CN1421614A - 风扇转速的控制系统 - Google Patents

Abstract

一种风扇的转速的控制系统，是根据一参考时钟以控制风扇。此参考时钟是具有一参考频率，此风扇的转速是对应至一风扇转速信号。在本发明的控制系统中，风扇转速控制单元是比较参考时钟与风扇转速信号，以输出一速度控制信号。电压产生电路是产生对应于速度控制信号的一位准信号。而驱动单元则是根据位准信号产生控制风扇的转速的一驱动信号。当风扇装设本发明的控制系统时，可仅使用同一线圈数的线圈，并借由改变控制系统中的参考频率的大小，即可使得到不同规格的额定转速的各种风扇。可以有效地节省时间成本并降低生产成本。

Description

风扇转速的控制系统

技术领域

本发明是有关于一种控制系统，且特别是有关于一种风扇的转速的控制系统。

背景技术

随着科技的进步与电脑产业的发展，轻巧的电子产品，如笔记型电脑，已日渐成为市场主流。在此轻薄短小的电子产品中，散热能力的优劣往往影响到系统的稳定性，产品的效能，甚至是产品的使用年限。以电脑系统而言，为了能够使电脑系统所产生的热能能够快速地散逸，通常电脑系统是于装配有风扇作为散热装置，以使得电脑系统得以在适当的温度环境下正常运作。

传统的使用于电脑系统中，用以散热的风扇是多由无刷式直流马达来驱动。在传统作法中，可于马达的转子上装配不同线圈数的线圈，来得到各种不同规格的风扇。举例来说，当要得到额定转速较高的风扇时，可装配线圈数较高的线圈，而当要让风扇的额定转速变小时，则可使用线圈数较低的线圈。当通以电流时，不同线圈数的线圈所产生的磁场将会不同，使得马达的转速将随之不同，而风扇的转速也会随之改变。

当市场需要各种不同规格的风扇时，供应厂商则必须随时库存有各种不同线圈数的线圈，以备市场所需。然而，供应厂商将因为必须随时库存有各种线圈，而使得所需的成本提高。另一方面，对于使用相同线圈数的线圈的风扇而言，机构装配上的紧度，扇叶偏心的程度，扇叶惯量的差异，或是线圈形状变异等等，均将会影响到风扇的转速。供应厂商必须花很多时间，来对这些会影响到风扇的转速的因素进行调整，以符合各种风扇的规格所订定的额定转速。因为需要对产品进行测试调整或是直接淘汰与规格不符的产品，这均会造成生产成本的提高，并使生产时所花费的时间拉长。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的就是在提供一种风扇的转速的控制系统，当风扇装设此控制系统时，可仅使用同一线圈数的线圈，并借由改变控制系统中的参考频率的大小，即可使得到不同规格的额定转速的各种风扇。因为不需同时库存有多种线圈数的线圈，而且调整的动作简单且能快速达成，所以可以有效地节省时间成本并降低生产成本。

根据本发明的目的，提出一种风扇的转速的控制系统，是根据一参考时钟以控制风扇。此参考时钟是具有一参考频率，此风扇的转速是对应至一风扇转速信号。本发明的控制系统包括一风扇转速控制单元、一电压产生电路、以及一驱动单元。风扇转速控制单元是比较参考时钟与风扇转速信号，以输出一速度控制信号。电压产生电路是产生对应于速度控制信号的一位准信号。而驱动单元则是根据位准信号产生控制风扇的转速的一驱动信号。

根据本发明的另一目的，提出一种风扇的转速的控制系统，此风扇的转速是对应至一风扇转速信号。本发明的控制系统包括一参考频率产生器、一风扇转速控制单元、一电压产生电路、一脉宽调制(pulse WidthModulation，PWM)产生电路与一风扇驱动电路。参考频率产生器，用以产生一参考时钟，此参考时钟是具有一参考频率。风扇转速控制单元是比较参考时钟与风扇转速信号，以输出一速度控制信号。电压产生电路是接收速度控制信号，以得到相对应的一位准信号。脉宽调制产生电路是根据位准信号得到一方波信号。而风扇驱动电路则是接收方波信号以产生控制风扇的转速的一驱动信号。

本发明使用反馈控制控制的优点是，可以有效地消除风扇出厂时的种种差异所可能对风扇的转速所造成的影响。由于对于使用相同线圈数的风扇而言，机构装配上的紧度，扇叶偏心的程度，扇叶惯量的差异，或是线圈形状的变异等等，均将会影响到风扇的扇叶的转速。而当使用本发明的使用反馈控制的控制系统时，此反馈系统将会自动地针对上述的种种差异进行调整。故而，当使用本发明的控制系统时，使用者并不需如传统作法般，花很多时间来对这些会影响到风扇的转速的变因进行调整，以符合各种风扇的规格所订定的额定转速。是以，使用本发明可以大幅节省所需的时间成本。

就另一方面而言，当市场需要各种不同规格的风扇时，使用本发明的控制系统后，供应厂商可以借由调整本发明的控制系统中的参考频率，即可得到不同规格的额定转速的风扇。供应厂商并不需如同传统作法般，随时库存有各种不同线圈数的线圈，以备市场所需。供应厂商只需准备一种线圈数的线圈，即可达到供应不同规格的风扇的目的。因为仅需针对参考频率产生器102中的电阻值或电容值进行调整，其调整的方式极为简单，更可使得所需的成本降低。

另一方面而言，本发明的控制系统更可达到快速调整风扇的转速的功能。当本发明的风扇转速控制单元104用数字的锁频回路来达成时，因为所产生的速度控制信号VC是明确地为加速控制信号、减速控制信号、或维持控制信号，其将有暂态反应时间短快，快速调整风扇的转速至参考转速的优点。

本发明上述实施例所揭露的一种风扇的转速的控制系统，当风扇装设此控制系统时，可仅使用同一线圈数的线圈，并借由改变控制系统中的参考频率的大小，即可使得到不同规格的额定转速的各种风扇。因为不需同时库存有多种线圈数的线圈，而且调整的动作简单且能快速达成，所以可以有效地节省时间成本并降低生产成本。

附图说明

图1绘示依照本发明一较佳实施例的一种风扇的转速的控制系统的方块图；

图2绘示当图1的风扇转速控制单元为锁频回路时，风扇转速控制单元的详细方块图；

图3绘示PWM产生电路中的锯齿波、PWM产生电路所输出的方波信号S以及驱动信号D的波形图。

具体实施方式

本发明的主要精神在于，利用反馈控制(feedback)的方式，将风扇的转速所对应的风扇转速信号的频率调整至接近于一参考频率。而此参考频率是为可调，供应厂商只要调整此参考频率，即可得到符合不同规格的额定转速的风扇。

请参照图1，其绘示依照本发明一较佳实施例的一种风扇的转速的控制系统的方块图。本发明的控制系统是用以控制风扇110的转速，而风扇110的转速是对应至一风扇转速信号H。参考频率产生器102是用以产生一参考时钟Clk_ref。参考时钟Clk_ref是具有一参考频率Fref。风扇转速控制单元104是同时接收参考时钟Clk_ref与风扇转速信号H，并对两者的频率进行比较，以得到一速度控制信号VC并输出至一电压产生电路106。电压产生电路106是用以产生对应于速度控制信号VC的一位准信号Vref。位准信号Vref是输入至一驱动单元108，驱动单元108是根据位准信号Vref来产生控制风扇110的转速的一驱动信号D。

驱动单元108是由一脉宽调制(Pulse Width Modulation，PWM)产生电路112与一风扇驱动电路114所组成。PWM产生电路112是根据位准信号Vref得到一方波信号S。而风扇驱动电路114是接收方波信号S以产生控制风扇110的转速的驱动信号D。另外，风扇转速信号H是可由一霍尔(Hall)感测器116，检测风扇110的转子的磁极变化来得到。

风扇转速控制单元104所输出的速度控制信号VC是可为一加速控制信号、一减速控制信号或一维持控制信号。当风扇转速信号H的频率小于参考时钟Clk_ref的参考频率Fref时，速度控制信号H为加速控制信号。当风扇转速信号H的频率大于参考时钟Clk_ref的参考频率Fref时，速度控制信号H为减速控制信号。而当风扇转速信号H的频率与参考时钟Clk_ref的参考频率Fref相等时，速度控制信号H为维持控制信号。

而PWM产生电路112所产生的方波信号S的占空比(duty ratio)是随着位准信号Vref而改变。当速度控制信号VC是为加速控制信号时，位准信号Vref的位准上升使得方波信号S的占空比加大。当速度控制信号VC是为减速控制信号时，位准信号Vref的位准下降使得方波信号S的占空比减少。而当速度控制信号是为维持控制信号时，位准信号Vref的位准将维持于原位准而方波信号S的占空比将几乎不受影响。

在本发明的控制电路中，参考频率产生器102是可由时间常数(timeconstant)可调的振荡器所组成，使用者可借由调整此时间常数，来改变参考时钟Clk_ref的参考频率Fref。因为参考频率Fref是为可调，所以当要将风扇设计成不同规格的额定转速时，仅需改变参考时钟Clk_ref的参考频率Fref的大小即可达到所需的目的。亦即是只要对参考频率产生器102中的振荡器的时间常数进行调整即可。其中，时间常数是由振荡器中的电阻值与电容值所决定，使用者仅需调整其电阻值或电容值的大小，即可达到所要的目的。借由调整参考频率Fref，可使得风扇110的转速改变，并相对应地改变风扇转速信号的频率H。

兹再将本发明各电路方块的详细实施情形举例说明如下。

风扇转速控制单元104可以是锁频回路，其详细方块图是如图2所示。参考时钟Clk_ref是输入至计数器202，计数器202以基础时钟Clk_base为基准，计算出参考时钟Clk_ref的周期，并将其输入至参考转速计算单元204中以得到参考频率Fref所对应的参考转速Spd_ref并输出至比较器206中。另外，风扇转速信号H是输入至计数器212，计数器212亦以基础时钟Clk_base为基准，计算出风扇转速信号H的周期，并将其输入至风扇转速计算单元214中以得到风扇转速信号H的频率所对应的风扇转速Spd_fan，并经由一数字滤波器215的处理后，输出至比较器206中。于比较器206中，更可设定一误差容忍值。当参考转速Spd_ref减去风扇转速Spd_fan的值大于此误差容忍值时，则使比较器206所输出的速度控制信号VC为加速控制信号。当风扇转速Spd_fan减去参考转速Spd_ref的值大于此误差容忍值时，则使比较器206所输出的速度控制信号VC为减速控制信号。而风扇转速Spd_fan与参考转速Spd_ref的差额小于此误差容忍值时，则使比较器206所输出的速度控制信号VC为维持控制信号。

其中，数字滤波器215是为低通滤波器，其可消除因风扇的转子的磁极的形状不一致、排列方式不规则、或是运转时充磁不均匀所造成的风扇转速信号H的周期成不规则变化的情形，以增加系统的稳定性。

而电压产生电路106例如可以使用一充电泵浦(charge pump)来达成。充电泵浦是由一个充电电容与多个开关所组成。速度控制信号VC是用以控制此些开关，以对充电电容进行充放电的动作。而充电电容的电压则用以作为位准信号Vref。举例来说，加速控制信号将使得充电电容的电压降低，减速控制信号将使得充电电容的电压上升，而维持控制信号将使得充电电容的电压维持不变。如此，位准信号Vref的位准大小将随着不同的速度控制信号VC而改变。

在PWM产生电路112中，是使用一锯齿波产生电路来产生如图3所示的锯齿波302。PWM产生电路112将根据位准信号Vref的位准大小，来产生相对应的方波信号S，如图3所示。举例来说，于时间点t1-t2之间，锯齿波302的位准是大于位准信号Vref的位准，则方波信号5是为高位准。而在时间点t2-t3之间，锯齿波302的位准是小于位准信号Vref的位准，此时，方波信号S为低位准。如此，当位准信号Vref越小时，方波信号S的占空比(duty ratio)将会越大。

风扇驱动电路114则是由多个晶体管所组成。此些晶体管将执行电压/电流放大的功能，以产生相对应于方波信号S的驱动信号D，如图3所示。当驱动信号D是为高位准时，风扇马达的转子的线圈是有电流流过，而产生磁场以使转子受力，而当驱动信号D是为低位准时，风扇马达的转子的线圈是没有电流流过，而转子将不受力，转子将因其惯性来运动。是以，当驱动信号D为高位准的时间越长时，转子受力的时间越长，而相对应地将使得风扇马达的转速加快，使风扇的转动速度增加。也就是说，借由调整驱动信号D的占空比，即可改变风扇的转速。

Claims (11)

1.一种风扇的转速的控制系统，是根据一参考时钟以控制该风扇，该参考时钟是具有一参考频率，该风扇的转速是对应至一风扇转速信号，该控制系统包括：

一风扇转速控制单元，是比较该参考时钟与该风扇转速信号，以输出一速度控制信号；

一电压产生电路，是产生对应于该速度控制信号的一位准信号；以及

一驱动单元，是根据该位准信号产生控制该风扇的转速的一驱动信号。

2.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于所述的参考频率是为可调，借由调整该参考频率，可使得该风扇的转速改变，并相对应地改变该风扇转速信号的频率。

3.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于所述的驱动单元是以脉宽调制的方式，根据该位准信号改变该驱动信号的占空比，以改变该风扇的转速。

4.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，更包括一霍尔感测器，用以检测该风扇的转子的磁极变化来得到该风扇转速信号。

5.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于所述的风扇转速控制所输出的该速度控制信号是为一加速控制信号、一减速控制信号或一维持控制信号，当该风扇转速信号的频率小于该参考时钟的该参考频率时，该速度控制信号为该加速控制信号，当该风扇转速信号的频率大于该参考时钟的该参考频率时，该速度在制信号为该减速控制信号，当该风扇转速信号的频率与该参考时钟的该参考频率实质上相等时，该速度控制信号为该维持控制信号。

6.一种风扇的转速的控制系统，该风扇的转速是对应至一风扇转速信号，该控制系统包括：

一参考频率产生器，用以产生一参考时钟，该参考时钟是具有一参考频率；

一风扇转速控制单元，是比较该参考时钟与该风扇转速信号，以输出一速度控制信号；

一电压产生电路，是接收该速度控制信号，以得到相对应的一位准信号；

一脉宽调制产生电路，是根据该位准信号得到一方波信号；以及

一风扇驱动电路，是接收该方波信号以产生控制该风扇的转速的一驱动信号。

7.如权利要求6所述的控制系统，其特征在于所述的参考频率是为可调，借由调整该参考频率，可使得该风扇的转速改变，并相对应地改变该风扇转速信号的频率。

8.如权利要求6所述的控制系统，其特征在于所述的参考频率产生器是包括一时间常数可调的振荡器，其中，使用者可借由调整该时间常数，来改变该参考频率。

9.如权利要求6所述的控制系统，其特征在于，更包括一霍尔感测器，用以检测该风扇的转子的磁极变化来得到该风扇转速信号。

10.如权利要求6所述的控制系统，其特征在于所述的风扇转速控制单元所输出的该速度控制信号是为一加速控制信号、一减速控制信号或一维持控制信号，当该风扇转速信号的频率小于该参考时钟的该参考频率时，该速度控制信号为该加速控制信号，当该风扇转速信号的频率大于该参考时钟的该参考频率时，该速度控制信号为该减速控制信号，当该风扇转速信号的频率与该参考时钟的该参考频率实质上相等时，该速度控制信号为该维持控制信号。

11.如权利要求6所述的控制系统，其特征在于所述的方波信号的占空比是随着该位准信号改变，当该速度控制信号是为该加速控制信号时，该位准信号下降使得该方波信号的占空比加大，当该速度控制信号是为该减速控制信号时，该位准信号上升使得该方波信号的占空比减少。

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