专利名称：一种抑制大功率风扇瞬间冲击电流的节能设计方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及计算机应用技术领域，具体地说是一种抑制大功率风扇瞬间冲击电流的节能设计方法及装置，本发明主要是为Rack级机柜的集中供电，取代了传统的服务器必须有自己电源限制，同时也突破了线缆供电的局限。
背景技术：
近两年，我国在超级计算机技术领域发展迅猛。在2011年最新的全球超级计算机TOP排行中TOP前五中，我国就已经占据了两席(分别是排名第一的“天河一号”和排名第三的“星云”)。这两套超级计算机，均采用了水冷机柜 制冷解决方案。实际运行效果证明，这种方案制冷效果良好，有效解决了高热密度刀片服务器的散热问题。机柜内空气循环系统采用正面送风，背面排风的形式。水冷机柜采用水作为制冷剂，一方面节能环保，可靠性高，能有效解决传统的空调集中送风所存在的散热不均匀等问题；另一方面制冷量大，能解决普通空调散热系统所无法实现的高热密度散热问题，并且制冷效率高，刀片服务器内置于密闭的柜体内，能大大降低机房噪音。工作时，机柜风扇吸收服务器背面排出的热风，从回风口送入盘管全热交换器系统中冷却，再将冷风从送风口送至服务器正面，灌入刀片服务器，依次循环，以达到对服务器的散热功能。因此为改变风向，一般使用功率较大的涡轮风扇。涡轮风扇在上电瞬间会产生一个较大的冲击电流，一般会达到风扇正常运行时的30倍，从而导致供电电源过流保护，进而制冷系统无法正常开启。本发明是为了抑制大功率风扇在系统上电瞬间产生大冲击电流而设计的一个电路，经实际验证得到了很好的效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种抑制大功率风扇瞬间冲击电流的节能设计方法及装置。本发明的目的是按以下方式实现的，设计从三个方面出发，首先是抑制大电流，避免直流电源过流保护，该项功能仅需要一个功率电阻即可实现；其次当大电流被抑制后，如果功率电阻依然串联于电路中，其自身必然产生大量的功率损耗，而且也会产生很大压降，这会影响风扇的正常工作和控制板的稳定性，因此选用继电器将功率电阻旁路掉；第三就是继电器闭合要在风扇正常启动之后，也就是说从系统上电到继电器闭合这段延时时间要大于冲击电流持续的时间，因此设计延时控制单元来实现这一要求，具体步骤如下
系统直流电源48V上电，在功率电阻的限流作用下，风扇正常启动，同时大电容在充电，当电容两端电压达到MOS管的阈值电压时，MOS管导通，进而继电器闭合，此后，系统正常工作。抑制大功率风扇瞬间冲击电流的节能装置，包括继电器J、开关JK、电容C、电阻Rl、R2、R3、M0S管Ql、接插件JC1、JC2，其中接插件JCl接48V直流电，接插件JC2接风扇，其中接插件JCl、接插件JC2的2脚接地，电阻Rl串接接插件JCl、接插件JC2的I脚之间，电阻R2、电容Cl传接在接插件JCl的I脚与地线之间，MOS管Ql的I脚串接电子R3接电阻R2电容Cl的链接点，MOS管Ql的2脚串接继电器J的线圈接接插件JC的2脚，MOS管Ql的3脚接地，继电器J的触点开关Kl的动触点与常闭定触点2连接，定触点I与接插件JC的I脚连接；
接插件JC连接48V直流电源，接插件JC2接水冷机柜的大功率的风扇，使用产生的大电流也会超过120A，设计中选用R2是2欧姆的大功率电阻；
功率电阻Rl :因为大的冲击电流持续时间是毫秒级的，所以功率电阻Rl的工作时间也是在毫秒级的，一旦风扇启动，便不再希望该电阻工作，这时，如果功率电阻Rl依然串联在电路中，会给系统带来约几十瓦的额外的功率损耗，所以设计继电器J与该电阻Rl并联使用，使得系统一旦上电，并且风扇正常工作后，触发继电器闭合，从而将功率电阻Rl旁路掉，以至于减少不必要的系统功耗；
延时控制功能采用电阻R2和电容Cl充电电路和MOS管组成，一方面用于调节从系统 上电正常启动到功率电阻被旁路这一段延时时间，另一方面通过MOS管的打开触发继电器闭合。本发明的有益效果是本发明仅使用了继电器、电容、功率电阻、MOS管等若干简单元器件便实现了水冷机柜涡轮风扇开机时的强冲击电流抑制功能。电路设计简单巧妙，最重要的是电路本身功耗低。切实解决了直流电源和大功率风扇在水冷机柜系统中不能兼容的问题。
图I是抑制大功率风扇瞬间冲击电流的节能装置的电路原理图。
具体实施例方式参照说明书附图对本发明的方法及装置作以下详细地说明。本发明是为了抑制大功率风扇在系统上电瞬间产生大冲击电流而设计的一个电路，经实际验证得到了很好的效果。大电流抑制功能由于水冷机柜使用的是大功率的风扇，使用48V直流供电，产生的大电流也会超过120A，所以要使用功率电阻Rl进行限流，抑制大电流的产生。设计中选用的功率电阻Rl是3欧姆的功率电阻，它比水泥电阻体积要小很多，可以有效的减小板卡的尺寸规格。功率电阻Rl :因为大的冲击电流持续时间是毫秒级的，所以功率电阻Rl的工作时间也是在毫秒级的，一旦风扇启动，便不再希望该电阻工作。这时，如果功率电阻Rl依然串联在电路中，会给系统带来约几十瓦的额外的功率损耗。所以设计继电器与该电阻并联使用，使得系统一旦上电，并且风扇正常工作后，触发继电器闭合，从而将功率电阻旁路掉，以至于减少不必要的系统功耗。延时控制功能采用RC充电电路和MOS管设计完成，一方面用于调节从系统上电正常启动到功率电阻被旁路这一段延时时间，另一方面通过MOS管的打开触发继电器闭
八
口 o发明仅使用了继电器、电容、功率电阻、MOS管等若干简单元器件便实现了水冷机柜涡轮风扇开机时的强冲击电流抑制功能。电路设计简单巧妙，最重要的是电路本身功耗低。工作原理如下系统直流电源48V上电，在功率电阻的限流作用下，风扇正常启动，同时大电容在充电，当电容两端电压达到MOS管的阈值电压时，MOS管导通，进而继电器闭合，此后，系统正常工作。设计从三个方面出发，首先是抑制大电流，避免直流电源过流保护，该项功能仅需要一个功率电阻即可实现；其次当大电流被抑制后如果功率电阻依然串联于电路中，其自身必然产生大量的功率损耗，而且也会产生很大压降，这会影响风扇的正常工作和控制板的稳定性，因此选用继电器将功率电阻旁路掉；第三就是继电器闭合要在风扇正常启动之后，也就是说从系统上电到继电器闭合这段延 时时间要大于冲击电流持续的时间，因此设计延时控制单元来实现这一要求。发明仅使用若干简单元器件便实现了水冷机柜涡轮风扇开机时的强冲击电流抑制作用。板卡小巧，安装灵活，电路本身功耗低，长时间运行不会给系统带来大的功率损耗成本。切实解决了水冷机柜系统中直流电源与大功率涡轮风扇不能兼容工作的实际问题。并且，该发明也可以解决其他类似的技术问题。除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。
权利要求
1.一种抑制大功率风扇瞬间冲击电流的节能设计方法，其特征在于设计从三个方面出发，首先是抑制大电流，避免直流电源过流保护，该项功能仅需要一个功率电阻即可实现；其次当大电流被抑制后，如果功率电阻依然串联于电路中，其自身必然产生大量的功率损耗，而且也会产生很大压降，这会影响风扇的正常工作和控制板的稳定性，因此选用继电器将功率电阻旁路掉；第三就是继电器闭合要在风扇正常启动之后，也就是说从系统上电到继电器闭合这段延时时间要大于冲击电流持续的时间，因此设计延时控制单元来实现这一要求，具体步骤如下 系统直流电源48V上电，在功率电阻的限流作用下，风扇正常启动，同时大电容在充电，当电容两端电压达到MOS管的阈值电压时，MOS管导通，进而继电器闭合，此后，系统正常工作。
2.一种抑制大功率风扇瞬间冲击电流的节能装置，其特征在于，包括继电器J、开关JK、电容C、电阻Rl、R2、R3、MOS管Ql、接插件JCl、JC2，其中接插件JCl接48V直流电，接插件JC2接风扇，其中接插件JCl、接插件JC2的2脚接地，电阻Rl串接接插件JCl、接插件JC2的I脚之间，电阻R2、电容Cl传接在接插件JCl的I脚与地线之间，MOS管Ql的I脚串接电子R3接电阻R2电容Cl的链接点，MOS管Ql的2脚串接继电器J的线圈接接插件JC的2脚，MOS管Ql的3脚接地，继电器J的触点开关Kl的动触点与常闭定触点2连接，定触点I与接插件JC的I脚连接； 接插件JC连接48V直流电源，接插件JC2接水冷机柜的大功率的风扇，使用产生的大电流也会超过120A，设计中选用R2是2欧姆的大功率电阻； 功率电阻Rl :因为大的冲击电流持续时间是毫秒级的，所以功率电阻Rl的工作时间也是在毫秒级的，一旦风扇启动，便不再希望该电阻工作，这时，如果功率电阻Rl依然串联在电路中，会给系统带来约几十瓦的额外的功率损耗，所以设计继电器J与该电阻Rl并联使用，使得系统一旦上电，并且风扇正常工作后，触发继电器闭合，从而将功率电阻Rl旁路掉，以至于减少不必要的系统功耗； 延时控制功能采用电阻R2和电容Cl充电电路和MOS管组成，一方面用于调节从系统上电正常启动到功率电阻被旁路这一段延时时间，另一方面通过MOS管的打开触发继电器闭合。
全文摘要
本发明提供一种抑制大功率风扇瞬间冲击电流的节能设计方法及装置，设计从三个方面出发，首先是抑制大电流，避免直流电源过流保护，该项功能仅需要一个功率电阻即可实现；其次当大电流被抑制后如果功率电阻依然串联于电路中，其自身必然产生大量的功率损耗，而且也会产生很大压降，这会影响风扇的正常工作和控制板的稳定性，因此选用继电器将功率电阻旁路掉；第三就是继电器闭合要在风扇正常启动之后，也就是说从系统上电到继电器闭合这段延时时间要大于冲击电流持续的时间，因此设计延时控制单元来实现这一要求。
文档编号G06F1/32GK102789307SQ201210219789
公开日2012年11月21日 申请日期2012年6月29日 优先权日2012年6月29日
发明者吴福宽, 孔财, 谷俊杰 申请人:浪潮电子信息产业股份有限公司