JP5210739B2 - 共振回路の周波数を利用してファンの回転速度を設定する方法 - Google Patents

Description

本発明はファンの回転速度を設定する方法に関し、特に、制御チップが少なくとも一つの共振素子を利用して周波数の範囲を設定する、共振回路の周波数を利用してファンの回転速度を設定する方法に関する。

現在、情報技術の進歩は日進月歩であり、コンピュータなどの電子装置は更なる機能が付与されてその使用価値が高められており、増加された機能のために、一定容積のシステム内に更なる多くの素子または部材を収容する必要がある。上述の素子または部材をシステム内に設置することによって、密度が増加するだけでなく、熱密度も高まるので、放熱装置による放熱を行なう必要があり、現在、放熱のために一般的にファンが最もよく使用されている。

従来技術によるファンの制御チップ（ＩＣ）が回転速度を制御する方法は以下の通りである。
まず、制御チップ内に予め回転速度の範囲を設定する。次に、外部の抵抗分圧回路によって電圧を設定し、電圧信号を生成して制御チップに伝送する。そして、制御チップが電圧信号に基づいてファンの運転を制御する。

以上のように、ファンの回転速度を調整するとき、先ず制御チップ内に回転速度の範囲を設定し、外部の抵抗分圧回路によって電圧を設定し、電圧信号を生成して制御チップに伝送し、制御チップに電圧信号に基づいてファンの回転速度を制御させることによって、ファンの回転速度の設定が行なわれる。
その中で、制御チップの電圧範囲には制限があり、例えば、電圧が１．４ボルトのときの回転速度が高い場合、電圧が３ボルトのときの回転数は低く、上述の両者の電圧差は１．６ボルトであり、このとき、電圧１．４ボルトから電圧３ボルトまでを１２８段階に分割して表示した場合、各段階の電圧差は１２．５ミリボルトであり、１２８段階と１２．５ミリボルトの積は丁度１．６ボルトになる。上述から、電圧範囲内を多数の階層に分割する必要があり、電圧範囲が小さすぎるので干渉されやすく、電圧範囲を大きくすることができず、多くの制限が発生する。

上述の従来技術による制御チップによるファンの回転速度の制御方法は三つの欠点を有する。
１．制御チップ内に予め回転速度の範囲を設定する必要があり、任意に調整できないので、操作が制限を受ける。
２．電圧範囲が小さすぎるので干渉を受けやすい。
３．回転速度の範囲も制限を受ける。

上述の従来技術における欠点を如何に解決するかは、本発明の発明者および当該技術に従事する者が改善したい研究課題であった。
特開平１１−２４３６９５号公報

本発明の目的は、少なくとも一つの共振素子を利用して周波数の範囲を設定し、ファンの回転速度を設定する、共振回路の周波数を利用してファンの回転速度を設定する方法を提供することにある。

上述の目的を解決するために、本発明は、共振回路の周波数を利用してファンの回転速度を設定する方法を提供するものであり、制御チップが少なくとも一つの、少なくとも一つの抵抗および少なくとも一つのコンデンサが設けられた共振素子を利用して周波数の範囲を設定する。その方法は、抵抗およびコンデンサの周波数の設定を行い、脈波信号を生成するステップと、クロック発生器が脈波信号を矩形波信号に変換するステップと、パルス抜取装置に矩形波信号を受信させ、矩形波信号の周波数が制御チップの周波数より低いかどうかを判断するステップと、パルス抜取装置が高速クロックが生成した周波数逓倍信号を受信し、矩形波信号に対して周波数逓倍演算処理を行ない、パルス信号を生成して乗算器に伝送するステップと、乗算器にパルス信号を回転速度を設定する周波数に変換させ、制御信号を生成して制御ユニットに伝送するステップと、制御ユニットが制御信号に基づいてファンの運転を制御し、ファンの回転速度が設定されるステップとから構成される。

すなわち、請求項１の発明は、少なくとも一つの抵抗および少なくとも一つのコンデンサが設けられた共振素子を利用して周波数の範囲を設定する少なくとも一つの制御チップを有するファンの回転速度を設定する方法であって、前記抵抗およびコンデンサの周波数の設定を行い、脈波信号を生成するステップと、クロック発生器によって前記脈波信号を矩形波信号に変換するステップと、パルス抜取装置が前記矩形波信号を受信し、前記矩形波信号の周波数が前記制御チップの周波数より低いかどうかを判断するステップと、前記矩形波信号の周波数と前記制御チップの周波数との高低関係の判断結果に応じて、前記パルス抜取装置に高速クロックが生成した周波数逓倍信号を受信させ、前記矩形波信号に対して周波数逓倍演算処理を行なった後、パルス信号を生成して乗算器に伝送するか、または、前記矩形波信号に対して前記周波数逓倍演算処理を行なうことなく当該矩形波信号を前記乗算器に伝送するステップと、前記乗算器が受信した信号を回転速度を設定する周波数に変換し、制御信号を生成して制御ユニットに伝送するステップと、前記制御ユニットが前記制御信号に基づいてファンの運転を制御し、ファンの回転速度が設定されるステップとから声精される。

請求項２の発明は、前記矩形波信号の周波数が前記制御チップの周波数と同一または前記制御チップの周波数より高い場合、前記矩形波信号は周波数逓倍演算処理を行なう必要がないことを特徴とする請求項１記載の共振回路の周波数を利用してファンの回転速度を設定する方法である。
請求項３の発明は、前記矩形波信号の周波数が前記制御チップの周波数より低い場合、前記矩形波信号は周波数逓倍演算処理を行なう必要があることを特徴とする請求項１記載の共振回路の周波数を利用してファンの回転速度を設定する方法である。
請求項４の発明は、前記脈波信号は、三角波信号であることを特徴とする請求項１記載の共振回路の周波数を利用してファンの回転速度を設定する方法である。

請求項５の発明は、前記脈波信号は、のこぎり波信号であることを特徴とする請求項１記載の共振回路の周波数を利用してファンの回転速度を設定する方法である。
請求項６の発明は、前記抵抗は、コイル抵抗、金属薄膜抵抗、合金薄膜抵抗、酸化金属薄膜抵抗、炭素薄膜抵抗、炭素質固体抵抗またはコンクリート抵抗であることを特徴とする請求項１記載の共振回路の周波数を利用してファンの回転速度を設定する方法である。
請求項７の発明は、前記コンデンサは、セラミックコンデンサ、電解コンデンサまたはタンタルコンデンサであることを特徴とする請求項１記載の共振回路の周波数を利用してファンの回転速度を設定する方法である。

共振素子を利用することによって設定可能な回転速度の範囲を広くすることができ、回転速度の範囲を任意に調整することができ、共振素子は耐ノイズ性が高く、ファンの回転速度設定は公式計算から取得されるので、設計過程を簡素化することができる。

本発明の目的、特徴および効果を示す実施例を図に沿って詳細に説明する。
図１,２は、本発明の好適な実施例を示す。本発明は共振回路の周波数を利用してファンの回転速度を設定する方法を提供するものであり、制御チップ１に少なくとも一つの共振素子１０が外接され、共振素子１０を利用することによって周波数の範囲が設定され、高い耐ノイズ性を有する。共振素子１０には少なくとも一つの抵抗Ｒおよび少なくとも一つのコンデンサＣが設けられる。ファンの回転速度を設定する方法は、図２のフローチャートに示すように、下記のステップ・処理工程から構成される。

ステップ２００で処理を開始する。
ステップ２０１で、先ず、コンデンサＣの容量値を固定し、必要とされる抵抗Ｒの抵抗値を変更するか、或いは抵抗Ｒの抵抗値を固定し、必要とされるコンデンサＣの容量値を変更して周波数を設定し、脈波信号を生成する。脈波信号は三角波信号またはのこぎり波信号であり、本実施例においては三角波信号によって説明する。
ステップ２０２で、図１に示すクロック発生器２１０（CLK generator）によって前述の脈波信号を矩形波信号に変換する。
ステップ２０３で、パルス抜取装置２２０に矩形波信号を受信させ、前述の矩形波信号の周波数が制御チップ１の周波数より低いかどうかを判断する。制御チップ１の周波数より低い場合(YES)にはステップ２０４に進み、低くない場合(NO)にはステップ２０７に進む。

制御チップ１の周波数より低い場合(YES)、ステップ２０４に進むが、ステップ２０４ではパルス抜取装置２２０が高速クロック３０が生成した周波数逓倍信号を受信し、矩形波信号に対して周波数逓倍演算処理を行なった後、パルス信号を生成して乗算器２３０（multiplier）に伝送し、ステップ２０５に進む。
ステップ２０５で、乗算器２３０にパルス信号を回転速度を設定する周波数に換算させ、制御信号を生成して制御ユニット７０（control unit)に伝送し、ステップ２０６に進む。
ステップ２０６で、制御ユニット７０が前述の制御信号に基づいてファン（図示せず）の運転を制御し、ステップ２１０でステップ（工程）を終了する。

ステップ２０３で、制御チップ１の周波数より低くない場合(NO)にはステップ２０７に進む。
ステップ２０７で、パルス抜取装置２２０が前述の矩形波信号を直接乗算器２３０に伝送し、ステップ２０８に進む。
ステップ２０８で、乗算器２３０に受信した矩形波信号を回転速度を設定する周波数に換算させた後、もう一つの制御信号を生成させて制御ユニット７０に伝送し、ステップ２０５に進む。
ステップ２０９に進む。
ステップ２０９で、制御ユニット７０が前述の他の制御信号に基づいてファン（図示せず）の運転を制御し、ステップ２１０でステップ（工程）を終了する。

以上のように、本発明の実施例は、抵抗ＲおよびコンデンサＣを利用することによって設定される回転速度の範囲を広くすることができ、また、回転速度の範囲を任意に調整することができ、回転速度を設定するとき、抵抗と関連性を有する。本発明を実際に実施するとき、コンデンサＣまたは抵抗Ｒの何れかを固定し、固定されていない素子を必要に合わせて変換（挿抜）することができる。例えば、コンデンサＣを固定した場合、抵抗Ｒを変換（挿抜）することができ、抵抗Ｒを固定した場合、コンデンサＣを変更（挿抜）することができる。従って、従来技術における回転速度の範囲の設定が制限され、任意に調整できないという欠点および電圧が小さすぎて容易に干渉を受けるという欠点を改善できる。

図１、２に示すように、抵抗Ｒの一端はアース端ＧＮＤと接続され、他端はコンデンサＣの一端と接続され、コンデンサＣの他端は参考電圧Ｖref（または目標基準電圧と称す）と接続され、抵抗ＲおよびコンデンサＣによって共振回路が形成される。前述の抵抗Ｒはコイル抵抗、金属薄膜抵抗、合金薄膜抵抗、酸化金属薄膜抵抗、炭素薄膜抵抗、炭素質固体抵抗またはコンクリート抵抗である。前述のコンデンサＣはセラミックコンデンサ、電解コンデンサまたはタンタルコンデンサである。

前述の制御チップ１は回転速度設定ユニット２０、制御ユニット７０(control unit)および高速クロック３０を備える。回転速度設定ユニット２０は前述のクロック発生器２１０、パルス抜取装置２２０および乗算器２３０を有する。クロック発生器２１０は抵抗Ｒ他端とコンデンサＣの一端が接続される部分に接続される。パルス抜取装置２２０はクロック発生器２１０、高速クロック３０および乗算器２３０と接続され、乗算器２３０は制御ユニット７０と接続される。

前述のクロック発生器２１０は受信した抵抗ＲおよびコンデンサＣが生成した脈波信号を矩形波信号に変換するのに使用される。パルス抜取装置２２０はクロック発生器２１０の矩形波信号および高速クロック３０の周波数逓倍信号を受信し、矩形波信号の周波数が制御チップ１の周波数より低いかどうかを判断するのに使用される。乗算器２３０は制御信号または他の制御信号を受信するのに使用される。

図１、３に示すように、制御チップ１は更に入力信号測定ユニット４０、ホール測定ユニット５０および駆動ユニット６０を備える。入力信号測定ユニット４０は高速クロック３０および制御ユニット７０とそれぞれ電気的に接続される。ホール測定ユニット５０および駆動ユニット６０は駆動ユニット７０とそれぞれ接続される。入力信号測定ユニット４０は入力端ＩＮＰＵＴを有し、入力端ＩＮＰＵＴはパルス幅変調信号（以下ＰＷＭ信号）またはアナログ信号を受信し、高速クロック３０および制御ユニット７０にそれぞれ伝送するのに使用される。

本実施例においてはＰＷＭ信号によって説明する。ホール測定ユニット５０は第１端Ｈ＋および第２端Ｈ−を有し、ホール素子（図示せず）が感応したファンの位相変化の信号を受信して測定を行なった後、制御ユニット７０に伝送するのに使用される。駆動ユニット６０は第３端ＯＵＴ１および第４端ＯＵＴ２を有し、制御ユニット７０が伝送した新しいＰＷＭ信号または他の新しいＰＷＭ信号を受信し、ファンの運転を制御するのに使用される。

図３に示すように、本実施例の応用回路図内には三つの共振素子が使用される。しかし、本発明を実際に実施するとき、三つの共振素子に制限される訳でなく、回転速度の 設定範囲に合わせて共振素子の数量を四つ、五つまたは六つと増加させることができる。

ファンの回転速度を設定するとき、先ずコンデンサＣの容量値を固定し、必要とさせる抵抗Ｒの抵抗値を変換するか、抵抗Ｒの抵抗値を固定し、必要とされるコンデンサＣの容量値を変換し、周波数を設定した後、三角波信号を生成してクロック発生器２１０に伝送する。クロック発生器２１０に受信した三角波信号を矩形波信号に変換させた後、パルス抜取装置２２０に伝送する。パルス抜取装置２２０に受信した矩形波信号の周波数が制御チップ１の周波数より低いかどうかを判断させ、パルス抜取装置２２０が受信した高速クロック３０の周波数逓倍信号に基づいて矩形波信号に対して周波数逓倍演算処理を行なった後、パルス信号を生成する。乗算器２３０に受信したパルス信号を回転速度を設定する周波数に変換させた後、制御信号を生成して制御ユニット７０に伝送する。このとき、制御ユニット７０は制御信号および入力信号測定ユニット４０が伝送したＰＷＭ信号をそれぞれ受信し、制御信号に基づいてＰＷＭ信号に対して設定調整の演算処理を行なった後、新しいＰＷＭ信号を生成し、駆動ユニット６０に伝送する。駆動ユニット６０に新しいＰＷＭ信号に基づいてファンの運転を制御させ、ファンの回転速度の設定を行なう。

また、パルス抜取装置２２０が受信した矩形波信号が制御チップ１の周波数と同一または制御チップ１の周波数より高いと判断したとき、パルス抜取装置２２０に直接矩形波信号を乗算器２３０に伝送させ、乗算器２３０に受信した矩形波信号を回転速度設定の周波数に換算させた後、他の制御信号を生成させ、制御ユニット７０に伝送する。このとき、制御ユニット７０は前述の他の制御信号および入力信号測定ユニットが伝送したＰＷＭ信号をそれぞれ受信し、他の制御信号に基づいてＰＷＭ信号に対して設定調整の演算処理を行なった後、他の新しいＰＷＭ信号を生成し、駆動ユニット６０に伝送し、駆動ユニット６０に他の新しいＰＷＭ信号に基づいてファンの運転を制御させ、ファンの回転速度の設定を行なう。

上述の構造設計に基づいて、本発明の好適な実施例を挙げて図を参照して説明する。
単相４極ブラシレスファンの回転速度が３６００ＲＰＭの場合、その周波数は公式である数式１から知ることができる。

（数１）

前記（数式１）から周波数１２０Ｈｚが計算され、制御チップの周波数を２００Ｈｚと仮定した場合、ファンの制御チップの周波数より低いので、算出された１２０Ｈｚに対して周波数逓倍の演算処理を行なう必要がある。本範例では８の周波数逓倍処理を行ない、１２０×８＝９６０Ｈｚであるので、周波数逓倍によって取得される周波数は９６０Ｈｚである。

図４、５、６、７、は本発明の実施例を説明する曲線図である。図に示すように、共振回路が生成する共振周波数と制御チップの周波数の比較回数が１６／２８（図４、５、７に示す）の場合、上述のデータから回転速度設定の周波数を正確に計算できる（図６に示す）。
一般にシステムは７ビット或いは８ビットの演算器で、７ビットは１２８段階であり、８ビットは２５６段階であるが、本発明の場合に、仮にシステムが測定した最大の演算が２８段階の場合、システムが読み取ることができる範囲は、１段階から２７段階、即ち、１／２７〜２７／２８である。２８段階を越えるような時、共振回路の周波数はシステムで測定できない(Over Flow)ため、共振回路の周波数は、逓倍処理を行わなければならず、仮にシステムパルスの周期が0.1msであれば、一段階のパルスは100Hzであり、１／２７の回転速度の範囲は100Hz〜2700Hzであり、このように、ＲＣ共振パルスは算出され、この数値がファンの回転速度の設定値となる。
したがって、図４はシステムパルスの電圧と経過時間との関係の波形であり、図５はこの場合のＲＣ共振波形であるが、これを図６に示すようにＲＣ共振変換後の矩形波形として回転速度設定の周波数を設定する。図７はＲＣ共振パルスとシステムパルスの比較である。

図８、９、１０、１１は、本発明の他の実施例を説明する曲線図である。図に示すように、共振回路が生成する共振周波数と制御チップの周波数の比較回数が７／２８（図８、９、１１に示す）の場合、上述のデータから回転速度設定の周波数を正確に計算できる（図１０に示す）。なお、前実施例と同様に、図８はシステムパルスの波形であり、図９はＲＣ共振波形、図１０はＲＣ共振変換後の矩形波形であり、図１１はＲＣ共振パルスとシステムパルスの比較である。

以上のように、本発明の共振回路の周波数を利用してファンの回転速度を設定する方法は以下の長所を有する。
１．共振素子を利用することによって設定可能な回転速度の範囲を広くすることができ、回転速度の範囲を任意に調整することができる。
２．共振素子は耐ノイズ性が高い。
３．ファンの回転速度設定は公式計算から取得されるので、設計過程を簡素化することができる。

以上の説明は本発明の好適な実施例を示したものであり、前述の各ステップは実施順序を示すものではなく、本発明を制限するものではない。本発明の主旨を逸脱しない範囲において変更および修飾を行うことができ、それらは全て本発明の均等の範囲に含まれる。

本発明の回路を示すブロック図である。 本発明の主要なステップを示す流れ図である。 本発明の応用回路を示すブロック図である。 本発明のシステム周波数の波形曲線を示す図である。 本発明の周波数が遅い波形曲線を示す図である。 本発明の回転速度を設定する周波数の波形曲線を示す図である。 本発明の回転速度を計算する曲線を示す図である。 本発明のシステム周波数の波形曲線図を示すである。 本発明の周波数が速い波形曲線を示す図である。 本発明の回転速度を設定する周波数の波形曲線を示す図である。 本発明の回転速度を計算する曲線を示す図である。

符号の説明

１ 制御チップ
１０ 共振素子
２０ 回転速度設定ユニット
２１０ クロック発生器
２２０ パルス抜取装置
２３０ 乗算器
３０ 高速クロック
４０ 入力信号測定ユニット
５０ ホール測定ユニット
６０ 駆動ユニット
７０ 制御ユニット
Ｒ 抵抗
Ｃ コンデンサ
Ｖref 参考電圧
ＧＮＤ アース端
Ｈ＋ 第１端
Ｈ− 第２端
ＯＵＴ１ 第３端
ＯＵＴ２ 第４端
ＩＮＰＵＴ 入力端

Claims (7)

1. 少なくとも一つの抵抗および少なくとも一つのコンデンサが設けられた共振素子を利用して周波数の範囲を設定する少なくとも一つの制御チップを有するファンの回転速度を設定する方法であって、
   前記抵抗およびコンデンサの周波数の設定を行い、脈波信号を生成するステップと、
   クロック発生器によって前記脈波信号を矩形波信号に変換するステップと、
   パルス抜取装置が前記矩形波信号を受信し、前記矩形波信号の周波数が前記制御チップの周波数より低いかどうかを判断するステップと、
   前記矩形波信号の周波数と前記制御チップの周波数との高低関係の判断結果に応じて、前記パルス抜取装置に高速クロックが生成した周波数逓倍信号を受信させ、前記矩形波信号に対して周波数逓倍演算処理を行なった後、パルス信号を生成して乗算器に伝送するか、または、前記矩形波信号に対して前記周波数逓倍演算処理を行なうことなく当該矩形波信号を前記乗算器に伝送するステップと、
   前記乗算器が受信した信号を回転速度を設定する周波数に変換し、制御信号を生成して制御ユニットに伝送するステップと、
   前記制御ユニットが前記制御信号に基づいてファンの運転を制御し、ファンの回転速度が設定されるステップと、を含むことを特徴とする共振回路の周波数を利用してファンの回転速度を設定する方法。
   
2. 前記矩形波信号の周波数が前記制御チップの周波数と同一または前記制御チップの周波数より高い場合、前記矩形波信号は周波数逓倍演算処理を行なう必要がないことを特徴とする請求項１記載の共振回路の周波数を利用してファンの回転速度を設定する方法。
3. 前記矩形波信号の周波数が前記制御チップの周波数より低い場合、前記矩形波信号は周波数逓倍演算処理を行なう必要があることを特徴とする請求項１記載の共振回路の周波数を利用してファンの回転速度を設定する方法。
4. 前記脈波信号は、三角波信号であることを特徴とする請求項１記載の共振回路の周波数を利用してファンの回転速度を設定する方法。
5. 前記脈波信号は、のこぎり波信号であることを特徴とする請求項１記載の共振回路の周波数を利用してファンの回転速度を設定する方法。
6. 前記抵抗は、コイル抵抗、金属薄膜抵抗、合金薄膜抵抗、酸化金属薄膜抵抗、炭素薄膜抵抗、炭素質固体抵抗またはコンクリート抵抗であることを特徴とする請求項１記載の共振回路の周波数を利用してファンの回転速度を設定する方法。
7. 前記コンデンサは、セラミックコンデンサ、電解コンデンサまたはタンタルコンデンサであることを特徴とする請求項１記載の共振回路の周波数を利用してファンの回転速度を設定する方法。

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