CN1869851A - 一种cpu风扇的转速控制装置 - Google Patents

Abstract

一种CPU风扇的转速控制装置，包括：分压单元和电压调整单元；其中：所述分压单元用于对参考电压进行分压以向电压调整单元输出逐级变化的分电压；所述电压调整单元为由电压调整电路与分压电阻组成的分压电路，该分压电路对电源电压进行分压，其分压点向CPU风扇供电端输出电压，以控制CPU风扇的转速；所述电压调整电路用于接收CPU温度传感器输出的电压信号，并与分压单元输出的逐级分电压进行比较，按照不同的比较结果调整该电压调整电路的电阻值，以控制电压调整单元的分压点输出不同的电压值。本发明可以提高根据CPU温度对CPU风扇进行转速控制的精度，同时降低对计算机资源的浪费。

Description

一种CPU风扇的转速控制装置

技术领域

本发明涉及计算机散热技术，尤其涉及一种根据中央处理器(CPU)的温度对CPU风扇的转速进行控制的装置。

背景技术

计算机中最重要的发热源为CPU。随着CPU处理速度的不断提高，其产生的热量也随之升高。目前通常的CPU功耗高达130W，其表面温度可以达到100度以上。由于热量的增加会影响到CPU的稳定性，因此，目前普遍采用风扇对CPU进行散热。并且，为了尽量减小噪音，目前的风扇可以根据CPU的温度进行转速调整，使得在CPU高温时，风扇以高速转动，而在CPU低温时，风扇以低速转动，从而减小噪音。

图1为现有技术中根据CPU温度对CPU风扇的转速进行控制的方案结构图。如图1所示，CPU的温度是通过CPU内部热感(THERMAL)二极管，即温度二极管，反馈出来的，通过正负两端输出一个电压值。THERMAL二极管为一个CPU温度传感器，其两端输出的不同电压值分别对应不同CPU温度。图2为THERMAL二极管两端电压值与CPU温度的关系图。如图2所示，CPU温度越高，THERMAL二极管两端电压值越低。THERMAL二极管两端的电压信号输入到输入输出芯片(SUPER I/O)中；该电压信号经过SUPER I/O内部的模数信号转换器(ADC)转换成数字信号；该数据信号再输入到BIOS中；BIOS中预先存储不同数字信号范围与温度值的对应关系，以及温度值与电压占空比取值的对应关系；BIOS根据输入的数字信号查找其对应的温度值，再根据温度值查找对应的电压占空比取值，将查找到的电压占空比的值输入到SUPERI/O芯片中的输出电压占空比单元；输出电压占空比单元根据输入的电压占空比的值向场效应管电路输出对应取值的电压占空比信号。场效应管电路用于调整电源电压，根据所述电压占空比信号调整场效应管的上管和下管的导通频率，向CPU风扇输出不同的电压值，因此可以控制CPU风扇的转速。

但是，上述现有技术存在如下缺点：

1、控制精确度不高。因为不同厂商的SUPER I/O芯片存在设计差异，SUPER I/O可能在读取CPU温度值时存在精度差异，再加上CPU输出的反映温度的电压值首先转换成数字信号，再转换成温度值，再转化为占空比信号，利用占空比信号控制风扇的电压，因此信号转换次数多，误差增大，进一步降低了控制精度。

2、在控制方式执行过程中需要BIOS程序支持，由于不同的CPU存在功耗区别，因此其温度与其THERMAL二极管两端电压的比值也不同，因此对于不同的CPU，需要BIOS存储不同的THERMAL二极管两端电压值与CPU温度值的对应关系；这样导致每换一个CPU，为了避免控制错误，BIOS中的数据都必须对应修改，从而造成修改的BIOS过多，造成资源的浪费。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种CPU风扇的转速控制装置，以提高根据CPU温度对CPU风扇进行转速控制的精度，同时降低对计算机资源的浪费。

为了实现上述目的，本发明的主要技术方案如下：

一种CPU风扇的转速控制装置，该装置包括：分压单元和电压调整单元；其中：所述分压单元用于对参考电压进行分压以向电压调整单元输出逐级变化的分电压；所述电压调整单元为由电压调整电路与分压电阻组成的分压电路，该分压电路对电源电压进行分压，其分压点向CPU风扇供电端输出电压，以控制CPU风扇的转速；所述电压调整电路用于接收CPU温度传感器输出的电压信号，并与分压单元输出的逐级分电压进行比较，按照不同的比较结果调整该电压调整电路的电阻值，以控制电压调整单元的分压点输出不同的电压值。

优选地，所述分压单元包括相互并联的多级分压支路，分别对所述参考电压进行分压，每级分压支路的分压点输出不同的电压值，且分压支路输出的电压值逐级变化。

所述不同的分压支路可由不同阻值的分压电阻串联组成，也可由不同的分压二极管串联组成。

所述电压调整电路包括多级电压调整支路，逐级接收分压电路中对应级别的分压支路输出的分电压；每级电压调整支路包括比较器、开关器件和电阻；所述比较器的两个输入端分别接收所述分压支路输出的分电压和CPU温度传感器输出的电压，输出端与开关器件的控制端连接；所述开关器件与电阻串联，电阻的一端接地，且下一级电压调整支路的串联电路与上一级电压调整支路的电阻组成并联电路，最高级电压调整电路的开关器件与所述电压调整单元的分压电阻连接，连接点为分压点；每一级电压调整支路的开关器件根据比较器输出的信号进行导通或关断，以改变整个电压调整支路的电阻，在所述电压调整单元的分压点输出不同的电压。

所述比较器的正极输入端接收所述分压支路输出的分电压，负极输入端接收所述CPU温度传感器输出的电压；比较器的正极输入端电压大于负极输入端电压时，输出高电平信号，比较器的正极输入端电压小于负极输入端电压时，输出低电平信号。

所述分压单元中分压支路输出的分电压随分压支路级别上升而降低，且在电压调整单元中电压调整支路的级别越低，其所接收分压单元的分压值越高。

所述比较器的负极输入端与输出端之间串联用于进行限流的电阻。

所述电压调整电路的开关器件为三极管，且该三极管的基极与所述比较器的输出端连接。

所述电压调整电路的开关器件也可为场效应管，且该场效应管的栅极与所述比较器的输出端连接。

由于本发明利用由简单电路组成的分压单元和电压调整单元将CPU温度传感器输出的电压值作为直接的参考信号对CPU风扇的电压进行控制，进而根据CPU温度控制CPU风扇的转速，即随着温度升高使CPU风扇转速升高，因此本发明减少了CPU温度传感器输出电压信号的转换次数，降低误差，提高了根据CPU温度对CPU风扇转速进行控制的精度。

另外，由于本发明所述的装置由简单电路组成，不需要SUPER I/O和BIOS程序的参与，节省了计算机的资源，降低了计算机的成本。

附图说明

图1为现有技术中根据CPU温度对CPU风扇的转速进行控制的方案结构图；

图2为THERMAL二极管两端电压值与CPU温度的关系图；

图3为本发明所述CPU风扇的转速控制装置的结构框图；

图4为本发明所述CPU风扇的转速控制装置的一种实施电路图；

图5为上述实施例的对CPU风扇转速的控制效果图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明进行说明。

图3为本发明所述CPU风扇的转速控制装置的结构框图。如图3所示，该风扇的转速控制装置包括：分压单元和电压调整单元。其中：

分压单元包括多级分压支路，用于对参考电压进行分压以向电压调整单元输出逐级变化的分电压。分压支路的具体数量与CPU风扇转速的控制级别对应，如果CPU风扇的转速级别为3，则有3级分压电路。每一路分压电路所分出的电压是不同的。作为公知技术，分压电路的具体组成可以有多种方式，例如，可以利用两个电阻串联组成，两个电阻的连接点为分压点；也可以有两个串联的二极管组成，两个二极管的连接点为分压点。各条分压电路的分压点输出电压到所述电压调整电路中。

电压调整单元为由电压调整电路与分压电阻组成的分压电路，该分压电路对电源电压进行分压，其分压点向CPU风扇供电端输出电压，以控制CPU风扇的转速；所述电压调整电路用于接收CPU温度传感器输出的电压信号，并与分压单元输出的逐级分电压进行比较，按照不同的比较结果调整该电压调整电路的电阻值，以控制电压调整单元的分压点输出不同的电压值。

图4为本发明所述CPU风扇的转速控制装置的一种实施电路图。如图4所示，在该实施方案中，电压调整电路采用3级分压支路和电压调整支路组成，可控制CPU风扇以3种不同的转速转动。如果需要控制CPU风扇以更多种转速转动，则可以按照图4所示电路，增加类似的多级分压支路和电压调整支路即可。

如图4所示，本实施例将THERMAL二极管D1的负极通过电阻R1接地，将THERMAL二极管D1的正极输出到比较器Q1、Q2、Q3的负极输入端中，比较器Q1、Q2、Q3的正极输入端分别接入由电阻R2和R3、R4和R5、R6和R7对参考电压分压后的电压值，此处的参考电压可以设为1V。电阻R2、R3组成第一级分压支路，电阻R4、R5组成第二级分压支路，电阻R6、R7组成第三级分压支路，这三个分压支路组成分压单元。其中电阻R2、R3之间的分电压最大，电阻R4、R5之间的分电压次之，电阻R6、R7之间的分电压最小。比较器Q1、Q2、Q3的输出端分别与三极管U1、U2、U3的基极连接。电阻R8、R9、R10分别为比较器Q1、Q2、Q3的反馈电阻，用于限流。比较器Q1、Q2、Q3，三极管U1、U2、U3和电阻R12、R13、R14、R15、R16组成电压调整电路。其中：比较器Q1、三极管U1与R16组成第一级电压调整支路，三极管U1与电阻R16串联，R16一端接地；比较器Q2、三极管U2与电阻R14、R15组成第二级电压调整支路，三极管U2与电阻R14、R15串联，R15一端接地；比较器Q3、三极管U3与电阻R12、R13组成第三级电压调整支路，三极管U3与电阻R12、R13串联，R13一端接地。第一级电压调整支路中三极管U1、电阻R16组成的串联电路与第二级电压调整支路中的电阻R15并联；第二级电压调整支路中三极管U2、电阻R14、R15组成的串联电路与第三级电压调整支路中的电阻R13并联；第三级电压调整支路中三极管U3、电阻R12和R13组成的串连电路再与R11串连组成分压电路，以对12V电源进行分压，该分压电路的分压点输出电压给CPU风扇供电端。第一、第二、第三电压调整支路组成电压调整电路，电压调整电路和分压电阻R11组成电压调整单元。

当CPU运行时，CPU内部的THERMAL二极管D1，随着温度的升高而输出不同的电压。在CPU温度较低时，THERMAL二极管D1输出的电压较高，比较器Q1、Q2、Q3的负极与正极的电压均进行比较，负极的电压都大于正极电压，此时比较器Q1、Q2、Q3输出为低电平，三极管U1、U2、U3均导通，此时，三个级别的电压调整支路均导通工作，CPU风扇的供电电压为第一、第二、第三级电压调整支路所调整的电压，即R11、R12、R13、R14、R15、R16等电阻串联并联后对12V分压得出的电压，该电压相对较低，因此CPU风扇以相对的低速运转。

如果CPU发热量加大，此时THERMAL二极管D1之间的电压随之降低，此时如果该THERMAL二极管D1的电压低于比较器Q1的正极电压并高于比较器Q2、Q3的正极电压时，此时比较器Q1输出高电平，比较器Q2、Q3输出低电平，因此三极管U1截止，三极管U2、U3导通，此时第一级电压调整支路失效，CPU风扇的供电电压为第二、第三级电压调整支路所调整的电压，即R11、R12、R13、R14、R15串并联后对12V分压得到的电压，此时CPU风扇供电电压升高，CPU风扇的转速随之升高。

如果CPU发热量继续加大，THERMAL二极管D1之间的电压进一步降低，如果该THERMAL二极管D1的电压低于比较器Q1、Q2的正极电压并高于比较器Q3的正极电压时，则比较器Q1、Q2输出高电平，比较器Q3输出低电平，因此三极管U1、U2截止，三极管U3导通，此时第一、第二级电压调整支路失效，CPU风扇的供电电压为第三级电压调整支路所调整的电压，即R11、R12、R13串并联后对12V分压得到的电压，此时CPU风扇供电电压继续升高，CPU风扇的转速随之升高。

如果THERMAL二极管D1之间的电压降到很低，比较器Q1、Q2、Q3负极的电压小于正极电压，此时比较器Q1、Q2、Q3输出为高电平，三极管U1、U2、U3全部截止，此时第一、第二、第三级电压调整支路都失效，CPU风扇的供电电压为12V电压，CPU风扇转速最高。

上述实施例只公开了三级电压调整支路，依据上述实施例公开的方案，也可再相应地增加多级分压支路和电压调整支路，可实现对于多种不同CPU温度，对应控制CPU风扇的多种级别的转速。

上述的三极管U1、U2、U3也可以用场效应管代替，且所述比较器的输出端与场效应管的栅极连接。所述的分压电路也可以由二极管分压电路来代替。

图5为上述实施例的对CPU风扇转速的控制效果图。如图5所示，CPU温度二极管电压值随温度升高而降低，而CPU风扇转速随CPU温度二极管电压值降低而逐级升高，因此使得CPU风扇的转速随着温度的升高而逐级升高，因此本发明同样可以达到良好的降温目的。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1、一种CPU风扇的转速控制装置，其特征在于，该装置包括：分压单元和电压调整单元；其中：所述分压单元用于对参考电压进行分压以向电压调整单元输出逐级变化的分电压；所述电压调整单元为由电压调整电路与分压电阻组成的分压电路，该分压电路对电源电压进行分压，其分压点向CPU风扇供电端输出电压，以控制CPU风扇的转速；所述电压调整电路用于接收CPU温度传感器输出的电压信号，并与分压单元输出的逐级分电压进行比较，按照不同的比较结果调整该电压调整电路的电阻值，以控制电压调整单元的分压点输出不同的电压值。

2、根据权利要求1所述的CPU风扇的转速控制装置，其特征在于，所述分压单元包括相互并联的多级分压支路，分别对所述参考电压进行分压，每级分压支路的分压点输出不同的电压值，且分压支路输出的电压值逐级变化。

3、根据权利要求2所述的CPU风扇的转速控制装置，其特征在于，所述不同的分压支路由不同阻值的分压电阻串联组成。

4、根据权利要求2所述的CPU风扇的转速控制装置，其特征在于，所述不同的分压支路由不同的分压二极管串联组成。

5、根据权利要求2所述的CPU风扇的转速控制装置，其特征在于，所述电压调整电路包括多级电压调整支路，逐级接收分压电路中对应级别的分压支路输出的分电压；每级电压调整支路包括比较器、开关器件和电阻；所述比较器的两个输入端分别接收所述分压支路输出的分电压和CPU温度传感器输出的电压，输出端与开关器件的控制端连接；所述开关器件与电阻串联，电阻的一端接地，且下一级电压调整支路的串联电路与上一级电压调整支路的电阻组成并联电路，最高级电压调整电路的开关器件与所述电压调整单元的分压电阻连接，连接点为分压点；每一级电压调整支路的开关器件根据比较器输出的信号进行导通或关断，以改变整个电压调整支路的电阻，在所述电压调整单元的分压点输出不同的电压。

6、根据权利要求5所述的CPU风扇的转速控制装置，其特征在于，所述比较器的正极输入端接收所述分压支路输出的分电压，负极输入端接收所述CPU温度传感器输出的电压；比较器的正极输入端电压大于负极输入端电压时，输出高电平信号，比较器的正极输入端电压小于负极输入端电压时，输出低电平信号。

7、根据权利要求6所述的CPU风扇的转速控制装置，其特征在于，所述分压单元中分压支路输出的分电压随分压支路级别上升而降低，且在电压调整单元中电压调整支路的级别越低，其所接收分压单元的分压值越高。

8、根据权利要求5所述的CPU风扇的转速控制装置，其特征在于，所述比较器的负极输入端与输出端之间串联用于进行限流的电阻。

9、根据权利要求5所述的CPU风扇的转速控制装置，其特征在于，所述电压调整电路的开关器件为三极管，且该三极管的基极与所述比较器的输出端连接。

10、根据权利要求5所述的CPU风扇的转速控制装置，其特征在于，所述电压调整电路的开关器件为场效应管，且该场效应管的栅极与所述比较器的输出端连接。

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