CN114837982A - 风扇散热最佳控制方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明属于散热风扇技术领域，具体公开了一种风扇散热最佳控制方法及***，该控制方法通过安装风扇，使其朝向最优散热温度采样点；获取最优散热温度采样点的温度信号，计算最优散热温度采样点相邻时间段对应的温度斜率值，当温度斜率值大于阈值，则按照风扇额定功率的50％启动风扇；根据最优散热温度采样点的温度信号、风扇输出功率和设备剩余电量信息，建立目标函数；依据目标函数，根据最优散热温度采样点的温度变化和设备剩余电量的电量变化，输出风扇转速控制信号并发送至风扇控制端。采用本技术方案，控制风扇集中对最优散热温度采样点散热，散热效果更好，且自动控制风扇转速，实现风扇功耗与散热间的平衡。

Description

风扇散热最佳控制方法及***

技术领域

本发明属于散热风扇技术领域，涉及一种风扇散热最佳控制方法及***。

背景技术

随着社会科技的发展，电子设备需求量越来越大，功能越来越复杂，例如应用越来越广泛的VR(Virtual Reality，虚拟现实)设备。由于VR设备结构复杂，硬件器件较多，应用程序繁杂，运行数据庞大，导致其存在非常大的散热问题。

VR程序在运行时，VR设备中的CPU(central processing unit，中央处理器)、GPU(graphics processing unit，图形处理器)、LCD(Liquid Crystal Display液晶显示器)及其他器件功耗较大，易造成器件过热。且VR设备本身的结构比较密封，自行散热效果较差，需要外部散热设备(如风扇)进行辅助散热，从而保证长久的运行时间。

但是，目前的风扇散热设备，通常是利用温度采集器检测设备上某一处的温度信号，然后根据采集的温度信号控制风扇启动某一档位转速，散热效果不佳。而风扇属于功率较大的外设，需要考虑风扇本身的功耗，如何保障在将VR设备温度控制适宜的情况下，让风扇工作功耗合理，避免风扇能耗过大而影响VR设备的使用时长，成为如今仍待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种风扇散热最佳控制方法及***，获取最优散热温度采样点，优化散热效果。

为了达到上述目的，本发明的基础方案为：一种最优散热温度采样点获取方法，包括如下步骤：

在待散热设备上设置多个温度采样点，运行待散热设备并持续一定时间,间隔采集温度采样点的温度信号；

计算各个温度采样点q第j个采样间隔对应的温度信号变化的温度斜率值K_qj，j为采样间隔序号，j为正整数，q为温度采样点的编号，q为正整数；

对温度采样点q的第1个至第j个温度斜率值求和，随着采样间隔从1到j的增加，得到j个温度斜率的和值；

提取每个温度采样点中j个温度斜率和值的最小值并排序，将该排序中最小的n个温度斜率和值对应的温度采样点作为最优散热温度采样点，n为正整数。

本基础方案的工作原理和有益效果在于：本方案采集待散热设备上多处位置的温度信号，并对各温度采样点的温度信号进行分析处理，获取最优散热温度采样点，准确找到热敏和冷却源头，利于散热规划，针对最优散热温度采样点进行散热，以保证散热效果的同时降低风扇功耗。

进一步，计算各个温度采样点相邻时间间隔对应的温度斜率值的方法如下：

ΔT_qj＝T_j+1-T_j

ΔW_qj＝W_j+1-W_j

其中，K_qj代表第q个温度采样点的第j个斜率值，ΔT_qj表示第q个温度采样点的第j+1个时间点与第j个时间点间的温度差，ΔW_qj表示第q个温度采样点的第j+1个时间段与第j个时间段间的时间差，j为整数且≥1。

操作简单，便于使用。

进一步，计算得到温度采样点的F(i,j,q)的方法如下：

其中，F(i,j,q)代表第q个温度采样点的第i个温度斜率值至第j个温度斜率值的和值，q表示温度采样点的序号，i，j均为采样间隔序号，m为采样间隔，TP_q表示第q个温度采样点，

表示能采样的最大次数，

表示TP_q在采样周期K₁的情况下，第m次采样的温度斜率。

计算温度采样点的F(i,j,q)，易于后续使用。

本发明还提供一种基于本发明所述方法的风扇散热最佳控制方法，包括如下步骤：

安装风扇，使其朝向最优散热温度采样点；

获取最优散热温度采样点的温度信号，计算最优散热温度采样点相邻时间段对应的温度斜率值，当温度斜率值大于阈值，则按照风扇额定功率的50％启动风扇；

根据最优散热温度采样点的温度信号、风扇输出功率和设备剩余电量信息，建立目标函数；

依据目标函数，根据最优散热温度采样点的温度变化和设备剩余电量的电量变化，输出风扇转速控制信号并发送至风扇控制端。

风扇可针对设备上的最优散热温度采样点进行散热，散热效果更好。本方案针对现行的方案，自动提供较适应的风扇转速，从而保证设备的电量续航，平衡风扇散热和设备电量续航的能力。

进一步，目标函数如下：

F_sped＝f(c,t)c∈[90,10],t∈[40,200]

其中，F_sped为风扇输出功率，c为设备剩余电量，t为最优散热温度采样点的当前温度，f表示在设备特定剩余电量和最优散热温度采样点特定温度下，可使设备运行最长时间的风扇转速。

运算简单，利于使用。

进一步，f函数的确定方法为：

将设备电量充电至100％，运行待散热设备并持续一定时间；设置温度序列和电量序列，针对设置的温度序列和电量序列，依次设置至少x个梯度风扇输出功率，测量设备对应的运行时长，寻找该温度序列和电量序列下能够让电池续航最长的风扇输出功率F_sped，得到一个3维度空间的矩阵，及F_sped＝f(c,t)c∈[90,10],t∈[40,200]的对应关系；

设定温度或者电量不变，自3维度空间矩阵中分别提取温度序列与风扇输出功率F_sped的2维度空间，以及电量序列与风扇输出功率F_sped的2维度空间，所述x为正整数。

针对设置的温度序列和电量序列，获取f函数关系，操作简单，便于使用。

进一步，当待散热设备的最优散热温度采样点的温度变化率为温度序列的一个间隔，或者设备电量变化率为电量序列的一个间隔的时候，自动调整风扇转速至电池续航最长的风扇输出功率。

操作简单，利于使用。

本发明还提供一种风扇散热最佳控制***，包括温度采集模块和控制模块，所述温度采集模块用于采集最优散热温度采样点的温度信号，温度采集模块的输出端与控制模块的输入端连接，所述控制模块执行本发明所述方法，实现风扇散热控制。

该***可控制风扇针对设备上的最优散热温度采样点位置，进行散热，散热效果更好。同时实现对风扇功率的自动控制，保证设备散热，平衡风扇转速和设备电量续航的能力。

附图说明

图1是本发明风扇散热最佳控制方法的流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

现有设备仅根据设备上某一处采样点的温度信号，控制风扇启动，未检测在该采样点上检测温度信号是否合理，也未对风扇的性能进行合理验证，无法平衡风扇功耗和设备散热。

本发明公开了一种最优散热温度采样点获取方法，包括如下步骤：

在待散热设备上设置多个温度采样点，运行待散热设备并持续一定时间(如3小时),间隔采集温度采样点的温度信号；

计算各个温度采样点q第j个采样间隔对应的温度信号变化的温度斜率值K_qj，j为采样间隔序号，j为正整数，q为温度采样点的编号，q为正整数；温度斜率值越大，则说明该温度采样点升温越快；

对温度采样点q的第1个至第j个温度斜率值求和，随着采样间隔从1到j的增加，得到j个温度斜率的和值F(i,j,q)；

提取每个温度采样点中j个温度斜率和值的最小值并排序，将该排序中最小的n个温度斜率和值(如排序前三最小的温度斜率和值)对应的温度采样点作为最优散热温度采样点。

例如，i通常设为1；j最大为3个采样时间段(每个时间段可以自定义)，假设每个采样时间段为3小时；3个采样时间段则为9个小时，设每间隔10分钟采样一次温度采样点的温度信号，那么：

i＝1，j最大为9(小时)*(1小时/10分钟)-1＝54-1＝53；

得到温度采样点q的53个温度斜率的和值为：

第1个采样间隔的温度斜率和值为：F(1,1,q)＝K1，

第1个采样间隔至第1个采样间隔的温度斜率和值为：F(1,2,q)＝K1+K2，

第1个采样间隔至第3采样间隔的温度斜率和值为：F(1,3,q)＝K1+K2+K3，

第1个采样间隔至第4采样间隔的温度斜率和值为：F(1,4,q)＝K1+K2+K3+k4，

...

第1个采样间隔至第53个采样间隔的温度斜率和值为：F(1,53,q)＝K1+.....K53；

再从这53个温度斜率和值F(i,j,q)中提取最小值F_min(q)。依据此方法，对设备上的各个温度采样点进行F(i,j,q)计算。

本方案可准确找到热敏和冷却源头，利于散热规划，针对最优散热温度采样点进行散热，以保证散热效果的同时降低风扇功耗。

本发明的一种优选方案中，计算各个温度采样点相邻时间间隔对应的温度斜率值的方法如下：

ΔT_qj＝T_j+1-T_j

ΔW_qj＝W_j+1-W_j

其中，K_qj代表第q个温度采样点的第j个斜率值，ΔT_qj表示第q个温度采样点的第j+1个时间点与第j个时间点间的温度差，ΔW_qj表示第q个温度采样点的第j+1个时间段与第j个时间段间的时间差，j为整数且≥1。

计算得到温度采样点的F(i,j,q)的方法如下：

其中，F(i,j,q)代表第q个温度采样点的第i个温度斜率值至第j个温度斜率值的和值，q表示温度采样点的序号，i，j均为采样间隔序号，m为采样间隔，TP_q表示第q个温度采样点，

表示能采样的最大次数，

表示TP_q在采样周期K₁的情况下，第m次采样的温度斜率。

本发明还提供一种基于本发明所述方法的风扇散热最佳控制方法，如图1所示，包括如下步骤：

安装风扇，使其朝向最优散热温度采样点；

获取最优散热温度采样点的温度信号，计算最优散热温度采样点相邻时间段对应的温度斜率值，当温度斜率值大于阈值，则按照风扇额定功率的50％启动风扇；

根据最优散热温度采样点的温度信号、风扇输出功率和设备剩余电量信息，建立目标函数；

依据目标函数，根据最优散热温度采样点的温度变化和设备剩余电量的电量变化，输出风扇转速控制信号并发送至风扇控制端。

风扇可针对设备上的最优散热温度采样点进行散热，散热效果更好。本方案针对现行的方案，自动提供较适应的风扇转速，从而保证设备的电量续航，平衡风扇散热和设备电量续航的能力。

本发明的一种优选方案中，目标函数如下：

F_sped＝f(c,t)c∈[90,10],t∈[40,200]

其中，F_sped为风扇输出功率，c为设备剩余电量，t为最优散热温度采样点的当前温度，f表示在设备特定剩余电量和最优散热温度采样点特定温度下，可使设备运行最长时间的风扇转速，设定风扇风速，从而保证设备的使用时长。

本发明的一种优选方案中，f函数的确定方法为：

将设备电量充电至100％，运行待散热设备并持续一定时间；设置温度序列和电量序列，针对设置的温度序列和电量序列，依次设置至少x个(如10个)梯度风扇输出功率，测量设备对应的运行时长，寻找该温度序列和电量序列下能够让电池续航最长的风扇输出功率F_sped，得到一个3维度空间的矩阵，及F_sped＝f(c,t)c∈[90,10],t∈[40,200]的对应关系；

设定温度和者电量不变，自3维度空间矩阵中分别提取温度序列与风扇输出功率F_sped的2维度空间，以及电量序列与风扇输出功率F_sped的2维度空间，所述x为正整数；如t温度为40度，开始测量当前电量为额定总电量的90％(必须从100％开始测量，假设当前是90％)，然后让风扇工作在额定功率的10％、20％、30％...100％等不同档位下，在每个等级下一直测试直到设备自动关机，测量出来后得到设备工作时间最长为T_40,90的序列，寻找能让设备续航最长的风扇输出功率F_40，90；依次在50℃，90％电量情况下测量时间为T_50,90的序列，计算风扇输出功率F_50，90；依次往复直到T_200,90，然后再依次往复直到得出不同温度，不同设备电量梯度情况下，能保持电池续航能力最长的风扇输出功率。维度关系如表1所示：

表1.电池续航最长的风扇输出功率与温度和电量的对应关系表

当待散热设备的最优散热温度采样点的温度变化率为温度序列的一个间隔(如最优散热温度采样点的温度变化率为10％)，或者设备电量变化率为电量序列的一个间隔(如设备电量变化率为10％)的时候，自动调整风扇转速至电池续航最长的风扇输出功率。

本发明还提供一种风扇散热最佳控制***，包括温度采集模块和控制模块，温度采集模块用于采集最优散热温度采样点的温度信号，温度采集模块可选用温度传感器。温度采集模块的输出端与控制模块的输入端电性连接，控制模块执行本发明所述方法，实现风扇散热控制。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种最优散热温度采样点获取方法，其特征在于，包括如下步骤：

在待散热设备上设置多个温度采样点，运行待散热设备并持续一定时间,间隔采集温度采样点的温度信号；

计算各个温度采样点q第j个采样间隔对应的温度信号变化的温度斜率值K_qj，j为采样间隔序号，j为正整数，q为温度采样点的编号，q为正整数；

对温度采样点q的第1个至第j个温度斜率值求和，随着采样间隔从1到j的增加，得到j个温度斜率的和值；

提取每个温度采样点中j个温度斜率和值的最小值并排序，将该排序中最小的n个温度斜率和值对应的温度采样点作为最优散热温度采样点,n为正整数。

2.如权利要求1所述的最优散热温度采样点获取方法，其特征在于，计算各个温度采样点相邻时间间隔对应的温度斜率值的方法如下：

ΔT_qj＝T_j+1-T_j

ΔW_qj＝W_j+1-W_j

其中，K_qj代表第q个温度采样点的第j个斜率值，ΔT_qj表示第q个温度采样点的第j+1个时间点与第j个时间点间的温度差，ΔW_qj表示第q个温度采样点的第j+1个时间段与第j个时间段间的时间差，j为整数且≥1。

3.如权利要求1或2所述的最优散热温度采样点获取方法，其特征在于，计算得到温度采样点的F(i,j,q)的方法如下：

其中，F(i,j,q)代表第q个温度采样点的第i个温度斜率值至第j个温度斜率值的和值，q表示温度采样点的序号，i，j均为采样间隔序号，m为采样间隔，

表示能采样的最大次数，TP_q表示第q个温度采样点，

表示TP_q在采样周期K₁的情况下，第m次采样的温度斜率。

4.一种基于权利要求1-3之一所述方法的风扇散热最佳控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

安装风扇，使其朝向最优散热温度采样点；

获取最优散热温度采样点的温度信号，计算最优散热温度采样点相邻时间段对应的温度斜率值，当温度斜率值大于阈值，则按照风扇额定功率的50％启动风扇；

根据最优散热温度采样点的温度信号、风扇输出功率和设备剩余电量信息，建立目标函数；

依据目标函数，根据最优散热温度采样点的温度变化和设备剩余电量的电量变化，输出风扇转速控制信号并发送至风扇控制端。

5.如权利要求4所述的风扇散热最佳控制方法，其特征在于，目标函数如下：

F_sped＝f(c,t)c∈[90,10],t∈[40,200]

其中，F_sped为风扇输出功率，c为设备剩余电量，t为最优散热温度采样点的当前温度，f表示在设备特定剩余电量和最优散热温度采样点特定温度下，可使设备运行最长时间的风扇转速。

6.如权利要求5所述的风扇散热最佳控制方法，其特征在于，f函数的确定方法为：

将设备电量充电至100％，运行待散热设备并持续一定时间；设置温度序列和电量序列，针对设置的温度序列和电量序列，依次设置至少x个梯度风扇输出功率，测量设备对应的运行时长，寻找该温度序列和电量序列下能够让电池续航最长的风扇输出功率F_sped，得到一个3维度空间的矩阵，及F_sped＝f(c,t)c∈[90,10],t∈[40,200]的对应关系；

设定温度或者电量不变，自3维度空间矩阵中分别提取温度序列与风扇输出功率F_sped的2维度空间，以及电量序列与风扇输出功率F_sped的2维度空间，所述x为正整数。

7.如权利要求6所述的风扇散热最佳控制方法，其特征在于，当待散热设备的最优散热温度采样点的温度变化率为温度序列的一个间隔，或者设备电量变化率为电量序列的一个间隔的时候，自动调整风扇转速至电池续航最长的风扇输出功率。

8.一种风扇散热最佳控制***，其特征在于，包括温度采集模块和控制模块，所述温度采集模块用于采集最优散热温度采样点的温度信号，温度采集模块的输出端与控制模块的输入端连接，所述控制模块执行权利要求4-7之一所述方法，实现风扇散热控制。

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