[发明专利]改进DC无刷电动机和冷却风扇的可靠性的微控制器方法

说明书

技术领域

本发明涉及冷却风扇。更特别地，本发明涉及用于电子系统中并用于设计电子系统的冷却方案的智能冷却风扇。

背景技术

在诸如计算机系统的电子系统中，冷却风扇在维持它们的操作能力方面起重要作用。如果不能从电子系统去除过量的热则会导致系统的永久性损害。由于现有的电子系统的复杂性，因此需要具有仅仅提供冷却空气以外的添加功能的风扇，该添加功能诸如控制风扇的速度的能力、监视风扇上的转速计以确定瞬时风扇速度的能力和检测风扇是否出现了故障或比其预设的速度低的能力。虽然在当前的一些冷却风扇中存在这些功能，但不存在可用于控制由不同的制造商制造的冷却风扇的标准设计或协议。并且，为了在系统内实现这些冷却风扇，需要设计也被称为控制器卡的专用的印刷电路组件(PCA)，以提供风扇可理解的信号和以系统的电子装置可解释的形式对系统接收和提供信号。

如果希望附加的功能，诸如风扇通过增加速度对其它有故障的风扇进行补偿的能力、风扇通知外部硬件存在问题的能力或风扇响应系统温度升高而增加速度的能力，那么还需要专用的PCA或控制器卡。PCA或控制器卡被设计和构建为能够检测风扇故障、通知系统风扇已出现故障和调整系统中其它风扇的速度。PCA和控制器卡的设计和制造包含大量的工程时间和资源，这最终被加到利用冷却风扇的整个系统的成本上。

对于热设计工程师来说，为新系统设计冷却方案也是耗时的过程。一般要求PCA或控制器卡被设计和构建为控制风扇速度和其它功能，诸如故障检测和报警设置。常常是，需要多个控制卡的设计和构建以在真实世界应用中对它们进行测试，以获得正确的风扇的组合、风扇速度和报警设置等。例如，在系统中安装样品风扇、确定所需要的适当的风扇速度和电力，和在系统中对风扇进行测试的多次迭代成本较高且效率较低。

包含常规的冷却风扇特别是直流(DC)无刷冷却风扇的另一考虑是，它们根据施加的输入电压改变速度。随着输入电压增加，风扇速度增加并使用更多的电力。当输入电压降低时，风扇速度降低并提供更少的冷却。许多典型的应用具有可在24到74伏之间变化的电压范围。因此，系统设计人员承担在这些较宽的电压摆动中维持恒定的冷却。因此，通常在系统中安装电压调节电源以保持施加到风扇上的电压恒定。但是，如果必须安装电压调节电源，那么也会对整个系统增加附加的复杂性和成本。

附图说明

图1示出根据本发明的实施例的冷却风扇方案；

图2示出根据本发明的实施例的实现多个冷却风扇的电子系统；

图3A和图3B示出用于根据本发明的实施例的冷却风扇的示意性电路图；

图4A示出根据现有技术的电压和电流波形；

图4B示出根据本发明的实施例的电压波形和电流波形；

图4C示出根据本发明的实施例的维持冷却风扇的速度的微控制器的逻辑路径的流程图；

图5示出根据本发明的实施例的风扇控制器用户界面的示例屏幕；

图6示出根据本发明的实施例的风扇控制器用户界面的高级功能的画面实例；

图7示出根据本发明的实施例的冷却风扇的逻辑路径的流程图；

图8示出根据本发明的实施例的确定使用冷却风扇的电子系统的冷却方案规范的流程图；

图9示出根据本发明的实施例的模拟电流限制功能的仿真方法；

图10示出根据本发明的实施例的包含模拟电流仿真功能的冷却风扇；

图11示出根据本发明的实施例的利用权重因子预测冷却风扇的寿命的方法；

图12示出根据本发明的实施例的用于分析冷却风扇中的关注的操作点或测量点的流程图；

图13示出根据本发明的实施例的为了保持冷却风扇不出现故障测量冷却风扇中的关注点的方法；以及

图14A和图14B示出根据本发明的实施例的示例性冷却风扇的关注的操作点。

具体实施方式

图1示出根据本发明的实施例的冷却风扇方案。冷却风扇100包含具有风扇112(包含风扇叶片)和可旋转地与风扇112耦合以驱动风扇112的电动机114的风扇模块110。诸如由Microchip Technology公司制造的18针PIC16C717微控制器的微控制器120与风扇模块110、具体而言与电动机114直接通信。但可利用任何适当的微控制器或处理器可被利用。微控制器120优选地被固定在冷却风扇100内。