JP5837080B2

JP5837080B2 - 回転速度を調整する調整回路及び方法

Info

Publication number: JP5837080B2
Application number: JP2013535376A
Authority: JP
Inventors: ペーターブッシュ，
Original assignee: フジツウテクノロジーソリューションズインタレクチュアルプロパティゲーエムベーハー
Priority date: 2010-10-27
Filing date: 2011-10-20
Publication date: 2015-12-24
Anticipated expiration: 2031-10-20
Also published as: WO2012055768A1; EP2633379A1; DE102010049856A1; EP2633379B1; US9160265B2; JP2013542606A; DE102010049856B4; US20130229140A1

Description

本発明は、ファンを駆動するデューティレシオを調整するデジタル制御レジスタを有する、パルス幅変調ファンの回転速度を調整する調整回路に関する。本願は、上述の調整回路を有するデータ処理装置、及びパルス幅変調ファンの回転速度を調整する方法及びプログラムコードにも関する。

パルス幅変調ファンの回転速度を調整する調整回路は、従来知られている。例えば、特許文献ＤＥ１０２００４００２４４７Ｂ４は、超過温度信号を有する調整回路を開示している。この例では、ファン調整回路は、ファンの回転速度の所望値を提供するために温度依存制御信号を供給する入力を有する。第１の温度閾に達すると、ファンの現在の回転速度を示す第１の信号出力で信号を反転することにより、超過温度警告が伝達される。上述の及び他の調整回路は、配線図により４線式ファンとも称されることの多い、電子的に整流されるファンを調整するのに特に適する。

図１は、パルス幅変調ファン１、調整回路２及び冷却されるべき構成要素３を有する例示的な構成を示す。構成要素３の領域内には、調整回路２の調整値を予め定めるために冷却されるべき構成要素３の温度を検出するために用いられる温度センサ４が配置される。図１に示した構成では、構成要素２、３、４は、データ処理装置、例えばコンピュータシステム又はネットワーク構成要素の共通プリント回路基板５に配置される。

ファン１の従来の調整を、図２を用いて以下に説明する。パルス幅変調ファン１は、タコ信号ＴＡＣＨを生成する。タコ信号は、例えば、ファンホイールの１回転当たり１又は２個のタコパルスを含む。このタコ信号は、周波数測定装置６に供給される。周波数測定装置６は、タイマ装置７から制御信号も受信する。タイマ装置７は、例えば、デジタル発振器、及び周波数測定装置６を用いて周波数を測定するウインドウ長を決定する制御ロジックユニットを有する。

周波数測定装置６は、タコ信号ＴＡＣＨ内のタコパルスの数を決定する。これらのタコパルスは、タイマ装置７により決定された時間ウインドウ内で検出される。例えば、周波数測定装置６は、１秒間に何個のタコパルスが生じるかを決定できる。次に、回転速度比較器１０は、この値Ｎ_Ｉｓｔを所定の所望値Ｎ_Ｓｏｌｌと比較する。Ｎ_Ｓｏｌｌは、例えば測定した温度
（外１）

に基づき決定される。

所望のタコパルス数Ｎ_Ｓｏｌｌと実際のタコパルス数Ｎ_Ｉｓｔとの間の差は、パルス幅制御装置８へ値ΔＮとして送信される。次に、差分値ΔＮは、デューティレシオを予め定めるために、関数ｐ_１（ΔＮ）によりパルス幅変調装置９がファン１を駆動するためのデジタル値Ｐとして用いられる。関数ｐ_１は、例えば、特定の差分値ΔＮに対する制御値Ｐを含むテーブルの形式で予め定められても良い。次に、パルス幅変調装置９の自走カウンタは、値Ｐに基づき所望のデューティレシオに再調整される。パルス幅変調装置９は、値Ｐからパルス幅変調信号ＰＷＭを生成し、該信号を駆動線を介してファン１に利用可能にする。

１秒の限られた測定時間ウインドウ内でタコパルスを検出することは、例えば回転速度が検出される精度を低下させる。例えば８００回転毎分の回転速度と１回転当たり２個のタコパルスは、例えば１秒後のカウンタ測定値２６を生ずるが、一方で数学的に正しい値は２６．６７である。前述の例では、したがって、回転速度を検出するとき、既に約２．５％の誤差が生じている。

測定は、例えば、時間ウインドウを拡張することにより改善され得るが、そうすると調整回路２の調整速度が低下してしまう。さらに、特定の調整パラメータが、ファン回転速度の増大を防ぐために更に適合されなければならないだろう。

上述のように、次に、パルス幅変調装置９の自走カウンタは、決定されたタコパルスの決定された数Ｎ_Ｉｓｔに基づき所望のデューティレシオに調整される。この種の安価なカウンタは８ビットの分解能を有し、結果として０−１００％の分解能のデューティレシオが論理的に２５５ステップで可能である。しかしながら、ファン１のＰＷＭ駆動信号の目的に相応しい有効な周波数は、狭い限度の範囲内、例えば２０−２５ｋＨｚに予め定められる場合が多いが、カウンタの発振器クロックは、通常、２及び／又は４個のステップに分割できるだけであり、パルス幅制御装置８の上限の可能な制御値は、正しい駆動周波数を得るために２５５より低い値に制限されなければならない。例えばこれが値１００で成り立つ場合、５００回転毎分の最大回転速度を有するファン１は、制御レジスタの有効ビットに依存して、５０回転毎分の駆動分解能しか有しない。５０回転毎分の回転速度の増大又は減少は、明らかに聞こえる。このようなファン１の動作雑音の可聴変化は、データ処理装置のユーザに混乱を起こさせるものとして感知される場合が多い。

駆動は、例えば、高分解能を有するカウンタを備える高品質パルス幅変調装置９により改善され得る。しかしながら、これは、統合された調整回路内にあるカウンタを使用できないので、コスト面で欠点をもたらす。

本発明の目的は、改良された調整回路、及び調整精度を向上させパルス幅変調ファンの回転速度を調整する方法を記載することである。この場合、本方法は、ハードウェア又はソフトウェアを用いて可能な限り容易に実装できることを目的とする。

この目的は、ファンの周期期間を決定する測定装置を有し、パルス幅変調ファンの回転速度を調整する調整回路により達成される。調整回路は、決定された周期期間と所望値とに基づきファンを駆動するための調整値を得るためのデジタル調整レジスタ、前記ファンを駆動するためのデューティレシオを調整するためのデジタル制御レジスタを更に有する。この場合、デジタル制御レジスタは、デジタル調整レジスタより小さいレジスタ幅を有する。調整回路は、前記デジタル調整レジスタの所定数の上位ビットを評価することにより、デジタル制御レジスタを更新するよう設定された制御手段を更に有する。

調整値を得るためのデジタル調整レジスタと関連して、タコ信号の周期期間を決定する測定装置の相互作用は、調整回路の制御精度を僅かな労力で向上することを可能にする。特に、記載される調整回路は、ファン回転の個々の周期期間で、タコ信号の非常に正確な検出を可能にする。正確な値に基づき、デジタル調整レジスタが更新され、調整レジスタはデューティレシオ値のためのメモリとして及びレギュレータとして同時に用いられる。制御手段が所定数の上位ビットのみを用いて実際の制御レジスタを更新するという事実の結果、調整精度は、より複雑なパルス幅制御装置を必要とせずに効率的に増大される。

有利な改良の１つによると、調整回路は、デジタル制御レジスタがｍビットのレジスタ幅を有し、デジタル調整レジスタがｎビットのレジスタ幅を有することを特徴とする。この場合、制御手段は、調整レジスタの内容をビット単位で（ｎ−ｍ）ビットだけシフトすることにより、デジタル制御レジスタを更新するよう設定される。制御レジスタを更新する目的で調整レジスタの内容をビット単位でシフトすることは、制御レジスタを特に簡易且つ効率的に更新することを可能にする。

１つの有利な改良によると、前記測定装置は、デジタルカウンタを有し、前記デジタルカウンタのカウンタ読み取り値は、発振器からのクロック信号毎に所定値だけ変更され、前記タコ信号の周期期間は、第１のタコパルスを受信するときの第１のカウンタ読み取り値と第２のタコパルスを受信するときの第２のカウンタ読み取り値との間の差に基づき決定される。このような測定装置は、非常に簡単に実装できる。例えば、存在する発振器が、簡易なカウンタを用いて非常に正確にタコ信号の周期期間を決定するために用いることができる。

１つの有利な改良によると、調整回路は、第１のタコパルスと第２のタコパルスが供給される間のデジタルカウンタのオーバフロー数を格納するオ―バフローレジスタを特徴とする。この場合、測定装置は、周期期間を決定するときに、オーバフローレジスタに格納されたオーバフロー回数を考慮するよう設定される。オーバフローを考慮することは、比較的長い周期期間を検出する目的で、短いレジスタ幅の比較的簡易なカウンタを用いることを可能にする。

別の有利な改良によると、前記調整回路は、前記オーバフローレジスタを監視する監視手段を特徴とし、前記測定装置は、所定のオーバフロー回数に達すると、前記第２のタコパルスの受信とは独立して周期期間を決定し、前記デジタル調整レジスタによる処理のために前記周期期間を出力するよう設定される。このような監視手段は、ファンが完全にブロックされている場合でも、調整回路の機能を維持することを可能にする。特に、調整レジスタは、所定回数のオーバフローが達成される度に少なくとも１回更新される。

別の有利な改良によると、前記調整回路は、前記測定装置により供給され前記タコ信号の決定された周期期間に対応するデジタル実効値と所望値との間の差を決定する減算手段を特徴とし、前記制御手段は、前記調整レジスタの内容を正しい符号で前記減算手段により決定された差によって補正するよう設定される。比較手段を設け、調整レジスタを正確な符号で更新することは、調整レジスタの内容を容易に追跡することを可能にする。

記載される調整回路は、例えば、少なくとも１つの冷却されるべき構成要素、及び前記冷却されるべき構成要素を冷却する少なくとも１つのパルス幅変調ファンを有し、ファン回転速度を制御するためのパルス幅変調制御信号を供給する少なくとも１つの第１のコネクションとタコ信号を検出するための少なくとも１つの第２のコネクションを有するデータ処理装置における使用に適する。

１つの好適な改良によると、データ処理装置は、少なくとも１つの温度センサ及び評価手段を更に有し、前記評価手段は、前記温度センサにより検出された温度に基づき前記調整回路に所望値を供給するよう設定される。

最後に、上述の目的は、パルス幅変調ファンの回転速度を調整する方法により達成される。当該方法は、前記ファンのタコ信号の周期期間を決定するステップ、前記の決定された周期期間と所望値とに基づき前記ファンを駆動するための調整値を更新するステップであって、前記調整値は、上位部分と下位部分とを有し、少なくとも１つの前記下位部分は更新毎に更新される、ステップ、前記の決定された調整値の前記上位部分に基づき、前記ファンを駆動するためのデューティレシオを決定するステップ、を有する。

決定された周期期間に基づき調整値を更新することは、タコ信号の個々の決定された周期期間毎に、比較的正確な調整値を決定することを可能にする。これに基づき、ファンを駆動するデューティレシオは、調整値の上位部分に基づき低い精度で決定できる。

１つの有利な改良によると、前記周期期間を決定するステップ、前記調整値を更新するステップ、及び前記デューティレシオを決定するステップは、少なくとも前記ファンのファンホイールの１回転当たり１回及び／又は前記タコ信号のタコパルス当たり１回実行される。上述のステップを頻繁に実行することは、本方法の調整速度を増大させることができるが、同時に調整精度を向上させる。

記載される方法は、例えば、マイクロコントローラのためのプロセッサ命令を有するプログラムコードを用いた実装に適し、上述のステップは、マイクロコントローラによるプロセッサ命令の実行中に実行される。

本発明の更に有利な改良は、従属請求項及び以下の例示的な実施形態の詳細な説明において特定される。

本発明は、以下の図面を参照して異なる例示的な実施形態を用いて以下に更に詳細に説明される。
調整回路を有するデータ処理装置を示す。従来の調整方法の概略図を示す。本発明の例示的な一実施形態による調整方法の概略図を示す。本発明の例示的な一実施形態による調整回路の概略図を示す。

図３は、パルス幅変調ファン１の回転速度を調整する方法の概略図を示す。

第１のステップＳ３０は、ファン１のタコ信号ＴＡＣＨの周期期間Ｔ_Ｉｓｔを決定する。例えば、ファン１のタコパルスの立ち上がり端及び立ち下がり端が、この目的のために決定されても良い。勿論、タコ信号ＴＡＣＨの連続する立ち上がり端及び立ち下がり端の間の差を決定することも可能である。例示的な一実施形態により、ステップＳ３０で、周期期間Ｔ_Ｉｓｔを決定するためにデジタルカウンタ１１が用いられる。デジタルカウンタ１１の正確な駆動は、図４に従って調整回路２を参照して後に詳述する。

ステップＳ３０で決定された周期期間Ｔ_Ｉｓｔは、ステップＳ３１で、所定の所望値Ｔ_Ｓｏｌｌと比較される。特に、測定された周期期間Ｔ_Ｉｓｔと温度に依存する所望値Ｔ_Ｓｏｌｌとの間の差ΔＴが決定される。

結果として生じた差ΔＴは、次のステップＳ３２で、正しい符号を有する調整レジスタの値Ｒに加算される。それにより、調整レジスタの内容Ｒは、決定された周期期間Ｔ_Ｉｓｔの各々について補正される。

次のステップＳ３３で、パルス幅制御装置８の制御レジスタの制御値Ｐが、関数ｐ_２（Ｒ）を用いて調整レジスタの内容Ｒに基づき決定される。例示的な実施形態では、制御値Ｐは、調整レジスタの内容Ｒを所定のビット数だけ右へ位置をシフトすることにより決定される。勿論、他の関数、例えば、余りを決定せずに調整値Ｒの整数の除算も使用できる。周波数を調整する既知の関数ｐ_１と比べて、これらの関数は、有意に容易に、回路又はマイクロコントローラプログラムとして実装できる。

次に、ステップＳ３４で、パルス幅変調装置９は、制御値Ｐに基づきパルス幅変調制御信号ＰＷＭを生成する。この信号は、パルス幅変調ファン１を駆動するために直接用いられ、閉制御ループを生成する。

記載される方法は、マイクロコントローラのプログラムコードによる実装に及びハードウェアを用いる実装に等しく適する。図４を参照して、以下に例示的なハードウェア調整回路２を記載する。

図示した例示的な実施形態では、４線式ファン１のタコ信号ＴＡＣＨは、測定装置１４に供給される。測定装置１４は、タコ信号ＴＡＣＨに供給されるエッジ検出器１２を有する。タコ信号ＴＡＣＨの各立ち上がり端に対して、エッジ検出器１２は、制御パルスを生成し、制御パルスを測定装置１４の制御ユニット１３へ送る。測定装置１４は、ｊビットの幅を有するカウンタレジスタ１５を備えるデジタルカウンタ１１も有する。外部クロック信号ＣＬＫの各立ち上がり端で、カウンタレジスタ１５は、値１だけ増大される。

制御ユニット１３は、エッジ検出器１２から第１の制御信号を受信すると、カウンタレジスタ１５の現在値をバッファＺ（ａ）に格納するよう設定される。エッジ検出器１２から次の制御信号が来ると、つまりタコ信号ＴＡＣＨの次のタコパルスが来ると、カウンタレジスタ１５の現在のカウンタの読み取り値Ｚは、更なる変数Ｚ（ｎ）に記録される。このとき、新しいカウンタ読み取り値Ｚ（ｎ）と古いカウンタ読み取り値Ｚ（ａ）との間の差が決定される。次に、新しいカウンタ読み取り値Ｚ（ｎ）の値は、古いカウンタ読み取り値Ｚ（ａ）の記憶位置へ転送される。

カウンタレジスタ１５がオーバフローしているときでも周期期間を正確に検出できるようにするために、カウンタレジスタ１５のオーバフローの数が更なる変数
（外２）

に記録される。この目的のために、更なる制御信号が、デジタルカウンタ１１から制御ユニット１３へオーバフローの度に送信される。次に、デジタルカウンタ１１は、再びカウンタレジスタ１５内の０のカウンタ読み取り値Ｚで開始する。自走式カウンタ１１の場合のオーバフローによる計算の補正は、例示的な実施形態では、新たにタコパルス端を検出する度に変数
（外３）

が左へ８回シフトされることにより１６ビット変数
（外４）

に変換されること、及び次に測定装置１４の出力値が次式を計算することにより決定されることに基づき実行される。

出力値Ｔ_Ｉｓｔが計算された後、変数
（外５）

は０にリセットされる。

１つの有利な改良では、ファンの機能は、オーバフローの回数をモニタすることにより監視される。変数
（外６）

の予め定められた最大値、例えば４回のオーバフローまでエッジ検出器１２により新しいタコパルスが検出されない場合、ファン１は、ブロックされるか又は冷却を維持するよう遅く動作する。この場合、所定のオーバフロー値に達すると、上述のように、値Ｔ_Ｉｓｔを下流の回路による更なる処理のために可能な限り早く利用可能にするために、値Ｔ_Ｉｓｔが決定される。次に、タコパルスの不足にもかかわらず自走カウンタのカウンタ読み取り値Ｚが読み取られ、変数Ｚ（ａ）として格納され、変数
（外７）

が０にリセットされる。次に、次のタコパルスを待ち、上述のように次の後続のタコパルスの測定に備えるために、上述のように全ての変数値がリセットされる。

周期期間Ｔ_Ｉｓｔを決定する上述の方法の利点は、とにかく、例えばマイクロコントローラの存在するデジタルカウンタ１１を使用できるだけでなく、周期期間を決定するこの方法が「半分のビット数」が失われる、つまり隣接するタコパルス間のクロック信号ＣＬＫの不完全な計数間隔という結果をもたらさないことである。これは、クロック間隔の残りが、タコ信号ＴＡＣＨの周期期間の次の測定の結果に貢献するためである。

或いは、特に、割り込み制御された自走カウンタを有するマイクロコントローラが利用可能である場合、周期期間Ｔ_Ｉｓｔは次のようにも決定できる。第１のタコパルスの場合、カウンタレジスタ１５のカウンタ読み取り値Ｚは、０にリセットされ、例えば割り込みを活用して開始される。新しいタコパルス毎に、次にデジタルカウンタ１１の現在のカウンタ読み取り値Ｚが、例えば更なる割り込みを活用して読み出され、例えば変数Ｔ_Ｉｓｔとして８ビットレジスタに格納される。次に、デジタルカウンタ１１は、直ぐに再び０にリセットされ、再開される。

このようにデジタルカウンタ１１がオーバフローし、新しいタコパルスが検出器１２により検出される前に再び０から開始する場合、２つの可能な手順がある。周期測定のオーバフロー数は、上述のように変数
（外８）

をインクリメントすることに付随して計数され、次に周期期間Ｔ_Ｉｓｔを出力するときを考慮しなければならない。変数
（外９）

の最大値は、この場合には規定されても良い。最大値に達した後、所定の最大周期期間Ｔ_Ｉｓｔが出力され、デジタルカウンタ１１はリセットされ、デジタルカウンタ１１は再開される。

デジタルカウンタ１１が再びオーバフローする前に遅延したタコパルスが到来する場合、ファン周期の不正確な値Ｔ_Ｉｓｔは任意的に出力されず、むしろ、カウンタが値０で再開され、周期期間Ｔ_Ｉｓｔの初期値が常に生成されることを保証する。正しい値又はファンがブロックされている場合には時間制限値である。この目的のために、制御ビットが更なるレジスタに設定され得る。この制御ビットは、最大値に達していることを示し、同時にアラーム信号として評価できる。これに対し、最大値が機能的ファン１の通常の周期期間と比べて非常に大きく選択されている場合、代替として、不正確に非常に短く決定された周期期間が転送され、最大値により引き起こされる非常に大きな補正と比べてファン調整に与える影響を僅かにできる。

代替として、デジタルカウンタ１１のオーバフロー信号は、検出された最大タコ周期の限度として用いることもできる。この場合、デジタルカウンタ１１が０にリセットされ直ぐに再開される場合、デジタルカウンタ１１の最大値は、最大周期期間Ｔ_Ｉｓｔとして出力される。また、この場合、カウンタレジスタ１５の内容は、遅延したタコパルスが生じるときに出力されなくても良い。むしろ、デジタルカウンタ１１は、適切なリセット信号を用いて単に０にリセットされ再開され得る。

決定された周期期間Ｔ_Ｉｓｔのシステム偏差を決定するために、所望値Ｔ_Ｓｏｌｌは所望値レジスタ内に予め定められる。値Ｔ_Ｓｏｌｌは、恒久的に予め定められるか、又は温度測定により可変に予め定められるか、又は別の参照変数であっても良い。この値は、調整回路２の通常動作中のファン周波数に関するファン周期Ｔ_Ｉｓｔと比較してゆっくり変化するだけである。複数の参照変数、例えば温度測定値及び目的のファン回転速度の外部調整が存在する場合、これらの値は、温度制御１６の共通値Ｔ_Ｓｏｌｌで既に考慮されている。

図４に示した例示的な実施形態では、所望値Ｔ_Ｓｏｌｌは、詳細に図示しない温度調整手段１６によりデジタル所望値として予め定められる。例えば、データ処理装置の異なる温度
（外１０）

に対するファン特性曲線は、温度調整手段１６に格納されても良い。

所定のデジタル所望値Ｔ_Ｓｏｌｌは、測定装置１４により決定された、タコ信号ＴＡＣＨの周期期間の実際の値Ｔ_Ｉｓｔから減算器１７により減算される。例示的な実施形態では、減算器はデジタル減算器１７であり、この例示的な実施形態では１６ビット所定の精度で２つのデジタル値を互いに減算する。結果は、例えば符号付きの変数ΔＴとして格納される。値は、ファン１の動作が遅すぎる場合には正であり、ファン１の動作が速すぎる場合には負である。

減算器１７により出力された差ΔＴは、次に加算器１９の調整レジスタ１８の内容Ｒに加算される。この場合、調整レジスタ１８は、少なくとも、それを決定するために用いられる個々の値と同じくらい大きい、望ましくはそれより大きい値の範囲を有する。例えば、調整レジスタ１８は、１６ビットの幅を有しても良い。新しい値ΔＴがあると直ぐに、新しい値ΔＴは正しい符号で調整レジスタ１８の内容Ｒに加算され、加算器１９の調整レジスタ１８に再び格納される。

或いは、調整値Ｒは、加算器１９により完全に、つまり別個の減算器１７を用いることなく、更新され得る。この場合、実際の値Ｔ_Ｉｓｔ及び所望値Ｔ_Ｓｏｌｌは、それぞれ調整値Ｒに直接加算されるか又は後者から減算される。この場合、調整レジスタ１８は、オーバフロー又はアンダフロ―を回避するために十分なレジスタ幅を有することが保証されるべきである。

動作の信頼性を増大するために、調整レジスタ１８の内容Ｒは、最大値を用いて下限及び／又は上限、例えば０及び６５５３６を有し得る。これは、調整レジスタ１８の内容のオーバフローを回避することを可能にする。それにより、調整レジスタ１８の内容Ｒは、単に正の値と推測される。この場合、ファン１が開始されるときの調整レジスタ１８の開始値は、ファン１のパルス幅変調のための下流の制御回路の開始値を決定する。

低いファン回転速度１で調整回路２の安定化を加速できるように、差ΔＴの値が正かどうか及び所定の限度を超える可能性があるかを決定するために、差ΔＴを加算する前にチェックが実行され得る。この場合、値は、左に１又は２ビットだけシフトされることにより２倍又は４倍にされる場合、単に調整レジスタ１８の内容Ｒに加算される。これは、ファン１の回転速度を減少させるのではなく、回転速度を増大するための調整回路２の調整速度を増大させる。結果として、制御ループは安定するが、ファン１が開始するとき更に迅速に開始する。

調整レジスタ１８に依存して、パルス幅変調装置８の制御値Ｐが決定される。この目的のために、調整レジスタ１８の調整値Ｒは、例えば８ビットの低い分解能を有する調整値Ｒの最上位ビットがデジタル値Ｐのビットを表すまで、多くのビット数だけ右にシフトされ、パルス幅制御装置８の制御レジスタ２１にロードされる。例えば、これは、シフト装置２０により実行されても良い。代替として、例えば、より上位のサブレジスタ及びより下位のサブレジスタを有する２部の調整レジスタ１８の場合には、調整レジスタの一部のみが制御レジスタ２１に接続されても良い。その結果、８ビットの精度を有する統合カウンタを備えたパルス幅制御装置８を用いることができる。

パルス幅制御装置８の統合カウンタをクロック発振器及びレジスタビット長から直接引き出された周波数で動作させることが望ましくない場合、タイマの最大長ではなくより低い値でカウンタをオーバフローさせることが可能である。例えば、８ビットカウンタの場合には、２５５の代わりに１９７の値である。これは、異なる繰り返し周波数を生じる。この場合、制御レジスタ２１の最大値又は調整レジスタ１８の最大値は、上述のようにこのより低い値に適用されるべきである。

制御ループは、ファン１のためにパルス幅変調制御信号ＰＷＭを生成するパルス幅変調装置９により最後に閉じられる。したがって、制御信号ＰＷＭを計算する別個の機能ユニットはもはや必要ない。

上述の調整レジスタ１８又はファン１を駆動するための調整値Ｒを有する対応する変数は、デューティレシオのためのメモリとして及びレギュレータとして同時に動作する。タコパルスが検出される度に、正又は負の量が正しい符号でレジスタ１８の最下位ビットに加算される。その結果、レジスタ１８の上位ビットの１つは、通常、直ちに変化しない。加算が上位ビットの変化を生じるときのみ、パルス幅変調装置８のデューティレシオも、制御値Ｐにより予め定められるように変化する。これは、特に、非同期タコパルスが、例えばファンホイールが０°を通じて回転されるときにパルスを出力するとき、及び０°で正確に送信されたタコパルスの代わりに１９０°及び後続のパルスの周期期間Ｔ_Ｉｓｔを決定する場合に１８０°の回転の場合に更なるパルスを出力するとき、補償され、調整レジスタ１８により平均化されるという利点を有する。したがって、それらは、ファン１の再調整を妨げない。この場合、制御レジスタ２１の長さｍと比較して調整レジスタ１８の最大値又はビット長ｎは、速度及調整処理の安定性を決定する。調整レジスタ１８が最大の所望値の偏差ΔＴよりも８ビット長い場合、調整処理は、６ビットのみの差の場合よりも遅いが、より安定している。

詳細に検討すると、パルス幅変調装置８のデューティレシオは、知られている調整回路よりも高い頻度で更新される。これは、タコパルスが検出される度、つまり例えばファン１の各半回転中に部分的に有効にされる。この場合、調整レジスタ２１の値は、２つの隣接する値の間で動的に行ったり来たり変化し得る。これは、明らかに、変調装置９のタイマのビットの半分に対応する。このように予め定められたデューティレシオが複数のタコパルスに渡り一定である場合、その値Ｐは、簡単に増大又は減少し、直ちに元に戻る。これは、中程度の期間内にファン１に効率的に適用されるデューティレシオが、中間値、例えば半ビット、３分の１ビット、又は４分の１ビットを想定できることを意味する。したがって、この調整は、パルス幅変調装置９又は制御レジスタ２１のデジタル分解能を制限しない。代わりに、このような中間値は、ファン１により機械的に平均化され、このような平均化はユーザに気付かれない。

１パルス幅変調ファン
２調整回路
３冷却されるべき構成要素
４温度センサ
５プリント回路基板
６周波数測定装置
７タイマ装置
８パルス幅制御装置
９パルス幅変調装置
１０回転速度比較器
１１カウンタ
１２エッジ検出器
１３制御ユニット
１４測定装置
１５カウンタレジスタ
１６温度調整
１７減算器
１８調整レジスタ
１９加算器
２０シフト装置
２１制御レジスタ

Claims

パルス幅変調ファンの回転速度を調整する調整回路であって、
前記ファンのタコ信号の周期期間を決定する測定装置、
決定された周期期間及び所望値に基づき、前記ファンを駆動するための調整値を得るデジタル調整レジスタ、
前記ファンを駆動するためのデューティレシオを調整するデジタル制御レジスタであって、前記デジタル制御レジスタは、前記デジタル調整レジスタより小さいレジスタ幅を有する、デジタル制御レジスタ、
前記デジタル調整レジスタの所定数の上位ビットを評価することにより、前記デジタル制御レジスタを更新するよう設定される制御手段、
を有し、
前記測定装置は、デジタルカウンタを有し、前記デジタルカウンタのカウンタ読み取り値は、発振器からのクロック信号毎に所定値だけ変更され、前記タコ信号の周期期間は、第１のタコパルスを受信するときの第１のカウンタ読み取り値と第２のタコパルスを受信するときの第２のカウンタ読み取り値との間の差に基づき決定される、
調整回路。
前記デジタル制御レジスタは、ｍビットのレジスタ幅を有し、前記デジタル調整レジスタは、ｎビットのレジスタ幅を有し、前記制御手段は、前記デジタル調整レジスタの内容をビット単位でｎ−ｍビットだけシフトすることにより、前記デジタル制御レジスタを更新するよう設定される、請求項１に記載の調整回路。
前記デジタルカウンタは連続的に増大し、前記第１のカウンタ読み取り値は、前記第１のタコパルスを受信するとバッファされ、現在のカウンタ読み取り値と前記のバッファされた第１のカウンタ読み取り値との間の差は、前記第２のタコパルスを受信すると決定される、請求項２に記載の調整回路。
前記デジタルカウンタは連続的に増大し、前記デジタルカウンタは、前記第１のタコパルスを受信すると中立値にリセットされ、前記現在のカウンタ読み取り値は、前記第２のタコパルスを受信すると決定される、請求項２に記載の調整回路。
前記第１のタコパルスと前記第２のタコパルスとの間の前記デジタルカウンタのオーバフローの回数を格納するオーバフローレジスタを特徴とし、前記測定装置は、前記周期期間を決定するときに前記オーバフローレジスタに格納されたオーバフロー回数を考慮するよう設定される、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の調整回路。
前記オーバフローレジスタを監視する監視手段を特徴とし、前記測定装置は、所定のオーバフロー回数に達すると、前記第２のタコパルスの受信とは独立して周期期間を決定し、処理のために前記周期期間を前記デジタル調整レジスタへ出力するよう設定される、請求項５に記載の調整回路。
前記測定装置により供給され前記タコ信号の決定された周期期間に対応するデジタルの実際の値と所望値との間の差を決定する減算手段を特徴とし、前記制御手段は、前記調整レジスタの内容を正しい符号で前記減算手段により決定された差によって補正するよう設定される、請求項１に記載の調整回路。
パルス幅変調ファンの回転速度を調整する方法であって、
前記ファンのタコ信号の周期期間を、前記タコ信号の第１のタコパルスを受信するときのデジタルカウンタの第１のカウンタ読み取り値と前記タコ信号の第２のタコパルスを受信するときの第２のカウンタ読み取り値との間の差に基づき、決定するステップ、
前記の決定された周期期間と所望値とに基づき前記ファンを駆動するための調整値を更新するステップであって、前記調整値は、上位部分と下位部分とを有し、少なくとも１つの前記下位部分は更新毎に更新される、ステップ、
前記の決定された調整値の前記上位部分に基づき、前記ファンを駆動するためのデューティレシオを決定するステップ、
を有する方法。
前記調整値を更新するステップは、
前記の決定された周期期間に基づき、デジタルの実際の値を検出するステップ、
前記デジタルの実際の値とデジタル値として予め定められた前記所望値との間の差を決定するステップ、
デジタル値として与えられた前記調整値を正しい符号で前記決定された差により補正するステップ、
を有する、請求項８に記載の方法。
前記デューティレシオを決定するステップは、
前記デジタル調整値の所定数の上位ビットをデジタル制御値として格納するステップ、を有する、請求項９に記載の方法。
前記周期期間を決定するステップ、前記調整値を更新するステップ、及び前記デューティレシオを決定するステップは、少なくとも前記ファンのファンホイールの１回転当たり１回及び／又は前記タコ信号のタコパルス当たり１回実行される、請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の方法。