用於電源中的改進風扇控制的裝置、系統和方法

2023-05-31 00:40:41 1

專利名稱：用於電源中的改進風扇控制的裝置、系統和方法
技術領域：
本發明涉及電源領域，尤其涉及用風扇冷卻電源。
背景技術：
相關技術描述 電源內部組件能夠產生大量的熱。如果沒有恰當的冷卻，那麼這些組件有可能過 熱並發生故障。在電源和計算機中通常使用了風扇來提供相對廉價的冷卻解決方案。通過 與用於高熱運行的組件的附加部件(例如散熱片)相結合，大多數冷卻問題可以用風扇加 以解決。 但是，僅僅在電源中安置風扇並以恆定速度運行風扇通常是不夠的。以恆定高速 運行風扇會不必要地磨損風扇的組件，浪費能源，並產生不必要的噪聲。但是，如果以恆定 低速運行風扇，則會在電源高熱運行時阻礙風扇適當冷卻電源。結果，風扇具有基於電源需 求調高和調低風扇速度的控制機制。 當然，這就需要確定風扇在特定時刻運行有多快。現有技術的解決方案通常以電 源溫度作為風扇速度的基礎。然而這又提出了大量的問題。首先，電源的環境溫度滯後於 組件自身的溫度；結果是風扇未必能及時提速。 一個附加問題是測量電源溫度的設備如何 放置。這些設備自然對附近組件的溫度敏感，但是它們未必能檢測到定位較遠的組件的溫 度提升。結果是組件可能會因為其無法對環境溫度產生足夠影響以實現風扇速度改變而發 生故障。 本領域技術人員已經嘗試通過附加措施來彌補這個缺陷。但是，要想將附加參數 與溫度相聯繫是非常困難的；例如，一個非常高效的電源可以產生高輸出功率或輸出電流 而無需組件變得很熱。在這種情況下，現有技術的解決方案會使風扇不必要地快速運行。在 其他狀況下，例如在具有相移調節電源的情形中，全橋MOSFET即使在輸出功率和電流很低 時也會在極熱運行。在這種情況下，風扇可能無法足夠快地檢測到熱量，並且電源有可能會 發生故障。

發明內容
從先前論述中應該顯見，存在一種用於在電源中提供更好的風扇速度控制的裝 置、系統和方法的需要。非常有益的是，這種裝置、系統和方法將會根據組件實際需要以近 乎即時的方式調整風扇速度。 本發明是響應於現有技術的當前狀態、尤其是響應於本領域中尚未被當前可用的 電源冷卻系統完全解決的問題和需要而開發的。相應地，開發本發明是為了提供一種用於 在電源中控制風扇速度的裝置、系統和方法，其中所述裝置、系統和方法克服了本領域中的 眾多或全部上述缺陷。 在一個實施例中，該裝置包括在一個時間區間上測量電源輸入端子上的輸入功率 並且計算輸入功率值的輸入功率模塊。該裝置還包括在所述時間區間上測量電源輸出端子上的輸出功率並且計算輸出功率值的輸出功率模塊。 該裝置還包括風扇控制裝置。該風扇控制裝置接收來自輸入功率模塊的輸入功率 值以及來自輸出功率模塊的輸出功率值，並且基於輸入功率值與輸出功率值之間的差值來 計算代表電源在所述時間區間上消耗功率的功率值。然後，風扇控制裝置在查找表中查找 與所述功率值相關聯的風扇速度，其中所述查找表將增大的功率消耗值與提高的風扇速度 相關聯以使更大的功率消耗值對應於更高的風扇速度。此外，該風扇控制裝置還將所述風 扇速度發送到冷卻電源的風扇的風扇控制器。 在一個實施例中，控制風扇速度的裝置配備有多個模塊，這些模塊被配置成在功 能上執行必要的步驟。在所描述的實施例中，這些模塊包括輸入功率模塊、輸出功率模塊、 消耗模塊、以及風扇模塊。在一個實施例中，輸入功率模塊測量電源的輸入功率並且計算輸 出功率值。輸出功率模塊測量電源的輸出功率，並且計算輸出功率值。消耗模塊使用輸入 功率模塊計算的輸入功率值以及輸出功率模塊計算的輸出功率值來計算功率消耗值，其中 該功率消耗值代表由電源消耗的功率。最後，風扇模塊根據功率消耗值來調整風扇的速度。 如果電源中的功率消耗增大，風扇模塊就提高風扇速度，如果電源中的功率消耗減小，風扇 模塊則降低風扇速度。由此，風扇冷卻電源。 在一個實施例中，風扇由脈衝寬度調製("P麗")風扇控制器驅動，並且調整風扇 速度包括風扇模塊為P麗風扇控制器提供與功率消耗值相關聯的脈衝寬度值。在一個實 施例中，查找表將脈衝寬度值與功率消耗值範圍相關聯。風扇模塊接收來自消耗模塊的功 率消耗值，在查找表中檢索與所述功率消耗值相關聯的脈衝寬度值，並且將脈衝寬度值發 送到P麗風扇控制器。 在另一個實施例中，風扇通過電壓調節來控制，並且調整風扇速度包括風扇模塊 為風扇控制器提供與功率消耗值相關聯的電壓值。在另一個實施例中，風扇是通過電阻調 節來控制的，並且調整風扇速度的處理包括風扇模塊為風扇控制器提供與功率消耗值相關 聯的電阻值。 在一個實施例中，輸入功率值是一個時間區間上的平均輸入功率，並且輸出功率 值是一個時間區間上的平均輸出功率。在一個實施例中，輸入功率模塊通過感測電源的輸 入電壓和輸入電流來測量輸入功率，並且從輸入電壓和輸入電流計算輸入功率值。同樣，輸 出功率模塊通過感測電源的輸出電壓和輸出電流來測量輸出功率，並且從輸出電壓和輸出 電流計算輸出功率值。 在另一個實施例中，輸入功率模塊通過假設電源的輸入電壓值並感測電源的輸入 電流來測量輸入功率。然後，輸入功率模塊從假設的輸入電壓值和測得的輸入電流計算輸 入功率值。同樣，輸出功率模塊通過假設電源的輸出電壓值並感測電源的輸出電流來測量 輸出功率，然後使用假設的輸出電壓值和測得的輸出電流來計算輸出功率值。
在另一個實施例中，測量輸入功率包括輸入功率模塊在非電源輸入端子的位置測 量輸入功率，其中所述位置上的電流與輸入電流成比例。同樣，測量輸出功率可以包括輸出 功率模塊在非電源輸出端子的位置測量輸出功率，其中在所述位置上的電流與輸出電流成 比例。 在一些實施例中，計算電源消耗功率包括從輸入功率值中減去輸出功率值。功率 消耗值還有可能需要使用一個或多個常數進行調整。
在進一步的實施例中，該裝置包括一個遲滯模塊，用於響應於對電源消耗功率減 小的判定而在一個遲滯的時間區間中提高風扇速度。 本發明還提出用於控制電源中的風扇速度的系統。該系統可以具體化為電源。特 別地，在一個實施例中，該系統包括從電力源(powersource)接收輸入電壓並且向電子負 載提供經調節的輸出電壓的電源(power su卯ly)。該系統還包括如上所述的輸入功率模 塊、輸出功率模塊、消耗模塊以及風扇模塊。該系統還可以包括諸如計算機、刀片伺服器系 統或器械的電子負載。在一些實施例中，輸入電壓是AC或DC，並且經調節的輸出電壓是AC 或DC。 本發明還提出用於控制電源中的風扇速度的方法。公開實施例中的方法主要包括 執行如上結合所述裝置和系統操作而給出的功能所必需的步驟。在一個實施例中，該方法 包括測量電源的輸入功率，以及使用輸入功率的度量來計算一個時間區間上的輸入功率 值。該方法還可以包括測量電源的輸出功率，以及使用輸出功率的度量來計算一個時間區 間上的輸出功率值。 在進一步的實施例中，該方法包括通過從輸出功率值中減去輸入功率值來計算 代表電源消耗功率的功率消耗值。該方法還包括響應於功率消耗值的增大而提高冷卻電 源的風扇的速度，以及響應於功率消耗值的減小而降低所述風扇速度。該方法還可以包括 在查找表中將多個風扇速度與多個功率消耗值範圍相關聯。 在本說明書中，對於特徵、優點的引用或類似言語並不暗示所有那些可以藉助本 發明實現的特徵和優點都應該處於本發明的任何單個實施例中。相反，有關這些特徵和優 點的言語將被理解成是指在本發明的至少一個實施例中包含了結合實施例描述的特定特 徵、優點或特性。由此，在本說明書中，關於特徵和優點的論述以及類似言語有可能但並不 一定涉及相同的實施例。 此外，在一個或多個實施例中，所描述的發明特徵、優點和特性可以採用任何適當 的方式來組合。相關領域技術人員將會了解，本發明是可以在沒有特定實施例的一個或多 個特定特徵或優點的情況下實現的。在其他實例中，在某些實施例中可以認識到在本發明 的所有實施例中均未給出的附加特徵和優點。 本發明的這些特徵和優點將會從以下描述和所附權利要求中更為顯見，還可以通 過實踐如下所述的發明來獲悉。


為使本發明的優點易於理解，在這裡將會參考附圖中示出的特定實施例來對上文 簡述的本發明進行更詳細描述。應理解這些附圖只是描述本發明的典型實施例並且由此不 應被認為限制本發明的範圍，通過附圖並使用附加特徵和細節來描述和說明本發明，在附 圖中 圖1是示出了根據本發明的電源的一個實施例的示意性框圖； 圖2是示出了根據本發明的風扇控制裝置的一個實施例的示意性框圖； 圖3是示出了根據本發明的風扇控制裝置的一個實施例的第二示意性框圖； 圖4是示出了具有根據本發明的風扇控制裝置的電源實施方式的一個實施例的
示意性框6
圖5是示出了具有根據本發明的風扇控制裝置的電源實施方式的一個實施例的 第二示意性框圖；以及 圖6是示出了根據本發明的風扇速度控制方法的一個實施例的示意性流程圖。
具體實施例方式
本說明書中描述的眾多功能單元已被標記為模塊，以便更具體地強調其實施獨立 性。舉個例子，模塊可以實現為包括定製VLSI電路或門陣列、諸如邏輯晶片之類的現成半 導體器件、電晶體或其他分立組件的硬體電路。模塊還可以實現為可編程硬體器件，例如現 場可編程門陣列、可編程陣列邏輯、可編程邏輯器件等等。 模塊也可以實現為由不同類型的處理器執行的軟體。例如，可執行代碼識別模塊 包括計算機指令的一個或多個物理或邏輯組塊，其中舉例來說，所述組塊可以作為對象、過 程或函數來組織。然而，識別模塊的可執行文件在物理上未必是在一起的，而是可以包括存 儲在不同位置的不同指令，這些指令在邏輯上結合時將會構成模塊，並且實現為所述模塊 所規定的用途。 實際上，可執行代碼模塊可以是單個指令或者眾多指令，甚至可以分布於若干個
不同的碼段、不同的程序以及跨越若干個存儲設備。同樣，在這裡可以在模塊內部標識和例
證操作數據，並且可以用任何適當的形式來具體化，並組織在任何適當類型的數據結構中。
所述操作數據既可以作為單個數據集來收集，也可以分布在包括不同存儲設備在內的不同
位置，並且至少部分可以僅僅作為系統或網絡上的電子信號而存在。當在軟體中實施模塊
或是模塊的某些部分時，這些軟體部分存儲在一個或多個計算機可讀介質中。 在本說明書中，對於"一個實施例"、"某個實施例"或類似術語的引用意味著在本
發明的至少一個實施例中包含了結合實施例描述的特定特徵、結構或特性。因此，在本說明
書中出現的短語"在一個實施例中"、"在某個實施例中"以及類似的術語有可能但未必全都
涉及同一實施例。 對於計算機可讀介質的引用可以採用任何能在數字處理設備上存儲機器可讀指
令的形式。計算機可讀介質可以具體化為傳輸線、緻密盤、數字視頻盤、磁帶、伯努利驅動
器、磁碟、穿孔卡、快閃記憶體、集成電路或是其他數字處理裝置的存儲設備來實現。 此外，在一個或多個實施例中，所描述的發明特徵、結構或特性可以採用任何適當
的方式來組合。在以下描述中將會提供眾多具體細節，以便提供關於本發明實施例的全面 理解，其中舉例來說，所述細節可以是編程示例、軟體模塊、用戶選擇、網絡事務、資料庫查
詢、資料庫結構、硬體模塊、硬體電路、硬體晶片等等。但是，相關領域的技術人員將會了解， 本發明是可以在沒有一個或多個特定細節的情況下實施的，或者是可以藉助其他方法、組 件、材料等等來實現的。在其他實例中，眾所周知的結構、材料或操作並未詳細顯示或描述， 以免混淆本發明的觀點。 這裡包含的示意性流程圖主要是作為邏輯流程圖來闡述的。同樣，所描述的順序 和標記的步驟指示的是所給出的方法的一個實施例。在功能、邏輯或效果上與例證方法的 一個或多個步驟或是其某些部分相等價的其他步驟和方法同樣是可以考慮的。此外，提供 所使用的格式和符號是為了說明方法的邏輯步驟，並且不應該將其理解成是限制本發明的 範圍。雖然在流程圖中可以使用不同的箭頭類型和線條類型，但是它們將被理解成沒有限制相應方法的範圍。實際上，某些箭頭或其他連接符可能僅用於指示該方法的邏輯流程。例 如，箭頭可以指示在所描述方法的枚舉步驟之間未規定持續時間的等待或監視周期。此外， 特定方法的順序既有可能嚴格遵從也有可能不嚴格遵從所顯示的相應步驟的順序。
圖1描述根據本發明的系統。該系統包括電子設備120、電力源130以及電源110。 電子設備120是從電源110接收電力的設備。電子設備120是電源110的電子負載。例如， 電子設備120可以是計算機(例如膝上型或臺式計算機)、刀片伺服器系統、器材或是從諸 如所描述的電源110之類的電源接收電力的其他設備。電子設備120可以接收來自多個電 源110的電力。雖然圖1將電源110描述成位於電子設備120的內部，但在一些實施例中， 電源110位於電子設備120的外部。 電子設備120接收來自電源110的電力。電源IIO則從電力源130接收電力並修 整信號，以使所述信號達到一種適於電子設備120使用的形式。根據電子設備120的需要， 電源IIO可以提供DC或AC輸出。電源110由不同部件112構成，這些部件允許電源修整 信號並且為電子設備120提供適當的輸出。所述部件112可以是M0SFET、 BJT、電感器、電 容器、電阻器、變壓器以及電源中的常見的其他電組件。 電力源130向電源IIO提供輸入信號。該電力源130可以是本領域已知的任何電 力源。例如，電力源130可以是發電機或標準電源插座。電力源130可以為電源IIO提供 DC或AC輸入。 與所有設備相似，電源110並不是完美有效的。因此，從電力源130接收的部分功 率會在電源110中損失，而不會遞送到電子設備120。在很多情況中，該損失功率是作為熱 量在電源110中放出的。如果沒有適當注意，那麼這些熱量可能會熔化或毀壞電源110的 某些部件112。由於電源110的負載條件和電源110的操作並不總是恆定的，因此電源110 的效率可能改變。風扇116是系統一部分，它有助於冷卻電源110和維持恰當的操作溫度。
根據本發明，電源110包括基於電源110的功率損失來調節風扇116速度的風扇 控制裝置114。隨著電源110中消耗的功率量的增大，風扇控制裝置114提高風扇116的速 度和冷卻能力。隨著功率消耗水平的降低，風扇控制裝置114減小風扇速度以節約能量並 減小噪聲。 由於功率消耗是以電源110整體為基礎的，因此與單獨基於溫度來調整速度相 比，風扇速度可以得到更為精確的調整。結果，電源iio可以對功率消耗的變化做出即時反 應，由此預測溫度的上升或降低。電源iio不會像在現有技術的系統中的那樣，遭遇到在部
件112熱運行但電源110的環境溫度尚未升高到足以觸發風扇速度變化時出現的遲滯問 題。通過對溫度問題的起因(即電源110的功率損失)而不是症狀(即溫度的實際變化) 做出反應，風扇控制裝置114預測電源110的冷卻需要，並且可以更有效地滿足這些需要。
圖2顯示包括風扇控制裝置114的電源110的一個實施例。在所描述的實施例 中，電源110是包括電源級202a-c的多級電源。這些電源級202a-c可以為電源110提供 各種功能，例如信號整流、濾波、功率因數校正以及其他功能。例如，電源級202a-c可以是 升壓、降壓、降壓-升壓、回歸、庫克變換(6uks)、上述技術的組合以及本領域已知的其 他技術。在不同實施例中，電源110可以具有單個電源級202a或是任何其他數量的電源級 202a-n。 如所示，風扇控制裝置114包括輸入功率模塊210、消耗模塊214、輸出功率模塊216以及風扇模塊218。輸入功率模塊210測量電源110的輸入功率，並且計算代表該輸入 功率的值，在此被稱為輸入功率值。在一個實施例中，輸入模塊210是測量電源110的輸入 端子的電壓和電流的功率計。該輸入功率值可以是在某個時間區間上測得的平均功率。在 一些實施例中，輸入功率值是使用輸入電壓和輸入電流的均方根("rms")值計算的。本領 域技術人員將會認識到如何測量和量化由輸入功率模塊210測得的AC和/或DC功率。
在一個實施例中，輸入功率模塊210測量電源110的輸入端子的輸入功率。在另 一個實施例中，輸入功率模塊210測量電源110中的不同位置的輸入功率(例如在整流和 濾波之後)。舉個例子，輸入功率模塊210可以在第一電源級202a之後測量輸入功率。在 一些實施例中，該測量包括在電流與輸入電流成比例的位置測量輸入功率。在此類實施例 中，測得的輸入電流可能需要一定的校正(例如將測得的值與一個常數相乘)，以便精確反 映實際輸入電流。例如，如果輸入電流和/或電壓是在整流之後測得的，則標量常數可以計 及電源110的整流級中的損失。 在一個實施例中，測量輸入功率包括測量輸入電流以及假設輸入電壓電平。在本 申請中使用的測量輸入功率的處理並不需要物理測量電流和電壓兩者；相反，它意味著至 少需要測量這其中的一個值。例如，由於由電力源提供的電壓通常是預先明確定義並且相 對穩定的，因此設計人員可以對提供給電源110的輸入電壓做出假設。如果輸入電流是在 一個或多個電源級202a-c之後測得的，那麼由於在這些位置，電源110中的電壓通常是預 先定義且受到嚴格控制，並且由此是相對穩定的，因此，這種假設尤其是成立的。
輸入電流可以使用電阻器、電流傳感器或是本領域已知的其他電流測量方法來測 量。用於測量電壓的方法在本領域中同樣是已知的。在Cecil Dishman、Eino Lindsfors 以及Randhir Malik於2008年1月8日提交的名為"Apparatus, System and Method for DeterminingVoltage， Current, and Power in a Switching Regulator"(序列號為 11/970,779)的美國專利申請中公開了用於在開關模式電源中測量電流和電壓的新穎方 法，其中所述方法可以在本發明中使用，並且該申請在這裡引入作為參考。
輸出功率模塊216測量電源的輸出功率並計算輸出功率值。在很多環境中，上文 中關於輸入功率模塊210的註解和說明同樣適用於輸出功率模塊216，其顯著的不同之處 在於相關功率是與輸入功率相對的輸出功率。因此，輸出功率模塊216可以測量某個時間 區間上的輸出功率，並且作為響應提供平均輸出功率值。此外，輸出功率模塊216可以假設 電壓或電流值之一相對恆定，並且測量另一個值來測量輸出功率。該測量可以在電源110 的輸出端子或是電源110中的其他位置進行，其中輸出電流與在此其他位置測得的電流成 比例。計算輸出電流隨後可以恰當校正測得的電流來反映輸出電流。 在一些實施例中，電源110提供了多個輸出。例如計算機中，電源110通常會提供 3.3V、5V和12V電壓。在這一實施例中，輸出功率模塊216將會計及經由不同連接離開電 源110的所有輸出功率。在一個實施例中，輸出功率模塊216測量電源110的每一個輸出 端子上的輸出功率，並且計算代表每個輸出端子上的功率之和的輸出功率值。作為替換，輸 出功率模塊216測量一個輸出端子(可以是傳送最大功率的輸出端子)上的輸出功率，並 且估計其他端子上的輸出功率。 輸入和輸出功率都是可以即時測量的。在其他實施例中，輸入和輸出功率是在一 個時間區間上測得的。本申請中使用的在一個時間區間上進行的測量包含多種執行測量以及附加代表某一時段中的輸入或輸出功率的恰當值的方法。例如，平均或中值可以作為輸 入或輸出功率值使用。該輸入和輸出功率可以被採樣並求取平均來確定輸入或輸出值。在 一些實施例中，可以在規則時間區間上進行單次測量。此外，電阻-電容("RC")時間常數 可以用於獲取輸入或輸出功率平均的等價物。本領域技術人員將會認識到將輸入功率值或 輸出功率值歸因於在某個時間區間上進行的測量的多種方式。 風扇控制裝置114還包括消耗模塊214。該消耗模塊214計算代表由電源110所 消耗功率的功率消耗值。該消耗模塊214使用輸入功率值(由輸入功率模塊210提供)和 輸出功率值(由輸出功率模塊216提供)來確定功率消耗值。在一個實施例中，消耗模塊 214從輸入功率值中減去輸出功率值，並且由此確定差值以及在電源110中實際損失的功 率量。在某些實施例中，消耗模塊214可以結合一個或多個常數來調整通過獲取差值計算 的功率消耗值。例如，該調整可以計及電源110中的損失。 由此，功率消耗值代表在相關測量時間區間中在電源110中損失的功率，其中輸 入功率值和輸出功率值是該測量時間區間上的平均。無論實施方式細節如何，功率消耗值 都代表在電源110中損失的實際功率的近似。這個功率損失可以與預期熱量的特定等級相 關聯，並且由此關聯於特定的風扇速度。雖然並不是所有的損失功率都轉化為熱量(例如， 某些功率可以作為噪聲、振動等等而損失)，但是大量損失功率自身是作為熱量出現的。結 果，功率消耗值可以被認為是對電源110中產生熱能的相對精確的近似。
在一個實施例中，與作為一個整體測量電源110的輸入功率和輸出功率不同，風 扇控制裝置114可以測量一個或多個電源級202a-c的輸入和輸出功率。藉助該處理，風扇 控制裝置114可以獲取電源110中哪裡的功率消耗(由此熱量)最大的更細膩寫照。由於 允許風扇控制裝置114定位電源110中發生損失的位置，因此該處理在具有一個以上風扇 116的系統中是很有用的。此外，該處理在某個特定電源級202a-c比起其他電源級更為熱 敏感的情況下同樣有用。該處理在電源110的初級電源級202a-c出現損失但卻沒有將功率 傳播到電源110的末端的狀況中同樣有用；也就是說，該處理在輸出功率很小但在電源110 中仍存在損失的情況下同樣有用。 風扇控制裝置114還包括風扇模塊218，用以基於由消耗模塊214計算的功率消耗 值來調整風扇116的速度。風扇模塊218在記錄到電源110消耗的功率增大時提高風扇速 度，而在檢測到功率消耗水平降低時減小風扇速度。風扇模塊218可以從消耗模塊214拉 入功率消耗值，也可以是功率消耗值被推入風扇模塊218。結合圖3更詳細地描述風扇模塊 218的行為。 圖3示出根據本發明的風扇控制裝置114的第二實施例。在所描述的實施例中， 風扇控制裝置114還包括查找表320。查找表320將一功率消耗值範圍關聯於用以確定風 扇速度的相關風扇速度參數，例如脈衝寬度、電壓或電阻，在下文中將會對此進行更詳細的 描述。與每一個可能的功率消耗值都具有特定風扇速度參數不同，查找表320可以為功率 消耗值範圍規定風扇速度參數。例如，查找表320可以在功率消耗值低於某個值時規定低 風扇速率，而在功率消耗高於某個值時規定最大風扇速度。對介於這兩個極端值之間的功 率消耗值來說，中間風扇速度可以被指定為值範圍。風扇速度的提高與功率消耗值的增大 相關聯，於是更高的功率消耗值對應於更高的風扇速度。 在其他實施例中，風扇控制裝置114沒有使用查找表320，而是使用了另一種方法來規定恰當的風扇速度。風扇控制裝置114於是未必具有查找表320。例如，風扇模塊218 可以使用由"if"語句構成的代碼來將風扇速度與功率消耗值相關聯。本領域技術人員將 會認識到將功率消耗值與風扇速度相關聯的其他方法。在其他實施例中，風扇模塊218可 以通過將功率消耗值與一個常數相乘，通過使用功率消耗值作為某個計算期望風扇速度的 等式的輸入以及其他方式來將風扇速度與功率消耗值相關聯。 在一個實施例中，風扇116和相關聯的風扇控制器324構成了脈衝寬度調製 ("P麗")風扇。P麗風扇通過快速接通和切斷風扇116的電源來控制風扇速度。相關的通 /斷時間確定風扇116所見的平均電壓，由此確定其速度。例如，由12V電源驅動的風扇116 可以具有接通12V供電並且隨後在相等時間切斷供電的風扇控制器324。藉助這種50%通 50%斷的供電，風扇116所見的平均電壓為6V並以半速工作。如果改變通/斷比，則會改 變風扇116所見的平均電壓，並且由此改變風扇的速度。在典型實施例中，風扇控制器324 以大約30Hz的速率接通和切斷風扇116的供電。 在這一實施例中，查找表320可以存儲脈衝寬度值並將其與功率消耗值範圍相關 聯。在接收到代表電源110消耗的功率量的功率消耗值之後，風扇模塊218從查找表320 中檢索脈衝寬度值，並且將這個脈衝寬度值發送到風扇控制器324。 然而，風扇116並不一定是P麗風扇。該風扇可以是電壓調節風扇。在這一實施 例中，風扇控制器324直接改變饋送到風扇116的電壓，由此改變風扇速度。在這一實施例 中，查找表320將電壓值與功率消耗值相關聯。風扇模塊218確定與從消耗模塊214接收 的功率消耗值相關聯的電壓值，並且將這個電壓值發送到風扇控制器324。
同樣，可以通過改變電阻值(如在可變電阻風扇中那樣)來控制風扇116。在這一 實施例中，通過調節電阻控制風扇116。風扇模塊218為風扇控制器324提供與消耗模塊 214報告的功率消耗值相關聯的電阻值。 本領域技術人員將會認識到風扇控制器324可用於控制風扇116速度的多種控制 手段。本發明並不局限於任何特定的實施方式，並且可以被配置成與多種不同的控制機制 相對應。 在某些實施例中，電源IIO在某些環境中為風扇116速度施加了特殊條件，例如在 啟動電子負載時(例如在開啟刀片伺服器中心時)或在移除或關閉電子負載的時候。在這 些環境中，風扇控制裝置114未必控制子電負載的供電，並且可以手動切斷或者接收來自 電源110其他控制組件的控制作為正常操作的一部分。 圖3還顯示了遲滯模塊322。如果電源110消耗的功率降低，那麼遲滯模塊322會 在一個由風扇控制裝置114的設計人員確定的遲滯時間區間中提高風扇速度。舉個例子， 如果功率消耗值在一個延長時段中很高，使得電源110高熱運行，那麼即使在電源110的功 率消耗降低之後，可能希望繼續高速運行風扇116，以便繼續冷卻殘留熱量。在一些實施例 中，風扇的固有機械遲滯可以提供滿足電源IIO目的的足夠遲滯。例如，如果功率消耗突然 降低，那麼在功率消耗實際降低的時間、風扇控制裝置114感測到所述降低的時間、風扇控 制裝置114調整風扇116速度的時間、以及風扇實際降低其速度的時間之間存在固有遲滯。 然而在某些實施例中，附加遲滯未必是期望的。 為了滿足這種需要，遲滯模塊322繼續以比風扇模塊218正常要求更高的速度來 操作風扇。在一個實施例中，當電源110在特定時間區間中消耗了大量功率之後，遲滯模塊322會在功率消耗突然降低之時激活。舉個例子，如果電源110在功率消耗降低之前沒有消 耗大量功率，那麼即便功率消耗突然降低，也不會調用遲滯模塊322。同樣，遲滯時間區間的 長度以及風扇116在該時間區間中操作的速度可以是功率消耗降低的劇烈度以及電源110 在所述降低之前消耗大量功率的時間長度的函數。 圖4示出了具有上述風扇控制裝置114的電源的一個實施例。輸入濾波器和整 流器級412通過整流將AC輸入線路電壓轉換成DC。輸入濾波器和整流器級412還濾波某 些頻率，並且限制電磁幹擾("EMI")的出現。在典型的實施例中，輸入濾波器和整流器級 412是AC輸入線路電壓經過的第一級。如上所述，輸入功率模塊210可以測量整流器和濾 波器412之前的輸入功率，或者作為替換也可以測量不同位置的輸入功率。在所描述的實 施例中，輸入功率模塊210測量整流器和濾波器412之前的輸入電流和輸入電壓兩者。
圖4顯示了一個多級開關電源。該開關電源被分成了使用電感器(例如L1和L2)、 二極體(例如Dl、 D2和D3)、電容器(例如Cl、 C2)、變壓器(例如Tl)以及Ql和Q2之類 的開關的多個級。同時還顯示了控制Q1和Q2的佔空比及關聯切換速率的脈衝寬度調製器 410。 開關電源的設計和操作與本發明關係不大；因此不對所述電路的操作進行詳細解 釋。電源可以具有各種配置的更多或更少的級。對於電源所有可能配置不變的是在能量 從電源輸入經由所描述各級傳遞到輸出時在構成電源的部件中出現的損失。在各元件之間 的線路或連接中有可能出現附加損失。這其中的大部分損失都顯現為熱量。
如所示並如上所述，風扇控制裝置114為電源控制風扇速度。如所示，輸入功率模 塊210在一個時間區間上測量代表電源輸入端子上輸入功率的輸入功率值。輸出功率模塊 216則測量該時間區間上的輸出功率，並且提供代表電源輸出端子上輸出功率的輸出功率 值。輸入功率模塊210和輸出功率模塊216可以是風扇控制裝置114的一部分，或者作為 替換也可以獨立於風扇控制裝置114實現。 風扇控制裝置114接收來自輸入功率模塊210的輸入功率值，以及來自輸出功率 模塊216的輸出功率值。風扇控制裝置114於是基於輸入功率值與輸出功率值之間的差值 來計算代表電源在該時間區間上所消耗功率的功率值。風扇控制裝置114還在查找表中查 找與所述功率值相關聯的風扇速度，其中該查找表將增大的功率消耗值關聯於提高的風扇 速度，以便如上所述讓更高的功率消耗值對應於更高的風扇速度。然後，風扇控制裝置114 將風扇速度發送到用於冷卻電源的風扇116的風扇控制器324。 圖5顯示具有風扇控制裝置114的電源的附加實施方式。在所描述的實施例中，電 流是由作為電流變換器的電流傳感器512和514測量的。本領域技術人員將會了解，電流 變換器512和514的輸出AC電流是被測AC電流的分數並與之成比例。在其他實施例中， 電流是用霍爾效應器件或電阻器測量的。 在所描述的實施例中，風扇控制裝置可以在微控制器510中實現。微控制器510 基於電源中消耗的功率量將風扇速度參數傳遞到風扇116。在一個實施例中，如上所述的風 扇控制器324同樣併入微控制器510。微控制器510包括允許其執行結合圖6描述的所述 方法的各個步驟的代碼。 圖6示出一種用於控制電源中的風扇速度的方法。該方法包括測量610由風扇冷 卻的電源的輸入功率，並且測量612該電源的輸出功率。在一個實施例中，這些步驟分別由如上所述的輸入功率模塊和輸出功率模塊執行。在一個實施例中，輸入功率和輸出功率是 在相同的時間區間上測得。然後使用在該時間區間上測得的輸入功率計算輸入功率值。在 一個實施例中，輸入功率值是在該時間區間上測得的平均功率。同樣可以使用在該時間區 間上測得的輸出功率計算輸出功率值，並且該輸出功率值可以是在該時間區間上測得的輸 出功率的平均值。 該方法還包括計算614電源消耗的功率。在一些實施例中，計算功率消耗包括通 過從輸入功率值中減去輸出功率值來計算代表電源消耗功率的功率消耗值。該方法還包括 查找616與功率消耗值相關聯的風扇速度。術語風扇速度包含了實際風扇速度和設置風扇 速度的風扇速度參數，諸如P麗、電壓等等。該方法還包括將風扇速度調整618為與功率消 耗值相關聯的速度。 在不脫離本發明的精神或實質的情況下，本發明也可以用其他的特定形式來具體 化。所描述的實施例在所有方面都僅被認為是說明性而不是限制性的。因此本發明的範圍 由所附權利要求而非上文描述所表明。落入權利要求及其等價方案的含義和範圍內的所有 變化都包含在這些權利要求的範圍以內。
1權利要求
一種用於控制電源中的風扇速度的裝置，該裝置包括輸入功率模塊，用於在一個時間區間上測量電源輸入端子上的輸入功率，並且計算輸入功率值；輸出功率模塊，用於在所述時間區間上測量電源輸出端子上的輸出功率，並且計算輸出功率值；風扇控制裝置，用於接收來自輸入功率模塊的輸入功率值以及來自輸出功率模塊的輸出功率值；基於輸入功率值與輸出功率值之間的差值來計算代表電源在所述時間區間上消耗功率的功率值；在查找表中查找與所述功率值相關聯的風扇速度，其中所述查找表將增大的功率消耗值與提高的風扇速度相關聯，以使更高的功率消耗值對應於更高的風扇速度；以及將風扇速度發送到冷卻電源的風扇的風扇控制器。
2. —種用於控制電源中的風扇速度的裝置，所述裝置包括輸入功率模塊，用於測量電源的輸入功率並計算輸入功率值，其中所述電源包括一個 或多個級；輸出功率模塊，用於測量電源的輸出功率並計算輸出功率值；消耗模塊，用於使用輸入功率模塊計算的輸入功率值以及輸出功率模塊計算的輸出功 率值來計算代表電源消耗功率的功率消耗值；以及風扇模塊，基於功率消耗值來調整風扇速度，該風扇模塊響應於功率消耗增大而提高 風扇速度，並且響應於功率消耗減小而降低風扇速度，其中所述風扇冷卻所述電源。
3. 根據權利要求2所述的裝置，其中風扇由脈衝寬度調製("P麗")風扇控制器驅動， 並且其中調整風扇速度包括風扇模塊為P麗風扇控制器提供與功率消耗值相關聯的脈衝 寬度值。
4. 根據權利要求3所述的裝置，還包括將多個脈衝寬度值與多個功率消耗值範圍相關 聯的查找表，其中風扇模塊接收來自消耗模塊的功率消耗值，在查找表中檢索與功率消耗 值相關聯的脈衝寬度值，並將脈衝寬度值發送到P麗風扇控制器。
5. 根據權利要求2所述的裝置，其中風扇通過電壓調節來控制，並且其中調整風扇速 度包括風扇模塊為風扇控制器提供與功率消耗值相關聯的電壓值。
6. 根據權利要求2所述的裝置，其中風扇通過電阻調節來控制，並且其中調整風扇速 度包括風扇模塊為風扇控制器提供與功率消耗值相關聯的電阻值。
7. 根據權利要求2所述的裝置，其中輸入功率值是一個時間區間上的平均輸入功率， 並且其中輸出功率值是一個時間區間上的平均輸出功率。
8. 根據權利要求2所述的裝置，還包括輸出功率模塊和一個或多個輸入功率模塊，其 中所述輸入功率模塊通過感測電源的輸入電壓和輸入電流來測量輸入功率並從輸入電壓 和輸入電流計算輸入功率值，並且所述輸出功率模塊通過感測電源的輸出電壓和輸出電流 來測量輸出功率並從輸出電壓和輸出電流計算輸出功率值。
9. 根據權利要求2所述的裝置，還包括輸出功率模塊和一個或多個輸入功率模塊，其 中所述輸入功率模塊通過假設電源的輸入電壓值並感測電源的輸入電流來測量輸入功率， 並且從輸入電流和假設的輸入電壓值計算輸入功率值，所述輸出功率模塊通過假設電源的輸出電壓值並感測電源的輸出電流來測量輸出功率，並且從輸出電流和假設的輸出電壓值 計算輸出功率值。
10. 根據權利要求2所述的裝置，其中測量輸入功率包括輸入功率模塊測量一個位置 上的輸入功率，其中在所述位置上的電流與輸入電流成比例，並且其中所述位置不是電源 的輸入端子。
11. 根據權利要求2所述的裝置，其中測量輸出功率包括輸出功率模塊測量一個位置 的輸出功率，其中在所述位置上的電流與輸出電流成比例，並且其中所述位置不是電源的 輸出端子。
12. 根據權利要求2所述的裝置，其中計算電源消耗功率包括從輸入功率值中減去輸 出功率值。
13. 根據權利要求12所述的裝置，還包括使用一個或多個常數來調整功率消耗值。
14. 根據權利要求2所述的裝置，還包括遲滯模塊，用於響應於對電源消耗功率減小 的判定而在一個遲滯的時間區間中提高風扇速度。
15. —種用於控制電源中的風扇速度的系統，所述系統包括電源，用於接收來自電力源的輸入電壓，並且向電子負載提供經調節的輸出電壓； 輸入功率模塊，用於測量包含一個或多個級的電源的輸入功率，並且計算輸入功率值；輸出功率模塊，用於測量電源的輸出功率並計算輸出功率值；消耗模塊，用於使用輸入功率模塊計算的輸入功率值以及輸出功率模塊計算的輸出功 率值來計算代表電源消耗功率的功率消耗值；以及風扇模塊，基於功率消耗值來調整冷卻電源的風扇的速度，所述風扇模塊響應於功率 消耗增大而提高風扇速度，並且響應於功率消耗減小而降低風扇速度。
16. 根據權利要求15所述的系統，其中電源是多輸出電源，所述輸出模塊還被配置成 計及電源的所有輸出功率，並且其中輸出功率值是獨立輸出功率值之和。
17. —種用於控制電源中的風扇速度的方法，該方法包括 測量電源的輸入功率；使用輸入功率的度量計算一個時間區間上的輸入功率值； 測量電源的輸出功率；使用輸出功率的度量來計算一個時間區間上的輸出功率值； 通過從輸出功率值中減去輸入功率值來計算代表電源消耗功率的功率消耗值； 響應於功率消耗值的增大而提高冷卻電源的風扇的速度；以及 響應於功率消耗值的減小而降低所述風扇速度。
18. 根據權利要求17所述的方法，還包括將多個風扇速度與多個功率消耗值範圍相 關聯。
19. 根據權利要求18所述的方法，其中多個風扇速度在查找表中與多個功率消耗值範 圍相關聯。
20. 根據權利要求18所述的方法，還包括響應於對電源消耗功率減小的判定，在一個 遲滯的時間區間中將風扇速度提高至超出與功率消耗值相關聯的風扇速度。
全文摘要
本發明公開了一種用於控制電源中的風扇速度的裝置、系統和方法。該裝置在一個時間區間上測量電源的輸入功率並且測量電源提供的輸出功率。該裝置確定輸入功率和輸出功率的值，並且使用這兩個值來確定在電源中消耗了多少功率。功率消耗值與特定的風扇速度相關聯，並且該裝置基於在所述時間區間中消耗了多少功率來調整電源中的風扇的速度。如果功率消耗水平增大，則提高風扇速度，如果功率消耗水平減小，則降低風扇速度。
文檔編號F04D27/00GK101769262SQ200910222009
公開日2010年7月7日 申請日期2009年11月13日 優先權日2008年12月30日
發明者C·C·迪施曼, R·S·麥裡克, 林仁欽 申請人:國際商業機器公司