CN2612983Y

CN2612983Y - 计算机cpu多变量控温装置

Info

Publication number: CN2612983Y
Application number: CN 02285807
Authority: CN
Inventors: 刘晓松; 李波
Original assignee: Lenovo Beijing Ltd
Current assignee: Lenovo Beijing Ltd
Priority date: 2002-11-18
Filing date: 2002-11-18
Publication date: 2004-04-21
Anticipated expiration: 2012-11-18

Abstract

一种计算机CPU多变量控温装置，该装置至少包括温度传感器、控制电路和风扇，温度传感器的输出端与控制电路相连，控制电路的输出端与风扇相连，所述的温度传感器为一个以上，分别布设在发热体和风扇上，传感器的输出端将一个以上测量信号输入控制电路的输入端。本实用新型与原有的温控装置相比较，可以在传统温控的基础上实现更低的转速，以降低噪音；同时，还可以多点控制转速，使风扇转速控制的更加准确。

Description

计算机CPU多变量控温装置

技术领域

本实用新型涉及一种控温装置，尤其是一种计算机CPU多变量控温装置,属于电子技术领域。

背景技术

传统的散热方式通常是当发热功率为P的发热体运行起来之后，其产生热量通过与发热体表面接触的散热装置进行传导，再由风扇带动周围的冷空气，冷空气的温度为Ta，与散热装置的鳍片进行对流换热，并将热量带走，使发热体表面温度为Tc，其结构示意图如图1所示。

此时，发热体表面温度Tc，发热体的发热功率为P，冷空气的温度为Ta。那么由传热学可以推导出热阻的概念，热阻R＝(Tc-Ta)/P，热阻就表示一个散热器件的散热能力，即发热体功率上升1W造成的冷却流体温度Ta与发热体表面温度Tc的温差。通常可将散热器件基本分为两部分：散热基体和风扇，当散热基体的形状、材质等物理性质不改变，风扇转速基本不变时，整个散热器件的热阻值R就不变。

而温控就是要改变风扇的转速，从而改变散热器件的散热能力。一般而言，当风扇转速r升高时，散热器件整体的散热能力增强，但噪音增大，热阻R减小；当风扇转速r下降时，散热器件整体的散热能力减弱，但噪音减小，热阻R增大。热阻R随风扇转速r的变化曲线如图2所示。

Tc通常是发热体表面的温度，由于发热体不能太热，因此总会给出最大的可承受的发热体表面温度Tcmax。因此，可以对照公式R＝(Tc-Ta)/P来看，由于Tc＜Tcmax时都为安全状态，因此以Tc＝Tcmax来进行温控设计。如果想进行温控，即改变R，有两种办法，一是以冷却流体的温度Ta为参考量，另一是以发热体功率P为参考量。

当以Ta为参考量时，R＝(Tcmax-Ta)/P，式中Tcmax为定值，令P为定值，就可以作出一条R和Ta的曲线，该曲线如图3所示。

当Ta增加时，R值减小。对应的物理意义为：当冷却流体温度Ta增加时，散热器件仍然能保持Tc为Tcmax，其R值较小，即散热能力强；当Ta减小时，R值增加。对应的物理意义为：当冷却流体温度Ta减小时，散热器件能保持Tc为Tcmax，其R值较大，即散热能力弱。也就是说当冷却发热体用的流体温度Ta不高时，可以增加热阻，即降低转速；当冷却发热体用的流体温度Ta较高时，可以减小热阻，即增加转速。

传统方法中，通常以发热体外部的热传感器装置来探测冷却流体温度，从而控制转速，来达到温控的目的。

当以P为参考量时，R＝(Tcmax-Ta)/P，式中Tcmax为定值，令Ta为定值，就可以作出一条R和P的曲线，该曲线如图4所示。P增加，R值减小。对应的物理意义为：当发热体功率P增加时，散热器件仍然能保持Tc为Tcmax，其R值较小，即散热能力强；P减小，R值增加。对应的物理意义为：当发热体功率P减小时，散热器件能保持Tc为Tcmax，其R值较大，即散热能力弱。也就是说当发热体自身的功率P不高时，可以增加热阻，即降低转速；当发热体自身的功率P较高时，可以减小热阻，即增加转速。

传统方法中，通常以在发热体内部的热传感器装置来探测发热体温度，从而控制转速，来达到温控的目的。

上述两种现有技术方案存在着如下的缺点：

对于以Ta为变量的温控方案中，发热体表面温度Tc＝Tcmax(温控设计的基本要求)，并令P＝Pmax来进行方案设计；而同理，以P为参考量时，需要令Ta＝Tamax才能进行设计。

但是在实际的应用中，通常Ta和P不会有哪个值持续在最大值，如在电脑系统中，对于CPU的温控方案中，冷却流体温度Ta通常不会达到设计最高冷却流体温度Tamax，而在大多数软件操作时，不能使CPU满负荷工作及不能达到Pmax。可是无论以Ta或P为参考量进行温控设计，都必须令另外一个变量为最大值，也就是以Ta为参考量设计温控时，需令P＝Pmax；同理可论证以P为参考量的情况。以图5为例，以Ta作为变量，当Ta从高温到低温进行温控时，由于其工作温度已经达到下限，因此，不能够再通过降低Ta的方法来降低转速。但是，在截至点S往上到最高点H，都是以功率为最大功率Pmax而设计的。如果希望转速继续下降，从而得到更小的噪音，就必须固定Ta为最低的Ta，转换为以P为参考量进行温控设计。

因此传统的温控方案都是以单一变量进行温控设计，并假定另外的变量为最大值。这样必然造成只能做成从最高点H到截止点S间的温控曲线，无法将温控曲线做到最低点L。在进行温度控制时，无法进一步降低风扇转速r。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种计算机CPU多变量控温装置，综合考虑两个温控参考变量，利用其同时作用控温，从而达到在满足散热的前提下，实现更低的风扇转速，达到更低的噪音。

本实用新型的目的是通过如下技术方案实现的：

一种计算机CPU多变量控温装置，该装置至少包括温度传感器、控制电路和风扇，温度传感器的输出端与控制电路相连，控制电路的输出端与风扇相连，所述的温度传感器为一个以上，分别布设在发热体和风扇上，温度传感器的输出端将测量信号输入控制电路的输入端。

控制电路包括输入电路和控制芯片，输入电路的输入端与温度传感器相连，输入电路的输出端与控制芯片的输入端连接，控制芯片的输出端与风扇相连。

输入电路为三极管放大电路，输入电路的输入端为三极管的基极，三极管的发射极与控制芯片的输入端相连。

控制电路的输出端与寄存器和风扇驱动电路相连，风扇驱动电路的输出端与电扇的输入端相连。

寄存器为可以单独使用的EEPROM(电可擦除只读存储器)或者主板BIOS或者非易失性存储器。温度传感器为热敏电阻或者热敏片。

综上所述，本实用新型具有如下优点：与原有的温控装置相比较，可以在传统温控的基础上实现更低的转速，以降低噪音；同时，还可以多点控制转速，使风扇转速控制的更加准确。

附图说明

图1为现有技术控温装置结构示意图；

图2为现有技术热阻R随风扇转速r变化曲线；

图3为现有技术热阻R随冷却流体温度Ta变化曲线；

图4为现有技术热阻R随发热体功率P变化曲线；

图5为现有技术冷却流体温度Ta与风扇转速r关系曲线；

图6为本实用新型发热体功率P与冷却流体温度Ta关系图；

图7为本实用新型计算机CPU多变量控温装置结构示意图；

图8为本实用新型计算机CPU多变量控温装置控温电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案进行详细地说明。

如图7所示，为本实用新型计算机CPU多变量控温装置结构示意图，由图中可知，发热体2上固设有温度传感器5，用于测量发热体2表面的温度Tc；同时，在发热体2的上方，固设有散热器8，其上方为风扇9，在风扇9上设有温度传感器4，用于测量由风扇9吸入的外界的冷空气，冷空气的温度为Ta。

如图8所示，为本实用新型计算机CPU多变量控温装置控温电路图。由图中可知，控制电路包括输入电路和控制芯片7，输入电路的输入端与温度传感器相连，输出端与控制芯片7的输入端连接，控制芯片的输出端与风扇9相连。

输入电路为三极管放大电路，由温度传感器4和5分别采集的冷空气温度Ta和发热体2表面温度Tc，输入电路的输入端为三极管的基极，三极管的发射极与控制芯片的输入端相连，代表温度Ta的电压或电流值通过电阻1、三极管3和电阻12的放大输入到控制芯片7；同样地，发热体2表面温度Tc通过电阻6、三极管13和电阻11的放大输入到控制芯片7，控制芯片7根据此两个电压值产生对应占空比的PWM控制信号，并输出。此PWM信号可以输入到PWM风扇(PWM风扇为成熟产品)中，就可以用此PWM控制信号来控制转速，从而实现对多变量输入对风扇的温度控制。

如图7所示，控制芯片7还可以将数据存储在寄存器14中，风扇的驱动电路可以从寄存器14中读取数据并输出给风扇控制系统15，对风扇控温。寄存器14为可以单独使用的EEPROM(电可擦除只读存储器)或者主板BIOS或者非易失性存储器。温度传感器4和5为热敏电阻或者热敏片。

本实用新型控温装置的具体控温原理如下所述，当该控温装置处于工作状态时，在发热体内部内置温度传感系统，感测到发热体表面温度Tc，当Tc＜Tcmax时，一定的Tc会对应一定的发热体功率P值，也就是说P和Tc存在确定的换算关系。在散热装置的风扇内安装温度传感系统，感测冷却流体温度Ta。对于一个散热器件，建立一张对应表，表中的两个参考量分别为Ta和P(Tc)，如图6所示，为本实用新型发热体功率P与冷却流体温度Ta关系图。P1和Ta1对应R1，P2和Ta2对应R2，由此P和Ta对应相应的热阻R值，R即对应相应的转速r。在工作时散热器件上的温度传感器感测Ta，发热体内部的传感器件感测Tc，对应Tc为相应的P，测量P和Ta值后在表格中找到相应的转速值r，调节风扇转速，使其等于r值。

以电脑散热系统为例，可在电脑中央处理器(发热体)中内置温度传感系统，测试中央处理器内部的温度Tc；在中央处理器的散热器(散热器件)内装置温度传感系统，测试冷却空气温度Ta；在主板上设计一个寄存器(也可以直接利用BIOS当作寄存器)，寄存器内存放相应的Tc(都小于发热体最大可承受温度Tc)和Ta所对应的散热装置风扇转速r(参考下表)，由各个点的Ta温度和Tc温度可以唯一的确定转速r。

	冷却空气温度Ta	CPU表面温度Tc	风扇转速r
	冷却空气温度Ta	CPU表面温度Tc	风扇转速r	数据	Ta温度1	Tc温度1	转速r1
……	……	……			Ta温度1	Tc温度1	转速r1
……	……	……	……		……	……
Ta温度n	Tc温度n	转速rn	……		……	……

主要是利用冷却流体温度(Ta)和被冷却物体表面温度(Tc)这两个变量同时起作用进行温控，根据此两个参数进行温控系统的调节及温控策略的实施。

首先由两个温度传感器分别感测冷空气(冷却流体)温度Ta和发热体表面温度Tc，当Tc＜Tcmax时，Tc既可以对应发热体的功率。

两传感器感测的温度信号传给寄存器，寄存器根据这两个值决定一个唯一的转速值。

寄存器将此数据传递给风扇供电及转速控制系统。

风扇供电及转速控制系统根据此信号对风扇转速进行控制。

从而，此系统实现了双变量控制转速的功能。转速控制系统可以使用改变风扇供电电压的方法，也可以采用改变电流的方法，或者其他可以改变转速的方法。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims

1、一种计算机CPU多变量控温装置，该装置至少包括温度传感器、控制电路和风扇，温度传感器的输出端与控制电路相连，控制电路的输出端与风扇相连，其特征在于：所述的温度传感器为一个以上，分别布设在发热体和风扇上，温度传感器的输出端将测量信号输入控制电路的输入端。

2、根据权利要求1所述的计算机CPU多变量控温装置，其特征在于：所述的控制电路包括输入电路和控制芯片，输入电路的输入端与温度传感器相连，输入电路的输出端与控制芯片的输入端连接，控制芯片的输出端与风扇相连。

3、根据权利要求2所述的计算机CPU多变量控温装置，其特征在于：所述的输入电路为三极管放大电路，输入电路的输入端为三极管的基极，三极管的发射极与控制芯片的输入端相连。

4、根据权利要求1或2所述的计算机CPU多变量控温装置，其特征在于：所述的控制电路的输出端与寄存器和风扇驱动电路相连，风扇驱动电路的输出端与电扇的输入端相连。

5、根据权利要求4所述的计算机CPU多变量控温装置，其特征在于：所述的寄存器为可以单独使用的EEPROM(电可擦除只读存储器)或者主板BIOS或者非易失性存储器。

6、根据权利要求1所述的计算机CPU多变量控温装置，其特征在于：所述的温度传感器为热敏电阻或者热敏片。