跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(216.73.216.63) 您好!臺灣時間:2026/06/10 14:58
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果 :::

詳目顯示

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:陳鵬飛
研究生(外文):Peng Fei Chen
論文名稱:伺服器散熱風扇轉速控制系統研製
論文名稱(外文):Design and Implementation of fan speed control system for server cooling
指導教授:曾聖有曾聖有引用關係
指導教授(外文):S. Y. Tseng
學位類別:碩士
校院名稱:長庚大學
系所名稱:電機工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2011
畢業學年度:99
論文頁數:94
中文關鍵詞:單電容緩震電路返馳式轉換器數位信號微處理器
外文關鍵詞:single-capacitor snubberflyback converterDigital signal processor
相關次數:
  • 被引用被引用:0
  • 點閱點閱:778
  • 評分評分:
  • 下載下載:0
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:1
本論文主要目的為風扇馬達驅動器研製。由於採用直流馬達當電器設備的散熱,常因調速器控制不當而導致軸承磨損,因而產生噪音及降低散熱風扇的運轉效率。尤其在伺服系統應用時,驅動散熱風扇的電源,須經過電能轉換器及風扇驅動電路等二級之轉換,才能夠達到散熱風扇的控制。本文提出採用電壓控制之散熱風扇控制系統,只需單級就能控制風扇轉速,達成伺服器散熱的目的。
在散熱風扇控制電路系統中,本研究採用交錯型返馳式轉換器來驅動散熱風扇,其中為了回收變壓器漏感能量,採用單電容緩震電路,來降低開關上的電壓突波,進而提高轉換器的效率。在控制系統上,採用數位訊號處理器(DSP),依照伺服器內部溫度,來調整返馳式轉換器的輸出電壓,以控制散熱風扇的轉速,達到散熱的目的。同時,偵測風扇驅動系統的信號,做過電壓、過電流及過溫保護。最後,以一組輸出功率200W及輸出電壓5~12V的雛型機,來驗證本文所提的電路可行性。
The objective of this thesis is “Design and Implementation of Fan Motor Driver for Server Cooling”. Due to DC motor as cooling devices of electric equipment, the bearing of DC motor suffers a lot of wear and tear when an improper speed control system of the one is adopted, resulting in a larger noise and a lower comersion efficiency. In particular, driving circuit of cooling fan in the server consists of two stages: power converter and driving circuit of fan, illustrating that conversion efficiency of the one is lower. The proposed driving system with voltage control only adopts single stage to achieve tuning fan speed for server cooling.
The circuit structure of cooling fan system adopts an interleaving flyback converter to drive cooling fan. In order to recover energy trapped in leakage inductor of transformer in flyback converter, a single-capacitor snubber is used to reduce spike voltage of switches and to increase conversion efficiency. In controller of cooling fan system, a digital signal processor(DSP)is adopted to regulate output voltage of flyback converter in accordance with inside temperatures of the server for controlling rotate speed of cooling fan. Furthermore, a sensor circuit is introduced into the cooling fan system to detect signals for achieve over-voltage, over-current and over-temperature protections. Finally, a prototype under output power of 200W and output voltage of 5~12V has been implemented to verify the feasibility of the proposed cooling fan system.

目錄
指導教授推薦書
口試委員會審定書
授權書 iii
誌謝 iv
中文摘要 v
英文摘要 vi
目錄 vii
圖目錄 ix
表目錄 xii
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究目的 6
1.3 論文大綱 13
第二章 散熱風扇轉動控制方法 14
2.1 直流無刷馬達基本構造 14
2.2 直流無刷馬達的特徵 16
2.3 直流無刷馬達的特性 17
2.4 直流無刷馬達之動作原理 21
2.5 散熱風扇之控制方法 25
第三章 散熱風扇運轉控制系統 33
3.1 系統架構與電路功能 33
3.2 系統架構選擇用考量 36
第四章 散熱風扇驅動電路分析與設計 48
4.1 直流/直流轉換器電路 48
4.2 控制系統設計 62
第五章 實驗結果 74
5.1 硬體實作 74
5.2 硬體實測波形 77
第六章 結論與未來研究方向 85
6.1 結論 85
6.2 未來研究方向 87
參考文獻 88

圖目錄
圖1-1 2000-2005年全球半導體應用產品市場佔有率變化 3
圖1-2 伺服器內部溫度分部圖 6
圖1-3 散熱風扇(a)二級驅動電路(b)單級驅動電路 12
圖1-4 採用電壓控制方式之散熱風扇控制示意圖 12
圖1-5 DELTA DC BRUSHLESS BFB1012EH風扇轉速-電壓特性曲線圖 12
圖2-1 直流無刷風扇馬達之構造圖 15
圖2-2 直流無刷馬達的T-N特性與T-I特性曲線 17
圖2-3 直流無刷馬達的T-Po特性與T-η特性曲線 17
圖2-4 直流無刷馬達等效電路圖 18
圖2-5 直流無刷馬達的T-N、T-I 特性圖 20
圖2-6 帶電流之導體在磁場所受之作用力 22
圖2-7 直流無刷馬達磁極位置檢出 25
圖2-8 二線式直流風扇馬達之外觀圖 25
圖2-9 採用直接控制方式之散熱風扇控制示意圖 26
圖2-10 振華SuperFlower監控大師風扇轉速控制器外觀圖 26
圖2-11 Bimetal Thermostats雙金屬片溫度開關之外觀圖 27
圖2-12 採用ON/OFF控制方式之散熱風扇控制示意圖 28
圖2-13 HaiLin HL108系列溫度控制器之外觀圖 28
圖2-14 採用多段控制方式之散熱風扇控制示意圖 29
圖2-15 不同Duty的PWM信號 29
圖2-16 採用PWM控制方式之散熱風扇控制示意圖 30
圖2-17 採用電壓控制方式之散熱風扇控制示意圖 31
圖2-18 DELTA DC BRUSHLESS BFB1012EH風扇溫度-轉速-電壓特性曲線圖 32
圖3-1 完整散熱風扇系統電路方塊圖 35
圖3-2 散熱風扇系統之直流/直流轉換器電路圖 35
圖3-3 無損耗截止型換震電路之交錯型返馳式轉換器電路圖簡化過程 39
圖3-4 溫度轉換器 43
圖3-5 軟體保護程式流程圖 44
圖3-6 過電流保護電路示意圖 45
圖3-7 過電壓保護電路示意圖 46
圖3-8 過溫保護電路示意圖 47
圖4-1 直流/直流轉換器電路模組 49
圖4-2 損耗型截止緩振電路之交錯返馳式轉換器 50
圖4-3 無損耗截止緩振電路之交錯返馳式轉換器 50
圖4-4 具單電容緩震電路之轉換器各操作模式等效電路圖 53
圖4-5 具單電容緩震電路之轉換器重要元件電壓電流波形圖 56
圖4-6 輸出二極體電流IDp和輸出電壓VO波形示意圖 60
圖4-7 開關截止期間的電壓及電流交越面積 61
圖4-8 系統控制流程圖 64
圖4-9 過壓、過流、過溫三項電路保護偵測示意圖 65
圖4-10 過溫度回授偵測電路示意圖 65
圖4-11 散熱風扇之轉速偵測示意圖 66
圖4-12 TMS320F2812 DSP晶片腳位圖 67
圖4-13 散熱風扇保護偵測示意圖 68
圖4-14 散熱風扇轉速量測控制示意圖 70
圖4-15 溫度回授控制示意圖 71
圖4-16 PWM控制示意圖 72
圖5-1 (a)散熱風扇電力級系統實體圖(b)散熱風扇控制系統實體圖 76
圖5-2 硬切交錯返馳式轉換器(a)在滿載20%時(b)在滿載50%時(c)在滿載100%時的開關M1電壓Vds及電流Ids波形圖 79
圖5-3 具單電容緩震電路之交錯返馳式轉換器(a)在滿載20%時(b)在滿載50%時(c)在滿載100%時的開關M1電壓Vds及電流Ids波形圖 80
圖5-4 具單電容緩震電路與硬切之交錯型返馳式轉換器於輕載到重載之效率比較圖 81
圖5-5 具單電容緩震電路之交錯返馳式轉換器於(a)過電壓(b)過電流(c)過溫時的運轉保護功能波形圖 82
圖5-6 具單電容緩震電路之交錯返馳式轉換器(a)溫度大於25℃(b) )溫度小於25℃時的PWM與VT波形圖 83
圖5-7 負載溫度25℃ ~ 45℃時轉換器的輸出電壓VO變化圖 84

表目錄
表1-1 半導體發展的大事記 2
表2-1 直流無刷馬達的主要特徵 16
表2-2 風扇運轉控制模式之分類 32
表4-1 多工器控制信號 70
表4-2 規劃設計單元腳位 73
表5-1 散熱風扇系統返馳式轉換器元件選取及元件參數值 75
[1] 盧淑華,〝我國家電產業的現在與未來〞,華控月刊,第8期,第19-24頁,2003。
[2] 藍浩益,〝歐洲消費性電子市場成長力道強勁--歐盟消費電子產品趨勢報導〞,電工資訊雜誌,第161期,第72-74頁,2004。
[3] 朱澔偉,〝全球消費性電子產品發展現況〞,ITIS智網,2008。
[4] 王麗娟,〝2009 VLSI Week系列報導(1)--綠能新潮流 半導體與IC設計產業新發展〞,電子與電腦,第121期,第18頁,2009。
[5] 曾俊洲,〝我國IC載板業之發展歷程〞,品質月刊,第45:6期,2009,第53-59頁。
[6] 望熙貴著,〈台灣半導體產業競爭策略的探討〉,國立中央大學資訊管理學系碩士論文,民國九十一年六月。
[7] 〝SIA、IC Insight〞,工研院經資中心,2002。
[8] 陳幸雄,〝IC 市場應用分析產品專題研究〞,工研院電子研究所,1994。
[9] 工研院經資中心ITIS計畫,〝2001年半導體工業年鑑〞,經濟部工業技術研究院,2001。
[10] 鄭老師,〝NB當機,都是散熱惹的禍?!〞,科技鮮知。
[11] 黃卡亞,〝專注家庭電子產品、行動科技、娛樂領域--新力轉型要讓品牌再發光〞,電時代,第12期,第75-77頁,2008。
[12] 陳進龍,〝散熱元件之需求與發展歷程〞,金屬工業,第36:3期,第24-28頁,2002。
[13] 林柏堯,〝散熱片在Card Size PC之應用與分析〞,電腦與通訊,第70期,第28-33頁,1998。
[14] 朱金銘,〝電腦散熱方式〞,微電腦傳真雜誌,第17:8期,1998,第75頁。
[15] R. Amadio, P. Savo,〝可程式風扇控制器介紹〞,電子技術,第 259期,第186-188頁,2007。
[16] 張淑如,〝噪音與化學物質暴露對勞工聽力影響之探討〞,工業安全科技,第68期,第3-8頁,2009。
[17] 楊玉綉,〝淺談噪音傷害〞,幼教資訊,第83期,第30-31頁,1997。
[18] 梁家光,〝噪音傷害〞,國防醫學,第9期,第126-131頁,1989。
[19] 柯俊欽,〝噪音污染〞,秀林國小。
[20] 林啟修,〝淺談風扇之噪音控制技術〞,中鼎工程股份有限公司。
[21] Pivin, Dave,〝PWM與DC風扇控制方案比較〞,零組件雜誌,第176期,第131-136頁,2006。
[22] 周秀光,〝溫度感測應用設計--馬達轉速控制〞,電子技術,第169期,第170-179頁,2000。
[23] 林振華,〝主機板溫度控制解決方案〞,電子技術,第206期,2003,第172-178頁。
[24] 楊慶祥,〝模糊PI控制器設計及其在溫度控制上之應用〞,機電整合,第19期,第106-113頁,2000。
[25] Pivin, Dave,〝實現真正的智慧型風扇〞,零組件雜誌,第182期,第128-132頁,2006。
[26] T博士研發團隊,〝別讓你的電腦熱昏頭-pc電源風扇控制器〞,電子技術,第22期,第218-222頁,2004。
[27] Victor,〝CPU冷卻風扇控制器〞,電子技術,第221期,第252-257期,2004。
[28] A. Arredondo, P. Roy, E. Wofford, "Implementing PWM fan speed control within a computer chassis power supply," Applied Power Electronics Conf.,2005, pp. 148 – 151.
[29] 黃志昌,〝滾動軸承診斷技術〞,機械月刊,第9期,第115-125頁,1984。
[30] 沈毓泰著,〈滾動軸承診斷器〉,中山大學機械工程學系博士論文,民國八十一年。
[31] 劉森維著,〈滾珠軸承故障之振動診斷〉,中山大學機械工程學系碩士論文,民國八十九年。
[32] 陳遵立,〝無刷直流馬達〞,中山大學電機工程學系。
[33] 絲國一,〝線性步進、伺服馬達原理及其應用〞,機械月刊,第27期,第253-263頁,2001。
[34] H.R. El-Sayed, "Stiffness of Deep-Groove Ball Bearings," Wear, Vol. 63, 1980, pp. 89-94.
[35] 陳天良,〈直流無刷馬達低速運轉下之建模分析〉,龍華科技大學電機工程研究所碩士學位論文,民國八十六年。
[36] 林政彥,〝步進馬達原理及應用〞,機械月刊,第29期,第51-61頁,2003。
[37] 絲國一、鄭其原,〝線性步進馬達原理、控制與應用〞,電機月刊,第10期,第196-205頁,2000。
[38] 吳天佑,〝步進馬達之原理與實作(1)--基本原理〞,新電子科技,第159期,第236-240頁,1999。
[39] 蕭豐進等著,〝永磁式直流無刷馬達伺服驅動器實務設計〞,南臺科技大學學報,第29期,第151-164頁,2004
[40] 王崇飛,〝直流電動機簡介〞,元智大學機械系,1999。
[41] 賴炎生等著,〝直流無刷馬達驅動控制技術〞,電機月刊,第14期,第234-241頁,2004。
[42] 趙沐深等著,〝永磁式直流無刷馬達驅動器研製〞,中州學報,第19期,第83-92頁,2004。
[43] 胡永柟、蕭豐進,〝TMS320C240應用於永磁式直流無刷馬達伺服驅動系統 (上)〞,e科技雜誌,第35期,第61-64頁,2003。
[44] 胡永柟、蕭豐進,〝TMS320C240應用於永磁式直流無刷馬達伺服驅動系統 (下)〞,e科技雜誌,第36期,第51-54頁,2003。
[45] S.-Y. Tseng, Y.-K. Chen, and Y.-W. Chang, "A Systematic Approach to Developing Isolated Interleaving Converters with a Single-Capacitor Turn-Off Snubber," Power Electronics Specialists Conf., 2006, pp. 1-7.
[46] 謝建德著,〈具均流功能之多通道家禽人道致昏器研製〉,長庚大學電機工程研究所碩士論文,民國九十七年。
[47] 黃士榮、王毓實,〝Flyback轉換器之Snubber與Clamp線路設計實務〞,電力電子,第4期,第83-90頁,2006。
[48] 王毓實、 黃士榮,〝Flyback轉換器設計淺談〞,電力電子,第5期,第58-65頁,2007。
[49] 趙元鑫,〝在Flyback轉換器電路之BIMOSFET相對表現性〞,電力電子,第4期,第59-63頁,2006。
[50] 莊榮源,〝高頻FLYBACK變壓器(偶合電感器)最佳之設計〞,電力電子,第1期,第42-48頁,2003。
[51] 楊文方,〝返馳式轉換器〞,甲工學報,第16期,第84-103頁,1999。
[52] 李榮乾、周光祖,〝Analysis and Design of the Flyback Zero-Voltage-Switched Quasi-Square-Wave〞,自動控制學刊,第3期,第123-128頁,1995。
[53] 歐宗祐等著,〝交錯式降壓型轉換器結合單電容緩震器以降低開關切換損失〞,電子月刊,第13期,第154-163頁,2007。
[54] 潘宗銘、吳財福,〝應用於功率轉換器的Snubber電路〞,電力電子技術,第21期,第74-84頁,1994。
[55] 潘晴財,〝An Active Snubber Circuit for 'Cuk Converter〞,電工,第32期,第26-36頁,1989。
[56] 溫兆均、潘晴財,〝Analysis of a Nondissipative Snubber for Isolated Cuk Converter〞,電工,第31期,第99-108頁,1988。
[57] 薛醒先,〝DSP之蛻變與重生〞,電子與電腦,第119期,第52-57頁,2009。
[58] 電子與電腦雜誌編輯部,〝功耗要最低 造福可攜設計!--TI DSP及應用處理器節能技術重大突破〞,電子與電腦,第113期,第37頁,2008。
[59] 李文猶,〝數位訊號處理器發展與應用〞,電機月刊,第18期,第240-243頁,2008。
[60] 施慶隆,〝PID控制程式設計〞,電機月刊,第16期,第180-189頁,2006。
[61] 張宗華等著,〝如何設計TMS320C32 DSP的記憶體界面〞,機電整合,第114期,第140-143頁,2008。
連結至畢業學校之論文網頁點我開啟連結
註: 此連結為研究生畢業學校所提供,不一定有電子全文可供下載,若連結有誤,請點選上方之〝勘誤回報〞功能,我們會盡快修正,謝謝!
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top
1. [60] 施慶隆,〝PID控制程式設計〞,電機月刊,第16期,第180-189頁,2006。
2. [59] 李文猶,〝數位訊號處理器發展與應用〞,電機月刊,第18期,第240-243頁,2008。
3. [57] 薛醒先,〝DSP之蛻變與重生〞,電子與電腦,第119期,第52-57頁,2009。
4. [56] 溫兆均、潘晴財,〝Analysis of a Nondissipative Snubber for Isolated Cuk Converter〞,電工,第31期,第99-108頁,1988。
5. [55] 潘晴財,〝An Active Snubber Circuit for 'Cuk Converter〞,電工,第32期,第26-36頁,1989。
6. [54] 潘宗銘、吳財福,〝應用於功率轉換器的Snubber電路〞,電力電子技術,第21期,第74-84頁,1994。
7. [52] 李榮乾、周光祖,〝Analysis and Design of the Flyback Zero-Voltage-Switched Quasi-Square-Wave〞,自動控制學刊,第3期,第123-128頁,1995。
8. [51] 楊文方,〝返馳式轉換器〞,甲工學報,第16期,第84-103頁,1999。
9. [50] 莊榮源,〝高頻FLYBACK變壓器(偶合電感器)最佳之設計〞,電力電子,第1期,第42-48頁,2003。
10. [49] 趙元鑫,〝在Flyback轉換器電路之BIMOSFET相對表現性〞,電力電子,第4期,第59-63頁,2006。
11. [48] 王毓實、 黃士榮,〝Flyback轉換器設計淺談〞,電力電子,第5期,第58-65頁,2007。
12. [47] 黃士榮、王毓實,〝Flyback轉換器之Snubber與Clamp線路設計實務〞,電力電子,第4期,第83-90頁,2006。
13. [38] 吳天佑,〝步進馬達之原理與實作(1)--基本原理〞,新電子科技,第159期,第236-240頁,1999。
14. [37] 絲國一、鄭其原,〝線性步進馬達原理、控制與應用〞,電機月刊,第10期,第196-205頁,2000。
15. [36] 林政彥,〝步進馬達原理及應用〞,機械月刊,第29期,第51-61頁,2003。