專利名稱：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之中央處理器散熱控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之散熱技術(shù)，特別是指一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之中央處理器散熱控制方法。
背景技術(shù)：
在一計(jì)算機(jī)裝置或以中央處理器作為基礎(chǔ)的系統(tǒng)中，為了要使中央處理器能操作在一適當(dāng)?shù)墓ぷ鳒囟认?，一般都必需配置一散熱裝置。目前最普遍使用之簡便散熱裝置是采用一風(fēng)扇馬達(dá)帶動(dòng)一扇葉來產(chǎn)生散熱所需之氣流。
在傳統(tǒng)之中央處理器散熱技術(shù)中，主要是采用一散熱風(fēng)扇安裝在中央處理器之散熱片上，以使該風(fēng)扇產(chǎn)生持續(xù)固定的強(qiáng)制散熱氣流，使中央處理器所產(chǎn)生之熱能得以散逸。但此種傳統(tǒng)散熱技術(shù)，只能單純地提供散熱氣流，并無法依據(jù)該中央處理器實(shí)際所產(chǎn)生之熱量而調(diào)節(jié)散熱風(fēng)扇之轉(zhuǎn)速，因此會有風(fēng)扇之轉(zhuǎn)速無法配合實(shí)際熱量之產(chǎn)生量而受到調(diào)節(jié)，亦即不論中央處理器之溫度為何，其風(fēng)扇之轉(zhuǎn)速皆為固定，如此亦使得整個(gè)散熱系統(tǒng)浪費(fèi)了許多無謂的電力。此種散熱技術(shù)，如果應(yīng)用在可攜式計(jì)算機(jī)或筆記本電腦時(shí)，將會減少電池之供電時(shí)間。
為了要克服上述持續(xù)式之散熱技術(shù)，有業(yè)者設(shè)計(jì)出階梯式之散熱控制技術(shù)，其主要是將溫度分為例如五個(gè)預(yù)設(shè)之階層，當(dāng)中央處理器溫度高于或低于一個(gè)階層時(shí)，即提高或降低風(fēng)扇之轉(zhuǎn)速，此后風(fēng)扇之轉(zhuǎn)速將維持定速不變，直到中央處理器溫度再次高于或低于另一階層時(shí)，才將風(fēng)扇轉(zhuǎn)速提高或降低。這種階梯式控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速之方法，在風(fēng)扇轉(zhuǎn)速階層變換時(shí)之轉(zhuǎn)速落差高，將突顯出風(fēng)扇速度變換時(shí)所產(chǎn)生之噪音。此外，該階梯式之散熱控制技術(shù)中，其是在某一階層中，將風(fēng)扇維持在固定轉(zhuǎn)速，此方式是以高的空氣流量涵蓋一個(gè)范圍的溫度，當(dāng)溫度高于此范圍后則以另一更高風(fēng)速散熱，這種方法無法在溫度與風(fēng)扇轉(zhuǎn)速間取得平衡點(diǎn)，無形中將使得風(fēng)扇耗掉更多電能，減少可攜式計(jì)算機(jī)或筆記型計(jì)算機(jī)之電池供電時(shí)間。
再者，在一多任務(wù)作業(yè)環(huán)境下或是重載工作狀態(tài)之中央處理器，其產(chǎn)熱率一般都相當(dāng)高，往往其產(chǎn)熱率會高于風(fēng)扇之散熱能力，即使將風(fēng)扇之轉(zhuǎn)速設(shè)定在最高轉(zhuǎn)速，也無法使中央處理器所產(chǎn)生之熱量得到適當(dāng)之散發(fā)。在此時(shí)，除了風(fēng)扇轉(zhuǎn)速之控制之外，應(yīng)額外采取其它適當(dāng)措施，方能有效確保中央處理器之正常運(yùn)作。

發(fā)明內(nèi)容
緣此，本發(fā)明之主要目的即是針對前述習(xí)用技術(shù)之缺失及實(shí)際之需求，而研發(fā)出一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之低噪音中央處理器散熱技術(shù)，其以線性控速之方式控制風(fēng)扇之轉(zhuǎn)速，如此可以降低風(fēng)扇轉(zhuǎn)速變換時(shí)因轉(zhuǎn)速落差所產(chǎn)生之噪音。
本發(fā)明之另一目的是提供一種能節(jié)省電力消耗之中央處理器散熱控制方法，該散熱控制方法以正比例調(diào)整風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，以因應(yīng)中央處理器之實(shí)際產(chǎn)熱率而正比例地控制風(fēng)扇之轉(zhuǎn)速，可避免無謂的電力浪費(fèi)。
本發(fā)明之另一目的是提供一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之中央處理器散熱控制方法，該散熱控制方法除了包括以正比例調(diào)整風(fēng)扇轉(zhuǎn)速之外，更包括以降頻控制方式，在中央處理器之產(chǎn)熱率超過散熱能力下，以降頻之工作頻率供應(yīng)至中央處理器，以防止重載下中央處理器發(fā)生過熱。
為了要達(dá)到上述之目的，本發(fā)明較佳實(shí)施例中預(yù)先設(shè)定一最小溫度參考值、一最大溫度參考值、一降頻啟始溫度值、以及一降頻停止溫度值。通過一溫度傳感器偵測中央處理器之實(shí)際溫度，再將該中央處理器實(shí)際溫度與前述之最小溫度參考值、最大溫度參考值、降頻啟始溫度值、及降頻停止溫度值分別作比較。當(dāng)該中央處理器溫度經(jīng)比較低于該最小溫度參考值時(shí)，停止該風(fēng)扇之轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)該中央處理器實(shí)際溫度低于該最大溫度參考值時(shí)，依據(jù)該中央處理器實(shí)際溫度以正比例調(diào)整該風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。當(dāng)該中央處理器溫度高于該最大溫度參考值時(shí)，控制該風(fēng)扇以最高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)該中央處理器實(shí)際溫度高于該降頻啟始溫度值時(shí)，降低該時(shí)脈產(chǎn)生器供應(yīng)至中央處理器之工作時(shí)脈頻率，直至該中央處理器實(shí)際溫度低于該降頻停止溫度值。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明圖1為本發(fā)明較佳實(shí)施例之各相關(guān)構(gòu)件之連接示意圖；圖2為本發(fā)明之控制流程圖；圖3為本發(fā)明之風(fēng)扇轉(zhuǎn)速與中央處理器溫度關(guān)系之曲線圖；圖4為本發(fā)明另一替代實(shí)施例之風(fēng)扇轉(zhuǎn)速與中央處理器溫度關(guān)系之曲線圖。
具體實(shí)施例方式
首先參閱圖1所示，其為本發(fā)明較佳實(shí)施例之控制電路方塊圖，其是在一計(jì)算機(jī)裝置之中央處理器1上配置有一溫度傳感器2，通過該溫度傳感器2可檢測出該中央處理器1在工作中之實(shí)際溫度。該溫度傳感器2可經(jīng)由一放大器21、一模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器22(A/D Converter)而連接至一控制器3，以將中央處理器實(shí)際溫度Tcpu送入該控制器3中。該控制器3可由使用者預(yù)先設(shè)定有一最小溫度參考值Tmin、一最大溫度參考值Tmax、一降頻啟始溫度值Ton、一降頻停止溫度值Toff。
控制器3可在接收到該中央處理器實(shí)際溫度Tcpu時(shí)，由一輸出端送出風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制信號SG 1，此信號可經(jīng)由一風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路41而控制風(fēng)扇馬達(dá)42之轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制風(fēng)扇4之轉(zhuǎn)速。在實(shí)際之應(yīng)用時(shí)，該風(fēng)扇4及風(fēng)扇馬達(dá)42可采用習(xí)用之軸流風(fēng)扇，其可安裝在中央處理器1之上方，且可在其間配置一散熱片43。該風(fēng)扇4所送出之氣流可使該中央處理器1之溫度得以降低。
該控制器3另有一降頻控制輸出端，可產(chǎn)生一降頻控制信號SG2至計(jì)算機(jī)裝置之時(shí)脈產(chǎn)生器5(Clock Generater)，以使該時(shí)脈產(chǎn)生器5依據(jù)該降頻控制信號SG 2而送出相對應(yīng)之適當(dāng)工作頻率CLK至中央處理器1之時(shí)脈輸入端，以作為該中央處理器之工作時(shí)脈。該控制器3可采用習(xí)知之微處理器架構(gòu)來達(dá)到接收溫度傳感器2所檢測之溫度、執(zhí)行溫度之比較、以及產(chǎn)生風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制信號SG 1及降頻控制信號SG 2。當(dāng)然該控制器3亦可采用一般電子邏輯電路之架構(gòu)，同樣可以達(dá)到相同之功能。
圖2為本發(fā)明之控制流程圖，圖3為本發(fā)明之風(fēng)扇轉(zhuǎn)速與中央處理器溫度關(guān)系之曲線圖，在該曲線中，縱坐標(biāo)系表示風(fēng)扇之轉(zhuǎn)速R(rpm)、橫坐標(biāo)系表示中央處理器實(shí)際溫度值Tcpu(℃)。茲配合圖1、圖2及圖3，對本發(fā)明之控制方法作一詳述如后。
首先，依實(shí)際之需要或依據(jù)計(jì)算機(jī)使用之場合，在本發(fā)明之控制器3中設(shè)定一最小溫度參考值Tmin、一最大溫度參考值Tmax、一降頻啟始溫度值Ton、一降頻停止溫度值Toff(步驟101)。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工作期間，會由溫度傳感器2隨時(shí)監(jiān)測中央處理器1之實(shí)際溫度Tcpu(步驟102)，該檢測出之中央處理器實(shí)際溫度值Tcpu會被送到控制器3。
控制器3在接收到該溫度傳感器2檢測出之中央處理器實(shí)際溫度Tcpu后，會將中央處理器實(shí)際溫度值Tcpu與前述之各項(xiàng)溫度參考值(即最小溫度參考值Tmin、最大溫度參考值Tmax、降頻啟始溫度值Ton、降頻停止溫度值Toff)作一比較。如果中央處理器實(shí)際溫度值Tcpu低于最小溫度參考值Tmin(步驟103)，則風(fēng)扇轉(zhuǎn)速R設(shè)定為0(步驟104)，即如圖3中所示之線段S1。當(dāng)該中央處理器實(shí)際溫度值Tcpu升高至大于最小溫度參考值Tmin時(shí)，風(fēng)扇以預(yù)定之低轉(zhuǎn)速R1開始轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)該中央處理器實(shí)際溫度值Tcpu介于該最小溫度參考值Tmin與最大溫度參考值Tmax之區(qū)間(步驟105)，則控制器3依據(jù)該中央處理器實(shí)際溫度值Tcpu以正比例調(diào)整該風(fēng)扇4之轉(zhuǎn)速(步驟106)，即如圖3中所示之線段S2。如果中央處理器實(shí)際溫度值Tcpu因此而得以有效降溫，則風(fēng)扇轉(zhuǎn)速R將以線性方式逐漸降低，如此反復(fù)控制而達(dá)到熱平衡目的。
為了產(chǎn)生一與中央處理器實(shí)際溫度值Tcpu成正比例關(guān)系之風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制信號SG1，除了可使用微處理器之程序設(shè)計(jì)來達(dá)成之后，亦可以例如采用習(xí)用脈波調(diào)變(Pulse Width Modulation，PWM)之技術(shù)產(chǎn)生該與中央處理器實(shí)際溫度值T成正比例關(guān)系之風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制信號SG1，以控制該風(fēng)扇4之轉(zhuǎn)速。
在前述之線性區(qū)段中(線段S2)，風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速變化與溫度為等比例之線性關(guān)系，以此種線性方式控制風(fēng)扇，因可減少溫度變化時(shí)所造成之風(fēng)扇轉(zhuǎn)速落差，故對于風(fēng)扇轉(zhuǎn)速變化時(shí)所產(chǎn)生之噪音也得以抑制。此外，在線性區(qū)段中，中央處理器產(chǎn)熱增加時(shí)會使風(fēng)扇轉(zhuǎn)速增高，相反的，中央處理器產(chǎn)熱降低時(shí)會使風(fēng)扇轉(zhuǎn)速降低，故在持續(xù)對溫度追蹤后，最終中央處理器的產(chǎn)熱與風(fēng)扇轉(zhuǎn)速會達(dá)到一平衡點(diǎn)，此時(shí)中央處理器產(chǎn)熱速率與散熱速率為最佳，風(fēng)扇所耗費(fèi)的能源也因此得以減少。
當(dāng)中央處理器實(shí)際溫度值Tcpu高于該最大溫度參考值Tmax(步驟107)，該控制器3即控制該風(fēng)扇4以最高轉(zhuǎn)速R2轉(zhuǎn)動(dòng)(步驟108)，即如圖3中所示之線段S3，以期使中央處理器之溫度得以降低。但當(dāng)系統(tǒng)處于重負(fù)載下，中央處理器產(chǎn)熱急劇上升，此時(shí)將風(fēng)扇維持在高轉(zhuǎn)速并無法有效降溫，若中央處理器溫度高于其所能承受之最高溫度時(shí)，將會損害中央處理器之壽命甚至于造成永久性破壞，為避免此情形發(fā)生，本發(fā)明之方法中將降頻控制應(yīng)用在高溫區(qū)之散熱控制。亦即，如果風(fēng)扇4在最高轉(zhuǎn)速之狀況下，仍不足以使中央處理器1之溫度降低時(shí)，則進(jìn)一步判斷該中央處理器實(shí)際溫度值Tcpu是否超過預(yù)設(shè)之降頻啟始溫度值Ton(步驟109)，如果否，則該風(fēng)扇4仍以最高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。
在步驟109中，一旦該中央處理器實(shí)際溫度值Tcpu超過降頻啟始溫度值Ton時(shí)，則控制器3除了控制該風(fēng)扇4以最高轉(zhuǎn)速R2轉(zhuǎn)動(dòng)之外(步驟110)，另激活了降頻控制功能，以降低送至中央處理器1之工作時(shí)脈CLK之頻率，如此不僅可以仍維持計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之正常操作、亦可減少中央處理器1之產(chǎn)熱速度、保護(hù)中央處理器1不致過熱造成系統(tǒng)不穩(wěn)當(dāng)機(jī)、以及避免燒毀。該降頻之控制可以單段降頻之方式，來降低送至中央處理器之工作時(shí)脈CLK之頻率，亦可以預(yù)設(shè)之多段降頻之方式，來降低送至中央處理器之工作時(shí)脈CLK之頻率。
透過前述之降頻及風(fēng)扇全速運(yùn)轉(zhuǎn)之操作，正常而言應(yīng)可以使中央處理器之溫度得以降低。當(dāng)中央處理器1之溫度降低到預(yù)設(shè)之降頻停止溫度值Toff時(shí)(步驟111)，則控制器即解除降頻之控制(步驟112)，使中央處理器1回復(fù)到原先正常的工作時(shí)脈頻率下操作。此后，仍持續(xù)監(jiān)測溫度、及控制風(fēng)扇之轉(zhuǎn)速(即重復(fù)步驟102至112)，直至系統(tǒng)關(guān)機(jī)(步驟113)。
在本發(fā)明之另一實(shí)施例中，亦可在該控制器中僅預(yù)先設(shè)定有一最小溫度參考值Tmin及一最大溫度參考值Tmax(參閱圖4所示)。在此一實(shí)施例中，其大部份的控制流程皆與前一實(shí)施例相同，其差異系在于當(dāng)溫度傳感器偵測該中央處理器之實(shí)際溫度Tcpu時(shí)，即比較該中央處理器實(shí)際溫度與該預(yù)設(shè)之最小溫度參考值Tmin與最大溫度參考值Tmax。
如果中央處理器實(shí)際溫度值Tcpu低于最小溫度參考值Tmin，則風(fēng)扇轉(zhuǎn)速R設(shè)定為0，即如圖4中所示之線段S4。當(dāng)該中央處理器實(shí)際溫度值Tcpu升高至大于最小溫度參考值Tmin時(shí)，風(fēng)扇以預(yù)定之低轉(zhuǎn)速R1開始轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)該中央處理器實(shí)際溫度值Tcpu介于該最小溫度參考值Tmin與最大溫度參考值Tmax之區(qū)間，則依據(jù)該中央處理器實(shí)際溫度值Tcpu以正比例調(diào)整風(fēng)扇之轉(zhuǎn)速，即如圖4中所示之線段S5。
當(dāng)中央處理器實(shí)際溫度值Tcpu高于該最大溫度參考值Tmax，本發(fā)明即控制風(fēng)扇以最高轉(zhuǎn)速R2轉(zhuǎn)動(dòng)，即如圖4中所示之線段S6。同時(shí)，本發(fā)明之控制器激活了降頻控制功能，以降低送至中央處理器之工作時(shí)脈之頻率，直至該中央處理器實(shí)際溫度低于該最大溫度參考值Tmax為止。
通過上述之說明可知，本發(fā)明以連續(xù)控速之方式控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，可有效降低風(fēng)扇轉(zhuǎn)速變換時(shí)之轉(zhuǎn)速落差，可改善變速時(shí)所產(chǎn)生之噪音，且本發(fā)明使用連續(xù)方式控制風(fēng)扇，可以在中央處理器溫度與風(fēng)扇轉(zhuǎn)速(空氣流量)間取得熱平衡點(diǎn)，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速之增加或降低，由測得之中央處理器溫度立即作調(diào)整，藉此減低風(fēng)扇之電力耗損。本發(fā)明以連續(xù)性方式控制風(fēng)扇再搭配中央處理器降頻方式，更可有效防止重載下中央處理器過熱發(fā)生，對于中央處理器多一層保護(hù)。因此，本發(fā)明確具高度之產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。
以上之實(shí)施例說明，僅為本發(fā)明之較佳實(shí)施例說明，凡習(xí)于此項(xiàng)技術(shù)者當(dāng)可依據(jù)本發(fā)明之上述實(shí)施例說明而作其它種種之改良及變化。然而這些依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所作的種種改良及變化，當(dāng)仍屬于本發(fā)明之創(chuàng)作精神及以下所界定之權(quán)利要求范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之中央處理器散熱控制方法，該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中包括有一中央處理器、一用以提供工作時(shí)脈至該中央處理器之時(shí)脈產(chǎn)生器、以及一散熱用之風(fēng)扇，其特征在于該方法包括下列步驟預(yù)設(shè)一最大溫度參考值、一降頻啟始溫度值、以及一降頻停止溫度值；偵測該中央處理器之實(shí)際溫度；比較該中央處理器實(shí)際溫度與該預(yù)設(shè)之最大溫度參考值；當(dāng)該中央處理器實(shí)際溫度低于該最大溫度參考值時(shí)，依據(jù)該中央處理器實(shí)際溫度以正比例調(diào)整該風(fēng)扇轉(zhuǎn)速；當(dāng)該中央處理器溫度高于該最大溫度參考值時(shí)，控制該風(fēng)扇以最高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)；比較該中央處理器實(shí)際溫度與該降頻啟始溫度值；當(dāng)該中央處理器實(shí)際溫度高于該降頻啟始溫度值時(shí)，降低該時(shí)脈產(chǎn)生器供應(yīng)至中央處理器之工作時(shí)脈頻率，直至該中央處理器實(shí)際溫度低于該降頻停止溫度值為止。
2.如權(quán)利要求1所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之中央處理器散熱控制方法，其特征在于其中該降頻啟始溫度值大于最大溫度參考值。
3.如權(quán)利要求1所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之中央處理器散熱控制方法，其特征在于其還預(yù)設(shè)有一最小溫度參考值，使得當(dāng)該中央處理器溫度經(jīng)比較低于該最小溫度參考值時(shí)，停止該風(fēng)扇之轉(zhuǎn)動(dòng)。
4.如權(quán)利要求1所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之中央處理器散熱控制方法，其特征在于其中該降頻停止溫度值低于該預(yù)設(shè)之最大溫度參考值。
5.一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之中央處理器散熱控制方法，該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中包括有一中央處理器、一用以提供工作時(shí)脈至該中央處理器之時(shí)脈產(chǎn)生器、以及一散熱用之風(fēng)扇，其特征在于該方法包括下列步驟預(yù)設(shè)一最大溫度參考值；偵測該中央處理器之實(shí)際溫度；比較該中央處理器實(shí)際溫度與該預(yù)設(shè)之最大溫度參考值；當(dāng)該中央處理器實(shí)際溫度低于該最大溫度參考值時(shí)，依據(jù)該中央處理器實(shí)際溫度以正比例調(diào)整該風(fēng)扇轉(zhuǎn)速；當(dāng)該中央處理器溫度高于該最大溫度參考值時(shí)，控制該風(fēng)扇以最高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，且降低該時(shí)脈產(chǎn)生器供應(yīng)至中央處理器之工作時(shí)脈頻率，直至該中央處理器實(shí)際溫度低于該最大溫度參考值為止。
6.如權(quán)利要求5所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之中央處理器散熱控制方法，其特征在于其還預(yù)設(shè)有一最小溫度參考值，使得當(dāng)該中央處理器溫度經(jīng)比較低于該最小溫度參考值時(shí)，停止該風(fēng)扇之轉(zhuǎn)動(dòng)。
全文摘要
一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之中央處理器散熱控制方法，由一溫度傳感器偵測中央處理器之實(shí)際溫度，再將該中央處理器實(shí)際溫度與一最小溫度參考值、一最大溫度參考值、一降頻啟始溫度值、以及一降頻停止溫度值分別作比較。當(dāng)該中央處理器溫度經(jīng)比較低于該最小溫度參考值時(shí)，停止該風(fēng)扇之轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)該中央處理器實(shí)際溫度低于該最大溫度參考值時(shí)，依據(jù)該中央處理器實(shí)際溫度以正比例調(diào)整該風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。當(dāng)該中央處理器溫度高于該最大溫度參考值時(shí)，控制該風(fēng)扇以最高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)該中央處理器實(shí)際溫度高于該降頻啟始溫度值時(shí)，降低該時(shí)脈產(chǎn)生器供應(yīng)至中央處理器之工作時(shí)脈頻率，直至該中央處理器實(shí)際溫度低于該降頻停止溫度值。
文檔編號G06F1/20GK1622046SQ20031011226
公開日2005年6月1日 申請日期2003年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月24日
發(fā)明者李宏彬 申請人:順德市順達(dá)電腦廠有限公司, 神基科技股份有限公司