CN101737347B - 风扇控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风扇控制电路，包括积分单元、运算放大器与输出单元，其中积分单元将脉宽调制信号转换为电压，输出单元根据上述电压的比较结果输出工作频率较高的脉宽调制信号。由于本发明的风扇控制电路可直接由离散组件来组成，并且可与风扇使用相同的电压源，因此可降低设计成本与复杂度。

Description

风扇控制电路

技术领域

本发明是有关于一种风扇控制电路，且特别是有关于一种适用于服务器的风扇控制电路。

背景技术

服务系统上通常会具有多组风扇来进行散热，就目前的计算机系统而言，风扇控制主要是透过主板(Mother Board)上的一嵌入式控制器(EmbeddedController，简称EC)来进行超温保护。此嵌入式控制器会检测计算机系统的温度，并据以调整脉宽调制(pulse width modulation，简称PWM)信号的工作频率来控制计算机系统的系统风扇的转速，达到调节温度的效果。

服务系统中会具有多组的热传感器以决定不同位置的风扇转速，举例而言，若二片服务器的主板共享一风扇板(fan board)，服务器主板会分别提供不同的脉宽调制信号至风扇板，在传统技术中会透过微控制芯片(micro-controller)来整合前述的不同脉宽调制信号，利用工作频率最高的脉宽调制信号来驱动风扇板。

但是微控制芯片的价格昂贵且其使用的电压与风扇不同，需要另外提供电压源给微控制芯片使用，这不仅增加设计复杂度，同时也增加了设计成本。

发明内容

本发明提供一种风扇控制电路，透过积分电路将脉宽调制信号转换为电压，然后进行比较以输出工作频率较大的脉宽调制信号来驱动多组风扇，由于其风扇控制电路可直接由离散组件(discrete component)来组成，并且可与风扇使用相同的电压源，因此可降低设计成本与复杂度。

承上述，本发明提供一种风扇控制电路，用以控制一风扇的转速，上述风扇控制电路包括一积分单元、一运算放大器以及一输出单元。其中，积分单元接收第一脉宽调制信号与第二脉宽调制信号，并输出对应于第一脉宽调制信号的工作频率的第一电压与对应于第二脉宽调制信号的工作频率的第二电压。运算放大器耦接于积分单元的输出，用以比较第一电压与第二电压。输出单元耦接于运算放大器的输出、第一脉宽调制信号与第二脉宽调制信号，并根据运算放大器的输出，输出具有较高工作频率的信号的脉宽调制信号。

在本发明一实施例中，积分单元包括一第一积分电路与一第二积分电路，其中第一积分电路用以接收第一脉宽调制信号并输出第一电压至运算放大器的负输入端，而第二积分电路用以接收第二脉宽调制信号并输出第二电压至运算放大器的正输入端，其中第一电路与第二电路可以采用相同的电路结构。

在本发明一实施例中，上述第一积分电路或第二积分电路包括一NMOS晶体管(n-channel金氧半导场效晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor，简称MOSFET))、电容与数个电阻，其中NMOS晶体管的漏极(drain)耦接于第一电阻，NMOS晶体管的源极(source)耦接于接地端，且NMOS晶体管的栅极耦接于第二电阻，上述第二电阻的另一端耦接于第一脉宽调制信号。第三电阻与一电容串联耦接于电压源与接地端之间，且第一电阻的另一端耦接于第三电阻与电容的共享接点，其中，第三电阻与电容的共享接点输出对应于第一脉宽调制信号的第一电压。

在本发明一实施例中，上述输出单元包括运算放大器、两个PMOS晶体管(p-channel MOSFET)与两个电阻，其中运算放大器的负输入端耦接一第一电阻，第一电阻的另一端耦接于前一级运算放大器的输出。第二电阻耦接于运算放大器的输出端与负输入端之间，第一PMOS晶体管的漏极耦接于第一脉宽调制信号，第一PMOS晶体管的源极耦接于输出单元的输出端，且第一P型晶体管的栅极耦接于第一运算放大器的输出。第二PMOS晶体管的漏极耦接于第二脉宽调制信号，第二PMOS晶体管的源极耦接于输出单元的输出端，且第二P型晶体管的栅极耦接于运算放大器的输出。其中，输出单元中的运算放大器的正输入端耦接于接地端。值得注意的是，输出单元也可以改变接收第一脉宽调制信号与第二脉宽调制信号的端点以对应输出不同的信号。

在本发明一实施例中，其中上述第一积分电路或第二积分电路可以由另一种电路架构来实现，其包括一NMOS晶体管、PNP晶体管与电阻、电容。NMOS晶体管的漏极耦接于一第一电阻，NMOS晶体管的源极耦接于一接地端，且NMOS晶体管的栅极耦接于一第二电阻，第二电阻的另一端耦接于第一脉宽调制信号。PNP晶体管(PNP双极性接面晶体管(Bipolar Junction Transistor，简称BJT))的发射极(emitter)耦接于电压源，而PNP晶体管的集电极(collector)耦接于第三电阻，且PNP晶体管的基极(base)耦接于第一电阻的另一端。第四电阻与一电容并联耦接于第三电阻的另一端与接地端之间，且第三电阻与第四电阻的共享接点输出对应于脉宽调制信号的电压。

基于上述，本发明利用离散组件所组成的电路来取代价格昂贵的微控制芯片，可依照PWM信号的工作频率来选择相对频率较高的PWM信号以驱动服务器主板共享的风扇。此外，本发明的风扇控制电路可与风扇使用相同的工作电压，藉此简化电路设计复杂度与设计成本。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1为根据本发明第一实施例的风扇控制电路图。

图2为根据本发明第二实施例的风扇控制电路图。

具体实施方式

第一实施例

请参照图1，图1为根据本发明第一实施例的风扇控制电路图，风扇控制电路100主要包括积分单元110、运算放大器120以及输出单元130三个部分，积分单元110主要是将两个脉宽调制信号PWM1、PWM2转变为直流电压PV1、PV2以进行比对。运算放大器120耦接于积分单元110与输出单元130之间，用以比较直流电压PV1、PV2以确定脉宽调制信号PWM1、PWM2何者的工作频率较高。输出单元130根据运算放大器120所输出的比较结果，输出脉宽调制信号PWM1、PWM2其中之一以驱动对应的风扇板。本发明可依照设计者需求输出工作频率较高或较低的脉宽调制信号，本实施例则以输出工作频率较高的脉宽调制信号来进行说明。

积分单元110中包括两个积分电路112、114，其电路结构相同。以积分电路112为例，积分电路112包括NMOS晶体管N10、电阻R11、R12、R13以及电容C10，其中NMOS晶体管N10的漏极耦接于电阻R11，NMOS晶体管N10的源极耦接于接地端GND，且NMOS晶体管N10的栅极耦接于电阻R12，而电阻R12的另一端则耦接于脉宽调制信号PWM1。电容C10与电阻R13串联耦接于电压源VDD与接地端GND之间，电容C10耦接于接地端GND，电阻R13耦接于电压源VDD，且电容C10与电阻R13的共享接点耦接于电阻R11的另一端，并用以输出直流电压PV1至运算放大器120的负输入端。积分电路114与积分电路112的电路结构相同，用来将脉宽调制信号PWM2转换为直流电压PV2，并输出至运算放大器120的正输入端。

输出单元130包括运算放大器132、电阻R14、R15、PMOS晶体管P12、P14，其中电阻R14耦接于运算放大器132的负输入端与运算放大器120的输出端之间，电阻R15耦接于运算放大器132的负输入端与其输出端之间。PMOS晶体管P12的漏极耦接于脉宽调制信号PWM1，PMOS晶体管P12的源极耦接于输出单元130的输出端OUT，且PMOS晶体管P12的栅极耦接于运算放大器120的输出。PMOS晶体管P14的漏极耦接于脉宽调制信号PWM2，PMOS晶体管P14的源极耦接于输出单元130的输出端OUT，且PMOS晶体管P14的栅极耦接于运算放大器132的输出。运算放大器132的正输入端耦接于接地端GND。

由于NMOS晶体管N10的导通时间与脉宽调制信号PWM1的工作频率成正比，因此电容C10两端的电压差(即直流电压PV1)会随着脉宽调制信号PWM1的工作频率升高而上升。同理，直流电压PV2也会随着脉宽调制信号PWM2的工作频率升高而上升。当直流电压PV1大于直流电压PV2时(表示脉宽调制信号PWM1的工作频率大于脉宽调制信号PWM2的工作频率)，运算放大器120的输出为低电位(接地电平)，因此PMOS晶体管P12会导通以输出脉宽调制信号PWM1。当直流电压PV1小于直流电压PV2时(表示脉宽调制信号PWM1的工作频率小于脉宽调制信号PWM2的工作频率)，运算放大器120的输出为高电位，因此PMOS晶体管P14会导通以输出脉宽调制信号PWM2。

换言之，通过本实施例的风扇控制电路100，可以选择性输出工作频率较大的脉宽调制信号(PWM1或PWM2)至风扇，以相对转速较大的脉宽调制信号来驱动风扇。风扇控制电路100可以取代传统技术中的微控制器，用来决定所要输出的脉宽调制信号为何。此外，值得注意的是，风扇控制电路100中所使用的电压源VDD例如是12伏特(voltage)，其与一般服务器中的风扇所使用的电压相等，因此风扇控制电路100的电源不需另外设计，可降低设计的复杂度与成本支出。

第二实施例

为增强积分单元110的电压转换特性，积分单元110中的积分电路112、114可利用不同的积分电路来达成。请参照图2，图2为根据本发明第二实施例的风扇控制电路图。风扇控制电路200与风扇控制电路100的主要差异在于积分单元210，积分单元210同样由两个电路结构相同的积分电路212、214所组成。积分电路212耦接于运算放大器120的负输入端与脉宽调制信号PWM1之间，用以将脉宽调制信号PWM1转换为直流电压PV1；积分电路214耦接于运算放大器120的正输入端与脉宽调制信号PWM2之间，用以将脉宽调制信号PWM2转换为直流电压PV2。

积分电路212包括NMOS晶体管N20、PNP晶体管B20、电阻R21、R22、R23、R24以及电容C20，其中NMOS晶体管N20的漏极耦接于电阻R21，NMOS晶体管N20的源极耦接于与接地端GND，且NMOS晶体管N20的栅极耦接于电阻R22，电阻R22的另一端耦接于脉宽调制信号PWM1。PNP晶体管B2的发射极耦接于电压源VDD，PNP晶体管B2的集电极耦接于电阻R23，且PNP晶体管B20的基极耦接于电阻R21的另一端。电阻R24与电容C20并联耦接于电阻R23的另一端与接地端GND之间，且电阻R23与电阻R24的共享接点输出直流电压PV1。积分电路214的电路结构与积分电路212相同，请参照图2所示，在此不再赘述。值得注意的是，本实施例中之积分电路214与积分电路212虽然电路结构相同，但若使用者有特殊设计考量，也可以采用不同的电路结构，本实施例并不受限。

在本实施例中，由于NMOS晶体管N20导通时，其电容C20才会进行充电，因此直流电压PV1、PV2会随着脉宽调制信号PWM1、PWM2的工作频率上升而上升。风扇控制电路200会输出工作频率较高的脉宽调制信号来驱动后端的风扇。若使用者需要输出工作频率较低的脉宽调制信号，只要对应将接收脉宽调制信号的端点调换即可。

上述实施例中所述的晶体管(包括NMOS、PMOS、BJT)主要是作为开关使用，因此本发明并不限定于图1与图2的电路架构或其使用的组件。同理，积分电路主要是将脉宽调制信号转换为直流电压以进行比对，输出单元主要是根据比较结果来选择所欲输出的脉宽调制信号，本技术领域具有通常知识者在经由本发明的揭露后应可轻易推知其余可行的实施电路，在此不加赘述。

综上所述，本发明以离散电路来取代传统的微控制器，让风扇控制电路与后端的风扇可以使用相同的电压源，不仅降低电路的设计成本，同时也降低风扇控制电路的设计复杂度。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当以权利要求所界定的为准。

Claims (7)

1.一种风扇控制电路，用以控制一风扇的转速，该风扇控制电路包括：

一积分单元，接收一第一脉宽调制信号与一第二脉宽调制信号，并输出对应于该第一脉宽调制信号的工作频率的一第一电压与对应于该第二脉宽调制信号的工作频率的一第二电压；

一第一运算放大器，耦接于该积分单元的输出，用以比较该第一电压与该第二电压；以及

一输出单元，耦接于该第一运算放大器的输出、该第一脉宽调制信号与该第二脉宽调制信号，并根据该第一运算放大器的输出，输出该第一脉宽调制信号与该第二脉宽调制信号其中之一以控制该风扇。

2.如权利要求1所述的风扇控制电路，其特征在于，该积分单元包括：

一第一积分电路，用以接收该第一脉宽调制信号并输出该第一电压至该第一运算放大器的一负输入端；以及

一第二积分电路，用以接收该第二脉宽调制信号并输出该第二电压至该第一运算放大器的一正输入端。

3.如权利要求2所述的风扇控制电路，其特征在于，该第一积分电路包括：

一NMOS晶体管，该NMOS晶体管的漏极耦接于一第一电阻，该NMOS晶体管的源极耦接于一接地端，且该NMOS晶体管的栅极耦接于一第二电阻，该第二电阻的另一端耦接于该第一脉宽调制信号；以及

一第三电阻，与一电容串联，该第三电阻耦接于一电压源，该电容耦接于该接地端，且该第一电阻的另一端耦接于该第三电阻与该电容的一共享接点；

其中，该第三电阻与该电容的该共享接点输出该第一电压。

4.如权利要求2所述的风扇控制电路，其特征在于，该第二积分电路包括：

一NMOS晶体管，该NMOS晶体管的漏极耦接于一第一电阻，该NMOS晶体管的源极耦接于一接地端，且该NMOS晶体管的栅极耦接于一第二电阻，该第二电阻的另一端耦接于该第二脉宽调制信号；以及

一第三电阻，与一电容串联，该第三电阻耦接于一电压源，该电容耦接于该接地端，且该第一电阻的另一端耦接于该第三电阻与该电容的一共享接点；

其中，该第三电阻与该电容的该共享接点输出该第二电压。

5.如权利要求1所述的风扇控制电路，其特征在于，该输出单元包括：

一第二运算放大器，该第二运算放大器的一负输入端耦接一第一电阻，该第一电阻的另一端耦接于该第一运算放大器的输出；

一第二电阻，耦接于该第二运算放大器的一输出端与该负输入端之间；

一第一PMOS晶体管，该第一PMOS晶体管的漏极耦接于该第一脉宽调制信号，该第一PMOS晶体管的源极耦接于该输出单元的输出端，且该第一P型晶体管的栅极耦接于该第一运算放大器的输出；以及

一第二PMOS晶体管，该第二PMOS晶体管的漏极耦接于该第二脉宽调制信号，该第二PMOS晶体管的源极耦接于该输出单元的输出端，且该第二P型晶体管的栅极耦接于该第二运算放大器的输出；

其中，该第二运算放大器的一正输入端耦接于一接地端。

6.如权利要求2所述的风扇控制电路，其特征在于，该第一积分电路包括：

一NMOS晶体管，该NMOS晶体管的漏极耦接于一第一电阻，该NMOS晶体管的源极耦接于一接地端，且该NMOS晶体管的栅极耦接于一第二电阻，该第二电阻的另一端耦接于该第一脉宽调制信号；

一PNP晶体管，该PNP晶体管的发射极耦接于一电压源，该PNP晶体管的集电极耦接于一第三电阻，且该PNP晶体管的基极耦接于该第一电阻的另一端；以及

一第四电阻，与一电容并联耦接于该第三电阻的另一端与该接地端之间，且该第三电阻与该第四电阻的一共享接点输出该第一电压。

7.如权利要求2所述的风扇控制电路，其特征在于，该第二积分电路包括：

一NMOS晶体管，该NMOS晶体管的漏极耦接于一第一电阻，该NMOS晶体管的源极耦接于一接地端，且该NMOS晶体管的栅极耦接于一第二电阻，该第二电阻的另一端耦接于该第二脉宽调制信号；

一PNP晶体管，该PNP晶体管的发射极耦接于一电压源，该PNP晶体管的集电极耦接于一第三电阻，且该PNP晶体管的基极耦接于该第一电阻的另一端；以及

一第四电阻，与一电容并联耦接于该第三电阻的另一端与该接地端之间，且该第三电阻与该第四电阻的一共享接点输出该第二电压。

Images