CN1083068C - 控制电子设备内风扇电压的方法 - Google Patents

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Abstract

调节电子设备内风扇的工作电压，方法如下：检测电子设备内供电装置输出电路上的输出二极管(D)的温度，以此调节风扇的工作电压。实现方式：直到元件的边界温度，使风扇的工作电压先调整在恒定不变的最小状态，然后持续不断迅速提高到一个最大工作电压，保证元件温度在边界温度之上，却在最高允许元件温度之下。

Description

控制电子设备内风扇电压的方法
本发明涉及一种控制电子设备内风扇电压的方法，具体的是，电子设备内风扇工作电压的调节方法，用于风扇以冷却电子设备内因瞬间功率和环境温度而使其温度能够超过最高允许工作温度的电元件。
对于用风扇冷却的供给电流的电子设备，为了减少噪音往往使用转速控制的风扇。尽管如此，在安静的办公环境内那种用传统的温度/转速控制的风扇，其噪音仍然使人感到太大。在降低风扇转速时必须注意，为了保护电子元件，在整个负荷范围和温度范围内保持在允许的最高元件温度以下。
按照至今沿用的为人们所熟悉的方法，供电装置的空气温度借助于热敏元件和功率级被转化为风扇的工作电压。这种热敏元件，例如负温度系数电阻或正温度系数电阻，是一种在制冷时或在加热时其电阻值相应增大的电阻，其温度/电压特性曲线相对比较平坦或宽阔。也就是说在一个宽广的范围内，比如在摄氏20度和60度之间，控制电压可从一个基础电压提高到最大的风扇电压。
在控制某些风扇时温度传感器被配置在供电装置内含功率元件的一块冷却板上，从而在调节风扇工作电压时可兼顾供电装置的输出功率。
众所周知，根据US-A-5197 858，根据被调节的温度，对电子设备内风扇的速度进行调节，以这种方式调节风扇转速，直到第一档机器温度边界，风扇的转数保持在第一转速上。从而风扇的转数可以连续不断地往高调整，直至第二档的机器温度边界，在第二档机器温度边界以上，此风扇转数保持不变。
与此相关，电路布置虽然可以调节各自的机器温度边界，但在此温度边界之间，应该使风扇转数连续增高，实际上这只是一个应该如何调整风扇转数的问题。虽然调整风扇转数同减少风扇噪音有关，但在保持对相应电子设备冷却功能的基础上，如何才能最大限度地减小风扇噪音，对此并未提出解决的建议。
Svenkerud/Kristiansen所著《PC-风扇调节器》一文，DE-Z“Elektor”92年第7-8期，22页所介绍的那种用于调节电子设备内风扇的转数的电路布置，象适用于US-电路布置一样地适用。也就是说，在保持相应电子设备冷却功能的基础上，如何调节才能最大限度地减小风扇噪音，对此也没有给以提示。
本发明的任务就是：提出一个控制电子设备内风扇电压的方法，通过此方法达到如下目的：即在保持必要的冷却功率的条件下，用经济的方式最大限度地减小风扇的噪音。
这一任务是按照如下的方法步骤完成的，即检测电子设备内供电装置(SV)的输出电路输出二极管(D)的温度；和
根据所述输出二极管(D)的元件温度来调节风扇工作电压，其方式如下：电子设备内绝对温度最高的元件，当其温度低于某一以最高允许温度为边界的温度范围时，风扇工作电压保持为最低恒定值，然后随着温度的升高风扇工作电压连续迅速升高，直到如下工作电压，即：在此电压下由于风扇转数随电压相应提高，但仍然使变得绝对最热的元件的元件温度保证在最高允许工作温度之下，尽管是在此元件的边界温度之上。
通过这一步骤风扇可以一直以一个最可能低的工作电压运行，此状况通过以下几点完成：
在供电装置中采用一个元件作为参考元件，以之确定应当调节的温度，因为这里存在这种元件，其温度能很好地同机器功率对应成比例，因此可以这样认为：在机器内的其它元件一个个地都要变热，可是没有必要格外监控其它温度达到边界的元件，尽管肯定还可能会有需要检测的元件，只是应该确定参考元件和其它各个元件之间的关系，然后以一种要兼顾每个元件的最高工作温度的方式，对参考元件温度的调节进行校准。
尤其要利用能发出最大功率的供电输出电路的输出二极管，因为这个元件是能变得最热的元件之一，而且在通常情况下是装在一个冷却板上的，以致可以出现相对稳定的温度状态，而且比较容易安排一个温度传感器。
通过按照本发明对风扇的控制，风扇的转动很晚才加速，直到再有足够的制冷作用。
下面参照附图进一步阐述本发明的一个实施例，其中：
图1描述一台配有已知类型的风扇控制装置的电子设备，
图2图1所示的电子设备温度调节状态，
图3描述一台配有按本发明制造的风扇控制装置的电子设备，
图4图3所示的电子设备温度调节状态。
以下所有附图说明均对相同的物体分别以相同的对应的符号标明。
图1是一台电子设备，它由一个主机部分PC和一个供电装置SV组成，这样的设备可以是例如一部个人电脑。
在供电装置SV里安装有一台风扇L，风扇L在电子设备内产生一股空气流，此空气流如箭头所示。温度为TL的一股空气流从侧面的槽沟进入主机部分PC内，然后此股空气流从主机部分PC中出来时温度变为TPCL，接着进入供电装置SV里。在供电装置SV里，温度为TPCL的流入空气，不是通过具有正温度系数PTC的热敏电阻进行检测，就是通过具有负温度系数NTC的热敏电阻进行检测。风扇的工作电压根据所测定的空气温度进行相应调整。通过风扇的作用，在供电装置中的空气被从供电装置中吹出来，而新鲜空气通过吸力被吸入主机部分PC。
按照图2中所示的一条平坦特性曲线，实现对工作电压的控制。在空气温度为TPCL1时，产生用于风扇L的电压ULnorm，在此电压下，风扇L以一个基础转数转动。直到空气温度为TPCL2，此温度对应最高允许温度设定，在此温度时，假定电子设备里所有元件都还在正常工作，那么风扇电压UL就可以一直上升到电压ULmax。当风扇最大电压达到ULmax时，风扇以其最高转速转动。
图1和图2所示实施例，阐明的是技术状况，而图3和图4所示实施例，阐明的是按本发明的解决办法。
图3所示的电子设备与图1所示的电子设备相似，不同点为：用于产生风扇电压UL的温度不再根据供电装置SV内部的空气温度确定，而是根据用于冷却一个输出二极管D的冷却器的冷却温度TK进行确定。为此，应该把具有正温度系数的热敏电阻或具有负温度系数的热敏电阻安置在二极管D的冷却器上。
图4特性曲线所示的是对风扇电压UL的测定。根据这条特性曲线，当冷却器温度低于初档温度TK1时，风扇的电压保持在基础电压ULnorm。冷却器的初档温度TK1是一个边界温度。从边界温度TK1开始，风扇电压UL连续迅速升高。在冷却器较高的第二档温度TK2时，风扇电压UL达到最大值ULmax。第二档冷却器温度TK2是以如下方式被选用，即：电子设备内所有的元件温度都还处在允许的最高工作温度之下。边界温度TK1在第二档冷却器温度TK2的范围内变动。
现对图3和图4的实施例进行一般性地说明：
在最简单的情况时，风扇L的控制装置可以转换为一个通过风扇起作用的主要冷却器的温度调节器，此温度调节器处在供电装置SV中。对此出自以下考虑：一台电子设备的通风关系到对最热的(电气或电子)元件的元件温度进行限制，以限制在给定的最高值以下，这一最高值处在原件各自的破坏极限以下，例如一般为摄氏100度。这种合适的元件既可处在用电装置中，也可以处在供电装置中。例如在个人电脑中，它可以是微处理器MP，同时在供电装置中是一个5伏输出二极管D。在此情况下的输出二极管D和在另一种情况下的微处理器MP，它们各自按照设备等级和负荷程度变得越来越热。如果费用不成问题，那么每一个温度临界的元件都可以用一个温度传感器进行检测，其中最热元件的温度决定着用于风扇L的电压。风扇L的最低转数产生于风扇L的最低允许工作电压ULnorm，在这种电压下，风扇可更安全地运转。为了在所有负荷范围内风扇L达到尽可能低的转数，当元件温度不断升高时，要继续保持这一最低的风扇转数，只有当超过边界温度TK1时，风扇电压UL才开始升高。此温度/电压特性曲线坡度较大(比图2所示特性曲线明显地更陡一些)。在较高的冷却器温度TK2时，基于误差该温度稍处于最高允许的元件温度以下，可以达到最高的风扇电压ULmax。按照温度/电压特性曲线，可以在较低负荷时得到尽可能最低的风扇L转数，在较高负荷时也调节到尽可能最低的必要风扇转数，以使最热的元件与其最高允许温度具有一安全的温度距离。从最热元件的温度状况看，通过风扇的转数来调节这一元件的温度是合适的。
以下为两个优选的实施方案：可以将温度传感器的数量减少到仅有一个以降低费用。此传感器同装在供电装置SV中的5伏输出二极管D的冷却器进行热量交换。在大多情况下此二极管为供电装置SV中最热的元件。通过在整个系统中对不同的设备等级、负荷和外部温度的测定，必须弄清：在调节时用电装置中是否存在超越本身工作温度范围的元件。如果出现这种情况，必须把两个温度边界TK1和KT2相应下调，直到全部元件在所有工作条件下都保持在最高允许温度以下。为了进一步减小风扇的最低工作电压ULnorm，在启动风扇L时，可以在短时间内升高它的工作电压，以使其安全运转。之后调整到的最低允许工作电压还可以更低一些，因为在正常情况下风扇L起动时比此后以恒定的转数运转时需要更高的电压。

Claims (2)

1.电子设备内风扇工作电压的调节方法，用于风扇以冷却电子设备内因瞬间功率和环境温度而使其温度能够超过最高允许工作温度的电元件，其特征在于：检测电子设备内供电装置(SV)的输出电路输出二极管(D)的温度；和
根据所述输出二极管(D)的元件温度来调节风扇工作电压，其方式如下：电子设备内绝对温度最高的元件，当其温度低于某一以最高允许温度为边界的温度范围时，风扇工作电压保持为最低恒定值，然后随着温度的升高风扇工作电压连续迅速升高，直到如下取决于温度的工作电压，即：在此电压下由于风扇转数随电压相应提高，但仍然要使变得绝对最热的元件的元件温度保证在最高允许工作温度之下，尽管是在此元件的边界温度之上。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：为了起动风扇(L)，要使用一个较高的起动电压，并以起动后的电压作为风扇(L)的最小工作电压。
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