專利名稱：一種機框風扇散熱系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及設備溫度控制技術，特別涉及一種機框風扇散熱系統。
背景技術：
隨著超大規模集成電路的發展，高主頻速度、高集成度、高功耗的芯片已廣泛應用 于通訊單板中，伴隨而來的是高功耗單板的散熱問題。在大容量通訊系統中，單板的散熱多 采用高功耗芯片使用散熱片，并且單板置于機框風扇散熱系統中的散熱方法，要求機框風 扇散熱系統具有較高的散熱可靠性。圖1為現有的風扇控制實現方案示意圖，如圖所示，現有的機框風扇散熱系統中， 通常使用單個風扇盤或多個風扇盤進行散熱，其共同的特點是每個風扇盤有一個固定的風 扇控制板控制風扇運轉。如圖1所示為1、機框中配置有一個或多個風扇盤，用于機框中對應板位的單板散熱。2、每個風扇盤中均有一個風扇控制板、若干風扇，風扇控制板只對本風扇盒內的 風扇進行控制和狀態檢測。3、風扇控制板包括處理器、風扇控制單元、風扇接口電路。1)、處理器上報風扇運轉狀態信息至機框管理板，接收并執行機框管理器的命 令；2)、風扇控制單元輸出風扇運轉控制PWM(Pulse Width Modulation，脈沖寬度調 制)信號，接收并計數風扇轉速(Tach)脈沖信號；3)、風扇接口電路為電平適配電路，在風扇控制單元、風扇之間完成PWM、Tach信 號的電平適配。現有技術方案采用單個風扇控制板控制其所在風扇盒的風扇(即風扇控制板與 所控制的風扇位于同一風扇盒中)，在散熱可靠性方便至少存在以下不足和缺點1、風扇控制板的處理器出現軟、硬件故障時，無法通過本板的MCU(Micr0C0ntr0ll Unit，微控器單元)改變風扇的運轉狀態。2、風扇控制板的風扇控制單元、風扇接口電路出現電路故障時，該風扇盒中的風 扇處于非受控狀態。3、風扇控制板出現故障時需要更換所在的風扇盒，在風扇盒更換過程中，對應板 位的單板處于無風扇散熱狀態，影響對應板位單板的散熱。
實用新型內容本實用新型所解決的問題在于提供了一種機框風扇散熱系統，用以提高風扇散熱 控制的可靠性。本實用新型實施例中提供了一種機框風扇散熱系統，包括風扇組，由若干風扇構成；第一風扇控制板，一端與第一上位機、第二上位機相連，接收并執行第一上位機或第二上位機的命令，一端與風扇組相連，對風扇組進行控制和狀態檢測；第二風扇控制板，一端與第一上位機、第二上位機相連，接收并執行向第一風扇控 制板發送命令的上位機的命令，一端與風扇組相連，對風扇組進行控制和狀態檢測；第一風扇控制板與第二風扇控制板之間交互彼此的風扇控制板信息及對風扇組 進行控制和狀態檢測的信息。本實用新型有益效果如下在本實用新型實施例中提出的提高風扇控制可靠性的技術方案中，由于使用了 主、備風扇控制板，所以在一塊單板出現異常時，另一塊單板完成風扇的繼續控制，實現了 風扇的不間斷控制、檢測，提高了風扇控制的可靠性。同時，由于風扇控制板與風扇組相分離，風扇控制板更換時，不需同時更換風扇， 風扇組在另一風扇控制板的控制下繼續運轉，實現系統的不間斷散熱，提高了系統散熱的
可靠性。
圖1為背景技術中風扇控制實現方案示意圖；圖2為本實用新型實施例中機框風扇散熱系統結構示意圖；圖3為本實用新型實施例中風扇控制板的主備狀態確定實施流程示意圖；圖4為本實用新型實施例中雙機通訊異常處理流程示意圖；圖5為本實用新型實施例中FCIU實現方式一示意圖；圖6為本實用新型實施例中FCIU實現方式二示意圖。
具體實施方式
本實用新型實施例中提供了一種機框風扇散熱系統，涉及到風扇散熱控制的可靠 性設計，可以提高風扇散熱控制的可靠性。
以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式
進 行說明。圖2為機框風扇散熱系統結構示意圖，如圖所示，包括風扇組(FT，Fan Tray) 200，由若干風扇構成；第一風扇控制板201，一端與第一上位機203、第二上位機204相連，接收并執行第 一上位機或第二上位機的命令，一端與風扇組200相連，對風扇組進行控制和狀態檢測；第二風扇控制板202，一端與第一上位機、第二上位機相連，接收并執行向第一風 扇控制板發送命令的上位機的命令，一端與風扇組200相連，對風扇組進行控制和狀態檢 測；第一風扇控制板201與第二風扇控制板202之間交互彼此的風扇控制板信息及對 風扇組進行控制和狀態檢測的信息。實施中，上位機是兩個，具體可以為主、備用(兩塊單板)，其中主用上位機對兩個 風扇控制板發送命令，并接收兩個風扇控制板的上報信息。當主用上位機出現故障時，原備 用上位機自動升為主用，同時原主用上位機自動降為備用。在接收并執行上位機的命令時， 第一風扇控制板與第二風扇控制板都接收的是同一個正處于主用狀態的上位機的命令。實施中，上位機可以是SHMC (Shelf Management Controller，機框管理控制器)等設備。實施中，第一風扇控制板(FCB，Fan Control Board) 201中可以包括MCU (Micro Controller Unit，微控器單元)2011、FCU (Fan Control Unit，風扇控制單元)2012、 FRIU (Fan Rate Interface Unit，風扇轉速接 口單元)2013、FCIU (Fan Control Interface Unit,風扇控制接口單元)2014 ；第二風扇控制板202中可以包括MCU2021、TOU2022、 FRIU2023、FCIU2024。上述元器件的作用、實現的功能可以如下MCU 接受上位機命令，上報風扇控制板相關信息；配置、讀取F⑶寄存器；與對側 風扇控制板的MCU保持雙機通訊；檢測對側風扇控制板FCB運轉狀態，選擇FCIU的PWM輸 出以驅動風扇。FCU 輸出風扇控制PWM信號；接收風扇轉速信號、采集記錄風扇轉速值。FRIU 完成風扇轉速Tach信號的電平轉換。FCIU 完成風扇控制PWM信號的電平轉換。上述元器件間交互的信號可以如下Sig 1 :MCU、F⑶的通訊信號，該信號可以由F⑶的通訊接口確定，如I2C_bus信號。Sig 2 :FRIU輸出的轉速Tach信號。Sig 3 兩個MCU之間的雙機通訊信號，如RS232串行通訊信號。Sig 4、Sig 5 :MCU 板間復位信號。Sig 6 :FCU輸出的P麗信號。Sig 7 對側MCU控制的FCIU三態輸出或控制開關控制信號。Sig 8 :FCIU 輸出的 FWM 信號。Sig 9 風扇輸出的轉速Tach信號。Sig 10 風扇控制板FCB與上位機間的通訊信號。下面還將會對上述元器件以及交互信號的具體實施方式
進行說明。一、主、備用的確定。實施中，兩個風扇控制板將分為主、備用風扇控制板對風扇組進行控制管理，具體 的第一風扇控制板與第二風扇控制板可以進一步用于在交互彼此的風扇控制板信 息后，按下述方式之一確定自身的主備用狀態插入順序有別時，先插入上電的風扇控制板設為主用狀態，后插入上電的風扇控 制板設為備用狀態；或，同時上電時，根據風扇控制板所處的板位號確定自身為主用狀態或備用狀 態；或，對側風扇控制板不存在時，確定自身為主用狀態。S卩，在單板主、備用實現上，風扇控制板采用主、備用工作方式，主、備用狀態確定 方式可以是1、單板插入順序有別時，首先插入上電的單板自動設定為主用狀態，后插入上 電的單板自動設定為備用狀態。2、單板同時上電時，根據單板所處板位號不同分配單板為 主用、備用。3、主用單板不存在主用單板拔出或主用單板出現故障時，備用單板自動升為主用。另外，為了表述方便，實施中也會將風扇控制板簡稱為單板。圖3為風扇控制板的主備狀態確定實施流程示意圖，如圖所示，以一側的風扇控 制板實施為例，則可以包括步驟301、加電運行；步驟302、啟動自檢，如自檢失敗轉入步驟306，自檢成功則轉入步驟303 ；步驟303、讀取板位號；步驟304、設對側延遲T秒后啟動；步驟305、讀取對側狀態，如果對側板卡不存在則轉入步驟307，如果對側板卡是 主用狀態則轉入步驟308 ；步驟306、自復位；步驟307、設置為主用狀態；步驟308、設置為備用狀態。二、風扇控制的設置。實施中，MCU接收上位機的風扇轉速設置命令，設置rcU的PWM占空比 (0% -100% )寄存器為預定值。然后，rcu經FCIU向風扇輸出PWM控制脈沖。三、風扇轉速讀取。首先，風扇輸出的周期性脈沖轉速信號由FRIU完成電平適配，傳送至FCU。其次，FCU對轉速信號進行采樣計數并保存計數值。最后，MCU讀取FCU的風扇轉速計數值。四、板間雙機互控。雙機互控包括板間雙機通訊和板間互控，具體的1)、主備單板之間配置有雙機通訊RS232串口，實現兩個功能(1)、主備兩塊單板實時更新對側單板狀態信息，如PWM占空比、各風扇當前轉速；(2)、主備板卡間通過周期發送互檢測信號(如軟件心跳)來判斷和檢測對方板 卡上的系統運行狀況。在設定時間間隔內沒有收到“軟件心跳”，則可以判斷對側單板不存 在。2)、板間互控包括板間復位、對側PWM信號檢測和輸出選擇控制。(1)、對側單板MCU出現故障或軟件異常，本側單板MCU發送復位對側MCU的信號；(2)、正常情況下，主用單板輸出風扇盤的PWM控制信號，主用單板的風扇控制出 現故障時，進行風扇PWM輸出互換控制。五、風扇控制板異常、故障處理。出現故障和異常可以包括以下可能，由于通過雙機通訊發現對側風扇控制板出現 故障，或者是風扇控制板上的FCU、FRIU、或FCIU出現故障，下面將分別進行說明。一)、風扇控制板間雙機通訊異常時，若主用單板的通訊異常不可恢復，則備用單 板接替主用板的工作完成風扇運轉控制、檢測，具體的，此時可以是第一風扇控制板包括第一 MCU、第二風扇控制板包括第二 MCU，其中第一風扇控制板通過第一 MCU向第二風扇控制板周期性發送互檢測信號；第二風扇控制板通過第二 MCU向第一風扇控制板周期性發送互檢測信號；第一風扇控制板或第二風扇控制板進一步用于在沒有收到對側周期性發送的互檢測信號后，若自身是備用狀態，則由備用狀態轉為主用狀態。進一步的，實施中還可以是第一 MCU或第二 MCU進一步用于在沒有收到對側周期性發送的互檢測信號后，向 對側發送復位信號；第一風扇控制板或第二風扇控制板進一步用于向對側發送復位信號后，還沒有收 到對側周期性發送的互檢測信號時，若自身是備用狀態，則由備用狀態轉為主用狀態。圖4為雙機通訊異常處理流程示意圖，如圖所示，以一側風扇控制板為例實施時， 可以包括步驟401、設定的時間間隔內沒有收到對側單板的“軟件心跳”信號。步驟402、發送“復位對側單板MCU”的信號，3次發送復位后均沒有收到對側單板 的“軟件心跳”信號。本步驟中，3次只是一種實施次數，事實上可以視實際需要設定復位發送次數。步驟403、若本板為主用，則主用狀態不變；若本板為備用且工作正常，則狀態改 為主用；關閉對側單板的FCIU的PWM輸出，打開本板的FCIU輸出；上報上位機通訊異常處
理結果。對于風扇控制板上的rcU、FRIU、或FCIU出現故障的情況，風扇控制板故障處理主 要表現為主用控制板對風扇失控(I)FCU故障，風扇控制PWM無輸出；(2)FRIU、FCIU故障， 風扇轉速超過預先設定的閾值。此種情況下，備用單板接替主用板的工作完成風扇運轉控 制、檢測，具體的，此時可以是二)、FCU上的故障判斷。具體的，第一風扇控制板包括第一 FCU、第二風扇控制板包括第二 rcu，其中第一風扇控制板接收第一 F⑶輸出的PWM信號；第二風扇控制板接收第二 F⑶輸出的PWM信號；第一風扇控制板或第二風扇控制板進一步用于在通過交互的控制和狀態檢測的 信息獲知本側檢測不到FCU輸出的PWM信號，而對側檢測到FCU輸出的PWM信號后，若對側 是備用狀態，則將對側由備用狀態轉為主用狀態。三)、FRIU上的故障判斷。具體的，第一風扇控制板包括第一 FRIU、第二風扇控制板包括第二 FRIU，其中第一風扇控制板接收第一 FRIU輸出的Tach信號；第二風扇控制板接收第二 FRIU輸出的Tach信號；第一風扇控制板或第二風扇控制板進一步用于在通過交互的控制和狀態檢測的 信息獲知本側通過FRIU輸出的Tach信號檢測到風扇轉速異常，而對側通過FRIU輸出的 Tach信號檢測到風扇轉速正常或可控后，若對側是備用狀態，則將對側由備用狀態轉為主 用狀態。四)、FCIU上的故障判斷。具體的，第一風扇控制板包括第一 FRIU、第二風扇控制板包括第二 FRIU，其中第一風扇控制板接收第一 FRIU輸出的Tach信號；第二風扇控制板接收第二 FRIU輸出的Tach信號；第一風扇控制板或第二風扇控制板進一步用于在通過交互的控制和狀態檢測的信息獲知本側通過FRIU輸出的Tach信號檢測到風扇轉速異常或不可控，而對側通過FRIU 輸出的Tach信號檢測到風扇轉速異常或不可控后，若對側是備用狀態，則將對側由備用狀 態轉為主用狀態。在上述rcu上的故障判斷、FRIU上的故障判斷、FCIU上的故障判斷過程中，在主 用板FCU故障判斷時，主用單板檢測不到FCU的PWM信號，而備用板可以檢測到；在主用 板FRIU故障判斷時，主用單板檢測到風扇轉速異常，而備用板檢測正常，不超限；在主用板 FCIU故障判斷時，主、備用單板均檢測到風扇轉速異常或不可控。都可以使備用單板關閉主 用單板的FCIU的PWM輸出，打開本板的FCIU輸出；備用單板狀態改為主用，進一步得還可 以上報上位機故障處理結果。當上述四種情況出現時，需要將主備用狀態轉換，此時，具體可以是第一風扇控制板包括用于向風扇組輸出PWM信號的第一 FCIU ；第二風扇控制板包 括用于向風扇組輸出PWM信號的第二 FCIU，其中第一 FCIU接收第二風扇控制板輸出的三態輸出控制信號或控制開關控制信號；第二 FCIU接收第一風扇控制板輸出的三態輸出控制信號或控制開關控制信號；第一風扇控制板或第二風扇控制板進一步用于在由備用狀態轉為主用狀態時，向 對側的FCIU輸出三態輸出控制信號或控制開關控制信號以關閉對側的FCIU，并讓本側的 FCIU向風扇組輸出PWM信號。具體實施中，FCIU完成風扇控制PWM信號的電平轉換，按照風扇的類別不同有兩 種實現方式，圖5為FCIU實現方式一示意圖，圖6為FCIU實現方式二示意圖，如圖所示，可 以是方式一、風扇采用正電源供電，風扇電源負極與F⑶輸出的PWM信號的數字地共地 連接，FCIU的PWM信號采用以下三態方式輸出PWM信號高、低電平、高阻；具體的，采用正電源供電(如+12V、+24V)的風扇，風扇電源地(電源負極)與F⑶ 輸出的PWM信號的數字地共地連接，此時FCIU的PWM信號采用三態輸出方式PWM信號高、 低電平、高阻。方式二、風扇采用負電源供電，風扇電源正極與F⑶輸出的PWM控制信號的邏輯地 共地相連，FCIU的PWM信號采用控制開關輸出方式。采用負電源供電(如-48V)的風扇，風扇電源地(電源正極)與F⑶輸出的PWM 控制信號的邏輯地共地相連，此時風扇控制信號采用控制開關輸出方式，正常情況下主用 板的開關閉合輸出風扇控制信號，備用板的控制開關斷開。
0126]實施中，考慮還可以進一步的增強風扇的可控制性，實施中還可以第一風扇控制板包括第一 MCU、第二風扇控制板包括第二 MCU，其中第一風扇控制板通過第一 MCU接受第一上位機或第二上位機的命令，向該上位機 命令上報風扇控制板相關信息；第二風扇控制板通過第二 MCU接受向第一風扇控制板發送命令的上位機命令，向 該上位機命令上報風扇控制板相關信息；第一風扇控制板與第二風扇控制板之間通過第一 MCU與第二 MCU保持雙機通訊， 交互彼此的風扇控制板信息；第一 MCU與第二 MCU用于在交互彼此的風扇控制板信息時，在檢測到對方風扇控制板運轉狀態不正常時，向對方發送復位信號。由上述實施例可見，本實用新型實施例中提供的機框風扇散熱系統能夠在雙機通 訊異常時、主用板出現故障時進行主、備單板切換；因此，本實用新型實施例中提出的提高 風扇控制可靠性的技術方案相對于現有技術，由于使用了主、備風扇控制板，所以在一塊單 板出現異常時，另一塊單板完成風扇的繼續控制，實現了風扇的不間斷控制、檢測，提高了 風扇控制的可靠性。同時，風扇控制板與風扇組相分離，風扇控制板更換時，不需同時更換風扇，風扇 組在另一風扇控制板的控制下繼續運轉，實現系統的不間斷散熱，提高了系統散熱的可靠 性。顯然，本領域的技術人員可以對本實用新型進行各種改動和變型而不脫離本實用 新型的精神和范圍。這樣，倘若本實用新型的這些修改和變型屬于本實用新型權利要求及 其等同技術的范圍之內，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求一種機框風扇散熱系統，其特征在于，包括風扇組，由若干風扇構成；第一風扇控制板，一端與第一上位機、第二上位機相連，接收并執行第一上位機或第二上位機的命令，一端與風扇組相連，對風扇組進行控制和狀態檢測；第二風扇控制板，一端與第一上位機、第二上位機相連，接收并執行向第一風扇控制板發送命令的上位機的命令，一端與風扇組相連，對風扇組進行控制和狀態檢測；第一風扇控制板與第二風扇控制板之間交互彼此的風扇控制板信息及對風扇組進行控制和狀態檢測的信息。
2.如權利要求1所述的系統，其特征在于，第一風扇控制板與第二風扇控制板進一步 用于在交互彼此的風扇控制板信息后，按下述方式之一確定自身的主備用狀態插入順序有別時，先插入上電的風扇控制板設為主用狀態，后插入上電的風扇控制板 設為備用狀態；或，同時上電時，根據風扇控制板所處的板位號確定自身為主用狀態或備用狀態； 或，對側風扇控制板不存在時，確定自身為主用狀態。
3.如權利要求2所述的系統，其特征在于，第一風扇控制板包括第一MCU、第二風扇控 制板包括第二 MCU，其中第一風扇控制板通過第一 MCU向第二風扇控制板周期性發送互檢測信號； 第二風扇控制板通過第二 MCU向第一風扇控制板周期性發送互檢測信號； 第一風扇控制板或第二風扇控制板進一步用于在沒有收到對側周期性發送的互檢測 信號后，若自身是備用狀態，則由備用狀態轉為主用狀態。
4.如權利要求3所述的系統，其特征在于，第一MCU或第二 MCU進一步用于在沒有收到 對側周期性發送的互檢測信號后，向對側發送復位信號；第一風扇控制板或第二風扇控制板進一步用于向對側發送復位信號后，還沒有收到對 側周期性發送的互檢測信號時，若自身是備用狀態，則由備用狀態轉為主用狀態。
5.如權利要求2所述的系統，其特征在于，第一風扇控制板包括第一FCU、第二風扇控 制板包括第二 F⑶，其中第一風扇控制板接收第一 FCU輸出的PWM信號； 第二風扇控制板接收第二 FCU輸出的PWM信號；第一風扇控制板或第二風扇控制板進一步用于在通過交互的控制和狀態檢測的信息 獲知本側檢測不到FCU輸出的PWM信號，而對側檢測到FCU輸出的PWM信號后，若對側是備 用狀態，則將對側由備用狀態轉為主用狀態。
6.如權利要求2所述的系統，其特征在于，第一風扇控制板包括第一FRIU、第二風扇控 制板包括第二 FRIU，其中第一風扇控制板接收第一 FRIU輸出的Tach信號； 第二風扇控制板接收第二 FRIU輸出的Tach信號；第一風扇控制板或第二風扇控制板進一步用于在通過交互的控制和狀態檢測的信息 獲知本側通過FRIU輸出的Tach信號檢測到風扇轉速異常，而對側通過FRIU輸出的Tach 信號檢測到風扇轉速正常后，若對側是備用狀態，則將對側由備用狀態轉為主用狀態。
7.如權利要求2所述的系統，其特征在于，第一風扇控制板包括第一FRIU、第二風扇控制板包括第二 FRIU，其中第一風扇控制板接收第一 FRIU輸出的Tach信號； 第二風扇控制板接收第二 FRIU輸出的Tach信號；第一風扇控制板或第二風扇控制板進一步用于在通過交互的控制和狀態檢測的信息 獲知本側通過FRIU輸出的Tach信號檢測到風扇轉速異常或不可控，而對側通過FRIU輸出 的Tach信號檢測到風扇轉速正常或可控后，若對側是備用狀態，則將對側由備用狀態轉為 主用狀態。
8.如權利要求3至7任一所述的系統，其特征在于，第一風扇控制板包括用于向風扇組 輸出PWM信號的第一 FCIU ；第二風扇控制板包括用于向風扇組輸出PWM信號的第二 FCIU， 其中第一 FCIU接收第二風扇控制板輸出的三態輸出控制信號或控制開關控制信號； 第二 FCIU接收第一風扇控制板輸出的三態輸出控制信號或控制開關控制信號； 第一風扇控制板或第二風扇控制板進一步用于在由備用狀態轉為主用狀態時，向對側 的FCIU輸出三態輸出控制信號或控制開關控制信號以關閉對側的FCIU，并讓本側的FCIU 向風扇組輸出PWM信號。
9.如權利要求8所述的系統，其特征在于，風扇采用正電源供電，風扇電源負極與FCU 輸出的PWM信號的數字地共地連接，FCIU的PWM信號采用以下三態方式輸出PWM信號高、 低電平、高阻；或，風扇采用負電源供電，風扇電源正極與FCU輸出的PWM控制信號的邏輯地共地相 連，FCIU的PWM信號采用控制開關輸出方式。
10.如權利要求1所述的系統，其特征在于，第一風扇控制板包括第一MCU、第二風扇控 制板包括第二 MCU，其中第一風扇控制板通過第一 MCU接受第一上位機或第二上位機的命令，向該上位機上報 風扇控制板相關信息；第二風扇控制板通過第二 MCU接受向第一風扇控制板發送命令的上位機命令，向該上 位機上報風扇控制板相關信息；第一風扇控制板與第二風扇控制板之間通過第一 MCU與第二 MCU保持雙機通訊，交互 彼此的風扇控制板信息；第一 MCU與第二 MCU用于在交互彼此的風扇控制板信息時，在檢測到對方風扇控制板 運轉狀態不正常時，向對方發送復位信號。
專利摘要本實用新型公開了一種機框風扇散熱系統，包括風扇組，由若干風扇構成；第一上位機、第二上位機分別與第一風扇控制板、第一風扇控制板相連，第一風扇控制板接收并執行第一上位機或第二上位機的命令，與風扇組相連，對風扇組進行控制和狀態檢測；第二風扇控制板接收并執行向第一風扇控制板發送命令的上位機的命令，與風扇組相連，對風扇組進行控制和狀態檢測；第一風扇控制板與第二風扇控制板之間交互彼此的風扇控制板信息及對風扇組進行控制和狀態檢測的信息。本實用新型可以實現風扇的不間斷控制、檢測，也不需同時更換風扇，風扇組在另一風扇控制板的控制下繼續運轉，實現系統的不間斷散熱，提高了系統散熱的可靠性。
文檔編號G06F1/20GK201622517SQ201020181689
公開日2010年11月3日 申請日期2010年4月30日 優先權日2010年4月30日
發明者何宇東, 李德慶, 郭玉廠 申請人:大唐移動通信設備有限公司