CN1577218A - 用于控制计算机系统中风扇驱动装置的装置和方法 - Google Patents

用于控制计算机系统中风扇驱动装置的装置和方法 Download PDF

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Abstract

一种装置和方法的实施例可以控制计算机系统中的风扇驱动装置。这种装置和方法的实施例可以以预定的时间比交替输出多个脉宽调制(PWM)控制信号并可变地控制冷却风扇的转速。这些实施例可以使用计算机系统中所包含的PWM控制信号发生器中基于N位分辨率的单个硬件以便控制冷却风扇的转速来降低内部温度，从而可以精确和可变地控制冷却风扇的转速，这等效于使用基于大于N位分辨率的硬件控制风扇驱动操作的效果。此外，还可以有效地简化物理结构，并减少或避免不必要的电能消耗。

Description

用于控制计算机系统中风扇驱动装置的装置和方法
发明背景
发明领域
本发明涉及用于控制诸如笔记本计算机、个人计算机等等的各种计算机系统中风扇驱动装置的装置和方法。
相关技术背景
图1是示出常规计算机系统结构的框图。诸如笔记本计算机、个人计算机等的各种计算机系统包括中央处理单元(CPU)10、视频控制器11、北桥12、随机存取存储器(RAM)13、硬盘驱动器(HDD)14、南桥15、热传感器16、微型计算机17、冷却风扇模块18等等。
此外，南桥15配备有电源管理器(PM)150，它用于管理系统电源。微型计算机17配备有脉宽调制(PWM)控制信号发生器170，它用于可变地控制冷却风扇的转速。
热传感器16检测随来自例如CPU10、HDD14等处的热量而变化的计算机内部温度，并将表示被测温度的信号输出到南桥15内的PM150。微型计算机17内的PWM控制信号发生器170生成适合于被测温度的PWM控制信号并将生成的PWM控制信号输出到冷却风扇模块18。
响应于PWM控制信号，冷却风扇模块18执行操作，以便经过多个分级的速度提高或降低冷却风扇的转速。如图2所示，冷却风扇模块18包括马达驱动装置180、马达181和冷却风扇182。
马达驱动装置180向马达181施加对应于从PWM控制信号发生器170输出的PWM控制信号的驱动电压，从而冷却风扇182可以响应于该驱动电压以预定转速旋转。当热传感器16检测到的内部温度相对较高时，PWM控制信号发生器170生成PWM控制信号以便以高速旋转冷却风扇182。另一方面，当热传感器16检测到的内部温度相对较低时，PWM控制信号发生器170生成一PWM控制信号以便以较低速度旋转冷却风扇182。
PWM控制信号发生器170可以使用例如基于4位分辨率(bit resolution)的硬件，如图3所示。在这种情况中，有16个PWM控制信号(PWM模式0～15)，从而冷却风扇182的转速可以改变16级(0～15)。
此外，当冷却风扇182的最小和最大转速分别设定为“0”RPM(每分钟转数)和“4500”RPM时，相邻级之间冷却风扇182的转速差变成“300”RPM。假定降低计算机内部温度所必需的冷却风扇182的最佳转速是“3500”RPM，则PWM控制信号发生器170输出对应于“3600”RPM的PWM控制信号PWM模式12，该模式是最接近“3500”RPM的PWM模式。
如上所述，相关技术的计算机系统和方法具有各种缺点。例如，冷却风扇182根据PWM控制信号PWM模式12以“3600”RPM旋转，因为它是图3所示的PWM模式中最接近“3500”RPM的模式。在这种情况中，冷却风扇182不必要地旋转了额外的“100”RPM，从而浪费了电能。在笔记本计算机的情况下，由于不必要的旋转而减少了电池的可用时间。此外由于冷却风扇182的不必要的旋转，还会产生噪声。
为了解决上述问题，PWM控制信号生成器170可用使用基于更高预定位分辨率的硬件，例如基于8位分辨率的硬件。但是，基于8位分辨率的硬件的安装、控制和管理方面比基于4位分辨率的硬件更昂贵。在使用基于8位分辨率的硬件时，硬件的尺寸会增加并很难简化计算机系统。
上述参考内容结合在此作为参考，它适于附加或可选的细节、特点和/或技术背景的教导。
发明概述
本发明的目的在于解决至少上述问题和/或缺点并提供至少以下描述的优点。
本发明的另一个目的在于提供一种用于控制计算机系统中的装置的装置和方法，它可以输出多个控制信号和组合两个或更多的控制信号来控制所述装置。
本发明的另一个目的在于提供一种用于控制计算机系统中风扇驱动装置的装置和方法，它可以输出多个脉宽调制(PWM)控制信号和组合两个或更多PWM控制信号来可变地控制冷却风扇的转速。
本发明的另一个目的在于提供一种用于控制计算机系统中风扇驱动装置的装置和方法，它可以以预定的时间比输出多个脉宽调制(PWM)控制信号和可变地控制冷却风扇的转速。
本发明的另一个目的在于提供一种用于控制计算机系统中风扇驱动装置的装置和方法，它可以输出多个脉宽调制(PWM)控制信号和使用PWM控制信号的组合可变地控制冷却风扇的转速以便降低电能消耗同时降低计算机系统中的内部温度。
本发明的另一个目的在于提供一种用于控制计算机系统中风扇驱动装置的装置和方法，它可以输出基于N位分辨率的多个脉宽调制(PWM)控制信号并用大于N位的分辨率可变地控制冷却风扇的转速。
根据本发明的一个方面，为了整体或部分地实现至少上述目的和优点，提供了一种计算机系统，它包括被配置成调节计算机系统的内部温度的冷却风扇；脉宽调制(PWM)控制信号发生器，它被配置成根据计算机系统的内部温度控制冷却风扇的转速，其中所述PWM控制信号发生器被配置成产生第一分辨率的PWM控制信号；以及控制器，它被配置成控制PWM控制信号发生器以便输出不同第一分辨率PWM控制信号的组合。
根据本发明的一个方面，为了进一步整体或部分地实现至少上述目的和优点，提供了一种用于控制包含冷却风扇的计算机系统中的风扇驱动装置的装置，它包括脉宽调制(PWM)控制信号发生装置，它用于根据计算机系统的内部温度调节冷却风扇的转速，所述PWM控制信号发生装置产生对应于第一分辨率级的PWM控制信号；以及控制装置，它用于控制PWM控制信号发生装置，所述控制装置参考比第一分辨率高的第二分辨率的级的信息来控制PWM控制信号发生装置，从而以预定的时间比交替输出多个不同的PWM控制信号，所述不同的PWM控制信号对应于所述第一分辨率的级。
根据本发明的一个方面，为了进一步整体或部分地实现至少上述目的和优点，提供了一种控制计算机系统中风扇驱动装置的方法，它包括确定有关风扇的转速来控制计算机系统的内部温度；从第一分辨率PWM控制信号中选择对应于确定转速的至少两个第一分辨率PWM控制信号；以及输出所述至少两个第一分辨率PWM控制信号的组合以便控制所述转速。
根据本发明的一个方面，为了进一步整体或部分地实现至少上述目的和优点，提供了一种包括含用于操作计算机系统的指令的机器可读存储介质的制品，在被执行时所述指令使得计算机系统：识别比第一分辨率驱动模式高的第二分辨率驱动模式来为装置选择一个第二分辨率驱动模式，从第一分辨率驱动模式中选择与所选第二分辨率驱动模式有指定关系的两个第一分辨率驱动模式；以及根据所选第二分辨率驱动模式以预定时间比输出对应于所选两个第一分辨率驱动模式的控制信号。
本发明的其它优点、目的和特点将部分在以下描述中阐述，且部分将通过对以下内容的审阅或通过本发明的实施使本技术领域内普通的技术人员了解。可以如所附权利要求书中所指出地实现和获得本发明的目的和优点。
附图概述
将参考附图详细描述本发明，其中相同标号表示相同元件，其中：
图1是示出相关技术计算机系统的结构的框图；
图2是示出用于控制相关技术计算机系统中的风扇驱动装置的装置的部分结构的框图；
图3是示出从基于4位分辨率的相关技术PWM控制信号发生器输出的实例性脉宽调制(PWM)模式和风扇驱动速度的列表；
图4是示出根据本发明用于控制计算机系统中风扇驱动装置的装置的较佳实施例的部分结构的框图；
图5是示出根据本发明与基于8位分辨率的256级以及对应于该256级的风扇转速相关联的实例性信息的列表；
图6是示出根据本发明用于控制计算机系统中风扇驱动装置的方法的较佳实施例的流程图；
图7是示出根据本发明实施例的计算机系统中可变输出的实例性PWM控制信号的时序图；
图8和9是示出风扇驱动马达的转速和电源之间关系的图表；以及
图10是示出根据本发明较佳实施例由计算机系统中风扇驱动装置控制方法交替输出的PWM控制信号(PWM模式)和马达的实际转速的图表。
具体实施方式
用于控制风扇驱动装置的装置和方法实施例可以应用到各种计算机系统中，诸如笔记本计算机、个人计算机等等。根据本发明用于控制风扇速度的装置和方法实施例可以应用到由图1部件配置成的便携式计算机中，并将采用图1的计算机系统中示出的部件来进行描述。例如，计算机系统中的微型计算机17可以由图4中示出的脉宽调制(PWM)控制信号发生器170的硬件(H/W)和PWM控制器171的软件(S/W)构成。但是，本发明不限于此。
如图4所示，PWM控制信号发生器170的硬件可以产生N位分辨率的PWM控制信号(例如，16个级0～15处的PWM模式0～15)，例如是参考图3描述的4位分辨率。较佳地，PWM控制器171的软件管理8位分辨率的256级和对应于该256级的冷却风扇转速信息，该信息例如存储为图5所示的列表中的实例性信息(例如，虚拟信息)。
在该虚拟信息中，与级0关联的冷却风扇的较低或最小转速可以设定为“0”RPM(每分钟转数)。与对应于4位分辨率的级15的8位分辨率的级240相关联的冷却风扇转速可以设定为“4500”RPM。在这种情况中，8位分辨率的级之间的冷却风扇转速差可以精确地设定为“18.75”RPM，且对应于级255的较高或最大转速可以设定为“4781.25”RPM。但是，本发明不限于此。例如，最小级无需设定为0 RPM，且可以用非线性关系限定级之间的间隔。
图6是示出根据本发明用于控制计算机系统中风扇驱动装置的方法实施例的流程图。如图6所示，该方法可以应用于图4所示的装置中并将用图4所示的装置进行描述。但是本发明不限于此。
如图6所示，在过程开始后，PWM控制器171可以根据热传感器检测到的计算机内部温度来确定冷却风扇降低计算机内部温度必要的所需或最佳转速(例如，RPM)或确定的转速(块S10)。例如，假定最佳转速为“3500”RPM，从虚拟信息中检索到“A＝3506.25RPM”作为图5的8位分辨率级的RPM值中最接近(例如，优选高于)3500RPM的RPM值(块S11)。
在PWM控制器171确定级187与“A＝3506.25RPM”链接后，PWM控制器171可以检索到对应于实际可应用于PWM控制信号控制器170中的4位分辨率(例如，N位分辨率)级的RPM值中最接近“A＝3506.25RPM”的两个RPM值“B＝3300RPM”和“C＝3600RPM”(块S12)。
对应于“B＝3300RPM”和“C＝3600RPM”的级(例如，两个PWM模式)被分别被确定为4位分辨率的级11和级12，或分别被确定为8位分辨率的级176和级192。优选根据8位分辨率计算级187和级176之间的级差以及级192和级187之间的级差。
根据级差的计算，级187和级176之间的级差是“11”而级187和级192之间的级差是“5”。根据计算出的级差，可以计算出交替输出对应于8位分辨率的级176和级192的4位分辨率的级11的PWM控制信号PWM模式11和级12的PWM模式12所需的时间。交替输出PWM控制信号PWM模式11和PWM模式12所需的时间优选与8位分辨率的级187和级176以及级187和级192之间的级差成反比。可以计算出，可变地输出PWM控制信号PWM模式11和PWM模式12所需的时间之比为“5∶11”。在将远小于对应于冷却风扇响应速度的周期的间隔(例如“1msec”)设定为输出每个模式所需时间的基本单位时，就可以确定输出两个所选PWM模式所需的时间。例如，输出PWM控制信号PWM模式11所需的时间，例如T_B，为5×1msec＝5msec，而输出PWM控制信号PWM模式12所需的时间，例如T_C，是11×1msec＝11msec(块S13)。
但是，本发明不限于此。例如，可使用交替计算来确定从所选RPM起较低分辨率(例如，4位)的两个或多个PWM模式或非相邻PWM模式的绝对和/或相对时间。
PWM控制器171可以控制PWM控制信号发生器170，例如如图7所示，从而对应于“B＝3300RPM”的PWM控制信号PWM模式11可以输出为T_B 5msec(块S14和S15)，且对应于“C＝3600RPM”的PWM控制信号PWM模式12可以输出T_C 11msec(块S16和S17)。因此，一个周期可以是“T_B+T_C＝16msec”，且优选在一个周期期间交替输出PWM控制信号PWM模式11和PWM模式12(块S14到S17)。
因此，在上述实例中，对应于“3300”RPM的PWM控制信号被输入冷却风扇模块18达5msec，而对应于“3600”RPM的PWM控制信号被输入冷却风扇模块18达11msec。16msec内输入对应于“3300”RPM和“3600”RPM的PWM控制信号的效果基本等效于在16msec内输入对应于“3506.25”RPM的PWM控制信号的效果。因此，虽然使用低分辨率(例如，4位分辨率)的PWM控制信号发生器，却可以获得较高分辨率(例如，8位分辨率)的PWM控制信号发生器的操作效果。
在随着计算机内部温度的升高或降低使得冷却风扇的转速必需改变到“3500”RPM之外的另一个RPM值时，PWM控制器171可以重新或重复地进行上述块S10到S17。当冷却风扇的转速无需改变时，可以仅重复执行上述块S14到S17(块S19)。可以连续执行上述操作直到系统处于关闭状态(块S18)。
由于风扇马达的响应速度相对较慢，如图8中实例性地示出的，所以当施加到风扇马达上的电源处于关闭状态时风扇马达不会立即停止。相反，由惯性力缓慢地降低风扇马达的速度。此外，尽管可以如图10所示交替地输入不同模式的PWM控制信号，但因为风扇马达不能立即响应于16msec周期内变化的输入，风扇马达的驱动速度几乎是恒定的并可以被稳定地调节。
如图9所示，风扇马达的功率消耗随着风扇马达的驱动速度增加而增加。因此，如果可以适当和精确地控制风扇的驱动速度就可以降低或避免不必要的功率消耗。
如上所述，针对计算机系统的冷却风扇描述根据本发明的实施例。但是，本发明不限于此。例如，根据本发明的实施例可以应用到计算机系统的其它装置，例如但不限于显示器的显示灯或其驱动机构(例如，变换器)。
可以在计算机系统中设置的至少一个存储介质中存储基于模块或例程格式的各种软件或固件层，包括应用程序、操作系统模块、装置驱动器、BIOS模块和中断处理机。可应用的存储介质可以包括硬盘驱动器、光盘(CD)或数字通用光盘(DVD)、软盘、非易失性存储器、系统存储器等。存储介质中存储的模块、例程或其它层包括用于在执行时使可转换计算机系统执行编程的动作的指令。
软件和固件层可以通过各种方式中的一种方式加载在系统上。例如，代码段可以存储在软盘、CD或DVD光盘或硬盘上，或者通过网络接口卡、调制解调器或其它接口装置传输的代码段可以加载到系统上并可以由相应的软件或固件层执行。在加载或传输过程中，载体(通过电话线、网线、无线电链路、电缆等)所承载的代码段和数据信号可以发送到系统。
如上所述，用于控制计算机系统的装置的装置和方法实施例具有各种优点。根据本发明的实施例可以提供一种用于在计算机系统中控制风扇驱动装置的装置和方法，它可以用硬件的给定分辨率精确和可变地控制冷却风扇的转速而实现基本等效于使用基于高于该给定分辨率的分辨率的装置控制和风扇驱动装置的效果。此外，根据本发明的实施例可以有效地简化物理结构，并可以避免不必要的功率消耗。
前述实施例和优点仅仅是实例性的并不构成本发明的限定。该说明易于应用到其它类型的装置中。本发明的描述仅仅是说明性的，而不限制权利要求书的范围。对于本技术领域内的熟练技术人员，许多可选方案、修改和变化是显而易见的。在权利要求书中，装置加功能短语旨在覆盖执行所述功能时这里描述的结构且不仅是结构等效物还是等效结构。

Claims (29)

1.一种计算机系统，其特征在于，它包括：
冷却风扇，被配置成调节计算机系统的内部温度；
脉宽调制(PWM)控制信号发生器，被配置成根据计算机系统的内部温度控制冷却风扇的转速，其中所述PWM控制信号发生器被配置成产生第一分辨率的PWM控制信号；以及
控制器，被配置成控制PWM控制信号发生器以便输出不同第一分辨率PWM控制信号的组合。
2.如权利要求1所述的计算机系统，其特征在于，在风扇的单个驱动周期内输出所述不同第一分辨率PWM控制信号的组合。
3.如权利要求2所述的计算机系统，其特征在于，所述驱动周期是16毫秒。
4.如权利要求1所述的计算机系统，其特征在于，所述不同第一分辨率PWM控制信号的组合是采用预定时间比的交替连续的第一分辨率PWM控制信号。
5.如权利要求1所述的计算机系统，其特征在于，所述PWM控制信号生成器由硬件配置成，且其中所述控制器由软件配置成。
6.如权利要求1所述的计算机系统，其特征在于，所述控制器选择对应于冷却风扇的所选转速的一个第二分辨率PWM控制信号，其中所述第二分辨率控制信号的分辨率高于第一分辨率PWM控制信号的分辨率，且其中不同第一分辨率PWM控制信号的组合接近所选的第二分辨率信号。
7.如权利要求6所述的计算机系统，其特征在于，交替输出所述不同第一分辨率PWM控制信号的组合且它们每一个都被选作具有一定转速的两个第一分辨率PWM信号，所述一定转速最接近对应于所选第二分辨率PWM控制信号的相应冷却风扇转速。
8.如权利要求7所述的计算机系统，其特征在于，根据按级差计算出的预定时间比交替输出所述相应的两个第一分辨率PWM控制信号，其中所述级差是对应于所选两个第一分辨率级的两个第二分辨率级与所选一个第二分辨率级之间的级差，所述级差是根据第二分辨率级计算出的。
9.如权利要求8所述的计算机系统，其特征在于，所述预定时间比与计算出的级差的倒数成比例。
10.如权利要求1所述的计算机系统，其特征在于，交替输出第一分辨率的所述多个不同PWM控制信号的周期比对应于冷却风扇的响应速度的周期短。
11.一种用于控制包含冷却风扇的计算机系统中的风扇驱动装置的装置，其特征在于，包括：
脉宽调制(PWM)控制信号发生装置，它用于根据计算机系统的内部温度调节冷却风扇的转速，所述PWM控制信号发生装产生对应于第一分辨率级的PWM控制信号；以及
控制装置，它用于控制PWM控制信号发生装置，所述控制装置参考比第一分辨率高的第二分辨率的级的信息来控制PWM控制信号发生装置，从而以预定的时间比交替输出多个不同的PWM控制信号，所述不同的PWM控制信号对应于所述第一分辨率的级。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述PWM控制信号生成装置由硬件配置成，而所述控制装置由软件配置成。
13.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述控制装置从第二分辨率级的信息中选择对应于冷却风扇的所选转速的一个级，参考所选级的信息，并控制PWM控制信号生成装置。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，选择交替输出其PWM控制信号的所述级作为第一分辨率的两个级，这两个级的转速最接近对应于所选一个第二分辨率级的冷却风扇转速。
15.如权利要求14所示的装置，其特征在于，根据基于级差计算出的预定时间比交替输出所述对应于所选两个第一分辨率级的PWM控制信号，其中所述级差是对应于所选两个第一分辨率级的两个第二分辨率级与所选一个第二分辨率级之间的级差，所述级差是根据第二分辨率级计算出的。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述预定时间比与计算出的级差的倒数成比例。
17.如权利要求11所述的装置，其特征在于，交替输出第一分辨率的所述多个不同PWM控制信号的周期比对应于冷却风扇的响应速度的周期短。
18.一种控制计算机系统中风扇驱动装置的方法，其特征在于，包括：
确定有关冷却风扇的转速来控制计算机系统的内部温度；
从第一分辨率PWM控制信号中选择对应于确定转速的至少两个第一分辨率PWM控制信号；以及
输出所述至少两个第一分辨率PWM控制信号的组合以便控制所述转速。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，识别对应于确定冷却风扇转速的第二较高分辨率PWM控制信号，其中所述确定转速是第二分辨率级的信息中最接近冷却风扇的所需转速的信息。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，以预定的时间比输出所述至少两个第一分辨率PWM控制信号，其中预定时间比是根据级差计算出的，该级差是对应于所选两个第一分辨率级的两个第二分辨率级与具有预定转速的第二分辨率级之间的级差，所述级差是基于第二分辨率的级计算出的。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述预定时间比与所述计算出的级差的倒数成比例的。
22.如权利要求18所述的方法，其特征在于，交替输出所述至少两个第一分辨率PWM信号的周期比对应于冷却风扇的响应速度的周期短。
23.一种包括含有用于操作计算机系统的指令的机器可读存储介质的制品，在被执行时所述指令使得计算机系统：
识别比第一分辨率驱动模式高的第二分辨率驱动模式来为装置选择一个第二分辨率驱动模式，
从第一分辨率驱动模式中选择与所选第二分辨率驱动模式有指定关系的两个第一分辨率驱动模式；以及
根据所选第二分辨率驱动模式以预定时间比输出对应于所选两个第一分辨率驱动模式的控制信号。
24.如权利要求23所述的制品，其特征在于，所述第一和第二驱动模式对应于PWM控制信号而所述装置是冷却风扇。
25.如权利要求23所述的制品，其特征在于，所述装置是冷却风扇，其中所述驱动模式对应于冷却风扇的转速，且其中冷却风扇的指定转速对应于所选第二分辨率驱动模式。
26.如权利要求25所述的制品，其特征在于，所述预定时间比是基于级差计算出的，其中所述级差是对应于所选两个第一分辨率驱动模式的两个第二分辨率驱动模式级与具有确定转速的第二分辨率级之间的级差，所述级差是基于所述第二分辨率级计算出的。
27.如权利要求26所述的制品，其特征在于，所述预定时间比与计算出的级差的倒数成比例。
28.如权利要求23所述的制品，其特征在于，交替输出对应于所选两个级的PWM控制信号的周期比对应于冷却风扇的响应速度的周期短一预定比率。
29.如权利要求23所述的制品，其特征在于，所述装置是显示器的照明灯。
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