系統中的氣流阻塞響應的制作方法

系統中的氣流阻塞響應的制作方法
【專利摘要】一種系統，其包括底板(102)、位于底板中用于交換底板外部的空氣與底板內部的空氣的通風口(130、132)、底板內部的溫度傳感器(114)、向系統供電的電源(106)、以及聯接至溫度傳感器的控制器(120)，控制器(120)用于在控制器確定來自溫度傳感器的溫度高于針對系統從電源汲取的功率水平的閾值溫度的情況下，執行氣流阻塞響應行為(121)。
【專利說明】系統中的氣流阻塞響應
【背景技術】
[0001]諸如便攜式計算機(例如，筆記本計算機)的計算系統在正常操作期間部分依賴于流經其底板的氣流來耗散由各種部件(例如，顯示器、硬盤驅動器、處理器和存儲器)產生的熱量。另外，在時鐘邏輯部件接近其最大溫度額定值時，便攜式計算機的熱管理控制器會減小部件的執行速度，這減少了部件產生的熱量并維持部件的操作能力。然而，對于大部分部件，在低于最大溫度額定值的溫度下，可能會發生對底板表面材料的外表損傷或用戶不適。例如，皮膚可能與底板的底面接觸的人在該表面達到40°C時可能不舒服，然而許多部件具有超過100°C的最高溫度額定值。
[0002]在正常操作期間，即使在部件溫度處于或接近其最大額定值時，流經底板的氣流也防止外表面變得太熱。一些系統可以通過使用熱敏電阻監控熱產生部件或通過檢測排氣扇的故障，來檢測系統熱疏散的徹底故障(即，當部件具有超過其最大溫度額定值的風險時)。【專利附圖】

【附圖說明】
[0003]為了詳細描述說明性的實施方式，現在將參考附圖，其中:
[0004]圖1示出根據不同示例的熱管理系統；
[0005]圖2不出根據不同不例的另一個熱管理系統；
[0006]圖3a示出根據不同示例的熱管理的方法；
[0007]圖3b示出根據不同示例的熱管理的另外的方法；
[0008]圖3c示出根據不同示例的熱管理的又一個方法；以及
[0009]圖4示出根據不同示例的熱管理控制器。
【具體實施方式】
[0010]貫穿說明書和權利要求書都使用某些術語來指代特定的系統部件。本領域技術人員將理解，計算機公司可能會采用不同的名稱來指代部件。本文件不打算區分名稱上不同、但在功能上沒有不同的部件。在下面的討論和權利要求中，術語“包括”和“包含”以一種開放的形式被使用，因此應該解釋為“包括，但不限于……”的含義。同樣，術語“聯接”意指或間接、或直接、或光學或無線的電連接。因此，如果第一設備聯接至第二設備，這種連接可以是通過直接的電連接、通過經由其他設備和連接的間接的電連接、通過光學電連接或通過無線的電連接。
[0011]如這里所用，術語“系統”是指兩個或更多個部件的組合，其可以是完整的計算機或其部分。
[0012]如這里所用，術語“電子部件”是指計算機系統的單個功耗部件。這包括機械設備(諸如顯示器和硬盤驅動器)以及時鐘邏輯半導體器件(諸如CPU、存儲器和視頻控制器)。
[0013]如這里所用，術語“系統負載”是指計算系統的一個或多個功耗電子部件。系統負載可以指單個硬件處理器、硬件處理器和一個或多個諸如存儲器的其他設備的組合、或者功耗設備的其他組合。
[0014]在某些情況下，眾多溫度傳感器被放置以測量底板表面的溫度。因此，不是檢測氣流阻塞，而是直接監控表面溫度，如果表面溫度超過可容忍水平(其可以遠低于部件的最大溫度額定值)，則部件可能會被減速或關閉。然而，使用另外的溫度傳感器是昂貴的，并且在布置便攜式計算機內部時，需要另外的封裝和設計考慮。在其他情況下，風扇的速度可以被監控以確定流經底板的氣流。然而，風扇速度和氣流之間的相關性可能是不準確的，并且因此可能不會提供關于氣流或底板表面溫度的有用信息。
[0015]圖1示出包括檢測冷卻系統中的氣流阻塞的系統的計算機100。計算機100包括計算機底板102，計算機底板102由將交流電源轉換為計算機100使用的直流電的AC適配器104供電。底板102可以是例如便攜式計算機底板，諸如筆記本計算機、手持式計算機、或個人數字助理(PDA)等。AC適配器聯接至底板102內部的電源106。電源106給計算機100的各種部件供電，這些部件由于它們的功耗而產生熱量。
[0016]溫度傳感器114被安裝為監控系統的溫度。在某些情況下，各部件的溫度可以被監控，而在其他方面，某些部件附近區域的溫度可以被監控。進氣口 130和排氣口 132能夠使流經底板102的氣流有助于調節計算機100的部件的溫度。
[0017]在正常操作負載期間，流經底板102的氣流足以耗散計算機100的部件產生的熱量，并將操作溫度維持在可接受的范圍中。然而，在處理要求很高時，計算機100的部件的溫度可能超過其最佳范圍。聯接至溫度傳感器114的熱管理控制器(例如，控制器120)可以從溫度傳感器114檢測這種溫度的上升，并觸發各種時鐘邏輯部件的時鐘速度的減小，或在某些情況下，使計算機100關閉。
[0018]在流經底板102的氣流被禁止的情況下(例如，由于阻塞進氣口 130和排氣口 132中的一個或兩個)，即使在正常系統操作負載之下，底板102的表面溫度也可能開始上升。如上解釋，表面損壞或用戶不適即使在比計算機100的部件的閾值低很多的溫度下也會發生。結果，當安排在計算機100上的處理要求很低時(例如，在執行諸如互聯網瀏覽或文字處理的具有低處理需求的任務時)，盡管氣流阻塞導致底板102的表面超過期望的溫度水平，但是某些熱管理機制(例如，處理器速度的減小、計算機100的關閉)不會被觸發。
[0019]氣流阻塞可以通過將系統的功耗與溫度傳感器114測量的溫度相比較來檢測。可替代地或另外，計算機100的單個電子部件(例如，CPU)的功耗可以與該電子部件的測量溫度相比較。當在與測量溫度相比較時功耗出奇地低時，可以指示阻塞的氣流。可替代地，在對于系統從電源106汲取的功率水平來說由溫度傳感器114測量的溫度出奇地高時，可以指示阻塞的氣流。如果檢測到阻塞氣流的情況，則控制器120可以使氣流阻塞響應行為121被執行，諸如向用戶報警或關閉計算機100。
[0020]現在轉向圖2，進一步詳細地示出圖1的計算機100，包括檢測冷卻系統中的氣流阻塞的系統。類似于上面解釋的圖1，計算機100包括計算機底板102，計算機底板102由將交流電源轉換為計算機100使用的直流電的AC適配器104供電。AC適配器聯接至底板102內部的電源106。電源106包括電池充電器108、電池109和電池電流計110。電池充電器108可以產生電壓或電流以給電池109充電，并且測量來自AC適配器104的輸入電流。
[0021]電源106為表示計算機100的功耗電子部件的系統負載112供電。計算機100的功耗電子部件包括機械設備(諸如顯示器或硬盤驅動器)和時鐘邏輯半導體器件(諸如CPU、存儲器和視頻控制器)。溫度傳感器114被安裝在系統負載112的各種電子部件的附近或被集成到系統負載112的各種電子部件中，以監控部件的溫度。在某些情況下，多個溫度傳感器114可以被安裝在系統負載112的各種電子部件的附近或被集成到系統負載112的各種電子部件中。
[0022]在計算機100以電池電源操作時，電池109的電壓和汲取的電流由電池電流計110確定，電池電流計110可以包括起電壓計和電流計作用的集成電路。因此，系統負載112汲取的功率可以通過將電池電流計110確定的電壓和電流相乘來確定。當計算機100以交流電源操作時，電池電流計Iio可以測量從電池充電器108輸出的電流，然后電池充電器108輸出的電流乘以已知的電源電壓，以確定系統負載112汲取的功率。
[0023]散熱器150可以通過熱導管140聯接至系統負載112。可替代地，可以采用其他熱聯接技術代替熱導管140。散熱器150可以包括將熱量耗散至周圍空氣的散熱片陣列。系統負載112的熱控制通過熱量穿過熱導管140傳遞至散熱器150然后傳遞至散熱器150周圍的空氣而實現。新鮮空氣通過進氣口 130進入底板102，并且被風扇134吹過散熱器150或吹到散熱器150周圍。接下來，空氣通過排氣口 132離開底板102。
[0024]在正常操作負載期間，基于氣流的熱交換機制足以耗散系統負載112產生的熱量，并將操作溫度維持在可接受的范圍中。然而，在處理要求很高時，系統負載112的溫度可能超過其最佳范圍。聯接至溫度傳感器114的熱管理控制器(例如，控制器120)可以從溫度傳感器114檢測這種溫度的上升，并觸發CPU和其他時鐘邏輯部件的時鐘速度的減小，或在某些情況下，使系統負載112關閉。
[0025]在流經底板102的氣流被禁止的情況下(例如，由于散熱器150的散熱片被灰塵堵塞或者由于進氣口 130和排氣口 132中的一個或兩個的堵塞)，底板102的表面溫度可能開始上升。在正常操作期間，系統負載112和底板102之間的熱梯度很大。例如，部件溫度上升與底板溫度上升相比較的比率可以是5:1。在25°C的外界空氣中具有在100°C下操作的處理器的筆記本計算機中，這將導致底板102的溫度為40°C。這個梯度由底板102的表面暴露至冷空氣且熱量從系統負載112流到散熱器150，然后熱量通過從進氣口 130流到排氣口 132的氣流從底板102驅散而造成。
[0026]然而，在流經底板102的氣流被阻塞時，熱量開始在底板102內部集中，并且底板102的表面和系統負載112之間的溫度梯度減小。對于筆記本計算機，從底板102表面的放射性輻射可能很小，因此，在流經底板102的氣流被阻塞時，底板102表面可以逐步接近系統負載112的溫度。如上解釋，表面損壞或用戶不適即使在比系統負載112的閾值低很多的溫度下也會發生。結果，當安排在系統負載112上的處理要求很低時(例如，在執行諸如互聯網瀏覽或文字處理的具有低處理需求的任務時)，盡管氣流阻塞使得底板102的表面超過期望的溫度水平，但是某些熱管理機理(例如，處理器速度的減小、計算機100的關閉)不會被觸發。控制器120可以實施下面進一步詳細解釋的方法，以檢測氣流阻塞，并且還在檢測到氣流阻塞的情況下執行氣流阻塞響應行為。
[0027]現在轉向圖3a，圖3a示出用于檢測氣流中的阻塞的說明性方法200。氣流阻塞可以通過將系統負載112的功耗與系統負載112的測量溫度相比較來檢測。可替代地或另外，系統負載112的電子部件(例如，CPU)的功耗可以與該電子部件的測量溫度相比較。當在與系統負載112和/或電子部件的溫度相比較時功耗出奇地低時，可以指示阻塞的氣流。如果檢測到阻塞氣流的情況，則可以向用戶報警或可以關閉計算機100。
[0028]方法200開始于熱管理控制器(例如，控制器120)接收系統負載112的溫度指示(塊202)。系統負載112的溫度可以由例如溫度傳感器114測量。方法200以熱管理控制器120接收系統負載112的功耗指示而繼續。在某些情況下，電源106測量系統負載112的功耗，并將功耗的指示發送給熱管理控制器120。可替代地或另外，電源106可以通過測量系統負載112本身的活動率來估計系統負載112的功耗。例如，一些CPU可以測量CPU活動率和溫度，并估計集成電路的功耗。作為另一個示例，諸如顯示器的某些設備可以測量顯示器的亮度，并基于其亮度使用查找表來預測顯示器的功耗。
[0029]方法200通過將檢測的功耗與基于測量的溫度所預測的功耗閾值相比較而繼續(塊206)。查找表中的值可以用實驗方法確定，并被載入熱管理控制器120。例如，較高的測量溫度將使預測的功耗閾值較高，然而較低的測量溫度將使預測的功耗閾值較低。如果測量的功耗處于針對測量溫度的預測的閾值處或在其之上，則計算機100在最佳范圍中操作，并且流經底板102的氣流沒有問題。然而，如果所測量的功耗低于針對測量溫度的預測的閾值，則氣流阻塞是可能的，因為針對給定溫度的低功耗暗示熱量沒有從底板102有效驅散。
[0030]如果流經底板102的氣流沒有問題，則熱管理控制器120繼續接收系統負載112的溫度指示(塊202)和功耗指示(塊204)。然而，如果氣流阻塞是可能的，則方法200以熱管理控制器120執行氣流阻塞響應行為(塊208)而繼續。在一些示例中，氣流阻塞響應行為可以采用向用戶報警的形式。用戶報警的示例包括彈出式消息、聲音警報、郵件等。可替代地或另外地，氣流阻塞響應行為可以包括使系統關閉(例如斷電或轉換至較低功率狀態)或在系統日志中記錄事件。然而，可能不必關閉系統或者減小時鐘邏輯部件的速度，因此至少在某些情況下，這些行為不被執行。解釋為實現上面方法的熱管理控制器可以被實現為與電子設備112聯接的嵌入式系統，實現為在計算機或其他類似設備的CPU上執行的一組機器可讀指令。
[0031]圖3b示出用于檢測氣流中的阻塞的替代方法250。方法250類似于圖3a中的方法200 ;然而，在塊256中，將測量溫度與基于測量功耗的預測的溫度閾值相比較。在某些情況下，可以訪問查找表以針對許多不同的被測量系統負載112或電子部件的功耗水平提供預測的溫度閾值。查找表中的值可以用試驗方法確定，并載入熱管理控制器120。例如，較高的測量功耗將導致預測的溫度閾值較高，然而較低的測量功耗將導致預測的溫度閾值較低。如果測量溫度小于針對測量功耗的預測閾值，則計算機100在最佳范圍中操作，并且流經底板102的氣流沒有問題。然而，如果測量溫度高于針對測量功耗的預測閾值，則氣流阻塞是可能的，因為針對給定功耗的高溫暗示熱量沒有從底板102有效驅散。
[0032]如果流經底板102的氣流沒有問題，則熱管理控制器120繼續接收系統負載112的溫度指示(塊252)和功耗指示(塊254)。然而，如果氣流阻塞是可能的，則方法200以熱管理控制器120執行氣流阻塞響應行為(塊258)而繼續。在一些示例中，氣流阻塞響應行為可以采用向用戶報警的形式。用戶報警的示例包括彈出式消息、聲音警報、郵件等。可替代地或另外地，氣流阻塞響應行為可以包括使系統關閉或在系統日志中記錄事件。解釋為實現上面方法的熱管理控制器可以被實施為與電子設備112聯接的嵌入式系統，實現為在計算機或其他類似設備的CPU上執行的一組機器可讀指令(例如，系統BIOS)。在某些情況下，高級配置和電源接口(ACPI)規范可以被用于促進各種功率管理功能，諸如確定各種硬件元件的功耗或功率狀態。
[0033]圖3c示出類似于圖3a所示方法的方法280。例如，塊282、284、286和288分別對應于塊202、204、206和208。然而，方法280還包括訪問查找表以提供針對指示溫度的預測功耗閾值(塊205)。查找表可以將不同的功耗閾值與許多不同的被測量系統負載112或電子部件的溫度相關聯。然后，將指示的功耗與確定的功耗閾值相比較(塊286)，并且方法280按照圖3a繼續。
[0034]在圖3a和3b的方法200和250中，參考監控系統負載(諸如圖1的系統負載112)的溫度和功耗。然而，熱管理控制器可以類似地測量單個電子部件或電子部件組的溫度和功耗。另外地，在某些情況下，熱管理控制器可以測量單個電子部件或電子部件組附近的環境的溫度和該部件或部件組的功耗。本公開內容的范圍致力于覆蓋所有這樣的示例，具體是測量功耗低于針對測量溫度的功耗閾值的情況，或者測量溫度高于針對測量功耗的溫度閾值的情況，兩種情況都可能指示氣流阻塞。如上解釋，查找表可以包含針對許多測量溫度的、可以實驗方法確定的功耗閾值。可替代地，查找表可以包含針對許多測量功耗水平的、可以實驗方法確定的溫度閾值。
[0035]圖4示出根據不同示例的熱管理控制器300的示例。熱管理控制器300包括聯接至機器可讀存儲設備304的硬件處理器302 (例如，計算機100的CPU、控制器120的獨立處理器)。熱管理控制器300可以采用連接至系統負載112的控制器的形式，諸如圖1示出的控制器120，或者可以被集成到系統負載112本身中。硬件處理器302被聯接至溫度傳感器308，溫度傳感器308可以監控系統負載112的溫度或系統負載112的諸如電子部件310的各種電子部件的溫度。硬件處理器302被聯接至并可以訪問查找表303，查找表303可以例如存儲在系統存儲器、非易失性存儲器等中。查找表303類似于上面結合圖3a和3b所描述的那些。在某些情況下，風扇(例如風扇134)的速度可以被包括在查找表303中。例如，在任何風扇速度下可以執行功耗和溫度之間的相關性，因為熱性能依賴于，至少部分依賴于風扇速度。
[0036]機器可讀存儲設備304可以包括硬盤驅動器、光盤、軟盤、基于閃存的存儲器或其他永久存儲設備。機器可讀存儲設備304包括機器可讀指令306，當機器可讀指令306被硬件處理器302執行時，使得硬件處理器302實現圖3a的方法200和/或圖3b的方法250中的一些或全部。
[0037]上面的討論是要說明本發明的原理和各種示例。一旦上面的公開內容被全面理解，許多的變形修改對于本領域技術人員來說是顯而易見的。例如，盡管熱管理控制器被描述為嵌入式系統或在CPU上執行的指令，但是可以替代地采用提供公開的熱管理控制器機能的許多其他處理方案。作為另一個示例，盡管經常提及筆記本計算機，但是圖1和2中示出的計算機底板可以是任意數目的計算設備，諸如臺式機、服務器、PDA、平板電腦等。另外地，以下權利要求旨在被解釋為包含所有這樣的變形和修改。
【權利要求】
1.一種系統包括: 底板； 所述底板中的通風口，用于交換所述底板外部的空氣與所述底板內部的空氣； 所述底板內部的溫度傳感器； 向所述系統供電的電源；以及 聯接至所述溫度傳感器的控制器，用于在所述控制器確定來自所述溫度傳感器的溫度高于針對所述系統從所述電源汲取的功率水平的閾值溫度的情況下，執行氣流阻塞響應行為。
2.根據權利要求1所述的系統，其中所述控制器訪問查找表，以確定來自所述溫度傳感器的溫度是否高于針對所述系統汲取的功率水平的預測溫度閾值。
3.根據權利要求1所述的系統，其中所述氣流阻塞響應行為包括用戶警報。
4.根據權利要求1所述的系統，其中所述氣流阻塞響應行為包括系統關閉。
5.根據權利要求1所述的系統，其中所述氣流阻塞響應行為包括日志事件。
6.一種熱管理方法，包括: 從溫度傳感器接收系統負載的溫度的指示； 接收所述系統負載的功耗的指示； 確定所述功耗是否低于針對所指示的溫度的預測功耗閾值；以及 基于所述功耗低于所述預測功耗閾值，執行氣流阻塞響應行為。
7.根據權利要求6所述的方法，其中確定進一步包括:訪問查找表以確定所述功耗是否低于針對所指示的溫度的預測功耗閾值。
8.根據權利要求6所述的系統，其中所述氣流阻塞響應行為包括產生針對用戶的警報。
9.根據權利要求6所述的方法，其中所述氣流阻塞響應行為包括關閉所述系統負載。
10.根據權利要求6所述的系統，其中所述氣流阻塞響應行為包括在系統日志中記錄事件。
11.一種包含機器可讀指令的機器可讀存儲設備，所述機器可讀指令在被硬件處理器執行時，使硬件處理器: 從所述溫度傳感器接收電子部件的溫度的指示； 接收所述電子部件的功耗的指示； 基于所述溫度和功耗的指示，確定氣流阻塞情況；并且 基于所述氣流阻塞情況的存在，執行氣流阻塞響應行為。
12.根據權利要求11所述的機器可讀存儲設備，其中所述處理器訪問查找表，以基于所述溫度和功耗的指示確定是否存在所述氣流阻塞情況。
13.根據權利要求11所述的機器可讀存儲設備，其中所述氣流阻塞響應行為包括用戶警報。
14.根據權利要求11所述的機器可讀存儲設備，其中所述氣流阻塞響應行為包括系統關閉。
15.根據權利要求11所述的機器可讀存儲設備，其中所述氣流阻塞響應行為包括日志事件。
【文檔編號】G06F1/20GK103890691SQ201180074421
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2011年10月31日 優先權日:2011年10月31日
【發明者】利·W·阿特金森 申請人:惠普發展公司，有限責任合伙企業