JP6219984B2 - ファンの正回転／逆回転を制御するシステムと方法 - Google Patents

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Ｓ２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Ｓ６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Ｓ６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Ｓ６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、連続する２つの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、
   前記連続する２つの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、前記連続する２つの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、前記連続する２つの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連続する２つ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連続する２つ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連続する２つ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連続する２つ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（ｆ）が実行される、
    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、連続する２つの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、
    前記連続する２つの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、制御システム。