CN1959580A - 风扇速度控制电路及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种风扇速度控制电路及控制方法，主要是根据一对应芯片内部温度讯号的原始脉宽调制讯号及芯片环境温度讯号，利用一可编程控制器产生一新的脉宽调制讯号，并利用该新的脉宽调制讯号来控制风扇速度。

Description

风扇速度控制电路及控制方法

【技术领域】

本发明与风扇相关，特别涉及一种兼具温控及脉宽调制速度控制的风扇速度控制电路及速度控制方法。

【背景技术】

随着电子产业的快速发展，电子产品的发热量不断提升，散热风扇被广泛应用于散热装置中。风扇转速愈快，散热效果愈佳，但相对噪音也愈大。为了在满足散热需求的前提下降低风扇噪音，多种风扇速度控制方式被提出。

如图6所示，为现有温度控制转速的特性曲线图，横轴代表风扇所处的环境温度，纵轴代表风扇转速，该图中假设风扇的最高转速为5000RPM(转/分钟)。当风扇所处得环境温度在常温或额定温度时，如30至40摄氏度时，风扇维持一定的低转速，如1000RPM；当环境温度逐渐上升，如从40上升至50摄氏度时，风扇转速亦呈比例地增加；当环境温度达到非常高的温度，如50摄氏度时，风扇将维持最高转速5000RPM。

如图7所示，为现有脉宽调节控制速度的特性曲线图，横轴代表脉宽调制讯号的占空比(Duty Cycle)，纵轴代表风扇的转速。根据芯片如中央处理器的内部温度，计算机主板将提供相应的占空比讯号，控制风扇在相应的速度下工作。当芯片内部温度较低时，在设定的占空比或以下，风扇将在定速运行。图7中，在20％的占空比以下，该风扇皆以1000RPM的低速运行。而当芯片内部温度升高时，主机板提供相应的占空比讯号，提高风扇的转速，当占空比为100％时，风扇全速运行。

从以上可以看出，温度控制方式是以风扇所处的位置，即芯片外部的环境温度变化来控制风扇的转速，因此其可以保证该环境温度不会过高。但是在一个系统中，热量由发热芯片散到环境中，尚需一定时间，因此一个潜在的危险是：芯片已经很热，但由于还未来得及散到环境中使环境温度升高，风扇仍然会以较低的速度工作，因此芯片很可能因温度过高而烧毁。反观脉宽调制方式，其是以芯片内部温度的变化来控制风扇的转速，因此其可以保证芯片内部的温度不会过高。但有时，芯片内部温度确实已经降低，但环境温度由于之前蓄积的大量热量而无法马上降温，还需要风扇以高速工作，惟因风扇仅受芯片内部温度控制，其将随着降低转速，导致环境温度无法快速降下来，恐对芯片周边的元件造成伤害。因此，现有的速度控制方式还有待改进，以兼顾芯片内部温度及环境温度的需求。

【发明内容】

针对上述需求，发明人开发出一种可兼顾芯片内部温度及芯片环境温度的风扇速度控制装置及控制方法。

一种风扇速度控制电路包括脉宽调制讯号输入电路、温度检测电路、可编程控制器及风扇驱动电路。该脉宽调制讯号输入电路用以提供一原始脉宽调制讯号，该原始脉宽调制讯号与芯片内部温度相对应。该温度检测电路用以根据芯片周围的环境温度输出对应的温度讯号。该可编程控制器用以接收上述原始脉宽调制讯号及温度讯号，及根据上述原始脉宽调制讯号及温度讯号产生一新的脉宽调制讯号。该风扇驱动电路接收该新的脉宽调制讯号以控制风扇的速度。

一种风扇速度控制方法，包括获取与一芯片内部温度讯号相对应的原始脉宽调制讯号及该芯片周围的环境温度讯号，然后根据该原始脉宽调制讯号及环境温度讯号产生一新的脉宽调制讯号，再将该新的脉宽调制讯号输入一风扇驱动电路，以控制该风扇工作于一对应的速度。

上述风扇速度控制电路及控制方法中，相较现有单一温度控制或脉宽调制控制的风扇速度控制方式，芯片内部的温度及环境温度同时作为风扇速度控制的考量因素，因此可以兼顾芯片内部及环境的散热需求。

【附图说明】

图1为本发明实施例的一种风扇速度控制的特性曲线。

图2为本发明实施例的另一种风扇速度控制的特性曲线。

图3为本发明实施例的又一种风扇速度控制的特性曲线。

图4为本发明实施例的电路框图。

图5为本发明实施例的风扇速度控制流程图。

图6为现有温度控制风扇转速的特性曲线图。

图7为现有脉宽调制控制风扇速度的特性曲线图。

【具体实施方式】

图1至图3为三种同时以温度控制及脉宽调制控制风扇风扇速度的特性曲线的举例。原始特性曲线以虚线示出，以清楚显示本发明实施例的特性曲线相对于原始特性曲线的变化。

如图1，为其中一种控制方式的特性曲线，可根据环境温度自动调节风扇的低转速(如计算机系统待机状态下)，若因系统或电子元件的热量增加，亦可增加占空比加快风扇转速，在占空比为100％时，风扇达到最高转速。在设定的曲线下，只有低转速状态下(设定的低温状态下)的风扇速度利用温度控制，配合环境温度作变化，因此曲线在低温状态下的部分向上平移，但不影响曲线的其它部分，即仍然以脉宽调制方式来控制其余较高温度或高温下的速度控制。

如图2，为另一种控制方式的特性曲线，在设定的曲线下，除低速状态下(设定的低温温状下)配合环境温度作变化外，其于较高温或高温下的速度控制特性曲线的斜率也配合芯片内部温度及外部环境温度变化，即在较高温或高温下的速度控制将综合运用温度控制及脉宽调制两种方式来控制，当脉宽调制讯号的占空比达到100％时，风扇达到最高转速。从曲线上看，低温部分的曲线向上平移，而高温部分的曲线保持线性，改变斜率，显示风扇转速呈线性变化，以控制噪音避免不规律及急速变化带来不悦的音质。

如图3，为又一种控制方式的特性曲线，在设定的曲线下，除低速状态下(设定的低温温状下)配合环境温度作变化外，其于较高温或高温下的速度控制特性曲线的斜率不变，但由于受到温度控制及脉宽调制的双重控制，相同脉宽调制讯号的占空比的情况下，风扇的转速升高，且在未达到100％的占空比情况下，风扇转速就可以达到最高转速。与第二种方式的区别在于，曲线于高温部分的斜率保持与原始特性曲线一致，显示维持调节转速率，加强保护各热源的散热率。

以上举例介绍了本发明风扇速度控制方式，下面举例介绍如何以电路来达成上述控制方式。

请参照图4，为上述实施例的控制电路框图，主要包括有PWM输入电路100、PIC电路200(Programmable IC，可编程控制器)、温度检测电路300、驱动电路400、速度回馈电路600，其中，该PWM输入电路100向PIC电路200输入PWM讯号；温度检测电路300是为获取芯片环境温度讯号并将该温度讯号输入PIC电路200，本实施例中，该温度检测电路可利用NTC热敏元件将芯片环境温度讯号转换为电讯号输入PIC电路200；该PIC电路200综合该PWM讯号及温度讯号，选择合适的风扇速度，配合驱动电路400以驱动负载500(驱动风扇转动)。速度回馈电路是藉由速度回馈方式精确调整风扇实际速度。

请参照图5，为上述PIC电路200的工作流程图，本实施例是以型号为PIC12F683的PIC为例。风扇启动之后，PIC首先进行初始化动作；接着，PIC读取温度检测电路300输入的温度讯号，并将该温度讯号存储于PIC的某一存储空间，如记着data0位置；然后PIC读取PWM输入电路100输入的PWM讯号，并将该温度讯号存储于PIC的另一存储空间，如记着data1位置；然后根据存储的PWM讯号及温度讯号在一风扇速度列表中搜寻对应的风扇速度，该风扇速度列表祥如后述；PIC根据该对应的风扇速度向风扇驱动电路400输出一调整之后的新PWM讯号，记着PWM(mix)讯号，表示该PWM(mix)讯号是综合原始PWM讯号与温度讯号的结果，利用该PWM(mix)讯号使风扇工作在该对应的速度。

接下来，为精确控制风扇实际速度，利用该速度回馈电路600向PIC回馈的风扇速度对该风扇实际速度进行精确调整。此回馈方式为一般速度控制所惯用之手段，本领域技术人员对此速度回馈方式原理及实现手段应该了解，此不详述。

以上介绍了PIC电路200的工作流程，下面将重点介绍风扇速度列表。

该风扇速度列表是预先根据所要求达到的控制方式(如第一至图3的特性曲线)而设置。请先参阅表1，是针对图1所示风扇速度特性曲线的风扇速度列表。相对于仅有PWM速度控制的风扇速度列表，表1中的速度列表是综合考虑PWM讯号及芯片环境温度的结果，其差异部分用灰色表示。其中，横向向右代表芯片环境温度的增加，此温度即为温度控制电路300输入PIC电路200的温度讯号，纵向向下代表原始PWM讯号的增加，此PWM讯号即为PWM输入电路100输入PIC电路200的温度讯号，因此根据横向温度讯号及纵向PWM讯号可以找到此时风扇的转速。表1中的速度是综合PWM讯号及环境温度讯号而设定的，如前所述，当PIC根据PWM讯号及环境温度讯号搜寻到一个对应的速度时，PIC会根据该对应的速度向驱动电路400输出与该速度对应的PWM(mix)讯号，控制风扇动作。

                    表1风扇速度列表一

从表1中可看出，在中高速状态(设定以PWM占空比20％为分界点)下，风扇速度仍然仅由PWM讯号控制，因此在同一PWM占空比对应相同的速度，如无论温度多少，30％占空比皆对应2340rpm的转速。而在低速状态下，同一PWM占空比下的风扇速度是随芯片环境温度升高而升高的，如在10％的占空比情况下，当环境温度为45度时，风扇速度为1580rpm，当环境温度为50度时，风扇速度增加为1770rpm，而当环境温度为55度时，风扇速度增加为1960rpm。在本实施例中，风扇速度随温度升高而增加是呈线性增加，例如，当环境温度从45度上升至50度，风扇速度升高1770-1580＝190rpm，当环境温度从50度上升至55度，风扇速度升高1960-1770＝190rpm。上述高速状态与低速状态的差别反映在特性曲线上即是，在低速状态下，曲线向上平移，在高速部分维持不变。

由于本实施例所选用的PIC是16位控制器，因此其最多可以设定255种PWM讯号变量及255种温度变量。可以理解，PIC的位数越高，风扇速度变化越平滑，因此，本发明的风扇速度控制精度与PIC的选择有关。

请再参阅表2，是针对图2所示风扇速度特性曲线的风扇速度列表。同样，灰色部分表示的是综合考虑PWM讯号及芯片环境温度之后速度列表与仅考虑PWM讯号控制的速度列表的不同部分。表2相对于表1而言，其不仅低温状态下的速度会随着芯片环境温度升高而升高，其高温部分的速度亦会随着芯片环境温度升高而升高，但仅当PWM讯号占空比达到100％时风扇速度才达到全速运转。反映在图2中的特性曲线，本发明实施例的曲线与原始特性曲线在高温部分具有相同的终点，但斜率不一致。

                    表2风扇速度列表二

请再参阅表3，是针对图3所示风扇速度特性曲线的风扇速度列表。同样，灰色部分表示的是综合考虑PWM讯号及芯片环境温度之后速度列表与仅考虑PWM讯号控制的速度列表的不同部分。表3中的速度无论在低温状态下、高温状态下都有一定幅度的增加，而且风扇最高转速是由PWM讯号及环境温度讯号综合决定，比如当PWM讯号占空比为50％，环境温度为60度时，按照现有技术，风扇速度仅由PWM控制，仍为3100rpm，但本发明考虑到环境温度已经很高，需要立即把环境温度降下来，因此将风扇温度设定为全速运转。表3中的速度设定特点是维持速度变化率不变，反映在图3中的特性曲线即为本发明实施例的曲线与原始曲线平行。

                     表3风扇速度列表三

表1至表3中的速度列表仅为本发明的举例说明，也可以根据需要设定其它的速度列表，但速度设定时应该保证速度的规律性变化，以避免速度的急速变化带来不悦的音质。

Claims (10)

1.一种风扇速度控制电路，包括：

一脉宽调制讯号输入电路，用以提供一原始脉宽调制讯号，该原始脉宽调制讯号与芯片内部温度相对应；

一温度检测电路，用以根据芯片周围的环境温度输出对应的温度讯号；

一可编程控制器，用以接收上述原始脉宽调制讯号及温度讯号，及根据上述原始脉宽调制讯号及温度讯号产生一新的脉宽调制讯号；及

一风扇驱动电路，接收该新的脉宽调制讯号以控制风扇的速度。

2.如权利要求1所述的风扇速度控制电路，其特征在于：该可编程控制器存储有与该原始脉宽调制讯号及温度讯号对应的风扇速度讯号，其输出的新的脉宽调制讯号使得该风扇工作于该对应的风扇速度。

3.如权利要求1所述的风扇速度控制电路，其特征在于：该可编程控制器存储有与不同原始脉宽调制讯号及温度讯号对应的风扇速度讯号，其可根据接收的原始脉宽调制讯号及温度讯号选择对应的风扇速度。

4.如权利要求3所述的风扇速度控制电路，其特征在于：对于至少一部分原始脉宽调制讯号及温度讯号而言，同一原始脉宽调制讯号对应的风扇速度随着温度讯号的升高而增加。

5.如权利要求4所述的风扇速度控制电路，其特征在于：该风扇速度随温度讯号的升高而线性增加。

6.如权利要求3所述的风扇速度控制电路，其特征在于：对于至少一部分原始脉宽调制讯号及温度讯号而言，同一温度讯号对应的风扇速度随着原始脉宽调制讯号的增加而保持不变。

7.如权利要求1所述的风扇速度控制电路，其特征在于：该温度检测电路包括一NTC热敏元件，以将芯片周围的环境温度讯号转换为电讯号。

8.一种风扇速度控制方法，包括：

获取一与一芯片内部温度讯号相对应的原始脉宽调制讯号；

获取该芯片周围的环境温度讯号；

根据该原始脉宽调制讯号及环境温度讯号产生一新的脉宽调制讯号；及

将该新的脉宽调制讯号输入一风扇驱动电路，以控制该风扇工作于一对应的速度。

9.如权利要求8所述的风扇速度控制方法，其特征在于：该方法是采用一可编程控制器来产生该新的脉宽调制讯号，该可编程控制器存储有与不同原始脉宽调制讯号及温度讯号对应的风扇速度讯号，其可根据接收的原始脉宽调制讯号及温度讯号选择对应的风扇速度，该产生的新的脉宽调制讯号与选择的风扇速度是相互对应的。

10.如权利要求9所述的风扇速度控制方法，其特征在于：对于至少一部分原始脉宽调制讯号及温度讯号而言，同一原始脉宽调制讯号对应的风扇速度随着温度讯号的升高而线性增加。

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