CN115596692A - 直流马达风扇的转速控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种直流马达风扇的转速控制方法，用以依据一温度信号启动和调整直流马达风扇的转速，包括：在一启动时段以大于维持直流马达风扇转动的最低电压的一第一电压启动直流马达风扇，在启动时段结束后的一低负载时段以能维持直流马达风扇转动的最低电压供给直流马达风扇，在温度信号表示的温度达到默认的一散热温度区间时，依据温度信号以正比的关系线性调整供给直流马达风扇的一工作电压，用以调整直流马达风扇的转速；本申请直流马达风扇的转速控制方法具有高启动扭矩、降噪、节能以及低成本的优点。

Description

直流马达风扇的转速控制方法

技术领域

本申请涉及直流马达的转速控制技术，特别是一种直流马达风扇的转速控制方法。

背景技术

为了防止电子装置或设备因为发热而产生效率降低或是故障的问题发生，大部分的电子装置或设备都配置有散热风扇。例如早期的个人计算机是没有散热风扇的，旧型的CPU只需要散热片就可以将温度控制在可接受的范围内。然而随着CPU的速度与效能越来越高，现今的CPU需要使用散热风扇才能确保的正常运作。旧型的散热风扇没有转速控制的概念，启动后就以固定的转速进行散热，定速型的散热风扇的缺点在于散热能力固定，要提高散热能力必须提高转速，转速越高噪音越大。为解决上述缺点并能实现省电的目标，散热风扇的转速调整技术应运而生，需要散热风扇降速与减速的另一种原因在于低转速(或是低电压)的散热风扇价格较高，一般廉价的散热风扇转速是比较高的，转速越高噪音越大。

常见用于控制或调整散热风扇转速的方式有两种，分别是VC(Voltage Control)电压控制，以及PWM(Pulse Width Modulation)脉波宽度调变，依据使用的散热风扇的规格及种类，可以选择适合的转速控制方式。一般的散热风扇一般是两根导线，直流散热风扇一般红黑两条分为正负线，为了支持更多功能上的需求，具有三条导线或是四条导线的散热风扇也被开发且上市贩卖。除了基本的两条导线之外，多出的导线基本上是作为信号线于提供不同的功能，常见的功能包括：(1)FG(测速)功能：用于输出散热风扇的实时转速，一般是黄色的导线。(2)RD(报警)功能：用于检测散热风是否正常运转，当散热风扇停止运转时会发出警报。(3)PWM(调速)功能：利用脉宽调制信号控制。

电压控制是通过改变电源线的输出电压来改变散热风扇的转速，例如个人计算机可以直接在电源供应器提供的6.0V-DC和12.0V-DC两种电压之间进行切换，以实现控制散热风扇转速的功能。电压控制的优点在于电路简单，即便使用一般只有两根导线的散热风扇也能实现利用电压控制的功能，散热风扇的成本低，其缺点在于，该散热风扇的最低转速就是以该电压(例如6.0V-DC)驱动且为最低转速(如600rpm)，进而在温度升高时线性加速风扇的运转速度至最高转速(如1200rpm)，因此该散热风扇是在工作的最低至最高转速(如600rpm至1200rpm)作变化，可以了解的，风扇转速愈高，其消耗功率与噪音分贝值就会增大，如果选用廉价或者质量不佳的散热风扇，在低电压转速时产生的噪音就已经相当扰人，当风扇转速随温度升高，更是工作环境中噪音的来源。

在已授权的中国台湾发明专利(公告号TWI451673B)提出了一种利用PWM控制技术的风扇转速控制方法，是包含：在一启动时段中以一风扇驱动单元产生一启动脉宽调变信号送至一风扇马达线圈，以及在该启动时段结束后以该风扇驱动单元产生一稳态脉宽调变信号送至该风扇马达线圈，其中该启动脉宽调变信号的工作周期比值大于该稳态脉宽调变信号的工作周期比值。一种实施上述方法的装置，是包含一控制单元及该风扇驱动单元，该控制单元具有一分压电路及一电容器，该电容器的二端分别连接该分压电路的高电压端及串接中点，该风扇驱动单元连接该串接中点，并将该串接中点输出的控制电压转换为该二脉宽调变信号之一。

支持PWM控制功能的散热风扇的优点在于可有效针对温度控制或调整散热风扇的转速，并且在散热风扇的噪音抑制上有相当大的帮助。但缺点在于该类散热风扇内部需内建一颗PWM控制芯片(PWM Signal Control IC)，制造成本相对提高，在价格上也会比一般的散热风扇来得高，若是装配于个人计算机使用，个人计算机的主板也要有支持PWM控制的功能。

发明内容

本申请所要解决的技术问题在于提供一种直流马达风扇的转速控制方法，用以依据一温度信号启动和调整该直流马达风扇的转速，具有高启动扭矩、降噪、节能以及低成本的优点，期盼以最价廉经济的通用型风扇，通过本控制方法，达到具有高效功率输出与低负载时更宁静、节能的效果表现。

为实现上述目的，本申请直流马达风扇的转速控制方法的一实施例，包括下列步骤：

在一启动时段以一第一电压启动直流马达风扇，并在启动时段以第一电压供给直流马达风扇；

在启动时段结束后的一低负载时段以一第二电压供给直流马达风扇，其中第二电压是能维持直流马达风扇转动的最低电压；

在温度信号表示的温度大于等于默认的一温度阈值的一散热温度区间时，以一工作电压供给直流马达风扇，在散热温度区间内依据温度信号以正比的关系线性调整工作电压，且工作电压的上限为直流马达风扇的额定电压；以及

在温度信号表示的温度从散热温度区间降至温度阈值以下时，返回低负载时段并以第二电压供给直流马达风扇。

作为本申请直流马达风扇的转速控制方法的一较佳实施例，其中起动时段的时间长度为3-10秒。

本申请直流马达风扇的转速控制方法的另一实施例，包括下列步骤：

在一启动时段以一第一电压启动直流马达风扇，并在启动时段以第一电压供给直流马达风扇；

在启动时段结束后的一工作时段以一工作电压供给直流马达风扇，工作电压的起始电压为一第二电压，第二电压是能维持该直流马达风扇转动的最低电压；以及

在工作时段依据温度信号以正比的关系线性调整工作电压，且工作电压的上限为直流马达风扇的额定电压。

作为本申请直流马达风扇的转速控制方法的一较佳实施例，其中直流马达风扇的额定电压为DC12.0V，第一电压为DC5.0V，第二电压为DC3.0V。

本申请方法的优点及功效在于，在启动时段以大于第二电压的第一电压启动直流马达风扇，可获得高启动扭矩和启动效率；另一方面，在起动时段结束后的低负载时段以低于第一电压的第二电压供应直流马达风扇，第二电压是能维持该直流马达风扇转动的最低电压，从第一电压降至第二电压时直流马达风扇可通过转动惯性持续转动，并且在低负载时段具备降噪功能。本申请方法可以使用一般具有两条导的直流马达风扇，相对于使用三条或四条导线、以及支持PWM控制功能的直流马达风扇而言具有降低成本的优点。

有关本申请的其它功效及实施例的详细内容，配合图式说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本申请直流马达风扇的转速控制方法的一实施例的电压控制曲线示意图；

图2是本申请直流马达风扇的转速控制方法的另一实施例的电压控制曲线示意图。

符号说明

S1启动时段 S2低负载时段 S3散热温度区间

S4工作时段 T0初始温度 T1第一温度

T2温度阈值 V1第一电压 V2第二电压

V3额定电压 Vk工作电压

具体实施方式

在下文的实施方式中所述的位置关系，包括：上，下，左和右，若无特别指明，皆是以图式中组件绘示的方向为基准。

首先请参阅图1，是本申请直流马达风扇的转速控制方法的一实施例的电压控制曲线示意图。本申请直流马达风扇的转速控制方法的一实施例，本申请方法用以依据一温度信号启动和调整直流马达风扇的转速，包括下列步骤：

在一启动时段S1以一第一电压V1启动该直流马达风扇，并在启动时段S1以第一电压V1供给直流马达风扇；

在启动时段S1结束后的一低负载时段S2以一第二电压V2供给直流马达风扇，其中第二电压V2是能维持直流马达风扇转动的最低电压；

在温度信号表示的温度达到默认的一温度阈值T2和该温度阈值T2以上的一散热温度区间S3(意即温度信号表示的温度大于等于默认的一温度阈值T1)时，以一工作电压Vk供给直流马达风扇，在散热温度区间S3内依据该温度信号以正比的关系线性调整工作电压Vk(意即温度上升时调升工作电压Vk，温度下降时调降工作电压Vk)，且工作电压Vk的上限为直流马达风扇安全工作能施加的最大电压(即额定电压V3)；以及

在温度信号表示的温度从散热温度区间S3降至温度阈值T2以下时(意即温度信号表示的温度小于默认的温度阈值T2)，返回低负载时段S2并以第二电压V2供给直流马达风扇。

作为本申请方法的一种较佳实施方式，是使用一般具有两条导的直流马达风扇，相对于使用三条或四条导线、以及支持PWM控制功能的直流马达风扇而言具有降低成本的优点，本申请方法应用的直流马达风扇可配置于个人计算机或是电源供应器用作散热风扇，个人计算机的主板或是电源供应器配置有温度传感器(sensor)用以检测温度进而获得相应的温度信号，然后通过本申请方法依据温度信号启动和调整直流马达风扇的转速。

在本申请的一较佳实施方式，其中直流马达风扇的额定电压V3为DC12.0V，第一电压V1为DC5.0V，第二电压V2为DC3.0V。其中第一电压V1大于第二电压V2，可以在启动时以较大的启动扭矩启动直流马达风扇，提高启动效率，并且能够在启动时段S1均衡各个电子组件的温度，提供预散热或是预降温的功能，还可以利用温度传感器(sensor)检测获得的温度信号判断直流马达风扇是否异常，例如温度信号表示的温度在启动时段S1的温度异常地上升，即表示直流马达风扇的启动发生异常；虽然不同厂商设计和制造的计算机主板或是电源供应器的规格及性能会有所差异，但是基于现今制造技术的进步，电子组件在启动的短时间内应不致会有温度快速上升的问题，通过上述检测启动时段S1温度是否异常的方法，应能判断直流马达风扇是否异常；作为本申请的一较佳实施方式，其中启动时段S1的时间长度为为3-10秒。本申请方法的另一个优点在于，从第一电压V1降至第二电压V2时直流马达风扇可通过转动惯性持续转动，并且在低负载时段S2具备降噪功能。

以图1绘示的实施例而言，正常情形下在个人计算机或是电源供应器启动前的初始温度T0应为室温，在启动时段S1结束时一般会略上升至第一温度T1，本申请方法默认的温度阈值T2大于第一温度T1，温度阈值T2并非固定，依不同厂商设计和制造的计算机主板或是电源供应器的规格及性能会有所差异，基本上可将温度阈值T2视为应启动散热机制的最低温度，当计算机主板或是电源供应器的温度大于或等于温度阈值T2时，即应开始调整直流马达风扇的转速以加强散热效能低负载时段。因此，本申请方法当计算机主板或是电源供应器的温度大于第一温度T1而且小于温度阈值T2时，以能维持直流马达风扇转动的最低电压(即是第二电压V2)供给予直流马达风扇，降低风扇运转噪音而具有静音，提供系统低负载时散热需求与兼具节能的功效，在散热温度区间S3内依据该温度信号以正比的关系线性调整工作电压Vk，能够适时且适当地调整直流马达风扇的转速，以提供足够的散热解热能力。

请参阅图2，是本申请直流马达风扇的转速控制方法的另一实施例的电压控制曲线示意图。图2绘示的直流马达风扇的转速控制方法，用以依据一温度信号启动和调整直流马达风扇的转速，包括下列步骤：

在一启动时段S1以一第一电压V1启动直流马达风扇，并在启动时段S1以第一电压V1供给直流马达风扇；

在启动时段S1结束后的一工作时段S4以一工作电压Vk供给直流马达风扇，工作电压Vk的起始电压为第二电压V2，第二电压V2是能维持直流马达风扇转动的最低电压；以及

在工作时段S4依据温度信号以正比的关系线性调整工作电压Vk(意即温度上升时调升工作电压Vk，温度下降时调降工作电压Vk)，且工作电压Vk的上限为直流马达风扇安全工作能施加的最大电压(即额定电压V3)。

以上所述的实施例及/或实施方式，仅是用以说明实现本申请技术的较佳实施例及/或实施方式，并非对本申请技术的实施方式作任何形式上的限制，任何本领域技术人员，在不脱离本申请内容所公开的技术手段的范围，当可作些许的更动或修饰为其它等效的实施例，但仍应视为与本申请实质相同的技术或实施例。

Claims (6)

1.一种直流马达风扇的转速控制方法，用以依据一温度信号启动和调整该直流马达风扇的转速，其特征在于，包括下列步骤：

在一启动时段以一第一电压启动该直流马达风扇，并在该启动时段以该第一电压供给该直流马达风扇；

在该启动时段结束后的一低负载时段以一第二电压供给该直流马达风扇，该第二电压是能维持该直流马达风扇转动的最低电压；

在该温度信号表示的温度达到默认的一温度阈值和该温度阈值以上的一散热温度区间时，以一工作电压供给该直流马达风扇，在该散热温度区间内依据该温度信号以正比的关系线性调整该工作电压，且该工作电压的上限为该直流马达风扇的额定电压；以及

在该温度信号表示的温度从该散热温度区间降至该温度阈值以下时，返回该低负载时段并以该第二电压供给该直流马达风扇。

2.根据权利要求1所述的直流马达风扇的转速控制方法，其特征在于，该起动时段的时间长度为3-10秒。

3.根据权利要求1所述的直流马达风扇的转速控制方法，其特征在于，该直流马达风扇的该额定电压为DC12.0V，该第一电压为DC5.0V，该第二电压为DC3.0V。

4.一种直流马达风扇的转速控制方法，用以依据一温度信号启动和调整该直流马达风扇的转速，其特征在于，包括下列步骤：

在一启动时段以一第一电压启动该直流马达风扇，并在该启动时段以该第一电压供给该直流马达风扇；

在该启动时段结束后的一工作时段以一工作电压供给该直流马达风扇，该工作电压的起始电压为一第二电压，该第二电压是能维持该直流马达风扇转动的最低电压；以及

在该工作时段依据该温度信号以正比的关系线性调整该工作电压，且该工作电压的上限为该直流马达风扇的额定电压。

5.根据权利要求4所述的直流马达风扇的转速控制方法，其特征在于，该起动时段的时间长度为3-10秒。

6.根据权利要求4所述的直流马达风扇的转速控制方法，其特征在于，该直流马达风扇的该额定电压为DC12.0V，该第一电压为DC5.0V，该第二电压为DC3.0V。

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