專利名稱：多級低噪聲集成物體和系統(tǒng)冷卻解決方案的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施方案涉及熱力學(xué)和聲學(xué)領(lǐng)域，并且更具體地，涉及用于冷卻高散熱(highthermal dissipating)物體和系統(tǒng)的低噪聲冷卻系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著CPU(中央處理單元)性能閾值的提高，有效的熱解決方案的開發(fā)和管理變得愈加重要。熱管理的目的是要確保系統(tǒng)中每個(gè)元件的溫度被保持在規(guī)定的功能極限內(nèi)。功能溫度極限是預(yù)期電路在其中可以滿足其規(guī)定的性能要求的范圍。在功能極限之外運(yùn)行會(huì)使系統(tǒng)性能退化，并導(dǎo)致可靠性問題。
此外，還應(yīng)該將外殼溫度保持在規(guī)定范圍內(nèi)。外殼溫度是封裝在其最熱點(diǎn)(一般在芯片的地理中心(geographical center))的表面溫度。溫度在一段持續(xù)時(shí)間上超過外殼溫度極限會(huì)造成物理破壞，或者可以導(dǎo)致在操作特性上的不可逆轉(zhuǎn)的變化。
從聲學(xué)的觀點(diǎn)來看，存在將PC(個(gè)人計(jì)算機(jī))移入安靜家庭環(huán)境的迫切需求，這在生活條件緊張的地區(qū)(例如，中國和日本)尤其重要。當(dāng)加工方法得到改進(jìn)以減少管芯的面積并且提高熱流量時(shí)，存在對更高性能的空氣冷卻散熱器的相應(yīng)需求。然而，解決方案的趨勢是提高風(fēng)扇的效率、風(fēng)扇的RPM(每分鐘轉(zhuǎn)數(shù))、散熱器表面積和/或通過散熱器的氣流流量，所有這些趨勢導(dǎo)致來自風(fēng)扇的聲噪聲增大。
為了解決熱問題，可以使用散熱器和風(fēng)扇的組合來冷卻CPU和系統(tǒng)。通過使用脈寬調(diào)制風(fēng)扇速度控制，現(xiàn)今被用來冷卻CPU和系統(tǒng)的風(fēng)扇只能減慢到其標(biāo)稱(nominal)全速的約1/3。某些風(fēng)扇只能被減慢到1/2速度。不幸的是，全速下的標(biāo)稱噪聲是如此的高，以致于即使當(dāng)速度被降到全速的1/2或1/3時(shí)，所引起的聲噪聲對于安靜的環(huán)境來講還是太高。目前的熱解決方案使用單個(gè)風(fēng)扇，該風(fēng)扇將高速空氣直接沖擊CPU散熱器上。然而，這種集中冷卻導(dǎo)致高的聲噪聲。
高性能處理器散逸如此大的能量，使得它們必須附加地通過使用擴(kuò)展的表面(例如，散熱器)來散熱，以保持它們的可靠性。然而，即使散熱器的使用也沒有減輕對風(fēng)扇使用的需要，并且因此無助于解決與風(fēng)扇使用相關(guān)聯(lián)的聲音問題。


本發(fā)明的實(shí)施方案在附圖中是以實(shí)施例的方式來說明的，而不是以限制的方式來進(jìn)行的，并且在附圖中，同樣的標(biāo)號(hào)表示相似的要素(element)，其中圖1為示出包括至少一個(gè)風(fēng)扇和散熱器的現(xiàn)有技術(shù)沖擊主動(dòng)(active)散熱器冷卻系統(tǒng)的框圖。
圖2為示出包括至少一個(gè)風(fēng)扇和散熱器的現(xiàn)有技術(shù)被動(dòng)(passive)散熱器冷卻系統(tǒng)的框圖。
圖3為示出根據(jù)本發(fā)明一般實(shí)施方案的系統(tǒng)的黑箱(black box)圖。
圖4為示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案的系統(tǒng)的第一投影圖。
圖5為圖4的系統(tǒng)的第二投影圖。
圖6為圖4的系統(tǒng)的第三投影圖。
圖7為示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方案的系統(tǒng)的第一投影圖。
圖8為圖7的系統(tǒng)的第二投影圖。
圖9為圖7的系統(tǒng)的第三投影圖。
圖10為示出根據(jù)本發(fā)明一般實(shí)施方案的方法的流程圖。
圖11為示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明實(shí)施方案的一個(gè)方面是具有多級冷卻(multi-stage cooling)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括與散熱器接觸的高散熱物體(object)，所述散熱器具有最接近所述物體的第一部分，以及作為第一部分的延伸并且離所述物體最遠(yuǎn)的第二部分；將氣流導(dǎo)向散熱器第一部分的第一風(fēng)扇，將氣流導(dǎo)向散熱器第二部分的第二風(fēng)扇；測量所述高散熱物體溫度的第一傳感器；測量所述系統(tǒng)空氣溫度的第二傳感器；以及儲(chǔ)存計(jì)算機(jī)程序的存儲(chǔ)器，所述計(jì)算機(jī)程序檢測第一和第二風(fēng)扇運(yùn)行的條件，并且所述計(jì)算機(jī)程序使得第一和第二風(fēng)扇根據(jù)環(huán)境條件來運(yùn)行。
本發(fā)明實(shí)施方案的又一方面是用于冷卻高散熱物體的多級方法。所述方法包括在第一級期間，使第一風(fēng)扇和第二風(fēng)扇中的至少一個(gè)在第一速度下運(yùn)行；以及在中間級期間，使第一和第二風(fēng)扇中的至少一個(gè)降低速度。
本發(fā)明的實(shí)施方案包括下面將描述的各種操作。與本發(fā)明實(shí)施方案相關(guān)聯(lián)的操作可以通過硬件元件來執(zhí)行，或者可以被包含在機(jī)器可執(zhí)行指令中，所述機(jī)器可執(zhí)行指令可以被用來使得以所述指令編程的通用或者專用處理器或邏輯電路來執(zhí)行所述操作?？商鎿Q地，所述操作可以通過硬件和軟件的組合來執(zhí)行。
本發(fā)明的實(shí)施方案可以被提供為計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品可以包括儲(chǔ)存有指令的機(jī)器可讀介質(zhì)，所述指令可以被用來對計(jì)算機(jī)(或者其他電子設(shè)備)進(jìn)行編程，以執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法。機(jī)器可讀介質(zhì)可以包括，但不限于，軟盤、光盤、CD-ROM(致密盤只讀存儲(chǔ)器)，以及磁光盤、ROM(只讀存儲(chǔ)器)、RAM(隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器)、EPROM(可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器)、EEPROM(電磁可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器)、磁卡或光卡、閃存或者適合于儲(chǔ)存電子指令的其他類型的介質(zhì)/機(jī)器可讀介質(zhì)。
此外，本發(fā)明的實(shí)施方案還可以作為計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品被下載，其中，以包含在載波或者其他傳播介質(zhì)中的數(shù)據(jù)信號(hào)的方式，所述程序可以通過通信鏈路(例如，調(diào)制解調(diào)器或者網(wǎng)絡(luò)連接)從遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)(例如，服務(wù)器)被傳送到請求的計(jì)算機(jī)(例如，客戶)。另外，載波在此應(yīng)該被認(rèn)為包括機(jī)器可讀介質(zhì)。
引言在本領(lǐng)域目前的技術(shù)水平下，如在圖1的系統(tǒng)100中所示，其中高散熱物體104位于下面，并且與散熱器108接觸，以單級106方法來散熱，所述方法包括使得系統(tǒng)100中的至少一個(gè)風(fēng)扇102能夠?qū)饬鲗?dǎo)向到散熱器108上。一般地，這種類型的風(fēng)扇102被稱為沖擊風(fēng)扇(impinging fan)，其中風(fēng)扇在高散熱物體104的方向上沖擊空氣，并且直接沖擊在散熱器108上。在這個(gè)實(shí)例中，風(fēng)扇102通過將高速空氣直接沖擊在散熱器108上來散去來自高散熱物體104的熱。來自這個(gè)風(fēng)扇102的空氣可以輔助地冷卻周圍的元件，但主要是要冷卻高散熱物體104。這種方法被認(rèn)為是一種沖擊散熱器解決方案。為了改進(jìn)散熱，風(fēng)扇的速度被提高，導(dǎo)致提高了的以風(fēng)扇每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)來測量的風(fēng)扇速度。所述的集中冷卻導(dǎo)致高的聲噪聲。
圖2是另一個(gè)實(shí)例，示出了在本領(lǐng)域目前的技術(shù)水平下的系統(tǒng)200。在這個(gè)實(shí)例中，高散熱物體204位于下面，并且與散熱器208接觸。在單級方法206中，與向下沖擊到散熱器108上不同，風(fēng)扇202在高散熱物體204的方向上引導(dǎo)氣流通過散熱器208。這種類型的風(fēng)扇一般已知為系統(tǒng)風(fēng)扇，其中風(fēng)扇通常將氣流導(dǎo)入系統(tǒng)中，而不是導(dǎo)向到任何特定的物體上。這種方法也主要正是以冷卻所述物體204為目標(biāo)的，并且被認(rèn)為是被動(dòng)(passive)解決方案。
改進(jìn)這種方法的趨勢包括提高風(fēng)扇的RPM，提高散熱器的表面積和/或提高通過散熱器的氣流量。然而，由于這些方法是以冷卻高散熱物體為目標(biāo)的，它們沒有提高總的系統(tǒng)冷卻。此外，它們傾向于提高來自風(fēng)扇的聲噪聲。
在本發(fā)明的實(shí)施方案中，在物體和系統(tǒng)冷卻的各個(gè)級中，多個(gè)風(fēng)扇相互關(guān)聯(lián)地運(yùn)行。一般，當(dāng)高散熱物體(例如，CPU)散逸最大熱設(shè)計(jì)功率(thermal design power(TDP))，和/或在升高的溫度環(huán)境中運(yùn)行時(shí)，至少一個(gè)風(fēng)扇是運(yùn)轉(zhuǎn)的。在所描述的實(shí)施方案中，兩個(gè)風(fēng)扇是運(yùn)轉(zhuǎn)的。當(dāng)環(huán)境條件改進(jìn)，并且溫度下降時(shí)，或者當(dāng)高散熱物體在較低的功率下運(yùn)行時(shí)，至少一個(gè)風(fēng)扇關(guān)閉，這取決于物體和系統(tǒng)層面的冷卻要求，因此顯著地降低了來自風(fēng)扇的聲噪聲。在冷卻的最后級，所有風(fēng)扇關(guān)閉，允許產(chǎn)生自然的對流冷卻。
使用在這里，高散熱物體包括能夠散逸大量熱的物體，所述大量熱需要從所述物體以及周圍的元件被去除，以保持或者改進(jìn)可靠性要求。此外，使用在這里，系統(tǒng)應(yīng)該是描述其中存在有高散熱物體的一種組件。如在下面的實(shí)施方案中所描述的那樣，高散熱物體的實(shí)施例是CPU，而系統(tǒng)的實(shí)施例是其中裝有CPU的計(jì)算機(jī)機(jī)箱。
系統(tǒng)圖3為示出根據(jù)本發(fā)明一般實(shí)施方案的系統(tǒng)300的關(guān)系圖。系統(tǒng)300包括第一風(fēng)扇302；第二風(fēng)扇306；高散熱物體304；以及具有第一部分308以及第二部分309的散熱器307。第一部分308是最靠近高散熱物體304的主要部分，而第二部分是離高散熱物體304最遠(yuǎn)的延伸部分。
第一風(fēng)扇302通過將氣流導(dǎo)向到散熱器307的主要部分308(由標(biāo)號(hào)324所指示的氣流方向)上來冷卻高散熱物體304。第二風(fēng)扇306通過將氣流導(dǎo)向到散熱器307的延伸部分309上來冷卻高散熱物體304以及系統(tǒng)300。在一些實(shí)施方案中，第一風(fēng)扇302可以是主要風(fēng)扇，而第二風(fēng)扇306可以是次要風(fēng)扇。
所述系統(tǒng)可以另外包括第一傳感器310來監(jiān)視高散熱物體304的溫度，并且包括至少一個(gè)第二傳感器311、313(示出兩個(gè))來監(jiān)視系統(tǒng)300的空氣溫度。如圖3所示，第一傳感器310被通信地耦合到高散熱物體304，并且第二溫度傳感器311、313以與風(fēng)扇302、306非常接近的方式被通信地耦合到系統(tǒng)300，以便將溫度數(shù)據(jù)提供給計(jì)算機(jī)程序320的風(fēng)扇速度控制特征314，所述計(jì)算機(jī)程序320位于系統(tǒng)300的存儲(chǔ)器318中。風(fēng)扇控制特征314改變第一風(fēng)扇302和第二風(fēng)扇306的速度，以響應(yīng)溫度傳感器311、313，以及溫度傳感器310。
溫度傳感器第一傳感器310一般是CPU電路或者等效電路中的二極管傳感器。這個(gè)傳感器直接測量被監(jiān)視的主要電路(例如，CPU)的溫度。第二傳感器311、313一般是空氣溫度傳感器，例如，熱敏電阻。這些傳感器測量系統(tǒng)中所關(guān)心的關(guān)鍵位置的空氣溫度，例如進(jìn)入風(fēng)扇的空氣溫度。為了防止系統(tǒng)中關(guān)鍵元件(例如，CPU)以及其他電子元件322超溫，所有傳感器310、311、313將溫度數(shù)據(jù)傳遞給駐留于系統(tǒng)存儲(chǔ)器318的程序320，并且風(fēng)扇速度控制特征314通過控制風(fēng)扇速度使系統(tǒng)300在各冷卻級間轉(zhuǎn)換。
散熱器散熱器是幫助將熱從高散熱物體傳遞走的元件。散熱器可以由導(dǎo)熱的元素(例如，鋁或銅)來制成。當(dāng)高散熱物體的溫度升高時(shí)，熱從高散熱物體被傳遞到散熱器。在所描述的實(shí)施方案中，熱從高散熱物體被傳遞到散熱器的主要部分，然后到散熱器的延伸部分。例如，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，散熱器308是被附著到例如CPU的設(shè)備，以通過吸收CPU的熱并將其散逸到空氣中來防止CPU過熱。
翅(fin)散熱器308一般是鋁的，并且可以具有從基部(base)延伸的翅。翅擴(kuò)展了散熱器的面積，以允許有更多的接觸面積用于冷卻空氣。翅允許空氣流過散熱器，以使得更多的熱能夠從散熱器被去除。取決于翅的間距和幾何結(jié)構(gòu)，翅可以以自然對流方式來冷卻，由當(dāng)空氣加熱時(shí)其相對于重力的浮力效應(yīng)(buoyancy effect)來驅(qū)動(dòng)；或者通過強(qiáng)制空氣冷卻，例如用冷空氣吹熱的翅表面區(qū)域的風(fēng)扇的情形。翅可以由例如鋁或銅來制成，和/或可以用石墨纖維來加強(qiáng)。可以通過土基材料(soil base material)(例如，銅)在翅之間放熱，除此以外，可以通過使用熱管或者液體冷卻來增強(qiáng)。
連接性散熱器部分308、309可以用高導(dǎo)熱性材料(例如，銅或石墨復(fù)合物)來連接；或者用冷卻管(通過液體冷卻或者熱管)來連接，僅僅作為幾個(gè)實(shí)施例，其中的一些在下面討論。
冷卻管是幫助將熱從散熱器去除的元件。例如，冷卻管可以包括液體冷卻或者熱管。在包括一個(gè)或多個(gè)液體冷卻管的散熱器中，冷卻劑(例如水)流過水管。當(dāng)冷卻劑通過管時(shí)，所述管的溫度下降，并且允許熱從高散熱物體散布到散熱器的翅。液體冷卻管還可以用如鋁或銅那樣的導(dǎo)熱材料來制成，或者用石墨纖維來增強(qiáng)。
熱管是可以將熱從一點(diǎn)傳遞到另一點(diǎn)的設(shè)備。經(jīng)常被稱為超導(dǎo)體，熱管擁有非凡的熱傳遞能力和速率而幾乎沒有熱損失。熱管由鋁或銅的容器(container)制成，并且所述容器包括具有毛細(xì)作用吸附材料(capillary wicking material)的內(nèi)表面。熱管利用封閉容器中的相變，其中熱在接近高散熱物體的蒸發(fā)器部分被蒸發(fā)，并且在接近冷卻翅的冷凝器部分被凝結(jié)。然后，熱管中的液體通過重力的幫助，或者更典型地，通過毛細(xì)吸附材料(wickmaterial)返回到蒸發(fā)器部分。
在本發(fā)明所描述的實(shí)施方案中，當(dāng)高散熱物體的溫度升高時(shí)，熱從高散熱物體被傳遞到散熱器的主要部分，然后通過熱管傳遞到散熱器的延伸部分。然而，本發(fā)明的實(shí)施方案不限于熱管的使用。例如，可以用液體冷卻來代替。
計(jì)算機(jī)程序正如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，在此所描述的方法可以通過計(jì)算機(jī)程序來執(zhí)行。例如，Heceta 6或等效程序是程序的實(shí)施例，所述程序被用來與傳感器310、311、313一起使用，以觸發(fā)通過可變速度的風(fēng)扇來進(jìn)行溫度控制的各個(gè)級。在這種情形中，脈寬調(diào)制(PWM)可以被用來對低于全速50％，一般低至1/3速度的風(fēng)扇提供動(dòng)力。下面描述各個(gè)級。
第一級系統(tǒng)冷卻的第一級包括第一組條件，并且可以通過該組中一個(gè)或多個(gè)條件的出現(xiàn)來觸發(fā)。例如，第一級可以在這樣的條件下來觸發(fā)，即高散熱物體達(dá)到某個(gè)給定的溫度，在這個(gè)溫度下，它會(huì)蒙受損害，或者會(huì)危及高散熱物體和/或系統(tǒng)的可靠性。第一級還可以在這樣的條件下被觸發(fā)，即，圍繞高散熱物體的環(huán)境(即，系統(tǒng)機(jī)箱)達(dá)到升高了的溫度。當(dāng)然，這些條件是說明性的，并且不是要作為可以進(jìn)入第一級的所有條件的窮盡清單。
例如，CPU應(yīng)該能經(jīng)受低于部件最大規(guī)定的結(jié)(junction)或者外殼溫度的溫度，并且系統(tǒng)機(jī)箱應(yīng)該保持在35℃到55℃范圍的溫度下，這取決于系統(tǒng)中所使用的元件以及最大可允許的外部溫度，一般為35℃。
在第一級期間，一個(gè)或多個(gè)風(fēng)扇在高速下運(yùn)行，以使得物體和系統(tǒng)溫度在規(guī)定的溫度以下，或者在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)換。所述(多個(gè))風(fēng)扇可以在相同或者不同的速度下運(yùn)行。在第一級期間，風(fēng)扇可以同時(shí)地、一個(gè)接一個(gè)地開始運(yùn)行，或者二者皆有，這取決于風(fēng)扇的數(shù)量以及系統(tǒng)中的條件。在第一級期間，沒有風(fēng)扇被關(guān)閉。
在第一級期間，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，第一和第二風(fēng)扇都在高速(例如，全速)下運(yùn)行，以快速地將熱從高散熱物體散去。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，第一風(fēng)扇可以在高速下運(yùn)行一段時(shí)間，然后第二風(fēng)扇起動(dòng)(kicks in)，并且與沖擊風(fēng)扇并行運(yùn)行。第一和第二風(fēng)扇可以在相同或者不同的速度下運(yùn)行。
如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解的那樣，在第一級期間，可以存在更多的風(fēng)扇，它們可以與目前正在運(yùn)行的風(fēng)扇并行運(yùn)行，不管這些風(fēng)扇的運(yùn)行是接著其他風(fēng)扇運(yùn)行，還是與其他風(fēng)扇同時(shí)運(yùn)行。
中間級系統(tǒng)冷卻方法的中間級包括第二組條件，并且可以在系統(tǒng)環(huán)境狀況改善的條件下起動(dòng)，例如，當(dāng)高散熱物體的溫度下降，或者當(dāng)高散熱物體在更低的功率下運(yùn)行時(shí)。于是，當(dāng)改進(jìn)的條件被探測到，計(jì)算機(jī)程序使系統(tǒng)從第一級轉(zhuǎn)換到中間級中。當(dāng)然，這些條件是說明性的，并且不是要作為可以進(jìn)入中間級的所有條件的窮盡清單。
在這個(gè)級期間，至少一個(gè)正在運(yùn)行的風(fēng)扇降低其相對于另一個(gè)正在運(yùn)行的風(fēng)扇的速度。例如，在上面所描述的實(shí)施例中，在這個(gè)中間級期間，第一風(fēng)扇完全關(guān)閉，而第二風(fēng)扇繼續(xù)運(yùn)行。此外，第二風(fēng)扇可以降低它的速度。還有可能的是，在這個(gè)級期間，一個(gè)風(fēng)扇降低其速度(部分地降低，或者關(guān)閉)，而另一個(gè)風(fēng)扇開始運(yùn)行。
最后級可選擇地，冷卻系統(tǒng)可以進(jìn)入最后級，其中所有風(fēng)扇關(guān)閉，允許產(chǎn)生來自散熱器307的自然對流。在條件好到足以允許關(guān)閉所有風(fēng)扇時(shí)進(jìn)入這個(gè)級。例如，這個(gè)級可以在各種休眠狀態(tài)下進(jìn)入。
盡管自然對流出現(xiàn)的級在此已被標(biāo)記為“最后級”，但應(yīng)該理解，一個(gè)或多個(gè)風(fēng)扇可以在上面所描述的重復(fù)方法中，隨后又成為運(yùn)轉(zhuǎn)的。
第一實(shí)施方案圖4是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案的簡化計(jì)算機(jī)系統(tǒng)400的投影圖，其中，第一風(fēng)扇404是沖擊風(fēng)扇，并且第二風(fēng)扇408是系統(tǒng)風(fēng)扇。示出的投影圖是從頂部的計(jì)算機(jī)投影圖。系統(tǒng)400包括沖擊風(fēng)扇402來將氣流導(dǎo)向到散熱器406的主要部分(在風(fēng)扇下面，未示出)上，所述散熱器與高散熱物體404(在風(fēng)扇下面)接觸；并且包括系統(tǒng)風(fēng)扇408來將氣流導(dǎo)向到散熱器406的延伸部分414上，其中，系統(tǒng)風(fēng)扇408與沖擊風(fēng)扇402不是共面的。
例如，如圖4所示，風(fēng)扇所在的平面互相垂直，其中，每個(gè)平面可以通過葉片的平坦側(cè)來定義。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解的那樣，本發(fā)明不受限于這種特定的特征。
此外，對于本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施方案，主要部分415上的翅比延伸部分414上的翅更密集(即，相互靠得更近)，但要比延伸部分414上的翅更短。例如，延伸部分414上的翅的間距可以是主要部分415上的翅的間距的大約兩倍。延伸部分414中實(shí)際的翅的幾何結(jié)構(gòu)比主要部分415的那些翅的幾何結(jié)構(gòu)要大，以彌補(bǔ)更寬的翅間距。在這個(gè)實(shí)施方案中，延伸部分414中翅的大小大約是主要部分415中翅的大小的兩倍。
在這個(gè)實(shí)施方案中，沖擊風(fēng)扇402起到將熱從主要部分405上密集的翅散去的作用，而系統(tǒng)風(fēng)扇408允許更高量的氣流通過散熱器406的延伸部分414，以及更低的壓降。這導(dǎo)致來自兩個(gè)散熱器部分414、415的相對均等的熱傳遞，但在散熱器部分414之外具有更高量的用于系統(tǒng)冷卻的氣流。
圖5和6是圖4的正交視圖。標(biāo)號(hào)410表示圖5所示的投影圖，以及標(biāo)號(hào)412表示圖6所示的投影圖。
第二實(shí)施方案圖7是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方案的簡化計(jì)算機(jī)系統(tǒng)700的投影圖，其中，第一和第二風(fēng)扇都是系統(tǒng)風(fēng)扇。系統(tǒng)700包括第一系統(tǒng)風(fēng)扇702來將氣流導(dǎo)向到散熱器708的主要部分714上，所述主要部分714與高散熱物體704(在散熱器708的下面)接觸；并且包括第二系統(tǒng)風(fēng)扇來將氣流導(dǎo)向到散熱器708的延伸部分716上，其中，系統(tǒng)風(fēng)扇706與沖擊風(fēng)扇702是共面的。
例如，如圖7所示，所述風(fēng)扇位于同一平面，其中，每個(gè)平面通過葉片的平坦側(cè)來定義。然而，如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解的那樣，本發(fā)明不受限于這種特定的特征。此外，對于本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施方案，在主要部分714和延伸部分716上的翅的大小和間距大致相同，并且兩個(gè)系統(tǒng)風(fēng)扇都吹過兩個(gè)部分，而不是沖擊在它們中的一個(gè)上。例如，翅的間距和大小可以是如第一實(shí)施方案中所述的翅的間距和尺寸。通過這些翅的壓降被最小化，以獲得系統(tǒng)剩余部分的最大限度的冷卻。
圖8和9是圖7的正交視圖。標(biāo)號(hào)710表示圖8所示的投影圖，以及標(biāo)號(hào)712表示圖9所示的投影圖。
在兩個(gè)實(shí)施方案中，兩個(gè)方案的風(fēng)扇402、408、702、706都是同時(shí)冷卻高散熱物體404、704以及系統(tǒng)。兩個(gè)方案的風(fēng)扇402、408、702、706都能夠直接從機(jī)箱的外部吸入空氣，以在沖擊到散熱器406、708上之前，使得空氣的預(yù)熱最小化。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解的那樣，散熱器406、708確切的幾何結(jié)構(gòu)不受限于圖中所示的結(jié)構(gòu)。例如，能夠進(jìn)一步延伸散熱器406、708，沿著它的長度對一般的形狀增加彎曲部(bend)，或者增加額外的不同大小的翅。
方法圖10是示出根據(jù)本發(fā)明一般實(shí)施方案的方法的流程圖。在第一級期間，所述方法開始于框1000，并且持續(xù)至框1002，在框1002至少一個(gè)風(fēng)扇在高速下運(yùn)行。例如，沖擊風(fēng)扇在第一速度下將氣流導(dǎo)向到散熱器的主要部分上，所述主要部分與高散熱物體接觸。在中間級期間，在框1004至少一個(gè)風(fēng)扇降低其速度。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，速度可以被部分降低，或者完全關(guān)閉。所述方法在框1006結(jié)束。
圖11是一個(gè)流程圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的方法，其中，圖11的方法可以進(jìn)入最后級。在第一級期間，所述方法開始于框1004，并且持續(xù)至框1102，在框1102至少一個(gè)風(fēng)扇在高速下運(yùn)行的。在中間級期間，在框1104至少一個(gè)風(fēng)扇降低其速度。在最后級期間，在框1106所有風(fēng)扇被關(guān)閉，使得自然對流可以發(fā)生。所述方法在框1108結(jié)束。
結(jié)論在前面的說明書中，本發(fā)明已參照其具體的實(shí)施方案被描述。然而，應(yīng)該清楚，在沒有偏離本發(fā)明更寬的精神和范圍的情況下，可以對其進(jìn)行各種修改和變化。因此，說明書和附圖應(yīng)以說明性而非限制性的意義來對待。
例如，盡管已針對冷卻計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的CPU來描述實(shí)施方案，但從所描述的實(shí)施方案來看，本發(fā)明實(shí)施方案所描述的概念顯然具有普遍的適用性。例如，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，本發(fā)明的實(shí)施方案可以適用于圖形卡以及存儲(chǔ)器。本發(fā)明的實(shí)施方案還可以用于其他應(yīng)用中，例如用于移動(dòng)系統(tǒng)、服務(wù)器系統(tǒng)或者電源子系統(tǒng)中。
此外，盡管所描述的實(shí)施方案描述了系統(tǒng)冷卻方法中的三個(gè)級，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，所描述的級考慮到了其他介于其間的子級。例如，在第一級之后，可以引入子級，其中其他風(fēng)扇被接通電源。此外，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，所述的級是可以重復(fù)的。例如，一旦抵達(dá)最后級，可以重新進(jìn)入第一級，而不會(huì)偏離本發(fā)明實(shí)施方案的精神。作為另一個(gè)實(shí)施例，盡管所描述和示出的實(shí)施方案是指具有翅和多個(gè)部分的散熱器，但可以省略這些特征中的一個(gè)或兩個(gè)，而不會(huì)偏離本發(fā)明范圍和精神。
作為另一個(gè)實(shí)施例，在此所描述的級應(yīng)該作為指南來使用，并且不應(yīng)該被解釋為只有所描述的事件才可以出現(xiàn)在其中的嚴(yán)格狀態(tài)。一般，級描述了從一個(gè)事件或者一組事件向另一個(gè)事件或者另一組事件的邏輯轉(zhuǎn)換。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括監(jiān)視第一傳感器，所述第一傳感器被通信地耦合到系統(tǒng)中的高散熱物體，以監(jiān)視所述物體的溫度；監(jiān)視第二傳感器，所述第二傳感器被通信地耦合到所述系統(tǒng)，以監(jiān)視所述系統(tǒng)的溫度；進(jìn)入第一級，所述進(jìn)入第一級的操作是響應(yīng)于所述第一和第二傳感器所探測到的條件、通過使所述系統(tǒng)中的至少一個(gè)風(fēng)扇運(yùn)行來進(jìn)行的；以及進(jìn)入中間級，所述進(jìn)入中間級的操作是響應(yīng)于所述第一和第二傳感器所探測到的條件、通過降低所述至少一個(gè)風(fēng)扇中的至少一個(gè)的速度來進(jìn)行的。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述至少一個(gè)風(fēng)扇中的一個(gè)將氣流以第一速度導(dǎo)向散熱器的主要部分，所述主要部分與高散熱物體接觸。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中由所述第一和第二傳感器所探測到的、導(dǎo)致所述進(jìn)入第一級的條件包括下列條件中的至少一個(gè)所述高散熱元件散逸最大熱設(shè)計(jì)功率；以及升高了的環(huán)境溫度。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中由所述第一和第二傳感器所探測到的、導(dǎo)致所述進(jìn)入中間級的條件包括下列條件中的至少一個(gè)降低了的熱設(shè)計(jì)功率；以及下降了的環(huán)境溫度。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，另外包括進(jìn)入最后級，所述進(jìn)入最后級是通過使所述至少一個(gè)風(fēng)扇中的每一個(gè)關(guān)閉來進(jìn)行的。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述使至少一個(gè)風(fēng)扇運(yùn)行的操作包括使所述至少一個(gè)風(fēng)扇中的至少第一和第二風(fēng)扇接連地運(yùn)行。
7.如權(quán)利要求1的方法，其中所述使至少一個(gè)風(fēng)扇運(yùn)行的操作包括使所述至少一個(gè)風(fēng)扇中的至少第一和第二風(fēng)扇同時(shí)運(yùn)行。
8.一種方法，包括通過監(jiān)視第一傳感器來探測第一組條件，所述第一傳感器被通信地耦合到系統(tǒng)中的高散熱物體；通過監(jiān)視第二傳感器來探測第二組條件，所述第二傳感器被通信地耦合到所述系統(tǒng)；響應(yīng)于探測到所述第一組條件，使沖擊風(fēng)扇將氣流以第一速度導(dǎo)向到散熱器的主要部分上，所述主要部分與高散熱物體相接觸，并且使系統(tǒng)風(fēng)扇將氣流導(dǎo)向到所述散熱器的延伸部分上；以及響應(yīng)于探測到第二組條件，使所述沖擊風(fēng)扇降低其速度。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述第一組條件包括下列條件中的至少一個(gè)所述高散熱物體正在散逸最大熱設(shè)計(jì)功率；以及所述系統(tǒng)中升高了的溫度。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中響應(yīng)于探測到所述第二組條件，所述沖擊風(fēng)扇完全關(guān)閉。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，另外包括通過使所述沖擊和系統(tǒng)風(fēng)扇關(guān)閉來進(jìn)入最后級。
12.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述高散熱物體包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的CPU(中央處理單元)。
13.一種系統(tǒng)，包括具有高散熱特性的物體(高散熱物體)；第一傳感器，所述第一傳感器被通信地耦合到所述高散熱物體，以確定所述高散熱物體的溫度；至少一個(gè)第二傳感器，所述第二傳感器被通信地耦合到所述系統(tǒng)，以確定所述系統(tǒng)的溫度；散熱器，所述散熱器與所述高散熱物體相鄰接觸，所述散熱器具有位于最靠近所述高散熱物體的主要部分，以及離所述高散熱物體最遠(yuǎn)的延伸部分，所述各個(gè)部分通過至少一個(gè)熱管來連接；第一風(fēng)扇，所述第一風(fēng)扇將氣流導(dǎo)向所述散熱器的所述主要部分；第二風(fēng)扇，所述第二風(fēng)扇將氣流導(dǎo)向所述散熱器的所述延伸部分；以及儲(chǔ)存計(jì)算機(jī)程序的存儲(chǔ)器，所述計(jì)算機(jī)程序探測進(jìn)入第一級的條件，以及進(jìn)入中間級的條件，并且所述計(jì)算機(jī)程序使所述第一和第二風(fēng)扇在與所述第一和中間級相一致的速度下運(yùn)行。
14.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)第二傳感器中的一個(gè)被設(shè)置成與所述第一風(fēng)扇非常接近，并且所述至少一個(gè)第二傳感器中的第二個(gè)被設(shè)置成與所述第二風(fēng)扇非常接近。
15.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述第一風(fēng)扇與所述第二風(fēng)扇是共面的。
16.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述散熱器另外包括在所述主要部分和所述延伸部分上的翅。
17.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述散熱器主要部分上的翅比所述散熱器延伸部分上的翅要更密集。
18.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述散熱器延伸部分上的翅的間距是所述主要部分上的翅的間距的兩倍。
19.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述散熱器主要部分上的翅間隔大約相等，并且與所述散熱器延伸部分上的翅大小大約相同。
20.一種系統(tǒng)，包括具有高散熱特性的物體(高散熱物體)；第一傳感器，所述第一傳感器被通信地耦合到所述高散熱物體，以確定所述高散熱物體的溫度；至少一個(gè)第二傳感器，所述第二傳感器被通信地耦合到所述系統(tǒng)，以確定所述系統(tǒng)的溫度；散熱器，所述散熱器與所述高散熱物體相鄰接觸，所述散熱器具有位于最靠近所述高散熱物體的主要部分，以及離所述高散熱物體最遠(yuǎn)的延伸部分，所述各個(gè)部分通過高導(dǎo)熱性材料來連接；第一風(fēng)扇；第二風(fēng)扇；以及儲(chǔ)存計(jì)算機(jī)程序的存儲(chǔ)器，所述計(jì)算機(jī)程序探測第一組條件和第二組條件；以及使所述第一風(fēng)扇和所述第二風(fēng)扇根據(jù)所述第一組條件和第二組條件來運(yùn)行。
21.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中所述散熱器另外包括在所述主要部分和所述延伸部分上的翅。
22.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述散熱器延伸部分上的翅的間距是所述主要部分上的翅的間距的兩倍。
23.一種其上儲(chǔ)存有代表指令序列的數(shù)據(jù)的機(jī)器可讀介質(zhì)，當(dāng)被處理器執(zhí)行時(shí)，所述指令序列導(dǎo)致所述處理器完成以下操作監(jiān)視第一傳感器，所述第一傳感器被通信地耦合到系統(tǒng)中的高散熱物體，以監(jiān)視所述物體的溫度；監(jiān)視第二傳感器，所述第二傳感器被通信地耦合到所述系統(tǒng)，以監(jiān)視所述系統(tǒng)的溫度；進(jìn)入第一級，所述進(jìn)入第一級的操作是響應(yīng)于所述第一和第二傳感器所探測到的條件、通過使所述系統(tǒng)中的至少一個(gè)風(fēng)扇運(yùn)行來進(jìn)行的；以及進(jìn)入中間級，所述進(jìn)入中間級的操作是響應(yīng)于所述第一和第二傳感器所探測到的條件、通過降低所述至少一個(gè)風(fēng)扇中的至少一個(gè)的速度來進(jìn)行的。
24.如權(quán)利要求23所述的機(jī)器可讀介質(zhì)，其中所述處理器通過探測下面條件中的至少一個(gè)來使所述系統(tǒng)進(jìn)入第一級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)CPU(中央處理單元)散逸最大熱設(shè)計(jì)功率；在裝有所述系統(tǒng)風(fēng)扇、沖擊風(fēng)扇、CPU和散熱器的機(jī)箱中的升高了的溫度。
25.如權(quán)利要求24所述的機(jī)器可讀介質(zhì)，另外包括，所述處理器通過探測到一個(gè)或多個(gè)第三條件，通過導(dǎo)致所述風(fēng)扇關(guān)閉使所述系統(tǒng)進(jìn)入最后級。
26.如權(quán)利要求25所述的機(jī)器可讀介質(zhì)，其中所述升高了的溫度包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)機(jī)箱里面升高了的溫度。
27.一種裝置，包括至少一個(gè)處理器；以及機(jī)器可讀介質(zhì)，在所述機(jī)器可讀介質(zhì)具有被編碼在其上的指令，當(dāng)被所述處理器執(zhí)行時(shí)，所述指令能夠引導(dǎo)所述處理器執(zhí)行監(jiān)視第一傳感器，所述第一傳感器被通信地耦合到系統(tǒng)中的高散熱物體，以監(jiān)視所述物體的溫度；監(jiān)視第二傳感器，所述第二傳感器被通信地耦合到所述系統(tǒng)，以監(jiān)視所述系統(tǒng)的溫度；進(jìn)入第一級，所述進(jìn)入第一級的操作是響應(yīng)于所述第一和第二傳感器所探測到的條件、通過使所述系統(tǒng)中的至少一個(gè)風(fēng)扇運(yùn)行來進(jìn)行的；以及進(jìn)入中間級，所述進(jìn)入中間級的操作是響應(yīng)于所述第一和第二傳感器所探測到的條件、通過降低所述至少一個(gè)風(fēng)扇中的至少一個(gè)的速度來進(jìn)行的。
28.如權(quán)利要求27所述的裝置，另外包括，當(dāng)?shù)谌M條件被探測到時(shí)，通過導(dǎo)致所述至少一個(gè)風(fēng)扇中的每一個(gè)關(guān)閉使所述系統(tǒng)進(jìn)入最后級。
29.如權(quán)利要求27所述的裝置，其中所述使至少一個(gè)風(fēng)扇來運(yùn)行的操作包括使所述至少一個(gè)風(fēng)扇中的至少第一和第二風(fēng)扇接連地運(yùn)行。
30.如權(quán)利要求27所述的裝置，其中所述使至少一個(gè)風(fēng)扇來運(yùn)行的操作包括使所述至少一個(gè)風(fēng)扇中的至少第一和第二風(fēng)扇來同時(shí)運(yùn)行。
全文摘要
描述了用于系統(tǒng)(例如計(jì)算機(jī)系統(tǒng))和高散熱物體(例如CPU)的多級冷卻方法和系統(tǒng)，以最小化所述冷卻系統(tǒng)所產(chǎn)生的噪聲。所述方法包括，在第一級期間，使系統(tǒng)中至少一個(gè)風(fēng)扇以高速運(yùn)行，并且在中間級期間，降低至少一個(gè)風(fēng)扇的速度。所述系統(tǒng)包括高散熱物體，連接到所述高散熱物體的散熱器，在第一級期間將氣流導(dǎo)向到散熱器主要部分上的第一風(fēng)扇，以及將氣流導(dǎo)向到所述散熱器延伸部分的第二風(fēng)扇?？蛇x擇地，可以進(jìn)入最后級，其中所有風(fēng)扇被關(guān)閉。
文檔編號(hào)H05K7/20GK1836197SQ200480023660
公開日2006年9月20日 申請日期2004年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月11日
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