JP2016166601A - ファンの正回転/逆回転を制御するシステムと方法 - Google Patents

ファンの正回転/逆回転を制御するシステムと方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ファンモータの動作が正回転と逆回転との間で切り替わる際の誤判断を避ける制御システムを提供する。
【解決手段】制御システムは、モーター、インターフェース回路、モーターコントローラ及び検出制御回路を含んでいる。インターフェース回路はパルス幅変調信号を受け取り、変換する。ファンは、モーターが正回転モードで動作しているとき、熱を放散し、モーターが逆回転モードで動作しているとき、ほこりを取り除く。検出制御回路は変換されたパルス幅変調信号のデューティサイクルをリアルタイムで読み取る。モーターが正回転モードで動作しているとき、デューティサイクルに従い、検出制御回路は、ファンの回転速度を制御するモーターコントローラを駆動する。デューティサイクルが第1の閾値よりも小さいないし等しい場合、検出制御回路は正回転モードから逆回転モードへとモーターの動作状態を切り替えるモーターコントローラを駆動する。
【選択図】なし

Description

本発明は、制御システム及び制御方法に関するものであり、とりわけ、ファンの正回転/逆回転の制御システム及び制御方法に関する。
一般的に、ファンは、電子機器の非常に重要な放熱機構である。電子装置の電子部品の動作性能、安定性と寿命は、温度によって直接影響を受けてしまうので、ファンの構造は、電子機器の種類と構造に基づいて、設計されている。
電子機器におけるファンの設置は放熱のためのものである。電子機器が悪影響を受けるのを防ぐため、冷却用空気は入り口を通り、電子機器の筐体に吸入され、加熱された空気は、出口を通り、周囲へ排出される。しかし、ファンの動作により、ファンの羽根上に、ほこりが簡単に蓄積されるという問題があった。大量のほこりがファンの羽根に溜まった場合、出力気流は減少し、ファンの放熱効果は損なわれる。このような状況では、ファンを備える電子機器は、およそ破損される。加えて、ファンの羽根上に蓄積したほこりにより、ファンモーターの負荷を増やし、消費電力は増加し、ファンの寿命は短くなる。
ほこりの蓄積という問題を解決するため、ほこりの排除機能を備えたファンが発表されてきた。電子機器の稼働中、ファンを制御する制御システムは、ファンを逆回転させ、ファンの羽根上に溜まったほこりを除去する。その後、熱を逃がすさせるため、ファンを正回転させる。しかし、ファンは長期間動作しているので、前記ファンの羽根上に溜まるほこりの問題は依然として生じる。すなわち、かかる制御システムでは、効果的に、ほこりを除去できないのである。
上記のように、制御システムは、効果的にほこりを取り除くため、ファンの正回転/逆回転を動的に制御しなければならない。また、ファンの羽根上に溜まったほこりが深刻な場合、制御システムは、早急に、ほこりを除去するため、ファンの逆回転を制御しなければならない。しかし、この設計コンセプトは、いくつかの問題に直面する。例えば、外力またはいくつかの他の要因に起因する制御システムの誤判定は、誤ってファンの正回転を逆回転に切り替えてしまう、もしくは、誤ってファンの逆回転を正回転に切り替えてしまう。このような状況の下では、ファンは効果的に電子機器の熱を逃がすことができない、もしくは、ほこりを除去できない。
また、電子機器は保護機構を備えており、かかる機構は、ファンが正常に動作しているかどうかの判断の結果に基づき、有効ないし有効でなくなる。ファンが正常に動作している場合(例えば、正回転ないし逆回転)、電子機器の主回路は、ファンが正常で、保護機能が有効でないと判断する。一方、ファンが異常に動作しているおよび/または停止している場合、主回路は、ファンが異常で保護機能が有効であると判断する。保護機構は、過熱に起因する電子機器の損傷を防ぐことができる。たとえ制御システムがファンの正回転/逆回転を動的に制御できたとしても、誤判定は依然としてどうしても発生してしまう。モーターの動作が正回転と逆回転との間で切り換わる遷移期間中に、ファンは慣性に起因して徐々に停止する(すなわち、慣性停止状態)。慣性停止状態において、主回路は誤ってファンが異常で、保護機能が有効であると判断する。このような状況の下では、電子機器の性能は損なわれてしまう。そのため、内部回路の大部分を修正し、追加の回路や制御方法を採用することなく、正回転から逆回転へとリアルタイムで切り替えるようファンの動作を動的に制御し、誤って保護機構を有効にすることを避けることができる制御システムの設計方法が主要な研究や開発トピックとなっている。
したがって、上記の欠点を克服するため、ファンの正回転/逆回転を制御する制御システム及び制御方法を提供するニーズがある。
本発明の目的は、ファンの正回転/逆回転を制御する制御システム及び制御方法を提供することである。モーターは、パルス幅変調信号のデューティサイクルのダブルチェックの結果を基に、正回転モードないし逆回転モードで動作させられる。制御システムは、電子機器の熱を放散ため、モーターの正回転を動的に制御でき、ファンの羽根からほこりを除去するため、モーターの逆回転を動的に制御できる。また、本発明の制御システムや制御方法は、正回転や逆回転間のスイッチング動作を誤って制御する恐れを最小化できる。
本発明の別の目的は、ファンの正回転/逆回転を制御する制御システム及び制御方法を提供することにある。制御システムは、自動検出機構や内部計数機構を基に、モーターの回転方向を制御することができる。その結果、電子機器の放熱需要はリアルタイムでモニターされる。また、放熱需要が小さい場合、ほこりの自動排除のメカニズムが有効となり、ほこりの排除の効果を高める。
本発明のさらなる目的は、ファンの正回転/逆回転を制御する制御システム及び制御方法を提供することにある。さらに、制御システムは単純化され、複雑な回路をさらに備える必要はない。例えば、周波数出力回路や周波数シミュレーション回路の回路構成は相対的に単純化されている。モーターが慣性停止状態にある間、周波数シミュレーション回路は、シミュレートされた周波数信号を電子機器の主回路に発する。その結果、モーターが慣性停止状態にある間、主回路はファンが正常に動作しており、保護機構が有効でないと判断する。
本発明の態様によれば、電子機器のファンの正回転/逆回転を制御する制御システムが提供される。制御システムは、モーター、インターフェース回路、モーターコントローラ、検出制御回路を含む。モーターは、ファンの回転の駆動に用いられる。インターフェース回路はパルス幅変調信号の受信、変換に用いられる。モーターコントローラは、モーターと電気的に接続され、モーターの回転速度を制御し、モーターが正回転モード又は逆回転モードで動作するよう制御する。ファンは、モーターが正回転モードで動作されているとき、正回転し、熱を放散。ファンは、モーターが逆回転モードで動作されているとき、逆回転し、ほこりを除去する。検出制御回路は、インターフェース回路やモーターコントローラと電気的に接続され、変換されたパルス幅変調信号のデューティサイクルをリアルタイムで読み取る。モーターが正回転モードで動作されているとき、検出制御回路は、デューティサイクルに基づき、ファンの回転速度を制御するモーターコントローラを駆動し、デューティサイクルが第1の閾値以下かどうかをダブルチェックする。検出制御回路は、デューティサイクルが第1の閾値以下である場合、モーターコントローラを駆動し、モーターの動作モードを正回転モードから逆回転モードへと切り替える。
本発明の別の態様によると、制御システムの制御方法が提供される。制御システムは、電子機器から発されたパルス幅変調信号に基づき、電子機器のファンを制御する。制御システムはファンを回転させるモーターを含んでいる。制御方法は次のステップを含んでいる。ステップ(a)では、制御システムが稼働する。ステップ(b)では、モーターが正回転モードで動作するよう制御される。それから、ステップ(c)では、パルス幅変調信号のデューティサイクルが第1の閾値以下かどうかをダブルチェックすることが行われる。ステップ(d)では、パルス幅変調信号のデューティサイクルが、ステップ(c)において、第1の閾値以下である場合、モーターの動作モードが、正回転モードから逆回転モードへ切り替えられる。それから、ステップ(e)では、パルス幅変調信号のデューティサイクルが第2の閾値以上かどうかをダブルチェックすることが行われる。ステップ(f)では、ステップ(e)において、パルス幅変調信号のデューティサイクルが第2の閾値以上でない場合、モーターが、逆回転モードで所定の時間、動作していたかどうかを判断することが行われる。ステップ(g)では、ステップ(f)において、モーターが逆回転モードで所定の時間、動作していた場合、ステップ(b)が再び実行される。
本発明のさらなる態様によると、電子機器のファンの正回転/逆回転の制御をする制御システムが提供される。制御システムは、モーター、インターフェース回路、モーターコントローラ、検出制御回路、周波数シミュレーション回路及び周波数出力回路を含む。モーターは、電子機器のファンの回転の駆動に用いられる。インターフェース回路は、パルス幅変調信号の受信、変換に用いられる。モーターコントローラは、モーターと電気的に接続され、モーターの回転速度を制御し、正回転モードや逆回転モードで動作するようモーターを制御する。モーターが正回転モードで動作されているとき、ファンは熱を逃がすため、正回転する。モーターが逆回転モードで動作されているとき、ファンは、ほこりを取り除くため逆回転する。検出制御回路は、ため、電気的にインターフェース回路やモーターコントローラと接続され、変換されたパルス幅変調信号のデューティサイクルをリアルタイムで読み取る。モーターが正回転モードで動作されているとき、検出制御回路は、デューティサイクルに基づき、ファンの回転速度を制御するモーターコントローラを駆動し、検出制御回路はデューティサイクルが第1の閾値以下かどうかをダブルチェックする。デューティサイクルが第1の閾値以下である場合、検出制御回路は、モーターコントローラを駆動し、正回転モードから逆回転モードにモーターの動作モードを切り替える。周波数シミュレーション回路は、電気的に検出制御回路と接続されている。モーターが慣性停止状態にある場合、周波数シミュレーション回路は、電子機器にシミュレートされた周波数信号を発する。周波数出力回路はモーターコントローラや検出制御回路と電気的に接続されている。モーターが正回転モードないし逆回転モードで動作されている場合、モーターの回転速度に対応する実際の周波数信号は、検出制御回路や周波数シミュレーション回路を介し、周波数出力回路から電子機器に対して出力される。
本発明の上記内容は、以下の詳細な説明や付随の図面を検討すれば、当業者にとって、より容易に明らかになる。
図1は、本発明の実施形態に基づく、ファンの正回転/逆回転を制御する制御システムを示す概略的な回路ブロック図である。 図2は、図1の制御システムの制御方法を示すフローチャートである。 図3は、図2の制御方法のステップS3を示すフローチャートである。 図4は、図2の制御方法のステップS5を示すフローチャートである。 図5は、本発明の図1の制御システムや図2の制御方法に応じたパルス幅変調信号のデューティサイクルやモーターの回転方向間の関係を示すヒステリシスループである。 図6は、本発明に従った周波数シミュレーション回路から発されるシミュレートされた周波数信号を出力する処理や周波数出力回路からの実際の周波数信号を出力する処理を示すフローチャートである。
本発明を今からより具体的に以下の実施例を参照して説明する。本発明の好ましい実施形態の以下の説明は、例示および説明のみを目的として本明細書に提示されていることに留意すべきであり、網羅的であることもしくは開示された正確な形態に限定することを意図するものではない。
図1は、本発明の実施形態に係るファンの正回転/逆回転を制御する制御システムを示す概略的な回路ブロック図である。制御システム1は、電子機器のファン(図示せず)を制御することに用いられる。特に、制御システム1は、ファンの正回転を制御し、熱を逃がすないしファンの逆回転を制御し、ほこりを除去するのに用いられる。電子機器は主回路9を有する。主回路9は、制御システム1と電気的に接続している。主回路9は、電子機器の動作を制御することができる。電子機器の放熱需要に基づき、主回路9は、制御システム1に対して、動的に調整可能なパルス幅変調信号Spを生成する。パルス幅変調信号Spに基づき、制御システム1は、ファンの回転速度や回転方向を制御する。パルス幅変調信号Spのデューティサイクルは、電子機器の放熱需要に基づき、決定される。電子機器の放熱需要が増加した場合、パルス幅変調信号Spのデューティサイクルはそれに対応して増加する。一方、電子機器の放熱需要が減少した場合、パルス幅変調信号Spのデューティサイクルはそれに対応して減少する。
図1に示されるように、制御システム1はモーター10、インターフェース回路11、モーターコントロールモジュール12及び検出制御回路13からなる。限定されるわけではないが、モーター10の例としては、三相ブラシレスDCモーターがある。モーター10の回転により、ファンは同期して回転する。モーター10の他の例として、単相モーターがある。
モーターコントロールモジュール12は、モーター10と電気的に接続されておりモーター10(及びファン)を制御し、正回転モードないし逆回転モードで動作させる。正回転モードでは、ファンは、熱を放散させるため、正回転する。逆回転モードでは、ファンは、ほこりを取り除くため、逆回転する。モーターコントロールモジュール12は、モーターコントローラ120や電源スイッチ回路121からなる。電源スイッチ回路121は、モーター10と電気的に接続しており、少なくとも一つの電力スイッチ素子(図示せず)からなる。電源スイッチ回路121は電気エネルギーを外部電源(例として商用電源)から受けとる。電源スイッチ回路121の少なくとも一つの電力スイッチ素子を交互にオンとオフにすることで、電気エネルギーは、モーター10を駆動する出力電流に変換される。さらに、前記電源スイッチ回路121の動作は、モーター10の回転速度とファンの回転速度を調整するために、モーター10の電流の大きさを調節できる。モーターコントローラ120は、電源スイッチ回路121の動作を制御するため、電源スイッチ回路121と電気的に接続している。例えば、モーターコントローラ120は、電源スイッチ回路121のパワースイッチ素子のスイッチングシーケンスを制御する。その結果、モーター10により受信する電流の大きさと方向は調整され、ファンの回転速度や回転方向はそれに対応して調整される。実施形態において、モーター10が逆回転モードにある場合、モーター10の回転速度は3000RPMで固定される。
インターフェース回路11は、電子機器の主回路9と電気的に接続している。インターフェース回路11は、主回路9からパルス幅変調信号Spを受信し、かかるパルス幅変調信号Spを変換することに用いられる。
検出制御回路13は、インターフェース回路11やモーターコントロールモジュール12のモーターコントローラ120と電気的に接続している。インターフェース回路11からの変換されたパルス幅変調信号Spはリアルタイムで、検出制御回路13により、読み取られ、パルス幅変調信号Spのデューティサイクルが得られる。その結果、デューティサイクルを反映している駆動信号が検出制御回路13からモーターコントローラ120へ(矢印が示すように)出力される。駆動信号のデューティサイクルに基づき、モーターコントローラ120は、電源スイッチ回路121のパワースイッチ素子のスイッチングシーケンスを制御する。その結果、モーター10が受け取る電流の大きさと方向が調整される。モーターコントローラ120は、モーター10の回転速度やモーター10の動作モードを制御できる。(例えば、正回転モードないし逆回転モード)。
モーター10が正回転モードで動作されている場合、検出制御回路13は、デューティサイクルの読み取りの結果に基づき、ファンの回転速度(ファンのように)を制御するモーターコントローラ120を駆動し、デューティサイクルが第1の閾値以下かどうかダブルチェックする。デューティサイクルが第1の閾値以下である場合、検出制御回路13は、駆動信号に基づき、正回転モードから逆回転モードへモーター10の動作モードを切り替えるモーターコントロールモジュール12を駆動する。実施形態において、検出制御回路13はマイクロプロセッサであり、モーターコントロールモジュール12はモーター駆動集積回路である。ダブルチェック処理は次のように説明される。すなわち、主回路9からの二つの連続するパルス幅変調信号Spのデューティサイクルがともに第1の閾値以下である場合、つまり、二回チェックし,検出制御回路13は、モーター10の動作モードが正回転モードから逆回転モードに切り替えられる必要があることを確認する。一方、主回路9からの二つの連続するパルス幅変調信号Spのデューティサイクルのうち一つが、第1の閾値よりも大きい場合、検出制御回路13は、モーター10の動作モードが正回転モードから逆回転モードに切り替えられる必要がないことを確認する。その結果、たとえ主回路9の誤動作が発生し、もしくはパルス幅変調信号Spの送信が妨害される場合であっても、モーター10が繰り返し正回転モードと逆回転モードとの間で切り替えられることはない。
実施形態において、検出制御回路13からモーターコントローラ120に出力される駆動信号は、デューティサイクル及びモード切替信号に対応する信号を含んでいる。ダブルチェック処理により、2つの連続するパルス幅変調信号Spのデューティサイクルがともに、第1の閾値以下であることを確認した場合、検出制御回路13からモーターコントロールモジュール12に出力されるモード切替信号は、第1論理電圧レベルを有する。一方、ダブルチェック処理により、2つの連続するパルス幅変調信号Spのデューティサイクルの一つが、第1の閾値より大きいことを確認した場合、検出制御回路13からモーターコントロールモジュール12に出力されるモード切替信号は、第2論理電圧レベルを有する。第1論理電圧レベルないし第2論理電圧レベルを有するモード切替信号を受信した場合、モーターコントローラ120は、それに対応して電源スイッチ回路121のパワースイッチ素子のスイッチングシーケンスを制御する。その結果、モーター10のコイルに流れる電流の向きが調整され、ファンの羽根の方向がそれに対応して調整される。例えば、第1論理電圧レベルを有するモード切替信号が連続的に受信される場合、モーター10は、モーターコントローラ120の制御の下で正回転モードである。一方、第2論理電圧レベルを有するモード切替信号が連続的に受信された場合、モーター10は、モーターコントローラ120の制御の下で逆回転モードである。実施形態において、第1論理電圧レベルは高論理電圧レベルであり、第2論理電圧レベルは低論理電圧レベルである。別の実施形態においては、第1論理電圧レベルは低論理電圧レベルであり、第2論理電圧レベルは高論理電圧レベルである。
また、検出制御回路13は、さらに時間をカウントするタイムカウンタ130を備える。時間カウンタ130によってカウントされた時間の長さに基づき、検出制御回路13は、第1論理電圧レベルまたは第2論理電圧レベルで、モード切替信号の電圧レベルを維持する。その結果、検出制御回路13は正回転モード及び/又は逆回転モードでのモーター10の作動時間を制御するモーターコントロールモジュール12を駆動する。さらに、制御システム1が起動するとき、検出制御回路13から出力される駆動信号に基づき、モーターコントロールモジュール12は、モーター10が正回転モードで動作するよう制御する。その結果、制御システム1が起動するとき、モーター10は正回転する。
加えて、制御システム1が起動したのち、検出制御回路13とモーターコントロールモジュール12の制御の下で、モーター10は、正回転モードで動作し、所定の時間(例えば1時間)回転する。一旦、モーター10が逆回転モードで動作すると、検出制御回路13とモーターコントロールモジュール12の制御の下で、モーター10は、所定の時間(例えば20、25、30、35、または40秒)、回転する。これら所定の時間は、検出制御回路13のタイムカウンタ130によりカウントされる。
さらに、モーター10が逆回転モードで動作されている間、検出制御回路13は、デューティサイクルが第2の閾値以上であるか否かダブルチェックする。デューティサイクルが第2の閾値以上である場合、検出制御回路13は、モーターコントロールモジュール12を駆動し、駆動信号に基づき、逆回転モードから正回転モードにモーター10の動作状態を切り替える。その結果、ファンは熱を放熱できる。
実施形態において、システム1は、さらに調整回路14を備える。限定されるものではないが、調整回路14の一例として、DC/DCコンバータが含まれる。調整回路14は、検出制御回路13とモーターコントロールモジュール12と電気的に接続されている。調整回路14は、電子機器からの入力DC電圧Vccを受信し、入力DC電圧Vccを出力DC電圧にするために使用される。DC出力電圧は、検出制御回路13とモーターコントロールモジュール12に電力を供給するために使用されている。例えば、入力直流電圧Vccの大きさは12Vであり、出力DC電圧の大きさは、5Vである。
制御システム1は、さらにホール検出回路15を備えている。ホール検出回路15は、モーター10とモーターコントロールモジュール12と電気的に接続されている。ホール検出回路15は、1ホール素子または複数のホール素子からなり、モーター10の回転子の磁極(すなわち、ファンブレード磁極)の変化を検出し、磁極を配置する。また、検出結果は、モーターコントロールモジュール12に送信される。ホール検出回路15の検出結果に応じて、モーターコントロールモジュール12は、磁極位置を認識し、モーター10の動作を動的に制御する。
さらに、電子機器は、さらに保護機構を備えている。ファンが正常に動作しているかどうかの判断の結果に基づき、保護機構は有効か無効になる。詳細には、ファンが正常に動作している場合(例えば、正回転もしくは逆回転している場合)、電子機器の主回路9は、ファンが正常に動作していると判断する。この状況下では、保護メカニズムが無効になる。ファンが異常であるおよび/またはファンの回転が停止した場合、電子機器の主回路9は、ファンが異常であると判断し、保護メカニズムが有効になる。保護メカニズムが有効にされた後、電子機器は、例えば、過熱問題では破損しない。ファンが正常に動作しているかどうかの判断の結果に基づいて保護メカニズムを有効または無効にするため、制御システム1は、さらに周波数出力回路16および周波数シミュレーション回路17を備える。周波数出力回路16は、モーターコントロールモジュール12のモーターコントローラ120と検出制御回路13と電気的に接続されている。モーター10が正回転モード又は逆回転モードで動作している間、モーター10の回転速度に対応する実際の周波数信号は、モーターコントローラ120の制御の下、周波数出力回路16から検出制御回路13に出力される。モーター10は慣性停止状態にある間(すなわち、正回転モードと逆回転モードの間の遷移区間)、周波数出力回路16は実際の周波数信号の出力を停止する。周波数シミュレーション回路17は、電子機器の主回路9と検出制御回路13と電気的に接続している。モーター10が、正回転モード又は逆回転モードで動作している間、周波数出力回路16からの実際の周波数信号は、検出制御回路13により、受信される。その結果、周波数シミュレーション回路17は、検出制御回路13の制御の下で無効にされ、実際の周波数信号は、周波数シミュレーション回路17を介して検出制御回路13から主回路9に送信される。モーター10が慣性停止状態にある間(すなわち、正回転モードと逆回転モードの間の遷移区間)、周波数シミュレーション回路17は、検出制御回路13の制御の下で有効となる。その結果、周波数シミュレーション回路17は、主回路9にシミュレートされた周波数信号を生成する。シミュレートされた周波数信号は、モーター10の特定の回転速度のシミュレーションと相関している。例えば、シミュレートされた周波数信号は、500RPMの回転速度に基づく周波数信号である。
モーターコントローラ120が、モーター10を駆動し、正回転モード又は逆回転モードで動作させている間、実際の周波数信号は、モーターコントローラ120の制御の下、周波数出力回路16から検出制御回路1へ出力される。一方、周波数シミュレーション回路17は無効になる。また、実際の周波数信号は、周波数シミュレーション回路17を介して検出制御回路13から主回路9に送信される。このような状況下では、主回路9は、ファンが正常に動作していると判断し、保護機構が有効でなくなる。モーター10が慣性停止状態にある間、検出制御回路13は、周波数出力回路16から出力された実際の周波数信号を受信することができない。一方、周波数シミュレーション回路17は、検出制御回路13の制御の下で主回路9にシミュレートされた周波数信号を生成する。このような状況下では、主回路9は、モーター10が慣性停止状態にある場合に、ファンが正常に動作していると判断し、保護機構は有効でなくなる。
実施形態において、周波数出力回路16から実際の周波数信号が、特定の時間、出力されなかった場合、周波数出力回路16は、再び、実際の周波数信号を出力する。モーター10が慣性停止状態にある場合、特定の期間は、時間間隔以上になる。例えば、指定された時間間隔は3.3秒である。別の実施形態において、周波数出力回路16からの実際の周波数の信号が出力されず、モーター10の回転速度が指定された回転速度よりも早い場合(例えば、0RPM)、周波数出力回路16は、再び実際の周波数信号を出力する。
図2は、図1の制御システムの制御方法を示すフローチャートである。制御方法は以下の手順からなる。
ステップS1において、制御システム1は起動する。このステップにおいて、入力DC電圧Vccは12Vであり、パルス幅変調信号Spのデューティサイクルは100%である。上述の関連するパラメータは、制御装置1を起動するために用いられる。
それから、ステップS2において、モーター10は、検出制御回路13やモーターコントロールモジュール12の制御の下で、正回転モードで動作する。このステップにおいては、パルス幅変調信号Spのデューティサイクルの変動にかかわらず、モーター10は、検出制御回路13とモーターコントロールモジュール12の制御下で、正回転モードで動作する。所定時間内に、検出制御回路13はリアルタイムでインターフェース回路11から変換されたパルス幅変調信号Spを読み取る。その結果、検出制御回路13は、モーター10の回転速度やファンの回転速度についても調整するため、モーターコントロールモジュール12を駆動する。電子機器の放熱需要に従い、ファンの回転速度を適応的に電子機器に十分な放熱能力を提供するように調整される。
ステップS2の後、ステップS3が、実行され、パルス幅変調信号Spのデューティサイクルが第1の閾値以下になるかどうかをダブルチェックする。例えば、第1の閾値は、40%と49%の間の任意の値であり、好ましくは、45%と48%の間の任意の値、最も好ましいのは、46%である。特に、ステップS3では、ダブルチェックのプロセスは、2つの連続したパルス幅変調信号Spのデューティサイクルがともに第1の閾値以下かどうかを判断するために使用される、すなわち、二回チェックする。二つの連続するパルス幅変調信号Spのデューティサイクルがとものに第1の閾値以下である場合、電子機器の放熱需要が減少する。このような状況の下で、制御システム1は、モーター10の動作状態が正回転モードから逆回転モードに切り替えられる必要があると確認する。モーター10は逆回転モードで動作し、ほこりを除去する手順が、ある期間に実行されている間、電子機器の放熱効果についてモーター10の逆回転の影響が低減される。
パルス幅変調信号SpのデューティサイクルがステップS3において第1の閾値以下でない場合、ステップS2が再度実行される。一方、パルス幅変調信号SpのデューティサイクルがステップS3で第1の閾値以下である場合、ステップS4が実行される。ステップS4において、第1論理電圧レベルを有するモード切替信号が検出制御回路13から出力される。第1論理電圧レベルを有するモード切替信号に従い、モーター10の動作モードは、モーターコントロールモジュール12の制御の下で正回転モードから逆回転モードに切り替えられる。モーター10の動作モードが逆回転モードに正回転モードから切り替えられる遷移期間において、モーター10とファンが徐々に慣性のために停止する。(すなわち、慣性停止状態)。モーター10が慣性のため完全に停止したのち、モーター10の動作モードは、逆回転モードに切り替えられる。また、慣性停止状態において、検出制御回路13は、シミュレートされた周波数信号を発する周波数シミュレーション回路17を駆動する。
ステップS4の後、ステップS5が、パルス幅変調信号Spのデューティサイクルが第2の閾値以上かどうかをダブルチェックするために、行われる。パルス幅変調信号SpのデューティサイクルがステップS5において、第2の閾値以上である場合、検出制御回路13から、第2論理電圧レベルを有するモード切替信号が出力される。第2論理電圧レベルを有するモード切替信号に従い、モーター10の動作モードは、モーターコントロールモジュール12の制御の下で逆回転モードから正回転モードに切り替えられる。すなわち、ステップS2が再び実行される。一方、パルス幅変調信号SpのデューティサイクルがステップS5において第2の閾値以上でない場合、ステップS6が、モーター10が所定の時間、逆回転モードで動作しているかどうか判断するため、実行される。ステップS6の判定結果が、モーター10が所定の時間だけ逆回転モードで操作されたことを示している場合、第2論理電圧レベルを有するモード切替信号が検出制御回路13から出力される。第2論理電圧レベルを有するモード切替信号に従い、モーター10の動作モードは、モーターコントロールモジュール12の制御の下で、逆回転モードから正回転モードに切り替えられる。すなわち、ステップS2が再び実行される。一方、ステップS6の判定結果が、モーター10が所定の時間、逆回転モードで操作されていないことを示している場合、ステップS5が再び実行される。
モーター10が逆回転モードで動作している間(ステップS5において)、電子機器の放熱需要があり、主回路9から出力されるパルス幅変調信号Spのデューティサイクルが、第2の閾値以上の場合、モーター10の動作モードは、モーターコントロールモジュール12の制御の下で逆回転モードからで正回転モードに切り替えられる。その結果、ファンは、すぐに熱を逃がすことができる。ステップS6において、 モーター10は、所定の時間、逆回転モードで動作する。所定の時間の間、ファンは逆回転し、ほこりを除去する。モーター10が所定の時間、逆回転モードで動作している場合、モーター10の動作モードは逆回転モードから正回転モードへと、モーターコントロールモジュール12の制御の下、切り替わる。その結果、ファンが再び正回転し熱を逃がす。
図3は、図2の制御方法であるステップS3を示しているフローチャートである。それから、ステップS3はサブステップS31、S32、S33及びS34からなる。サブステップS31において、パルス幅変調信号Spのデューティサイクルは、検出時間間隔(例えば、2マイクロ秒)で、検出制御回路13により、繰り返し読み取られる。その後、サブステップS32が、パルス幅変調信号Spのデューティサイクルが第1リードタイムにおいて第1の閾値以下かどうかを判断するため、実行される。サブステップS32の判定ステップが満たされた場合、サブステップS33が、パルス幅変調信号Spのデューティサイクルが2回目のリードタイムにおいて第1の閾値以下かどうかを判断するため、実行される。サブステップS33の判定ステップが満たされた場合、サブステップS34が、第1リードタイム、2度目のリードタイムにおけるパルス幅変調信号Spのデューティサイクルがともに第1の閾値以下かどうかを判断するため、実行される。サブステップS34の判断ステップが満たされる場合、ステップS4が実行される。
さらに、サブステップS32の判断ステップが満たされない場合、ステップS2が再び実行される。さらに、サブステップS33の判断ステップが満たされない場合、ステップS2が再び実行される。さらに、サブステップS34の判断ステップが満たされない場合、ステップS2が再び実行される。
図4は、図2の制御方法であるステップS5を示したフローチャートである。それから、ステップS5はサブステップS51、S52、S53及びS54からなる。サブステップS51において、パルス幅変調信号Spのデューティサイクルは、検出時間間隔(例えば、2マイクロ秒)で、検出制御回路13により繰り返し読み込まれる。それから、サブステップS52は、第1リードタイムにおいて、パルス幅変調信号Spのデューティサイクルが第2の閾値以上かどうかを判断するため、実行される。サブステップS52の判断ステップが満たされる場合、サブステップS53は、2回目のリードタイムにおいて、パルス幅変調信号Spのデューティサイクルが第2の閾値以上かどうかを判断するため、実行される。サブステップ S53の判断ステップが満たされる場合、サブステップS54は、第1リードタイム、2度目のリードタイムにおけるパルス幅変調信号Spのデューティサイクルがともに第2の閾値以上かどうかを判断するため、実行される。サブステップS54の判断ステップが満たされる場合、ステップS6が実行される。
さらに、サブステップS52の判断ステップが満たされない場合、ステップS2が再び実行される。さらに、サブステップS53の判断ステップが満たされない場合、ステップS2が再び実行される。さらに、サブステップS54の判断ステップが満たされない場合、ステップS2が再び実行される。
図5は、本発明の図1の制御システムや本発明の図2の制御方法に従い、パルス幅変調信号のデューティサイクルとモーターの回転方向との関係を示しているヒステリシスループである。正回転モードと逆回転モード間の遷移期間中、電子機器の放熱需要があれば、主回路9は、パルス幅変調信号Spのデューティサイクルを調整する。その結果、パルス幅変調信号Spのデューティサイクルは変動する。また、放熱需要が外力またはいくつかの他の要因に起因して、、誤って判断された場合、主回路9からのパルス幅変調信号Spは実際の放熱需要を反映できない。誤判定が起こった場合、モーター10の動作モードが誤って正回転モードから逆回転モードへ切り替わる、ないし、誤って逆回転モードから正回転モードに切り替わる。本発明の制御方法に従い、ダブルチェック処理は、デューティサイクルを確認するために使用され、図5のヒステリシスループはパルス幅変調信号Spのデューティサイクルが第1の閾値以下かどうかないし第2の閾値以上かどうかを判断するために使われる。その結果、本発明の制御システム1や制御方法を用いることにより、主回路9により放熱需要が誤って判断される恐れを最小化する。
図6は、本発明に従い、周波数シミュレーション回路からシミュレートされた周波数信号を出力する処理や周波数出力回路から実際の周波数信号を出力する処理を示すフローチャートである。まず、ステップS1'において、パルス幅変調信号Spのデューティサイクルが方向変更条件に準拠する場合、モーター10の回転方向が変更される。すなわち、モーター10が正回転モードで動作し、制御システム1がパルス幅変調信号Spのデューティサイクルが第1の閾値以下であることをダブルチェックする場合、ないし、モーター10が逆回転モードで動作し、制御システム1がパルス幅変調信号Spのデューティサイクルが第2の閾値以上であることをダブルチェックする場合、方向変更条件が満たされる。その結果、検出制御回路13は、正回転モードから逆回転モードへ、もしくは逆回転モードから正回転モードへモーター10の回転方向を切り替えるのに対応する信号を発する。すなわち、モーター10の回転方向は変わるのである。
モーター10の回転方向が切り替わる間、ファンは徐々に慣性で起因して停止する(すなわち、慣性停止状態)。モーター10が慣性に起因して慣性に起因して完全に停止した後で、モーター10の回転方向が切り替わる。上記のように、主回路9が誤ってファンが異常と判断した場合、保護機構は誤って有効となる。誤って保護機構が有効になるのを妨げるため、ステップS2'が実行される。すなわち、モーター10が慣性停止状態にある間、検出制御回路13は、シミュレートされた周波数信号を生成する周波数シミュレーション回路17を駆動する。その後、ステップS3'は、モーター10の回転方向が正常に変更されているかどうか判断するために実行される。例えば、周波数シミュレーション回路17から生成されたシミュレートされた周波数信号が指定された期間、出力されている場合、もしくは、モーター10の回転速度が所定の回転速度よりも早い場合、制御システム1は、モーター10の回転方向が正常に変更されているかどうかを判断する。ステップS3'の判断ステップが満たされている場合、ステップS4'が実行される。ステップS4'において、周波数出力回路16は実際の周波数信号を出力する。実際の周波数信号は、周波数シミュレーション回路17を通り、検出制御回路13から主回路9へ伝達される。一方、ステップS3'の判断ステップが満たされていない場合、ステップS5'が、異常な条件に起因してモーター10の回転方向が正常に変更されていないかどうかを判断するため、実行される。ステップ S5'の判断ステップが満たされる場合、ステップS6'が実行される。ステップS6'において、制御システム1は、モーター異常信号を主回路9に発し、後続の警告処理が実行される。一方、ステップS5'の判断ステップが満たされない場合、モーター10は正常ということであり、ステップS2'が、連続的にモーター10の回転方向を変更するために再度実行される。
本発明は、電子機器のファンの正回転/逆回転を制御する制御システム及び制御方法を提供する。本発明に従い、モーターは、パルス幅変調信号のデューティサイクルのダブルチェックに基づき、正回転モードでもしくは逆回転モードで動作する。制御システムは、ファンが電子機器の熱を放散できるように正回転を動的に制御でき、ファンがファンの羽根のほこりを除去できるようにモーターの逆回転を動的に制御できる。また、本発明の制御システムは、パルス幅変調信号のデューティサイクルに従い、モーターの回転方向を制御する。このような状況の下で、制御回路の大部分は変更する必要がない。言い換えると、第1の閾値や第2の閾値のようないくつかのパラメータを単に設定することにより、正回転、逆回転、ブレーキアクション、停止アクションとモーターの最小回転速度を制御する機能が実現される。また、本発明の制御システムは、自動検出機構や内部計数機構に従い、モーターの回転方向を制御できる。その結果、電子機器の放熱需要はリアルタイムで計測でき、自動的にほこりを除去する機構が、ほこりを排除する効果を高めるために有効にすることができる。また、制御システムは、簡略化され、さらに複雑な回路を搭載する必要がない。例えば、周波数出力回路と高周波回路シミュレーションの比較的簡単な回路構成がある。モーターは慣性停止状態にある間、(例えば、正回転モードと逆回転モードの遷移期間)、周波数シミュレーション回路は、電子機器の主回路に対し、シミュレートされた周波数信号を発する。その結果、モーターが慣性停止状態にある間、主回路はファンが正常に動作しており、保護機構は有効でないと判断する。
現在最も実用的かつ好ましい実施形態と考えられるものの観点から本発明は説明されてきたが、本発明は、開示された実施形態に限定されることはない。それどころか、添付の特許請求の範囲の精神や範囲を逸脱することなく、様々な修正および同様のアレンジメントをすべて包含するように網羅することが意図されている。

Claims (20)

  1. 電子機器のファンの正回転/逆回転を制御するための制御システムであって、
    モーターと、インターフェース回路と、モーターコントローラと、検出制御回路とを備え、
    前記モーターは、ファンの回転を駆動し、
    前記インターフェース回路は、パルス幅変調信号を受信し且つ変換し、
    前記モーターコントローラは、前記モーターと電気的に接続され、前記モーターの回転速度を制御し且つ前記モーターが正回転モード又は逆回転モードで動作するように制御し、
    前記ファンは、前記モーターが前記正回転モードで動作するときに正回転して熱を逃がし、前記モーターが前記逆回転モードで動作するときに逆回転して埃を除去し、
    前記検出制御回路は、前記インターフェース回路及び前記モーターコントローラと電気的に接続され、変換された前記パルス幅変調信号のデューティサイクルをリアルタイムで読み取り、
    前記モーターが前記正回転モードで動作するとき、前記検出制御回路が前記モーターコントローラを駆動して、前記デューティサイクルに基づいて前記ファンの回転速度を制御し、
    前記検出制御回路は、前記デューティサイクルが第1閾値以下であるか否かをダブルチェックし、
    前記デューティサイクルが前記第1閾値以下である場合は、前記検出制御回路が前記モーターコントローラを駆動して、前記モーターの動作モードを前記正回転モードから前記逆回転モードへ切り替える、制御システム。
  2. 前記制御システムが起動するとき、前記モーターコントローラが前記モーターを制御し、前記正回転モードで動作させる、
    請求項1に記載の制御システム。
  3. 前記モーターが前記逆回転モードで動作するとき、前記検出制御回路は、前記デューティサイクルが第2閾値以上であるか否かをさらにダブルチェックし、前記デューティサイクルが前記第2閾値以上である場合は、前記検出制御回路が前記モーターコントローラを駆動して、前記モーターの動作モードを前記逆回転モードから前記正回転モードへ切り替える、
    請求項1に記載の制御システム。
  4. 前記逆回転モードにおける前記モーターの回転速度が3000RPMに固定される、
    請求項1に記載の制御システム。
  5. 前記検出制御回路が時間をカウントするタイムカウンタをさらに備える、
    請求項1に記載の制御システム。
  6. 前記モーターが前記逆回転モードで動作する場合、前記検出制御回路が前記モーターコントローラを駆動し、前記タイムカウンタによりカウントされた時間の長さに基づき、所定の時間前記モーターを逆回転させる、
    請求項5に記載の制御システム。
  7. 前記モーターが前記正回転モードで動作する場合、前記検出制御回路が前記モーターコントローラを駆動し、前記タイムカウンタによりカウントされた時間の長さに基づき、所定の時間前記モーターを正回転させる、
    請求項5に記載の制御システム。
  8. 周波数シミュレーション回路と、周波数出力回路とをさらに備え、
    前記周波数シミュレーション回路は、前記検出制御回路に電気的に接続され、前記モーターが前記正回転モード又は前記逆回転モードで動作しているときには無効となり且つ前記モーターが慣性停止状態であるときは前記電子機器に対してシミュレートされた周波数信号を発し、
    前記周波数出力回路は、前記モーターコントローラ及び前記検出制御回路に電気的に接続され、前記モーターが前記正回転モード又は前記逆回転モードで動作しているときには、前記モーターの回転速度に対応する実際の周波数信号が前記検出制御回路と前記周波数シミュレーション回路を介して前記電子機器に対して出力し、前記モーターが慣性停止状態であるときには、前記実際の周波数信号の出力を停止する
    請求項1に記載の制御システム。
  9. 実際の周波数信号が前記周波数出力回路から出力されていない場合や実際の周波数信号が特定期間、前記周波数出力回路から出力されていない場合ないし前記モーターの回転速度が指定された回転速度よりも速い場合、前記周波数出力回路が再び実際の周波数信号を出力し、前記モーターが慣性停止状態にある場合、特定の期間が、時間間隔以上である、
    請求項8に記載の制御システム。
  10. 前記シミュレートされた周波数信号がモーターの特定回転速度に対応した周波数信号であり、前記モーターの特定回転速度は500RPMである、
    請求項8に記載の制御システム。
  11. 電子機器から出力されるパルス幅変調信号に基づいて前記電子機器のファンを制御し且つ前記ファンを回転させるモーターを含む制御システムの制御方法であって、ステップ(a)、ステップ(b)、ステップ(c)、ステップ(d)、ステップ(e)、ステップ(f)、ステップ(g)というステップを備え、
    前記ステップ(a)においては、前記制御システムを起動し、
    前記ステップ(b)においては、前記モーターを制御して正回転モードで動作させ、
    前記ステップ(c)においては、前記パルス幅変調信号のデューティサイクルが第1の閾値以下であるかどうかをダブルチェックし、
    前記ステップ(d)においては、前記パルス幅変調信号のデューティサイクルが、前記ステップ(c)において、前記第1の閾値以下である場合、正回転モードから逆回転モードに前記モーターの動作モードを切り替え、
    前記ステップ(e)においては、前記パルス幅変調信号のデューティサイクルが第2の閾値以上であるかどうかダブルチェックし、
    前記ステップ(f)においては、前記パルス幅変調信号のデューティサイクルが、前記ステップ(e)において、前記第2の閾値以上でない場合、前記モーターが所定の時間だけ逆回転モードで動作したかどうか判断し、
    前記(g)においては、前記ステップ(f)において、前記モーターが所定の時間だけ逆回転モードで動作していた場合、前記ステップ(b)が再び実行される、
    制御システムの制御方法。
  12. 前記ステップ(d)において、前記モーターの動作モードが前記正回転モードから前記逆回転モードに切り替えられるとき間、前記モーターの特定の回転速度をシミュレートするシミュレート周波数信号が前記制御システムから前記電子機器へ送信される、
    請求項11に記載の制御方法。
  13. 前記ステップ(c)において、前記パルス幅変調信号のデューティサイクルが前記第1の閾値以下でない場合、前記ステップ(b)が再び実行される、
    請求項11に記載の制御方法。
  14. 前記ステップ(c)が、サブステップ(c1)、サブステップ(c2)、サブステップ(c3)、サブステップ(c4)を備え、
    前記サブステップ(c1)においては、繰り返し、検出時間間隔で前記パルス幅変調信号のデューティサイクルを読み取り、
    前記サブステップ(c2)においては、前記パルス幅変調信号のデューティサイクルが、第1リードタイムにおいて第1の閾値以下であるか否かを判断し、
    前記サブステップ(c3)においては、前記サブステップ(c2)において、前記パルス幅変調信号のデューティサイクルが、前記第1の閾値以下である場合、前記パルス幅変調信号のデューティサイクルが、第2リードタイムにおいて、前記第1の閾値以下であるかどうかを判断し、
    前記サブステップ(c4)においては、前記サブステップ(c3)において、前記パルス幅変調信号のデューティサイクルが、前記第1の閾値以下である場合、前記第1リードタイムにおける前記パルス幅変調信号のデューティサイクル及び第2リードタイムにおける前記パルス幅変調信号のデューティサイクルがともに前記第1の閾値以下かどうか判断し、
    前記サブステップ(c4)の判断結果が満たされる場合、前記ステップ(d)が実行される、
    請求項13に記載の制御方法。
  15. 前記サブステップ(c2),サブステップ(c3)ないしサブステップ(c4)の判断結果が満たされない場合、前記ステップ(b)が再び実行されることを特徴とする、
    請求項14に記載の制御方法。
  16. 前記ステップ(e)において、前記パルス幅変調信号のデューティサイクルが前記第2の閾値以上である場合、前記ステップ(b)が再び実行される、
    請求項11に記載の制御方法。
  17. 前記ステップ(e)が、サブステップ(e1)、サブステップ(e2)、サブステップ(e3)、サブステップ(e4)のサブステップを備え、
    前記サブステップ(e1)では、検出時間間隔で前記パルス幅変調信号のデューティサイクルを繰り返し読み取り、
    前記サブステップ(e2)では、前記パルス幅変調信号のデューティサイクルが第1リードタイムにおいて第2の閾値以上かどうか判断し、
    前記サブステップ(e3)では、前記サブステップ(e2)において、前記パルス幅変調信号のデューティサイクルが前記第2の閾値以上である場合、前記第2リードタイムにおいて、前記パルス幅変調信号のデューティサイクルが前記第2の閾値以上であるかどうか判断し、
    前記サブステップ(e4)では、前記サブステップ(e3)において、前記パルス幅変調信号のデューティサイクルが第2の閾値以上である場合、前記第1リードタイム及び前記第2リードタイムにおける前記パルス幅変調信号のデューティサイクルがともに前記第2の閾値以上であるかどうか判断し、
    前記サブステップ(e4)の判断結果が満たされる場合、前記ステップ(b)が再び実行される、
    請求項16に記載の制御方法。
  18. 前記サブステップ(e2),サブステップ(e3)ないしサブステップ(e4)の判断結果が満たされない場合、前記ステップ(b)が再び実行される、
    請求項17に記載の制御方法。
  19. 前記ステップ(f)において、所定の時間、前記逆回転モードで前記モーターが動作していない場合、前記ステップ(e)が再び実行される、
    請求項11に記載の制御方法。
  20. 電子機器のファンの正回転/逆回転を制御するための制御システムであって、モーター、インターフェース回路、モーターコントローラ、検出制御回路、周波数シミュレーション回路、周波数出力回路とを備え、
    前記モーターは、ファンの回転を駆動し、
    前記インターフェース回路は、パルス幅変調信号を受信し且つ変換し、
    前記モーターコントローラは、前記モーターと電気的に接続され、前記モーターの回転速度を制御し且つ前記モーターが正回転モード又は逆回転モードで動作するように制御し、前記モーターが前記正回転モードで動作するときには、前記ファンを正回転させて熱を逃がし、前記モーターが前記逆回転モードで動作するときには、前記ファンを逆回転させて埃を除去し、
    前記検出制御回路は、前記インターフェース回路及び前記モーターコントローラと電気的に接続され、変換された前記パルス幅変調信号のデューティサイクルをリアルタイムで読み取り、前記モーターが前記正回転モードで動作するとき、前記検出制御回路が前記モーターコントローラを駆動して、前記デューティサイクルに基づいて前記ファンの回転速度を制御し、
    前記検出制御回路は、前記デューティサイクルが第1閾値以下であるか否かをダブルチェックし、
    前記デューティサイクルが前記第1閾値以下である場合は、前記検出制御回路が前記モーターコントローラを駆動して、前記モーターの動作モードを前記正回転モードから前記逆回転モードへ切り替え、
    前記周波数シミュレーション回路は、検前記検出制御回路に電気的に接続され、前記モーターが慣性停止状態であるときは前記電子機器に対してシミュレートされた周波数信号を発し、
    前記周波数出力回路は、前記モーターコントローラ及び前記検出制御回路に電気的に接続され、前記モーターが前記正回転モード又は前記逆回転モードで動作しているときには、前記モーターの回転速度に対応する実際の周波数信号が前記検出制御回路と前記周波数シミュレーション回路を介して前記電子機器に対して出力する、
    電子機器のファンの正回転/逆回転を制御するための制御システム。
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