CN111271309B - 线性控制电路及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种线性控制电路，线性控制电路用以控制负载。线性控制电路包括温度传感器以及控制器。温度传感器用以感测温度。控制器用以通过所述温度传感器反应于温度的感测结果来提供关联于控制参数值的线性控制信号，并且通过所述线性控制信号线性控制所述负载的转速。

Description

线性控制电路及其方法

技术领域

本发明涉及一种控制电路及其控制方法，尤其涉及一种用以控制负载的线性控制电路及其线性控制方法。

背景技术

系统往往在温度较高的情况下需要散热的需求，须使用散热装置来满足系统的散热需求，但散热装置在被起动时会产生扰人的噪音。系统并非完全都处于高功耗和高温的应用环境，现有的电路设计如要依据温度变化来调整风扇转速，大多要使用成本较高的控制集成电路，并且需要软件做检测和控制，或是只能使用比较器来做温度分段控制，然而上述的控制方式会产生扰人的噪音。

发明内容

本发明是针对一种控制电路及其控制方法，能依据温度变化来对负载的转速进行线性控制，藉以降低负载转速启动与停止时所产生的扰人噪音。

根据本发明的实施例，线性控制电路用以控制负载。线性控制电路包括温度传感器以及控制器。温度传感器用以感测温度。控制器电性耦接至负载以及温度传感器。控制器用以通过温度传感器反应出来的温度感测结果来提供关联于控制参数值的线性控制信号，用来线性控制负载的转速。

在本发明的实施例中，控制器还用以提供参考电压，对参考电压进行控制参数值的增益以提供线性控制信号。

在本发明的实施例中，控制器具有第一输入端、第二输入端以及输出端，第一输入端用以接收直流输入电压而使控制器被驱动，第二输入端用以接收感测结果，输出端电性耦接至负载，输出端用以提供线性控制信号。

在本发明的实施例中，温度传感器包括热敏电阻以及参考电阻。热敏电阻的第一端电性耦接至输出端。热敏电阻的第二端电性耦接至第二输入端。参考电阻的第一端电性耦接至热敏电阻的第二端。参考电阻的第二端电性耦接至低电源。

在本发明的实施例中，控制器依据热敏电阻的电阻值与参考电阻的电阻值获得控制参数值。

在本发明的实施例中，控制器将参考电阻的电阻值除以热敏电阻的电阻值以获得运算结果，并对运算结果加上1以获得控制参数值。

在本发明的实施例中，控制器将热敏电阻的电阻值除以参考电阻的电阻值以获得运算结果，并对运算结果加上1以获得控制参数值。

在本发明的实施例中，负载包括至少一风扇。

在本发明的实施例中，风扇的转速与线性控制信号的电压值成正比。

根据本发明的实施例，应用于线性控制电路的线性控制方法用以控制负载，线性控制方法包括：反应于温度的感测结果来提供关联于控制参数值的线性控制信号；以及通过线性控制信号线性控制负载的转速。

在本发明的实施例中，上述反应于温度的感测结果来提供关联于控制参数值的线性控制信号的步骤包括：提供参考电压，对参考电压进行控制参数值的增益以提供线性控制信号。

在本发明的实施例中，线性控制电路包括温度传感器以及控制器，控制器具有第一输入端、第二输入端以及输出端，第一输入端用以接收直流输入电压而使控制器被驱动，第二输入端用以接收感测结果，输出端电性耦接至负载，输出端用以提供线性控制信号，温度传感器包括热敏电阻以及参考电阻，热敏电阻的第一端电性耦接至输出端，热敏电阻的第二端电性耦接至第二输入端，参考电阻的第一端电性耦接至热敏电阻的第二端，参考电阻的第二端电性耦接至低电源。上述反应于温度的感测结果来提供关联于控制参数值的线性控制信号的步骤包括：依据热敏电阻的电阻值与参考电阻的电阻值获得控制参数值。

在本发明的实施例中，上述反应于温度的感测结果来提供关联于控制参数值的线性控制信号的步骤还包括：将参考电阻的电阻值除以热敏电阻的电阻值的运算结果；以及对运算结果加1以获得控制参数值。

在本发明的实施例中，上述反应于温度的感测结果来提供关联于控制参数值的线性控制信号的步骤还包括：将热敏电阻的电阻值除以参考电阻的电阻值以获得运算结果；以及对运算结果加1以获得控制参数值。

基于上述，本发明是通过反应于温度的感测结果提供关联于控制参数值的线性控制信号，并且通过线性控制信号线性控制负载的转速。如此一来，本发明能依据温度变化来对负载的转速进行线性控制，通过无断线性控制以降低转速启动与停止时所产生的扰人噪音，并且能改善长时间高速运转的耗能和噪音。

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为依据本发明一实施例所示出的线性控制电路以及负载的示意图；

图2为依据本发明的另一实施例所示出的线性控制电路以及负载的示意图；

图3为依据本发明的再一实施例所示出的线性控制电路以及负载的示意图；

图4为依据本发明一实施例所示出的线性控制方法的流程图。

附图标记说明：

100、200、300：线性控制电路；

110、210、310：控制器；

120、220、320：温度传感器；

Iadj：调整电流；

LD：负载；

S410、S420：步骤；

ST：感测结果；

R1：参考电阻；

RT：热敏电阻；

T1：第一输入端；

T2：第二输入端；

Tout：输出端；

VC：线性控制信号；

VIN：直流输入电压；

VREF：参考电压。

具体实施方式

为了使本发明的内容可以被更容易明了，以下特举实施例做为本发明确实能够据以实施的范例。另外，凡可能之处，在附图及实施方式中使用相同标记的组件/构件/步骤，代表相同或类似部件。

请参考图1，图1为依据本发明一实施例所示出的线性控制电路以及负载的示意图。在本实施例中，线性控制电路100被配置以控制负载LD。线性控制电路100包括温度传感器120以及控制器110。温度传感器120用以感测温度。控制器110电性耦接至负载LD以及温度传感器120。控制器110用以通过温度传感器120反应于温度的感测结果ST来提供关联于控制参数值的线性控制信号VC，并且通过线性控制信号VC来线性控制负载LD。在本实施例中，线性控制电路100会依据温度传感器120所感测到的温度来决定负载LD的转速。在本实施例中，负载LD是具电动机的装置，例如是至少一个风扇。

进一步来说明，请参考图2，图2为依据本发明的另一实施例所示出的线性控制电路以及负载的示意图。在本实施例中，线性控制电路200包括温度传感器220以及控制器210。控制器210具有第一输入端T1、第二输入端T2以及输出端Tout。控制器210的第一输入端T1用以接收直流输入电压VIN，使得控制器210接收到直流输入电压VIN而被驱动。控制器210的第二输入端T2用以接收来自于温度传感器220的感测结果ST。控制器210的输出端Tout电性耦接到负载LD。控制器210的输出端Tout用以提供线性控制信号VC到负载LD。在本实施例中，温度传感器220包括热敏电阻RT以及参考电阻R1。热敏电阻RT的第一端电性耦接至控制器210的输出端Tout。热敏电阻RT的第二端电性耦接至第二输入端T2。参考电阻R1的第一端电性耦接至热敏电阻RT的第二端。参考电阻R1的第二端电性耦接至低电源，例如是接地或是电荷负端。

在本实施例中，参考电阻R1是具有固定电阻值的电阻。热敏电阻RT是负温度系数的热敏电阻，因此当环境的温度升高时，热敏电阻RT的电阻值会降低。相反地，当环境的温度降低时，热敏电阻RT的电阻值则会升高。也因此，温度传感器220会将热敏电阻RT的电阻值与参考电阻R1的电阻值作为环境温度的感测结果ST。温度传感器220将感测结果ST提供到控制器210的第二输入端T2。

控制器210通过第二输入端T2接收到感测结果ST，并依据感测结果ST提供对应的线性控制信号VC。也就是说，控制器210会依据热敏电阻RT的电阻值与参考电阻R1的电阻值获得控制参数值。举例来说，控制器210会将参考电阻R1的电阻值除以热敏电阻RT的电阻值以获得运算结果，并对运算结果加上1以获得控制参数值，控制参数值可以如公式(1)所示：

CP1＝1+(r_R1/r_RT) (1)

其中CP1是控制参数值，r_R1是参考电阻R1的电阻值，而r_RT是热敏电阻RT的电阻值。

在本实施例中，控制器210还进一步提供参考电压VREF。参考电压VREF可以是具有固定电压值的信号。控制器210在获得控制参数值之后，控制器210对参考电压VREF进行控制参数值的增益以提供线性控制信号VC。也就是说，线性控制信号VC的电压值相对于参考电压VREF的电压值具有控制参数值的倍数关系。线性控制信号VC的电压值可以如公式(2)所示：

v_VC1＝CP1×v_VREF (2)

其中v_VC1是线性控制信号VC的电压值，而v_VREF参考电压VREF的电压值。因此当温度上升时，热敏电阻RT的电阻值会下降，使得控制参数值上升，因此线性控制信号VC的电压值也会上升。在另一方面，当温度下降时，热敏电阻RT的电阻值会上升，使得控制参数值下降，因此线性控制信号VC的电压值也会下降。在本实施例中，控制器210可以是可支持上述公式(1)以及公式(2)的运算电路。举例来说，控制器210可以是至少包括低压差稳压器(Low-Dropout Regulator，LDO)或线性稳压器(Linear Voltage Regulator)的装置。因此线性控制电路200可以不需要通过复杂的装置(如微处理器)或软件来实现。如此一来，线性控制电路200的成本可以被降低。

控制器210在反应于温度的感测结果ST来提供关联于控制参数值的线性控制信号VC之后，会通过线性控制信号VC线性控制负载LD的转速。在本实施例中，负载LD的转速被设定为与线性控制信号VC的电压值成正比。也就是说，随着温度的上升，线性控制信号VC的电压值会上升，因此负载LD的转速也会上升。相反地，随着温度的下降，线性控制信号VC的电压值则会下降，负载LD的转速也会下降。控制器210可通过线性控制信号VC来线性控制负载LD的转速。如此一来，线性控制电路200能依据温度变化来对负载LD的转速进行线性控制，通过无断线性控制以降低转速启动与停止时所产生的扰人噪音。

线性控制信号VC的最大电压值以及最小电压值可以被设定，并且负载LD基于线性控制信号VC的最大电压值提供最大的转速，而负载LD基于线性控制信号VC的最小电压值提供最小的转速。举例来说，直流输入电压VIN为12伏特。而线性控制信号VC的最大电压值被设定为11伏特，线性控制信号VC的最小电压值被设定为2伏特。因此，负载LD能够依据线性控制信号VC的电压值在11伏特时提供最大的转速。负载LD也能够依据线性控制信号VC的电压值在2伏特时提供最小的转速，线性控制信号VC的最小电压值可以被视为负载LD的最小驱动电压。

当控制器210通过线性控制信号VC的最大电压值控制负载LD时，控制器210与负载LD会产生最大的电流值，最大的电流值例如是200毫安。当控制器210通过线性控制信号VC的最大电压值(11伏特)控制负载LD时，控制器210具有1伏特的电压差，也就是直流输入电压VIN与线性控制信号VC之间的电压差。因此控制器210所产生的功率消耗等同于1伏特与200毫安的乘积，也就是0.2瓦。

在另一方面，当控制器210通过线性控制信号VC的最小电压值控制负载LD时，控制器210与负载LD会产生最小的电流值，最小的电流值例如是20毫安。当控制器210通过线性控制信号VC的最小电压值(2伏特)控制负载LD时，控制器210具有10伏特的电压差，也就是直流输入电压VIN与线性控制信号VC之间的电压差。因此控制器210所产生的功率消耗等同于10伏特与20毫安的乘积，也就是0.2瓦。

在此值得一提的是，本实施例在对负载LD进行无断式的线性控制时，无论控制器210是通过线性控制信号VC的最大电压值或通过线性控制信号VC的最小电压值控制负载LD，都能够将功率消耗维持于特定功率范围。因此，线性控制电路200在线性控制负载LD的期间，控制器210在提供不同的线性控制信号VC的电压值的情况下，实质上具有相同或相似的消耗功率。也因此，控制器210所承受的功率并不会有明显的变化，藉以提高控制器210的使用寿命。

除此之外，线性控制电路200例如在较高的温度下控制负载LD时，所增加的功率几乎会转移到负载LD。因此，线性控制电路200能够更进一步地确保负载LD的转速能够正比于线性控制信号VC的电压值。

请参考图3，图3为依据本发明的再一实施例所示出的线性控制电路以及负载的示意图。线性控制电路300可适用以作为图1的实施例的线性控制电路100。在本实施例中，线性控制电路300包括控制器310以及温度传感器320。控制器310具有第一输入端T1、第二输入端T2以及输出端Tout。控制器310的第一输入端T1用以接收直流输入电压VIN，使得控制器310接收到直流输入电压VIN而被驱动。控制器310的输出端Tout电性耦接到负载LD。控制器310的输出端Tout用以提供线性控制信号VC到负载LD。在本实施例中，温度传感器320包括热敏电阻RT以及参考电阻R1。热敏电阻RT的第一端电性耦接至控制器310的输出端Tout。热敏电阻RT的第二端电性耦接至第二输入端T2。参考电阻R1的第一端电性耦接至热敏电阻RT的第二端。参考电阻R1的第二端电性耦接至低电源，例如是接地或是电荷负端。

在本实施例中，控制器310会依据热敏电阻RT的电阻值与参考电阻R1的电阻值获得控制参数值。控制器310用以将热敏电阻RT的第一端上的电压值与热敏电阻RT的第二端的电压值维持在参考电压VREF。热敏电阻RT的第一端上的电压值大于热敏电阻RT的第二端的电压值。热敏电阻RT的电阻值可依据温度的变化而改变，进而改变流经热敏电阻RT的电流值。在进一步地，流经热敏电阻RT的电流值会进入参考电阻R1，使得参考电阻R1的第一端与第二端之间的电压差发生改变，进而调整线性控制信号VC的电压值。

在此举例来说，当温度上升时，热敏电阻RT的电阻值会下降，因此流经热敏电阻RT的电流值会上升。流经热敏电阻RT的电流值会进入参考电阻R1，进而提高参考电阻R1的第一端与第二端之间的电压差，因此参考电阻R1的第一端(也就是热敏电阻RT的第二端)的电压值被抬升，从而抬升线性控制信号VC的电压值。相反地，当温度下降时，热敏电阻RT的电阻值会上升，因此流经热敏电阻RT的电流值会下降。流经热敏电阻RT的电流值会进入参考电阻R1，进而降低参考电阻R1的第一端与第二端之间的电压差，因此参考电阻R1的第一端(也就是热敏电阻RT的第二端)的电压值被降低，从而降低线性控制信号VC的电压值。

因此，控制参数值可以如公式(3)所示：

CP2＝1+(r_RT/r_R1) (3)

其中CP2是控制参数值，r_R1是参考电阻R1的电阻值，而r_RT是热敏电阻RT的电阻值。也就是说，基于将热敏电阻RT的第一端上的电压值与热敏电阻RT的第二端的电压值维持在参考电压VREF，控制器310可将热敏电阻RT的电阻值除以参考电阻R1的电阻值以获得运算结果，并对运算结果加上1以获得控制参数值。

控制器310对参考电压进行控制参数值的增益以提供线性控制信号VC。也就是说，线性控制信号VC的电压值相对于参考电压的电压值具有控制参数值的倍数关系。线性控制信号VC的电压值可以如公式(4)所示：

v_VC2＝CP2×v_VREF (4)

其中v_VC2是线性控制信号VC的电压值，而v_VREF参考电压的电压值。

除此之外，在一些实施例中，控制器310还可以提供调整电流Iadj，并且依据调整电流Iadj的电流值以及参考电阻R1的电阻值调整线性控制信号VC。线性控制信号VC的电压值的调整可以如公式(5)所示：

v_VC2＝CP2×v_VREF+i_Iadj×r_R1 (5)

其中i_Iadl是调整电流Iadj的电流值，调整电流Iadl的电流值可以大于0或小于0的实数。举例来说，如果调整电流Iadj是从第二输入端T2流向参考电阻R1的第一端的电流，调整电流Iadj的电流值为大于0的实数。相反地，如果调整电流Iadj是从参考电阻R1的第一端流向第二输入端T2的电流，则调整电流Iadj的电流值为小于0的实数。因此，控制器310可基于调整电流Iadj来调整线性控制信号VC的电压值，藉以调整线性控制信号VC的电压值与负载的转速之间的线性误差。

请同时参考图1以及图4，图4为依据本发明一实施例所示出的线性控制方法的流程图。线性控制方法可应用于如图1、图2以及图3的实施例中。所述线性控制方法包括以下步骤：首先在步骤S410中，线性控制电路100反应于温度的感测结果ST来提供关联于控制参数值的线性控制信号VC。接下来在步骤S420中，线性控制电路100通过线性控制信号VC线性控制负载LD的转速。关于上述线性控制方法的实施细节，可以在图1、图2以及图3的实施例中获致足够的教示，因此恕不在此重述。

综上所述，本发明是通过反应于温度的感测结果提供关联于控制参数值的线性控制信号，并且通过线性控制信号线性控制负载的转速。如此一来，本发明能依据温度变化来对负载的转速进行线性控制，通过无断线性控制以降低转速启动与停止时所产生的扰人噪音。本发明的线性控制电路可以不需要通过复杂的装置或软件来实现。如此一来，线性控制电路的成本可以被降低。除此之外，线性控制电路在线性控制负载的期间，控制器在提供不同的线性控制信号的电压值的情况下，实质上具有相同或相似的消耗功率。也因此，控制器所承受的功率并不会有明显的变化，藉以提高控制器的使用寿命，并且更进一步地确保负载的转速能够正比于线性控制信号的电压值。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (14)

1.一种线性控制电路，用以控制负载，其特征在于，包括：

温度传感器，用以感测温度；以及

控制器，电性耦接至所述负载以及所述温度传感器，用以通过所述温度传感器反应于温度的感测结果来提供关联于控制参数值的线性控制信号，通过一调整电流调整所述线性控制信号的电压值，并且通过调整后的所述线性控制信号的所述电压值线性控制所述负载的转速；

其中所述调整电流是用以调整所述线性控制信号的电压值与所述负载的转速之间的线性误差。

2.根据权利要求1所述的线性控制电路，其特征在于，所述控制器还用以提供参考电压，对所述参考电压进行所述控制参数值的增益以提供所述线性控制信号。

3.根据权利要求1所述的线性控制电路，其特征在于，所述控制器具有第一输入端、第二输入端以及输出端，所述第一输入端用以接收直流输入电压而使所述控制器被驱动，所述第二输入端用以接收所述感测结果，所述输出端电性耦接至所述负载，所述输出端用以提供所述线性控制信号。

4.根据权利要求3所述的线性控制电路，其特征在于，所述温度传感器包括：

热敏电阻，所述热敏电阻的第一端电性耦接至所述输出端，所述热敏电阻的第二端电性耦接至所述第二输入端；以及

参考电阻，所述参考电阻的第一端电性耦接至所述热敏电阻的第二端，所述参考电阻的第二端电性耦接至低电源。

5.根据权利要求4所述的线性控制电路，其特征在于，所述控制器依据所述热敏电阻的电阻值与所述参考电阻的电阻值获得所述控制参数值。

6.根据权利要求4所述的线性控制电路，其特征在于，所述控制器将所述参考电阻的电阻值除以所述热敏电阻的电阻值以获得运算结果，并对所述运算结果加上1以获得所述控制参数值。

7.根据权利要求4所述的线性控制电路，其特征在于，所述控制器将所述热敏电阻的电阻值除以所述参考电阻的电阻值以获得运算结果，并对所述运算结果加上1以获得所述控制参数值。

8.根据权利要求1所述的线性控制电路，其特征在于，所述负载包括至少一风扇。

9.根据权利要求8所述的线性控制电路，其特征在于，所述风扇的转速与所述线性控制信号的电压值成正比。

10.一种应用于线性控制电路的线性控制方法，用以控制负载，其特征在于，所述线性控制方法包括：

反应于温度的感测结果来提供关联于控制参数值的线性控制信号；

通过一调整电流调整所述线性控制信号的电压值；以及

通过调整后的所述线性控制信号的所述电压值线性控制所述负载的转速；

其中所述调整电流是用以调整所述线性控制信号的电压值与所述负载的转速之间的线性误差。

11.根据权利要求10所述的线性控制方法，其特征在于，反应于温度的感测结果来提供关联于所述控制参数值的所述线性控制信号的步骤包括：

提供参考电压，对所述参考电压进行所述控制参数值的增益以提供所述线性控制信号。

12.根据权利要求10所述的线性控制方法，其中所述线性控制电路包括温度传感器以及控制器，所述控制器具有第一输入端、第二输入端以及输出端，所述第一输入端用以接收直流输入电压而使所述控制器被驱动，所述第二输入端用以接收所述感测结果，所述输出端电性耦接至所述负载，所述输出端用以提供所述线性控制信号，温度传感器包括热敏电阻以及参考电阻，所述热敏电阻的第一端电性耦接至所述输出端，所述热敏电阻的第二端电性耦接至所述第二输入端，所述参考电阻的第一端电性耦接至所述热敏电阻的第二端，所述参考电阻的第二端电性耦接至低电源，其特征在于，反应于温度的感测结果来提供关联于所述控制参数值的所述线性控制信号的步骤包括：

依据所述热敏电阻的电阻值与所述参考电阻的电阻值获得所述控制参数值。

13.根据权利要求12所述的线性控制方法，其特征在于，反应于温度的感测结果来提供关联于所述控制参数值的所述线性控制信号的步骤还包括：

将所述参考电阻的电阻值除以所述热敏电阻的电阻值以获得运算结果；以及

对所述运算结果加1以获得所述控制参数值。

14.根据权利要求12所述的线性控制方法，其特征在于，反应于温度的感测结果来提供关联于所述控制参数值的所述线性控制信号的步骤还包括：

将所述热敏电阻的电阻值除以所述参考电阻的电阻值以获得运算结果；以及

对所述运算结果加1以获得所述控制参数值。

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