CN114382715A - 具有省电模式及启动延迟设定的风扇控制装置 - Google Patents

具有省电模式及启动延迟设定的风扇控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有省电模式及启动延迟设定的风扇控制装置，所述装置包括：一控制芯片，所述控制芯片至少包含：一主控制电路，通过读取一外部电压准位控制所述风扇的怠速运转；一保护控制模块，通过其所侦测到的外部温度高于一预设值时，向所述主控电路发出一警示信号；及一睡眠模式控制模块，电性耦接一外部可调电压阀值电路，所述睡眠模式控制模块比较由所述外部可调电压阀值电路输入的电压阀值与由所述保护控制模块所侦测到的输入电压值，通过比较结果向所述主控制电路发出一控制信号用以控制所述风扇的运转模式。

Description

具有省电模式及启动延迟设定的风扇控制装置
技术领域
本发明涉及风扇控制相关的技术领域，特别是一种具有省电模式及启动延迟设定的风扇控制装置。
背景技术
随着近来处理器在运行达到1 GHz以上，他们在速度和系统性能会伴随着使用它们的机器内部热量的增加而劣化。此外，电子产品，特别是消费电子产品的趋势，是针对具有增强组合的较小产品特征。因此，大量的电子组件被制作成很小的形状。一个明显的例子是笔记本计算机，轻薄的“精简”笔记本计算机已经缩小尺寸，然而重要的是，他们的处理能力得到了维持，或者增加。这种趋势的其他例子，包括投影系统和其他电子设备。这些系统除了尺寸日趋缩小，但是他们必须消散的热量不会减少；通常它会增加！在在笔记本计算机中，大部分热量是由处理器产生的；在投影机中，大部分热量是由光源产生的。这些热量需要安静有效地消除。
一个不错的选择是主动冷却，在系统中引入风扇以在风扇周围产生气流，有效去除系统发热部件的热量。
一般而言，传统的风扇控制方式通常是以控制信号驱动风扇，使风扇全速运转进行散热。但是，电子装置在不同的负载下，产生的热也不同，若尽使风扇全速运转进行散热，不但会使风扇产生噪声、亦会造成风扇的使用寿命降低。风扇也是系统中的另一个机械部件，从可靠性的角度来看，这不是理想的解决方案。
近年来，人们越来越关注用电子设备的能耗，例如越来越严格的节能标准被颁布。用于个人计算器和其他电子设备中冷却风扇的速度控制设备，例如控制芯片，除了目前依据于电子装置所侦测到的温度来控制风扇的转速的技术外，为了满足未来电子装置更趋严格的绿能环保需求，一种具有更精细节能规范的风扇控制装置是需要的。
发明内容
基于上述需求，本发明的目的在于，提供一种具有省电模式及启动延迟设定的风扇控制装置，使其具有省电模式及启动延迟设定。
为达到上述目的，本发明的具有省电模式及启动延迟设定的风扇控制装置包括：一控制芯片，所述控制芯片至少包含：一主控制电路，通过读取一外部电压准位控制所述风扇的怠速运转；一保护控制模块，通过其所侦测到的外部温度高于一预设值时，向所述主控电路发出一警示信号；及一睡眠模式控制模块，电性耦接一外部可调电压阀值电路，所述睡眠模式控制模块比较由所述外部可调电压阀值电路输入的电压阀值与一由所述保护控制模块所侦测到的输入电压值，通过比较结果向所述主控制电路发出一控制信号，用以控制所述风扇的运转模式。
根据本发明的一个观点，当由所述保护控制模块所侦测到的输入电压值所对应的温度低于由所述外部可调电压阀值电路所设定的对应温度值时，所述睡眠模式控制模块向所述主控制电路发出一控制信号，用以使所述风扇停止转动。
根据本发明的另一个观点，当由所述保护控制模块所侦测到的输入电压值所对应的温度再度高于由所述外部可调电压阀值电路所设定的对应温度值时，所述睡眠模式控制模块于一第一时间段之后，向所述主控制电路发出一控制信号，用以使所述风扇重新启动。
所述外部可调电压阀值电路包含：一电源；一第一电阻，其一端耦接所述电源；一第二电阻，其一端耦接所述第一电组的另一端；一接地端耦接所述第二电阻的另一端；及一电容器并联所述第一电组。
所述第一时间段的长短，是由所述外部可调电压阀值电路中的电阻值与电容值决定。
述主控制电路还包括通过其所侦测到的外部温度值，设定一风扇加速起始点。
所述主控制电路还包括通过其所侦测到的外部温度值以及外部耦接的调整电阻，调整风扇的转速对温度的斜率。
所述主控制电路所读取的所述电压准位，是通过一连接外部电源的分压器决定。
所述保护控制模块以及所述睡眠模式控制模块经由所述控制芯片的相同接脚侦测外部温度。
所述主控制电路是通过一外接热敏电阻侦测外部温度。
附图说明
本发明的组件，特征和优点可以通过说明书中所概述的较佳实施例的详细描述和附图来理解：图1A 描绘了根据先前技术实施例中温控风扇控制装置的功能方块图。
图1B 描绘了根据先前技术实施例中温控风扇控制装置电路的电路图。
图2 描绘了根据本发明较佳实施例中具有省电模式及启动延迟设定的风扇控制装置的系统方块图。
主要组件符号说明：
温控可变速率电路11；
驱动电路12；
风扇马达13；
晶体管113；
风扇控制装置100；
控制芯片20；
晶体管21；
风扇22；
热敏电阻 200；
主控制电路201；
保护控制模块203；
睡眠模式控制模块205；
外部可调电压阀值电路207。
具体实施方式
现在将更详细地描述本发明的一些较佳实施例。然而，应该认识到，提供本发明的较佳实施例是为了说明而不是限制本发明。另外，除了明确描述的那些实施例之外，本发明还可以在广泛的其他实施例中实施，除非在所附权利要求中指定，否则本发明的范围不受明确限制。
传统上，如图1A所示，现有的温度控制风扇控制装置包含，一个温控速率可变电路11，其电性连接至一个驱动电路12用以控制一个风扇马达13的转速。温控速率可变电路11外接至一电源Vcc， 输出一个根据环境温度变化的相对应驱动电压VD。驱动电路12接收驱动电压VD用以进一步控制风扇马达13。
参考图1B所示，其显示一个温控可变速率电路11的电路图，其包括一温度侦测电路用于侦测环境温度(ambient temperature)，温度侦测电路是由一端连接至电源Vcc的电阻R11、其另一端串接至一个热敏电阻(thermistor) Rth的一端，热敏电阻Rth的另一端接地，热敏电阻Rth与电阻R11的共同接点连接电阻R14的一端，电阻R14的另一端连接至一运算放大器OP的反相输入端(-)所组成，其中热敏电阻Rth具有负温度系数(negativetemperature coefficient, NTC)，也就是说当环境温度上升，热敏电阻Rth的电阻值会降低、一参考电压电路用于设定基准电压，所述电路是由一端连接至电源Vcc的电阻R12、其另一端串接至电阻R13的一端，电阻R13的另一端接地所组成，其中电阻R12与电阻R13的共同接点连接至运算放大器OP的非反相输入端(+)。
运算放大器OP非反相输入端(+)连接至上述参考电压电路的输出端，用以接收参考电压信号Vref作为基准电压的设定。电阻R15连接运算放大器OP的反相输入端(-)与运算放大器OP的输出端。电阻R16连接运算放大器OP的输出端与晶体管113的基极B，晶体管113的集极C连接至电源Vcc、并且其射极E连接至驱动电路12。一个电容器110连接至晶体管113的射极与地之间，用以对传输至风扇达的驱动电压VD进行滤波以降低驱动信号的噪声。
分析图1B的电路，所述参考电压电路输出的电压(即非反相输入端电压)Vref是恒定的，Vref = Vcc × (R13 / (R13 + R12))，由运算放大器OP的非反相输入端(+)输入作为基准电压，所述温度侦测电路中热敏电阻上的电压Vth = Vcc × (Rth / (R11 +Rth))，电阻R14连接热敏电阻Rth与运算放大器OP的反相输入端(-)，运算放大器OP的输出电压为Vo。经分析放大器电路可得关系式：(Vth-Vref)/R14 = (Vref-Vo)/R15，也就是Vth= Vref + (Vref-Vo)×(R14/R15)。因此，环境温度降低的时候Rth值增加使得Vth变高，因为Vref为固定值，相对的OP的输出电压Vo就降低；环境温度升高时Rth值减小使得Vth变低，相对的OP的输出电压Vo就升高。也就是说运算放大器OP的输出电压Vo随着温度升高而升高随温度降低而降低，这个电压Vo用于推动NPN晶体管113的B、E极使晶体管113导通，推动风扇变速运转。NPN晶体管113输出驱动电压VD正比于所述电压。
当热敏电阻上的电压Vth发生线性变化时，通过放大器OP来驱动其后端晶体管电路，晶体管电路则驱动并改变风扇的转速，这就达到线性控制风扇马达13转速的目的。
本发明在上述现有技术的温控风扇控制装置的基础上，提出一种具有更精细节能规范的风扇控制装置，使其具有省电模式及启动延迟设定。
请参考图2所示，其为本发明所提的具有省电模式及启动延迟设定的风扇控制装置100的系统方块图，由图中可以清楚看出本发明是由一控制芯片20来控制风扇的运转，上述芯片中FSC接脚是用于设定DRV接脚的最小输出电压(设定风扇怠速)，其电压准位是由一分压器决定VFSC = (R3/(R2+R3))×VCC，可以经由主控制电路读取所述电压准位，然后输出控制信号经由DRV接脚控制晶体管21的动作，用作调整风扇22怠速运转，其中VCC为电源供应电压、R2与R3分别为分压器电阻，电阻R7连接DRV接脚与晶体管21的基极，晶体管21的集极连接VCC、风扇22串接于晶体管21的射极与地之间。VTH接脚于芯片外部经由一个电阻R4连接一个热敏电阻200的一端，以一实施例而言，热敏电阻200具有负温度系数(negativetemperature coefficient, NTC)，用于侦测外部环境温度变化，热敏电阻200的另一端接地，电阻R4的另一端连接至电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接至电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接至电源VCC。主控制电路201可以通过读取热敏电阻200的对应电压值来设定一个风扇加速起始点，并经由调整电阻R4的电阻值来调整风扇转速对温度 (speed v.s.temperature) 的斜率Slopesvt，以一较佳实施例而言，斜率Slopesvt可以由电阻R4、R5与R6、以及热敏电阻200的电阻值RNTC 决定，经由DRV接脚输出控制信号使风扇增加转速时与温度成正比而适当的提高转速，并于风扇转速达一个预设温度值Ts，例如70℃，之后达到全转速。OTP接脚连接至芯片外部电阻R5、R6之间的共同接点，一个保护控制模块203读取OTP脚位的输入电压，当所述输入电压值所对应的温度值高于预设高温值TOTP时(亦即，当温度感应侦测到外部温度高于预设的温度值时)，例如120℃，由保护控制模块203向主控制电路201发出一个警示信号提醒使用者，并使得主控制电路201控制DRV接脚输出12V电压驱动风扇22全转速运转。SLPTH接脚于控制芯片20外部连接一个外部可调电压阀值的可编程(programmable) R/C电路 (或称为外部可调电压阀值电路) 207，所述可编程R/C电路包括于VCC与接地点之间，一个第一电阻Rth1串接一个第二电阻Rth2，并且一个电容器C3并联所述第一电阻Rth1，其中VCC为 +12V电压。一个睡眠模式控制模块205可以比较SLPTH脚位的输入电压V_SLPTH所设定的对应温度值Tth与由OTP脚位所侦测到的输入电压所对应的环境温度(ambient temperature) Tam，当所侦测到的环境温度Tam小于外部可调电压阀值电路207所设定的对应温度值Tth时，轻载选择 (light load selection, LLS)接脚启动(enable)睡眠模式控制模块205中的省电模式(idle mode)，使睡眠模式控制模块205输出一个信号至主控制电路201，接着主控制电路201经由所述DRV接脚输出控制信号使所述风扇22停止运转，此时风扇22进入省电模式；于风扇22进入省电模式之后，当所侦测到的环境温度Tam再度大于外部可调电压阀值电路207所设定的对应温度值Tth时，轻载选择 (lightload selection, LLS)接脚会关闭(disable) 睡眠模式控制模块205中的省电模式，使睡眠模式控制模块205于一延迟时间τ0之后输出一个信号至主控制电路201，接着主控制电路201经由所述DRV接脚输出驱动控制信号重启所述风扇22，使所述风扇转动。以一实施例而言，其中V_SLPTH可以由VCC、Rth1、 Rth2与接地所组成分压电路决定，延迟时间τ0是由上述可编程R/C电路的电阻值以及电容值决定(即τ0 = C3×(Rth1//Rth2)，“//”符号代表并联)。
因此，本发明所提的风扇控制装置，其通过在一个温控风扇控制芯片的外部连接一个具有可调电压阀值以及可编程延迟启动功能的R/C电路，来编程温度控制以及延迟启动风扇运转，使所述装置的温度低于所设定的所述可调电压阀值所对应的温度时停止风扇运转，进入省电模式；并且于进入省电模式后，当所述装置的温度再度高于所设定的所述可调电压阀值所对应的温度时，具有延时重新启动所述风扇的功能。
在不脱离本文范畴的情况下，可对上述风扇控制装置的电路做出改变。因此，应当注意，包含在以上描述中并且在附图中示出的内容应当被解释为说明性的而非限制性的意义。以下申请专利范围旨在涵盖本文中所描述的所有一般特征及特定特征，以及本发明所提的具有省电模式及启动延迟设定的风扇控制装置的范畴的所有陈述，其在语言上可被说成落在其间。

Claims (10)

1.一种具有省电模式及启动延迟设定的风扇控制装置，其特征在于，所述装置包括：
控制芯片，所述控制芯片至少包含：主控制电路、保护控制模块及睡眠模式控制模块；
所述主控制电路，通过读取一外部电压准位控制所述风扇的怠速运转；
所述保护控制模块，通过其所侦测到的外部温度高于一预设值时，向所述主控电路发出一警示信号；及
所述睡眠模式控制模块，电性耦接一外部可调电压阀值电路，
所述睡眠模式控制模块比较由所述外部可调电压阀值电路输入的电压阀值与由所述保护控制模块所侦测到的输入电压值，通过比较结果向所述主控制电路发出一控制信号，用以控制所述风扇的运转模式。
2.根据权利要求1所述的具有省电模式及启动延迟设定的风扇控制装置，其特征在于，当由所述保护控制模块所侦测到的输入电压值所对应的温度低于由所述外部可调电压阀值电路所设定的对应温度值时，所述睡眠模式控制模块向所述主控制电路发出一控制信号，用以使所述风扇停止转动。
3.根据权利要求2所述的具有省电模式及启动延迟设定的风扇控制装置，其特征在于，当由所述保护控制模块所侦测到的输入电压值所对应的温度再度高于由所述外部可调电压阀值电路所设定的对应温度值时，所述睡眠模式控制模块于一个第一时间段之后，向所述主控制电路发出一控制信号用以使所述风扇重新启动。
4.根据权利要求3所述的具有省电模式及启动延迟设定的风扇控制装置，其特征在于，所述外部可调电压阀值电路包含：
一电源；
一第一电阻，其一端耦接所述电源；
一第二电阻，其一端耦接所述第一电组的另一端；
一接地端耦接所述第二电阻的另一端；及
一电容器并联所述第一电组。
5.根据权利要求4所述的具有省电模式及启动延迟设定的风扇控制装置，其特征在于，所述第一时间段的长短是由所述外部可调电压阀值电路中的电阻值与电容值决定。
6.根据权利要求1所述的具有省电模式及启动延迟设定的风扇控制装置，其特征在于，所述主控制电路还包括通过其所侦测到的外部温度值，设定一风扇加速起始点。
7.根据权利要求1所述的具有省电模式及启动延迟设定的风扇控制装置，其特征在于，所述主控制电路还包括通过其所侦测到的外部温度值以及外部耦接的调整电阻，调整风扇的转速对温度的斜率。
8.根据权利要求1所述的具有省电模式及启动延迟设定的风扇控制装置，其特征在于，所述主控制电路所读取的所述电压准位是通过一连接外部电源的分压器决定。
9.根据权利要求1所述的具有省电模式及启动延迟设定的风扇控制装置，其特征在于，所述保护控制模块以及所述睡眠模式控制模块经由所述控制芯片的相同接脚侦测外部温度。
10.根据权利要求1所述的具有省电模式及启动延迟设定的风扇控制装置，其特征在于，所述主控制电路是通过一外接热敏电阻侦测外部温度。
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