrom im Computersystem 2.
Die Rotation des Lüfters 3 in einer vorbestimmten Drehzahl erzeugt ein Lüftergeräusch im Chassis 11 des Computersystems 2, welches insbesondere in einer ruhigen Büroumgebung ein Störgeräusch darstellen kann. Somit ist es vorteilhaft, ein derartiges Lüftergeräusch soweit wie möglich zu unterbinden. In Figur 2 ist schematisiert ein Diagramm zur vorteilhaften Steuerung eines Lüfters 3 zur Geräuschreduzierung
dargestellt .
Das Diagramm stellt auf der X-Achse eine Temperatur T dar, welche sich in einem Computersystem 2 gemäß Figur 1
einstellt. Auf der Y-Achse ist schematisiert eine
Steuerfunktion f (T) in Abhängigkeit der Temperatur T
angetragen. Die Steuerfunktion f (T) besitzt Werte, welche sich in einer Drehzahl eines Lüfters 3 gemäß Figur 1 äußern. Insbesondere beschreibt ein Wert Fan-OFF in Figur 2 einen gänzlich abgeschalteten Zustand eines Lüfters 3. Ein Wert Fan-Min beschreibt eine Minimaldrehzahl des Lüfters 3, während ein Wert Fan-Full eine Maximaldrehzahl des Lüfters 3 darstellt .
Ein Verfahren zur Steuerung des Lüfters 3 sieht nun vor, den Lüfter 3 in einem ersten niedrigen Temperaturbereich I gänzlich abzuschalten. Im Temperaturbereich I liegt somit lediglich ein Wert Fan-OFF, also ein abgeschalteter Zustand des Lüfters 3 bei Drehzahl Null vor.
Erst in einem zweiten hohen Temperaturbereich II wird der Lüfter 3 eingeschaltet, zumindest auf einen Wert einer
Minimaldrehzahl Fan-Min. Der Übergang vom ersten Temperaturbereich I auf den zweiten Temperaturbereich II ist durch einen vorbestimmten Temperaturschwellwert Ts definiert. Der Temperaturschwellwert Ts kann beispielsweise je nach Auslegung des Computersystems 2 bei 26 °C liegen. Liegt die Temperatur T des Computersystems 2 unterhalb des
Temperaturschwellwerts Ts, befindet sich das Computersystem 2 im ersten Temperaturbereich I, wobei der Lüfter 3
abgeschaltet ist (Fan-OFF) .
Überschreitet die Temperatur T den Temperaturschwellwert Ts in den höheren Temperaturbereich II, so wird der Lüfter 3 eingeschaltet und dreht zumindest mit der Minimaldrehzahl Fan-Min. Im Temperaturbereich II kann dann die Drehzahl des Lüfters 3 über eine lineare Steuerfunktion f (T) zwischen der Minimaldrehzahl Fan-Min und der Maximaldrehzahl Fan-Full geregelt werden. Gemäß Figur 2 verhält sich eine
Drehzahländerung linear zu einer Temperaturänderung. Steigt eine Abwärme im zweiten Temperaturbereich II an, so wird folglich auch die Drehzahl des Lüfters 3 über die
Steuerfunktion f (T) entsprechend nachgeregelt. Bei maximal zu erwartender Abwärme dreht der Lüfter 3 mit der
Maximaldrehzahl Fan-Full. Das in Figur 2 dargestellte Diagramm der Steuerfunktion f (T) kann so oder in veränderter Form für verschiedene Lüfter 3 in einem Computersystem 2 eingerichtet sein. So können
verschiedenste Lüfter 3 im Computersystem 2 entsprechend einer zugehörigen Steuerfunktion f (T) angesteuert werden. Entscheidend ist jedoch, dass im ersten Temperaturbereich I gemäß Figur 2 sämtliche Lüfter 3, insbesondere auch Lüfter in einer Stromversorgung des Computersystems 2, abgeschaltet sind. Im ersten Temperaturbereich I erfolgt somit eine
Kühlung des Computersystems 2 gänzlich über eine passive Kühlung, wie sie beispielhaft in Figur 1 über eine thermische Kopplung der Wärme erzeugenden Komponente la mit einem
Kühlkörper 10 an der Außenwand des Chassis 11 erläutert wurde .
Die vorgestellte Lösung hat den Vorteil, dass bei niedrigen Temperaturen ein Computersystem passiv gekühlt werden kann, wobei sämtliche Lüfter im System abgeschaltet sind. In einem Niedriglastbetrieb wird eine Geräuschentwicklung, neben etwaigen Geräuschen rotierender Teile von optischen
Laufwerken, stark reduziert. Erst in einem höheren
Temperaturbereich eines erhöhten Lastbetriebs werden ein oder mehrere Lüfter über eine Steuerfunktion f (T) gemäß Figur 2 eingeschaltet und deren Drehzahl entsprechend der erfassten Temperatur T eingeregelt.
Die dargestellten Aus führungs formen aller Komponenten sind lediglich beispielhaft. Insbesondere die Steuerfunktion f (T) gemäß Figur 2 kann auf unterschiedliche Weise ausgeführt sein. Die Kennlinie f (T) kann im zweiten Temperaturbereich II linear, exponentiell , logarithmisch oder auf andere Weise verlaufen .
Bezugs zeichenliste la, lb Wärme erzeugende Komponente
2 Computersystem
3 Lüfter
4a, 4b Temperaturempfindliches Bauteil
5 Überwachungseinheit
6 LüfterSteuereinheit
7a, 7b Messsignalleitung
8a, 8b Steuersignalleitung
9a, 9b Thermische Kopplung
10 Kühlkörper
11 Chassis des Computersystems
Fan- -OFF Abgeschalteter Zustand des Lüfters
Fan- -Min Minimaldrehzahl des Lüfters
Fan- -Füll Maximaldrehzahl des Lüfters
T Temperatur
Ts Temperaturschwellwert
f (T) Steuerfunktion des Lüfters
I Niedriger Temperaturbereich
II Hoher Temperaturbereich
Claims
1. Verfahren zum Kühlen Wärme erzeugender Komponenten (la, lb) in einem Computersystem (2), wobei
- die Temperatur (T) im Computersystem (2) überwacht wird und
- zumindest ein Lüfter (3) in Abhängigkeit der Temperatur (T) angesteuert werden kann zum Erzeugen eines Kühlluftstroms im Computersystem (2),
dadurch gekennzeichnet, dass
während des Betriebs des Computersystems (2)
- in einem ersten, niedrigen Temperaturbereich (I) bis zu einem vorbestimmten Temperaturschwellwert (Ts) der Lüfter (3) abgeschaltet ist (Fan-OFF) und
- in einem zweiten, hohen Temperaturbereich (II) ab dem
Temperaturschwellwert (Ts) der Lüfter (3) zumindest auf eine Minimaldrehzahl (Fan-Min) eingeschaltet wird und die Drehzahl des Lüfters (3) zwischen der Minimaldrehzahl (Fan-Min) und einer Maximaldrehzahl (Fan-Full) in Abhängigkeit der
Temperatur (T) eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Lüfter (3) im Computersystem (2) in Abhängigkeit der Temperatur (T) angesteuert werden können, wobei im ersten Temperaturbereich (I) alle Lüfter (3) abgeschaltet sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass im zweiten Temperaturbereich (II) die Drehzahl des Lüfters (3) anhand einer Steuerfunktion (f(T)) linear zur Temperatur (T) eingestellt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur (T) über zumindest ein temperaturempfindliches Bauteil (4a, 4b) gemessen wird, welches ein von der Temperatur (T) abhängiges elektrisches Signal liefert.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Überwachungseinheit (5) des
Computersystems (2) die Temperaturen (T) sowie die
Leistungszustände unterschiedlicher Wärme erzeugender
Komponenten (la, lb) des Computersystems (1) ausgewertet werden und daraus Steuersignale für eine Lüftersteuereinheit (6) des Computersystems (2) erzeugt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Computersystem (2) im ersten
Temperaturbereich (I) durch passive Wärmeabgabe an die
Umgebung gekühlt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die passive Wärmeabgabe über zumindest einen Kühlkörper (10) und/oder zumindest ein Wärmeleitrohr erfolgt, welche mit einer oder mehreren Wärme erzeugenden Komponenten (la, lb) im Computersystem (2) thermisch gekoppelt sind.
8. Computersystem (2), welches nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 betrieben wird.
9. Computersystem (2) nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, dass es zumindest einen Kühlkörper (10) und/oder zumindest ein Wärmeleitrohr aufweist, welche mit einer oder mehreren Wärme erzeugenden Komponenten (la, lb) im Computersystem (2) thermisch gekoppelt und derart
dimensioniert sind, dass sie während des Betriebs des
Computersystems (2) in einem ersten Temperaturbereich (I) bis zu einem vorbestimmten Temperaturschwellwert (Ts) eine passive Wärmeabgabe an die Umgebung erlauben.
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