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Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung richtet sich im Allgemeinen auf ein Gerät und ein
Verfahren zur Wärmeableitung und
im Besonderen auf ein Gerät
und ein Verfahren zur Auto-Detektion
und Steuerung von Lüftern.
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Hintergrund der Erfindung
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Aufgrund
neuester technologischer Entwicklungen haben sich Arbeitsfrequenz
und Stromverbrauch von Prozessoren, Speicherkarten und anderen Komponenten
in elektronischen Vorrichtungen, wie z. B. Computern, erhöht. Deshalb
kann sich als Nebeneffekt des normalen Betriebs ebenfalls die Menge
an von diesen Komponenten produzierter Wärme erhöht haben. Um eine mögliche Überhitzung solcher
Komponenten, die zu Betriebsstörungen
und Schäden
an den elektronischen Vorrichtungen führen kann, zu verhindern, müssen die
Temperaturen dieser Komponenten üblicherweise überwacht
und durch Ableitung von durch diese Komponenten erzeugter Wärme in einem
vernünftigen
Bereich gehalten werden, d. h. die Komponenten müssen gekühlt werden. Ableitung von durch
diese Komponenten erzeugter Wärme
kann ebenfalls die Betriebssicherheit dieser Komponenten erhöhen.
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Techniken
zur Wärmeableitung
für elektronische
Vorrichtungen können
die Verwendung von Kühlkörpern und
Lüftern
zur Kühlung
der Luft einschließen.
So können
zum Beispiel Kühlkörper verwendet
werden, um thermische Energie von der zu kühlenden Komponente/den zu kühlenden
Komponenten an die kühlere
Umgebungsluft abzugeben. Ein Kühlkörper kann
eine metallene Struktur mit flachen Oberflächen umfassen, damit ein guter
thermaler Kontakt mit der zu kühlenden
Komponente/den zu kühlenden
Komponenten gewährleistet
ist. Allerdings sind Kühlkörper für manche
elektronische Vorrichtungen nicht ausreichend.
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Als
eine Alternative kann ein Lüfter
in die elektronische Vorrichtung eingebaut werden, damit um die
zu kühlende(n)
Komponente(n) herum Luftbewegungen erzeugt werden. Eine schnellere
Geschwindigkeit des Lüfters
kann zu einer höheren Kühlleistung
führen,
da der Lüfter
schneller erwärmte Luft
von der zu kühlenden
Komponente/den zu kühlenden
Komponenten ableiten und diesen kühlere Luft zuleiten kann. Der
Lüfter
kann auch in Kombination mit Kühlkörpern verwendet
werden, um die Kühlleistung
weiter zu verbessern. Es gibt verschieden Typen von Lüftern und
verschiedene Möglichkeiten diese
zu steuern. So gehören
zum Beispiel 3-Draht Gleichstrom(DC)-Lüfter und 4-Draht Pulsweitenmodulation(PWM)-Lüfter zu
den beliebten Lüftern,
die zur Ableitung von Wärme
von Komponenten in elektronischen Vorrichtungen, wie beispielsweise
Computern, verwendet werden können.
Ein 4-Draht PWM-Lüfter
kann einen internen Pullup-Widerstand einschließen oder auch nicht. Der 4-Draht
PWM-Lüfter
mit einem internen Pullup-Widerstand entspricht der Beschreibung
für Intel® 4-Draht
PWM-Lüfter.
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1 zeigt
eine Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle 102 für einen
herkömmlichen
3-Draht DC-Lüfter 104.
Die Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle 102 verfügt über einen
Erdungsanschluss 106, einen Spannungssteuerungsanschluss 108,
und einen Tachometeranschluss 110. Bei dem Spannungssteuerungsanschluss 108 handelt
es sich um ein Eingabeterminal und bei dem Tachometeranschluss 110 handelt
es sich um ein Ausgabeterminal, das ein Tachometersignal, das eine
zu der Betriebsgeschwindigkeit des 3-Draht DC-Lüfters 104 proportionale
Frequenz aufweist, sendet. Die Geschwindigkeit des 3-Draht DC-Lüfters 104 kann
durch einen Parameter „Drehzahl” (revolutions
per minute; RPM) beschrieben werden. Deshalb zeigt das Tachometersignal
die Geschwindigkeit oder Drehzahl des 3-Draht DC-Lüfters 104 an
und kann zur Regelung der Geschwindigkeit des 3-Draht DC-Lüfters 104 verwendet
werden. Durch Ändern
einer auf den Spannungssteuerungsanschluss 108 angelegten
Spannung des 3-Draht DC-Lüfters 104 kann
die Geschwindigkeit des 3-Draht DC-Lüfters 104 gesteuert
werden. Wird zum Beispiel der 3-Draht DC-Lüfter 104 so angepasst, dass
er eine maximale Eingabespannung von 12 V aufweist, so kann die
auf den Spannungssteuerungsanschluss 108 während des
Betriebs des Lüfters
angelegte Spannung von 4 V bis 12 V variieren. Die Betriebsgeschwindigkeit
des 3-Draht DC-Lüfters 104 variiert
generell in direkter Beziehung zu der Größe der auf den Spannungssteuerungsanschluss 108 angelegten
Spannung.
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2 zeigt
eine Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle 202 für einen
herkömmlichen
4-Draht PWM-Lüfter 204.
Bei dem 4-Draht PWM-Lüfter 204 kann
es sich entweder um einen 4-Draht PWM-Lüfter mit einem internen Pullup-Widerstand
oder um einen 4-Draht
PWM-Lüfter
ohne einen internen Pullup-Widerstand handeln. Der 4-Draht PWM-Lüfter 204 weist einen
Erdungsanschluss 206, einen Stromanschluss 208,
einen Tachometeranschluss 210 und einen PWM-Steuerungsanschluss 212 auf.
Bei dem Stromanschluss 208 und dem PWM-Steuerungsanschluss 212 handelt
es sich üblicherweise
um Eingabeterminals und bei dem Tachometeranschluss 210 handelt
es sich um ein Ausgabeterminal, das ein Tachometersignal, das eine
zu der Betriebsgeschwindigkeit des 4-Draht PWM-Lüfters 204 proportionale Frequenz
aufweist, sendet. Deshalb zeigt das Tachometersignal die Geschwindigkeit
oder die Drehzahl des 4-Draht PWM-Lüfters 204 an und kann
zur Regelung der Geschwindigkeit des 4-Draht DC-Lüfters 204 verwendet
werden.
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Die
Geschwindigkeit des 4-Draht PWM-Lüfters 204 kann durch Ändern eines
Werts des Tastgrads eines an den PWM-Steuerungsanschluss 212 gesandten
Signals, d. h. des PWM-Steuersignals, gesteuert werden. Zum Beispiel
kann ein PWM- Steuersignal
mit einem 50%-igen Tastgrad den 4-Draht PWM-Lüfter 204 so steuern,
dass dieser mit 50% der Höchstgeschwindigkeit
des Lüfters
arbeitet. Gleichermaßen
kann ein PWM-Steuersignal mit einem 80%-igen Tastgrad den 4-Draht
PWM-Lüfter 204 so steuern,
dass dieser mit 80% der Höchstgeschwindigkeit
des Lüfters
arbeitet. Mit anderen Worten wird mit der Erhöhung oder Reduzierung des Werts
des Tastgrads des PWM-Steuersignals auch die Betriebsgeschwindigkeit
des 4-Draht PWM-Lüfters 204 entsprechend
erhöht
oder reduziert.
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Typischerweise
wird eine elektronische Vorrichtung so ausgestaltet, dass sie einen
bestimmten Lüftertyp
unterstützt.
Deshalb kann es erforderlich sein, dass ein Benutzer der elektronischen
Vorrichtung einen spezifischen Lüfter
für die
elektronische Vorrichtung auswählt,
was für
einen Benutzer, der die technischen Details des Lüfters der
elektronischen Vorrichtung nicht kennt, nachteilig sein kann. Muss beispielsweise
ein Benutzer des Computers einen Lüfter für den Computer auswählen, kann
es sein, dass der Benutzer zunächst
die Hauptplatine des Computers überprüfen muss,
damit festgestellt werden kann, welcher Lüftertyp von der Hauptplatine
unterstützt
wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß der Erfindung
wird ein Gerät
für das Detektieren
eines Lüftertyps
und für
das Steuern des Lüfters
vorgesehen, wobei der Lüfter
im Betrieb ein Tachometersignal sendet, das die Geschwindigkeit des
Lüfters
anzeigt und wobei das Gerät
Folgendes umfasst: einen Generator von Gleichstrom (DC) zum Verbinden
des Lüfters
und so konfiguriert, dass der Lüfter
mit einer ersten Spannung versorgt wird; einen Widerstand zur Bereitstellung
einer für
den Lüftertyp spezifischen
gemessenen Spannung, während
der Gleichstromgenerator die erste Spannung bereitstellt, wobei
der Widerstand mit einer Referenzspannung verbunden ist; und zur
Erstellung einer Verbindung mit einem Anschluss zur Steuerung der
Pulsweitenmodulation (PWM); eine Eingabe-Beurteilungs-Komponente,
die mit dem Widerstand verbunden ist, um die gemessene Spannung
zu erhalten, wobei die Eingabe-Beurteilungs-Komponente so konfiguriert
ist, dass sie basierend auf der gemessenen Spannung bestimmt, ob
es sich bei dem Lüfter um
einen 4-Draht PWM-Lüfter
mit einem internen Pullup-Widerstand
handelt und so, dass sie ein Beurteilungssignal, das die Bestimmung
anzeigt, sendet; einen PWM-Generator, der mit der Eingabe-Beurteilungs-Komponente
verbunden ist, um das Beurteilungssignal zu erhalten, wobei der
PWM-Generator so konfiguriert ist, dass er, wenn das Beurteilungssignal
anzeigt, dass es sich bei dem Lüfter
um den 4-Draht PWM-Lüfter
mit einem internen Pullup-Widerstand handelt, dem Lüfter ein
PWM-Steuersignal sendet, um den Lüfter zu steuern; und einen
Tachometer, der mit dem Gleichstromgenerator und dem PWM-Generator
verbunden ist, wobei der Tachometer so konfiguriert ist, dass er
das Tachometersignal empfängt,
um eine Veränderung
bei der Geschwindigkeit des Lüfters
zu detektieren.
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Ebenfalls
gemäß der Erfindung
wird ein Schaltkreis für
das Detektieren eines Lüftertyps
und für
das Steuern des Lüfters
vorgesehen, wobei der Lüfter
im Betrieb ein Tachometersignal sendet, das die Geschwindigkeit
des Lüfters
anzeigt und wobei der Schaltkreis Folgendes umfasst: einen integrierten
Schaltkreis auf einem Substrat, wobei der integrierte Schaltkreis
Folgendes umfasst: einen Generator von Gleichstrom (DC) zum Verbinden
des Lüfters
und so konfiguriert, dass der Lüfter
mit einer ersten Spannung versorgt wird; einen Widerstand zur Bereitstellung
einer für
den Lüftertyp
spezifischen gemessenen Spannung, während der Gleichstromgenerator
die erste Spannung bereitstellt, wobei der Widerstand mit einer
Referenzspannung verbunden ist; und zur Erstellung einer Verbindung
mit einem Anschluss zur Steuerung der Pulsweitenmodulation (PWM);
eine Eingabe-Beurteilungs-Komponente, die mit dem Widerstand verbunden
ist, um die gemessene Spannung zu erhalten, wobei die Eingabe-Beurteilungs-Komponente
so konfiguriert ist, dass sie basierend auf der gemessenen Spannung
bestimmt, ob es sich bei dem Lüfter
um einen 4-Draht PWM-Lüfter mit
einem internen Pullup-Widerstand handelt; und so, dass sie ein Beurteilungssignal,
das die Bestimmung angibt, sendet; einen PWM-Generator, der mit der
Eingabe-Beurteilungs-Komponente verbunden ist, um das Beurteilungssignal
zu erhalten, wobei der PWM-Generator so konfiguriert ist, dass er,
wenn das Beurteilungssignal anzeigt, dass es sich bei dem Lüfter um
den 4-Draht PWM-Lüfter
mit einem internen Pullup-Widerstand handelt, dem Lüfter ein PWM-Steuersignal
sendet, um den Lüfter
zu steuern; und einen Tachometer, der mit dem Gleichstromgenerator
und dem PWM-Generator verbunden ist, wobei der Tachometer so konfiguriert
ist, dass er das Tachometersignal empfängt, um eine Veränderung
bei der Geschwindigkeit des Lüfters
zu detektieren.
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Des
Weiteren ist gemäß der Erfindung
ein Verfahren für
das Detektieren eines Lüftertyps
vorgesehen, wobei der Lüfter
während
des Betriebs ein Tachometersignal, das die Geschwindigkeit des Lüfters anzeigt,
sendet und wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Versorgen des
Lüfters
mit einer ersten Gleichspannung (DC); und Messen einer für den Lüftertyp
spezifischen Spannung während
der Lüfter
die erste Gleichspannung empfängt,
um zu bestimmen, ob es sich bei dem Lüfter um einen 4-Draht Pulsweitenmodulation(PWM)-Lüfter mit
einem internen Pullup-Widerstand handelt.
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Es
ist anzumerken, dass sowohl die vorangehende allgemeine Beschreibung
als auch die folgende detaillierte Beschreibung lediglich als Beispiele
und zur Verdeutlichung dienen und keinerlei Einschränkung der
Erfindung wie beansprucht darstellen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
begleitenden Zeichnungen, die in diese Anmeldung inkorporiert sind
und einen Teil dieser Anmeldung darstellen, veranschaulichen Ausführungsformen
der Erfindung und dienen gemeinsam mit der Beschreibung dazu, die
Grundlagen der Erfindung zu erläutern.
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1 zeigt
eine Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle eines herkömmlichen 3-Draht DC-Lüfters.
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2 zeigt
eine Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle eines herkömmlichen 4-Draht PWM-Lüfters.
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3A zeigt
ein Gerät
zur Autodetektion und Steuerung von Lüftern gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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3B zeigt
ein Flussdiagramm eines Verfahrens für ein Gerät zur Durchführung der
Autodetektion und Steuerung von Lüftern gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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4A und 4B zeigen
einen integrierten Schaltkreis zur Autodetektion und Steuerung von Lüftern gemäß einem
Ausführungsbeispiel.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im
Folgenden wird nun detailliert auf Ausführungsbeispiele Bezug genommen,
wobei Beispiele derselben in den begleitenden Zeichnungen veranschaulicht
sind. Die folgende Beschreibung bezieht sich auf die begleitenden
Zeichnungen, in denen, sofern nicht anderweitig angegeben, dieselben
Ziffern in unterschiedlichen Zeichnungen dieselben oder ähnliche
Elemente darstellen. Die in der folgenden Beschreibung dargestellten
Umsetzungen von mit der vorliegenden Erfindung übereinstimmenden Ausführungsbeispielen
stellen nicht sämtliche
mit der beanspruchten Erfindung übereinstimmende
Umsetzungen dar. Stattdessen sind sie lediglich Beispiele für Systeme
und Verfahren, die mit Aspekten der Erfindung, wie in den Ansprüchen wiedergegeben, übereinstimmen.
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In
mit der vorliegenden Erfindung übereinstimmenden
Ausführungsformen
ist ein Gerät
für das automatische
Detektieren eines Lüftertyps
und für das
geeignete Steuern des Lüfters
gemäß dem Lüftertyp
vorgesehen. Eine solche automatische Detektion wird hierin auch
mit ”auto-detektieren” oder ”Auto-Detektion” bezeichnet.
Das Gerät
kann in eine elektronische Vorrichtung, wie z. B. einen Computer, eingebaut
sein und verschiedene Lüftertypen,
wie z. B. einen 3-Draht DC-Lüfter
oder einen 4-Draht PWM-Lüfter, die
dazu verwendet werden, durch Komponenten der elektronischen Vorrichtung
erzeugte Wärme
abzuleiten, auto-detektieren. Das Gerät stellt eine Schnittstelle
bereit, damit die elektronische Vorrichtung mit den verschiedenen
Lüftertypen verbunden
wird und dadurch die Entwicklungszeiten und -kosten der elektronischen
Vorrichtung reduziert und die Benutzerfreundlichkeit bei der Verwendung der
elektronischen Vorrichtungen weiter verbessert werden kann.
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3A zeigt
ein Gerät 300 zur
Autodetektion und Steuerung von Lüftern gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Das Gerät 300 kann
beispielsweise mit einem nicht dargestellten Lüfter verbunden sein, der zur
Ableitung der durch eine Komponente einer elektronischen Vorrichtung
D0 erzeugten Wärme, d. h. zur Kühlung der
Komponente, wie z. B. einem Computerprozessor, verwendet wird. Bei
dem Lüfter kann
es sich um einen beliebigen von verschiedenen Typen handeln, wie
einen 3-Draht DC-Lüfter, einen 4-Draht
PWM-Lüfter
mit einem internen Pullup-Widerstand oder einen 4-Draht PWM-Lüfter ohne
einen internen Pullup-Widerstand. Das Gerät 300 kann den Lüftertyp
auto-detektieren und den Lüfter
basierend auf der Temperatur der zu kühlenden Komponente auf verschiedene
Geschwindigkeiten steuern.
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Das
Gerät 300 schließt eine
Eingabe-Beurteilungs-Komponente 302, einen Gleichstromgenerator 304,
einen PWM-Generator 306 und einen Tachometer 308 ein.
Des Weiteren schließt
das Gerät 300 eine
Widerstand 310, der mit einem Referenzspannungs-Signal
verbunden ist, um eine für
den Lüftertyp
spezifische gemessene Spannung bereitzustellen und eine Output-Enable-Komponente 311,
die mit dem PWM-Generator 306 verbunden ist, ein. Während der
Auto-Detektion von Lüftern
wird die Eingabe-Beurteilungs-Komponente 302 so konfiguriert, dass
sie ein Eingabe-Beurteilungs-Signal SJ als
Antwort auf eingegebene gemessene Spannung bereitstellt. Der Gleichstromgenerator 304 ist
so eingestellt, dass eine Gleichspannung für den Betrieb des Lüfters ausgegeben
wird. Der PWM-Generator 306 ist so eingestellt, dass ein
PWM-Steuersignal mit einem bestimmten Tastgrad ausgegeben wird.
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Das
Gerät 300 schließt auch
drei Anschlusseinheiten ein: eine erste Anschlusseinheit DCFANOUT 312,
die mit dem Gleichstromgenerator 304 verbunden ist und
die Funktion eines Ausgabeterminals übernimmt; eine zweite Anschlusseinheit
FANIN 314, die mit dem Tachometer 308 verbunden
ist und die Funktion eines Eingabeterminals übernimmt; und eine dritte Anschlusseinheit
PWMFANOUT 316, die mit der Eingabe-Beurteilungs-Komponente 302 und dem
PWM-Generator 306 über
die Output-Enable-Komponente 311 verbunden ist. Die Output-Enable-Komponente 311 ist
so konfiguriert, dass sie eine Ausgabe des PWM-Steuersignals, das
von dem PWM-Generator 306 gesendet
wird, an der Anschlusseinheit PWMFANOUT 316 basierend auf
einem Output-Enable-Signal SEN, das von
der Eingabe-Beurteilungs-Komponente 302 empfangen wird, ermöglicht.
Die Anschlusseinheit PWMFANOUT 316 übernimmt die Funktion eines
Eingabe-/Ausgabeterminals. Während
der Inbetriebnahme des Systems wird zum Beispiel die Anschlusseinheit
PWMFANOUT 316 verbunden, damit die für den Lüftertyp spezifische gemessene
Spannung in der Eingabe-Beurteilungs-Komponente 302 eingegeben wird. Gleichermaßen ist
beispielsweise die Anschlusseinheit PWMFANOUT 316 basierend
auf einem Output-Enable-Signal SEN mit hohem
Spannungsniveau verbunden, damit ein PWM-Steuersignal, das von dem
PWM-Generator 306 über
die Output-Enable-Komponente 311 gesendet wird, ausgegeben wird.
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Des
Weiteren schließt
das Gerät 300 einen Stecker 318 ein,
damit der Lüfter
mit einer Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle versehen wird. Der Stecker 318 kann
vier Pins 320, 322, 324 und 326 aufweisen.
Der Pin 320 dient der Erdung oder der Verbindung mit dem
Referenzspannungs-Signal. Die Pins 322, 324 und 326 sind
jeweils mit der Anschlusseinheit DCFANOUT 312, der Anschlusseinheit
FANIN 314 und der Anschlusseinheit PWMFANOUT 316 verbunden. Über den
Pin 322 des Steckers 318 kann zum Beispiel die
Anschlusseinheit DCFANOUT 312, wenn es sich bei dem Lüfter um
einen 3-Draht DC-Lüfter
handelt, mit dem Spannungssteuerungsanschluss des Lüfters verbunden
werden, oder mit dem Stromanschluss des Lüfters, wenn es sich bei dem
Lüfter
um einen 4-Draht PWM-Lüfter handelt.
Des Weiteren kann zum Beispiel die Anschlusseinheit FANIN 314 über den
Pin 324 des Steckers 318 mit dem Tachometeranschluss
des Lüfters verbunden
werden. Ebenfalls kann zum Beispiel die Anschlusseinheit PWMFANOUT 316,
wenn es sich bei dem Lüfter
um einen 4-Draht PWM-Lüfter
handelt, über
den Pin 326 des Steckers 318 mit dem PWM-Steuerungsanschluss
des Lüfters
verbunden werden, oder nicht verbunden sein, wenn es sich bei dem
Lüfter
um einen 3-Draht DC-Lüfter
handelt. Deshalb kann der Stecker 318 eine Schnittstelle
darstellen, damit das Gerät 300 mit
verschiedenen Lüftertypen
verbunden werden kann.
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Die
Eingabe-Beurteilungs-Komponente 302 kann bestimmen, ob
es sich bei dem mit dem Gerät 300 verbundenen
Lüfter
um einen 4-Draht PWM-Lüfter
mit einem internen Pullup-Widerstand basierend auf der gemessenen,
in die Eingabe-Beurteilungs-Komponente 302 eingegebenen
Spannung handelt, aber sie kann nicht bestimmen, ob es sich bei
dem Lüfter
um einen 3-Draht DC-Lüfter
oder einen 4-Draht PWM-Lüfter
ohne einen internen Pullup-Widerstand handelt. Die Eingabe-Beurteilungs-Komponente 302 kann
zum Beispiel ein Großsignal
als das Eingabe-Beurteilungs-Signal
SJ ausgeben, wenn sie bestimmt, dass es
sich bei dem mit dem Gerät 300 verbundenen
Lüfter
um einen 4-Draht PWM-Lüfter
mit einem internen Pullup-Widerstand handelt. Ansonsten kann die
Eingabe-Beurteilungs-Komponente 302 ein Kleinsignal als
das Eingabe-Beurteilungs-Signal SJ ausgeben.
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Der
Gleichstromgenerator 304 und der PWM-Generator 306 sind
jeweils mit der Eingabe-Beurteilungs-Komponente 302 verbunden,
um das Eingabe-Beurteilungs-Signal
SJ zu erhalten. Der Tachometer 308 wird
mit dem Gleichstromgenerator 304 und dem PWM-Generator 306 verbunden,
um ein Vergleichssignal SC zu senden. Wie
oben erläutert
hat ein von dem gesteuerten Lüfter
ausgegebenes und am Pin 324 empfangenes Signal eine zu
der Betriebsgeschwindigkeit des Lüfters proportionale Frequenz.
Der Tachometer 308 kann basierend auf zwei sequentiell
von dem mit dem Gerät 300 verbundenen
Lüfter
empfangenen Werten des Tachometersignals bestimmen, ob es sich bei
dem Lüfter
um einen 3-Draht DC-Lüfter
oder einen 4-Draht PWM-Lüfter
ohne einen internen Pullup-Widerstand handelt und kann das Vergleichssignal
SC ausgeben, um das Ergebnis der Bestimmung
anzuzeigen. Zum Beispiel kann der Tachometer 308, wenn
bestimmt wird, dass es sich bei dem mit dem Gerät 300 verbundenen
Lüfter
um einen 4-Draht PWM-Lüfter
ohne einen internen Pullup-Widerstand handelt, ein Großsignal
als Vergleichssignal SC ausgeben. Ansonsten
kann der Tachometer 308 ein Kleinsignal als Vergleichssignal SC ausgeben, das anzeigt, dass es sich bei
dem Lüfter
um einen 3-Draht DC-Lüfter
handelt.
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3B zeigt
ein Flussdiagramm eines Verfahrens für ein Gerät 300 zur Durchführung von
Autodetektion und Steuerung von Lüftern gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Unter Bezugnahme auf 3A und 3B gibt
der Gleichstromgenerator 304 während der Inbetriebnahme des
Systems zunächst
eine erste oder anfängliche
Spannung aus, um den mit dem Gerät 300 verbundenen
Lüfter über die
Anschlusseinheit DCFANOUT 312 und den Pin 322 mit Strom
zu versorgen und die Anschlusseinheit PWMFANOUT 316 übernimmt
die Funktion eines Eingabeterminals (3B, Schritt 350).
Die erste Spannung kann zum Beispiel eine normale Betriebsspannung
eines 4-Draht PWM-Lüfters
sein, die einen Festwert in Höhe
von 12 V haben und annähernd eine
maximale Eingabespannung eines 3-Draht DC-Lüfters sein kann. Ebenfalls
kann die Eingabe-Beurteilungs-Komponente 302 zum Beispiel
das Output-Enable-Signal SEN mit niedrigem
Spannungsniveau an die Output-Enable-Komponente 311 senden.
Infolgedessen kann kein vom PWM-Generator 306 gesendetes
PWM-Steuersignal die Output-Enable-Komponente 311 passieren
und die Anschlusseinheit PWMFANOUT 316 übernimmt die Funktion eines
Eingabeterminals.
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Der
Lüfter
beginnt den Betrieb sobald er Strom vom Gleichstromgenerator 304 empfangen hat.
Die Eingabe-Beurteilungs-Komponente 302 kann dann die darin
eingegebene, gemessene Spannung an der Anschlusseinheit PWMFANOUT 316 empfangen
(Schritt 352). Handelt es sich zum Beispiel bei dem Lüfter um
einen 4-Draht PWM-Lüfter mit
einem internen Pullup-Widerstand, bilden der Widerstand 310,
die Anschlusseinheit PWMFANOUT 316 und der interne Pullup-Widerstand
des 4-Draht PWM-Lüfters einen
Strompfad und ein daraus resultierender Stromfluss führt zu einem
Spannungsabfall im Widerstand 310, der als hohes Spannungsniveau an
der Anschlusseinheit PWMFANOUT 316 gemessen wird. Ansonsten
wird an der Anschlusseinheit PWMFANOUT 316 ein niedriges
Spannungsniveau, das dem Referenzspannungssignal entspricht, gemessen.
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Wenn
die Eingabe-Beurteilungs-Komponente 302 eine eingegebenes
hohes Spannungsniveau misst, d. h. PWMFANOUT = 1, (Schritt 354),
kann die Eingabe-Beurteilungs-Komponente 302 bestimmen, dass
es sich bei dem Lüfter
um einen 4- Draht PWM-Lüfter mit
einem internen Pullup-Widerstand handelt (Schritt 356)
und ein Beurteilungssignal SJ, z. B. ein
Großsignal,
an den Gleichstromgenerator 304 und den PWM-Generator 306 ausgeben,
wobei das Signal die Detektion des 4-Draht PWM-Lüfters
mit einem internen Pullup-Widerstand anzeigt. Die Anschlusseinheit
PWMFANOUT 316 wird so geschaltet, dass sie die Funktion
eines Ausgabeterminals übernimmt
(Schritt 358). Die Eingabe-Beurteilungs-Komponente 302 kann
zum Beispiel das Output-Enable-Signal SEN mit
hohem Spannungsniveau an die Output-Enable-Komponente 311 senden.
Infolgedessen kann kein vom PWM-Generator 306 gesendetes PWM-Steuersignal
die Output-Enable-Komponente 311 passieren und an der Anschlusseinheit
PWMFANOUT 316 ausgegeben werden, so dass die Anschlusseinheit
PWMFANOUT 316 die Funktion eines Ausgabeterminals übernimmt.
Der detektierte 4-Draht PWM-Lüfter
mit einem internen Pullup-Widerstand kann dann durch das Gerät 300 gesteuert werden,
um mit verschiedenen Geschwindigkeiten zu arbeiten.
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Wenn
alternativ die Eingabe-Beurteilungs-Komponente 302 ein
eingegebenes niedriges Spannungsniveau misst, d. h. PWMFANOUT =
0, (Schritt 360), kann die Eingabe-Beurteilungs-Komponente 302 ein
anderes Beurteilungssignal SJ, z. B. ein
Kleinsignal, an den Gleichstromgenerator 304 und den PWM-Generator 306 ausgeben,
wobei das Signal anzeigt, dass weitere Lüfterdetektion erforderlich
ist. Die Anschlusseinheit PWMFANOUT 316 wird ebenfalls
so geschaltet, dass sie wie oben erläutert die Funktion eines Ausgabeterminals übernimmt (Schritt 362).
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Wenn
der Gleichstromgenerator 304 und der PWM-Generator 306 das
Beurteilungssignal SJ aus der Eingabe-Beurteilungs-Komponente 302 empfangen,
das anzeigt, dass weitere Lüfterdetektion
erforderlich ist, kann der Gleichstromgenerator 304 eine zweite
Spannung ausgeben, die zwar niedriger als die erste Spannung, aber
ausreichend hoch ist, um den durchgehenden Betrieb des Lüfters zu
bewirken und der PWM-Generator 306 kann ein PWM-Steuersignal
mit einem anfänglichen
Tastgrad (Schritt 364) ausgeben. In einer Ausführungsform
kann die zweite, durch den Gleichstromgenerator 304 ausgegebene Spannung
50% einer maximalen Eingabespannung eines 3-Draht DC-Lüfters, z.
B. 6 V, betragen und der anfängliche
Tastgrad des durch den PWM-Generator 306 ausgegebenen PWM-Steuersignals
kann 50% betragen. Typischerweise stellen 50% einer maximalen Eingabespannung
einen sicheren Arbeitspunkt für
einen 3-Draht DC-Lüfter
dar und 50% eines Tastgrads stellen einen sicheren Arbeitspunkt
für einen 4-Draht
PWM-Lüfter
ohne einen internen Pullup-Widerstand dar.
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Der
mit dem Gerät 300 verbundene
Lüfter empfängt die
zweite Spannung von dem Gleichstromgenerator 304 über die
Anschlusseinheit DCFANOUT 312 und den Pin 322.
Handelt es sich bei dem Lüfter
um einen 4-Draht PWM-Lüfter,
so empfängt
der Lüfter
auch das PWM-Steuersignal mit dem anfänglichen Tastgrad von dem PWM- Generator 306 über die
Anschlusseinheit PWMFANOUT 316 und den Pin 326.
Gemäß dem daraus
resultierenden Betrieb des Lüfters
gibt der Lüfter
ein erstes Tachometersignal, das eine erste Geschwindigkeit RPM1 des
Lüfters
basierend auf der zweiten Spannung anzeigt und eventuell das PWM-Steuersignal
mit dem anfänglichen
Tastgrad aus. Der Tachometer 308 empfängt das erste Tachometersignal über die
Anschlusseinheit FANIN 314 und den Pin 324 und
erfasst RPM1 (Schritt 366). Ist RPM1 gleich Null, so kann
der Tachometer 308 feststellen, dass der Lüfter nicht
in Betrieb ist. In einer Ausführungsform
kann das Gerät 300 der
elektronischen Vorrichtung D0 mitteilen,
dass der Lüfter
nicht in Betrieb ist und der Benutzer der elektronischen Vorrichtung
D0 kann eine Lüfter-Fehlermeldung erhalten.
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Ist
RPM1 nicht gleich 0, so sendet der Tachometer 308 einen
ersten Wert des Vergleichssignals SC an
den Gleichstromgenerator 304 und den PWM-Generator 306.
Nach Erhalt des ersten Wertes des Vergleichssignals SC von
dem Tachometer 308 gibt der Gleichstromgenerator 304 weiterhin
die zweite Spannung aus und der PWM-Generator 306 gibt ein PWM-Steuersignal
mit einem erhöhten
Tastgrad (Schritt 368) aus. In einer Ausführungsform kann
der erhöhte
Tastgrad des durch den PWM-Generator 306 ausgegebenen
PWM-Steuersignals 75% betragen.
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Der
mit dem Gerät 300 verbundene
Lüfter kann
das PWM-Steuersignal mit dem erhöhten
Tastgrad über
die Anschlusseinheit PWMFANOUT 316 und den Pin 326 empfangen,
wenn es sich bei dem Lüfter
um einen 4-Draht PWM-Lüfter
handelt. Gemäß dem daraus
resultierenden Betrieb des Lüfters
gibt der Lüfter
ein zweites Tachometersignal, das eine zweite Geschwindigkeit RPM2
des Lüfters
basierend auf der zweiten Spannung anzeigt und eventuell das PWM-Steuersignal
mit dem erhöhten
Tastgrad aus. Der Tachometer 308 empfängt das zweite Tachometersignal über die
Anschlusseinheit FANIN 314 und erfasst RPM2 als aktualisierte
Geschwindigkeit des Lüfters
(Schritt 370).
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Wie
oben angegeben kann die Geschwindigkeit eines 3-Draht DC-Lüfter durch Ändern der
Eingabespannung des 3-Draht DC-Lüfter
gesteuert werden, während
die Geschwindigkeit eines 4-Draht PWM-Lüfters durch Ändern des
Tastgrads des an den 4-Draht PWM-Lüfter gesandten PWM-Steuersignals
gesteuert werden kann. Deshalb kann der Tachometer 308 durch
Vergleichen von RPM1 und RPM2 (Schritt 372) bestimmen,
ob es sich bei dem Lüfter
um einen 3-Draht DC-Lüfter
oder um einen 4-Draht
PWM-Lüfter
ohne einen internen Pullup-Widerstand handelt. Ist zum Beispiel
RPM2 größer als RPM1,
was bedeutet, dass sich die Geschwindigkeit des Lüfters erhöht hat,
so bestimmt der Tachometer 308, dass es sich bei dem Lüfter um
einen 4-Draht PWM-Lüfter ohne
einen internen Pullup-Widerstand handelt (Schritt 374).
Ist RPM2 nicht größer als RPM1,
was bedeutet, dass sich die Geschwindigkeit des Lüfters nicht
erhöht
hat, so bestimmt der Tachometer 308, dass es sich bei dem
Lüfter
um einen 3-Draht DC-Lüfter
handelt (Schritt 376).
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Sobald
der Tachometer 308 bestimmt hat, ob es sich bei dem Lüfter um
einen 3-Draht DC-Lüfter oder
um einen 4-Draht PWM-Lüfter
ohne einen internen Pullup-Widerstand
handelt, sendet der Tachometer 308 einen zweiten Wert des
Vergleichssignals SC an den Gleichstromgenerator 304 und
an den PWM-Generator 306. Der Tachometer 308 kann
beispielweise den zweiten Wert des Vergleichssignals SC so
erzeugen, dass es sich bei diesem um ein Großsignal handelt, um die Detektion
des 4-Draht PWM-Lüfter
ohne einen internen Pullup-Widerstand anzuzeigen, oder so, dass
es sich bei diesem um ein Kleinsignal handelt, um die Detektion
des 3-Draht DC-Lüfters anzuzeigen.
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Nach
der Detektion des mit dem Gerät 300 verbundenen
Lüftertyps
können
der Gleichstromgenerator 304 und der PWM-Generator 306 auf
einen entsprechenden Arbeitsmodus eingestellt werden. Handelt es
sich bei dem Lüfter
beispielsweise um einen 4-Draht PWM-Lüfter mit oder ohne einen internen
Pullup-Widerstand, so kann der Gleichstromgenerator 304 eine
festgelegte Spannung, z. B. 12 V, oder die normale Betriebsspannung
des 4-Draht PWM-Lüfter über die
Anschlusseinheit DCFANOUT 312 und den Pin 322 an
den 4-Draht PWM-Lüfter ausgeben
und der PWM-Generator 306 kann ein PWM-Steuersignal mit
einem anpassbaren Tastgrad ausgeben, um die Geschwindigkeit des
Lüfters über die
Anschlusseinheit PWMFANOUT 316 und den Pin 326 zu
steuern (Schritt 378). Handelt es sich alternativ bei dem
Lüfter
um einen 3-Draht
DC-Lüfter,
kann der Gleichstromgenerator 304 eine anpassbare Spannung
zur Steuerung der Geschwindigkeit des Lüfters über die Anschlusseinheit DCFANOUT 312 und
den Pin 322 ausgeben und die Anschlusseinheit PWMFANOUT 316 kann
abgeschaltet werden (Schritt 380). Wird die Anschlusseinheit
PWMFANOUT 316 zum Beispiel abgeschaltet, so ist sie nicht verbunden
oder wird auf einem hohen Spannungsniveau gehalten.
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In
einer Ausführungsform
können
der Gleichstromgenerator 304 und der PWM-Generator 306 zusätzlich zu
dem von der Eingabe-Beurteilungs-Komponente 302 erhaltenen
Beurteilungssignal SJ und zu dem von dem
Tachometer 308 erhaltenen Vergleichssignal SC auch
ein Steuersignal S0 von einem Steuerkreislauf
(in 3A nicht dargestellt) erhalten. Das Steuersignal
So kann auf Basis der Temperatur der zu kühlenden Komponente erzeugt
werden und Daten einschließen,
die anzeigen, ob die Geschwindigkeit des mit dem Gerät 300 verbundenen
Lüfters reduziert
oder erhöht
werden muss. Auf Basis des Steuersignals So kann das Gerät 300 die
Geschwindigkeit des Lüfters
steuern, nachdem das Gerät 300 den
Lüftertyp
detektiert hat.
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Zum
Beispiel schließt
das Steuersignal S0 Daten ein, welche die
Notwendigkeit anzeigen, die Geschwindigkeit des Lüfters erhöhen und
wenn das Gerät 300 detektiert
hat, dass es sich bei dem Lüfter um
einen 3-Draht DC-Lüfter
handelt, kann der Gleichstromgenerator 304 eine erhöhte Spannung ausgeben,
um die Geschwindigkeit des 3-Draht DC-Lüfters zu erhöhen. Ebenso
kann der PWM-Generator 306 zum Beispiel, wenn das Steuersignal
S0 Daten, welche die Notwendigkeit anzeigen,
die Geschwindigkeit des Lüfters
erhöhen,
einschließt
und wenn das Gerät 300 detektiert
hat, dass es sich bei dem Lüfter
um den 4-Draht PWM-Lüfter
handelt, ein PWM-Steuersignal
mit einem erhöhten
Tastgrad ausgeben, um die Geschwindigkeit des 4-Draht PWM-Lüfters zu erhöhen.
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4A und 4B zeigen
einen integrierten Schaltkreis 400 zur Autodetektion und
Steuerung von Lüftern
gemäß einem
Ausführungsbeispiel.
Bei dem Schaltkreis 400 kann es sich zum Beispiel um einen
integrierten Schaltkreis auf einer Hauptplatine eines Computers
handeln und er kann mit einem Lüfter
verbunden sein, der durch eine Komponente des Computers, d. h. die
zu kühlenden
Komponente, wie z. B. dem Prozessor des Computers, erzeugte Wärme ableitet.
Bei dem Lüfter
kann es sich um einen beliebigen von mehreren verschiedenen Typen
handeln, wie einen 3-Draht DC-Lüfter, einen
4-Draht PWM-Lüfter
mit einem internen Pullup-Widerstand oder einen 4-Draht PWM-Lüfter ohne
einen internen Pullup-Widerstand. Der Schaltkreis 400 kann
den Lüftertyp
auto-detektieren und eine Geschwindigkeit des Lüfters basierend auf der Temperatur
der zu kühlenden
Komponente steuern.
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Der
integrierte Schaltkreis 400 kann eine Eingabe-Beurteilungs-Komponente 402,
einen Gleichstromgenerator 404, einen PWM-Generator 406,
einen Tachometer 408, einen Widerstand 410 und
einen Output-Enable-Komponente 411 einschließen, die
auf einem Substrat vorgesehen sind und wie zuvor mit Bezug auf jeweils
die Eingabe-Beurteilungs-Komponente 302,
den Gleichstromgenerator 304, den PWM-Generator 306,
den Tachometer 308, den Widerstand 310 und die
Output-Enable-Komponente 311 in 3A besprochen
agieren Die Eingabe-Beurteilungs-Komponente 402 kann eine
digitale Schaltkreisanordnung, eine analoge Schaltkreisanordnung
oder beides einschließen;
der Gleichstromgenerator 404 kann analoge Schaltkreisanordnung einschließen; der
PWM-Generator 406 kann digitale Schaltkreisanordnung oder
sowohl digitale als auch analoge Schaltkreisanordnung einschließen; und
der Tachometer 408 kann digitale Schaltkreisanordnung einschließen. Der
integrierte Schaltkreis 400 kann des Weiteren eine erste
Anschlusseinheit DCFANOUT 412, eine zweite Anschlusseinheit
FANIN 414 und eine dritte Anschlusseinheit PWMFANOUT 416 einschließen, die
jeweils ebenfalls wie zuvor mit Bezug auf die Anschlusseinheit DCFANOUT 312,
die Anschlusseinheit FANIN 314 und die Anschlusseinheit
PWMFANOUT 316 in 3A besprochen
agieren.
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In
mit der vorliegenden Erfindung übereinstimmenden
Ausführungsformen
kann ein Stecker 418 vorgesehen sein, der außerhalb
des integrierten Schaltkreises 400 liegt, um den mit dem
integrierten Schaltkreis 400 verbundenen Lüfter mit
einer Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle zu versehen. Der Stecker 418 kann
vier Pins 420, 422, 424 und 426 aufweisen. Der
Pin 420 dient der Erdung oder der Verbindung mit dem Referenzspannungssignal.
Die Pins 422, 424 und 426 sind jeweils
mit der Anschlusseinheit DCFANOUT 412, der Anschlusseinheit
FANIN 414 und der Anschlusseinheit PWMFANOUT 416 verbunden.
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Aufgrund
des Herstellungsverfahrens des integrierten Schaltkreises kann es
sein, dass der Gleichstromgenerator 404 und der PWM-Generator 406 keine
ausreichend hohe Spannung oder kein ausreichend großes Signal
ausgeben, um den mit dem integrierten Schaltkreis 400 verbundenen
Lüfter anzutreiben.
Der Gleichstromgenerator 404 kann zum Beispiel eine Spannung
im Bereich von 3–5
V ausgeben, während
der Lüfter
eine maximale Eingabespannung von 12 V aufweisen kann. Deshalb können eine
DC-Applikationsschaltung 430 und eine PWM-Applikationsschaltung 432 außerhalb
des integrierten Schaltkreises 400 vorgesehen sein, um
die von dem Gleichstromgenerator 404 und dem PWM-Generator 406 ausgegebenen
Signale zu verstärken.
Alternativ können
die DC-Applikationsschaltung 430 und die PWM-Applikationsschaltung 432 mit
der Eingabe-Beurteilungs-Komponente 402,
dem Gleichstromgenerator 404, dem PWM-Generator 406 und
dem Tachometer 408 auf demselben Substrat des integrierten
Schaltkreises 400 vorgesehen sein.
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In
einer Ausführungsform,
wie in 4A gezeigt, ist die Anschlusseinheit
DCFANOUT 412 mit dem Pin 422 des Steckers 418 über die
DC-Applikationsschaltung 430 verbunden.
Die Anschlusseinheit PWMFANOUT 416 ist mit dem Pin 426 des
Steckers 418 über
die PWM-Applikationsschaltung 432 verbunden. Die DC-Applikationsschaltung 430 ist
so konfiguriert, dass sie eine von dem Gleichstromgenerator 404 ausgegebene
Gleichspannung verstärkt, und
die PWM-Applikationsschaltung 432 ist
so konfiguriert, dass sie ein von dem PWM-Generator 406 ausgegebenes
PWM-Steuersignal verstärkt.
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In
einer weiteren Ausführungsform,
wie in 4B gezeigt, können die
DC-Applikationsschaltung 430 und
die PWM-Applikationsschaltung 432 mit der Eingabe-Beurteilungs-Komponente 402,
dem Gleichstromgenerator 404, dem PWM-Generator 406 und
dem Tachometer 408 auf demselben Substrat des integrierten
Schaltkreises 400 vorgesehen sein. Die Gleichsstrom-Applikationsschaltung 430 ist zwischen
den Gleichstromgenerator 404 und der Anschlusseinheit DCFANOUT 412 angeschlossen,
um die von dem Gleichstromgenerator 404 ausgegebene Gleichspannung
zu erhöhen
und die PWM-Applikationsschaltung 432 ist zwischen den
PWM-Generator 406 und der Anschlusseinheit PWMFANOUT 416 angeschlossen,
um das von dem PWM-Generator 406 ausgegebene
PWM-Steuersignal zu verstärken.
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Andere
Ausführungsformen
der Erfindung sind dem Fachmann durch Betrachtung der Beschreibung
und Umsetzung der hierin offenbarten Erfindung ersichtlich. Diese
Anmeldung soll alle Variationen, Verwendungen oder Anpassungen der
Erfindung gemäß den allgemeinen
Grundlagen derselben einschließen,
ebenso wie jene Abweichung von der vorliegenden Offenbarung, die
durch bekannte oder übliche
Praxis im Stand der Technik bedingt sind. Die Beschreibung und Beispiele
sollen lediglich Beispielcharakter haben, während der genaue Schutzumfang
und das Wesen der Erfindung durch die folgenden Ansprüche angezeigt
sind.
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Es
ist anzumerken, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die exakte
oben beschriebene und durch die begleitenden Zeichnungen veranschaulichte
Ausführung
beschränkt
ist und dass zahlreiche Modifikationen und Veränderungen durchgeführt werden
können,
ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Der Schutzumfang
der Erfindung soll lediglich durch die beigefügten Patentansprüche begrenzt
sein.