CN102137584B - 温度增益控制装置及其方法 - Google Patents

Abstract

一种温度增益控制装置及其方法，通过感应工作环境温度，并且根据此工作环境温度产生控制信号及PWM信号，用以动态控制设置在电子元件周围的加热器进行加热，以便在工作环境温度过低时，用以实现提高电子元件的稳定性的技术功效。

Description

温度增益控制装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种控制装置及其方法，特别是涉及一种利用加热器，用以对电子元件的工作环境温度进行温度控制的温度增益控制装置及其方法。 

背景技术

近年来，随着电子设备的普及，许多电子设备已被应用于各种恶劣的温度工作环境下进行运作，然而，由于其工作环境恶劣，所以故障及异常运作的情形亦屡见不鲜。因此，如何使电子设备适应恶劣的温度工作环境，并且能够使其正常运作便成为各家厂商亟欲解决的问题之一。 

一般而言，恶劣的温度工作环境分为过热及过冷两种。其中，由于电子元件运作时本身会发热，因此若在过热的工作环境下，其电子元件的寿命将会大幅缩短，故障率也会居高不下。目前已经有许多方案能够有效解决过热的问题，例如：气冷散热、水冷散热......等等。然而在过冷的工作环境下，电子元件运作时本身的发热不足以维持所需的工作环境温度时，将使电子元件无法正常运作，举例来说，液态轴承硬碟在过低的工作环境温度时，其液态轴承中的油膜可能无法维持在液体形态，如此将造成无法发挥其特性，甚至使液态轴承硬碟损毁。 

有鉴于此，便有厂商提出以电路布局的方式，将发热元件集中在需要维持一定工作环境温度的电子元件周围，甚至额外增加加热装置对电子元件进行加热。不过，上述电路布局的方式，其提升工作环境温度有限，具有许多不确定性；而额外增加加热装置的方式则造成电子设备的成本提升，甚至电路布局上的困扰，故皆无法有效解决在工作环境温度过低时，电子元件无法正常运作的问题。 

综上所述，可知先前技术中长期以来一直存在当工作环境温度过低时，电子元件无法正常运作的问题，因此实有必要提出改进的技术手段，来解决这一个问题。 

发明内容

有鉴于先前技术存在的问题，本发明遂揭露一种温度增益控制装置及其方法。 

本发明所揭露的温度增益控制装置，应用于具有电子元件的设备中，包含：感应模块、基本输入/输出系统(Basic Input/Output System，BIOS)模块、加热模块及加热器。其中，感应模块用以持续感应设备中的工作环境温度，并将此工作环境温度与预先设置的第一温度参数通过比较器进行比对，且根据比对结果产生控制信号；BIOS模块用以允许设定并储存第二温度参数，并持续将所述工作环境温度偏移一个间隔数值后，将偏移后的工作环境温度与第二温度参数进行比对，且根据比对结果选择控制模式以驱动控制芯片产生相应的脉波宽度调变(Pulse Width Modulation，PWM)信号；加热模块用以根据控制信号产生输出功率，且于PWM信号产生后，同时搭配控制信号及PWM信号调整输出功率；加热器设置于电子元件周围，用以接收所述输出功率，并且根据此输出功率对电子元件进行加热。 

承上所述，其中第二控制信号可通过基本输入/输出系统(Basic Input/Output System，BIOS)所设定，且于设定后储存于挥发性内存中；控制模式包含温度范围，且每一温度范围对应有相应的PWM信号；间隔数值为使工作环境温度维持在正温度的数值；控制芯片为超级(Super)I/O芯片；加热器可分别为软板电热片。另外，感应模块至少包含温度参数储存器、温度感应器及比较器；BIOS模块至少包含内存单元、BIOS单元及控制芯片；加热模块至少包含温度控制开关、PWM控制开关及功率控制开关。 

至于本发明的温度增益控制方法，应用于具有电子元件及加热器的装置中，其步骤包括：持续感应设备中的工作环境温度，并将此工作环境温度与预先设置的第一温度参数通过比较器进行比对，且根据比对结果产生控制信号；允许设定并储存第二温度参数，并持续将所述工作环境温度偏移一个间隔数值后，将偏移后的工作环境温度与第二温度参数进行比对，且根据比对结果选择控制模式以驱动控制芯片产生相应的PWM信号；根据控制信号产生输出功率，且于PWM信号产生后，同时搭配控制信号及PWM信号调整输出功率；加热器设置于电子元件周围，用以接收此输出功率，并且根据此输出功率对电子元件进行加热。 

本发明所揭露的装置与方法如上，与先前技术之间的差异在于本发明是通过感应工作环境温度，并且根据此工作环境温度产生控制信号及PWM信号，用以动态控制设置于电子元件周围的加热器进行加热。 

通过上述的技术手段，本发明可以在工作环境温度过低时，达到提高电子元件的稳定性的技术功效。 

附图说明

图1为本发明温度增益控制装置的方块图。 

图2为本发明温度增益控制方法的方法流程图。 

图3为本发明的感应模块的示意图。 

图4为本发明的BIOS模块的示意图。 

图5为本发明的加热模块的示意图。 

【主要元件符号说明】 

100 电子元件 

110 感应模块 

111 温度参数储存器 

112 温度感应器 

113 比较器 

120 BIOS模块 

121 内存单元 

122 BIOS单元 

123 控制芯片 

130 加热模块 

131 温度控制开关 

132 PWM控制开关 

133 功率控制器 

140 加热器 

具体实施方式

以下将配合图式及实施例来详细说明本发明的实施方式，从而对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。 

在说明本发明所揭露的温度增益控制装置及其方法之前，先对本发明的应用环境进行说明，本发明是应用在具有多个电子元件的设备中，用以维持这些电子元件的工作环境温度，使这些电子元件不会因为工作环境温度过低而产生工作异常的情况。在实际实施上，是以加热器搭配具有电子元件的设备(即电子设备)中的风扇控制机制作为控制加热的依据。 

接着，对本发明所自行定义的名词作说明，本发明所提及的第一温度参数是指电子设备出厂前所预先设定的一个温度参考基准点，此第一温度参数可预先储存于非挥发性内存中，如：Flash、EPROM、EEPROM......等等。在实际实施上，此第一温度参数是作为电子设备启动前(已通电状态)，确保工作环境温度能够在适当范围的依据。举例来说，假设此第一温度参数设定为“0度；20度″，当温度感应器感应到工作环境温度等于或低于“0度″时，将控制加热器进行加热以便提高工作环境温度；而在工作环境温度大于“20度″时则控制加热器停止加热，用以使电子设备中的电子元件能够在适当的工作环境温度下正常运作。另外，所述第二温度参数则是通过基本输入/输出系统(Basic Input/Output System，BIOS)的操作界面所设定的参数值。用以作为电子设备运作时，确保工作环境温度在适当范围的依据。此第二温度参数与第一温度参数的差异在于，第一温度参数是应用在电子设备启动前及启动后，而第二温度参数是应用在电子设备启动后，且第一温度参数在电子设备出厂前即预先设置完成，第二温度参数则可由使用者自行通过BIOS所设定。 

以下配合图式对本发明温度增益控制装置及其方法作进一步说明，首先，先针对本发明温度增益控制装置作说明，请参阅图1，图1为本发明温度增益控制装置的方块图，包含：感应模块110、BIOS模块120、加热模块130及加热器140。其中，感应模块110用以持续感应设备中的工作环境温度，并将所感应到的工作环境温度与预先设置的第一温度参数进行比对，且 根据比对结果产生控制信号。在实际实施上，感应模块110可使用温度感应器(Temperature Sensor)，例如：热敏电阻、温度感测IC(AD 590)......等等，用以获得工作环境温度，由于通过温度感应器感应工作环境温度为习知技术，故在此将不再多作赘述。接着，感应模块110感应到工作环境温度后，即可通过比较器来比对此工作环境温度与第一温度参数，并且在工作环境温度位于第一温度参数的范围外时产生控制信号，如：ON。或是工作环境温度位于第一温度参数的范围内时产生控制信号，如：OFF。 

BIOS模块120用以允许使用者设定并储存第二温度参数，并持续将感应模块110所感应到的工作环境温度偏移一个间隔数值后，再将偏移后的工作环境温度与此第二温度参数进行比对，且根据比对结果选择控制模式以驱动控制芯片产生相应的脉波宽度调变(Pulse Width Modulation，PWM)信号，由于此PWM信号为习知技术，故在此不再多作赘述。在实际实施上，使用者是通过BIOS的操作界面来设定第二温度参数，所述BIOS储存于非挥发性内存，例如：flash、EPROM、EEPROM......等等，而第二温度参数则储存于挥发性内存，如：CMOS RAM之中。另外，所述控制模式为第二温度参数与不同的PWM信号的对应，举例来说，控制模式可包含一个以上的情况，第一个情况为：第二温度参数在“10度″时，产生PWM信号为“40％″(PWM Duty Cycle)、第二温度参数在“30度″时，产生PWM信号为“20％″......等等。特别要说明的是，本发明并未以上述举例限定在控制模式中，其第二温度参数与所产生的PWM信号的对应关系。 

承上所述，当BIOS模块120根据比对结果选择控制模式后，将驱动控制芯片产生相应的PWM信号，所述控制芯片为具有PWM信号控制机制的超级(Super)I/O芯片，如：编号为W83627EHF的芯片。由于此控制芯片为习知技术，故在此不再多作说明。特别要说明的是，本发明可应用此习知控制芯片的智能风扇控制(Smart Fan Control)来控制加热器，不过这个智能风扇控制(Smart Fan Control)无法支援“0度以下″的工作环境温度，因此，BIOS模块120会将感应模块110所感应到的工作环境温度偏移(Offset)一个间隔数值(例如：数值“128″)，使工作环境温度维持在正温度(例如：“0度″或“0度″以上)后，再应用于智能风扇控制中。举例来说，假设感 应模块110能够感应的工作环境温度的范围为“-128度″至“127度″，其对应的定址为8位元的二进制码(8-bit binary codes)，范围为“1000，0000″至“0111，1111″。由于智能风扇控制器中无法正确处理负数的二进制码，因此，BIOS模块120可将“1000，0000″进行偏移成为“0000，0000″、将“1000，0001″进行偏移成为“0000，0001″、并以此类推将“0111，1111″进行偏移成为“1111，1111″。换句话说，便是将具有代表负数的二进制码转换成仅代表正数的二进制码(例如：定址为“-128～127″转为“0～255″)。 

如此一来，所述控制芯片的智能风扇控制即可以此产生相应的PWM信号。举例来说，假设工作环境温度为“-128度″，经由上述偏移处理后可得到二进制码为“0000，0000″，接下来，以公式计算所产生的PWM信号，其公式可为：此8位元的二进制码/255*100％，且进行反相后的数值，以此例而言，工作环境温度为“-128度″，经由偏移处理后其十进制的值为“0″，接着带入上述公式计算后得到数值为“0％″(即：0/255*100％＝0％)，再将此数值“0％″反相后即可得到PWM信号为“100％″。特别要说明的是，本发明并未以上述公式限定PWM信号的计算方式。 

加热模块130用以根据控制信号产生输出功率，且于PWM信号产生后，同时搭配感应模块110所产生的控制信号，以及BIOS模块120所产生的PWM信号来调整输出功率。在实际实施上，假设仅产生控制信号，则加热模块130将根据此控制信号产生相应的输出功率，例如：控制信号为“OFF″产生“0％″的输出功率；控制信号为“ON″则产生“100％″的输出功率。接着，当BIOS模块120产生PWM信号后，假设控制信号为“ON″、PWM信号为“100％″，加热模块130将同时搭配控制信号及PWM信号以调整其输出功率，如：将输出功率调整为“100％″；假设控制信号为“ON″、PWM信号为“50％″，加热模块130则会调整为“50％″的输出功率......并以此类推。特别要说明的是，假设控制信号为“OFF″，则PWM信号无论是否为“0％″，加热模块130将因此调整为最小的输出功率(例如：“0％″)或关闭加热器140，如此一来，即便BIOS模块120发生异常而产生异常的PWM信号，也不至于使加热器140持续加热而对电子元件100造成不良影响。 

加热器140设置于电子元件100周围，用以接收加热模块130所产生的输出功率，并且根据此输出功率对电子元件100进行加热。所述加热器可为软板电热片，此软板电热片设置于电子设备中的电子元件100的周围，用以提高电子元件100的工作环境温度。由于此加热器140为习知技术，故在此将不再多作赘述。特别要说明的是，本发明并未以此限定加热器140的数量与种类。 

如图2所示，图2为本发明温度增益控制方法的方法流程图，其步骤包括：持续感应设备中的工作环境温度，并将此工作环境温度与预先设置的第一温度参数进行比对，且根据比对结果产生控制信号(步骤210)；允许设定并储存第二温度参数，并持续将其工作环境温度偏移一个间隔数值后，将偏移后的此工作环境温度与第二温度参数进行比对，且根据比对结果选择控制模式以驱动控制芯片产生相应的PWM信号(步骤220)；根据控制信号产生输出功率，且于PWM信号产生后，同时搭配此控制信号及PWM信号调整其输出功率(步骤230)；加热器设置于电子元件100周围，用以接收输出功率，并且根据此输出功率对电子元件100进行加热(步骤240)。通过上述步骤，即可通过感应工作环境温度，并且根据此工作环境温度产生控制信号及PWM信号，用以动态控制设置于电子元件100周围的加热器进行加热。 

以下配合图3至图5以实施例的方式进行如下说明，请先参阅图3，图3为本发明的感应模块的示意图，其感应模块110包含：温度参数储存器111、温度感应器112及比较器113。特别要说明的是，本发明并未以此限定感应模块110仅通过比较器113来产生控制信号，以及感应模块110所包含的电子元件100数量及类型。 

当电子设备仅通电且未运作或是正常运作时，温度感应器112皆可用以持续感应工作环境温度，比较器113会将此工作环境温度与温度参数储存器111内所预先储存的第一温度参数进行比对，使感应模块110根据其比对结果产生控制信号。假设第一温度参数设定为“0度；20度″，其代表当工作环境温度在“0度″以下时产生控制信号，如：ON；当工作环境温度在“20度″以上时则产生控制信号，如：OFF。 

接着，加热模块130在接收到控制信号为“ON″时，将产生输出功率 以启动加热器140进行加热。在加热过程中，温度感应器112所感应到的工作环境温度将持续升高，并且在升高至“20度″时，感应模块110产生控制信号“OFF″，此时加热模块130将降低产生的输出功率，甚至所产生的输出功率为“0″，用以使加热器140降低加热温度，甚至直接停止加热。 

接下来，请参阅图4，图4为本发明BIOS模块的示意图。BIOS模块120包含：内存单元121、BIOS单元122及控制芯片123。所述内存单元121用以储存第二温度参数，其可为挥发性内存，如：CMOS RAM。在实际实施上，内存单元121除了储存第二温度参数之外，亦同时储存BIOS相关的其他设定参数。 

BIOS单元122用以储存电子设备的BIOS，并且提供操作界面供使用者进行相关设定，如：第二温度参数。由于所述BIOS为习知技术，故习知部分在此将不再多作赘述，而仅就差异处进行说明。本发明在此BIOS中新增偏移计算，用以将温度感应器112所感应到的二进制温度值进行偏移计算，并且将计算得出的数值进行反相处理，以便适用于控制芯片123的智能风扇控制，用以使控制芯片123产生合适的PWM信号，进而让加热模块130根据此PWM信号来控制加热器140。在实际实施上，控制芯片123可选用编号为W83627EHF的超级(Super)I/O芯片，温度感应器112可与此控制芯片123的AUXTIN脚位、CPUTIN脚位及SYSTIN脚位(例如：“pin 102″、“pin 103″及“pin 104″)其中之一电性连接；而加热模块130则可与此控制芯片123的AUXFANOUT脚位、CPUFANOUT0，1脚位及SYSFANOUT脚位(例如：“pin 7″、“pin 115；pin 120″及“pin 116″)其中之一电性连接。换句话说，在实际实施上，温度感应器112与加热器140最多可同时连接三组，以同时连接三组为例，控制芯片123可根据三组温度感应器112所感应到的三组工作环境温度，同样使用前述的方式用以分别产生相应的三组PWM信号，以便通过各组PWM信号来分别控制相应的加热器140。 

如图5所示意，图5为本发明加热模块的示意图。在实际实施上，加热模块130可包含：温度控制开关131、PWM控制开关132及功率控制器133。加热模块130通过温度控制开关131接收感应模块110所传送的控制信号、通过PWM控制开关132接收BIOS模块120所传送的PWM信号，以及通 过功率控制器133根据其控制信号产生输出功率，且于PWM信号产生后，同时搭配控制信号及PWM信号调整其输出功率，以使加热器140在PWM信号产生前根据所产生的输出功率进行加热，或在PWM信号产生后根据调整后的输出功率进行加热。特别要说明的是，虽然应用本发明的加热器140会根据所述控制信号与PWM信号进行加热或停止加热，然而，其控制信号与PWM信号主要的差异在于控制信号的电压可调变，而PWM信号则是定电压。 

综上所述，可知本发明与先前技术之间的差异在于通过感应工作环境温度，并且根据此工作环境温度产生控制信号及PWM信号，用以动态控制设置于电子元件100周围的加热器进行加热，藉由此一技术手段可以解决先前技术所存在的问题，进而在工作环境温度过低时，达成提高电子元件100的稳定性的技术功效。 

虽然本发明以前述的实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习相像技艺者，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，因此本发明的专利保护范围须视本说明书所附的申请专利范围所界定者为准。 

Claims (15)

1.一种温度增益控制装置，应用于具有多个电子元件的设备中，其特征在于，包含：

一感应模块，用以持续感应设备中的一工作环境温度，并将该工作环境温度与预先设置的一第一温度参数通过一比较器进行比对，且根据比对结果产生一控制信号；

一基本输入/输出系统模块，用以允许设定并储存一第二温度参数，并持续将该工作环境温度偏移一间隔数值后，将偏移后的该工作环境温度与该第二温度参数进行比对，且根据比对结果选择一控制模式以驱动一控制芯片产生相应的一脉波宽度调变信号；

一加热模块，用以根据该控制信号产生一输出功率，且于该脉波宽度调变信号产生后，同时搭配该控制信号及该脉波宽度调变信号调整该输出功率；及

至少一加热器，设置于该些电子元件周围，用以接收该输出功率，并且根据该输出功率对该些电子元件进行加热。

2.如权利要求1所述的温度增益控制装置，其中该第二控制信号系通过基本输入/输出系统所设定，且于设定后储存于挥发性内存中。

3.如权利要求1所述的温度增益控制装置，其中该控制模式包含至少一温度范围，且每一温度范围对应有相应的该脉波宽度调变信号。

4.如权利要求1所述的温度增益控制装置，其中该间隔数值为使该工作环境温度维持在正温度的数值。

5.如权利要求1所述的温度增益控制装置，其中该控制芯片为超级I/O芯片。

6.如权利要求1所述的温度增益控制装置，其中该些加热器分别为一软板电热片。

7.如权利要求1所述的温度增益控制装置，其中该感应模块至少包含温度参数储存器、温度感应器及比较器。

8.如权利要求1所述的温度增益控制装置，其中该基本输入/输出系统模块至少包含内存单元、基本输入/输出系统单元及控制芯片。

9.如权利要求1所述的温度增益控制装置，其中该加热模块至少包含温度控制开关、脉波宽度调变控制开关及功率控制开关。

10.一种温度增益控制方法，应用于具有多个电子元件及至少一加热器的装置中，该方法包括：

持续感应设备中的一工作环境温度，并将该工作环境温度与预先设置的一第一温度参数通过一比较器进行比对，且根据比对结果产生一控制信号；

允许设定并储存一第二温度参数，并持续将该工作环境温度偏移一间隔数值后，将偏移后的该工作环境温度与该第二温度参数进行比对，且根据比对结果选择一控制模式以驱动一控制芯片产生相应的一脉波宽度调变信号；

根据该控制信号产生一输出功率，且于该脉波宽度调变信号产生后，同时搭配该控制信号及该脉波宽度调变信号调整该输出功率；及

该些加热器设置于该些电子元件周围，用以接收该输出功率，并且根据该输出功率对该些电子元件进行加热。

11.如权利要求10所述的温度增益控制方法，其中该第二控制信号系通过基本输入/输出系统所设定，且于设定后储存于挥发性内存中。

12.如权利要求10所述的温度增益控制方法，其中该控制模式包含至少一温度范围，且每一温度范围对应有相应的该脉波宽度调变信号。

13.如权利要求10所述的温度增益控制方法，其中该间隔数值为使该工作环境温度维持在正温度的数值。

14.如权利要求10所述的温度增益控制方法，其中该控制芯片为超级I/O芯片。

15.如权利要求10所述的温度增益控制方法，其中该加热器为一软板电热片。

Images