一种控制散热风扇的装置及方法 【技术领域】
本发明涉及电子或通信领域的散热技术，尤其涉及一种控制散热风扇的装置及方法。
背景技术
在电子或通信领域的系统设计中，热设计是重要的一个环节，而采用风扇散热是通常采用的方法之一。但是风扇也是系统噪音的重要来源，而且现实的系统中采用风扇大多寿命在8万小时以下，当风扇在高温下工作时，寿命还会大大降低，因此风扇成为系统可靠性中较薄弱的一点。为了改善所述问题，有些系统也开始采用种种风扇控制技术方法，其基本思路都是根据采集到的温度值，依据一定算法对风扇转速进行控制，但是现有风扇控制技术几乎都是针对单风扇进行控制。当系统中存在多个或多种风扇时，现有风扇控制技术会对于系统中所有风扇同时进行相同控制，或者针对每个风扇设置一个单独驱动回路。然而当风扇数量较多时，如果对于所有风扇进行相同控制，则系统散热性能没有得到最大优化，造成部分风扇使用寿命无谓地缩短；如果对于系统中每一个风扇提供一个单独驱动回路，则系统复杂性大大提高，成本提升，更会给后期产品维护增加了很多工作量。
综上可知，现有散热风扇的控制技术在实际使用上，显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。
【发明内容】
本发明的第一个目的，在于提供一种控制散热风扇的装置，实现了风扇使用寿命的提高以及系统复杂性和系统成本的降低。
本发明的第二个目的，在于提供一种控制散热风扇的方法，实现了风扇使用寿命的提高以及系统复杂性和系统成本的降低。
为了实现上述第一个目的，本发明提供一种控制散热风扇的装置，包括：
若干温度采集模块，每一温度采集模块用于采集系统中关键点的温度数据并上报给控制模块；
控制模块，用于接收所述温度采集模块的温度数据，并根据温度数据生成驱动控制信号和开关控制信号；
若干驱动电路模块，每一驱动电路模块用于根据控制模块的驱动控制信号，生成供若干风扇工作的驱动信号；
若干开关模块，每一开关模块用于根据控制模块的开关控制信号，控制若干风扇的运转或停转，并将所述驱动电路模块的驱动信号加到运转风扇上。
根据本发明的装置，所述温度采集模块对系统中各关键点的温度进行实时监测，在预定时间更新采集的温度数据并上报给控制模块。
根据本发明的装置，所述温度采集模块将采集到的温度数据主动上报或者被动上报给控制模块。
根据本发明的装置，所述控制模块通过有线方式或无线方式与温度采集模块、驱动电路模块和/或开关模块进行连接。
根据本发明的装置，所述驱动电路模块对交流风扇提供脉冲/频率调制信号；对直流风扇提供直流电压信号或者脉冲/频率调制信号。
根据本发明的装置，所述驱动电路模块的驱动信号为控制若干风扇转速变换的输出信号，且驱动电路模块根据控制模块的驱动控制信号对驱动信号进行调整。
根据本发明的装置，所述驱动电路模块和开关模块的数量与风扇类别相关，每一驱动电路模块和开关模块对应一类别的若干风扇。
为了实现上述第二个目的，本发明提供一种控制散热风扇的方法，包括如下步骤：
A、通过温度采集模块采集系统中各关键点的温度数据，并将该温度数据并上报给控制模块；
B、根据温度采集模块上报的温度数据，控制模块生成驱动控制信号和开关控制信号；
C、根据控制模块的驱动控制信号，驱动电路模块生成供若干风扇工作的驱动信号；
D、根据控制模块的开关控制信号，开关模块控制若干风扇的运转或停转，并将所述驱动电路模块的驱动信号加到运转风扇上。
根据本发明的方法，所述步骤C中驱动电路模块的驱动信号为控制若干风扇转速变换的输出信号，并且驱动电路模块根据控制模块的驱动控制信号对驱动信号进行调整。
根据本发明的方法，所述驱动电路模块和开关模块的数量与风扇类别相关，每一驱动电路模块和开关模块对应一类别的若干风扇。
本发明控制模块根据温度采集模块上报的温度数据，控制驱动电路模块的输出，使驱动电路模块产生适合风扇工作的驱动信号，同时，控制开关模块，使需要运转的风扇能得到驱动信号供给，按照预定的转速工作，从而使风扇转速降低，而对于不需要运转的风扇则直接切断驱动信号供给，使其处于停转状态，有效地降低系统中因风扇产生的噪音，延长风扇的使用寿命；并且对于同类风扇采用单一的驱动电路模块，降低系统复杂度，提高系统可靠性，以及实现了系统成本的降低。
【附图说明】
图1是本发明控制散热风扇装置的结构框图；
图2是本发明控制散热风扇方法的流程图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的基本思想是：控制模块根据温度采集模块上报的温度数据，控制驱动电路模块的输出，使驱动电路模块产生适合风扇工作的驱动信号，同时，控制开关模块，使需要运转的风扇能得到驱动信号，按照预定的转速工作，而对于不需要运转的风扇则直接切断对风扇的驱动信号供给，使其处于停转状态。
本发明提供的控制散热风扇的装置如图1所示，包括n个温度采集模块，1个控制模块，i个驱动电路模块，i个开关模块和i个风扇组，其中每组风扇中风扇数量不定。
温度采集模块11～1n，负责采集系统中关键点的温度数据并将关键点的温度数据分别单独或者统一上报给控制模块2，所述温度数据可为数字信号或模拟信号。
控制模块2，负责接收温度采集模块11～1n上报的温度数据，并根据温度数据，依据一定算法(根据系统具体需求设定)生成控制信号。控制信号包括驱动控制信号和开关控制信号，驱动控制信号用于控制驱动电路模块31～3i工作方式，改变驱动电路模块的输出，使驱动电路模块产生适合风扇工作的驱动信号；开关控制信号用于控制开关模块41～4i，使需要运转的风扇能得到驱动电路模块31～3i的驱动信号并且按照设定的转速工作，而使不需要工作的风扇处于停转状态。
控制模块2和其它各个模块的信号连接可以是通过有线方式连接，如控制模块2和温度采集模块11～1n之间可以直接用内部集成电路总线(Inter-Integrated Circuit，I2C)总线等有线方式连接，也可以通过无线包括红外线方式连接。如果采用无线连接方式，控制模块2和其它需连接的模块内部之间须添加无线收发模块，作为数据通讯接口。采用无线连接方式，整个系统会具有更大的灵活性，但相对有线连接方式，系统成本会上升。
所述控制模块2可以采用通用CPU(Central Processing Unit，中央处理器)/MCU(Micro Controller Unit，单片机)/可编程器件或其它专用电路来实现。温度采集模块11～1n采用具有I2C接口的温度传感芯片LM75，这样每8个传感芯片可以通过一条I2C总线和CPU/MCU相连。也可以用CPU/MCU的通用输入输出(Input/Output，IO)口当作I2C接口用，软件根据I2C协议访问各个温度传感芯片，读取关键点的温度数据。
驱动电路模块31～3i，负责根据控制模块2的驱动控制信号，分别为风扇组51～5i提供驱动信号，控制风扇转速变化。比如对于交流风扇，提供脉冲/频率调制信号；对于直流风扇，提供直流电压信号或者脉冲/频率调制信号。所述驱动电路模块31～3i的数量与风扇类别相关，每一驱动电路模块对应一类别的若干风扇。如果系统中存在多种规格风扇，则需要相应数量的驱动电路模块。对于同类的风扇可以采用单一的驱动电路模块，降低系统复杂度，提高系统可靠性，降低系统成本。也可以根据风扇的规格及风扇的安装位置进行分类，决定系统中驱动电路模块的数量。如采用的风扇有专用控制转速管脚，则驱动电路模块输出需符合相应的风扇信号接口规范。如风扇没有专用的控制转速管脚，则可以通过控制加到风扇上的电压值大小，对风扇的转速进行调整。不过这样调整范围较小，这时候驱动电路模块输出就是风扇的电源。
开关模块41～4i，用于根据控制模块的开关控制信号，分别控制风扇组51～5i各组中若干风扇的运转或停转，并将对应的驱动电路模块31～3i的驱动信号加到运转风扇组51～5i上。开关模块使用电控/磁控等开关器件，如继电器或者MOS管、晶体管等。只存在单个风扇时，开关模块可以省掉。所述开关模块的数量与风扇类别相关，每一开关模块对应一类别的若干风扇。对于多风扇系统，一个开关模块可以负责一个风扇，也可以负责多个同类风扇。
风扇组51～5i，是系统的散热执行部件。可以采用具有状态指示(如转速信号、停转指示等)的风扇，以便控制模块采集各风扇状态，做出最优化的控制，以及能及时报告风扇故障。风扇可以采用直流或交流风扇。如果采用直流的风扇，可以用金属-氧化物-半导体(Metal-Oxide-Semiconductor，MOS)管作为开关模块执行器件，而此时驱动电路模块主要就是产生一个可调电平的直流电源输出，或者产生脉宽/频率调制信号。如果要产生可调电平的直流电源输出，驱动电路模块可以采用通用可调直流转直流(Direct Current-DirectCurrent，DC-DC)电路，其反馈取样回路中采用电子电位器。控制模块通过控制电子电位器的阻值变化，来调整DC-DC电路输出，使其在风扇所能承受的额定电压范围中变化。如果要产生脉宽/频率调制信号，驱动电路模块可以直接采用MOS管。如MCU/CPU内含脉宽调制(PWM，Pulse Width Modulation)模块，而MOS管栅极可以直接用MCU/CPU PWM输出管脚驱动。否则驱动电路模块中可以加入可编程器件或专用芯片来实现输出脉宽/频率调制信号来驱动MOS管栅极，用控制模块中的MCU/CPU控制调整它的输出。控制模块根据当前各关键点的温度数据，调整驱动电路模块中MOS管的导通关断周期，以及一个周期中导通关断时间比例。
图2是本发明提供的控制散热风扇的方法，具体流程如下：
步骤S201，确定系统中存在的各关键点，通过温度采集模块采集所述系统中各关键点的温度数据，并将该温度数据上报给控制模块。所述关键点往往是系统中发热量最大的部件或者对温度变化最敏感的部件。温度采集模块对系统中各关键点采集的温度值进行实时监测，在预定时间更新采集的温度数据并上报给控制模块。采集到的数据可以采用主动上报或者被动上报方式上报给控制模块。各关键点的温度数据上报给控制模块作为后续流程中控制模块控制驱动电路模块及开关模块操作的依据。
步骤S202，根据温度采集模块上报的温度数据，控制模块生成驱动控制信号和开关控制信号。这里，控制模块主要决定系统中需要工作的风扇及不需要工作的风扇，控制开关模块的开关控制信号，需要工作的风扇转速以及控制对应的驱动电路模块的驱动控制信号，这样最终能使不需要工作的风扇停转，需要工作的风扇得到合适的转速控制信号，能按照需求的转速工作。
步骤S203，根据控制模块的驱动控制信号，驱动电路模块生成供风扇工作的驱动信号。由于风扇规格种类较多，所以要根据选用的风扇类型，进行合适的驱动电路模块设计，来产生控制转速的驱动信号。对于没有转速控制的直流风扇，只能通过加在风扇的电压的大小来进行转速调整，此处的调整范围较小，这时就要求驱动电路模块产生一个有功率驱动能力和电压值可调的直流输出。而对于采用PWM信号控制转速的直流风扇，就要求驱动电路模块产生一个能在风扇接收频率范围内的PWM信号。
步骤S204，根据控制模块的开关控制信号，开关模块控制若干风扇的运转或停转，并将所述驱动电路模块的驱动信号加到运转风扇上。电路设计上要注意让风扇得不到驱动电路模块的信号时，风扇处于停止状态。这样可以才可以通过开关模块工作，有效减少驱动电路模块的数量，降低系统成本。
综上可知，本发明是通过控制驱动电路模块驱动，使风扇转速降低，或者通过开关模块直接切断对风扇的驱动信号供给，有效地降低系统中因风扇产生的噪音，延长风扇使用寿命。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。