CN1538259A - 脉冲宽度调制装置的温度控制装置及其温度控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种脉冲宽度调制装置的温度控制装置及其温度控制方法。利用温度探测器来探测脉冲宽度调制装置的目前工作温度，并且通过温度探测比较器，将目前工作温度，与最高限定温度及最低限定温度做比较。当目前工作温度高于最高限定温度时，则使脉冲宽度调制装置的工作频率降低，如此一来，脉冲宽度调制装置的功率消耗将会降低，而使脉冲宽度调制装置的表面的热量降低，所以本发明可增加脉冲宽度调制装置的寿命。在低温零下20℃时增加频率可以使系统更稳定，因为此时电容容值非常小，增加频率可以减少涟波。再者，由于本发明并不需要散热装置，即可达成减少脉冲宽度调制装置的热量产生的目的。且在低温下又不需额外增加输出电容，因此可节省成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种温度控制装置及其温度控制方法，特别涉及一种脉冲宽度调制装置的温度控制装置及其温度控制方法。
背景技术
目前，在主机板中，中央处理单元(Central Processing Unit，简称CPU)所需的稳定电源是通过脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，简称PWM)装置来做适当地控制。对于目前的中央处理单元而言，因为制程与设计技术愈来愈先进，所以中央处理单元的速度愈来愈快。再者，在同行业的相互竞争之下，中央处理单元的速度已达到GHz(1GHz＝109Hz)的等级，但是相对而言，中央处理单元所需的电流也由原来的数十安培增加到目前的70安培左右，甚至推估未来可能突破100安培，也就是说中央处理单元的消耗功率将会达到120瓦特左右，而如此高的瓦特数伴随而来的热问题将会成为另一个必须克服且棘手的问题。对于中央处理单元所产生的热量，目前的业内人士是通过增加散热面积或辅助的散热装置，而使中央处理单元所产生的热量降低，所以中央处理单元所产生的热量可以获得解决。
然而，对于脉冲宽度调制装置而言，当中央处理单元所需的电流增加时，由于中央处理单元所需的电流是由脉冲宽度调制装置提供，所以脉冲宽度调制装置将会因为提供较大的电流，而使脉冲宽度调制装置产生相当大的热量及功率消耗。当脉冲宽度调制装置所产生的热量太大时，将会使脉冲宽度调制装置不稳定或损坏，如此一来，将不能提供稳定的电源给中央处理单元，从而导致整个主机板失去效用。由于脉冲宽度调制装置的体积通常相当小，并且因为主机板的空间有限，所以增加散热装置及散热面积均不适用于降低脉冲宽度调制装置所产生的热量，因此，如何减少脉冲宽度调制装置所产生的热量变成开发者急待解决的问题。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提出一种脉冲宽度调制装置的温度控制装置及其温度控制方法。本发明是利用温度探测器及温度探测比较器，而达成使脉冲宽度调制装置的表面热量降低的目的。
为达到上述及其它目的，本发明提出一种脉冲宽度调制装置的温度控制装置。此温度控制装置包括温度探测器、以及温度探测比较器。其中，温度探测器是置于脉冲宽度调制装置的周围，用以探测脉冲宽度调制装置的目前工作温度。而温度探测比较器是耦合连接至温度探测器及脉冲宽度调制装置，用以将目前工作温度，与最高限定温度及最低限定温度做比较。当目前工作温度高于最高限定温度时，则使脉冲宽度调制装置的工作频率降低一个频率调谐步阶。当目前工作温度低于最低限定温度时，则使工作频率增加一个频率调谐步阶。而当目前工作温度介于最高限定温度与最低限定温度之间时，则工作频率保持不变。另一优点为当系统在低温零下20℃工作时增加频率可以使系统更稳定，因为此时电容容值会因为低温而变小，输出涟波(ripple)变大，所以在低温时将脉冲宽度调制装置的工作频率增加可以使涟波变小，如此一来就可以不用增加输出电容而又能增加系统在低温工作的稳定性。
在本发明的较佳实施例中，最高限定温度、最低限定温度、以及频率调谐步阶可以根据需要而调整。脉冲宽度调制装置是用以提供中央处理单元所需的输出电流。而脉冲宽度调制装置的工作频率在经过变化后的一段预定时间内，不会变动，这是因为工作频率变化得太频繁，将会导致计算机系统的不稳定。
本发明还提出一种脉冲宽度调制装置的温度控制方法。在此温度控制方法中，首先会探测脉冲宽度调制装置的目前工作温度。之后，当目前工作温度高于最高限定温度时，则使脉冲宽度调制装置的工作频率降低一个频率调谐步阶。当目前工作温度低于最低限定温度时，则使工作频率增加一个频率调谐步阶。而当目前工作温度介于最高限定温度与最低限定温度之间时，则工作频率保持不变。
综上所述，本发明是利用温度探测器来探测脉冲宽度调制装置的目前工作温度，并且通过温度探测比较器，将目前工作温度，与最高限定温度及最低限定温度做比较。当目前工作温度高于最高限定温度时，则使脉冲宽度调制装置的工作频率降低，如此一来，脉冲宽度调制装置的功率消耗将会降低，而使脉冲宽度调制装置的表面的热量降低，所以本发明可增加脉冲宽度调制装置的寿命。再者，由于本发明并不需要散热装置，即可达到减少脉冲宽度调制装置的热量产生的目的且在低温下又不需额外增加输出电容，因此可节省成本。
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点，能更加明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图标，做详细说明如下：
附图说明
图1是脉冲宽度调制装置与中央处理单元之间的电路示意图；
图2是根据本发明一较佳实施例的脉冲宽度调制装置的温度控制装置的电路示意图；
图3是脉冲宽度调制装置的频率与温度的控制关系曲线图；以及
图4是根据本发明一较佳实施例的脉冲宽度调制装置的温度控制方法的流程图。
图中
10，202： 脉冲宽度调制装置
102： 脉冲宽度调制器
104，204： 中央处理单元
106： 输出端
108，110： 开关
112、116： 电感
114，120： 电容
20： 温度控制装置
206： 温度探测器
208： 温度探测比较器
S402-S410：本发明的一较佳实施例的施实步骤
具体实施方式
脉冲宽度调制技术已广泛地运用于目前电源控制的技术上。在主机板中，中央处理单元所需的稳定电源是通过脉冲宽度调制装置来做适当地控制。接下来请参照图1，其示意的是脉冲宽度调制装置与中央处理单元之间的电路示意图。由图1可知，脉冲宽度调制装置10包括脉冲宽度调制器102、开关108、开关110、电感112、电容114、电感116、以及电容120。接下来将分为输入电源部分、电压准位控制部分、电源回授部分、工作频率控制部分、以及输出电源部分做说明。
对于输入电源部分而言，一般为高电压低电流转换成低电压高电流。依据能量守恒原理(输入电压×输入电流＝输出电压×输出电流)，以英特尔(Intel)的P4架构为例，输入电压为12V，输出电压为1.5V，在最大输出电流为70安培的情况下，输入电流将达到8.75安培。
对于电压准位控制部分而言，中央处理单元104的核心电压是由五根引脚(VID0-VID4)来控制，脉冲宽度调制器102会依据不同种类的中央处理单元104所发出的VID信号，来调节其所需的电压准位。
对于电源回授部分而言，会由输出端106回授电压，通过此来监控输出端106的输出电压的变化，以使输出电压稳定。
对于工作频率控制部分而言，脉冲宽度调制器102的工作频率的设定，需兼顾输出电压的品质及周围组件因热而产生的组件寿命短的问题。如果工作频率设定太低，则会造成整个电源系统的反应速度过慢，而使输出电压产生涟波(ripple)过大的问题。而如果工作频率设定太高，则会使得计算机系统因功率损耗过大而产生功率转换变差的问题，而且会使得组件产生寿命变短的问题。因此，脉冲宽度调制器102的工作频率大部分均采用适合的固定工作频率。
对于输出电源部分而言，其工作原理为当输出电源因电流过大而不足时，开关108会关闭，而开关110会打开，此时电流会由外部电源流入。当输出电压过高时，开关108会打开，而开关110会关闭，此时会形成回路，而使脉冲宽度调制装置10提供稳定的电源给中央处理单元104。
对于一般的电子组件而言，所损耗的功率会以热能的方式产生。接下来将说明脉冲宽度调制装置10在切换过程中所产生的功率消耗。脉冲宽度调制装置10的总功率消耗(Ploss)＝传导功率消耗(Pconduction)+切换功率消耗(Pswitching)。上述的Pconduction＝Io 2×R×D，其中，Io为输出电流，R为脉冲宽度调制装置10的直流阻抗，而D为转换率(即输出电压除以输入电压)。而上述的Pswitching＝Vin×Io×f×[(tr+tf)/2]，其中，Vin为输入电压，R为脉冲宽度调制装置10的工作频率，tr为上升时间而tf为下降时间。当脉冲宽度调制装置10的电路设计完成时，其各项参数均已固定，所以唯一可变动的就是其工作频率。由于当中央处理单元104所需的电流变大时，Pconduction及Pswitching会同时增加，所以可通过将脉冲宽度调制装置10的工作频率降低，而使得Pswitching减少。对于目前的脉冲宽度调制装置而言，其工作频率的操作范围很广，可从几kHz至几MHz，但就实用性及计算机系统的稳定性而言，一般均操作在200kHz附近。
接下来请参照图2，其示意的是根据本发明一较佳实施例的脉冲宽度调制装置的温度控制装置的电路示意图。其中，脉冲宽度调制装置202是用以提供中央处理单元204所需的输出电流。由图2可知，温度控制装置20包括温度探测器206、以及温度探测比较器208。接下来将说明温度控制装置20的各部分的功能。
温度探测器206是置于脉冲宽度调制装置202的周围，用以探测脉冲宽度调制装置202的目前工作温度。而温度探测比较器208为耦合连接至温度探测器206及脉冲宽度调制装置202，用以将目前工作温度，与最高限定温度及最低限定温度做比较。当目前工作温度高于最高限定温度时，则使脉冲宽度调制装置202的工作频率降低一个频率调谐步阶。当目前工作温度低于最低限定温度时，则使工作频率增加一个频率调谐步阶。而当目前工作温度介于最高限定温度与最低限定温度之间时，则工作频率保持不变。在此需注意的是，脉冲宽度调制装置202的工作频率在经过变化后的一段预定时间内，不会变动，这是因为脉冲宽度调制装置202的工作频率变化得太频繁，将会导致计算机系统的不稳定。另外，最高限定温度、最低限定温度、以及频率调谐步阶可以根据需要而做调整。而脉冲宽度调制装置20之频率与温度的控制关系曲线图，可例如参照图3所示意。
接下来请参照图4，其示意的是根据本发明一较佳实施例的脉冲宽度调制装置的温度控制方法的流程图。并且会配合图2做说明。在此温度控制方法中，首先会设定脉冲宽度调制装置202的工作频率，并且会设定最高限定温度、最低限定温度、以及频率调谐步阶(如步骤S402)。接下来，会通过温度探测器206来探测脉冲宽度调制装置202的目前工作温度，并且通过温度探测比较器208，将目前工作温度分别与最高限定温度及最低限定温度进行比较(如步骤S404)。之后，当目前工作温度高于最高限定温度时，则工作频率会降低一个变动频率(如步骤S406)。当目前工作温度低于最低限定温度时，则工作频率会增加一个变动频率(如步骤S408)。而当目前工作温度介于最高限定温度与最低限定温度之间时，则工作频率会保持不变(如步骤S410)。在此需特别注意的是，脉冲宽度调制装置202的工作频率不可变换的太频繁，否则会造成计算机系统的不稳定。举例而言，假设最高限定温度为50℃，最低限定温度为10℃，频率调谐步阶为10kHz，而脉冲宽度调制装置202的设定的工作频率为200kHz。当温度探测器206探测到脉冲宽度调制装置202的目前工作温度超过50℃，则会通过温度探测比较器208，使脉冲宽度调制装置202的工作频率降低为190kHz。当温度探测器206探测到脉冲宽度调制装置202的目前工作温度低于10℃，则会通过温度探测比较器208，使脉冲宽度调制装置202的工作频率增加为210kHz。而当温度探测器206探测到脉冲宽度调制装置202的目前工作温度介于10℃与50℃之间时，则脉冲宽度调制装置202的工作频率会保持在200kHz。
由上述可知，当脉冲宽度调制装置202的目前工作温度高于最高限定温度时，则脉冲宽度调制装置202的工作频率会降低，如此一来，脉冲宽度调制装置202的切换功率消耗就会降低，而使得脉冲宽度调制装置202所产生的热量降低，因此可增加脉冲宽度调制装置202的使用寿命。
综上所述，本发明是利用温度探测器来探测脉冲宽度调制装置的目前工作温度，并且通过温度探测比较器，将目前工作温度，与最高限定温度及最低限定温度做比较。当目前工作温度高于最高限定温度时，则使脉冲宽度调制装置的工作频率降低，如此一来，脉冲宽度调制装置的功率消耗将会降低，而使脉冲宽度调制装置的表面的热量降低，所以本发明可增加脉冲宽度调制装置的寿命。再者，由于本发明并不需要散热装置，即可达到减少脉冲宽度调制装置的热量产生的目的，因此可节省成本。
虽然本发明已以较佳实施例揭露于上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技术的，在不脱离本发明的精神和范围内，可以作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围应当视后附的申请专利范围为准。
Claims (10)
1.一种脉冲宽度调制装置的温度控制装置，特征在于其包括：
一温度探测器，置于该脉冲宽度调制装置的周围，用以探测该脉冲宽度调制装置的一目前工作温度；以及
一温度探测比较器，耦合连接至该温度探测器及该脉冲宽度调制装置，用以将该目前工作温度，与一最高限定温度及一最低限定温度做比较，当该目前工作温度高于该最高限定温度时，则使该脉冲宽度调制装置的一工作频率降低一频率调谐步阶，而当该目前工作温度低于该最低限定温度时，则使该工作频率增加该频率调谐步阶。
2.如权利要求1所述的脉冲宽度调制装置的温度控制装置，其中当该目前工作温度介于该最高限定温度与该最低限定温度之间时，则该工作频率保持不变。
3.如权利要求1所述的脉冲宽度调制装置的温度控制装置，其中该最高限定温度、该最低限定温度、以及该频率调谐步阶可以调整。
4.如权利要求1所述的脉冲宽度调制装置的温度控制装置，其中该工作频率在经过变化后的一段预定时间内，不会变动。
5.如权利要求1所述的脉冲宽度调制装置的温度控制装置，其中该脉冲宽度调制器用以提供一中央处理单元所需的一输出电流。
6.一种脉冲宽度调制装置的温度控制方法，特征在于其包括下列步骤：
探测该脉冲宽度调制装置的一目前工作温度；
当该目前工作温度高于一最高限定温度时，则使该脉冲宽度调制装置的一工作频率降低一频率调谐步阶；以及
当该目前工作温度低于一最低限定温度时，则使该工作频率增加该频率调谐步阶。
7.如权利要求6所述的脉冲宽度调制装置的温度控制方法，其中当该目前工作温度介于该最高限定温度与该最低限定温度之间时，则该工作频率保持不变。
8.如权利要求6所述的脉冲宽度调制装置的温度控制方法，其中该最高限定温度、该最低限定温度、以及该频率调谐步阶可以调整。
9.如权利要求6所述的脉冲宽度调制装置的温度控制方法，其中该工作频率在经过变化后的一段预定时间内，不会变动。
10.如权利要求6所述的脉冲宽度调制装置的温度控制方法，其中该脉冲宽度调制器会产生一输出电流。
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |