JP4233516B2

JP4233516B2 - 冷却用ファンを有するデータ処理装置

Info

Publication number: JP4233516B2
Application number: JP2004347497A
Authority: JP
Inventors: 亮治澤田
Original assignee: Kyocera Mita Corp
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2004-11-30
Filing date: 2004-11-30
Publication date: 2009-03-04
Anticipated expiration: 2024-11-30
Also published as: JP2006155401A; US7499770B2; US20060117205A1

Description

本発明は、データ処理を行なうプロセッサの温度上昇を冷却する冷却用ファンを有するデータ処理装置に関する。

従来から半導体で形成されたプロセッサは、安定したデータ処理を行なうためにその温度上昇を回避する必要があった。そのために、一般的には、冷却用ファンを用いて冷却することが考えられている。

また、従来技術としては、例えば下記の特許文献１で示すように、半導体回路のパッケージの温度上昇を抑制して熱暴走を起こさないようにした技術が開示されている。これは、機能モジュールの基板の温度を電気的な信号として検出し、この検出信号によってプロセッサのシステムクロック信号の周波数を制御し、熱暴走を起こさない最大の速度で動作を行なうように制御するものである。具体的には、基板や基板の所定領域の温度を検出するために温度モニタを設けている。この温度モニタは、リング発信器の発信周波数の温度特性を利用したものである。リング発信器は奇数個の反転増幅回路をリング状に接続した発信器で、その発信周波数は、各反転増幅回路を構成するトランジスタの動作速度によって定まる。そして、トランジスタの動作速度は、接合面の温度が低いほど早く、温度が高くなるに従って遅くなるという特性がある。このようにして、パッケージの温度を監視し、この温度が基準温度に達したときに、マイクロプロセッサの消費電力が所定の値に制限されるようにマイクロプロセッサの動作状態を変更するようにしたものである。

更に、従来技術としては、例えば下記の特許文献２で示すように、プロセッサの負荷状態を検出して割り込み条件を満たしているかどうかを判別し、プロセッサ負荷に応じた最適処理が実行できる技術が開示されている。そのため、この従来技術ではプロセッサ負荷率を検出している。この検出は、プロセッサの内部で何の処理も実行していない場合、つまりアイドル期間中にアイドル信号が出力されるので、このアイドル信号とプロセッサクロックとにより、所定時間アイドル信号を計測することにより、１計測期間中のアイドル期間比率を求め、その結果から所定時間のプロセッサ負荷率を求めている。このようにしてプロセッサはプロセッサ負荷率に応じたデータ処理状態で作動するようになっている。

特開２００４−６４４６号公報（段落〔００４８〕〜〔００５２〕、〔００５９〕、図３）特開平１１−３４５１３５号公報（段落〔０００９〕〜〔００１５〕、〔００２６〕〜〔００４１〕）

しかしながら、上記特許文献１で示す従来技術にあっては、温度を検出する検出部を基板に設ける構成であるため、特別に検出部を用意し、その組み込みを行なう必要がある。また、基板の温度は、半導体集積回路の動作状態に依存するだけでなく、その回路が配置されている電子機器内の環境にも大きく影響される。例えば、発熱量の大きな電子部品が接近して配置されている場合には、この電子部品からの発熱量の影響を大きく受けることになり、正確にプロセッサ自体の温度を検知することが不可能になる。そのため、基板の温度がプロセッサの温度よりも高くなっているので、この温度の測定結果でプロセッサのシステム信号の周波数を抑制することは、プロセッサの最大機能に対して著しく低い状態で動作させることになる。従って、プロセッサは常に適正な効率で使用されないという問題点があった。勿論、補正をすることも考えられるが、その補正量を予め正確に設定することは面倒である。

そこで、本願発明者は、上記の問題点を解決するために、上記特許文献２で示す負荷率をアイドル信号から算出する既存の従来技術を活用することにより上記問題点を解決する方法を見出した。即ち、本発明は、プロセッサによるデータ処理が常に仕様の最大範囲内で実行できる冷却ファンを有するデータ処理装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本願の請求項１に係る発明は、データ処理を行なうプロセッサを冷却するための冷却用ファンを有するデータ処理装置において、
前記プロセッサの稼働率を算出するための稼働率算出手段と、
前記稼働率の値が所定値以上になったときに前記冷却ファンを作動させるための制御手段と、
前記冷却用ファンの作動開始の設定条件を形成する前記データ処理の動作開始時点から所定時間経過までの稼動率を、該所定時間経過後の稼働率よりも大きい値に変更する変更手段と、
を備えていることを特徴とする。

また、本願の請求項２に係る発明は、請求項３に記載のデータ処理装置に係り、前記稼働率算出手段は、前記プロセッサにおいて発生するアイドル信号をカウントするアイドル信号用カウンタと、前記アイドル信号用カウンタのカウント値を所定の期間で累算する累算用カウンタと、前記累算用カウンタのカウント値から稼働率を算出してその算出データを送出する稼働率算出回路とから構成されていることを特徴とする。

本願の請求項１に係る発明によれば、前記プロセッサの温度上昇は稼働率との相関があるため、前記稼働率算出手段により稼働率を算出し、制御手段により所定値以上になったときに冷却用ファンを作動させて前記プロセッサを強制冷却し、異常状態の発生を積極的に回避する。そのため、第一に、前記プロセッサは温度が上昇して稼働率が所定値以上になっても本来のデータ処理を仕様の最大範囲内で実行することができる。即ち、プロセッサは、温度の上昇の如何にかかわらず常に仕様の最大の処理能力でデータを処理することができる効率の良いデータ処理装置を提供できる。第二に、冷却用ファンは、プロセッサが高温にならないときには動作しないため騒音の影響を最小限に抑えることができる。第三に、前記冷却用ファンを作動させる設定条件が動作開始時点から所定時間経過の前後で変更して実際の温度上昇に対応するため、前記冷却用ファンの動作期間を最小にして電力の消費を節約し、騒音の影響を最小限に抑えることができる。第四に、本発明の構成は既存の回路を適用して稼働率を算出し、その算出結果で冷却用ファンの動作を制御するようにしたものであり、正確な制御を簡単にできるコスト的に有利なものである。

更に、本願の請求項２に係る発明によれば、請求項１に記載の効果に加えて、前記稼働率算出手段は、前記プロセッサ自体から発生するアイドル信号に基づいて稼働率のデータを送出するので、特別な温度センサー等を用いることなく正確にプロセッサの温度に対応した算出データを得るデータ処理装置を提供できる。

以下、本発明の具体例を実施例及び図面を用いて詳細に説明する。

本発明の実施例について図１を用いて以下に説明する。図１は本発明の一実施例に係るデータ処理装置を示すブロック図である。
データ処理装置１０は、データ処理を実行する半導体で形成されたプロセッサ１と、プロセッサ１の作動に用いられるクロック信号を発生するクロック信号発生回路２と、プロセッサ１を強制的に冷却する冷却用ファン３と、プロセッサ１の稼働率を算出するための稼働率算出部４と、稼働率算出部４の算出データに基づいて冷却ファン３の冷却動作を制御する制御部５と、冷却用ファン３が作動される設定条件を変更する変更部６とから構成されている。

稼働率算出部４は、データ処理を中断しているときにプロセッサ１から得られるアイドル信号をカウントするアイドル信号用カウンタ４１と、クロック信号を分周する分周用カウンタ４２と、アイドル信号用カウンタ４１のカウント値を分周用カウンタ４２の出力によって所定期間単位で累算する累算用カウンタ４３と、累算用カウンタ４３の出力から稼働率を算出して算出データを送出する稼働率算出回路４４とから構成されている。

制御部５は、冷却用ファン３を作動させる所定値としての基準値を設定した基準値設定回路５１と、稼働率算出部４から供給された算出データと基準値設定回路５１の基準値とを比較する比較回路５２と、比較回路５２の出力側に接続され稼働率算出部４で得られた算出データが基準値以上になると冷却用ファン３を作動させる制御回路５３とから構成されている。

変更部６は、データ処理装置１０に電源を投入して作動開始をした時点とその時点から大幅に経過した時点では、同一の稼働率であっても実際の温度上昇が異なるので、動作開始から所定時間までと所定時間経過後とで稼働率の基準値の変更を行うものである。この変更は、動作開始時点からタイマーを作動させ、所定時間経過前における基準値設定回路５１の基準値を所定時間経過後の基準値よりも大きく変更するようになっている。

次に、このような構成による冷却用ファンを有するデータ処理装置１０の動作について説明する。
データ処理装置１０は電源が投入されて作動開始されると、プロセッサ１がクロック信号発生回路２からのクロック信号によりデータ処理を行なう。データ処理が中断されると、プロセッサ１からアイドル信号が得られる。このアイドル信号はアイドル信号用カウンタ４１によってカウントされ、その出力が累算用カウンタ４３に供給される。累算用カウンタ４３は分周用カウンタ４２で得られた出力によって所定期間単位でのアイドル信号を累算する。累算した出力は、稼働率算出回路４４において稼働率の算出データに変換されて制御部５へと送出される。

制御部５は稼働率算出部４から供給された算出データが比較回路５２で基準値設定回路５１の基準値と比較される。比較回路５２の出力側の制御回路５３は、稼働率のデータが基準値以下である場合には冷却ファン３を作動させないようになっている。データ処理が頻繁に行なわれ、アイドル信号の発生期間が少なくなると稼働率算出回路４４から稼働率が増加したことを示す算出データが比較回路５２に供給される。制御部５の比較回路５２においては、プロセッサ１の温度に対応した稼働率を示す算出データと基準値とが比較され、算出データが基準値を超えていると制御回路５３が冷却用ファン３により作動させる。

このようにして、冷却ファン３はプロセッサ１を強制的に冷却し、これにより、異常な温度上昇状態が回避される。従って、データ処理は継続して実行することができる。また、データ処理を実際に実行している期間が少なくなりアイドル期間が増加した場合には、稼働率が低下して稼働率算出部４で算出された算出データの値が低減し、その算出データが制御部５において基準値以下になったことが検知されると、制御部５は冷却用ファン３の冷却動作を停止させる。

また、データ処理装置１０に電源を投入して動作を開始した時点では、プロセッサ１は常温状態であって高温になるまでにはデータ処理を相当に行なう必要がある。これに反し、動作開始から大幅に時間が経過した時点では、既にデータ処理が複数回行なわれる等の理由からプロセッサ１の温度が上昇していると考えられるので、上記の動作開始をしたばかりの場合に比べて少ない稼働率で高温に至る。

そこで、変更部６はプロセッサ１の動作開始時点からタイマーを作動させ、所定時間に至るまで基準値を所定時間経過後の基準値よりも高い値に変更する。そのため、データ処理装置１０の動作開始の時点では、データ処理の稼働率が高くなってもその間はまだ十分にプロセッサ１の温度が上昇しないため、冷却用ファン３を作動させる必要がなく、算出データが基準値に至ることもない。ただし、この間においても、例えばデータ処理を長時間連続して実行し稼働率を高くしてプロセッサ１の温度を上昇させれば、算出データが基準値に至り冷却用ファン３が制御部５により作動されて強制冷却を行なうようになっている。

電源投入時から所定時間が経過すると、変更部６は基準値設定回路５１の基準値を定常状態の値に戻す。そして、算出データがこの基準値に至ると制御部５は冷却用ファン３を作動させる。一方、算出データが基準値以下になると制御部５は冷却用ファン３の動作を停止させる。

上述したように本発明の実施例によれば、プロセッサ１の温度上昇は稼働率との相関があるため、稼働率算出部４により稼働率を算出しその算出データによって温度上昇の程度が判別できる。よって、この算出データを制御部５に送出して基準値と比較し基準値以上になったときには冷却用ファン３を作動させるようにする。これにより、プロセッサ１の温度上昇が強制冷却によって回避され、稼働率が所定値以上になっても本来のデータ処理を続行することができる。即ち、データ処理は常に仕様の最大範囲内で実行できる。また、基準値設定回路５１内の作動開始時点から所定時間内における基準値は、変更部６により所定時間経過後の基準値より高く設定している。そのため、データ処理装置１０の作動開始から所定時間までのデータ処理においては、稼働率が高くても実際には温度が上昇していないので冷却用ファン３を作動させない。そして、所定時間経過後には基準値を下げているので、実際の温度上昇に対応して冷却ファン３を作動させることができる。従って、冷却用ファン３を作動させる期間を最小限にでき、消費電力が節減されると共に、騒音の発生を最小限に抑えられる。

尚、本発明の実施例においては、冷却用ファン３を作動させる設定条件が基準値設定回路５１の基準値を変更部６により変更されるようになっている。しかし、本発明はこれに限定されることなく、例えば、稼働率算出回路４４における稼働率を算出データとして算出する変換率を変更するようにして設定条件の変更を行なう等の種々の方法をとることができる。

尚また、本発明の実施例においては、設定条件の変更を作動開始から所定時間経過までの前後で行なうようにしたが、本発明はこれに限定されることなく、作動開始から所定時間経過までの間において段階的に変更するようにしてもよい。このようにして、冷却用ファンの動作期間をより少なくすることができる。

図１は本発明の一実施例に係るデータ処理装置を示すブロック図である。

符号の説明

１プロセッサ
２クロック信号発生回路
３冷却用ファン
４稼働率算出部
５制御部
６変更部
４１アイドル信号用カウンタ
４２分周用カウンタ
４３累算用カウンタ
４４稼働率算出回路
５１基準値設定回路
５２比較回路
５３制御回路

Claims

データ処理を行なうプロセッサを冷却するための冷却用ファンを有するデータ処理装置において、
前記プロセッサの稼働率を算出するための稼働率算出手段と、
前記稼働率の値が所定値以上になったときに前記冷却ファンを作動させるための制御手段と、
前記冷却用ファンの作動開始の設定条件を形成する前記データ処理の動作開始時点から所定時間経過までの稼動率を、該所定時間経過後の稼働率よりも大きい値に変更する変更手段と、
を備えていることを特徴とする冷却用ファンを有するデータ処理装置。
前記稼働率算出手段は、前記プロセッサにおいて発生するアイドル信号をカウントするアイドル信号用カウンタと、前記アイドル信号用カウンタのカウント値を所定の期間で累算する累算用カウンタと、前記累算用カウンタのカウント値から稼働率を算出してその算出データを送出する稼働率算出回路とから構成されていることを特徴とする請求項１に記載の冷却用ファンを有するデータ処理装置。