用于电源中的改进风扇控制的装置、系统和方法

专利名称：用于电源中的改进风扇控制的装置、系统和方法
技术领域：
本发明涉及电源领域，尤其涉及用风扇冷却电源。
背景技术：
相关技术描述 电源内部组件能够产生大量的热。如果没有恰当的冷却，那么这些组件有可能过 热并发生故障。在电源和计算机中通常使用了风扇来提供相对廉价的冷却解决方案。通过 与用于高热运行的组件的附加部件(例如散热片)相结合，大多数冷却问题可以用风扇加 以解决。 但是，仅仅在电源中安置风扇并以恒定速度运行风扇通常是不够的。以恒定高速 运行风扇会不必要地磨损风扇的组件，浪费能源，并产生不必要的噪声。但是，如果以恒定 低速运行风扇，则会在电源高热运行时阻碍风扇适当冷却电源。结果，风扇具有基于电源需 求调高和调低风扇速度的控制机制。 当然，这就需要确定风扇在特定时刻运行有多快。现有技术的解决方案通常以电 源温度作为风扇速度的基础。然而这又提出了大量的问题。首先，电源的环境温度滞后于 组件自身的温度；结果是风扇未必能及时提速。 一个附加问题是测量电源温度的设备如何 放置。这些设备自然对附近组件的温度敏感，但是它们未必能检测到定位较远的组件的温 度提升。结果是组件可能会因为其无法对环境温度产生足够影响以实现风扇速度改变而发 生故障。 本领域技术人员已经尝试通过附加措施来弥补这个缺陷。但是，要想将附加参数 与温度相联系是非常困难的；例如，一个非常高效的电源可以产生高输出功率或输出电流 而无需组件变得很热。在这种情况下，现有技术的解决方案会使风扇不必要地快速运行。在 其他状况下，例如在具有相移调节电源的情形中，全桥MOSFET即使在输出功率和电流很低 时也会在极热运行。在这种情况下，风扇可能无法足够快地检测到热量，并且电源有可能会 发生故障。

发明内容
从先前论述中应该显见，存在一种用于在电源中提供更好的风扇速度控制的装 置、系统和方法的需要。非常有益的是，这种装置、系统和方法将会根据组件实际需要以近 乎即时的方式调整风扇速度。 本发明是响应于现有技术的当前状态、尤其是响应于本领域中尚未被当前可用的 电源冷却系统完全解决的问题和需要而开发的。相应地，开发本发明是为了提供一种用于 在电源中控制风扇速度的装置、系统和方法，其中所述装置、系统和方法克服了本领域中的 众多或全部上述缺陷。 在一个实施例中，该装置包括在一个时间区间上测量电源输入端子上的输入功率 并且计算输入功率值的输入功率模块。该装置还包括在所述时间区间上测量电源输出端子上的输出功率并且计算输出功率值的输出功率模块。 该装置还包括风扇控制装置。该风扇控制装置接收来自输入功率模块的输入功率 值以及来自输出功率模块的输出功率值，并且基于输入功率值与输出功率值之间的差值来 计算代表电源在所述时间区间上消耗功率的功率值。然后，风扇控制装置在查找表中查找 与所述功率值相关联的风扇速度，其中所述查找表将增大的功率消耗值与提高的风扇速度 相关联以使更大的功率消耗值对应于更高的风扇速度。此外，该风扇控制装置还将所述风 扇速度发送到冷却电源的风扇的风扇控制器。 在一个实施例中，控制风扇速度的装置配备有多个模块，这些模块被配置成在功 能上执行必要的步骤。在所描述的实施例中，这些模块包括输入功率模块、输出功率模块、 消耗模块、以及风扇模块。在一个实施例中，输入功率模块测量电源的输入功率并且计算输 出功率值。输出功率模块测量电源的输出功率，并且计算输出功率值。消耗模块使用输入 功率模块计算的输入功率值以及输出功率模块计算的输出功率值来计算功率消耗值，其中 该功率消耗值代表由电源消耗的功率。最后，风扇模块根据功率消耗值来调整风扇的速度。 如果电源中的功率消耗增大，风扇模块就提高风扇速度，如果电源中的功率消耗减小，风扇 模块则降低风扇速度。由此，风扇冷却电源。 在一个实施例中，风扇由脉冲宽度调制("P丽")风扇控制器驱动，并且调整风扇 速度包括风扇模块为P丽风扇控制器提供与功率消耗值相关联的脉冲宽度值。在一个实 施例中，查找表将脉冲宽度值与功率消耗值范围相关联。风扇模块接收来自消耗模块的功 率消耗值，在查找表中检索与所述功率消耗值相关联的脉冲宽度值，并且将脉冲宽度值发 送到P丽风扇控制器。 在另一个实施例中，风扇通过电压调节来控制，并且调整风扇速度包括风扇模块 为风扇控制器提供与功率消耗值相关联的电压值。在另一个实施例中，风扇是通过电阻调 节来控制的，并且调整风扇速度的处理包括风扇模块为风扇控制器提供与功率消耗值相关 联的电阻值。 在一个实施例中，输入功率值是一个时间区间上的平均输入功率，并且输出功率 值是一个时间区间上的平均输出功率。在一个实施例中，输入功率模块通过感测电源的输 入电压和输入电流来测量输入功率，并且从输入电压和输入电流计算输入功率值。同样，输 出功率模块通过感测电源的输出电压和输出电流来测量输出功率，并且从输出电压和输出 电流计算输出功率值。 在另一个实施例中，输入功率模块通过假设电源的输入电压值并感测电源的输入 电流来测量输入功率。然后，输入功率模块从假设的输入电压值和测得的输入电流计算输 入功率值。同样，输出功率模块通过假设电源的输出电压值并感测电源的输出电流来测量 输出功率，然后使用假设的输出电压值和测得的输出电流来计算输出功率值。
在另一个实施例中，测量输入功率包括输入功率模块在非电源输入端子的位置测 量输入功率，其中所述位置上的电流与输入电流成比例。同样，测量输出功率可以包括输出 功率模块在非电源输出端子的位置测量输出功率，其中在所述位置上的电流与输出电流成 比例。 在一些实施例中，计算电源消耗功率包括从输入功率值中减去输出功率值。功率 消耗值还有可能需要使用一个或多个常数进行调整。
在进一步的实施例中，该装置包括一个迟滞模块，用于响应于对电源消耗功率减 小的判定而在一个迟滞的时间区间中提高风扇速度。 本发明还提出用于控制电源中的风扇速度的系统。该系统可以具体化为电源。特 别地，在一个实施例中，该系统包括从电力源(powersource)接收输入电压并且向电子负 载提供经调节的输出电压的电源(power su卯ly)。该系统还包括如上所述的输入功率模 块、输出功率模块、消耗模块以及风扇模块。该系统还可以包括诸如计算机、刀片服务器系 统或器械的电子负载。在一些实施例中，输入电压是AC或DC，并且经调节的输出电压是AC 或DC。 本发明还提出用于控制电源中的风扇速度的方法。公开实施例中的方法主要包括 执行如上结合所述装置和系统操作而给出的功能所必需的步骤。在一个实施例中，该方法 包括测量电源的输入功率，以及使用输入功率的度量来计算一个时间区间上的输入功率 值。该方法还可以包括测量电源的输出功率，以及使用输出功率的度量来计算一个时间区 间上的输出功率值。 在进一步的实施例中，该方法包括通过从输出功率值中减去输入功率值来计算 代表电源消耗功率的功率消耗值。该方法还包括响应于功率消耗值的增大而提高冷却电 源的风扇的速度，以及响应于功率消耗值的减小而降低所述风扇速度。该方法还可以包括 在查找表中将多个风扇速度与多个功率消耗值范围相关联。 在本说明书中，对于特征、优点的引用或类似言语并不暗示所有那些可以借助本 发明实现的特征和优点都应该处于本发明的任何单个实施例中。相反，有关这些特征和优 点的言语将被理解成是指在本发明的至少一个实施例中包含了结合实施例描述的特定特 征、优点或特性。由此，在本说明书中，关于特征和优点的论述以及类似言语有可能但并不 一定涉及相同的实施例。 此外，在一个或多个实施例中，所描述的发明特征、优点和特性可以采用任何适当 的方式来组合。相关领域技术人员将会了解，本发明是可以在没有特定实施例的一个或多 个特定特征或优点的情况下实现的。在其他实例中，在某些实施例中可以认识到在本发明 的所有实施例中均未给出的附加特征和优点。 本发明的这些特征和优点将会从以下描述和所附权利要求中更为显见，还可以通 过实践如下所述的发明来获悉。


为使本发明的优点易于理解，在这里将会参考附图中示出的特定实施例来对上文 简述的本发明进行更详细描述。应理解这些附图只是描述本发明的典型实施例并且由此不 应被认为限制本发明的范围，通过附图并使用附加特征和细节来描述和说明本发明，在附 图中 图1是示出了根据本发明的电源的一个实施例的示意性框图； 图2是示出了根据本发明的风扇控制装置的一个实施例的示意性框图； 图3是示出了根据本发明的风扇控制装置的一个实施例的第二示意性框图； 图4是示出了具有根据本发明的风扇控制装置的电源实施方式的一个实施例的
示意性框6
图5是示出了具有根据本发明的风扇控制装置的电源实施方式的一个实施例的 第二示意性框图；以及 图6是示出了根据本发明的风扇速度控制方法的一个实施例的示意性流程图。
具体实施例方式
本说明书中描述的众多功能单元已被标记为模块，以便更具体地强调其实施独立 性。举个例子，模块可以实现为包括定制VLSI电路或门阵列、诸如逻辑芯片之类的现成半 导体器件、晶体管或其他分立组件的硬件电路。模块还可以实现为可编程硬件器件，例如现 场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑器件等等。 模块也可以实现为由不同类型的处理器执行的软件。例如，可执行代码识别模块 包括计算机指令的一个或多个物理或逻辑组块，其中举例来说，所述组块可以作为对象、过 程或函数来组织。然而，识别模块的可执行文件在物理上未必是在一起的，而是可以包括存 储在不同位置的不同指令，这些指令在逻辑上结合时将会构成模块，并且实现为所述模块 所规定的用途。 实际上，可执行代码模块可以是单个指令或者众多指令，甚至可以分布于若干个
不同的码段、不同的程序以及跨越若干个存储设备。同样，在这里可以在模块内部标识和例
证操作数据，并且可以用任何适当的形式来具体化，并组织在任何适当类型的数据结构中。
所述操作数据既可以作为单个数据集来收集，也可以分布在包括不同存储设备在内的不同
位置，并且至少部分可以仅仅作为系统或网络上的电子信号而存在。当在软件中实施模块
或是模块的某些部分时，这些软件部分存储在一个或多个计算机可读介质中。 在本说明书中，对于"一个实施例"、"某个实施例"或类似术语的引用意味着在本
发明的至少一个实施例中包含了结合实施例描述的特定特征、结构或特性。因此，在本说明
书中出现的短语"在一个实施例中"、"在某个实施例中"以及类似的术语有可能但未必全都
涉及同一实施例。 对于计算机可读介质的引用可以采用任何能在数字处理设备上存储机器可读指
令的形式。计算机可读介质可以具体化为传输线、致密盘、数字视频盘、磁带、伯努利驱动
器、磁盘、穿孔卡、闪存、集成电路或是其他数字处理装置的存储设备来实现。 此外，在一个或多个实施例中，所描述的发明特征、结构或特性可以采用任何适当
的方式来组合。在以下描述中将会提供众多具体细节，以便提供关于本发明实施例的全面 理解，其中举例来说，所述细节可以是编程示例、软件模块、用户选择、网络事务、数据库查
询、数据库结构、硬件模块、硬件电路、硬件芯片等等。但是，相关领域的技术人员将会了解， 本发明是可以在没有一个或多个特定细节的情况下实施的，或者是可以借助其他方法、组 件、材料等等来实现的。在其他实例中，众所周知的结构、材料或操作并未详细显示或描述， 以免混淆本发明的观点。 这里包含的示意性流程图主要是作为逻辑流程图来阐述的。同样，所描述的顺序 和标记的步骤指示的是所给出的方法的一个实施例。在功能、逻辑或效果上与例证方法的 一个或多个步骤或是其某些部分相等价的其他步骤和方法同样是可以考虑的。此外，提供 所使用的格式和符号是为了说明方法的逻辑步骤，并且不应该将其理解成是限制本发明的 范围。虽然在流程图中可以使用不同的箭头类型和线条类型，但是它们将被理解成没有限制相应方法的范围。实际上，某些箭头或其他连接符可能仅用于指示该方法的逻辑流程。例 如，箭头可以指示在所描述方法的枚举步骤之间未规定持续时间的等待或监视周期。此外， 特定方法的顺序既有可能严格遵从也有可能不严格遵从所显示的相应步骤的顺序。
图1描述根据本发明的系统。该系统包括电子设备120、电力源130以及电源110。 电子设备120是从电源110接收电力的设备。电子设备120是电源110的电子负载。例如， 电子设备120可以是计算机(例如膝上型或台式计算机)、刀片服务器系统、器材或是从诸 如所描述的电源110之类的电源接收电力的其他设备。电子设备120可以接收来自多个电 源110的电力。虽然图1将电源110描述成位于电子设备120的内部，但在一些实施例中， 电源110位于电子设备120的外部。 电子设备120接收来自电源110的电力。电源IIO则从电力源130接收电力并修 整信号，以使所述信号达到一种适于电子设备120使用的形式。根据电子设备120的需要， 电源IIO可以提供DC或AC输出。电源110由不同部件112构成，这些部件允许电源修整 信号并且为电子设备120提供适当的输出。所述部件112可以是M0SFET、 BJT、电感器、电 容器、电阻器、变压器以及电源中的常见的其他电组件。 电力源130向电源IIO提供输入信号。该电力源130可以是本领域已知的任何电 力源。例如，电力源130可以是发电机或标准电源插座。电力源130可以为电源IIO提供 DC或AC输入。 与所有设备相似，电源110并不是完美有效的。因此，从电力源130接收的部分功 率会在电源110中损失，而不会递送到电子设备120。在很多情况中，该损失功率是作为热 量在电源110中放出的。如果没有适当注意，那么这些热量可能会熔化或毁坏电源110的 某些部件112。由于电源110的负载条件和电源110的操作并不总是恒定的，因此电源110 的效率可能改变。风扇116是系统一部分，它有助于冷却电源110和维持恰当的操作温度。
根据本发明，电源110包括基于电源110的功率损失来调节风扇116速度的风扇 控制装置114。随着电源110中消耗的功率量的增大，风扇控制装置114提高风扇116的速 度和冷却能力。随着功率消耗水平的降低，风扇控制装置114减小风扇速度以节约能量并 减小噪声。 由于功率消耗是以电源110整体为基础的，因此与单独基于温度来调整速度相 比，风扇速度可以得到更为精确的调整。结果，电源iio可以对功率消耗的变化做出即时反 应，由此预测温度的上升或降低。电源iio不会像在现有技术的系统中的那样，遭遇到在部
件112热运行但电源110的环境温度尚未升高到足以触发风扇速度变化时出现的迟滞问 题。通过对温度问题的起因(即电源110的功率损失)而不是症状(即温度的实际变化) 做出反应，风扇控制装置114预测电源110的冷却需要，并且可以更有效地满足这些需要。
图2显示包括风扇控制装置114的电源110的一个实施例。在所描述的实施例 中，电源110是包括电源级202a-c的多级电源。这些电源级202a-c可以为电源110提供 各种功能，例如信号整流、滤波、功率因数校正以及其他功能。例如，电源级202a-c可以是 升压、降压、降压-升压、回归、库克变换(6uks)、上述技术的组合以及本领域已知的其 他技术。在不同实施例中，电源110可以具有单个电源级202a或是任何其他数量的电源级 202a-n。 如所示，风扇控制装置114包括输入功率模块210、消耗模块214、输出功率模块216以及风扇模块218。输入功率模块210测量电源110的输入功率，并且计算代表该输入 功率的值，在此被称为输入功率值。在一个实施例中，输入模块210是测量电源110的输入 端子的电压和电流的功率计。该输入功率值可以是在某个时间区间上测得的平均功率。在 一些实施例中，输入功率值是使用输入电压和输入电流的均方根("rms")值计算的。本领 域技术人员将会认识到如何测量和量化由输入功率模块210测得的AC和/或DC功率。
在一个实施例中，输入功率模块210测量电源110的输入端子的输入功率。在另 一个实施例中，输入功率模块210测量电源110中的不同位置的输入功率(例如在整流和 滤波之后)。举个例子，输入功率模块210可以在第一电源级202a之后测量输入功率。在 一些实施例中，该测量包括在电流与输入电流成比例的位置测量输入功率。在此类实施例 中，测得的输入电流可能需要一定的校正(例如将测得的值与一个常数相乘)，以便精确反 映实际输入电流。例如，如果输入电流和/或电压是在整流之后测得的，则标量常数可以计 及电源110的整流级中的损失。 在一个实施例中，测量输入功率包括测量输入电流以及假设输入电压电平。在本 申请中使用的测量输入功率的处理并不需要物理测量电流和电压两者；相反，它意味着至 少需要测量这其中的一个值。例如，由于由电力源提供的电压通常是预先明确定义并且相 对稳定的，因此设计人员可以对提供给电源110的输入电压做出假设。如果输入电流是在 一个或多个电源级202a-c之后测得的，那么由于在这些位置，电源110中的电压通常是预 先定义且受到严格控制，并且由此是相对稳定的，因此，这种假设尤其是成立的。
输入电流可以使用电阻器、电流传感器或是本领域已知的其他电流测量方法来测 量。用于测量电压的方法在本领域中同样是已知的。在Cecil Dishman、Eino Lindsfors 以及Randhir Malik于2008年1月8日提交的名为"Apparatus, System and Method for DeterminingVoltage， Current, and Power in a Switching Regulator"(序列号为 11/970,779)的美国专利申请中公开了用于在开关模式电源中测量电流和电压的新颖方 法，其中所述方法可以在本发明中使用，并且该申请在这里引入作为参考。
输出功率模块216测量电源的输出功率并计算输出功率值。在很多环境中，上文 中关于输入功率模块210的注解和说明同样适用于输出功率模块216，其显著的不同之处 在于相关功率是与输入功率相对的输出功率。因此，输出功率模块216可以测量某个时间 区间上的输出功率，并且作为响应提供平均输出功率值。此外，输出功率模块216可以假设 电压或电流值之一相对恒定，并且测量另一个值来测量输出功率。该测量可以在电源110 的输出端子或是电源110中的其他位置进行，其中输出电流与在此其他位置测得的电流成 比例。计算输出电流随后可以恰当校正测得的电流来反映输出电流。 在一些实施例中，电源110提供了多个输出。例如计算机中，电源110通常会提供 3.3V、5V和12V电压。在这一实施例中，输出功率模块216将会计及经由不同连接离开电 源110的所有输出功率。在一个实施例中，输出功率模块216测量电源110的每一个输出 端子上的输出功率，并且计算代表每个输出端子上的功率之和的输出功率值。作为替换，输 出功率模块216测量一个输出端子(可以是传送最大功率的输出端子)上的输出功率，并 且估计其他端子上的输出功率。 输入和输出功率都是可以即时测量的。在其他实施例中，输入和输出功率是在一 个时间区间上测得的。本申请中使用的在一个时间区间上进行的测量包含多种执行测量以及附加代表某一时段中的输入或输出功率的恰当值的方法。例如，平均或中值可以作为输 入或输出功率值使用。该输入和输出功率可以被采样并求取平均来确定输入或输出值。在 一些实施例中，可以在规则时间区间上进行单次测量。此外，电阻-电容("RC")时间常数 可以用于获取输入或输出功率平均的等价物。本领域技术人员将会认识到将输入功率值或 输出功率值归因于在某个时间区间上进行的测量的多种方式。 风扇控制装置114还包括消耗模块214。该消耗模块214计算代表由电源110所 消耗功率的功率消耗值。该消耗模块214使用输入功率值(由输入功率模块210提供)和 输出功率值(由输出功率模块216提供)来确定功率消耗值。在一个实施例中，消耗模块 214从输入功率值中减去输出功率值，并且由此确定差值以及在电源110中实际损失的功 率量。在某些实施例中，消耗模块214可以结合一个或多个常数来调整通过获取差值计算 的功率消耗值。例如，该调整可以计及电源110中的损失。 由此，功率消耗值代表在相关测量时间区间中在电源110中损失的功率，其中输 入功率值和输出功率值是该测量时间区间上的平均。无论实施方式细节如何，功率消耗值 都代表在电源110中损失的实际功率的近似。这个功率损失可以与预期热量的特定等级相 关联，并且由此关联于特定的风扇速度。虽然并不是所有的损失功率都转化为热量(例如， 某些功率可以作为噪声、振动等等而损失)，但是大量损失功率自身是作为热量出现的。结 果，功率消耗值可以被认为是对电源110中产生热能的相对精确的近似。
在一个实施例中，与作为一个整体测量电源110的输入功率和输出功率不同，风 扇控制装置114可以测量一个或多个电源级202a-c的输入和输出功率。借助该处理，风扇 控制装置114可以获取电源110中哪里的功率消耗(由此热量)最大的更细腻写照。由于 允许风扇控制装置114定位电源110中发生损失的位置，因此该处理在具有一个以上风扇 116的系统中是很有用的。此外，该处理在某个特定电源级202a-c比起其他电源级更为热 敏感的情况下同样有用。该处理在电源110的初级电源级202a-c出现损失但却没有将功率 传播到电源110的末端的状况中同样有用；也就是说，该处理在输出功率很小但在电源110 中仍存在损失的情况下同样有用。 风扇控制装置114还包括风扇模块218，用以基于由消耗模块214计算的功率消耗 值来调整风扇116的速度。风扇模块218在记录到电源110消耗的功率增大时提高风扇速 度，而在检测到功率消耗水平降低时减小风扇速度。风扇模块218可以从消耗模块214拉 入功率消耗值，也可以是功率消耗值被推入风扇模块218。结合图3更详细地描述风扇模块 218的行为。 图3示出根据本发明的风扇控制装置114的第二实施例。在所描述的实施例中， 风扇控制装置114还包括查找表320。查找表320将一功率消耗值范围关联于用以确定风 扇速度的相关风扇速度参数，例如脉冲宽度、电压或电阻，在下文中将会对此进行更详细的 描述。与每一个可能的功率消耗值都具有特定风扇速度参数不同，查找表320可以为功率 消耗值范围规定风扇速度参数。例如，查找表320可以在功率消耗值低于某个值时规定低 风扇速率，而在功率消耗高于某个值时规定最大风扇速度。对介于这两个极端值之间的功 率消耗值来说，中间风扇速度可以被指定为值范围。风扇速度的提高与功率消耗值的增大 相关联，于是更高的功率消耗值对应于更高的风扇速度。 在其他实施例中，风扇控制装置114没有使用查找表320，而是使用了另一种方法来规定恰当的风扇速度。风扇控制装置114于是未必具有查找表320。例如，风扇模块218 可以使用由"if"语句构成的代码来将风扇速度与功率消耗值相关联。本领域技术人员将 会认识到将功率消耗值与风扇速度相关联的其他方法。在其他实施例中，风扇模块218可 以通过将功率消耗值与一个常数相乘，通过使用功率消耗值作为某个计算期望风扇速度的 等式的输入以及其他方式来将风扇速度与功率消耗值相关联。 在一个实施例中，风扇116和相关联的风扇控制器324构成了脉冲宽度调制 ("P丽")风扇。P丽风扇通过快速接通和切断风扇116的电源来控制风扇速度。相关的通 /断时间确定风扇116所见的平均电压，由此确定其速度。例如，由12V电源驱动的风扇116 可以具有接通12V供电并且随后在相等时间切断供电的风扇控制器324。借助这种50%通 50%断的供电，风扇116所见的平均电压为6V并以半速工作。如果改变通/断比，则会改 变风扇116所见的平均电压，并且由此改变风扇的速度。在典型实施例中，风扇控制器324 以大约30Hz的速率接通和切断风扇116的供电。 在这一实施例中，查找表320可以存储脉冲宽度值并将其与功率消耗值范围相关 联。在接收到代表电源110消耗的功率量的功率消耗值之后，风扇模块218从查找表320 中检索脉冲宽度值，并且将这个脉冲宽度值发送到风扇控制器324。 然而，风扇116并不一定是P丽风扇。该风扇可以是电压调节风扇。在这一实施 例中，风扇控制器324直接改变馈送到风扇116的电压，由此改变风扇速度。在这一实施例 中，查找表320将电压值与功率消耗值相关联。风扇模块218确定与从消耗模块214接收 的功率消耗值相关联的电压值，并且将这个电压值发送到风扇控制器324。
同样，可以通过改变电阻值(如在可变电阻风扇中那样)来控制风扇116。在这一 实施例中，通过调节电阻控制风扇116。风扇模块218为风扇控制器324提供与消耗模块 214报告的功率消耗值相关联的电阻值。 本领域技术人员将会认识到风扇控制器324可用于控制风扇116速度的多种控制 手段。本发明并不局限于任何特定的实施方式，并且可以被配置成与多种不同的控制机制 相对应。 在某些实施例中，电源IIO在某些环境中为风扇116速度施加了特殊条件，例如在 启动电子负载时(例如在开启刀片服务器中心时)或在移除或关闭电子负载的时候。在这 些环境中，风扇控制装置114未必控制子电负载的供电，并且可以手动切断或者接收来自 电源110其他控制组件的控制作为正常操作的一部分。 图3还显示了迟滞模块322。如果电源110消耗的功率降低，那么迟滞模块322会 在一个由风扇控制装置114的设计人员确定的迟滞时间区间中提高风扇速度。举个例子， 如果功率消耗值在一个延长时段中很高，使得电源110高热运行，那么即使在电源110的功 率消耗降低之后，可能希望继续高速运行风扇116，以便继续冷却残留热量。在一些实施例 中，风扇的固有机械迟滞可以提供满足电源IIO目的的足够迟滞。例如，如果功率消耗突然 降低，那么在功率消耗实际降低的时间、风扇控制装置114感测到所述降低的时间、风扇控 制装置114调整风扇116速度的时间、以及风扇实际降低其速度的时间之间存在固有迟滞。 然而在某些实施例中，附加迟滞未必是期望的。 为了满足这种需要，迟滞模块322继续以比风扇模块218正常要求更高的速度来 操作风扇。在一个实施例中，当电源110在特定时间区间中消耗了大量功率之后，迟滞模块322会在功率消耗突然降低之时激活。举个例子，如果电源110在功率消耗降低之前没有消 耗大量功率，那么即便功率消耗突然降低，也不会调用迟滞模块322。同样，迟滞时间区间的 长度以及风扇116在该时间区间中操作的速度可以是功率消耗降低的剧烈度以及电源110 在所述降低之前消耗大量功率的时间长度的函数。 图4示出了具有上述风扇控制装置114的电源的一个实施例。输入滤波器和整 流器级412通过整流将AC输入线路电压转换成DC。输入滤波器和整流器级412还滤波某 些频率，并且限制电磁干扰("EMI")的出现。在典型的实施例中，输入滤波器和整流器级 412是AC输入线路电压经过的第一级。如上所述，输入功率模块210可以测量整流器和滤 波器412之前的输入功率，或者作为替换也可以测量不同位置的输入功率。在所描述的实 施例中，输入功率模块210测量整流器和滤波器412之前的输入电流和输入电压两者。
图4显示了一个多级开关电源。该开关电源被分成了使用电感器(例如L1和L2)、 二极管(例如Dl、 D2和D3)、电容器(例如Cl、 C2)、变压器(例如Tl)以及Ql和Q2之类 的开关的多个级。同时还显示了控制Q1和Q2的占空比及关联切换速率的脉冲宽度调制器 410。 开关电源的设计和操作与本发明关系不大；因此不对所述电路的操作进行详细解 释。电源可以具有各种配置的更多或更少的级。对于电源所有可能配置不变的是在能量 从电源输入经由所描述各级传递到输出时在构成电源的部件中出现的损失。在各元件之间 的线路或连接中有可能出现附加损失。这其中的大部分损失都显现为热量。
如所示并如上所述，风扇控制装置114为电源控制风扇速度。如所示，输入功率模 块210在一个时间区间上测量代表电源输入端子上输入功率的输入功率值。输出功率模块 216则测量该时间区间上的输出功率，并且提供代表电源输出端子上输出功率的输出功率 值。输入功率模块210和输出功率模块216可以是风扇控制装置114的一部分，或者作为 替换也可以独立于风扇控制装置114实现。 风扇控制装置114接收来自输入功率模块210的输入功率值，以及来自输出功率 模块216的输出功率值。风扇控制装置114于是基于输入功率值与输出功率值之间的差值 来计算代表电源在该时间区间上所消耗功率的功率值。风扇控制装置114还在查找表中查 找与所述功率值相关联的风扇速度，其中该查找表将增大的功率消耗值关联于提高的风扇 速度，以便如上所述让更高的功率消耗值对应于更高的风扇速度。然后，风扇控制装置114 将风扇速度发送到用于冷却电源的风扇116的风扇控制器324。 图5显示具有风扇控制装置114的电源的附加实施方式。在所描述的实施例中，电 流是由作为电流变换器的电流传感器512和514测量的。本领域技术人员将会了解，电流 变换器512和514的输出AC电流是被测AC电流的分数并与之成比例。在其他实施例中， 电流是用霍尔效应器件或电阻器测量的。 在所描述的实施例中，风扇控制装置可以在微控制器510中实现。微控制器510 基于电源中消耗的功率量将风扇速度参数传递到风扇116。在一个实施例中，如上所述的风 扇控制器324同样并入微控制器510。微控制器510包括允许其执行结合图6描述的所述 方法的各个步骤的代码。 图6示出一种用于控制电源中的风扇速度的方法。该方法包括测量610由风扇冷 却的电源的输入功率，并且测量612该电源的输出功率。在一个实施例中，这些步骤分别由如上所述的输入功率模块和输出功率模块执行。在一个实施例中，输入功率和输出功率是 在相同的时间区间上测得。然后使用在该时间区间上测得的输入功率计算输入功率值。在 一个实施例中，输入功率值是在该时间区间上测得的平均功率。同样可以使用在该时间区 间上测得的输出功率计算输出功率值，并且该输出功率值可以是在该时间区间上测得的输 出功率的平均值。 该方法还包括计算614电源消耗的功率。在一些实施例中，计算功率消耗包括通 过从输入功率值中减去输出功率值来计算代表电源消耗功率的功率消耗值。该方法还包括 查找616与功率消耗值相关联的风扇速度。术语风扇速度包含了实际风扇速度和设置风扇 速度的风扇速度参数，诸如P丽、电压等等。该方法还包括将风扇速度调整618为与功率消 耗值相关联的速度。 在不脱离本发明的精神或实质的情况下，本发明也可以用其他的特定形式来具体 化。所描述的实施例在所有方面都仅被认为是说明性而不是限制性的。因此本发明的范围 由所附权利要求而非上文描述所表明。落入权利要求及其等价方案的含义和范围内的所有 变化都包含在这些权利要求的范围以内。
1权利要求
一种用于控制电源中的风扇速度的装置，该装置包括输入功率模块，用于在一个时间区间上测量电源输入端子上的输入功率，并且计算输入功率值；输出功率模块，用于在所述时间区间上测量电源输出端子上的输出功率，并且计算输出功率值；风扇控制装置，用于接收来自输入功率模块的输入功率值以及来自输出功率模块的输出功率值；基于输入功率值与输出功率值之间的差值来计算代表电源在所述时间区间上消耗功率的功率值；在查找表中查找与所述功率值相关联的风扇速度，其中所述查找表将增大的功率消耗值与提高的风扇速度相关联，以使更高的功率消耗值对应于更高的风扇速度；以及将风扇速度发送到冷却电源的风扇的风扇控制器。
2. —种用于控制电源中的风扇速度的装置，所述装置包括输入功率模块，用于测量电源的输入功率并计算输入功率值，其中所述电源包括一个 或多个级；输出功率模块，用于测量电源的输出功率并计算输出功率值；消耗模块，用于使用输入功率模块计算的输入功率值以及输出功率模块计算的输出功 率值来计算代表电源消耗功率的功率消耗值；以及风扇模块，基于功率消耗值来调整风扇速度，该风扇模块响应于功率消耗增大而提高 风扇速度，并且响应于功率消耗减小而降低风扇速度，其中所述风扇冷却所述电源。
3. 根据权利要求2所述的装置，其中风扇由脉冲宽度调制("P丽")风扇控制器驱动， 并且其中调整风扇速度包括风扇模块为P丽风扇控制器提供与功率消耗值相关联的脉冲 宽度值。
4. 根据权利要求3所述的装置，还包括将多个脉冲宽度值与多个功率消耗值范围相关 联的查找表，其中风扇模块接收来自消耗模块的功率消耗值，在查找表中检索与功率消耗 值相关联的脉冲宽度值，并将脉冲宽度值发送到P丽风扇控制器。
5. 根据权利要求2所述的装置，其中风扇通过电压调节来控制，并且其中调整风扇速 度包括风扇模块为风扇控制器提供与功率消耗值相关联的电压值。
6. 根据权利要求2所述的装置，其中风扇通过电阻调节来控制，并且其中调整风扇速 度包括风扇模块为风扇控制器提供与功率消耗值相关联的电阻值。
7. 根据权利要求2所述的装置，其中输入功率值是一个时间区间上的平均输入功率， 并且其中输出功率值是一个时间区间上的平均输出功率。
8. 根据权利要求2所述的装置，还包括输出功率模块和一个或多个输入功率模块，其 中所述输入功率模块通过感测电源的输入电压和输入电流来测量输入功率并从输入电压 和输入电流计算输入功率值，并且所述输出功率模块通过感测电源的输出电压和输出电流 来测量输出功率并从输出电压和输出电流计算输出功率值。
9. 根据权利要求2所述的装置，还包括输出功率模块和一个或多个输入功率模块，其 中所述输入功率模块通过假设电源的输入电压值并感测电源的输入电流来测量输入功率， 并且从输入电流和假设的输入电压值计算输入功率值，所述输出功率模块通过假设电源的输出电压值并感测电源的输出电流来测量输出功率，并且从输出电流和假设的输出电压值 计算输出功率值。
10. 根据权利要求2所述的装置，其中测量输入功率包括输入功率模块测量一个位置 上的输入功率，其中在所述位置上的电流与输入电流成比例，并且其中所述位置不是电源 的输入端子。
11. 根据权利要求2所述的装置，其中测量输出功率包括输出功率模块测量一个位置 的输出功率，其中在所述位置上的电流与输出电流成比例，并且其中所述位置不是电源的 输出端子。
12. 根据权利要求2所述的装置，其中计算电源消耗功率包括从输入功率值中减去输 出功率值。
13. 根据权利要求12所述的装置，还包括使用一个或多个常数来调整功率消耗值。
14. 根据权利要求2所述的装置，还包括迟滞模块，用于响应于对电源消耗功率减小 的判定而在一个迟滞的时间区间中提高风扇速度。
15. —种用于控制电源中的风扇速度的系统，所述系统包括电源，用于接收来自电力源的输入电压，并且向电子负载提供经调节的输出电压； 输入功率模块，用于测量包含一个或多个级的电源的输入功率，并且计算输入功率值；输出功率模块，用于测量电源的输出功率并计算输出功率值；消耗模块，用于使用输入功率模块计算的输入功率值以及输出功率模块计算的输出功 率值来计算代表电源消耗功率的功率消耗值；以及风扇模块，基于功率消耗值来调整冷却电源的风扇的速度，所述风扇模块响应于功率 消耗增大而提高风扇速度，并且响应于功率消耗减小而降低风扇速度。
16. 根据权利要求15所述的系统，其中电源是多输出电源，所述输出模块还被配置成 计及电源的所有输出功率，并且其中输出功率值是独立输出功率值之和。
17. —种用于控制电源中的风扇速度的方法，该方法包括 测量电源的输入功率；使用输入功率的度量计算一个时间区间上的输入功率值； 测量电源的输出功率；使用输出功率的度量来计算一个时间区间上的输出功率值； 通过从输出功率值中减去输入功率值来计算代表电源消耗功率的功率消耗值； 响应于功率消耗值的增大而提高冷却电源的风扇的速度；以及 响应于功率消耗值的减小而降低所述风扇速度。
18. 根据权利要求17所述的方法，还包括将多个风扇速度与多个功率消耗值范围相 关联。
19. 根据权利要求18所述的方法，其中多个风扇速度在查找表中与多个功率消耗值范 围相关联。
20. 根据权利要求18所述的方法，还包括响应于对电源消耗功率减小的判定，在一个 迟滞的时间区间中将风扇速度提高至超出与功率消耗值相关联的风扇速度。
全文摘要
本发明公开了一种用于控制电源中的风扇速度的装置、系统和方法。该装置在一个时间区间上测量电源的输入功率并且测量电源提供的输出功率。该装置确定输入功率和输出功率的值，并且使用这两个值来确定在电源中消耗了多少功率。功率消耗值与特定的风扇速度相关联，并且该装置基于在所述时间区间中消耗了多少功率来调整电源中的风扇的速度。如果功率消耗水平增大，则提高风扇速度，如果功率消耗水平减小，则降低风扇速度。
文档编号F04D27/00GK101769262SQ200910222009
公开日2010年7月7日 申请日期2009年11月13日 优先权日2008年12月30日
发明者C·C·迪施曼, R·S·麦里克, 林仁钦 申请人:国际商业机器公司