DE60019197T2

DE60019197T2 - System mit Regelung der Geschwindigkeitssynchronisierung von Ventilatoren

Info

Publication number: DE60019197T2
Application number: DE60019197T
Authority: DE
Inventors: Philip David Granite Bay Langley
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1999-06-14
Filing date: 2000-06-13
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2020-06-14
Also published as: DE60019197D1; EP1061787A2; US6428282B1; EP1061787B1; JP2001015972A; EP1061787A3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Steuern einer Drehgeschwindigkeit von Kühllüftern bei einem System und bevorzugt auf ein Synchronisieren der Drehgeschwindigkeiten einer Mehrzahl von Kühllüftern auf eine oder mehr Referenzfrequenzen bei einem System, wie z. B. einem Computersystem.
Elektronische Systeme, wie z. B. Computersysteme, umfassen elektronische Komponenten, wie z. B. Mikroprozessoren, Speicher, Plattenlaufwerke, Integrierte-Schaltung-Chips, Peripheriekomponenten, Leistungsversorgungen und dergleichen. Die elektronischen Komponenten können übermäßige Wärme erzeugen, die aus dem elektronischen System abgeführt werden muss. Deshalb umfassen derartige elektronische Systeme normalerweise einen oder mehr Kühllüfter, um Wärme, die in einem Gehäuse des Systems erzeugt wird, zu entfernen, um eine Temperatur in dem Gehäuse zu verringern.
Einige herkömmliche Computersysteme steuern die Drehgeschwindigkeit von Kühllüftern basierend auf der Umgebungstemperatur der äußeren Umgebung außerhalb des Gehäuses des Computersystems oder der Innentemperatur in dem Gehäuse. Eine normale Geschwindigkeitssteuerung verringert die Drehgeschwindigkeit der Kühllüfter, wenn keine hohe Drehgeschwindigkeit benötigt wird, um ein Audiorauschen zu verringern. Außerdem wird durch ein Betreiben der Kühllüfter mit niedrigeren Drehgeschwindigkeiten, wenn keine hohe Drehgeschwindigkeit benötigt wird, die Leistungsaufnahme verringert und die Lüfterabnutzung reduziert. Wenn die Umgebungstemperatur der äußeren Umgebung über normale Zimmertemperatur steigt, steigt die Innentemperatur in dem Computersystemgehäuse, außer die Kühllüfter werden mit einer schnelleren Drehgeschwindigkeit betrieben, um das Innere des Gehäuses stärker abzukühlen. Wenn das Computersystem bei normaler Zimmertemperatur oder einer kühleren Umgebung betrieben wird, können die Kühllüfter mit einer reduzierten Drehgeschwindigkeit betrieben werden.
Bei herkömmlichen Computersystemen mit mehreren Kühllüftern sind die Kühllüfter mit unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten wirksam, was eine Vielzahl von Problemen verursacht. Zum Beispiel werden Schwebungsfrequenzen zwischen Lüfterluftflüssen, Lüftermotoranordnungen und/oder Chassisvibration von Motorgehäuseschwebungen erzeugt, die die Chassisresonanzfrequenzen mit Energie versorgen. Diese Schwebungsfrequenzen führen zu einem gesteigerten Betrag an akustischem Rauschen, das durch das Computersystem erzeugt wird. Zusätzlich leisten die Kühllüfter nicht die gleiche Arbeitsmenge beim Bewegen von Luft, was dazu führt, dass einige Lüfter überlastet sind, während andere Lüfter unterbelastet sind. Außerdem kann die Ungleichheit der Lüfterdrehgeschwindigkeiten zu einem ungleichmäßigen Luftfluss führen, was schwache oder tote Punkte in dem Eingangsluftplenum erzeugt. Die Ungleichheit der Lüfterdrehgeschwindigkeiten kann zunehmen, wenn Computersysteme altern, da, wenn ein Kühllüfter altert und sich abnutzt, eine Lagerreibung in einem Motor des Kühllüfters dazu tendiert zuzunehmen, was zu verringerten Drehgeschwindigkeiten des Lüfters führt.
Die US-Patentschrift Nr. 5,905,867 offenbart ein Kühlsystem, das eine Mehrzahl von Lüftern umfasst, wobei jeder Lüfter einen Lüftermotor und Lüfterblätter umfasst, wobei der Lüftermotor wirksam ist, um die Lüfterblätter mit einer variablen Drehgeschwindigkeit zu drehen, um eine Temperatur in einem Gehäuse zu verringern. Eine Tachometereinrichtung misst die variable Drehgeschwindigkeit der Lüfterblätter jedes der Mehrzahl von Lüftern und liefert Signale, die die Geschwindigkeiten der jeweiligen Lüfter darstellen. Eine Steuerung verwendet überwachte Zustände, um ein Lüftergeschwindigkeitseinstellungspunktsignal zu erzeugen, das die Spannung an einem gemeinsamen Eingangsleiter zu der Mehrzahl von Lüftern einrichtet.
Die vorliegende Erfindung schafft ein System zum Steuern einer Mehrzahl von Lüftern.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System gemäß Anspruch 1 geschaffen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Kühlen gemäß Anspruch 7 geschaffen.
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel liefert ein System, das ein Gehäuse und N Lüfter aufweist. Jeder Lüfter weist einen Lüftermotor und Lüfterblätter auf. Der Lüftermotor ist wirksam, um die Lüfterblätter mit einer variablen Drehgeschwindigkeit zu drehen, um eine Temperatur in dem Gehäuse zu verringern. Ein Frequenzgenerator erzeugt ein Referenzgeschwindigkeitssignal, das eine Referenzfrequenz und eine Referenzhase aufweist. Das System umfasst auch N Tachometer und N Motorsteuerungen. Jedes Tachometer misst die variable Drehgeschwindigkeit der Lüfterblätter eines entsprechenden der N Lüfter und liefert ein Lüftergeschwindigkeitssignal, das die variable Drehgeschwindigkeit darstellt. Das Lüftergeschwindigkeitssignal weist eine Lüfterfrequenz und eine Lüfterphase auf. Jede Motorsteuerung steuert die variable Drehgeschwindigkeit der Lüfterblätter eines entsprechenden der N Lüfter basierend auf dem Referenzgeschwindigkeitssignal und dem Lüftergeschwindigkeitssignal.
Bei einem Ausführungsbeispiel des Systems misst eine Phasenerfassungsschaltung eine Differenz zwischen der Referenzphase und der Lüfterphase, um ein Phasendifferenzsignal zu liefern. Eine Momentane-Geschwindigkeitsdifferenz-Schaltung misst eine momentane Differenz zwischen der Referenzfrequenz und der Lüfterfrequenz, um ein Momentane-Geschwindigkeitsdifferenz-Signal zu liefern. Eine Integrierte-Geschwindigkeitsdifferenz-Schaltung misst eine integrierte Differenz zwischen der Referenzfrequenz und der Lüfterfrequenz, um ein Integrierte-Geschwindigkeitsdiffe renz-Signal zu liefern. Ein Addierer addiert das Phasendifferenzsignal, das Momentane-Geschwindigkeitsdifferenz-Signal und das Integrierte-Geschwindigkeitsdifferenz-Signal, um ein Spannungssteuersignal zu liefern zum Steuern der variablen Drehgeschwindigkeit der Lüfterblätter des entsprechenden Lüfters.
Bei einem Ausführungsbeispiel des Systems steuert eine Pulsbreitenmodulations- (PWM) Steuerung eine Leistung, die dem entsprechenden Lüftermotor zugeführt wird, basierend auf dem Spannungssteuersignal. Ein Verriegelungsdetektor erfasst, ob sich die PLL-Steuerung in Verriegelung befindet. Der Verriegelungsdetektor liefert eine Anzeige eines Lüfterausfalls, wenn der Verriegelungsdetektor für ein ausgewähltes Zeitintervall keinen Verriegelungszustand erfasst.
Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Momentane-Geschwindigkeitsdifferenz-Schaltung einen ersten Pulsgenerator, der auf das Referenzgeschwindigkeitssignal anspricht, zum Erzeugen von Referenzgeschwindigkeitspulsen, die für eine erste Zeitbreite T1 einen ersten Zustand aufweisen. Ein erstes Filter filtert die Referenzgeschwindigkeitspulse, um eine Referenzgeschwindigkeitsspannung zu erzeugen, die einen Lastzyklus der Referenzgeschwindigkeitspulse darstellt. Ein zweiter Pulsgenerator spricht auf das Lüftergeschwindigkeitssignal an zum Erzeugen von Lüftergeschwindigkeitspulsen, die für die erste Zeitbreite T1 einen zweiten Zustand aufweisen, der dem ersten Zustand entgegengesetzt ist. Ein zweites Filter filtert die Lüftergeschwindigkeitspulse, um eine Lüftergeschwindigkeitsspannung zu erzeugen, die einen Lastzyklus der Lüftergeschwindigkeitspulse darstellt. Ein Addierer summiert die Referenzgeschwindigkeitsspannung und die Lüftergeschwindigkeitsspannung, um eine summierte Spannung zu liefern, die die momentane Differenz zwischen der Referenzfrequenz und der Lüfterfrequenz darstellt.
Bei einem Ausführungsbeispiel empfängt die Integrierte-Geschwindigkeitsdifferenz-Schaltung ein Referenztaktsignal und umfasst einen Auf-/Ab-Zähler und einen Digital-Analog-Wandler (DAC). Der Auf-/Ab-Zähler liefert einen aktualisierten digitalen Zählwert ansprechend auf jeden aktiven Übergang des Referenztaktsignals. Falls das Referenzgeschwindigkeitssignal und das Lüftergeschwindigkeitssignal bei diesem aktiven Taktübergang den gleichen Logikzustand aufweisen, wird der Zählwert bei seinem derzeitigen Zustand gehalten. Falls sich bei diesem aktiven Taktübergang das Referenzgeschwindigkeitssignal in einem aktiven Logikzustand befindet und sich das Lüftergeschwindigkeitssignal in einem inaktiven Logikzustand befindet, wird der Zählwert um einen Binärwert inkrementiert. Falls sich bei diesem aktiven Taktübergang das Lüftergeschwindigkeitssignal in einem aktiven Logikzustand befindet und sich das Referenzgeschwindigkeitssignal in einem inaktiven Logikzustand befindet, wird der Zählwert um einen Binärwert dekrementiert. Der DAC wandelt den digitalen Zählwert von dem Auf-/Ab-Zähler in einen analogen Spannungspegel um, der die integrierte Differenz zwischen der Referenzfrequenz und der Lüfterfrequenz darstellt.
Bei einem Ausführungsbeispiel stellt das niederstwertige Bit des digitalen Zählwert Phasendifferenzinformationen dar, die eine Differenz zwischen der Referenzphase und der Lüfterphase anzeigen. Ein Filter filtert das niederstwertige Bit des digitalen Zählwerts, um eine Analogspannung zu erzeugen, die einen Lastzyklus von aktiven Zuständen des niederstwertigen Bits des digitalen Zählwerts darstellt.
Ein System, wie z. B. ein Computersystem, gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel synchronisiert die Drehgeschwindigkeiten von Kühllüftern, die von dem System verwendet werden, was im Wesentlichen mögliche Schwebungsfrequenzen zwischen Lüfterluftflüssen, Lüftermotoranordnungen und/oder Chassisvibration von Motorgehäuseschwebungen, die die Chassisresonanzfrequenzen mit Energie versorgen, beseitigt, um ein akustisches Rauschen, das durch das System erzeugt wird, zu verringern. Ein Synchronisieren der Kühllüfter auf die gleiche Drehgeschwindigkeit stellt sicher, dass alle Kühllüfter im Wesentlichen die gleiche Arbeitsmenge beim Bewegen von Luft in dem Gehäuse des Systems leisten, und stellt sicher, dass der Luftfluss in dem gesamten Gehäuse gleichmäßig ist. Da die Kühllüfter mit dem Referenzgeschwindigkeitssignal verriegelt sind, ändern Alterung und Abnutzung der Lüfter die Lüfterdrehgeschwindigkeit nicht, bis ein gegebener Lüfter nicht mehr in der Lage ist, eine Geschwindigkeit bei voller Spannung aufrechtzuerhalten. Außerdem verursacht die Lüftersynchronisationsgeschwindigkeitssteuerung nur geringe zusätzliche Kosten gegenüber den herkömmlichen Geschwindigkeitssteuerverfahren.
Bevorzugt umfasst jede Motorsteuerung eine Pulsbreitenmodulations- (PWM) Steuerung zum Steuern einer Leistung, die dem entsprechenden Lüftermotor zugeführt wird, basierend auf dem Spannungssteuersignal.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist im Folgenden nur beispielhaft mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Computersystems, das Kühllüfter umfasst, die gesteuert werden, um die Drehgeschwindigkeiten der Kühllüfter auf ein Referenzgeschwindigkeitssignal zu synchronisieren.
2 ein Ausführungsbeispiel eines Phasenregelschleifen- (PLL) Kanals zum Synchronisieren von Kühllüfterdrehgeschwindigkeiten bei dem Computersystem von 1 oder einem anderen elektronischen System, das mehrere Kühllüfter aufweist.
3 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer Motorsteuerung für den PLL-Kanal von 2.
4A eine Kennlinie, die die Verstärkung eines exemplarischen PLL-Kanals gemäß 2 und 3 über verschiedene Referenzgeschwindigkeitsfrequenzen darstellt.
4B eine Kennlinie, die eine Phasenverschiebung des exemplarischen PLL-Kanals gemäß 2 und 3 über verschiedene Referenzgeschwindigkeitsfrequenzen darstellt.
Ein Ausführungsbeispiel eines Computersystems ist allgemein bei 20 in 1 in Blockdiagrammform veranschaulicht. Die bevorzugten Ausführungsbeispiele sind hier im Detail mit Bezugnahme auf Computersysteme beschrieben, können jedoch gleichermaßen für andere elektrische oder elektronische Systeme gelten, die elektrische oder elektronische Komponenten umfassen, die übermäßige Wärme erzeugen, die durch Kühllüfter abgeführt werden muss. Das Computersystem 20 umfasst ein Gehäuse 22, das elektronische Komponenten und andere innere Komponenten des Computersystems 20 umgibt. Das Computersystem 20 umfasst einen Mikroprozessor 24 zum Durchführen von Sequenzen von logischen Operationen und einen Speicher 26 zum Speichern von Anweisungen und Daten zur Verwendung durch den Mikroprozessor 24. Der Speicher 26 umfasst normalerweise einen Direktzugriffsspeicher (RAM), einen nichtflüchtigen Speicher und ein Festplattenlaufwerk, kann jedoch jeden beliebigen bekannten Typ von Speicherspeicherung umfassen. Eine Leistungsversorgung 28 liefert Vorrichtungen in dem Computersystem 20, wie z. B. dem Mikroprozessor 24 und dem Speicher 26, eine geregelte Spannungsleistung.
Wenn die Leistungsversorgung 28 elektronischen Komponenten des Computersystems, wie z. B. dem Mikroprozessor 24, dem Speicher 26 und anderen Integrierte-Schaltung- (IC-) Komponenten und diskreten Logikkomponenten, Leistung liefert, erzeugen die mit Leistung versorgten elektronischen Kompo nenten Wärme, die proportional zu dem Quadrat des Stromes ist, der durch die elektrischen Komponenten entnommen wird. Die übermäßige Wärme, die durch die elektronischen Komponenten erzeugt wird, kann zu einem wärmebedingten Ausfall von Komponenten in dem Computersystem und anderen wärmebedingten Problemen führen, z. B. dass Komponenten nicht gemäß Spezifikationen wirksam sind. Deshalb umfasst das Computersystem 20 N Kühl- oder Abluftlüfter, wie es bei 30a, 30b und 30n angezeigt ist. Die Kühllüfter 30a – 30n sind in dem Gehäuse 22 nahe N entsprechenden Abluftöffnungen befestigt, wie es bei 32a, 32b und 32n angezeigt ist. Das Computersystem 20 umfasst auch Einlassöffnungen, wie es bei 34a und 34b angezeigt ist. Die Kühllüfter 30a – 30n entnehmen durch die Einlassöffnungen 34a und 34b Außenluft von der Umgebung außerhalb des Gehäuses 22 und lassen durch die Abluftöffnungen 32a – 32n Innenluft aus dem Inneren des Gehäuses 22 austreten. Durch ein Betreiben der Kühllüfter 30a-30n auf diese Weise wird eine Innentemperatur in dem Gehäuse 22 verringert, was ermöglicht, dass elektronische Komponenten höherer Leistung in dem Computersystem 20 verwendet werden.
Jeder Kühlabluftlüfter 30 umfasst einen Motor 36, eine Motorwelle 37 und Lüfterblätter 38. Jeder Lüftermotor 36 ist wirksam, um die Motorwelle 37 zu drehen, die mechanisch mit den Lüfterblättern 38 gekoppelt ist, um zu bewirken, dass sich die Lüfterblätter 38 mit einer variablen Drehgeschwindigkeit oder Rotierrate drehen, um die Temperatur in dem Gehäuse 22 zu verringern. Leistung wird den Lüftermotoren 36 über Leistungsleitungen 42 von der Leistungsversorgung 28 geliefert. Die Leistungsleitungen 42 liefern bei einem Ausführungsbeispiel +48 Volt geregelter Leistung an die Lüftermotoren 36.
N entsprechende Motorsteuerungen 40, wie sie bei 40a, 40b und 40n angezeigt sind, steuern die geregelte Spannungsleistung von der Leistungsversorgung 28, die an Leistungsleitungen 42 an die Motoren 36 geliefert wird, über ent sprechende Steuerleitungen 44a – 44n, die jeweils mit den Lüftermotoren 36a – 36n gekoppelt sind. Auf diese Weise steuern die Motorsteuerungen 40a – 40n die variable Drehgeschwindigkeit entsprechender Lüfterblätter 38a – 38n der entsprechenden Kühllüfter 30a – 30n.
Bei einem Betriebsmodus besteht eine Funktion des Mikroprozessors 24 darin, als ein Frequenzgenerator 46 ein Referenzgeschwindigkeitssignal zu erzeugen, das an Leitung 48 an die Motorsteuerungen 40a – 40n geliefert wird. Das Referenzgeschwindigkeitssignal an Leitung 48 zeigt eine benötigte oder gewünschte Geschwindigkeit für die Lüfterblätter 38 der Kühllüfter 30 an, basierend auf einem Algorithmus, der in dem Mikroprozessor 24 ausgeführt wird. Ein exemplarischer Algorithmus verwendet die Innentemperatur in dem Gehäuse 22 und/oder die Umgebungstemperatur der äußeren Umgebung außerhalb des Gehäuses 22. Das Referenzgeschwindigkeitssignal von dem Frequenzgenerator 46 des Mikroprozessors 24, das an Leitung 48 geliefert wird, weist eine Referenzfrequenz und eine Referenzphase auf. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel beträgt die gewünschte Referenzfrequenz etwa 100 Hz.
Das Computersystem 20 umfasst N Tachometer, wie es bei 50a, 50b und 50n angezeigt ist. Die Tachometer 50 messen die variable Drehgeschwindigkeit der Lüfterblätter 38 der N Lüfter 30 auf eine bekannte Weise durch ein Messen der Drehgeschwindigkeit der Motorwelle 37, die die Lüfterblätter 38 antreibt. Die Tachometer 50a – 50n liefern entsprechende Lüftergeschwindigkeitssignale, die die variable Drehgeschwindigkeit der entsprechenden N Lüfter 30 darstellen, an Leitungen 52a – 52n zu jeweils den Motorsteuerungen 40a-40n. Jedes Lüftergeschwindigkeitssignal von den Tachometern 50a – 50n weist eine Lüfterfrequenz und eine Lüfterphase auf, die die variable Drehgeschwindigkeit der entsprechenden Lüfterblätter 38 darstellen.
Bei einem im Folgenden beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel ist jede Motorsteuerung 40 der Steuerabschnitt eines Phasenregelschleifen- (PLL-) Kanals, der für eine Motorsteuerschleife optimiert ist. Wie es im Folgenden genauer beschrieben ist, hält jede Motorsteuerung 40 ihren entsprechenden PLL-Lüfter 30 in Verriegelung mit einer Drehgeschwindigkeit, die durch das Referenzgeschwindigkeitssignal angezeigt wird, das an Leitung 48 geliefert wird. Jeder entsprechende PLL-Kanal 100, der verwendet wird, um jeden entsprechenden Lüftermotor 36 zu steuern, steuert die variable Drehgeschwindigkeit der Lüfterblätter 38 eines entsprechenden Lüfters 30 durch ein Steuern des Leistungsbetrags, der den Motoren 36 an den Leistungsleitungen 42 von der Leistungsversorgung 28 geliefert wird, basierend auf: der Referenzfrequenz und der Referenzphase des Referenzgeschwindigkeitssignals an Leitung 48; und der Lüfterfrequenz und der Lüfterphase des Lüftergeschwindigkeitssignals, das an den Leitungen 52 geliefert wird (d. h. der Differenz zwischen der Referenzfrequenz und der Lüfterfrequenz und/oder der Differenz zwischen der Referenzphase und der Lüfterphase).
2 ist ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines PLL-Kanals 100 gemäß der vorliegenden Erfindung, das geeignet ist zum Synchronisieren der Drehgeschwindigkeiten von Lüfterblättern 38 von Lüftern 30 eines Computersystems 20, so dass alle N Lüfter 30 mit im Wesentlichen der gleichen Drehgeschwindigkeit laufen. Jeder PLL-Kanal 100 umfasst einen Lüfter 30, ein Tachometer 50, einen Frequenzgenerator 46 eines Mikroprozessors 24 und eine Motorsteuerung 40, die gekoppelt sind, wie es im Vorhergehenden mit Bezugnahme auf 1 beschrieben ist. Der Lüftermotor 36 des Lüfters 30 ist im Wesentlichen wirksam wie der spannungsgesteuerte Oszillator (VCO) einer klassischen PLL. Der Lüftermotor 36 ist jedoch ein elektromechanischer Motor, der Trägheit aufweist, und der VCO einer klassischen PLL weist keine Trägheit auf. Deshalb müssen gemäß der vorliegenden Erfindung spezielle PLL-Entwurfstechniken verwendet werden, um eine Schleifenstabilität bei dem PLL-Kanal 100 zu gewährleisten. Die Motorsteuerung 40 ist in 2 genauer veranschaulicht und ist im Wesentlichen als eine digitale Phasenregelschleife (DPLL) implementiert. Die Motorsteuerung 40 umfasst Digitalphasendetektoren und Digitalfrequenzdetektoren, umfasst jedoch auch eine Analogschaltungsanordnung nach der Digitalerfassungsschaltungsanordnung, um eine Analoglüftermotorsteuerung zu liefern.
Wie es in 2 veranschaulicht ist, umfasst die Motorsteuerung 40 eine Phasenerfassungsschaltung 102 zum Messen einer Differenz zwischen der Referenzphase des Referenzgeschwindigkeitssignals an Leitung 48 und der Lüfterphase des Lüftergeschwindigkeitssignals an Leitung 52, um ein Phasendifferenzsignal an einer Leitung 104 zu liefern. Eine Momentane-Geschwindigkeitsdifferenz-Schaltung 106 misst eine momentane Differenz zwischen der Referenzfrequenz des Referenzgeschwindigkeitssignals an Leitung 48 und der Lüfterfrequenz des Lüftergeschwindigkeitssignals an Leitung 52, um ein Momentane-Geschwindigkeitsdifferenz-Signal an einer Leitung 108 zu liefern. Eine Integrierte-Geschwindigkeitsdifferenz-Schaltung 110 misst eine integrierte Differenz zwischen der Referenzfrequenz des Referenzgeschwindigkeitssignals an Leitung 48 und der Lüfterfrequenz des Lüftergeschwindigkeitssignals an Leitung 52, um ein Integrierte-Geschwindigkeitsdifferenz-Signal an einer Leitung 112 zu liefern.
Ein Addierer 114 empfängt das Phasendifferenzsignal an Leitung 104, das Momentane-Geschwindigkeitsdifferenz-Signal an Leitung 108 und das Integrierte-Geschwindigkeits-differenz-Signal an Leitung 112, und addiert diese Signale, um ein Spannungssteuersignal an einer Leitung 116 zu liefern. Das Spannungssteuersignal an Leitung 116 stellt die Summierung der Betragwerte des Phasendifferenzsignals an Leitung 104, des Momentane-Geschwindigkeitsdifferenz-Signals an Leitung 108 und des Integrierte-Geschwindig-keitsdifferenz-Signals an Leitung 112 dar.
Eine Pulsbreitenmodulations- (PWM-) Steuerung 118 empfängt das Spannungssteuersignal an Leitung 116 und wird durch dasselbe gesteuert. Ein PWM-Oszillator 120 liefert ein PWM-Taktsignal, das eine feste Frequenz aufweist, an einer Leitung 122 an die PWM-Steuerung 118. Die PWM-Steuerung ist auf eine bekannte Weise wirksam, um den Leistungsbetrag, der dem Lüftermotor 36 des Lüfters 30 von den Leistungsleitungen 42 geliefert wird, über ein PWM-Steuersignal, das an Leitung 44 geliefert wird, zu steuern. Die PWM-Steuerung 118 ist mit der Festfrequenztaktrate des PWM-Taktsignals, das an Leitung 122 geliefert wird, wirksam, die bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung etwa 2,2 KHz beträgt. Außerdem steuert das Spannungssteuersignal, das an Leitung 116 geliefert wird, ferner den Betrieb der PWM-Steuerung 118, um den Leistungsbetrag zu steuern, der dem Lüftermotor 36 von den Leistungsleitungen 42 geliefert wird, um dadurch die variable Drehgeschwindigkeit der Lüfterblätter 38 des Lüfters 30 zu steuern. Bei einem Ausführungsbeispiel weist die Leistung, die dem Lüftermotor 36 geliefert wird, eine geregelte Spannung von etwa +48 Volt auf.
In Betrieb ist die Motorsteuerung 40 auf die folgende Weise wirksam, um die Drehgeschwindigkeit der Motorwelle 37 und dadurch die Drehgeschwindigkeit der Lüfterblätter 38 mit der Drehgeschwindigkeit zu verriegeln, die durch das Referenzgeschwindigkeitssignal an Leitung 48 angezeigt wird. Wenn sich der PLL-Kanal 100 in Verriegelung befindet, sind das Momentane-Geschwindigkeitsdifferenz-Signal an Leitung 108 und das Integrierte-Geschwindigkeitsdifferenz-Signal an Leitung 112 null, da die Lüfterfrequenz des Lüftergeschwindigkeitssignals an Leitung 52 mit der Referenzfrequenz des Referenzgeschwindigkeitssignals an Leitung 48 verriegelt ist. Somit wird, wenn sich der PLL-Kanal 100 in Verriegelung befindet, das Phasendifferenzsignal, das von der Phasenerfassungsschaltung 102 geliefert wird, im Wesentlichen als das Spannungssteuersignal an Leitung 116 an die PWM- Steuerung 118 geliefert, um die Drehgeschwindigkeit des Lüftermotors 36 zu erhöhen oder zu verringern, um die Lüfterphase des Lüftergeschwindigkeitssignals an Leitung 52 bei der Referenzphase des Referenzgeschwindigkeitssignals an Leitung 48 zu halten.
Die Momentane-Geschwindigkeitsdifferenz-Schaltung 106 und die Integrierte-Geschwindigkeitsdifferenz-Schaltung 110 sind jedoch wirksam, um den PLL-Kanal 100 schneller in einen Verriegelungsbereich aufzunehmen oder zu verriegeln und Stabilität sicherzustellen. Wenn versucht wird, den PLL-Kanal 100 zu verriegeln, liefert die Phasenerfassungsschaltung 102 keine ausreichende Steuerung, wie es normalerweise bei einem klassischen PLL-System der Fall wäre, da der Lüftermotor 36 zu viel Trägheit aufweist. Die Phasenerfassungsschaltung 102 allein könnte keine ausreichende Steuerung erzeugen, um das Ausgangssignal des PLL-Kanals 100 ausreichend zu verändern. Bei einem klassischen PLL-System weist der VCO keine derartige Trägheit wie der Lüftermotor 36 des PLL-Kanals 100 auf.
Die Momentane-Geschwindigkeitsdifferenz-Schaltung 106 spricht rasch auf Differenzen zwischen der Lüfterfrequenz des Lüftergeschwindigkeitssignals an Leitung 52 und der Referenzfrequenz des Referenzgeschwindigkeitssignals an Leitung 48 an. Die Integrierte-Geschwindigkeitsdifferenz-Schaltung 110 liefert ein sich langsamer bewegendes Ansprechen auf Differenzen zwischen der Lüfterfrequenz und der Referenzfrequenz. Das sich langsamer bewegende Ansprechen der Integrierte-Geschwindigkeitsdifferenz-Schaltung 110 liefert eine genauere Steuerung durch ein Hinzufügen einer Historienkomponente zu dem Messen der Differenzen zwischen der Lüfterfrequenz und der Referenzfrequenz, was eine längere Zeitkonstante bei dem PLL-Kanal 100 ergibt. Falls z. B. Lüfterlager des Lüftermotors 36 gealtert sind und deshalb eine höhere Reibungskraft aufweisen, wird mehr Leistung von der Leistungsversorgung 28 benötigt, um die gewünschte Drehgeschwindigkeit der Lüfterblätter aufrechtzu erhalten. Das Integrierte-Geschwindigkeitsdifferenz-Signal an Leitung 112 liefert einen Ausgleich für die Lüftermotorlagerreibung, derart, dass das Integrierte-Geschwindigkeitsdifferenz-Signal an Leitung 112, wenn sich das Momentane-Geschwindigkeitsdifferenz-Signal an Leitung 108 null nähert, eine ausreichende Spannung an die PWM-Steuerung 118 aufrechterhält, um die Lüftermotorlagerreibung auszugleichen. Im Grunde liefert die Momentane-Geschwindigkeitsdifferenz-Schaltung 106 eine schnellere Verriegelung mit dem Referenzgeschwindigkeitssignal an Leitung 48, aber die Historienkomponente, die durch die Integrierte-Geschwindigkeitsdifferenz-Schaltung 110 geliefert wird, hält die richtige Fehlerspannung an dem Spannungssteuersignal 116 aufrecht, um zu verhindern, dass der PLL-Kanal 100 schwingt.
Ein Ausführungsbeispiel der Motorsteuerung 40 ist in Blockdiagrammform in 3 genauer veranschaulicht. Die Momentane-Geschwindigkeitsdifferenz-Schaltung 106 umfasst einen Digitalmonofloppulsgenerator 202, der das Referenzgeschwindigkeitssignal an Leitung 48 und das PWM-Taktsignal an Leitung 122 empfängt, um an einer Leitung 204 Referenzgeschwindigkeitspulse zu erzeugen. Jeder Differenzgeschwindigkeitspuls weist einen aktiven hohen Logikzustand für eine Zeitbreite T₁ auf. Die Zeitbreite T₁ stellt einen Zählwert einer Anzahl der PWM-Taktpulse dar, die bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel mit 2,2 KHz gepulst werden. Ein Digitalmonofloppulsgenerator 206 empfängt das Lüftergeschwindigkeitssignal an Leitung 52 und das PWM-Taktsignal an Leitung 122 und erzeugt Lüftergeschwindigkeitspulse an einer Leitung 208. Jeder Lüftergeschwindigkeitspuls weist einen aktiven niedrigen Logikzustand (d. h. einen entgegengesetzten Logikzustand zu dem hohen Logikzustand, der durch die aktiven Pulse des Digitalmonofloppulsgenerators 202 geliefert wird) für die Zeitbreite T₁ auf.
Ein Tiefpassfilter 210 erzeugt eine Referenzgeschwindigkeitsspannung an einer Leitung 212, die den Lastzyklus der Referenzgeschwindigkeitspulse darstellt, die an Leitung 204 geliefert werden. Auf ähnliche Weise erzeugt ein Tiefpassfilter 214 eine Lüftergeschwindigkeitsspannung an einer Leitung 216, die den Lastzyklus der Lüftergeschwindigkeitspulse darstellt, die an Leitung 208 geliefert werden. Ein Addierer 218 summiert die Referenzgeschwindigkeitsspannung an Leitung 212 und die Lüftergeschwindigkeitsspannung an Leitung 216, um an einer Leitung 220 eine summierte Spannung zu liefern, die die momentane Differenz zwischen der Referenzfrequenz und der Lüfterfrequenz darstellt. Ein Tiefpassfilter 222 filtert ferner die summierte Spannung an Leitung 220, um an Leitung 108 das Momentane-Geschwindigkeitsdifferenz-Signal zu liefern, das die Differenz zwischen der Referenzfrequenz und der Lüfterfrequenz darstellt.
Der Digitalmonofloppulsgenerator 202 und das nachgeschaltete Tiefpassfilter 210 sind zusammen wirksam, um eine Frequenz-zu-Spannung-Umwandlung bei dem Referenzgeschwindigkeitssignal an Leitung 48 durchzuführen, um eine Referenzspannung an Leitung 212 zu erzeugen, die gemäß der Referenzfrequenz des Referenzgeschwindigkeitssignals an Leitung 48 variiert. Auf ähnliche Weise sind der Digitalmonofloppulsgenerator 206 und das nachgeschaltete Tiefpassfilter 214 zusammen wirksam, um eine Frequenz-zu-Spannung-Umwandlung bei dem Lüftergeschwindigkeitssignal an Leitung 52 zu liefern, um an Leitung 216 die Lüftergeschwindigkeitsspannung zu liefern, die gemäß der Lüfterfrequenz des Lüftergeschwindigkeitssignals an Leitung 52 variiert. Da die Referenzgeschwindigkeitsspannung, die an Leitung 212 geliefert wird, auf aktiven hohen Eingangspulsen basiert, und die Lüftergeschwindigkeitsspannung, die an Leitung 216 geliefert wird, auf aktiven niedrigen Pulsen basiert, liefert die Summierung der Spannungen an den Leitungen 212 und 216 eine Differenzspannung an Leitung 220. Falls z. B. der Lastzyklus der Referenzgeschwindigkeitspulse an Leitung 204 gleich dem Lastzyklus der Lüftergeschwindigkeitspulse an Leitung 208 ist, beträgt der Spannungswert an Leitung 220 etwa null. Da sich der Spannungsdifferenzwert an Leitung 220 möglicherweise mit jedem neuen Referenzgeschwindigkeitssignal- und Lüftergeschwindigkeitssignalabtasten verändert, liefert das Tiefpassfilter 222 das notwendige Filtern, um ein Momentane-Geschwindigkeitsdifferenz-Signal an Leitung 108 zu liefern, das die momentane Differenz zwischen der Referenzfrequenz und der Lüfterfrequenz darstellt.
Die Integrierte-Geschwindigkeitsdifferenz-Schaltung 110 umfasst einen Auf-/Ab- (U/D-) Zähler 224, der das Referenzgeschwindigkeitssignal an Leitung 48 an einem Aufwärtszähl(CU-) Eingang und das Lüftergeschwindigkeitssignal an Leitung 52 an einem Abwärtszähl- (CD-) Eingang empfängt, um einen 8-Bit- (d. h. bis zu 256 Binärwerte) Zählwert an Ausgangszählwertleitungen 228a – 228h zu liefern, wobei 228a das niederstwertige Bit des Ausgangszählwerts ist, und Leitung 228h das höchstwertige Bit des Ausgangszählwerts ist. Die acht Bits, die durch den Auf-/Ab-Zähler 224 geliefert werden, stellen ein Beispiel eines beliebigen geeigneten N-Bit-Zählwerts dar, der 2N Binärwerte darstellt. Ein Oszillator 230 liefert ein Referenztaktsignal an einer Leitung 232 an den Auf-/Ab-Zähler 224.
Bei jedem aktiven Übergang des Referenztaktes an Leitung 232 inkrementiert der Auf-/Ab-Zähler 224 den Zählwert, der an den Leitungen 228 geliefert wird, um einen Binärwert, dekrementiert denselben um einen Binärwert oder ändert denselben nicht, abhängig von den Logikzuständen des Referenzgeschwindigkeitssignals an Leitung 48 und des Lüftergeschwindigkeitssignals an Leitung 52. Falls das Referenzgeschwindigkeitssignal an Leitung 48 und das Lüftergeschwindigkeitssignal an Leitung 52 beide hohe logische Werte oder beide niedrige logische Werte sind, bleibt der Zählwert an den Leitungen 228 für diesen aktiven Taktübergang unverändert. Falls es sich bei dem Referenzgeschwindigkeitssignal an Leitung 48 um einen hohen logischen Wert handelt und bei dem Lüftergeschwindigkeitssignal an Leitung 52 um einen niedrigen logischen Wert handelt, wird der Zählwert an den Leitungen 228 für diesen aktiven Taktübergang um einen Binärwert aufwärts inkrementiert. Falls es sich bei dem Lüftergeschwindigkeitssignal an Leitung 52 um einen hohen logischen Wert handelt und bei dem Referenzgeschwindigkeitssignal an Leitung 48 um einen niedrigen logischen Wert handelt, wird der Ausgangszählwert an den Leitungen 228 für diesen aktiven Taktübergang um einen Binärwert dekrementiert.
Wenn der Auf-/Ab-Zähler 224 seinen maximalen Wert von 255 erreicht und das Referenzgeschwindigkeitssignal an Leitung 48 bei einem hohen logischen Wert ist und das Lüftergeschwindigkeitssignal an Leitung 52 bei einem niedrigen logischen Wert ist, bleibt der Ausgangszählwert von dem Auf/Ab-Zähler 224 bei dem maximalen Wert 255. Auf ähnliche Weise bleibt, wenn der Auf-/Ab-Zähler 224 seinen minimalen Wert von Null erreicht und das Lüftergeschwindigkeitssignal an Leitung 52 bei einem hohen logischen Wert ist und das Referenzgeschwindigkeitssignal an Leitung 48 an einem niedrigen logischen Wert ist, der Ausgangszählwert von dem Auf/Ab-Zähler 224 bei dem minimalen Wert Null.
Ein Digital-Analog-Wandler (DAC) 234 empfängt den digitalen Binärzählwert, der an den Leitungen 228 dargestellt ist, und wandelt diesen digitalen Wert in einen analogen Spannungspegel um, der an Leitung 112 geliefert wird und die integrierte Differenz zwischen der Referenzfrequenz und der Lüfterfrequenz darstellt.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Motorsteuerung 40, das in 3 veranschaulicht ist, wird ein Teil der Funktion der Phasendetektorschaltung 102 durch den Auf-/Ab-Zähler 224 durchgeführt. Der Auf-/Ab-Zähler 224 liefert den Ausgangszählwert an den Leitungen 228, und das niederstwertige Bit des Ausgangszählwerts an Leitung 228a stellt Phasendifferenzinformationen dar. Im Einzelnen liefert der Lastzyklus der hohen Logikpulse des niederstwertigen Bits des Aus gangszählwerts Phaseninformationen, die die Differenz zwischen der Referenzphase des Referenzgeschwindigkeitssignals an Leitung 48 und der Lüfterphase des Lüftergeschwindigkeitssignals an Leitung 52 anzeigen. Ein Phasentiefpassfilter 236 wandelt den Lastzyklus des hohen Logikpulses in einen analogen Spannungspegel um, der an Leitung 104 geliefert wird, der die momentane Phasendifferenz zwischen der Referenzphase und der Lüfterphase darstellt: Somit wird die Funktion der Phasendetektorschaltung 102, wie es in 3 angezeigt ist, durch den Auf-/Ab-Zähler 224 und das Phasentiefpassfilter 236 durchgeführt.
Das Ausführungsbeispiel der Motorsteuerung 40, das in 3 veranschaulicht ist, umfasst auch eine Verriegelungsdetektorzustandsmaschine 238. Die Verriegelungsdetektorzustandsmaschine 238 ist als eine M-Bit-Zustandsmaschine implementiert, die 2^M mögliche Zustände aufweist. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist die Verriegelungsdetektorzustandsmaschine 238 eine 7-Bit-Zustandsmaschine, die 128 mögliche Zustände aufweist. Die Verriegelungsdetektorzustandsmaschine 238 empfängt das Referenzgeschwindigkeitssignal an Leitung 48 und das Lüftergeschwindigkeitssignal an Leitung 52 und wird durch das Referenztaktsignal an Leitung 232 getaktet, um ein Lüfterverriegelungssignal an Leitung 240 zu liefern, das aktiv ist, wenn das Lüftergeschwindigkeitssignal an Leitung 52 mit dem Referenzgeschwindigkeitssignal an Leitung 48 verriegelt ist. Falls das Lüfterverriegelungssignal an Leitung 240 ein vorbestimmtes Zeitintervall T₂ lang nicht aktiviert wird, zeigt dies an, dass der Lüfter 30 des entsprechenden PLL-Kanals 100 ausgefallen ist. Das Lüfterverriegelungssignal an Leitung 240 wird an den Mikroprozessor 24 geliefert, der das Lüfterverriegelungssignal verarbeiten kann und einen Lüfterausfall anzeigt, wenn die Verriegelungsdetektorzustandsmaschine 238 für das ausgewählte Zeitintervall T₂ keinen Verriegelungszustand erfasst. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel beträgt das ausgewählte Zeitintervall T₂ etwa 15 Sekunden. Das Zeitintervall T₂ ist lüfterabhängig und basiert auf einer Lüfteransprechzeit auf die PLL-Steuerung und anderen derartigen Entwurfskriterien.
Bei dem im Vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispiel des Computersystems 20 sind die N Kühlabluftlüfter 30 alle konfiguriert, um mit im Wesentlichen der gleichen Drehgeschwindigkeit zu laufen, indem dieselben über N getrennte entsprechende PLL-Kanäle 100 auf ein Referenzgeschwindigkeitssignal synchronisiert werden, das eine Referenzfrequenz und eine Referenzphase aufweist. Das Synchronisieren der Drehgeschwindigkeit der N Lüfter 30 beseitigt im Wesentlichen mögliche Schwebungsfrequenzen zwischen Lüfterluftflüssen, Lüftermotoranordnungen und/oder Chassisvibration von Motorgehäuseschwebungen, die die Chassisresonanzfrequenzen mit Energie versorgen. Die grundsätzliche Beseitigung dieser Schwebungsfrequenzen durch das Synchronisieren der Drehgeschwindigkeiten der Lüfter 30 verringert akustisches Rauschen, das durch das Computersystem 20 erzeugt wird.
Zusätzlich stellt das Synchronisieren aller Lüfter 30 auf die gleiche Drehgeschwindigkeit sicher, dass alle Lüfter 30 im Wesentlichen die gleiche Arbeitsmenge beim Bewegen von Luft in dem Gehäuse 22 des Computersystems 20 durchführen, so dass keine Lüfter mit zusätzlicher Last überlastet sind, während andere Lüfter unterbelastet sind. Zusätzlich stellt das Synchronisieren der Drehgeschwindigkeiten der Lüfter 30 sicher, dass ein Luftfluss in dem gesamten Gehäuse 22 gleichmäßig ist, so dass es keine schwachen oder toten Punkte in dem Eingangsluftplenum gibt.
Außerdem stellt das Synchronisieren aller Lüfter 30 auf das gleiche Referenzgeschwindigkeitssignal sicher, dass sich alle Lüfter 30 unabhängig von Alterung oder Abnutzung mit der gleichen Drehgeschwindigkeit weiterdrehen. Wenn die Lüfter 30 altern, tendieren Reibungskräfte in ihren Lagern dazu zuzunehmen, was verringerte Lüfterdrehgeschwindigkeiten verursacht, falls die Leistung, die den Lüftern zuge führt wird, nicht erhöht wird. Da die Lüfter 30 mit dem Referenzgeschwindigkeitssignal an Leitung 48 verriegelt sind, ändern Alterung und Abnutzung der Lüfter 30 trotzdem nicht die Lüfterdrehgeschwindigkeit, bis ein gegebener Lüfter 30 nicht mehr in der Lage ist, eine Geschwindigkeit bei voller Spannung aufrechtzuerhalten.
Außerdem wird dadurch, dass ein getrennter PLL-Kanal 100 jeden Lüfter 30 steuert, ein praktisches Verfahren geliefert, um den Ausfall eines Lüfters 30 zu bestimmen. Falls der PLL-Kanal 100 eine Verriegelung nicht aufrechterhalten kann, wird das Lüfterverriegelungssignal an Leitung 240 für das ausgewählte Zeitintervall T₂ nicht aktiviert, und der entsprechende Lüfter 30 wird als ein ausgefallener Lüfter angezeigt. Falls der PLL-Kanal 100 eine Verriegelung aufrechterhält, dann bleibt das Lüfterverriegelungssignal an Leitung 240 aktiviert, und es wird angezeigt, dass dieser Lüfter 30 ordnungsgemäß arbeitet, und derselbe ist notwendigerweise mit der Drehgeschwindigkeit wirksam, die durch das Referenzgeschwindigkeitssignal an Leitung 48 angezeigt ist.
Außerdem verwenden, wie es im Vorhergehenden erwähnt wurde, herkömmliche Systeme eine Geschwindigkeitssteuerung, um die Drehgeschwindigkeit des Kühllüfters zu verringern, wenn eine derartige Geschwindigkeit nicht benötigt wird, um Audiorauschen zu verringern, Leistungsaufnahme zu verringern und Lüfterabnutzung zu verringern. Die Lüftersynchronisationsgeschwindigkeitssteuerung der beschriebenen Ausführungsbeispiele verursacht nur geringe zusätzliche Kosten gegenüber dieser herkömmlichen Geschwindigkeitssteuerung, um die im Vorhergehenden dargelegten Vorteile gegenüber herkömmlichen Geschwindigkeitssteuerverfahren zu liefern.
Die im Vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispiele verwenden ein Referenzgeschwindigkeitssignal an Leitung 48, um alle N Kühllüfter 30 auf die gleiche Referenzfrequenz und Referenzphase zu synchronisieren. Bei alternativen Aus führungsbeispielen liegen jedoch mehrere Referenzgeschwindigkeitssignale vor, die Kühlabluftlüfter auf mehr als ein Referenzgeschwindigkeitssignal synchronisieren.
Der PLL-Kanal 100 ist ein Rückkopplungssteuersystem, bei dem eine negative Rückkopplung annehmbar ist, Situationen einer positiven Rückkopplung können jedoch eine Schwingung in dem Rückkopplungssteuersystem verursachen. 4A und 4B stellen Phasenranddarstellungen eines exemplarischen PLL-Kanals 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel, das in den obigen 2 und 3 veranschaulicht ist, dar. Das exemplarische Computersystem 20 von 1 wurde gemäß den Darstellungen der 4A und 4B modelliert und simuliert, während dasselbe bei einer Umgebungslufttemperatur von etwa 27°C wirksam war. 4A stellt im Einzelnen die Amplitudenverstärkung des Ausgangssignals des PLL-Kanals 100 über das Eingangssignal des PLL-Kanals 100 für verschiedene Frequenzen des Lüftergeschwindigkeitssignals an Leitung 52 dar. 4B stellt im Einzelnen die Phasenverschiebung, die durch das Ausgangssignal des PLL-Kanals 100 dargestellt ist, über das Eingangssignal des PLL-Kanals 100 minus 180° für verschiedene Frequenzen für das Lüftergeschwindigkeitssignal an Leitung 52 dar. Wie bei jedem beliebigen derartigen Rückkopplungssteuersystem muss die Phasenverschiebung geringer als 180° sein, wenn die Rückkopplungsamplitude oder -verstärkung null oder mehr beträgt (d. h. positive Verstärkung). Eine Eins-Verstärkung wird bei etwa 300 Millihertz erreicht, wie es bei 300 in 4A angezeigt ist. Die Phasenverschiebung, die in 4B bei etwa 300 Millihertz aufgezeichnet ist, beträgt etwa –140°, wie es bei 302 angezeigt ist. Deshalb zeigen die Phasendarstellungen der 4A und 4B, dass das modulierte Computersystem 20 einen PLL-Phasenrand von etwa 40° aufweist (d. h. 180° – 140°). Der 40°-Phasenrand stellt sicher, dass die PLL-Schleife für den PLL-Kanal 100 stabil ist, der gemäß den Darstellungen der 4A und 4B moduliert und simuliert ist.
Obwohl spezifische Ausführungsbeispiele hier veranschaulicht und beschrieben wurden, werden Fachleute erkennen, dass eine große Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Implementierungen, die die gleichen Zwecke erreichen, die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiele ersetzen können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Die Offenbarungen in der US-Patenanmeldung Nr. 09/332,519, deren Priorität die vorliegende Anmeldung beansprucht, und in der Zusammenfassung, die dieser Anmeldung beiliegt, sind hier durch Bezugnahme aufgenommen.

Claims

Ein Kühlsystem, das folgende Merkmale aufweist: ein Gehäuse (22); N Lüfter (30), wobei jeder Lüfter einen Lüftermotor (36) und Lüfterblätter (38) umfasst, wobei der Lüftermotor wirksam ist, um die Lüfterblätter mit einer variablen Drehgeschwindigkeit zu drehen, um eine Temperatur in dem Gehäuse zu verringern; zumindest einen Frequenzgenerator (46) zum Erzeugen zumindest eines Referenzgeschwindigkeitssignals, das eine Referenzfrequenz und eine Referenzphase aufweist; eine Tachometereinrichtung (50) zum Messen der variablen Drehgeschwindigkeit der Lüfterblätter jedes der N Lüfter und zum Liefern eines Lüftergeschwindigkeitssignals für jeden Lüfter, das die variable Drehgeschwindigkeit darstellt, wobei das Lüftergeschwindigkeitssignal eine Lüfterfrequenz und eine Lüfterphase aufweist; und eine Motorsteuereinrichtung (40), die eine Motorsteuerung für jeden der N Lüfter (30) aufweist, zum Steuern der variablen Drehgeschwindigkeit der Lüfterblätter eines entsprechenden der N Lüfter basierend auf entweder dem zumindest einen Referenzgeschwindigkeitssignal oder dem Lüftergeschwindigkeitssignal.
Ein Kühlsystem gemäß Anspruch 1, bei dem die Tachometereinrichtung (50) ein Tachometer für jeden der N Lüfter umfasst.
Ein System gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die Motorsteuereinrichtung (40) folgende Merkmale umfasst: eine Einrichtung (100) zum Messen einer Differenz zwischen der Referenzphase und der Lüfterphase; und/oder eine Einrichtung (106) zum Messen einer momentanen Differenz zwischen der Referenzfrequenz und der Lüfterfrequenz; und/oder eine Einrichtung (110) zum Messen einer integrierten Differenz zwischen der Referenzfrequenz und der Lüfterfrequenz; und/oder eine Pulsbreitenmodulations- (PWM-) Steuereinrichtung (118) zum Steuern der Leistung, die dem entsprechenden Lüftermotor zugeführt wird.
Ein System gemäß Anspruch 3, bei dem die Motorsteuereinrichtung (40) folgendes Merkmal umfasst: eine Einrichtung zum Addieren des Phasendifferenzsignals, des Momentane-Geschwindigkeitsdifferenz-Signals und des Integrierte-Geschwindigkeitsdifferenz-Signals, um ein Spannungssteuersignal zum Steuern der variablen Drehgeschwindigkeit der Lüfterblätter des entsprechenden Lüfters zu liefern.
Ein System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Motorsteuereinrichtung (40) folgende Merkmale umfasst: eine Phasenregelschleifen- (PLL-) Steuereinrichtung; und eine Einrichtung zum Erfassen, ob die Phasenregelschleifensteuereinrichtung in Verriegelung ist.
Ein System gemäß Anspruch 5, bei dem die Erfassungseinrichtung wirksam ist, um eine Anzeige eines Lüfterausfalls oder eines Fehlens, einen Verriegelungszustand für ein ausgewähltes Zeitintervall zu erfassen, zu liefern.
Ein Verfahren zum Kühlen eines System, das ein Gehäuse (22) und N Lüfter (30) umfasst, wobei jeder Lüfter einen Lüftermotor (36) und Lüfterblätter (38) umfasst, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Betreiben jedes Lüftermotors (36), um seine zugeordneten Lüfterblätter (38) mit einer variablen Drehgeschwindigkeit zu drehen, um eine Temperatur in dem Gehäuse zu verringern; Erzeugen zumindest eines Referenzgeschwindigkeitssignals, das eine Referenzfrequenz und eine Referenzphase aufweist; Messen der variablen Drehgeschwindigkeiten der Lüfterblätter (38) jedes der N Lüfter (30) und Liefern von N Lüftergeschwindigkeitssignalen, die die variablen Drehgeschwindigkeiten darstellen, wobei die N Lüftergeschwindigkeitssignale jeweils eine Lüfterfrequenz und eine Lüfterphase aufweisen; und Steuern der variablen Drehgeschwindigkeiten der Lüfterblätter (38) jedes der N Lüfter (30) basierend auf dem zumindest einen Referenzgeschwindigkeitssignal und den N entsprechenden Lüftergeschwindigkeitssignalen.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 7, bei dem der Steuerschritt folgende Schritte umfasst: Messen einer Differenz zwischen der Referenzphase und jeder entsprechenden Lüfterphase; und/oder Messen einer momentanen Differenz zwischen der Referenzfrequenz und jeder entsprechenden Lüfterfrequenz; und/oder Messen einer integrierten Differenz zwischen der Referenzfrequenz und jeder entsprechenden Lüfterfrequenz; und/oder Steuern der Leistung, die den entsprechenden Lüftermotoren zugeführt wird, mit einer Pulsbreitenmodulation.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 8, bei dem der Steuerschritt folgenden Schritt umfasst: Addieren jedes entsprechenden Phasendifferenzsignals, Momentane-Geschwindigkeitsdifferenz-Signals und Integrierte-Geschwindigkeitsdifferenz-Signals, um N entsprechende Spannungssteuersignale zu liefern zum Steuern der variablen Drehgeschwindigkeit der Lüfterblätter der entsprechenden N Lüfter.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 8 oder 9, bei dem der Schritt des Messens einer momentanen Frequenzdifferenz folgende Schritte umfasst: Erzeugen von Referenzgeschwindigkeitspulsen, die einen ersten Zustand aufweisen, für eine erste Zeitbreite T1 ansprechend auf das zumindest eine Referenzgeschwindigkeitssignal; Filtern der Referenzgeschwindigkeitspulse, um eine Referenzgeschwindigkeitsspannung zu erzeugen, die einen Lastzyklus der Referenzgeschwindigkeitspulse darstellt; Erzeugen von Lüftergeschwindigkeitspulsen, die einen zweiten Zustand aufweisen, der dem ersten Zustand ent gegengesetzt ist, für die erste Zeitbreite T1 ansprechend auf jedes Lüftergeschwindigkeitssignal; Filtern der Lüftergeschwindigkeitspulse, um N Lüftergeschwindigkeitsspannungen zu erzeugen, die einen Lastzyklus der Lüftergeschwindigkeitspulse darstellen; und Summieren der Referenzgeschwindigkeitsspannung und jeder Lüftergeschwindigkeitsspannung, um N summierte Spannungen zu liefern, die die momentane Differenz zwischen der Referenzfrequenz und jeder entsprechenden Lüfterfrequenz darstellen.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 8, 9 oder 10, bei dem der Schritt des Messens einer integrierten Frequenzdifferenz folgende Schritte umfasst: Liefern eines Referenztaktsignals; Liefern von N aktualisierten digitalen Zählwerten ansprechend auf jeden aktiven Übergang des Referenztaktsignals durch: Halten des Zählwerts bei seinem derzeitigen Zustand, falls das Referenzgeschwindigkeitssignal und das Lüftergeschwindigkeitssignal den gleichen Logikzustand bei diesem aktiven Taktübergang aufweisen; Inkrementieren des Zählwerts um einen Binärwert, falls sich bei diesem aktiven Taktübergang das Referenzgeschwindigkeitssignal in einem aktiven Logikzustand befindet und sich das Lüftergeschwindigkeitssignal in einem inaktiven Logikzustand befindet; und Dekrementieren des Zählwerts um einen Binärwert, falls sich bei diesem aktiven Taktübergang das Lüftergeschwindigkeitssignal in einem aktiven Logikzustand befindet und sich das Referenzgeschwindigkeitssignal in einem inaktiven Logikzustand befindet; und Umwandeln der N digitalen Zählwerte in N analoge Spannungspegel, die die integrierte Differenz zwischen der Referenzfrequenz und jeder der N entsprechenden Lüfterfrequenzen darstellen.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 11, bei dem das niederstwertige Bit jedes digitalen Zählwerts Phasendifferenzinformationen darstellt, die eine Differenz zwischen der Referenzphase und der entsprechenden Lüfterphase anzeigen, und der Steuerschritt ein Filtern des niederstwertigen Bits der N digitalen Zählwerte umfasst, um N analoge Spannungen zu erzeugen, die jede einen Lastzyklus von aktiven Zuständen des niederstwertigen Bits des entsprechenden digitalen Zählwerts darstellen.