JP3722939B2 - マイクロプロセッサチップ用冷却ファンを備えたコンピュータシステム及びその冷却ファン制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，マイクロプロセッサチップ用冷却ファンの回転速度を制御する機能を有するコンピュータシステム及びその冷却ファンの制御方法に関するものであり，具体的にはマイクロプロセッサチップの動作中に発生する熱を冷却するために使用される冷却ファンの回転速度を電源管理モードに応じて最適に制御することにより，冷却ファンの電力消費を減少させることが可能な携帯用コンピュータシステム用冷却ファン制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年，コンピュータシステムの性能は高速の発展を重ねており，かかる発展は，コンピュータシステムの中央処理装置の発展に大きく依存している。中央処理装置として使用されるマイクロプロセッサチップは，８ビット，１６ビット，３２ビット，６４ビット…といった具合に，その単位処理ビット数を年々増加させている。また，高周波数のクロックを使用することによって，マイクロプロセッサチップの処理速度をさらに高速にする試みも行われている。この結果，今日では大量のデータを高速に処理できるようになっている。
【０００３】
ところで，データの処理速度を増加させるために高周波数のクロックを使用するマイクロプロセッサチップは，電源が入力されて動作している間に，その特性上高熱を発生する。マイクロプロセッサチップが過熱すると，誤動作が生じるおそれがあり，さらにひどい場合には，チップの内部回路が破壊されるおそれもある。かかる事態を回避するために，現在のコンピュータシステムには，動作中高熱を発生するマイクロプロセッサチップを冷却するための冷却ファンが設けられている。
【０００４】
図１に，上記冷却ファンを備えた従来のコンピュータシステムの概略的な構成を示す。図１に示すように，従来の冷却ファンを備えたコンピュータシステムは，外部常用ＡＣ電源から入力された電力を所定のＤＣ電源に変換して供給する電源供給部１０と，電源供給部１０からの電力供給を制御する電源管理部１２と，データ格納用記憶装置３０と，中央処理装置としてのＣＰＵ３２と，ＣＰＵ３２を冷却するための冷却ファン２０と，外部装置とのインタフェースのためのインタフェース部３６と，ビデオ出力を制御するビデオ制御部３８とから主に構成されている。さらに，インタフェース部３６には，入力装置４０と周辺装置４２が接続されており，ビデオ制御部３８には表示装置５０が接続されている。
【０００５】
以上のように構成された従来のコンピュータシステムでは，システムへの電源入力とともに冷却ファン２０に電源が供給されて冷却動作を開始する。また，同時に，ＣＰＵ３２，すなわちマイクロプロセッサチップも動作を開始し，発熱し始め，かかる発熱が冷却ファン２０によって冷却されていく。
【０００６】
かかる冷却ファン２０の詳細な構造が図２に示されている。図示のように，ＣＰＵとして使用されるマイクロプロセッサチップ３２の上部に，発熱板を有するヒートシンク２２が装着され，その上にさらに冷却ファン２０が装着されている。マイクロプロセッサチップ３２が発熱すると，ヒートシンク２２にその熱が伝達され，さらに冷却ファン２０によってその熱が大気中へ放熱される。
【０００７】
一方，最近のコンピュータシステムは，不必要な電力消費を減少させるために，電源管理（パワーマネージメント）機能を備えている。かかる電源管理機能は，図３に示すように，通常５段階の電源管理モードで区分されている。
【０００８】
図３に示すように，通常動作モードは，電源管理のための装置及びすべてのサブシステム，例えばハードディスクドライブ，モニタなどに電力が供給されている状態である。そして，かかる通常動作モード時には，マイクロプロセッサチップは通常の高周波数のクロックで動作する。かかる通常動作モードは，コンピュータシステムの通常使用時に実行され，その間，電源管理機能はディスエーブル状態である。スタンバイモードは，一定期間の間，コンピュータシステムが使用されない場合に実行されるモードで，例えば，一定期間の間，キー入力が発生しない場合，マイクロプロセッサチップの動作周波数を所定値以下の低周波数に切り替えて，サブシステムの電力消費を最大限抑えて電力消費を最大に減少させるモードである。スリープモードは，マイクロプロセッサチップに電力は供給するが，動作周波数を遮断し，通常動作モードに復帰するために必要なサブシステム以外のサブシステムへの電力供給をすべて遮断するモードである。サスペンドモードは，マイクロプロセッサに供給される電力を遮断するとともに，通常動作モードに復帰するために必要なサブシステム以外のサブシステムへの電力供給をすべて遮断するモードである。そして電力オフモードは，コンピュータシステムの電力供給をすべて遮断するモードである。
【０００９】
このように，最近のコンピュータシステムは，電源管理機能により，その動作状態に応じた電力制御を行うことにより，不必要な電力消費を最大限に抑制するような省電力設計がなされている。
【００１０】
再び，図１を参照すると，電源供給部１０は，外部から入力された常用ＡＣ電源を各種電圧レベル（例えば，±５Ｖ，±１２Ｖ，…）のＤＣ電圧に変換して，コンピュータシステムの各部分へ供給する。その際に，電源管理部１２は，上述した電源管理機能により，コンピュータシステムの動作モードに応じて，電源供給部１０からの電力の供給／遮断を制御する。
【００１１】
そして，コンピュータシステムの中央処理装置であるマイクロプロセッサチップは，上述した電源管理モードに応じて，高周波数のクロック，低周波数のクロック，又は電源供給が遮断される多段階の動作状態を持つようになる。
【００１２】
ここで，マイクロプロセッサチップは，通常動作モードで動作する場合だけに，高周波数のクロックで動作するので高熱が発生し，スタンバイモードの場合には，低周波数のクロックに動作するので相対的に低い熱が発生する。さらに，スリープモードやサスペンドモードでは，ほとんど発熱しない。
【００１３】
しかし，図１を参照すれば明らかなように，従来のコンピュータシステムでは，冷却ファン２０は，上述した電源管理モードとは関係なしに動作するように構成されている。すなわち，従来のコンピュータシステムの冷却ファン２０は，電源供給部１０から直接電源が供給されているので，電源供給部（１０）のオン／オフに連動してオン／オフされるに過ぎない。
【００１４】
従って，電源管理モードに応じてマイクロプロセッサチップの動作状態が変更され，発熱状態が低くなっても，冷却ファン２０は同一動作を継続することになる。その結果，従来のコンピュータシステムでは，冷却ファンによって不必要な電力消費が行われ，その上冷却ファンの動作による騒音が継続的に発生するという問題点があった。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は，従来のコンピュータシステムが有する上記問題点に鑑みて成されたものであり，その目的は，マイクロプロセッサチップの冷却ファンの回転速度を電源管理モードに応じて制御することが可能な新規かつ改良されたコンピュータシステム及び冷却ファンの制御方法を提供することである。
【００１６】
本発明のさらに別の目的は，冷却ファンによる不必要な電力消費及び騒音発生を防止することが可能な新規かつ改良されたコンピュータシステム及び冷却ファンの制御方法を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために，本発明の第１の観点によれば，マイクロプロセッサチップ及びそのマイクロプロセッサチップを冷却する冷却ファンを備えるとともに，その動作状態に応じて，少なくとも通常動作モード，スタンバイモード，スリープモード及びサスペンドモードの中から選択された電源管理モードで駆動される低消費電力型のコンピュータシステムが提供される。そして，このコンピュータシステムは，請求項１に記載のように，ＡＣ電圧を複数の電圧レベルのＤＣ電圧に変換して出力する電源供給部と，コンピュータシステムの動作モードを検出してその動作モードに応じて相互に周波数の異なる第１駆動信号及び／又は第２の駆動信号を出力する電源管理モード検出部と，入力された第２駆動信号を所定期間の間遅延させる遅延回路と，入力された第１駆動信号又は第２駆動信号に応じて冷却ファンに電源管理モードに応じた冷却ファン駆動電圧を供給して冷却ファンの回転速度を制御する冷却ファン駆動部とを備えたことを特徴としている。
【００１８】
さらに，請求項２によれば，上記電源管理モード検出部６０は，電源管理モードがスタンバイモードの場合には，第２駆動信号ｆｄｓ２を出力して遅延時間が経過した後に第１駆動信号ｆｄｓ１の出力を中止し，電源管理モードがスリープモード又はサスペンドモードの場合には，所定の遅延時間が経過した後に第２駆動信号ｆｄｓ２の出力を中止するように構成することが好ましい。
【００１９】
さらに，上記駆動部７０は，例えば請求項３に記載のように，第１駆動信号ｆｄｓ１及び第２駆動信号ｆｄｓ２が入力される入力端に一端子が接続される抵抗Ｒ１と，その抵抗Ｒ１の他端にベース端子が接続されエミッタ端子が接地されたＮＰＮ型トランジスタＱ１と，そのＮＰＮ型トランジスタＱ１のコレクタ端子に一端が接続された抵抗Ｒ２と，その抵抗Ｒ２の他端にベース端子が接続されてエミッタ端子に所定の電源電圧が印加されるトランジスタＱ２と，このトランジスタＱ２のベース端子とエミッタ端子間に接続される抵抗Ｒ３と，このトランジスタＱ２のコレクタ端子に一端が接続されて他端が接地された抵抗Ｒ４と，その抵抗Ｒ４に並列に接続されたキャパシタＣ１とを含んで構成され，前記トランジスタＱ２のコレクタ端子は前記冷却ファン２０に接続されたコネクタ（ＣＯＮ）の一端に接続されるように構成することができる。
【００２０】
上記課題を解決するために，本発明の第２の観点によれば，マイクロプロセッサチップ及びそのマイクロプロセッサチップを冷却する冷却ファンを備えるとともに，その動作状態に応じて，少なくとも通常動作モード，スタンバイモード，スリープモード及びサスペンドモードの中から選択された電源管理モードで駆動される低消費電力型のコンピュータシステムの冷却ファンの制御方法が提供される。そして，この冷却ファンの制御方法は，請求項４に記載のように，コンピュータシステムの電源管理モードを判断し，電源管理モードが通常動作モードの場合には，マイクロプロセッサを駆動する相対的に高周波数のクロックに対応した通常速度で冷却ファンを回転駆動し，これに対して，電源管理モードがスタンバイモードの場合には，所定の遅延時間が経過した後にマイクロプロセッサを駆動する相対的に低周波数のクロックに対応した低速度で冷却ファンを回転駆動し，さらに，電源管理モードがスリープモード又はサスペンドモードの場合には，所定の遅延時間が経過した後に冷却ファンの動作を停止させるように制御が行われることを特徴としている。
【００２１】
以上のような構成によれば，通常動作モードの場合にのみ，冷却ファンは通常の速度で動作し，スタンバイモードでは，冷却ファンは通常速度以下の低速で動作し，さらに，スリープモード及びサスペンドモードでは，冷却ファンはその動作を停止する。このように，本発明によれば，コンピュータシステムの電源管理モードに応じて，冷却ファンの回転速度が最適に調節されるので，スタンバイモードでは冷却ファンの電力消費を減じることが可能となり，さらにスリープモードやサスペンドモードでは，冷却ファンへの電力供給を遮断するので，全体的には，冷却ファンの電力消費を減らすことができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照しながら本発明にかかるマイクロプロセッサチップ用冷却ファンの回転速度を制御する機能を有するコンピュータシステム及びその冷却ファン制御方法の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００２３】
図４には，本発明の実施の一形態にかかる冷却ファン制御装置の概略的なブロック図が示されている。図４に示すように，この冷却ファン制御装置は，電源供給部１０と，電源管理モード検出部６０と，冷却ファン駆動部７０と，遅延部８０と，冷却ファン２０とから主に構成されている。
【００２４】
電源管理モード検出部６０は，コンピュータシステムに電源が供給される状態すなわち，電源管理モードによる電源供給部１０の電源供給状態を判断して，冷却ファン駆動のための所定の第１及び第２駆動信号ｆｄｓ１，ｆｄｓ２中，該当される駆動信号を出力する。
【００２５】
駆動部７０は，第１及び第２駆動信号ｆｄｓ１，ｆｄｓ２中，該当される駆動信号を受けて，これに応じた駆動電源を冷却ファン２０に供給する。この駆動部７０の詳細回路図が図５に示されている。
【００２６】
駆動部７０は，第１及び第２駆動信号ｆｄｓ１，ｆｄｓ２が入力される入力端にその一端が接続される抵抗Ｒ１と，その他端にベース端子が接続されるとともにエミッタ端子が接地されたＮＰＮ型トランジスタＱ１と，そのトランジスタＱ１のコレクタ端子にその一端が接続された抵抗Ｒ２と，その抵抗Ｒ２の他端にベース端子が接続されるとともにエミッタ端子に所定の電源電圧１２Ｖが印加されるＰＮＰ型トランジスタＱ２と，そのトランジスタＱ２のベース端子とエミッタ端子間に接続された抵抗Ｒ３と，そのトランジスタＱ２のコレクタ端子に一端が接続されて他端が接地された抵抗Ｒ４と，その抵抗Ｒ４に並列に接続されたキャパシタＣ１とから主に構成される。なお，トランジスタＱ２のコレクタ端子は冷却ファン２０と接続されるコネクタ（ＣＯＮ）の一端に接続され，コネクタＣＯＮの他端は接地されている。
【００２７】
以上のように構成された駆動部７０は，電源管理モード検出部６０から第１及び第２駆動信号ｆｄｓｑ，ｆｄｓ２のいずれか一方が入力されて動作されるが，その動作関係は次のようである。
【００２８】
まず，電源管理モードが通常動作モードである場合には，電源管理モード検出部６０から通常動作するマイクロプロセッサチップの高速の動作周波数に対応した第１駆動信号ｆｄｓ１が駆動部７０へ入力される。ここで，第１駆動信号ｆｄｓ１は，マイクロプロセッサチップの動作周波数に対応した高周波数のクロック信号である。
【００２９】
第１駆動信号ｆｄｓ１が所定のハイレベル電圧でトランジスタＱ１のベース端子に印加されると，トランジスタＱ１はターンオンする。次いで，トランジスタＱ２のベース端子にはローレベル電圧が印加されて，トランジスタＱ２がターンオンすると，コネクタＣＯＮを介して冷却ファン２０に電源が供給され，冷却ファン２０が動作する。このように，通常動作モードでは，マイクロプロセッサチップの高速の動作周波数に対応して，冷却ファン２０も高速で動作する。
【００３０】
一方，電源管理モードがスタンバイモードの場合には，前記電源管理モード検出部６０から第２駆動信号ｆｄｓ２が遅延部８０に入力される。遅延部８０は，入力された第２駆動信号ｆｄｓ２を所定期間の間遅延させてから駆動部７０に出力する。このとき，電源管理モード検出部６０は，第１駆動信号ｆｄｓ１の出力を中止する。
【００３１】
第２駆動信号ｆｄｓ２が入力されると，駆動部７０は，上述した動作を実行して，所定の電源を冷却ファン２０に供給する。その際，マイクロプロセッサチップはスタンバイモードで低周数で動作しており，第２駆動信号ｆｄｓ２もこれに対応した低周波数のクロック信号であるので，冷却ファン２０は低速で動作する。その結果，スタンバイモードの場合に，冷却ファン２０による電力消費及び騒音が減少される。
【００３２】
これに対して，コンピュータシステムがスリープモード（又はサスペンドモード）で動作している場合には，電源管理モード検出部６０は，所定期間の遅延後，第２駆動信号ｆｄｓ２の出力を中断する。その結果，冷却ファン２０の動作が停止する。従って，スリープモードやサスペンドモードの場合には，冷却ファン２０が駆動しないので，冷却ファン２０による電力消費が抑えられるとともに，騒音も発生しない。
【００３３】
次に，本実施の形態にかかるマイクロプロセッサチップの冷却ファン制御装置の制御方法について，図６を参照しながら詳細に説明する。
【００３４】
図６に示すように，まず，工程Ｓ１００で，コンピュータシステムの電源管理モードの種類（通常動作モード，サスペンドモード，スリープモード又はサスペンドモードが判断される。
【００３５】
そして，コンピュータシステムが通常動作モードで動作している場合には，工程Ｓ２００に進み，高周波数のクロックで動作するマイクロプロセッサチップの発熱を除去するように，通常速度で冷却ファンが回転駆動される。これに対して，コンピュータシステムがスタンバイモードで動作している場合には，マイクロプロセッサチップの発熱量は比較的小さいので，工程Ｓ３００に進み，所定の遅延時間が経過した後に，工程Ｓ３２０に進み，比較的に低いマイクロプロセッサチップの動作周波数に対応するように，比較的低速度で冷却ファンを駆動させる。そして，コンピュータシステムがスリープモード又はサスペンドモードで動作している場合には，マイクロプロセッサチップの発熱は無視できるので，工程Ｓ４００に進み，所定の遅延時間が経過した後に，さらに工程Ｓ４２０に進み，冷却ファンの動作を停止させる。
【００３６】
本発明によれば，コンピュータシステムの電源管理モードに応じて冷却ファンの回転速度が最適に制御されるので，冷却ファンの不必要な電力消費及び騒音の発生が減少し，モードによっては無くなる。
【００３７】
以上添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において，各種の変更例又は修正例に想到しうることは明らかであり，それらについても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成されているので，コンピュータシステムの電源管理モードに無関に動作された従来のマイクロプロセッサチップの冷却ファンとは異なり，電源管理モードに応じて異なる動作周波数で動作するマイクロプロセッサチップの特性に従い，冷却ファンの動作速度が多段階に制御されるので，冷却ファンによって発生される不必要な電力消費及び騒音の発生を減少あるいは遮断する優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の冷却ファンを備えたコンピュータシステムの概略的な構成を示すブロック図である。
【図２】従来のコンピュータシステムに実装されるマイクロプロセッサチップ用冷却ファンの構造を示す斜視図である。
【図３】代表的な電源管理モードに応じたコンピュータシステムの動作状態を示す説明図である。
【図４】本発明の好適な実施形態にかかるコンピュータシステムのマイクロチップ用冷却ファン制御装置の概略的なブロック図である。
【図５】図４に示す冷却ファン制御装置の詳細回路図である。
【図６】本発明の好適な実施形態にかかるマクロチップ用冷却ファンの制御方法の概略的な流れ図である。
【符号の説明】
１０ 電源供給部
１２ 電源管理部
２０ 冷却ファン
２２ ヒートシンク
３０ 記憶装置
３２ ＣＰＵ
３４ システムバス
３６ インタフェース
３８ ビデオ制御部
４０ 入力装置
４２ 周辺装置
５０ 表示装置
６０ 電源管理モード検出部
７０ 冷却ファン駆動部
８０ 遅延部

Claims (4)

1. マイクロプロセッサチップ及びそのマイクロプロセッサチップを冷却する冷却ファンを備えるとともに，その動作状態に応じて，少なくとも通常動作モード，スタンバイモード，スリープモード及びサスペンドモードの中から選択された電源管理モードで駆動される低消費電力型のコンピュータシステムにおいて：
   ＡＣ電圧を複数の電圧レベルのＤＣ電圧に変換して出力する電源供給部と；
   前記コンピュータシステムの動作モードを検出し，その動作モードに応じて，相互に周波数の異なる第１駆動信号及び／又は第２の駆動信号を出力する電源管理モード検出部と；
   入力された前記第２駆動信号を，所定期間の間，遅延させる遅延回路と；
   入力された前記第１駆動信号又は第２駆動信号に応じて，前記冷却ファンに，電源管理モードに応じた冷却ファン駆動電圧を供給し，前記冷却ファンの回転速度を制御する冷却ファン駆動部と；
   から成ることを特徴とする，マイクロプロセッサチップ用冷却ファンを備えたコンピュータシステム。
2. 前記電源管理モード検出部６０は，前記電源管理モードがスタンバイモードの場合には，前記第２駆動信号ｆｄｓ２を出力し，前記遅延時間が経過した後，前記第１駆動信号ｆｄｓ１の出力を中止し，前記電源管理モードがスリープモード又はサスペンドモードの場合には，所定の遅延時間が経過した後，前記第２駆動信号ｆｄｓ２の出力を中止することを特徴とする，請求項１に記載のマイクロプロセッサチップ用冷却ファンを備えたコンピュータシステム。
3. 前記駆動部７０は，前記第１駆動信号ｆｄｓ１及び第２駆動信号ｆｄｓ２が入力される入力端に一端子が接続される抵抗Ｒ１と，その抵抗Ｒ１の他端にベース端子が接続されエミッタ端子が接地されたＮＰＮ型トランジスタＱ１と，そのＮＰＮ型トランジスタＱ１のコレクタ端子に一端が接続された抵抗Ｒ２と，その抵抗Ｒ２の他端にベース端子が接続されてエミッタ端子に所定の電源電圧が印加されるトランジスタＱ２と，このトランジスタＱ２のベース端子とエミッタ端子間に接続される抵抗Ｒ３と，このトランジスタＱ２のコレクタ端子に一端が接続されて他端が接地された抵抗Ｒ４と，その抵抗Ｒ４に並列に接続されたキャパシタＣ１とを含んで構成され，前記トランジスタＱ２のコレクタ端子は前記冷却ファン２０に接続されたコネクタ（ＣＯＮ）の一端に接続されるように構成されていることを特徴とする，請求項１又は２に記載のマイクロプロセッサチップ用冷却ファンを備えたコンピュータシステム。
4. マイクロプロセッサチップ及びそのマイクロプロセッサチップを冷却する冷却ファンを備えるとともに，その動作状態に応じて，少なくとも通常動作モード，スタンバイモード，スリープモード及びサスペンドモードの中から選択された電源管理モードで駆動される低消費電力型のコンピュータシステムの冷却ファンの制御方法であって：
   前記コンピュータシステムの電源管理モードを判断する工程と；
   前記電源管理モードが通常動作モードの場合には，前記マイクロプロセッサを駆動する相対的に高周波数のクロックに対応した通常速度で前記冷却ファンを回転駆動する工程と；
   前記電源管理モードがスタンバイモードの場合には，所定の遅延時間が経過した後，前記マイクロプロセッサを駆動する相対的に低周波数のクロックに対応した低速度で前記冷却ファンを回転駆動する工程と；
   前記電源管理モードがスリープモード又はサスペンドモードの場合には，所定の遅延時間が経過した後，前記冷却ファンの動作を停止させる工程と；
   から成ることを特徴とする，マイクロプロセッサチップ用冷却ファンの制御方法。

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