CN101466245A - 智能风扇散热装置及其风扇转速控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种风扇散热装置与风扇转速控制方法，包括温度传感器、温度监控单元、处理单元、驱动单元、与风扇等。温度监控单元用来比较温度传感器的感测结果与至少一个临界值，并依据比较结果而决定是否发出中断事件。处理单元根据中断事件进行一个中断服务，以设定并输出风扇转速值。驱动单元依据风扇转速值驱动并控制风扇的转速。风扇提供风流以降低电脑系统内部或中央处理器的温度。

Description

智能风扇散热装置及其风扇转速控制方法

技术领域

本发明是有关于一种温度控制装置与方法，且特别是有关于一种风扇散热装置及其风扇转速控制方法。

背景技术

随着科技的日新月异，这几年来电脑硬件的发展也是进步得相当快速，例如桌上型电脑与笔记型电脑、甚至是服务器与工作站等硬件设备都会用到的中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，其时钟脉冲速度也是发展得越来越快，以应付当今使用者所希望处理的庞大资料量，并缩短处理资料的时间。而随着中央处理器时钟脉冲速度的加快，其表面温度也随之升高，若不安装任何可使其降温的装置，便有可能导致当机甚至硬件设备毁坏的风险，因此，必须为中央处理器安装风扇使其降温，而将其表面温度控制在安全范围之内。然而，厂商在设计风扇的转速时，通常都会以非常严苛的使用环境去设计，以确保中央处理器的表面温度无论在何种操作环境下，都可以让装置在安全范围内运作；可是一般在使用上很少会达到厂商所设定的所谓严苛环境，在此情况下反而是枉然地让风扇以极高的速度在运转，如此设定不但对中央处理器没有什么好处，还会产生极大的杂讯与噪音，对硬件设备本身与使用者都是一种伤害。除此之外，这样的设计非常耗电，使得风扇在为中央处理器降温的效能上显得非常低落。

有鉴于此，在过去便有厂商提出让使用者得以应用BIOS控制风扇转速的方法；然而，由于BIOS是利用分段式变速控制来改变风扇的转速，在程序转换的时候，中央处理器的温度上升后便会产生更大的风扇加速声，因此这样的设计还是有其缺点存在。目前最被广泛应用的风扇转速自动控制方法如图1所示，这是借由软件程序以轮询(Polling)的方式，来检测环境温度进而调整风扇转速，让整个系统处于一个稳定的环境温度。在当温度低于一个预设的最低温度T_MIN时，风扇会以最小输出功率P_MIN运转；当温度高于一个预设的最大温度T_MAX时，风扇会以最大输出功率P_MAX运转；而当温度介于T_MIN与T_MAX之间时，风扇运转的输出功率在理论上则是呈线性变化，也就是说，随着温度的上升与下降，风扇的输出功率及转速也会自动随之改变。然而，实际的测试结果显示，当温度介于T_MIN与T_MAX之间时，风扇运转的输出功率并非是呈线性变化，此时就必须借由设计复杂的数学运算公式来计算出两个温度之间各温度与风扇输出功率的对照，如此一来，就必须要另外设置可执行此数学运算的电路元件与软件，相对地设计成本与元件成本也随之增加。此外，利用软件程序通过BIOS以轮询的方式来检测温度，以调整风扇转速的方式，效能较差，还会造成能源过度的损耗。

发明内容

本发明提供一种风扇散热装置，无需另外设置可执行复杂数学运算的电路元件与软件，相对地设计成本与元件成本也随之降低。

本发明提供一种风扇转速控制方法，由于并非使用软件程序通过BIOS以轮询的方式来检测温度，故效能较高，可有效节省能源。

为解决上述问题，本发明提出一种风扇散热装置，包括温度传感器、风扇、温度监控单元、处理单元以及驱动单元。温度传感器感测工作温度而输出感测结果。风扇提供风流以降低工作温度。温度监控单元耦接至温度传感器，用以比较该感测结果与至少一临界值，并依据比较结果而决定是否发出中断事件。处理单元耦接至温度监控单元，用以依据中断事件进行中断服务程序，以设定并输出风扇转速值。驱动单元耦接于处理单元与风扇之间，用以依据风扇转速值驱动并控制风扇的转速。

本发明提出一种风扇转速控制方法。该风扇转速控制方法包括：感测工作温度而获得感测结果；比较感测结果与至少一临界值而获得比较结果；依据比较结果而决定是否发出中断事件；依据中断事件进行中断服务程序，以设定风扇转速值；以及依据风扇转速值驱动并控制风扇的转速，而提供风流以降低工作温度。

在本发明的风扇散热装置中，上述的温度监控单元具有多个临界值以定义多个温度控制范围，可以控制风扇在不同温度下以不同转速进行运转。

在本发明的风扇转速控制方法中，风扇转速控制方法还包括提供一个转速表。当中断事件发生时，中断服务程序依据感测结果查阅转速表，以获得相对应的风扇转速值。

综上所述，本发明借由中断(Interrupt)功能，再配合BIOS或驱动程序的中断服务程序(Interrupt Service)，并通过一个简单的查表动作，便可完成此一功能，不仅仅大幅减少由软件所需要的程序架构，并且风扇的效能将会有效地提升。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1绘示为现有的风扇转速自动控制方法的功率-温度曲线图。

图2绘示为依照本发明实施例说明的风扇散热装置结构图。

图3A绘示为依照本发明实施例说明的风扇转速控制流程图。

图3B绘示为依照本发明实施例说明的详细风扇转速控制流程图。

图4绘示为依照本发明实施例说明图3B中步骤S36中断服务程序的另一种实施步骤S36’的流程图。

主要元件符号说明：

21：温度传感器

22：温度监控单元

23：处理单元

24：驱动单元

25：风扇

S31：设定风扇转速表

S32：初始化中断服务程序

S33：感测工作温度，并输出感测结果

S34：比较感测结果与临界值

S35：是否发出中断？

S36：中断服务程序

S36’：中断服务程序

S36a：读取感测结果

S36b：依据风扇转速表决定风扇转速值

S36c：将风扇转速值输出

S36d：找出相对的风扇转速值与目前的风扇转速值比对是否相同？

S36e：设定新的风扇转速值

S37：维持原本的风扇转速值

S38：依据风扇转速值驱动风扇转速

具体实施方式

就目前的电脑系统(例如个人电脑、服务器与工作站)设计来说，温度监测功能已被列为重要设计考量，其中系统与中央处理器温度的监测为非常重要的项目，而其相关的另一项重要的功能，就是风扇转速的控制。中央处理器温度会随着操作系统的运作情形而产生温度的变化，于是便必须经由系统来调整风扇的转速。以下说明本发明实施例，借由此智能风扇散热装置及其风扇转速控制方法，让整个系统处于一个稳定的环境温度。

图2所示为本发明的风扇散热装置结构图，包括温度传感器21、温度监控单元22、处理单元23、驱动单元24、与风扇25等。温度监控单元22耦接至温度感应器21，而处理单元23耦接至温度监控单元22，驱动单元24耦接于处理单元23与风扇25之间。

接着，同时参照图2与图3A以说明本实施例中各元件间的运作方式。在步骤S33中，温度传感器21感测电脑系统内部或中央处理器等装置的工作温度，并将感测结果输出至温度监控单元22。在步骤S34中，温度监控单元22用来比较温度传感器21的感测结果与至少一个临界值(Threshold)。在步骤S35中，温度监控单元22依据比较结果以决定是否发出中断事件给处理单元23，若感测结果达到临界值，则会继续进行到步骤S36；若感测结果未达到临界值，则会进行到步骤S37，维持原本的风扇转速值，接着进行到步骤S38，驱动单元24依据原本的风扇转速值驱动并控制风扇25的转速。

在步骤S36中，处理单元23若收到温度监控单元22所发出的中断事件，便会根据中断事件进行一个中断服务程序，以设定并输出风扇转速值至驱动单元24，该中断服务程序的详细步骤将会在稍后加以说明。在步骤S38中，驱动单元24依据处理单元23所给的风扇转速值驱动并控制风扇25的转速。风扇25收到驱动单元24所发出的风扇转速值后，便提供风流以降低工作温度。最后再度回到步骤S33中执行。

通常来说，电脑系统在进入操作系统之前会经过开机并载入一些系统所需软件的程序，而在图3B中，将会延续图3A的内容再加以说明本发明实施例的开机自我测试(POST)步骤S31～S32，以及中断处理程序步骤S36的详细步骤S36a～S36c。参照图2与图3B，开机自我测试步骤包括设定风扇转速表S31与初始化中断服务程序S32等两个步骤。在步骤S31中，必须制定出风扇转速的规则，而此规则是与温度的高低有关，可依据两者的关系整理成一个转速表。先在转速表中定义出一个或多个临界值，例如27℃、31℃、与35℃(此温度也可经由使用者加以设定)。根据温度传感器21感测的操作温度，便可如下述设定转速表：当操作温度大于等于35℃时，设定风扇25以全速来运转；当操作温度小于35℃并大于等于31℃时，设定风扇25以相对于全速的90％的中速(MidSpeed)来运转；当操作温度小于31℃并大于等于27℃时，设定风扇25以相对于全速的70％的低速(Low Speed)来运转；当操作温度小于27℃时，设定风扇25以相对于全速的60％的最低速(Lowest Speed)来运转。接着，在步骤S32中，将中断服务程序进行初始化的动作，以使处理单元23在收到中断事件时，有执行中断服务程序的依据。

同样参照图2与图3B，在设定完风扇转速表与初始化中断服务程序之后，电脑系统便会进入其操作系统。在大部分时间中，操作系统并不需去处理温度控制的相关操作因此可以提升系统的整体效能。温度监督的工作会交由温度传感器21与温度监控单元22来进行。温度传感器21执行步骤S33来感测工作温度，并输出感测结果给温度监控单元22。温度监控单元22执行步骤S34以比较与临界值二者的关系，再执行步骤35判断是否发出中断事件给处理单元23。例如，若温度传感器21的感测结果表示目前工作温度约略等于临界值(例如27℃、31℃、或35℃)，则表示系统可能需要依据转速表而调整风扇转速了，因此温度监控单元22便发出中断事件给处理单元23。以上步骤S33～S35的操作方式已在前面说明，故不在此赘述。

接着说明S36中断服务程序的详细步骤，此步骤包括S36a读取感测结果、S36b依据风扇转速表决定风扇转速值、以及S36c将风扇转速值输出等三个步骤。在步骤S36a中，处理单元23读取目前工作温度(即温度传感器21的感测结果)。于本实施例中，由于温度监控单元22会随时监视温度传感器21的感测结果，因此处理单元23可以从温度监控单元22取得目前的工作温度(感测结果)。在其他实施例中，处理单元23可以直接从温度传感器21取得目前的工作温度(感测结果)。

在步骤36b中，处理单元23根据在步骤S31中所事先设定的转速表，通过查表的方式，决定风扇转速值。例如，在接获温度监控单元22所发出的中断事件后，处理单元23便向温度监控单元22(或温度传感器21)读取目前工作温度，然后查询前述转速表。根据温度传感器21的感测结果，处理单元23可以从转速表查到相对应的风扇转速值。沿用前例，若操作温度大于等于35℃，则相对应的风扇转速值为“100％”(全速)；若操作温度介于35℃至31℃之间，则相对应的风扇转速值为“90％”(中速)；若操作温度介于31℃至27℃之间，则相对应的风扇转速值为“70％”(低速)；若操作温度小于27℃，则相对应的风扇转速值为“60％”(最低速)。

接着在步骤S36c中，处理单元23将查表所得的风扇转速值输出至驱动单元24。最后，在步骤S38中，驱动单元24根据风速转速值驱动并控制风扇25的转速。在完成步骤S36的中断服务程序后，处理单元23可以不需再去处理温度控制的相关作业(直到温度监控单元22发出下一个中断事件)，以提升系统的整体效能。

在本发明的另一实施例中，可以针对中断服务程序进行另一种实施方式。图4即为图3B中步骤S36中断服务程序的另一种实施步骤S36’的流程图。参照图4与图2，首先，处理单元23同样是在步骤S36a中读取温度传感器21或温度监控单元22所取得的工作温度。接下来在步骤36d中，根据风扇转速表查出相对的风扇转速值，并将从风扇转速表查出的风扇转速值与目前运行的风扇转速值加以比较。若两者相同(表示目前运行的风扇转速值不需改变)，因此在步骤S38中，驱动单元24依据原本的风扇转速值驱动与控制风扇25的转速。若两者不同(表示目前运行的风扇转速值需要改变)，处理单元23将此从风扇转速表查出的风扇转速值设定为“目前运行的风扇转速值”，如步骤S36e，并且将此风扇转速值输出，如步骤S36c。驱动单元24便会依据新的风扇转速值驱动并控制风扇25的转速，如步骤S38。因此，风扇25便会以新的转速送出风流以降低电脑系统内部或中央处理器的工作温度。

在本发明实施例中，风扇转速的改变原理，是靠着其电压的输出功能，并假设以脉冲宽度调制(PWM)的方式来实现；所谓脉冲宽度调制的方式可将输出电压转成以脉冲的方式供给，改变脉冲宽度、数量以得到所需的电压和频率。此功能借由改变风扇转速电压输出设定值，使硬件上脉冲宽度调制功能提供不同的电压送至风扇，进而改变转速，有效达到散热的效果。

至于本发明实施例中所提及的元件，可以将温度传感器21、温度监控单元22、与驱动单元24等制作成单一的温度芯片(Thermal Chip)，或者将温度传感器21、温度监控单元22、与驱动单元24整合至处理单元23中，以节省成本以及电路布线所需空间。

综上所述，本发明的实施例借由中断功能，再配合BIOS或驱动程序的中断服务程序，便可完成此一功能，不仅仅减少由软件所需要的程序架构，并且此功能的效能将会有效提升。此外，本发明除了可应用在个人电脑、服务器、与工作站等电脑设备内部或中央处理器上之外，也可使用于家电类等产品内部的任何需要散热的元件上。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种风扇散热装置，其特征在于包括：

一温度传感器，用以感测一工作温度而输出一感测结果；

一风扇，用以提供一风流以降低该工作温度；

一温度监控单元，耦接至该温度传感器，用以比较该感测结果与至少一临界值，并依据比较结果而决定是否发出一中断事件；

一处理单元，耦接至该温度监控单元，用以依据该中断事件进行一中断服务程序，以设定并输出一风扇转速值；以及

一驱动单元，耦接于该处理单元与该风扇之间，用以依据该风扇转速值驱动并控制该风扇的转速。

2.如权利要求1所述的风扇散热装置，其特征在于，该温度监控单元具有多个临界值以定义多个温度控制范围。

3.如权利要求1所述的风扇散热装置，其特征在于，该中断服务程序具有一转速表；当发生该中断事件时，该中断服务程序从该温度传感器读取该感测结果，查阅该转速表以获得相对应的该风扇转速值，以及输出该风扇转速值给该驱动单元。

4.如权利要求1所述的风扇散热装置，其特征在于，该工作温度为一电脑系统的内部温度。

5.如权利要求4所述的风扇散热装置，其特征在于，该工作温度为一中央处理器温度。

6.一种风扇转速控制方法，其特征在于包括：

感测一工作温度而获得一感测结果；

比较该感测结果与至少一临界值而获得一比较结果；

依据该比较结果而决定是否发出一中断事件；

依据该中断事件进行一中断服务程序，以设定一风扇转速值；以及

依据该风扇转速值驱动并控制一风扇的转速，而提供一风流以降低该工作温度。

7.如权利要求6所述的风扇转速控制方法，其特征在于还包括：

设定多个临界值以定义多个温度控制范围；

其中当该感测结果表示该工作温度属于该些温度控制范围其中之一，该中断服务程序设定对应的该风扇转速值。

8.如权利要求6所述的风扇转速控制方法，其特征在于还包括：

提供一转速表；

其中当发生该中断事件时，该中断服务程序依据该感测结果查阅该转速表，以获得相对应的该风扇转速值。

9.如权利要求6所述的风扇转速控制方法，其特征在于，该工作温度为一电脑系统的内部温度。

10.如权利要求9所述的风扇转速控制方法，其特征在于，该工作温度为一中央处理器温度。

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