專利名稱:風(fēng)扇速度控制電路及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明與風(fēng)扇相關(guān),特別涉及一種兼具溫控及脈寬調(diào)制速度控制的風(fēng)扇速度控制電路及速度控制方法。
背景技術(shù):
隨著電子產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,電子產(chǎn)品的發(fā)熱量不斷提升,散熱風(fēng)扇被廣泛應(yīng)用于散熱裝置中。風(fēng)扇轉(zhuǎn)速愈快,散熱效果愈佳,但相對噪音也愈大。為了在滿足散熱需求的前提下降低風(fēng)扇噪音,多種風(fēng)扇速度控制方式被提出。
如圖6所示,為現(xiàn)有溫度控制轉(zhuǎn)速的特性曲線圖,橫軸代表風(fēng)扇所處的環(huán)境溫度,縱軸代表風(fēng)扇轉(zhuǎn)速,該圖中假設(shè)風(fēng)扇的最高轉(zhuǎn)速為5000RPM(轉(zhuǎn)/分鐘)。當(dāng)風(fēng)扇所處得環(huán)境溫度在常溫或額定溫度時(shí),如30至40攝氏度時(shí),風(fēng)扇維持一定的低轉(zhuǎn)速,如1000RPM;當(dāng)環(huán)境溫度逐漸上升,如從40上升至50攝氏度時(shí),風(fēng)扇轉(zhuǎn)速亦呈比例地增加;當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到非常高的溫度,如50攝氏度時(shí),風(fēng)扇將維持最高轉(zhuǎn)速5000RPM。
如圖7所示,為現(xiàn)有脈寬調(diào)節(jié)控制速度的特性曲線圖,橫軸代表脈寬調(diào)制訊號的占空比(Duty Cycle),縱軸代表風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。根據(jù)芯片如中央處理器的內(nèi)部溫度,計(jì)算機(jī)主板將提供相應(yīng)的占空比訊號,控制風(fēng)扇在相應(yīng)的速度下工作。當(dāng)芯片內(nèi)部溫度較低時(shí),在設(shè)定的占空比或以下,風(fēng)扇將在定速運(yùn)行。圖7中,在20%的占空比以下,該風(fēng)扇皆以1000RPM的低速運(yùn)行。而當(dāng)芯片內(nèi)部溫度升高時(shí),主機(jī)板提供相應(yīng)的占空比訊號,提高風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速,當(dāng)占空比為100%時(shí),風(fēng)扇全速運(yùn)行。
從以上可以看出,溫度控制方式是以風(fēng)扇所處的位置,即芯片外部的環(huán)境溫度變化來控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速,因此其可以保證該環(huán)境溫度不會(huì)過高。但是在一個(gè)系統(tǒng)中,熱量由發(fā)熱芯片散到環(huán)境中,尚需一定時(shí)間,因此一個(gè)潛在的危險(xiǎn)是芯片已經(jīng)很熱,但由于還未來得及散到環(huán)境中使環(huán)境溫度升高,風(fēng)扇仍然會(huì)以較低的速度工作,因此芯片很可能因溫度過高而燒毀。反觀脈寬調(diào)制方式,其是以芯片內(nèi)部溫度的變化來控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速,因此其可以保證芯片內(nèi)部的溫度不會(huì)過高。但有時(shí),芯片內(nèi)部溫度確實(shí)已經(jīng)降低,但環(huán)境溫度由于之前蓄積的大量熱量而無法馬上降溫,還需要風(fēng)扇以高速工作,惟因風(fēng)扇僅受芯片內(nèi)部溫度控制,其將隨著降低轉(zhuǎn)速,導(dǎo)致環(huán)境溫度無法快速降下來,恐對芯片周邊的元件造成傷害。因此,現(xiàn)有的速度控制方式還有待改進(jìn),以兼顧芯片內(nèi)部溫度及環(huán)境溫度的需求。
發(fā)明內(nèi)容針對上述需求,發(fā)明人開發(fā)出一種可兼顧芯片內(nèi)部溫度及芯片環(huán)境溫度的風(fēng)扇速度控制裝置及控制方法。
一種風(fēng)扇速度控制電路包括脈寬調(diào)制訊號輸入電路、溫度檢測電路、可編程控制器及風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路。該脈寬調(diào)制訊號輸入電路用以提供一原始脈寬調(diào)制訊號,該原始脈寬調(diào)制訊號與芯片內(nèi)部溫度相對應(yīng)。該溫度檢測電路用以根據(jù)芯片周圍的環(huán)境溫度輸出對應(yīng)的溫度訊號。該可編程控制器用以接收上述原始脈寬調(diào)制訊號及溫度訊號,及根據(jù)上述原始脈寬調(diào)制訊號及溫度訊號產(chǎn)生一新的脈寬調(diào)制訊號。該風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路接收該新的脈寬調(diào)制訊號以控制風(fēng)扇的速度。
一種風(fēng)扇速度控制方法,包括獲取與一芯片內(nèi)部溫度訊號相對應(yīng)的原始脈寬調(diào)制訊號及該芯片周圍的環(huán)境溫度訊號,然后根據(jù)該原始脈寬調(diào)制訊號及環(huán)境溫度訊號產(chǎn)生一新的脈寬調(diào)制訊號,再將該新的脈寬調(diào)制訊號輸入一風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路,以控制該風(fēng)扇工作于一對應(yīng)的速度。
上述風(fēng)扇速度控制電路及控制方法中,相較現(xiàn)有單一溫度控制或脈寬調(diào)制控制的風(fēng)扇速度控制方式,芯片內(nèi)部的溫度及環(huán)境溫度同時(shí)作為風(fēng)扇速度控制的考量因素,因此可以兼顧芯片內(nèi)部及環(huán)境的散熱需求。
圖1為本發(fā)明實(shí)施例的一種風(fēng)扇速度控制的特性曲線。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例的另一種風(fēng)扇速度控制的特性曲線。
圖3為本發(fā)明實(shí)施例的又一種風(fēng)扇速度控制的特性曲線。
圖4為本發(fā)明實(shí)施例的電路框圖。
圖5為本發(fā)明實(shí)施例的風(fēng)扇速度控制流程圖。
圖6為現(xiàn)有溫度控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的特性曲線圖。
圖7為現(xiàn)有脈寬調(diào)制控制風(fēng)扇速度的特性曲線圖。
具體實(shí)施方式圖1至圖3為三種同時(shí)以溫度控制及脈寬調(diào)制控制風(fēng)扇風(fēng)扇速度的特性曲線的舉例。原始特性曲線以虛線示出,以清楚顯示本發(fā)明實(shí)施例的特性曲線相對于原始特性曲線的變化。
如圖1,為其中一種控制方式的特性曲線,可根據(jù)環(huán)境溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)扇的低轉(zhuǎn)速(如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)待機(jī)狀態(tài)下),若因系統(tǒng)或電子元件的熱量增加,亦可增加占空比加快風(fēng)扇轉(zhuǎn)速,在占空比為100%時(shí),風(fēng)扇達(dá)到最高轉(zhuǎn)速。在設(shè)定的曲線下,只有低轉(zhuǎn)速狀態(tài)下(設(shè)定的低溫狀態(tài)下)的風(fēng)扇速度利用溫度控制,配合環(huán)境溫度作變化,因此曲線在低溫狀態(tài)下的部分向上平移,但不影響曲線的其它部分,即仍然以脈寬調(diào)制方式來控制其余較高溫度或高溫下的速度控制。
如圖2,為另一種控制方式的特性曲線,在設(shè)定的曲線下,除低速狀態(tài)下(設(shè)定的低溫溫狀下)配合環(huán)境溫度作變化外,其于較高溫或高溫下的速度控制特性曲線的斜率也配合芯片內(nèi)部溫度及外部環(huán)境溫度變化,即在較高溫或高溫下的速度控制將綜合運(yùn)用溫度控制及脈寬調(diào)制兩種方式來控制,當(dāng)脈寬調(diào)制訊號的占空比達(dá)到100%時(shí),風(fēng)扇達(dá)到最高轉(zhuǎn)速。從曲線上看,低溫部分的曲線向上平移,而高溫部分的曲線保持線性,改變斜率,顯示風(fēng)扇轉(zhuǎn)速呈線性變化,以控制噪音避免不規(guī)律及急速變化帶來不悅的音質(zhì)。
如圖3,為又一種控制方式的特性曲線,在設(shè)定的曲線下,除低速狀態(tài)下(設(shè)定的低溫溫狀下)配合環(huán)境溫度作變化外,其于較高溫或高溫下的速度控制特性曲線的斜率不變,但由于受到溫度控制及脈寬調(diào)制的雙重控制,相同脈寬調(diào)制訊號的占空比的情況下,風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速升高,且在未達(dá)到100%的占空比情況下,風(fēng)扇轉(zhuǎn)速就可以達(dá)到最高轉(zhuǎn)速。與第二種方式的區(qū)別在于,曲線于高溫部分的斜率保持與原始特性曲線一致,顯示維持調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速率,加強(qiáng)保護(hù)各熱源的散熱率。
以上舉例介紹了本發(fā)明風(fēng)扇速度控制方式,下面舉例介紹如何以電路來達(dá)成上述控制方式。
請參照圖4,為上述實(shí)施例的控制電路框圖,主要包括有PWM輸入電路100、PIC電路200(Programmable IC,可編程控制器)、溫度檢測電路300、驅(qū)動(dòng)電路400、速度回饋電路600,其中,該P(yáng)WM輸入電路100向PIC電路200輸入PWM訊號;溫度檢測電路300是為獲取芯片環(huán)境溫度訊號并將該溫度訊號輸入PIC電路200,本實(shí)施例中,該溫度檢測電路可利用NTC熱敏元件將芯片環(huán)境溫度訊號轉(zhuǎn)換為電訊號輸入PIC電路200;該P(yáng)IC電路200綜合該P(yáng)WM訊號及溫度訊號,選擇合適的風(fēng)扇速度,配合驅(qū)動(dòng)電路400以驅(qū)動(dòng)負(fù)載500(驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng))。速度回饋電路是藉由速度回饋方式精確調(diào)整風(fēng)扇實(shí)際速度。
請參照圖5,為上述PIC電路200的工作流程圖,本實(shí)施例是以型號為PIC12F683的PIC為例。風(fēng)扇啟動(dòng)之后,PIC首先進(jìn)行初始化動(dòng)作;接著,PIC讀取溫度檢測電路300輸入的溫度訊號,并將該溫度訊號存儲(chǔ)于PIC的某一存儲(chǔ)空間,如記著data0位置;然后PIC讀取PWM輸入電路100輸入的PWM訊號,并將該溫度訊號存儲(chǔ)于PIC的另一存儲(chǔ)空間,如記著data1位置;然后根據(jù)存儲(chǔ)的PWM訊號及溫度訊號在一風(fēng)扇速度列表中搜尋對應(yīng)的風(fēng)扇速度,該風(fēng)扇速度列表祥如后述;PIC根據(jù)該對應(yīng)的風(fēng)扇速度向風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路400輸出一調(diào)整之后的新PWM訊號,記著PWM(mix)訊號,表示該P(yáng)WM(mix)訊號是綜合原始PWM訊號與溫度訊號的結(jié)果,利用該P(yáng)WM(mix)訊號使風(fēng)扇工作在該對應(yīng)的速度。
接下來,為精確控制風(fēng)扇實(shí)際速度,利用該速度回饋電路600向PIC回饋的風(fēng)扇速度對該風(fēng)扇實(shí)際速度進(jìn)行精確調(diào)整。此回饋方式為一般速度控制所慣用之手段,本領(lǐng)域技術(shù)人員對此速度回饋方式原理及實(shí)現(xiàn)手段應(yīng)該了解,此不詳述。
以上介紹了PIC電路200的工作流程,下面將重點(diǎn)介紹風(fēng)扇速度列表。
該風(fēng)扇速度列表是預(yù)先根據(jù)所要求達(dá)到的控制方式(如第一至圖3的特性曲線)而設(shè)置。請先參閱表1,是針對圖1所示風(fēng)扇速度特性曲線的風(fēng)扇速度列表。相對于僅有PWM速度控制的風(fēng)扇速度列表,表1中的速度列表是綜合考慮PWM訊號及芯片環(huán)境溫度的結(jié)果,其差異部分用灰色表示。其中,橫向向右代表芯片環(huán)境溫度的增加,此溫度即為溫度控制電路300輸入PIC電路200的溫度訊號,縱向向下代表原始PWM訊號的增加,此PWM訊號即為PWM輸入電路100輸入PIC電路200的溫度訊號,因此根據(jù)橫向溫度訊號及縱向PWM訊號可以找到此時(shí)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。表1中的速度是綜合PWM訊號及環(huán)境溫度訊號而設(shè)定的,如前所述,當(dāng)PIC根據(jù)PWM訊號及環(huán)境溫度訊號搜尋到一個(gè)對應(yīng)的速度時(shí),PIC會(huì)根據(jù)該對應(yīng)的速度向驅(qū)動(dòng)電路400輸出與該速度對應(yīng)的PWM(mix)訊號,控制風(fēng)扇動(dòng)作。
表1風(fēng)扇速度列表一 從表1中可看出,在中高速狀態(tài)(設(shè)定以PWM占空比20%為分界點(diǎn))下,風(fēng)扇速度仍然僅由PWM訊號控制,因此在同一PWM占空比對應(yīng)相同的速度,如無論溫度多少,30%占空比皆對應(yīng)2340rpm的轉(zhuǎn)速。而在低速狀態(tài)下,同一PWM占空比下的風(fēng)扇速度是隨芯片環(huán)境溫度升高而升高的,如在10%的占空比情況下,當(dāng)環(huán)境溫度為45度時(shí),風(fēng)扇速度為1580rpm,當(dāng)環(huán)境溫度為50度時(shí),風(fēng)扇速度增加為1770rpm,而當(dāng)環(huán)境溫度為55度時(shí),風(fēng)扇速度增加為1960rpm。在本實(shí)施例中,風(fēng)扇速度隨溫度升高而增加是呈線性增加,例如,當(dāng)環(huán)境溫度從45度上升至50度,風(fēng)扇速度升高1770-1580=190rpm,當(dāng)環(huán)境溫度從50度上升至55度,風(fēng)扇速度升高1960-1770=190rpm。上述高速狀態(tài)與低速狀態(tài)的差別反映在特性曲線上即是,在低速狀態(tài)下,曲線向上平移,在高速部分維持不變。
由于本實(shí)施例所選用的PIC是16位控制器,因此其最多可以設(shè)定255種PWM訊號變量及255種溫度變量??梢岳斫?,PIC的位數(shù)越高,風(fēng)扇速度變化越平滑,因此,本發(fā)明的風(fēng)扇速度控制精度與PIC的選擇有關(guān)。
請?jiān)賲㈤啽?,是針對圖2所示風(fēng)扇速度特性曲線的風(fēng)扇速度列表。同樣,灰色部分表示的是綜合考慮PWM訊號及芯片環(huán)境溫度之后速度列表與僅考慮PWM訊號控制的速度列表的不同部分。表2相對于表1而言,其不僅低溫狀態(tài)下的速度會(huì)隨著芯片環(huán)境溫度升高而升高,其高溫部分的速度亦會(huì)隨著芯片環(huán)境溫度升高而升高,但僅當(dāng)PWM訊號占空比達(dá)到100%時(shí)風(fēng)扇速度才達(dá)到全速運(yùn)轉(zhuǎn)。反映在圖2中的特性曲線,本發(fā)明實(shí)施例的曲線與原始特性曲線在高溫部分具有相同的終點(diǎn),但斜率不一致。
表2風(fēng)扇速度列表二 請?jiān)賲㈤啽?,是針對圖3所示風(fēng)扇速度特性曲線的風(fēng)扇速度列表。同樣,灰色部分表示的是綜合考慮PWM訊號及芯片環(huán)境溫度之后速度列表與僅考慮PWM訊號控制的速度列表的不同部分。表3中的速度無論在低溫狀態(tài)下、高溫狀態(tài)下都有一定幅度的增加,而且風(fēng)扇最高轉(zhuǎn)速是由PWM訊號及環(huán)境溫度訊號綜合決定,比如當(dāng)PWM訊號占空比為50%,環(huán)境溫度為60度時(shí),按照現(xiàn)有技術(shù),風(fēng)扇速度僅由PWM控制,仍為3100rpm,但本發(fā)明考慮到環(huán)境溫度已經(jīng)很高,需要立即把環(huán)境溫度降下來,因此將風(fēng)扇溫度設(shè)定為全速運(yùn)轉(zhuǎn)。表3中的速度設(shè)定特點(diǎn)是維持速度變化率不變,反映在圖3中的特性曲線即為本發(fā)明實(shí)施例的曲線與原始曲線平行。
表3風(fēng)扇速度列表三 表1至表3中的速度列表僅為本發(fā)明的舉例說明,也可以根據(jù)需要設(shè)定其它的速度列表,但速度設(shè)定時(shí)應(yīng)該保證速度的規(guī)律性變化,以避免速度的急速變化帶來不悅的音質(zhì)。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)扇速度控制電路,包括一脈寬調(diào)制訊號輸入電路,用以提供一原始脈寬調(diào)制訊號,該原始脈寬調(diào)制訊號與芯片內(nèi)部溫度相對應(yīng);一溫度檢測電路,用以根據(jù)芯片周圍的環(huán)境溫度輸出對應(yīng)的溫度訊號;一可編程控制器,用以接收上述原始脈寬調(diào)制訊號及溫度訊號,及根據(jù)上述原始脈寬調(diào)制訊號及溫度訊號產(chǎn)生一新的脈寬調(diào)制訊號;及一風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路,接收該新的脈寬調(diào)制訊號以控制風(fēng)扇的速度。
2.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)扇速度控制電路,其特征在于該可編程控制器存儲(chǔ)有與該原始脈寬調(diào)制訊號及溫度訊號對應(yīng)的風(fēng)扇速度訊號,其輸出的新的脈寬調(diào)制訊號使得該風(fēng)扇工作于該對應(yīng)的風(fēng)扇速度。
3.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)扇速度控制電路,其特征在于該可編程控制器存儲(chǔ)有與不同原始脈寬調(diào)制訊號及溫度訊號對應(yīng)的風(fēng)扇速度訊號,其可根據(jù)接收的原始脈寬調(diào)制訊號及溫度訊號選擇對應(yīng)的風(fēng)扇速度。
4.如權(quán)利要求3所述的風(fēng)扇速度控制電路,其特征在于對于至少一部分原始脈寬調(diào)制訊號及溫度訊號而言,同一原始脈寬調(diào)制訊號對應(yīng)的風(fēng)扇速度隨著溫度訊號的升高而增加。
5.如權(quán)利要求4所述的風(fēng)扇速度控制電路,其特征在于該風(fēng)扇速度隨溫度訊號的升高而線性增加。
6.如權(quán)利要求3所述的風(fēng)扇速度控制電路,其特征在于對于至少一部分原始脈寬調(diào)制訊號及溫度訊號而言,同一溫度訊號對應(yīng)的風(fēng)扇速度隨著原始脈寬調(diào)制訊號的增加而保持不變。
7.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)扇速度控制電路,其特征在于該溫度檢測電路包括一NTC熱敏元件,以將芯片周圍的環(huán)境溫度訊號轉(zhuǎn)換為電訊號。
8.一種風(fēng)扇速度控制方法,包括獲取一與一芯片內(nèi)部溫度訊號相對應(yīng)的原始脈寬調(diào)制訊號;獲取該芯片周圍的環(huán)境溫度訊號;根據(jù)該原始脈寬調(diào)制訊號及環(huán)境溫度訊號產(chǎn)生一新的脈寬調(diào)制訊號;及將該新的脈寬調(diào)制訊號輸入一風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路,以控制該風(fēng)扇工作于一對應(yīng)的速度。
9.如權(quán)利要求8所述的風(fēng)扇速度控制方法,其特征在于該方法是采用一可編程控制器來產(chǎn)生該新的脈寬調(diào)制訊號,該可編程控制器存儲(chǔ)有與不同原始脈寬調(diào)制訊號及溫度訊號對應(yīng)的風(fēng)扇速度訊號,其可根據(jù)接收的原始脈寬調(diào)制訊號及溫度訊號選擇對應(yīng)的風(fēng)扇速度,該產(chǎn)生的新的脈寬調(diào)制訊號與選擇的風(fēng)扇速度是相互對應(yīng)的。
10.如權(quán)利要求9所述的風(fēng)扇速度控制方法,其特征在于對于至少一部分原始脈寬調(diào)制訊號及溫度訊號而言,同一原始脈寬調(diào)制訊號對應(yīng)的風(fēng)扇速度隨著溫度訊號的升高而線性增加。
全文摘要
一種風(fēng)扇速度控制電路及控制方法,主要是根據(jù)一對應(yīng)芯片內(nèi)部溫度訊號的原始脈寬調(diào)制訊號及芯片環(huán)境溫度訊號,利用一可編程控制器產(chǎn)生一新的脈寬調(diào)制訊號,并利用該新的脈寬調(diào)制訊號來控制風(fēng)扇速度。
文檔編號H02P6/08GK1959580SQ20051010095
公開日2007年5月9日 申請日期2005年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月3日
發(fā)明者古金龍, 葉錦文 申請人:富準(zhǔn)精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻準(zhǔn)精密工業(yè)股份有限公司