CN112524062B - 具有节能效果的散热装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种具有节能效果的散热装置及其控制方法，该具有节能效果的散热装置耦接运算单元，且包括：控制单元、驱动电路及散热单元。控制单元根据运算单元所提供的第一控制信号判断运算单元是否进入节能模式，且控制单元根据节能模式屏蔽提供至驱动电路的多个第二控制信号；驱动电路不驱动散热单元，且散热单元进入惯性降速。

Description

具有节能效果的散热装置及其控制方法
技术领域
本发明是有关一种具有节能效果的散热装置及其控制方法，特别涉及一种利用屏蔽控制信号实现节能效果的散热装置及其控制方法。
背景技术
由于现今的电子系统越来越讲求节能、省电、低功耗的诉求，当电脑、服务器等资通信设备进入省电模式或是较低运算模式时，运算单元所产生的热较少，此时散热装置也无须以高解热模式运行，以避免电力的浪费。因此在电脑、服务器等资通信设备进入省电模式或是较低运算模式时，通常散热装置也随之进入低解热模式运行，以节省电力消耗。
但是，现有的散热装置的控制方式并未在模式的转换之间考虑到上述节能、省电、低功耗的诉求。因此，往往在电脑、服务器等资通信设备进入省电模式时，散热装置由高解热模式切换至低解热模式的期间过长，无法迅速地完成解热模式转换的动作，且解热模式的转换期间浪费了许多不必要的电力。
此外，为了避免散热装置为了控制转速快速下降，而使得散热装置的电流下降过快，导致产生电流过冲(over shoot)的状况。其电流过冲的状况会直接的影响到散热装置的运行稳定度，甚至会因为电流过冲而导致散热装置异常失效的风险。因此，散热装置由高解热模式切换至低解热模式的期间被上述的条件所限制住，导致散热装置在解热模式的转换期间无法被缩短。
因此，如何设计出一种具有节能效果的散热装置，利用屏蔽控制信号的方式使散热装置能够快速地进行解热模式的转换，乃为本公开发明人所欲行研究的重要课题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明是提供一种具有节能效果的散热装置，以克服现有技术的问题。因此，本发明的散热装置耦接运算单元，散热装置包括：控制单元，耦接运算单元。驱动电路，耦接控制单元。及散热单元，耦接驱动电路。其中，控制单元根据运算单元所提供的第一控制信号判断运算单元是否进入节能模式，且控制单元根据节能模式屏蔽提供至驱动电路的多个第二控制信号，使散热单元进入惯性降速。
为了解决上述问题，本发明是提供一种具有节能效果的散热装置的控制方法，以克服现有技术的问题。因此，本发明的散热装置的控制方法，包括：接收运算单元所提供的第一控制信号。根据第一控制信号判断运算单元是否进入节能模式。根据节能模式屏蔽提供至驱动电路的多个第二控制信号。及使耦接驱动电路的散热单元进入惯性降速。
为了能更进一步了解本发明为实现预定目的所采取的技术、手段及技术效果，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，相信本发明的目的、特征与特点，当可由此得一深入且具体的了解，然而说明书附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。
附图说明
图1为本发明具有节能效果的散热装置的电路方框示意图；
图2A为本发明系统运行模式的流程图；
图2B为本发明散热装置控制方式的流程图；
图2C为本发明散热装置进入低解热模式的流程图；
图3为本发明散热装置进入低解热模式的电流波形图；
图4A为应用于单相系统的散热装置电路方框示意图；
图4B为应用于三相系统的散热装置电路方框示意图；
图5A为控制单元耦接运算单元第一实施例的方框示意图；及
图5B为控制单元耦接运算单元第二实施例的方框示意图。
附图标记说明：
100、100’…散热装置
10、10’…控制单元
102…信号端
20…驱动电路
Q1、Q2；Q3、Q4；Q5、Q6…桥臂
Q1、Q3、Q5…上桥驱动电路
Q2、Q4、Q6…下桥驱动电路
30…散热单元
200…系统
200A…运算单元
Sc1…第一控制信号
Sc2…第二控制信号
Id…驱动电流
Ic…临限电流
It…目标电流
Vcc…输入源
Mh…高解热模式
Ml…低解热模式
I、II…波形
t0～t5…时间
具体实施方式
兹有关本发明的技术内容及详细说明，配合附图说明如下：
请参阅图1为本发明具有节能效果的散热装置的电路方框示意图。散热装置100耦接系统200(例如但不限于，电脑、服务器等)的运算单元200A，且散热装置100对运算单元200A进行散热，以避免运算单元200A的温度过高而造成系统200故障。运算单元200A的运行模式具有高效能运算的正常工作模式及低功耗的节能模式(或称休眠模式、待机模式)，运算单元200A根据本身的工作条件，主动地切换为正常工作模式或节能模式。运算单元200A在正常工作模式时，所产生的热量通常较多，使得散热装置100须运行于高解热模式，以提供有效的解热能力而避免运算单元200A的温度过高。运算单元200A在节能模式时，所产生的热量通常较少，散热装置100无须运行于高解热模式，因此散热装置100可调整至低解热模式，以节省散热装置100能量的消耗。散热装置100包括控制单元10、驱动电路20及散热单元30，控制单元10耦接运算单元200A，且驱动电路20耦接控制单元10与散热单元30。
具体而言，控制单元10接收运算单元200A所提供的第一控制信号Sc1，且根据第一控制信号Sc1判断运算单元200A在正常工作模式或节能模式。散热单元30可以为风扇型的散热元件，控制单元10提供多个第二控制信号Sc2至驱动电路20，使驱动电路20驱动散热单元30运转。当控制单元10通过第一控制信号Sc1判断运算单元200A在正常工作模式时，控制单元10通过调整第二控制信号Sc2调整散热单元30的转速，以根据运算单元200A的工作状况提供有效的解热能力而避免运算单元200A的温度过高。当控制单元10通过第一控制信号Sc1判断运算单元200A在节能模式时，代表运算单元200A所产生的热量较少，因此散热装置100可通过降低散热单元30的转速而调整至低解热模式，以节省散热装置100能量的消耗。此时，控制单元10根据第一控制信号Sc1而屏蔽第二控制信号Sc2(意即，控制单元10不提供第二控制信号Sc2至驱动电路20)。当驱动电路20未接收到第二控制信号Sc2时，驱动电路20无法控制散热单元30，因此散热单元30进入惯性降速(意即，散热单元30未受控制，使风扇的扇叶惯性旋转)。
请参阅图2A为本发明系统运行模式的流程图，复配合参阅图1。其流程包括：运算单元运行在正常工作模式，且散热装置运行于高解热模式(S100)。运算单元200A运行在正常工作模式时，散热装置100必须运行于高解热模式，以根据运算单元200A的工作状况提供有效地解热能力。然后，运算单元运行模式改变(S120)。运算单元200A持续检测自我的运行模式使否改变，当运行模式未改变时，返回步骤(S100)。然后，运算单元通过第一控制信号通知控制单元(S140)。当运算单元200A检测自我的运行模式改变时，运算单元200A通过第一控制信号Sc1通知控制单元10。然后，散热装置进入低解热模式(S160)。控制单元10通过第一控制信号Sc1得知运算单元200A运行在节能模式，因此控制单元10控制散热装置100由高解热模式转变为低解热模式。然后，维持散热装置运行于低解热模式(S180)。运算单元200A持续运行在节能模式时，散热装置100可持续运行在低解热模式，以节省散热装置100能量的消耗。最后，运算单元运行模式改变(S200)。运算单元200A持续检测自我的运行模式使否改变，当运行模式未改变时，返回步骤(S180)，当运行模式改变时，返回步骤(S100)。
请参阅图2B为本发明散热装置控制方式的流程图，复配合参阅图1～2A。其流程包括：执行初始化设定(S300)。散热装置100在启动时，控制单元10会执行初始化设定，以决定启动时的解热模式、转速等相关参数。然后，执行散热单元启动程序(S320)。控制单元10执行散热单元30的启动程序，使散热单元30能够正常及稳定地运转。然后，进入解热模式(S340)。散热装置100在启动后的暂态，可选择先进入高解热模式或低解热模式。在本发明的一实施例中，控制单元10控制散热装置100先进入高解热模式，以在散热装置100刚启动且尚未得知运算单元200A状况时的暂态，能够提供较高的解热能力。借此能够避免在散热装置100启动时的暂态，运算单元200A恰巧温度过高的状况。然后，解热模式转换(S360)。当散热装置100在启动后，根据运算单元200A所提供的第一控制信号Sc1判断是否将解热模式由高解热模式转换为低解热模式。若判断为否，则返回步骤(S340)。若判断为是，则进入另一解热模式(S380)而使得控制单元10控制散热装置100进入低解热模式。值得一提，在步骤(S340)若控制单元10所选择先进入低解热模式时，后续的步骤(S360)～(S380)恰巧与步骤(S340)选择高解热模式时相反，在此不再多加赘述。
请参阅图2C为本发明散热装置进入低解热模式的流程图，复配合参阅图1至图2B。其流程包括：解热模式转换(S400)。散热装置100根据运算单元200A所提供的第一控制信号Sc1判断是否将解热模式由高解热模式转换为低解热模式。若判断为否，则返回步骤(S400)。若判断为是，则计算转速误差(S420)。控制单元10设定在低解热模式时散热单元30的目标转速，且计算(在高解热模式，例如但不限于，每分钟2000转)当前转速与控制单元10所设定(在低解热模式，例如但不限于，每分钟200转)的目标转速之间的差值。然后，屏蔽第二控制信号(S440)。控制单元10在计算差值后，屏蔽第二控制信号Sc2，使得控制单元10不提供第二控制信号Sc2至驱动电路20。由于控制单元10不提供第二控制信号Sc2至驱动电路20，使得驱动电路20无法控制散热单元30，因此散热单元30所接收的驱动电流在瞬间时段(意即，极短时间)下降至临限电流(意即，电流值极小或等于0)。值得一提，于本发明的一实施例中，屏蔽可以为控制单元10不输出第二控制信号Sc2，或控制单元10虽然输出第二控制信号Sc2，但无法传送至驱动电路20。
然后，散热单元进入惯性降速(S460)。由于散热单元30不被驱动电路20所控制，因此散热单元30进入惯性降速(意即由每分钟2000转惯性下降)。然后，检测散热单元的相位(S480)。在散热单元30进入惯性降速期间，控制单元10持续检测散热单元30的相位，以在散热单元30的转速惯性降速至目标转速时，控制单元10能够在散热单元30正确的相位驱动散热单元30。然后，达到目标转速(S500)。在散热单元30进入惯性降速期间，控制单元10持续检测散热单元30的当前转速是否达到目标转速。若为否，则返回步骤(S460)。若为是，则控制驱动电路驱动散热单元(S520)。当控制单元10检测散热单元30的当前转速达到目标转速(每分钟200转)时，控制单元10不再屏蔽第二控制信号Sc2，使得控制单元10所提供第二控制信号Sc2能够传送至驱动电路20。此时，由于驱动电路20开始运行，使得散热单元30所接收的驱动电流由临限电流提升至目标电流。当散热单元30所接收的驱动电流由临限电流提升至目标电流时，散热单元30不再维持惯性降速，而是开始驱动且维持在目标转速(每分钟200转)。
请参阅图3为本发明散热装置进入低解热模式的电流波形图，复配合参阅图1至图2C。本波形图是引用现有控制方式的电流波形图作为比较，以明显地看出本发明(波形I)与现有技术(波形II)的差异。当控制单元10根据第一控制信号Sc1判断散热装置100由高解热模式Mh进入低解热模式Ml时，控制单元10屏蔽第二控制信号Sc2而不驱动驱动电路20，使得散热单元30所接收的驱动电流Id在瞬间时段(t0～t1)下降至临限电流Ic(波形I)。其中，此t0～t1的瞬间时段大约为1～2毫秒。此时，现有技术(波形II)的控制单元控制散热单元降速，驱动电流Id开始下降。波形I在区间t1～t2时，由于散热单元30的转速尚未降至目标转速，因此驱动电流Id维持在临限电流Ic。此时，现有技术(波形II)的控制单元仍然控制散热单元持续降速，驱动电流Id持续下降。波形I在区间t2～t3时，由于散热单元30的转速已降至目标转速，因此驱动电流由临限电流Ic提升至目标电流It。此时，现有技术(波形II)的控制单元仍然控制散热单元持续降速，驱动电流Id仍然持续下降。波形II在区间t4～t5时，驱动电流Id虽降至目标电流It，但因为非理想状况时的电流在达到目标电流It时的暂态会产生过冲(over shoot)的现象，因此在时间t5时，波形II的驱动电流Id才回稳至目标电流It。其中，若此过冲现象特别严重时，会因为电流过冲而导致现有的散热装置异常失效。然而相较于本公开的散热装置100已在低解热模式Ml稳定地运行一段时间(t3～t5)。
进一步而言，本发明的散热装置100由于使用控制单元10屏蔽第二控制信号Sc2，因此散热装置100在区间(t0～t2)时，驱动电流Id维持在临限电流Ic而使得散热装置100几乎不消耗电力。而且，由于使用控制单元10屏蔽第二控制信号Sc2而使得驱动电流Id快速地下降且散热单元30惯性降速，因此可比现有的散热单元更快速地进行解热模式的转换。以及，在区间(t2～t3)时驱动电流Id类似于缓启动(soft start)地由临限电流Ic提升至目标电流It，因此在驱动电流Id达到目标电流It时的暂态，不会产生如同现有技术地过冲(overshoot)现象，也不会导致散热装置100因过冲现象而异常失效。反观现有技术，由于散热装置由时间t0至t5持续地控制驱动电流Id下降而使得散热单元持续地降速，因此现有的散热装置由时间t0至t5会持续地消耗电力。所以，相较于现有的散热装置而言，本发明的散热装置100可以实现迅速进行解热模式的转换，且节省电力消耗的技术效果，以实现散热装置100节能的目的。
值得一提，如图3所示，现有的散热装置由于驱动电流Id是受到控制单元所控制而缓步地下降，因此现有的散热装置的驱动电流Id下降至目标电流It的时段(t0～t5)较长，其通常大约需要12～15毫秒的时间。因此，解热模式转换的时间过长意味着现有的散热装置在解热模式转换所消耗的电力也较多。而本发明的散热装置100由于在1～2毫秒的内即将电流降至临限电流Ic，后续在散热单元30惯性降速的过程中几乎不消耗电力。因此相较于现有的散热装置，本发明的散热装置100在解热模式转换的过程中，电力的消耗大约可以节省73％。
请参阅图4A为应用于单相系统的散热装置电路方框示意图，复配合参阅图1至图3。散热装置100的驱动电路20为单相驱动电路，且包括两组桥臂(Q1、Q2；Q3、Q4)。所述两组桥臂(Q1、Q2；Q3、Q4)分为上桥驱动电路(Q1、Q3)与下桥驱动电路(Q2、Q4)。上桥驱动电路(Q1、Q3)的一端耦接输入源Vcc，且下桥驱动电路(Q2、Q4)的一端耦接接地点。上桥驱动电路(Q1、Q3)的另一端耦接下桥驱动电路(Q2、Q4)的另一端与散热单元30，且上桥驱动电路(Q1、Q3)与下桥驱动电路(Q2、Q4)的控制端耦接控制单元10。其中，散热单元30可以为单相风扇。控制单元10所提供的第二控制信号Sc2的数量为四个，且分别控制上桥驱动电路(Q1、Q3)与下桥驱动电路(Q2、Q4)。当控制单元10控制散热装置100进入低解热模式时，控制单元10可屏蔽控制上桥驱动电路(Q1、Q3)的两个第二控制信号Sc2、屏蔽控制下桥驱动电路(Q2、Q4)的两个第二控制信号Sc2，或者屏蔽控制上桥驱动电路(Q1、Q3)与下桥驱动电路(Q2、Q4)的四个第二控制信号Sc2。上述屏蔽方式皆可使得散热单元30所接收的驱动电流下降至临限电流，但若是以安全及稳定性的考量，屏蔽控制上桥驱动电路(Q1、Q3)与下桥驱动电路(Q2、Q4)的四个第二控制信号Sc2为优选的屏蔽方式。
请参阅图4B为应用于三相系统的散热装置电路方框示意图，复配合参阅图1至图3。本实施例的散热装置100’与图4A的散热装置100差异在于，驱动电路20’为三相驱动电路，且包括三组桥臂(Q1、Q2；Q3、Q4；Q5、Q6)，散热单元30可以为三相风扇。控制单元10所提供的第二控制信号Sc2的数量为六个，且分别控制上桥驱动电路(Q1、Q3、Q5)与下桥驱动电路(Q2、Q4、Q6)。值得一提，图4B的散热装置100’的电路连接关系及控制方式与图4A相同，在此不再加以赘述。
请参阅图5A为控制单元耦接运算单元第一实施例的方框示意图，复配合参阅图1至图4B。以图4B的三相系统为例，控制单元10并联运算单元200A与驱动电路20’，且第一控制信号Sc1通过上桥驱动电路(Q1、Q3、Q5)的一端提供至该控制单元(意即，驱动电路20’的输入源即为第一控制信号Sc1)。第一控制信号Sc1为脉冲宽度调制信号，当运算单元200A由正常工作模式转换为节能模式时，第一控制信号Sc1可能会发生频率、振幅或占空比的改变。控制单元10通过检测到上述的改变而判断须转换解热模式，以因应运算单元200A模式的转换。
请参阅图5B为控制单元耦接运算单元第二实施例的方框示意图，复配合参阅图1至图4B。本实施例与图5A的实施例差异在于，控制单元10’包括信号端102。控制单元10’通过信号端102耦接运算单元200A，且控制单元10’通过信号端102接收第一控制信号Sc1。其中，第一控制信号Sc1可以为任何形式的控制信号，例如但不限于脉冲宽度调制信号或脉冲触发信号等信号，只要可供控制单元10’判断的信号即可。控制单元10’的信号端102可通过有线连接或无线连接的方式(以虚线表示)耦接运算单元200A，当使用无线连接的方式时(例如但不限于，网络、短波传输等方式)，控制单元10’可包括信号收发单元(图未式)。信号端102可以为可供信号传输或接收的接头，例如但不限于RS232、USB等接头。
综上所述，本发明的实施例是具有以下的优点与技术效果：
1、本发明的主要技术效果在于，本发明的散热装置由于使用控制单元屏蔽第二控制信号，因此散热装置在降速期间，几乎不消耗电力；
2、由于本发使用控制单元屏蔽第二控制信号而使得驱动电流快速地下降且散热单元惯性降速，因此可实现比现有的散热单元更快速地进行解热模式的转换的技术效果；
3、本发明的散热装置由于在散热装置下降至达到目标转速时，驱动电流类似于缓启动地由临限电流提升至目标电流，因此在驱动电流达到目标电流时的暂态，不会产生如同现有技术地过冲(over shoot)现象，也不会导致散热装置因过冲现象而异常失效；
4、由于散热装置在启动时，控制单元控制散热装置先进入高解热模式，以在散热装置刚启动且尚未得知运算单元状况时的暂态，能够提供较高的解热能力。借此能够避免在散热装置启动时的暂态，运算单元恰巧温度过高的状况；及
5、由于本发明的控制单元同时屏蔽控制上桥驱动电路与下桥驱动电路的第二控制信号，因此可实现提高散热装置安全及稳定性的技术效果。
而，以上所述，仅为本发明优选具体实施例的详细说明与附图，而本发明的特征并不局限于此，并非用以限制本发明，本发明的所有范围应以下述的权利要求为准，凡合于本发明权利要求的构思与其类似变化的实施例，皆应包括于本发明的范围中，任何本领域技术人员在本发明的领域内，可轻易思及的变化或修饰皆可涵盖在以下本公开的权利要求。此外，在权利要求和说明书中提到的特征可以分别单独地或按照任何组合方式来实施。

Claims (9)

1.一种具有节能效果的散热装置，耦接的一运算单元，该散热装置包括：
一控制单元，耦接该运算单元；
一驱动电路，耦接该控制单元；及
一散热单元，耦接该驱动电路；
其中，该控制单元根据该运算单元所提供的一第一控制信号判断该运算单元是否进入一节能模式，且该控制单元根据该节能模式屏蔽提供至该驱动电路的多个第二控制信号，使该散热单元进入一惯性降速，
其中该控制单元通过屏蔽该些第二控制信号以不驱动该驱动电路并因此使该散热单元的一转速从一当前转速惯性地下降至一目标转速，使该散热单元所接收的一驱动电流在一瞬间时段下降至一临限电流，
并且其中该散热单元由该惯性降速降至该目标转速时，该控制单元提供该些第二控制信号以驱动该驱动电路，使该驱动电流由该临限电流提升至一目标电流。
2.如权利要求1所述的散热装置，其中该驱动电路包括：
一上桥驱动电路，耦接该控制单元与该散热单元；及
一下桥驱动电路，耦接该控制单元、该上桥驱动电路及该散热单元；
其中，该些第二控制信号包括多个上桥控制信号与多个下桥控制信号；该控制单元根据该节能模式屏蔽该些上桥控制信号或该些下桥控制信号。
3.如权利要求2所述的散热装置，其中该控制单元并联该运算单元与该驱动电路，且该第一控制信号通过该上桥驱动电路的一端提供至该控制单元。
4.如权利要求3所述的散热装置，其中该第一控制信号为一脉冲宽度调制信号。
5.如权利要求1所述的散热装置，其中该控制单元通过一信号端耦接该运算单元，且该控制单元通过该信号端接收该第一控制信号。
6.如权利要求5所述的散热装置，其中该信号端通过一有线连接或一无线连接的方式耦接该运算单元。
7.如权利要求1所述的散热装置，其中该驱动电路为一单相驱动电路，且该些第二控制信号的数量为四个，或该驱动电路为一三相驱动电路，且该些第二控制信号的数量为六个。
8.一种具有节能效果的散热装置的控制方法，包括：
接收一运算单元所提供的一第一控制信号；
根据该第一控制信号判断该运算单元是否进入一节能模式；
根据该节能模式屏蔽提供至一驱动电路的多个第二控制信号以不驱动该驱动电路；
使耦接该驱动电路的一散热单元一转速因此从一当前转速惯性地降至一目标转速；
通过屏蔽该些第二控制信号，使该散热单元所接收的一驱动电流在一瞬间时段下降至一临限电流；及
当该散热单元的该转速惯性地降至该目标转速时，再提供该些第二控制信号以驱动该驱动电路，使该驱动电流由该临限电流提升至一目标电流。
9.如权利要求8所述的散热装置的控制方法，还包括：
该些第二控制信号包括多个上桥控制信号与多个下桥控制信号，且该控制方法是根据该节能模式屏蔽该些上桥控制信号或该些下桥控制信号。
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