JP2007159398A

JP2007159398A - ファンの回転速度制御装置及び方法

Info

Publication number: JP2007159398A
Application number: JP2006330144A
Authority: JP
Inventors: Chun-Lung Chiu; 俊隆邱; Min-Shi Tsai; 明熹蔡; Wen-Hsi Huang; 文喜黄
Original assignee: Taida Electronic Industry Co Ltd
Current assignee: Taida Electronic Industry Co Ltd
Priority date: 2005-12-08
Filing date: 2006-12-07
Publication date: 2007-06-21
Also published as: US20070133956A1; US7447423B2; TW200723669A; TWI313537B

Abstract

【課題】電力消費を減らし、切換による騒音を抑え、電磁干渉を低減するとともに、良好な放熱効果を有するファンの回転速度制御装置及び方法を提供する。
【解決手段】本発明に係るファンの回転速度制御装置３は、ファン５の回転速度信号Sfを検出し、回転速度信号Sfがプリセット回転速度信号Srefより高い場合に、第１駆動信号S１を生成し、回転速度信号Sfがプリセット回転速度信号Srefより低い場合に、第１駆動信号S１と第２駆動信号S２を生成するコントローラ３１と、コントローラ３１に電気的に接続され、第１駆動信号S１を受信するスイッチ３２と、コントローラ３１とスイッチ３２及びファン５に電気的に接続され、第２駆動信号S２を受信するとともに、第１駆動信号S１と第２駆動信号S２に基づき、ファン５の回転速度を制御する電圧レギュレータ３３とを備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、ファンの回転速度制御装置及び方法に関し、特に、電力消費を減らし、切換による騒音を抑え、電磁干渉を低減するとともに、良好な放熱効果を有するファンの回転速度制御装置及び方法に関する。

多くの電子システムには、過熱による誤動作を防ぐために、放熱用のファンが設けられる。

例えば、図１に示すように、従来のファン１は、モータ１１を備える。モータ１１は、ブラシレスＤＣモータである場合に、その回転速度がモータ１１の電圧VMと比例する特性を有するため、ファン１の回転速度を制御しようとする際に、主電源VCCに電気的に接続されたモータ１１は、さらに、リニア電圧レギュレータ素子１２と直列に接続することができ、リニア電圧レギュレータ素子１２の電圧VTを変更することにより、モータ１１の電圧VMを制御変更し、さらにファン１の回転速度を変更する。

ここで、モータ１１の電圧VM、主電源VCC、リニア電圧レギュレータ素子１２の電圧VTの関係式は、VM=VCC-VTである。例えば、リニア電圧レギュレータ素子１２の電圧VTが大きくなると、モータ１１の電圧VMが小さくなるため、回転速度が遅くなる。このように、リニア電圧レギュレータ素子１２の電圧VTを変更するだけで、ファン１の回転速度を容易に変更することができる。しかし、このような制御方式を採用すると、電力損失が大きくなり、しかも、長時間の使用及び電圧の変更により、リニア電圧レギュレータ素子１２が発熱しやすくなり、放熱しにくくなる問題もあった。

上述した欠点を解決するために、パルス幅変調方式によって回転速度を制御する方法が提案されていた。例えば、図２に示すように、従来のファン２のモータ２１は、主電源VCCに電気的に接続される外に、さらに、電力スイッチング素子２２と直列に接続するとともに、パルス幅変調信号（pulse width modulation）PWMを入力することにより、電力スイッチング素子２２のオンとオフの時間を制御する。例えば、パルス幅変調信号PWMのデューティー比のハイレベル期間が比較的に長い場合に、電力スイッチング素子２２のオンタイムが長くなり、ファン２の回転速度を速める。すなわち、電子システムは、パルス幅変調信号PWMのハイレベル/ローレベル期間の長さを利用して、電力スイッチング素子２２のオンまたはオフの時間を制御し、ファン２の回転速度を変更する。

しかし、電力スイッチング素子２２の切り換えによる騒音は、ファン２が低速で回転する際に特に顕著になる。また、図３に示すように、ファン２が切り換わる際に、電圧（△V）と単位時間の電流変化量（di/dt）が急激に変化し、電磁干渉が生じてしまう。

本発明は、上記問題を鑑みてなされたものであり、電力消費を減らし、切換による騒音を抑え、電磁干渉を低減するとともに、良好な放熱効果を有するファンの回転速度制御装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明に係るファンの回転速度制御装置は、ファンの回転速度信号を検出し、回転速度信号がプリセット回転速度信号より高い場合に、第１駆動信号を生成し、回転速度信号がプリセット回転速度信号より低い場合に、第１駆動信号と第２駆動信号を生成するコントローラと、コントローラに電気的に接続され、第１駆動信号を受信するスイッチと、コントローラとスイッチ及びファンに電気的に接続され、第２駆動信号を受信するとともに、第１駆動信号と第２駆動信号に基づき、ファンの回転速度を制御する電圧レギュレータとを備える。

また、本発明に係るファンの回転速度制御装置は、ファンの回転速度信号を検出し、回転速度信号がプリセット回転速度信号より高い場合に、第１駆動信号に基づき、ファンの回転速度を制御し、回転速度信号がプリセット回転速度信号より低い場合に、第１駆動信号及び第２駆動信号に基づき、ファンの回転速度を制御するコントローラを備える。

本発明に係るファンの回転速度制御方法は、コントローラによってファンの回転速度信号を検出するステップと、回転速度信号がプリセット回転速度信号より高いか否かを判定するステップと、回転速度信号がプリセット回転速度信号より高い場合に、コントローラが第１駆動信号に基づき、ファンの回転速度を制御するステップと、回転速度信号がプリセット回転速度信号より低い場合に、コントローラが第１駆動信号と第２駆動信号に基づき、ファンの回転速度を制御するステップと、を含む。

本発明のファンの回転速度制御装置及び方法は、電圧制御とパルス幅変調制御を統合してなり、すなわち、ファンのモータと正負電源との間に、電圧レギュレータとスイッチを電気的に直列に接続するとともに、コントローラによって電圧レギュレータとスイッチを制御し、ファンの回転速度が比較的高い場合に、パルス幅変調信号によってスイッチを制御することにより、ファンの回転速度を制御する。この際に、ファンの運転による送風音が比較的に大きいため、スイッチのオンオフ切換による騒音が周囲に影響を及ぼすことなく、全体の騒音量を増加することはない。

また、ファンの回転速度を低下させたい場合に、パルス幅変調信号の値を所定値にし、電圧によって電圧レギュレータを制御することにより、ファンの回転速度をさらに低く調整することができる。スイッチは、電圧と電流が極めて小さくて、しかも所定値であるため、切換による騒音を低減するのみならず、さらに電磁干渉を大幅に低減することもできる。さらに、それから、電圧レギュレータによって制御を行い、僅かな電圧値でファンの回転速度を変更できるため、電力損失を低減し、電圧レギュレータの放熱問題をさらに解決することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施例におけるファンの回転速度制御装置及び方法について説明する。なお、共通する構成要素について、同一の符号を付すことによりその説明を省略する。

実施例１
図４は、本発明の実施例１におけるファン５の回転速度制御装置３を示すブロック図である。図４に示すように、回転速度制御装置３は、コントローラ３１と、スイッチ３２と、電圧レギュレータ３３とを備える。

コントローラ３１は、ファン５の回転速度信号Sfを検出するとともに、回転速度信号Sfがプリセット回転速度信号Srefより高い場合に、第１駆動信号S１を生成し、回転速度信号Sfがプリセット回転速度信号Srefより低い場合に、第１駆動信号S１と第２駆動信号S２とを生成する。なお、本実施例において、コントローラ３１は、例えば、集積回路(IC)またはプログラム可能な制御チップである。また、本実施例において、第１駆動信号S１は、例えば、外部から入力されたパルス幅変調信号であり、第２駆動信号S２は、例えば、定電圧信号である。なお、上記定電圧信号は、例えば、電圧値である。

スイッチ３２は、コントローラ３１に電気的に接続されることにより、第１駆動信号S１を受信する。本実施例において、スイッチ３２は、例えば、オンオフスイッチである。
電圧レギュレータ３３は、コントローラ３１とスイッチ３２及びファン５に電気的に接続される。電圧レギュレータ３３は、第２駆動信号S２を受信するとともに、第１駆動信号S１と第２駆動信号S２に基づき、ファン５の回転速度を制御する。本実施例において、電圧レギュレータ３３は、例えば、定電圧ダイオードまたはツェナーダイオードである。

回転速度信号Sfがプリセット回転速度信号Srefより高い場合は、使用する電流が比較的大きいため、コントローラ３１は、スイッチ３２を介してファン５の回転速度を制御する。この際に、コントローラ３１は、第２駆動信号S２の値をゼロとし、スイッチ３２は、第１駆動信号S１を受信するとともに、電圧レギュレータ３３を介して、コントローラ３１によってパルス幅変調信号のデューティー比を生成することにより、スイッチ３２のオンオフを切り替える時間を制御し、ファン５の回転速度を変更する。

一方、回転速度信号Sfがプリセット回転速度信号Srefより低い場合は、依然としてスイッチ３２によってファン５の回転速度を制御しようとすると、デューティー比を極めて小さくしなければならないが、デューティー比が小さ過ぎると、ファン５のモータに対する単位時間当たりの電流が過大になるため、スイッチ３２のオンオフ切換による騒音がファン５の運転時の送風音より大きくなってしまう。

ここで、スイッチ３２のオンオフ切換による騒音を低減するために、本実施例において、回転速度信号Sfがプリセット回転速度信号Srefより低い場合は、コントローラ３１は、第１駆動信号S１の値を所定値とする。上記所定値は、プリセット最小パルス幅変調信号であり、ファン５が運転開始する前に、予めコントローラ３１に設定されるため、回転速度信号Sfがプリセット回転速度信号Srefより低い際に、ファン５の回転速度がプリセット最小パルス幅変調信号の最低回転速度に維持され、次第に小さくなることはない。なお、ファン５の回転速度をさらに低下させたい場合に、電圧レギュレータ３３によって第２駆動信号S２を受信し、第２駆動信号S２の電圧値を変更することにより、ファン５の回転速度を変更する。例えば、第２駆動信号S２の電圧値が大きくなると、ファン５のモータの電圧が小さくなり、ファン５の回転速度が次第に低下する。

実施例２
図５は、本発明の実施例２におけるファン５の回転速度制御装置４を示すブロック図である。図５に示すように、ファン５の回転速度制御装置４は、コントローラ３１と、スイッチ３２と、電圧レギュレータ３３と、を備える。なお、実施例２と実施例１の異なるところは、スイッチ３２がコントローラ３１とファン５に電気的に接続され、電圧レギュレータ３３がコントローラ３１とファン５に電気的に接続される点にある。

コントローラ３１は、ファン５の回転速度信号Sfを検出するとともに、回転速度信号Sfがプリセット回転速度信号Srefより高い場合に、第２駆動信号S２の値をゼロとし、スイッチ３２によって第１駆動信号S１に基づきファン５の回転速度を制御するが、回転速度信号Sfがプリセット回転速度信号Srefより低い場合に、第１駆動信号S１の値を所定値に設定するとともに、電圧レギュレータ３３によって第２駆動信号S２の電圧値を変更することにより、同時に第１駆動信号S１と第２駆動信号S２に基づき、ファン５の回転速度を変更する。

実施例３
図６は、本発明の実施例３におけるファンの回転速度制御方法を示すフロー図である。図６に示すように、本発明の実施例３におけるファンの回転速度制御方法は、ステップS０１〜ステップS０４を含む。

ステップS０１では、コントローラ３１によってファン５の回転速度信号Sfを検出する。

ステップS０２では、回転速度信号Sfがプリセット回転速度信号Srefより高いか否かを判定する。

ステップS０３では、回転速度信号Sfがプリセット回転速度信号Srefより高い場合に、コントローラ３１が第１駆動信号S１に基づきファン５の回転速度を制御する。

ステップS０４では、回転速度信号Sfがプリセット回転速度信号Srefより低い場合に、コントローラ３１が第１駆動信号S１と第２駆動信号S２に基づきファン５の回転速度を制御する。

なお、本実施例におけるファンの回転速度制御方法は、実施例１におけるファン５の回転速度制御装置３と実施例２におけるファン５の回転速度制御装置４に適用することができる。また、本実施例におけるファンの回転速度制御方法は、その実施方式と効果が上述した実施例のファンの回転速度制御装置で説明したので、その説明を省略する。

以上、本発明の実施例を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成は、これらの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更などがあっても、本発明に含まれる。

リニア電圧方式によって回転速度を制御する従来のファンを示すブロック図である。パルス幅変調方式によって回転速度を制御する従来のファンを示すブロック図である。従来の電力スイッチング素子が切り換える際の電圧と電流を示す波形図である。本発明の実施例１におけるファンの回転速度制御装置を示すブロック図である。本発明の実施例２におけるファンの回転速度制御装置を示すブロック図である。本発明の実施例３におけるファンの回転速度制御方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１ファン
１１モータ
１２リニア電圧レギュレータ素子
２ファン
２１モータ
２２電力スイッチング素子
３、４回転速度制御装置
３１コントローラ
３２スイッチ
３３電圧レギュレータ
５ファン
S１第１駆動信号
S２第２駆動信号
PWM パルス幅変調信号
Sref プリセット回転速度信号
Sf 回転速度信号
VCC 主電源
VM 電圧
VT 電圧

Claims

ファンの回転速度信号を検出し、前記回転速度信号がプリセット回転速度信号より高い場合に、第１駆動信号に基づき、前記ファンの回転速度を制御し、前記回転速度信号が前記プリセット回転速度信号より低い場合に、前記第１駆動信号と第２駆動信号に基づき前記ファンの回転速度を制御するコントローラとを備えることを特徴とする、ファンの回転速度制御装置。
前記コントローラと前記ファンに電気的に接続され、前記第１駆動信号を受信するとともに、前記第１駆動信号に基づき、前記ファンの回転速度を制御するスイッチをさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載のファンの回転速度制御装置。
前記コントローラと前記ファンに電気的に接続され、前記第２駆動信号を受信するとともに、前記第２駆動信号に基づき、前記ファンの回転速度を制御する電圧レギュレータをさらに備えることを特徴とする、請求項２に記載のファンの回転速度制御装置。
前記コントローラに電気的に接続され、前記第１駆動信号を受信するスイッチと、
前記コントローラと前記スイッチ及び前記ファンに電気的に接続され、前記第２駆動信号を受信するとともに、前記第１駆動信号と前記第２駆動信号に基づき、前記ファンの回転速度を制御する電圧レギュレータとをさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載のファンの回転速度制御装置。
前記回転速度信号が前記プリセット回転速度信号より高い場合に、前記第２駆動信号の値をゼロとし、前記スイッチが前記第１駆動信号を受信するとともに、前記第１駆動信号に基づき前記ファンの回転速度を制御することを特徴とする、請求項２または４に記載のファンの回転速度制御装置。
前記スイッチは、オンオフスイッチであることを特徴とする、請求項２または４に記載のファンの回転速度制御装置。
前記第１駆動信号は、パルス幅変調信号または外部から入力されたパルス幅変調信号であることを特徴とする、請求項１に記載のファンの回転速度制御装置。
前記第２駆動信号は、定電圧信号または電圧値であることを特徴とする、請求項１に記載のファンの回転速度制御装置。
前記回転速度信号が前記プリセット回転速度信号より低い場合に、前記第１駆動信号の値を所定値とし、前記スイッチが前記第１駆動信号を受信し、前記電圧レギュレータが前記第２駆動信号を受信し、前記コントローラが前記第１駆動信号と前記第２駆動信号に基づき前記ファンの回転速度を制御することを特徴とする、請求項３または４に記載のファンの回転速度制御装置。
前記所定値は、プリセット最小パルス幅変調信号であることを特徴とする、請求項９に記載のファンの回転速度制御装置。
前記コントローラは、集積回路またはプログラム可能な制御チップであることを特徴とする、請求項１に記載のファンの回転速度制御装置。
前記電圧レギュレータは、定電圧ダイオードまたはツェナーダイオードであることを特徴とする、請求項３または４に記載のファンの回転速度制御装置。
コントローラによって前記ファンの回転速度信号を検出するステップと、
前記回転速度信号がプリセット回転速度信号より高いか否かを判定するステップと、
前記回転速度信号が前記プリセット回転速度信号より高い場合に、前記コントローラが第１駆動信号に基づき、前記ファンの回転速度を制御するステップと、
前記回転速度信号が前記プリセット回転速度信号より低い場合に、前記コントローラが前記第１駆動信号と第２駆動信号に基づき、前記ファンの回転速度を制御するステップと、
を含むことを特徴とする、ファンの回転速度制御方法。