專利名稱：脈沖寬度調(diào)制風(fēng)扇控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)扇控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
計算機(jī)中所用的各種組件都會發(fā)熱，為使組件正常工作，必需散熱。這些計算機(jī)組件所產(chǎn)生的熱量通常利用風(fēng)扇引入或強(qiáng)迫環(huán)境空氣通過組件的方式來耗散。為了降低功耗和噪聲的產(chǎn)生，這些風(fēng)扇的速度是根據(jù)配有風(fēng)扇的計算機(jī)的需要來調(diào)節(jié)的。例如，給定風(fēng)扇的速度可以根據(jù)配有所述風(fēng)扇以便冷卻的組件溫度加以控制。在某些情況下，聯(lián)邦規(guī)定要求給定組件不得超過規(guī)定的工作溫度。
用于計算機(jī)中的一些冷卻風(fēng)扇是由微處理器控制的。雖然微處理器控制就風(fēng)扇速度的調(diào)節(jié)精度而言具有優(yōu)勢，但微處理器控制并不適合于每一種應(yīng)用。例如，微處理器可能不適合于冷卻電源，因?yàn)檫@種微處理器的成本較高。所以，在先有技術(shù)中已使用各種不同的裝置來控制計算機(jī)風(fēng)扇。
在一個解決方案中，將功率耗散器件(例如PNP晶體管)與風(fēng)扇串聯(lián)，使得加到風(fēng)扇上的電壓數(shù)量減少了提供給耗散裝置的電壓數(shù)量。雖然這個解決方案是可行的，但從功耗的觀點(diǎn)來看是不理想的。具體地說，所述解決方案很浪費(fèi)，因?yàn)椴徽擄L(fēng)扇工作的速度如何都需要同樣的功率來驅(qū)動風(fēng)扇。所述解決方案還有一個缺點(diǎn)是在這種控制方案下風(fēng)扇的工作速度范圍有限，并且在所述范圍內(nèi)風(fēng)扇可工作的不同速度的數(shù)量也有限。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實(shí)施例中，風(fēng)扇控制系統(tǒng)包括溫度敏感器，它適合于檢測組件溫度并輸出溫度反饋信號；以及脈沖寬度調(diào)制控制電路，它配置成接收來自溫度敏感器的溫度反饋信號和單獨(dú)的風(fēng)扇指令信號，并根據(jù)這些信號產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制信號，將其發(fā)送到由脈沖寬度調(diào)制控制的風(fēng)扇。
在一個實(shí)施例中，風(fēng)扇的控制方法包括接收來自與計算機(jī)組件關(guān)聯(lián)的溫度敏感器的溫度反饋信號，接收風(fēng)扇指令信號，比較溫度反饋信號和風(fēng)扇指令信號以確定哪一個需要更大的工作比，并產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制信號，所述脈沖寬度調(diào)制信號的工作比是根據(jù)需要較大工作比的信號而產(chǎn)生的。


參閱以下附圖可以更好地理解所公開的風(fēng)扇控制系統(tǒng)和方法。附圖中的組件不一定按比例畫出。
圖1是包括風(fēng)扇控制系統(tǒng)的計算機(jī)實(shí)施例的方框圖。
圖2是圖1所示風(fēng)扇控制系統(tǒng)的示范的實(shí)施例的方框圖。
圖3是圖2所示控制芯片的功能方框圖。
圖4是控制風(fēng)扇的方法實(shí)施例的流程圖。
具體實(shí)施例方式
如上所述，冷卻風(fēng)扇的微處理器控制對于某些計算機(jī)應(yīng)用并不理想。例如，微處理器可能不適合于冷卻計算機(jī)電源，因?yàn)樘峁┻@種控制的微處理器的成本較高。雖然現(xiàn)有不同的解決方案，例如使用功率耗散裝置來降低加到風(fēng)扇上的電壓，但這些解決方案也不理想，因?yàn)樗鼈兝速M(fèi)功率，又不能提供很寬范圍的高精度速度控制。但是，如下所述，利用脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制的風(fēng)扇，就可用較低的成本提供在很寬速度范圍內(nèi)的精確風(fēng)扇控制。
在一個實(shí)施例中，控制電路用來產(chǎn)生PWM信號，并將其提供給由PWM控制的風(fēng)扇?？刂齐娐犯鶕?jù)它從配有風(fēng)扇的計算機(jī)中的各組件所接收的多個輸入信號來產(chǎn)生PWM信號。更具體地說，控制電路接收來自與需要冷卻的組件相關(guān)聯(lián)的溫度敏感器的反饋信號，以及來自計算機(jī)系統(tǒng)(例如系統(tǒng)主板)的指令信號。
控制電路根據(jù)反饋信號控制風(fēng)扇速度，使得風(fēng)扇速度至少快到足以把組件溫度維持在預(yù)定的最大值以下。但是，控制電路還配置成使系統(tǒng)指令信號能超越反饋信號來提高風(fēng)扇速度。于是，風(fēng)扇速度維持在至少能提供組件所需冷卻量的水平，而當(dāng)指令信號要求增加通過計算機(jī)外殼的空氣凈流量以使系統(tǒng)更加冷卻時，又可以提高風(fēng)扇速度。
現(xiàn)參閱附圖，附圖中類似的標(biāo)號代表相應(yīng)的部件，圖1示出計算機(jī)100的方框圖，計算機(jī)100包括控制系統(tǒng)102，后者用來控制設(shè)置在計算機(jī)中的風(fēng)扇104的速度。風(fēng)扇100具體地設(shè)置成冷卻計算機(jī)100中的特定組件。舉例來說，需冷卻的組件包括計算機(jī)100的電源(未示出)。風(fēng)扇104是PWM控制的風(fēng)扇，風(fēng)扇有其自已的集成電路，后者根據(jù)控制系統(tǒng)102提供的PWM輸入信號來控制風(fēng)扇速度。舉例來說，風(fēng)扇104包括Mineba Matsushita Motor Company的型號3110RL-04W-S86的風(fēng)扇。
控制系統(tǒng)102包括各種組件控制電路或芯片106、溫度敏感器108、定標(biāo)電路110、以及指令信號電路112?？刂菩酒?06配置成接收多個DC電壓輸入，并將PWM信號輸出到風(fēng)扇104。更具體地說，控制芯片106配置成接收以下信號由從溫度敏感器108輸出的信號形成的DC反饋信號，所述DC反饋信號為風(fēng)扇104建立最小工作速度；以及來自計算機(jī)系統(tǒng)(例如系統(tǒng)主板)的DC指令言號，所述DC指令信號可以超越反饋信號來提高風(fēng)扇速度。以下將結(jié)合圖2和圖3描述控制芯片106的配置實(shí)例。
溫度敏感器108通常設(shè)置在由風(fēng)扇104冷卻的組件113上或內(nèi)。這樣，當(dāng)組件113包括電源時，溫度敏感器108就安裝在電源的散熱裝置上或內(nèi)。溫度敏感器108包括能夠檢測需冷卻組件的溫度并向控制芯片106輸出信號的任何裝置。在一個實(shí)施例中，溫度敏感器108包括熱敏電阻。一種適用的熱敏電阻包括Thinking Electronics的型號TSC03103JDA03160熱敏電阻。
設(shè)置定標(biāo)電路110以便定標(biāo)由溫度敏感器108輸出的電壓信號。同理，設(shè)置指令信號電路112以便改變風(fēng)扇指令信號。以下將結(jié)合圖2說明這些電路110、112的配置實(shí)例。值得注意的是，根據(jù)特定的系統(tǒng)配置或應(yīng)用，可以省略定標(biāo)電路110和指令信號電路112中任一個或二者。
風(fēng)扇工作時，把電源電壓Vcc提供給溫度敏感器108、控制芯片106和風(fēng)扇104，并且把指令信號電壓Vcmd提供給指令信號電路112。
現(xiàn)參閱圖2，圖中示出圖1所示的控制系統(tǒng)102的示范的實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)指出，以下說明的電路實(shí)施方案不過是能實(shí)現(xiàn)此文所討論的同樣或類似功能的許多電路中的一個實(shí)例。所以，以下的電路實(shí)施方案僅是一個示范的實(shí)施例，不應(yīng)限制本發(fā)明的范圍。
如圖2所示，定標(biāo)電路110包括電阻R1、R2和R3。這些電阻R1-R3一起形成分壓器，后者定標(biāo)從溫度敏感器108輸出的電壓。舉例來說，電阻具有以下阻值R1＝9.76千歐(kΩ)、R2＝28.7kΩ以及R3＝3.92kΩ。當(dāng)檢測被冷卻的組件的溫度時，溫度敏感器108輸出由定標(biāo)電路110定標(biāo)并輸入到控制芯片106的管腳2的信號。
在一個實(shí)施例中，控制芯片106包括可由Texas Instrument購得的TL594芯片。以下都假定控制芯片106包括TL594芯片。所述芯片的配置和工作在題目為“Pulse-Width-Modulation ControlCircuit”的說明書SLVS052F(2003年11月修訂版)中已有說明，所述說明書已作為參考包括在此文中。圖3中提供所述控制芯片的簡化功能方框圖。如圖3所示，控制芯片106包括運(yùn)算放大器300，其輸入端連接到管腳1和2，輸出端連接到管腳3。
在示范的實(shí)施例中，輸入信號在管腳2被接收，由放大器放大，并輸出到管腳3。放大的信號或反饋信號在控制電路106中與斜坡信號進(jìn)行比較，為風(fēng)扇104建立最小工作比。下面更詳細(xì)地說明所述比較過程。斜坡信號由振蕩器302產(chǎn)生，振蕩器的輸入端連接到管腳5和6，后者分別連接到電容器C1和電阻器R4。這樣選擇電容器C1和電阻器R4，以便將控制芯片106的時鐘速度設(shè)定到所需頻率。舉例來說，電容器C1具有電容值0.01微法(μF)，而電阻器R4的電阻值為6.04kΩ。
通過所述比較過程，可以產(chǎn)生合適的PWM信號并將其從控制芯片的管腳8和11輸出。如圖3所示，管腳8和11分別連接到兩個晶體管304和306的集電極，所述晶體管的發(fā)射極連接到管腳9和10(接地)?；貋韰㈤唸D2，利用上拉電阻器R5提高輸出的PWM信號的幅度，電阻器R5連接在加有參考電壓VREF的控制芯片106的管腳14上。舉例來說，上拉電阻器R5具有10kΩ的電阻，參考電壓VREF由參考調(diào)壓器308(圖3)設(shè)定為5伏(V)。
如上所述，溫度敏感器108的反饋信號可以被由計算機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生的風(fēng)扇指令信號(FAN CMD)所超越。風(fēng)扇指令信號是PWM信號，其范圍從0V到VCMD電壓，例如3.3V。風(fēng)扇指令信號輸入到指令信號電路112中。在圖2的實(shí)施例中，指令信號電路112包括一個輸入網(wǎng)路，后者包括電容器C2、電阻器R6、以及另一電阻器R7，它們在信號輸入到晶體管T之前將風(fēng)扇指令信號反向，以便控制晶體管產(chǎn)生具有與風(fēng)扇指令信號大致相同的工作比的信號。舉例來說，電容器C2具有27微微法(pF)的電容、電阻器R6具有68kΩ的電阻、而電阻器R7具有27kΩ的電阻。
對風(fēng)扇指令信號作出響應(yīng)，晶體管T交替地斷開和接通，以便對電容器C3充電和放電。更具體地說，當(dāng)晶體管T斷開時，VCMD加到電阻器R8上(例如100kΩ)，并通過二極管D將電容器C3充電，而當(dāng)晶體管接通時，電容器C3通過電阻器R9(例如100kΩ)將其儲存的電壓放電到地。以這種方式工作時，PWM風(fēng)扇指令信號被轉(zhuǎn)換成比例DC信號，后者輸入到控制芯片106的管腳4。
再參閱圖3，把輸入到管腳3的反饋信號和輸入到管腳4的已轉(zhuǎn)換的風(fēng)扇指令信號與控制芯片利用振蕩器302和通過管腳5和6輸入的信號所產(chǎn)生的斜坡信號(即鋸齒波)進(jìn)行比較。具體地說，在第一比較器310中把斜坡信號的反信號和反饋信號比較，在第二比較器312中把斜坡信號的反信號和已轉(zhuǎn)換的風(fēng)扇指令信號比較。然后，這些比較器310、312的輸出被輸入到”或”門314，”或”門314輸出具有較大工作比的輸入信號。在圖3的實(shí)施例中，所述信號在經(jīng)過脈沖引導(dǎo)觸發(fā)器和輸出控制電路315(見芯片說明書)以及”與非”門316和318后輸出到晶體管304和306。結(jié)果，PWM信號就由晶體管304、306通過管腳8和11輸出，由風(fēng)扇的集成電路用于控制風(fēng)扇104，使之至少象反饋信號所要求的那樣快速運(yùn)轉(zhuǎn)，但如果對應(yīng)于風(fēng)扇指令信號的工作比的值大于對應(yīng)于反饋信號的工作比的值，則風(fēng)扇速度可以更快地運(yùn)轉(zhuǎn)。
利用這種控制，風(fēng)扇104被控制成至少充分地冷卻與風(fēng)扇關(guān)聯(lián)的組件(例如電源)，而且任選地更快地運(yùn)轉(zhuǎn)以便增加計算機(jī)外殼中的凈空氣流量。工作時可以利用從風(fēng)扇104輸出的轉(zhuǎn)速計信號(TAC)監(jiān)控風(fēng)扇速度。
鑒于上述，可以如圖4所示來說明控制風(fēng)扇的方法400。所述方法包括接收來自與計算機(jī)組件關(guān)聯(lián)的溫度敏感器的溫度反饋信號(402)；接收風(fēng)扇指令信號(404)；比較溫度反饋信號和風(fēng)扇指令信號，以便確定哪一個具有較大的工作比(406)；以及產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制信號，其工作比是根據(jù)具有較大工作比的信號而產(chǎn)生的(408)。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)扇控制系統(tǒng)(102)，它包括溫度敏感器(108)，它適合于檢測組件溫度并輸出溫度反饋信號；以及脈沖寬度調(diào)制控制電路(106)，它配置成接收從所述溫度敏感器輸出的所述溫度反饋信號和單獨(dú)的風(fēng)扇指令信號，并根據(jù)這些信號產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制信號，所述脈沖寬度調(diào)制信號被發(fā)送到由脈沖寬度調(diào)制控制的風(fēng)扇。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述脈沖寬度調(diào)制控制電路配置成比較所述溫度反饋信號和所述風(fēng)扇指令信號，以便確定哪一個對應(yīng)于更大的工作比，并且這樣產(chǎn)生所述脈沖寬度調(diào)制信號，使得所述脈沖寬度調(diào)制信號具有所述較大的工作比。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述脈沖寬度調(diào)制控制電路配置成將所述溫度反饋信號和所述風(fēng)扇指令信號與所述脈沖寬度調(diào)制控制電路所產(chǎn)生的斜坡信號進(jìn)行比較。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中還包括定標(biāo)電路(110)，所述定標(biāo)電路(110)在所述溫度反饋信號輸入到所述脈沖寬度調(diào)制控制電路之前定標(biāo)所述溫度反饋信號。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中還包括指令信號電路(112)，它將所述風(fēng)扇指令信號從脈沖寬度調(diào)制信號轉(zhuǎn)換成DC電壓信號。
6.一種計算機(jī)(100)，它包括發(fā)熱組件(113)；溫度敏感器(108)，它檢測所述組件的溫度；脈沖寬度調(diào)制控制的風(fēng)扇(104)，它冷卻所述組件；風(fēng)扇控制系統(tǒng)(102)，它包括控制電路(106)，所述控制電路(106)配置成接收從所述溫度敏感器輸出的溫度反饋信號和風(fēng)扇指令，所述控制電路還配置成產(chǎn)生發(fā)送到所述風(fēng)扇的脈沖寬度調(diào)制信號，所述脈沖寬度調(diào)制信號的產(chǎn)生方法是比較所述溫度反饋信號和風(fēng)扇指令信號，并將所述脈沖寬度調(diào)制信號的工作比設(shè)定為等于對應(yīng)于所述溫度反饋信號的工作比和對應(yīng)于所述風(fēng)扇指令信號的工作比中的較大者。
7.一種控制風(fēng)扇的方法(104)，所述方法包括接收來自與計算機(jī)組件關(guān)聯(lián)的溫度敏感器的溫度反饋信號(402)；接收風(fēng)扇指令信號(404)；比較所述溫度反饋信號和所述風(fēng)扇指令信號，確定哪一個需要較大的工作比(406)；以及產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制信號，所述脈沖寬度調(diào)制信號的工作比是根據(jù)需要較大工作比的信號而產(chǎn)生的(408)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述“比較”步驟包括將所述溫度反饋信號和所述風(fēng)扇指令信號與振蕩器所產(chǎn)生的斜坡信號進(jìn)行比較。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中還包括定標(biāo)所述溫度反饋信號。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其中還包括將脈沖寬度調(diào)制信號轉(zhuǎn)換成所述DC電壓風(fēng)扇指令信號。
全文摘要
在一個實(shí)施例中，風(fēng)扇控制系統(tǒng)(102)包括溫度敏感器(108)，它適合于檢測組件溫度并輸出溫度反饋信號；以及脈沖寬度調(diào)制控制電路(106)，它配置成接收溫度敏感器輸出的溫度反饋信號和單獨(dú)的風(fēng)扇指令信號，并根據(jù)這些信號產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制信號，所述信號被發(fā)送到脈沖寬度調(diào)制控制的風(fēng)扇。
文檔編號G05D23/20GK1722041SQ20051008472
公開日2006年1月18日 申請日期2005年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月13日
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