用于冷卻電信設備的方法和裝置制造方法

用于冷卻電信設備的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明一般涉及電子設備和系統(tǒng)的熱管理。更具體地說，本發(fā)明涉及電信設備中的散熱。用于冷卻電信設備的方法，其中，冷卻能力由自然冷卻能力和可調(diào)節(jié)的強制冷卻能力提供，該方法包括：估計電信設備的熱狀態(tài)；以及如果冷卻能力不匹配熱狀態(tài)，則對強制冷卻能力作出調(diào)節(jié)。
【專利說明】用于冷卻電信設備的方法和裝置

【技術領域】
[0001]本發(fā)明一般涉及電子設備和系統(tǒng)的熱管理。更具體地說，本發(fā)明涉及電信設備中的散熱。

【背景技術】
[0002]電子設備和電路產(chǎn)生的熱量必須被散去以提高可靠性并且預防過早故障。遠程無線電單元(RRU)、數(shù)字單元(DU)和微波通信設備是需要散熱以降低它們的溫度的電信設備的例子。作為無線電基站(RBS)產(chǎn)品族中的一個重要的成員，RRU被廣泛運用。但是，具有高覆蓋的RRU產(chǎn)生大量熱量，將由于高溫而減少其可靠性。
[0003]用于散熱的技術包括自然冷卻和強制冷卻。自然冷卻不需要額外的設備或能量輸入。它以低氣流速率、龐大的散熱器、節(jié)能以及無噪聲環(huán)境為特征。通常，散熱器由以下組成:確保與要冷卻的組件良好的熱接觸的具有一個或多個平面的金屬板，以及增加與空氣的接觸面的梳狀或鰭狀突起的陣列。金屬的高導熱性結合其大表面面積導致熱能向環(huán)境的快速傳遞。
[0004]RRU通常被安裝在天線附近，并且因此為了容易安裝，它應被設計成盡可能緊湊和輕巧。但是，散熱器在體積和重量方面對RRU強加嚴格的限制，并且在這個意義上，自然冷卻不令人滿意。
[0005]散熱器有時結合風扇使用以增加散熱器上方的氣流的速率，并且通過比對流更快地替換加熱的空氣來保持更大的溫度梯度。結果，緊湊的散熱器是可用的。這被稱作強制冷卻途徑。但是，它以高能耗和高聲噪聲級為特征。對于具有強制冷卻機制的一些基站，它們的聲功率級能夠達到對健康有害的79dBA。常常，RRU不可避免地安裝在住宅區(qū)附近，在那里，它們的噪聲級應被嚴格地控制。在這種情況下，這些RRU不得不裝備有龐大的散熱器。至于強制冷卻，另一個問題牽扯對于RRU是嚴重威脅的風扇故障。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于上面，本發(fā)明的目標之一是要提供能夠滿足如上所述的問題中的至少一個的解決方案。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，用于冷卻電信設備的方法，其中，冷卻能力由自然冷卻能力和可調(diào)節(jié)的強制冷卻能力提供，該方法包括:
-估計電信設備的熱狀態(tài)；以及
-如果冷卻能力不匹配熱狀態(tài)，則對強制冷卻能力作出調(diào)節(jié)。
[0008]在上面提及的方法中，自然冷卻功能和強制冷卻功能能夠基于熱狀態(tài)或者同時地或者分開地實現(xiàn)。這使散熱器和氣流生成器適應各種應用變?yōu)榭赡堋?br> [0009]在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，其中，熱狀態(tài)由電信設備內(nèi)部或外部測量的溫度表示，并且如果溫度超過第一閾值，則冷卻能力被認為不匹配熱狀態(tài)，電信設備在第一閾值之上不被允許運行或應降低其負載。
[0010]在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，其中，熱狀態(tài)由電信設備內(nèi)部或外部測量的溫度表示，并且如果溫度低于第二閾值并且強制冷卻能力在運行中，則冷卻能力被認為不匹配熱狀態(tài)，第二閾值不大于第一閾值。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，用于冷卻電信設備的裝置，其中，冷卻能力由自然冷卻能力和可調(diào)節(jié)的強制冷卻能力提供，裝置包含:
-至少一個傳感器，配置成檢測電信設備的熱狀態(tài)；
-自然冷卻單元，適合集成或安裝在電信設備上并且提供自然冷卻能力；
-強制冷卻單元，適合安裝在電信設備上并且提供強制冷卻能力；以及-控制器，可通信地耦合到至少一個傳感器和強制冷卻單元，并且配置成如果冷卻能力不匹配熱狀態(tài)，則調(diào)節(jié)強制冷卻能力。
[0012]在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，其中，自然冷卻單元包含具有在散熱器表面上平行布置的多個鰭狀物的散熱器，并且強制冷卻單元包含用于沿著散熱器的表面產(chǎn)生空氣流動的至少一個氣流生成器。
[0013]在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，其中，強制冷卻單元還配置成以不同的等級提供強制冷卻能力，并且控制器還配置成基于熱狀態(tài)激活強制冷卻單元以不同的等級運行。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，電信設備包含:
-用于執(zhí)行電信功能的單元；以及
-與該單元安裝或集成在一起的如權利要求9-15中的任一項所述的裝置。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]從如附圖中所示優(yōu)選實施例的以下更具體的描述，本發(fā)明的前述以及其它的目標、特征和優(yōu)點將是明顯的，在附圖中:
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明用于冷卻電信設備的裝置的一個示范性實施例的框圖。
[0016]圖2是示出如圖1中所示的裝置中使用的自然冷卻單元和強制冷卻單元的組合的一個例子的示圖。
[0017]圖3是示出如圖1中所示的裝置中使用的自然冷卻單元和強制冷卻單元的組合的另一個例子的示圖。
[0018]圖4是示出在如圖1中所示的裝置中熱通量流動的示圖。
[0019]圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個示范性實施例的用于冷卻電信設備的方法的過程流程圖。

【具體實施方式】
[0020]雖然本發(fā)明涵蓋各種修改和備選構造，但是本發(fā)明的實施例在附圖中示出并且將在下文被詳細描述。但是，應理解，具體描述和附圖并非意在將本發(fā)明限制于所公開的具體形式。相反，意圖是，所要求保護的發(fā)明的范圍包括落在如所附權利要求中所表達的發(fā)明范圍內(nèi)的其所有修改和備選構造。
[0021]除非在本描述的上下文中定義，否則，本文所使用的所有科技術語具有與本發(fā)明所屬領域中的普通技術人員一般理解的意思相同的意思。
[0022]為了說明的目的，在RRU的上下文中描述下面的實施例。但是，本領域的技術人員將認識到，本發(fā)明可應用到任意電信設備，諸如數(shù)字單元(DU)和微波通信設備。
[0023]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明用于冷卻電信設備的裝置的一個示范性實施例的框圖。
[0024]參考圖1，根據(jù)本實施例的裝置10包含傳感器110、自然冷卻單元120、強制冷卻單元130、以及可通信地耦合到傳感器110和強制冷卻單元130的控制器140。
[0025]在本實施例中，取決于電信設備處于什么熱狀態(tài)，電信設備中產(chǎn)生的熱量由自然冷卻單元120單獨或由自然冷卻單元120和強制冷卻單元130這兩者來散去。不管熱狀態(tài)如何，自然冷卻單元120都良好運行。這意味著如果強制冷卻單元130發(fā)生故障，則基本冷卻能力總是被確保并且因此預防電信設備遭遇嚴重后果。當電信設備處于高熱狀態(tài)，即在臨界水平之上時，基本冷卻能力不足以散熱，并且因此控制器140將激活強制冷卻單元130以提供額外冷卻能力。
[0026]另一方面，如果電信設備處于遠低于臨界水平的低熱狀態(tài)并且強制冷卻單元130在運行中，優(yōu)選的是，停用或減少強制冷卻能力以降低功耗、減少噪聲級并且延長其預期壽命。
[0027]優(yōu)選地，臨界水平與一個點關聯(lián)，在該點之上電信設備不被允許運行或者應降低其負載，否則其壽命時間將會被顯著縮短。在本實施例中，熱狀態(tài)由在電信設備內(nèi)部和/或外部測量或獲得的溫度來表征。這個溫度由傳感器110測量或獲得，然后與臨界溫度比較。一般地，用于高熱狀態(tài)的臨界溫度依賴于裝置被運用到什么應用。例如，它能夠被設為一個點，在該點之上電信設備不被允許運行或應降低其負載。此外，臨界溫度的設置能夠針對在保持熱狀態(tài)在安全范圍內(nèi)的同時盡可能少地激活強制冷卻單元。溫度的例子包括但不限于半導體芯片內(nèi)部的結溫度或一個組件引腳處的溫度。
[0028]另外，低熱狀態(tài)也能夠由溫度來表征。例如，可考慮規(guī)定用于低熱狀態(tài)的閾值，其等于或低于臨界溫度。如果溫度在閾值之下并且強制冷卻單元130在運行中，則控制器130停用或減少強制冷卻能力。
[0029]在本實施例中，傳感器110被安裝在RRU內(nèi)部或外部，并且經(jīng)由無線或有線連接耦合到控制器140。傳感器110配置成定期地或者響應于來自控制器140的查詢將所測量的溫度傳送到控制器140。
[0030]備選地，在不同的位置測量的一組溫度能夠被組合以更準確地表示熱狀態(tài)。在這種情況下，多個傳感器被安裝在RRU內(nèi)部和/或外部，并且經(jīng)由無線或有線連接耦合到控制器 140。
[0031]圖3是示出如圖1中所示的用于冷卻電信設備的裝置中使用的自然冷卻單元和強制冷卻單元的組合的一個例子的示圖。
[0032]通常，自然冷卻單元120由金屬板和多個鰭狀物組成。但是，參考圖2，這個例子中的自然冷卻單元120是僅由在RRU 20的表面上平行布置的多個鰭狀物1201組成的散熱器的形式。沒有金屬板導致更緊湊的結構。但是，應指出，自然冷卻單元120，例如鰭狀物1201，可以與RRU 20集成或者是RRU 20中的部分。在本實施例中，鰭狀物1201由諸如鋁、銅以及它們的合金之類的金屬制造。
[0033]不管RRU的熱狀態(tài)如何，自然冷卻單元120始終都良好運行以提供基本冷卻能力。當RRU 20的熱狀態(tài)在預定水平之上時，例如，由傳感器110測量的溫度超過臨界溫度時，控制器140將激活強制冷卻單元130或者命令其增加其輸出功率。
[0034]在本實施例中，如圖2所示，強制冷卻單元130以安裝在RRU 20頂部上并且充當一個或多個氣流生成器的風扇陣列的形式實現(xiàn)。具體地說，在運行中，吸力由風扇陣列生成以沿著具有鰭狀物1201的RRU 20的表面制造氣流，從RRU 20帶走熱量的一部分。因此，除了鰭狀物1201的基本冷卻能力以外，還供給了額外的能力。
[0035]圖3是示出如圖1中所示的用于冷卻電信設備的裝置中使用的自然冷卻單元和強制冷卻單元的組合的另一個例子的示圖。
[0036]在這個例子中，自然冷卻單元120也由在RRU 20的表面上平行布置的多個鰭狀物1201組成，并且提供基本冷卻能力。此外，當RRU 20的熱狀態(tài)在預定水平之上時，控制器140將激活強制冷卻單元130或者命令其增加其輸出功率。
[0037]但是，在這個例子中，如圖3中所示，強制冷卻單元130以安裝在RRU 20底部的人造噴氣致動器陣列的形式實現(xiàn)，并且被視為一組氣流生成器。在運行中，致動器陣列生成由跨開口交替短暫地噴出和吸入空氣形成的持續(xù)的渦流，使得凈質(zhì)量通量為零。隨著持續(xù)的流沿著RRU 20的表面快速地通過，來自RRU 20的熱量的一部分被帶走，并且因此供給了額外的能力。人造噴氣致動器的各種例子是本領域公知的，包括在題為“Light FlextureWith Multiple LEDs And Synthetic Jet Thermal Management System” 的美國申請N0.12/288144(John Stanley Booth等)中公開的一種,將其通過引用結合到本文中。
[0038]在如圖2和3中所示的例子中，強制冷卻單元130包含多個氣流生成器。因此，通過打開或關閉氣流生成器中的一些，強制冷卻單元130能夠以多個等級提供額外的冷卻能力。此外，氣流生成器中的一個或多個可以被保留用于備份，以便提高可靠性。但是，上面的多等級方案能夠由具有帶可調(diào)輸出功率的一個氣流生成器的強制冷卻單元130來執(zhí)行。
[0039]在本實施例中，鰭狀物1201被設計為在自然冷卻能力和強制冷卻能力之間進行折衷。例如，鰭狀物1201的優(yōu)化的幾何形狀在自然冷卻性能和強制冷卻性能之間進行權衡。結果，自然冷卻性能和強制冷卻性能都沒有達到其最好點，但是總的冷卻性能是最佳的。在另一個例子中，優(yōu)化可針對使基本自然冷卻能力盡可能地大。在優(yōu)化中可以考慮多種因素，包括但不限于臨界溫度、自然冷卻單元的重量的上限、自然冷卻單元的幾何形狀上的限制、如所要求的最小基本冷卻能力、如所允許的最大噪聲級等等。至于電信設備，優(yōu)選地，鰭狀物1201被優(yōu)化成具有5mm到15mm的間距以及0.8mm到3mm的平均厚度。
[0040]圖4是示出如圖1所示的裝置中熱通量流動的示圖。
[0041]參考圖4，自然冷卻單元120和強制冷卻單元130提供用于來自RRU 20的熱通量的兩種路徑，即，自然路徑和強制冷卻路徑。傳感器I1將所測量的溫度傳送到控制器140，控制器140將測量結果與臨界溫度比較。當RRU 20在正常熱狀態(tài)中運行時，例如，所測量的溫度不大于臨界溫度時，熱通量僅經(jīng)由自然冷卻路徑流動到環(huán)境中。另一方面，強制冷卻路徑由控制器140打開或關閉。如果控制器140確定熱狀態(tài)在臨界溫度之上，則它打開強制冷卻路徑，并且因此熱通量的一部分沿著這條路徑流動。
[0042]如上所述，強制冷卻單元130可以包含多個氣流生成器。因此，強制冷卻路徑可以由在RRU 20和環(huán)境之間平行連接的兩個或更多分支組成，并且每個分支可以包含一個或多個氣流生成器。通過這樣的結構，控制器140可以有選擇地打開或關閉分支中的一個或多個，以便提供多等級的強制冷卻能力。
[0043]在上面的實施例中，裝置10被描述為與電信設備有關的單獨實體。但是，本發(fā)明不應局限于這樣的架構。實際上，裝置10可以被認為是電信設備的一部分。
[0044]圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個示范性實施例的用于冷卻電信設備的方法的過程流程圖。為了說明的目的，本實施例在如圖1-4中所示的裝置的上下文中描述。但是，本領域的技術人員會認識到，本實施例可應用到包含自然冷卻單元和強制冷卻單元的任意其它裝置。
[0045]參考圖5，在步驟S510，控制器140確定它是否從傳感器110接收到指示RRU 20的熱狀態(tài)的消息，例如，在RRU 20內(nèi)部或外部測量的溫度。傳感器110可以定期地或者響應于來自控制器140的查詢來傳送消息。如果接收到消息，過程進入要詳細描述的步驟S520 ；否則，控制器140繼續(xù)等待消息。
[0046]然后，在步驟S520，控制器140確定當前冷卻能力對于RRU 20的熱狀態(tài)是否足夠。在本實施例中，這通過將所測量的溫度與第一閾值、即臨界溫度比較來完成。如果所測量的溫度不大于第一閾值，則過程進入用于保持或減少當前冷卻能力的步驟S530;否則，過程進入增加當前冷卻能力或者警告冷卻能力不能夠匹配熱狀態(tài)的步驟S540。
[0047]參考圖5，在步驟S530，控制器140還確定是否所測量的溫度低于第二閾值并且強制冷卻單元130在運行中。第二閾值設為等于或低于第一閾值。如果它為真，過程進入用于停用強制冷卻單元130或關閉氣流生成器中的一個或多個的步驟S550，然后返回到步驟S510 ;否則，過程直接返回到步驟S510。
[0048]對于另一個分支，在步驟S540，控制器140還確定強制冷卻單元130是否以其峰值負荷運行。如果它為真，過程進入警告RRU 20沒有更多冷卻能力可用的步驟S560;否則，過程進入用于激活強制冷卻單元130或打開更多氣流生成器的步驟S570。在步驟S560和S570之后，過程返回到步驟S510。
[0049]應當指出，前述實施例是說明本發(fā)明，而不是限制本發(fā)明，替代實施例可以在不偏離所附權利要求的范圍的前提下由本領域的技術人員設計。諸如“包括了”、“包括”、“包含了”和“包含”之類的用語不排除存在的、但沒有在本說明書和權利要求中列出的元件或步驟。還應指出，如本文和所附權利要求中所使用的，單數(shù)形式“一”、“一個”和“該”包括復數(shù)個所指對象，除非上下文以其它方式明確規(guī)定。能夠通過包括若干個不同元件的硬件或通過適當編程的計算機來實現(xiàn)本發(fā)明。在列出若干個部件的單元權利要求中，這些部件中的若干個能夠在同樣的硬件項目中被具體實施。如第一、第二、第三之類的詞語的使用不表示任何次序，其能夠簡單解釋為名稱。
【權利要求】
1.一種用于冷卻電信設備的方法，其中，冷卻能力由自然冷卻能力和可調(diào)節(jié)的強制冷卻能力提供，所述方法包括: -估計所述電信設備的熱狀態(tài)；以及 -如果所述冷卻能力不匹配所述熱狀態(tài)，則對所述強制冷卻能力作出調(diào)節(jié)。
2.如權利要求1所述的方法，其中，所述熱狀態(tài)由所述電信設備內(nèi)部或外部測量的溫度表示，并且如果所述溫度超過第一閾值，則所述冷卻能力被認為不匹配所述熱狀態(tài)，所述電信設備在所述第一閾值之上不被允許運行或應降低其負載。
3.如權利要求2所述的方法，其中，如果所述冷卻能力被認為不匹配所述熱狀態(tài)，則通過激活或增加所述強制冷卻能力來作出所述調(diào)節(jié)。
4.如權利要求3所述的方法，其中，所述熱狀態(tài)由所述電信設備內(nèi)部或外部測量的溫度表示，并且如果所述溫度低于第二閾值并且所述強制冷卻能力在運行中，則所述冷卻能力被認為不匹配所述熱狀態(tài)，所述第二閾值不大于所述第一閾值。
5.如權利要求4所述的方法，其中，如果所述冷卻能力被認為不匹配所述熱狀態(tài)，通過停用或減少所述強制冷卻能力來作出所述調(diào)節(jié)。
6.如權利要求1-5中的任一項所述的方法，其中，所述自然冷卻能力由集成或安裝在所述電信設備上的散熱器以及在所述散熱器的表面上平行布置的多個鰭狀物提供，并且所述強制冷卻能力通過沿著所述散熱器的表面產(chǎn)生空氣流動來提供并且配置成具有不同的等級。
7.一種用于冷卻電信設備的裝置，其中，冷卻能力由自然冷卻能力和可調(diào)節(jié)的強制冷卻能力提供，所述裝置包含: -至少一個傳感器，所述至少一個傳感器配置成檢測所述電信設備的熱狀態(tài)； -自然冷卻單元，所述自然冷卻單元適合集成或安裝在所述電信設備上，并且提供所述自然冷卻能力； -強制冷卻單元，所述強制冷卻單元適合安裝在所述電信設備上，并且提供所述強制冷卻能力；以及 -控制器，所述控制器可通信地耦合到所述至少一個傳感器和所述強制冷卻單元，并且配置成如果冷卻能力不匹配所述熱狀態(tài)，則調(diào)節(jié)所述強制冷卻能力。
8.如權利要求7所述的裝置，其中，所述熱狀態(tài)由所述電信設備內(nèi)部或外部測量的溫度表示，并且如果所述溫度超過第一閾值，則所述冷卻能力被認為不匹配所述熱狀態(tài)，所述電信設備在所述第一閾值之上不被允許運行或應降低其負載。
9.如權利要求8所述的裝置，其中，如果所述冷卻能力被認為不匹配所述熱狀態(tài)，所述控制器激活或增加所述強制冷卻能力。
10.如權利要求7所述的裝置，其中，所述熱狀態(tài)由所述電信設備內(nèi)部或外部測量的溫度表示，并且如果所述溫度低于第二閾值并且所述強制冷卻能力在運行中，則所述冷卻能力被認為不匹配所述熱狀態(tài)。
11.如權利要求10所述的裝置，其中，如果所述冷卻能力被認為不匹配所述熱狀態(tài)，則所述控制器停用或減少所述強制冷卻能力。
12.如權利要求9-11中的任一項所述的裝置，其中，所述自然冷卻單元包含散熱器，所述散熱器具有在其表面上平行布置的多個鰭狀物，并且所述強制冷卻單元包含用于沿著所述散熱器的表面產(chǎn)生空氣流動的至少一個氣流生成器。
13.如權利要求12所述的裝置，其中，所述強制冷卻單元還配置成以不同的等級提供所述強制冷卻能力，并且所述控制器還配置成基于所述熱狀態(tài)激活所述強制冷卻單元以不同的等級運行。
14.如權利要求13所述的裝置，其中，所述鰭狀物配置成在所述自然冷卻能力和所述強制冷卻能力之間進行折衷。
15.如權利要求14所述的裝置，其中，所述鰭狀物具有5mm-15mm的間距以及0.8mm和3mm的平均厚度。
16.—種電信設備,包含: -用于執(zhí)行電信功能的單元；以及 -與所述單元安裝或集成在一起的如權利要求9-15中的任一項所述的裝置。
17.如權利要求16所述的電信設備，其中，所述電信設備是遠程無線電單元(RRU)、數(shù)字單元(DU)、基站(BS)和微波通信設備之一。
【文檔編號】H05K7/20GK104365187SQ201280072917
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2012年5月3日 優(yōu)先權日:2012年5月3日
【發(fā)明者】張揚 申請人:愛立信(中國)通信有限公司