CN101737348B - 风扇控制电路 - Google Patents

Abstract

一种风扇控制电路，包括积分单元、运算放大器，PMOS晶体管以及NMOS晶体管，其中积分单元将脉波宽度调变信号转换为电压并输出至运算放大器的正、负输入端。PMOS晶体管耦接于第一脉波宽度调变信号与一输出端之间，且PMOS晶体管的栅极耦接于该运算放大器的输出。NMOS晶体管耦接于第二脉波宽度调变信号与上述输出端之间，且该NMOS晶体管的栅极耦接于该运算放大器的输出。由于本发明的风扇控制电路可直接由离散元件来组成，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

伺服系统上通常会具有多组风扇来进行散热，就目前的电脑系统而言，风扇控制主要是透过主机板(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电脑系统的温度，并据以调整脉波宽度调变(pulse width modulation，简称PWM)信号的工作频率来控制电脑系统的系统风扇的转速，达到调节温度的效果。

伺服系统中会具有多组的热感测器以决定不同位置的风扇转速，举例而言，若二片服务器的主机板共用一风扇板(fan board)，服务器主机板会分别提供不同的脉波宽度调变信号至对应的风扇板。在现有技术中会透过微控制芯片(micro-controller)来整合前述的不同脉波宽度调变信号，利用工作频率最高的脉波宽度调变信号来驱动所有风扇板。

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，透过积分电路将脉波宽度调变信号转换为电压，然后进行比较以输出工作频率较大的脉波宽度调变信号来驱动多组风扇，由于其风扇控制电路可直接由离散元件(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、一PMOS晶体管(p-channel金属氧化物半导体场效晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，简称MOSFET))以及一NMOS晶体管(n-channel MOSFET)。其中，积分单元接收第一脉波宽度调变信号与第二脉波宽度调变信号，并输出对应于第一脉波宽度调变信号的工作频率的第一电压与对应于第二脉波宽度调变信号的工作频率的第二电压。运算放大器的负输入端耦接第一电压，运算放大器的一正输入端耦接第二电压，用以比较第一电压与第二电压。PMOS晶体管的漏极(drain)耦接于第一脉波宽度调变信号，PMOS晶体管的源极(source)耦接于输出端，且PMOS晶体管的栅极耦接于运算放大器的输出；NMOS晶体管的漏极耦接于第二脉波宽度调变信号，NMOS晶体管的源极耦接于输出端，且NMOS晶体管的栅极耦接于运算放大器的输出。

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波宽度调变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波宽度调变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、电容与数个电阻，其中NMOS晶体管的漏极耦接于第一电阻，NMOS晶体管的源极耦接于接地端，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波宽度调变信号。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用接点，其中，第三电阻与电容的共用接点输出对应于第一脉波宽度调变信号的第一电压。

在本发明另一实施例中，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，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波宽度调变信号。PNP晶体管(PNP双极性结型晶体管(Bipolar Junction Transistor，简称BJT))的发射极(emitter)耦接于电压源，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用接点输出对应于脉波宽度调变信号的电压。

基于上述，本发明利用离散元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机板共用的风扇。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，借此简化电路设计复杂度与设计成本。

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。

主要元件符号说明：

100、200：风扇控制电路

110、210：积分单元

112、114、212、214：积分电路

120：运算放大器

N10、N12、N20：NMOS晶体管

P12：PMOS晶体管

B20：PNP晶体管

R11、R12、R13：电阻

R21、R22、R23、R24：电阻

C10、C20：电容

PWM1、PWM2：脉波宽度调变信号

PV1、PV2：直流电压

OUT：输出端

VDD：电压源

GND：接地端

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包括积分单元110、运算放大器120、PMOS晶体管P12以及NMOS晶体管N12。积分单元110主要是将两个脉波宽度调变信号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PMOS晶体管P12、NMOS晶体管N12之间，用以比较直流电压PV1、PV2以确定脉波宽度调变信号PWM1、PWM2何者的工作频率较高。PMOS晶体管P12与NMOS晶体管N12的栅极接耦接于运算放大器120的输出，根据直流电压PV1与PV2的比较结果对应导通以输出脉波宽度调变信号PWM1、PWM2其中之一以驱动所有对应的风扇板。本发明可依照设计者需求输出工作频率较高或较低的脉波宽度调变信号，本实施例则以输出工作频率较高的脉波宽度调变信号来进行说明。

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的源极与接地端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波宽度调变信号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的共用接点耦接于电阻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，用来将脉波宽度调变信号PWM2转换为直流电压PV2，并输出至运算放大器120的正输入端。

由于NMOS晶体管N10的导通时间与脉波宽度调变信号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)会随着脉波宽度调变信号PWM1的工作频率升高而上升。同理，直流电压PV2也会随着脉波宽度调变信号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(表示脉波宽度调变信号PWM1的工作频率大于脉波宽度调变信号PWM2的工作频率)，运算放大器120的输出为低电位(接地准位)，因此PMOS晶体管P12会导通以输出脉波宽度调变信号PWM1。当直流电压PV1小于直流电压PV2时(表示脉波宽度调变信号PWM1的工作频率小于脉波宽度调变信号PWM2的工作频率)，运算放大器120的输出为高电位，因此NMOS晶体管N12会导通以输出脉波宽度调变信号PWM2。

换言之，借由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波宽度调变信号(PWM1或PWM2)至所有风扇，以相对转速较大的脉波宽度调变信号来驱动所有风扇。风扇控制电路100可以取代现有技术中的微控制器，用来决定所要输出的脉波宽度调变信号为何。此外，值得注意的是，风扇控制电路100与风扇可使用相同的电压源VDD，例如是12伏特(voltage)，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的负输入端与脉波宽度调变信号PWM1之间，用以将脉波宽度调变信号PWM1转换为直流电压PV1；积分电路214耦接于运算放大器120的正输入端与脉波宽度调变信号PWM2之间，用以将脉波宽度调变信号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的另一端耦接于脉波宽度调变信号PWM1。PNP晶体管B20的发射极耦接于电压源VDD，PNP晶体管B20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的共用接点输出直流电压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，本实施例中的积分电路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。

值得注意的是，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会随着脉波宽度调变信号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波宽度调变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波宽度调变信号，只要对应将接收脉波宽度调变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元件。同理，积分电路主要是将脉波宽度调变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波宽度调变信号，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现有的微控制器，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 (6)

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，接收一第一脉波宽度调变信号与一第二脉波宽度调变信号，并输出对应于该第一脉波宽度调变信号的工作频率的一第一电压与对应于该第二脉波宽度调变信号的工作频率的一第二电压；

一运算放大器，该运算放大器的一负输入端耦接该第一电压，该运算放大器的一正输入端耦接该第二电压；

一PMOS晶体管，该PMOS晶体管的漏极耦接于该第一脉波宽度调变信号，该PMOS晶体管的源极耦接于一输出端，且该PMOS晶体管的栅极耦接于该运算放大器的输出；以及

一NMOS晶体管，该NMOS晶体管的漏极耦接于该第二脉波宽度调变信号，该NMOS晶体管的源极耦接于该输出端，且该NMOS晶体管的栅极耦接于该运算放大器的输出。

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，用以接收该第一脉波宽度调变信号并输出该第一电压至该第一运算放大器的该负输入端；以及

一第二积分电路，用以接收该第二脉波宽度调变信号并输出该第二电压至该运算放大器的该正输入端。

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波宽度调变信号；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用接点；

其中，该第三电阻与该电容的该共用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波宽度调变信号；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用接点；

其中，该第三电阻与该电容的该共用接点输出该第二电压。

5.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波宽度调变信号；

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用接点输出该第一电压。

6.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波宽度调变信号；

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用接点输出该第二电压。

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