TW200540601A - Self-calibrating fan - Google Patents

Description

200540601 九、發明說明： 【發明所屬技術領域】 本發明涉及用於冷卻設置在電子設備t的電路 明提供了—種高度精確和高度溫度敏感 '===’本發 區域或裝置的環境溫度中的微小波動，使用有成===待冷卻 無須借助於魏_或去除大量單元。 *如轉低請公差而 【先前技術】 ,πΐΓΙ健勒於在顯縣—段日销時㈣缝，其最軒擾設備的 適备運作。内部冷卻系統，例域扇，因此須要 能。然而，冷卻風扇導致其本身的一組缺點――其^適虽性 噪音”想要之功率損耗。在要求風扇不是以單-的速率運作^是^持 候，、這些缺點特別嚴重。爲克服這些缺點，設想了—種可變速風扇。、才、 中等的i ΐϋ: ,電路的元件爲節省成本，通常將其製成爲 了一插錢，&圍溫度上的校準測量可能是困難且昂貴的。因此構相 速風ΐ 〶度有成本效益的方式在寬溫度細上校準溫度的可連續i 的校财兩«泛的_ :具有速率控風扇，以朋_測器設備 具有速率控制之風屬 關於具有速率控制風扇的習知技術包括智慧型風扇系統，其包括具有記憶 ，的=制器和連接至主電腦系統的介面，其包括連接到其上的溫度傳感裝 =通m§#'，微控制n響應於彳貞_的溫度根據多個控制指令，使用儲 '體巾的速率-溫度曲線來調整風扇馬達的轉速。每個控·賴扇為特 二切，主機設計特定的外部風扇控制器面板以控制特定風扇。經由在製造 Lr。十各外部風扇測絲達成：將適當電壓對溫度輸人紐後風扇旋轉轉的 匹配。 習知技㈣揭示用於和電腦_起細之冷卻風扇速率控制。在侧了系統 200540601 配置後的自動模式中，將冷卻風扇起始速率從 取至系駿巾。錢仙間，冷輕錢 速率表操 的溫度而增加或降低。在製造期間，將適當的風肩氣感測器感測 中，並可容易地在任何時間重寫來反映資料中之改從表寫入控制器的記憶體 習知技術還揭示用於冷卻建築空間，'比如 = =理器控槪扇。此風扇具有響應於控制信號的馬或房間的 並提供代表其的第-電子信號的裝置，用 想要溫度 電子信號置、其較佳爲微處黯接收、取=^^供=其的第二 號的另τ;=妾著對於測量之差額的大小以控 另外，亦可仏使用-種系統以驅動供熱、通 σ 送=，其使用系統控制信號藉由控制驅動室内送風機=(:2=室内 的操作模式。 从土n a丄 礼周即而水；才日不馬達以一個速率戋力拓極 作去驅動風扇在-段時間内供應所界定的氣流。 疋手Α力矩操 感測設備之枋竿 _==_技術亦揭示在電腦純巾鮮類_·測量的方法。_由 產生經校準的測量，其校準曲線是在製造過程期間來自—組此 =個曲線所界定之值(例如··斜率錢距)之記紐讀取而產生。在譽造過程 的，由線性算法用於校準可能不準確的系統内類比感測器測量。 用類比感廳測量結果和從記憶體裝置讀取的狀了曲線的數 2计异已权準的結果。在製造過程期間’經由首先將電腦機底盤的環境溫度 違到二個已知經校準的溫度，並鎌執行感測器測量操作以獲得各溫度測量。 習知技術還揭示用於冷卻建築空間，比如在建築物或其他居所内的房間的 200540601 祕處理器控制風扇。此風扇包括 和第二端子以及第—歉4 =^應於控制信號的馬達，且此馬達被具有第- 度並提供代表其的第—電仔^ΓΓΓ此系聽洲於選擇所想要的溫 二電子錢的裝錄佳爲财1於❹憤際溫度並提供代表其的第 写連接至轩 =Γϊίϊ’其11由町料齡转狀溫度:將熱敏電阻 ^^. °… σσ在女政日守稭由當恒溫空氣流過時，測量埶敏電阻哭 lift ΓΓ的或在外部齡上的雜電性纖财，麟以後的校 -準 恒溫空氣流動跨熱敏電阻器，較佳在25。〔，而熱敏電阻 S或額二ϊΐϊ熱?f作。在穩定後’熱敏電阻器的電阻被測量並和已知的 雪H較㈣結果儲存在微處理器巾的非依·記憶體中或例如 數Mpi己憶體的外部記憶體中，並以後在控制系統的操作姻用作修正因 産生校準信號時，微處理器將測量得的熱敏電阻器電阻和儲存在查閱表 二較’並接著將差額”修正因數儲存在微處理器的非依電性記憶 體中或例如非依電性記憶體的外部記憶體中。 【發明内容】 本i明揭丨種裝置與方法用於自行校準可變速風扇，而使用於冷卻電子 設備中之電路。本發明響應待冷卻區域或元件的環境溫度巾的變化，經由微調 整風扇速率以提供所需的更多或更少冷卻能力，從而維持目標區域或電路中的 準確溫度。風扇增加馬達職轉速率，其速率作雜溫度制子電路、例如熱 敏電阻器、熱敏電阻器陣列或等同裝置測量的溫度的函數。與相關技術的風扇 不同’風扇速率的變化可以跨連續的系列值而不僅在離散關隔上達成，因此 將此冷卻能力最大化，同時將非所欲之效應例如雜訊與功率消耗最小化。 此外，本發明揭示一種允許風扇爲特定自校準溫度、而計算特定速率值的 機構，並因此爲在其組成的電子元件内所含有的製造公差進行調整。在首次開 機時，風扇被放置在固定溫度的區域中。然後將補償電路初始公差的誤差偏二 值經由儲存在微控制器中的軟體常式而儲存在非依電性記憶體中。隨後在正常 200540601 操作模式期間使用此儲存 上的高精度控制並且同時抑制°因此’侧跡在風扇速率 置大量不可接例如電路縮減、使用低公差的昂貴元件、或辛 償。里不TLn爲在合理範_的任何公差都可以使用偏移= A 【實施方式】 測子電圖含了電路元件的概要圖來描述所主張的裝置。溫度减 號線電 =熱敏電阻轉列或其他娜置，經由溫度ί 達14。溫度感測子電路° 13 12也經由整流信號線16連接至風扇馬 信號線13將從跨、待冷部區域、裝置或電路中的溫度。溫度 12實現的電顯數傳送給微控制器12。微控制器 度感確定此裝置是否被校準，儲存偏移值來補償溫 經調整的巧nl，碰攸跨溫度感測子電路13讀取的電壓值以達到 信號線ίΓ簡整的溫度辦達縣m獅驗由整流 間間隔。，達14 ’以及等待在重復—個或更多這些過程之前的時 糾中描述的其他元件包括霍耳監視器20⑽1随加），其偵測用 描述^ϋ整流信號的實際馬達速率’與習知技術中所知的方法一致。另外 :s疋推及間21 *22，其用於經由習知技術中所熟知的方法產生整流芦 其傳送至馬達14。還描述了習知技術中所熟知的標準的直流無電刷^ 、兀、。美國專利No· 6, 611，117B1揭示-種用驅動電路控制無電刷直流馬 有裝置。此專利包含於此作為參考’其以足夠的細節描述以微控制器 有政運仃無電刷直流馬達所需的額外之軟體和硬體元件。 自校翔於冷卻電子裝冷卻風扇的方法在第2圖中以流雜表的形式 =月。爲確保精確校準，風扇首先被放置到具有已知、固定並穩定溫度的區域 、田y第2圖的步驟1 ’ |父佳在25 C--例如熱浴室、固定溫度區域或者甚至 疋的工廠地面。替代地，固定溫度空氣可以流動跨熱敏電阻器或熱敏電 阻裔陣列13以獲得相㈤的結果。在本發明的-個實施例中，ϋ定溫度區域的溫 度必須預先知道，以便於可以被程式化到微控制器碼17中。當風扇被首次開 機，即步驟2，進入校準模式，即步驟5、6和7時，發生自校準過程。 200540601 ㈣二制$ 12——㈣當風扇在操作模式時從已經設置於—旁用於儲在 ===程式雜電‘_體讀取之微控制器碼17—從 準模式，在 即步驟3時’如第2圖的步驟5、6和7中所描述的校 羽弟、〜開機時開始。由於沒有值儲存在偏移記憶體位置18中， 回零或者某些其他指定值的結果，顯示給微控制器12必須發生戶 二!^確的偏移值。替代地，在隨後的開機時，讀取功能返回非零值L果t 二=扇#作以操倾式進行，而繞過校準模式。此分支決 果 中顯不作爲步驟4。 、千斗仗乐丄圖 ⑴7貫際/i準即步驟5、6和7，接著繼續進行用微控制器12 (再次經由控制器 馬，從跨溫度感測子電路的端子實施電壓讀取，即步驟5。因此實現^二 此讀數包含了對應於元件公差的誤差部分:此讀數i 里賴和期望電壓之間的差額提供了精確的偏移值，其說明了溫度感測 々中固有的製造公差。偏移值接著在步驟7巾_存在微控_ 12内柯程 ^依電性記憶體的指定位置18巾，祕隨後的風扇速料算。校準模 完成，而風賴第2®中的步，㈣至丨丨中描述賴作模式準備就緒。、 由於偏移值儲存在非依電性記憶體中，將來從記憶體位置的讀取 回非零結果（在所有情形中，除了最不可能的一種情形其中元件呈有^美 的零公差），因此在將來的開機時繞過校準模式而直接進入操作模式，步 驟^其巾偏移值將被用於調整所有隨後的從跨溫度感測子電路的端子^ 電麼讀數。 自校準風扇的一個實施例包含用於取得實際電壓讀數和理想電壓讀 $之間差躺？次讀數賴置，其理想賴讀數是#放置在溫度穩定環境 中，跨溫度感測子電路端子的電壓讀數。實現這樣的裝置經由包括在微控 制器碼17中的額外之指令，該指令爲步驟24的初始化；以及一旦程式流 進入步驟5至7的校準模式，步驟25的增加或減少校準計數器了以 於步驟26 ’爲確定校準計數器在讀取實際電壓的步驟5、與理想電壓比較 的步驟6、以及儲存偏移值的步驟7的連續迴圈被執行之後是否達到其最 10 200540601 權或其他平均i，並作二于二二的f次5數’然後步驟27中求加 實際偏移值儲存。因此在到旦::二#作模式期間取得的溫度讀數的 〇_从& 在測里偏移中獲得了更高的精確声。 人丰，二明者還設想了作爲用於實踐本發明的-個^代，例盆勺 1：；：：«：：^ > ΐΐ 令來查詢是否在步㈣中指^了手碼17内額外之指 這種再校準的指示可以去除 ^ 又作爲例子而非限制， 的信號的錯誤，盆端子四是^二^取連接到端子28的指定接腳29上 如連接到地面的無拉單投式==早^使用者可操作的輸人裝置，例 12^- 左由此衣置，使用者可以經由操作開關 :微控制θ 12指不來再校準風扇。不過在此實施 道被程式化人微控㈣碼17中_定 1 ° 的用1傳達比如二進位操作是否校準的其他方法，也;式開_外 在此校準帶來了獲知預先設計的校準溫度和確保區域 /皿又上的困難。因此作爲一個替代實施例，可以採用裝置來幫助 的區，定溫度輸人微控制器記憶體中。這 =置在I知技射疋衆所周知的，而且可以經由使則、健，—個或更 二Γ Γ广謎或變阻器，鍵盤或微鍵盤，一般㈣通信埠，脱32 埠，^埠，〇槔或其他將單個資料欄輸入微控制器上的 二Γ _立ΐ中的等同裝置來實現。替代地，校準溫度可以經由低公差高 々確又的熱探針來自動輸入，其中熱探針被設計以讀取目標區域或裝置的 溫度並經由上述通信埠將此資料傳送到微控制器。此麵型的探針可以爲 特殊用途製造，紐術人貞麟再鱗此處揭示之此麵的風扇。藉由此 裝置，技術人員可以在任何地點任何時間和在任何合理的溫度上實現風扇 的隨後的手工操作再校準一無須知道已程式化的校準溫度或必須保證 校準區域在此值上。 在操作模式期間，即步驟8至1卜熱敏電阻器或熱敏電阻器陣列13 在風扇的安裝期間已經放置在待冷卻裝置，例如電腦主板或其他熱敏感電 路的附近。替代地，熱敏電阻器或熱敏電阻器陣列可以合併到其溫度被監 控的電路中。此外，熱感測子電路13可以連接至風扇14的樞紐（hub)， 200540601 其安裝在待冷卻區域、元件或電路的内告卜跨熱敏電阻器或熱敏電姐 列13的電壓接著被讀取並經由溫度控制信號15傳送到微控制器u 了 補償溫度制電路中的已知公差，微控制^ 12經由控制碼17接 较 值調整溫度控制信號15以産生代表真實溫度的輸出值。接著，使敕 後的“真實”溫度’微控繼參考同樣儲存在記憶體巾或包含在控= Π中的速率表、公式、子程序(subrQutineM其他將馬達速率對二 度的工具19 (例如圖3中顯示’作爲例子而非限制），來産生經由特定^ 率的整流信號16或其他制方式傳送給冷卻風扇的馬達14的馬達率' 值。替代地，微控制器瑪17可以包含子程序19來從輸入溫度15計

扇速率。風扇馬達14縣倾練得其辭是馬達速率或整流信號^ 函數。 另-個溫度讀數在包含於控制碼的程式13中的設定的時間間隔取 得--此間隔的範圍從幾個微控制器時脈週期到例如數秒、數分鐘甚至 長的可觀察的時間間隔。而且·，關隔不f要岐，而可以根據公式 料表或其他^同變數方式設置。、經由上面概述的過程，馬達速率因此被重 置’而溫度讀數和馬達速率設置的二個隨機過程，步驟U目而被建立直 到風扇被斷電。此隨機過程步驟U，因而允許在目標區域或裝置中的 密控制的溫度。 μ 第3圖以純數學表的形式說明由微控制^ 12所用的典型的馬達速率 對溫度的函數。馬達速率對溫度的函數可以多種方式被合併人裝置，包括 但不限於：資料表19、電腦碼子程序19、以及微控織碼17中的命令行 (line)。此馬達速率對溫度函數接受已調整的溫度作爲輸入，以及產生用 於風扇馬達之速率設定為輸出。 第4圖說明本發明所揭示不同之軟體元件。儲存在微控制器丨2或其 他地方中的可程式非依電性記憶體中的是：微控制器碼17、指定的記憶 體位置18、以及溫度對馬達速率資料表或子程序19。微控制器碼17被用 於驅動微控制器以協調所需的校準和控制風扇馬達的各種功能。這些功能 包括但不限於：如步驟5和8中的從跨溫度感測子電路讀取電壓、步驟6 的比較讀出的電壓值與期望電壓值、步驟7的儲存因此獲得的偏移值到指 定的記憶體位置18、步驟9的用偏移值調整讀取電壓值、步驟ι〇的控制 12 200540601 =速率、以及步驟u的以固定或可變的間隔 偏移以及控制風扇速率。偏移值記憶體位置18是記情^ = ^ 儲存代表以給定溫度跨溫度感測子電路13讀取的電壓、=此二 二2值之間差額的電壓值。偏移值提供了方便的方法去調整電 差包ΐ但不限於溫度感測子電路13的製造公 ^二度對辭的㈣錢子程序19储電敝憶 ==生馬達速率值輸出。此函數内含於在溫度對(:心 枓表或子，序中，可以用如第3圖中包含的曲線作為例子說明。幾種工具 被设想來實現從輸人溫度顺域扇速率的對映。這些方法包 腦碼子程序、合併人微控碼體__行或多行:或甚至物理方式。 【圖式簡單說明】 第1圖為電路圖，其顯示所揭示本發明裝置之實施例· 第2圖為流矛王圖’其顯不所揭不本發明方法之校準常式· 第3圖為樣本的溫度對風扇速率曲線圖；以及 第4圖說明風扇所使用之軟體元件。 【主要元件符號說明】 1 > 2 ' 3 步驟 4、5 > 6 步驟 7、8、9 步驟 10、11 步驟 23、24 步驟 25、26 步驟 27 步驟 12 微控制器 13 溫度感測子電路/熱敏電阻器（陣列） 14 風扇/馬逹 15 溫度控制信號(線） 16 整流信號(線） 17 微控制器碼 18 記憶體位置 200540601 19 子程序/資料表 20 霍耳監視器 21 邏輯及閘 22 邏輯及閘 28 端子 29 接腳

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Claims (1)

1. 200540601 申請專利範圍·· ，校移值;確定風扇的操作是否應該 如果是在校準模式中·· 難；將_量電細㈣想電壓值比 電㈣憶财^_偏移值；將偏移值儲存到可程式非依 操作赋中的操i Γ止在校準模式中的操作並從且因此啓動在 如果是在操作模式中·· 測量在溫度感測子電路上的電壓值； 存在記m中的偏移值來調整該測量電驗；以及 子程序、電腦碼指令行或其他用於將風扇馬達速 、’、爲'皿度的工具中之一，使用經調整的電壓值控制風扇速率。 2·如申請專利範圍第1項之微控制器驅動方法，其中 在校準模式中，此方法更包括以下步驟：/' 重，確定次數以讀取電壓、比較電壓以及儲存偏移值； δ十算且儲存偏移值的平均值；以及 將平均值儲存在記憶體中，以在操作模式期間使用作為偏移值。 3. 如申請專利範圍第1項之微控制器驅動方法，其中 在風扇的開機時，此方法更包括以下步驟： 在項取溫度感測子電路上的電壓之前，確定是否校準模式經由使用者 輸入而指示；如果是的，則進入校準模式。 4. 如申睛專利範圍第1項之微控制器驅動方法，其中 在^準模式中，藉由以下裝置至少之-將理想電壓值輸人於記憶體中： 通仏埠、開關、DIP開關、探針、鍵盤或其他裝置，而以手工操作或自 15 200540601 動方式將資料攔位輸入到微控制器中。 5·如申凊專利範圍第1項之微控制器驅動方法，其中 iiti風扇的初始開機時、此從記憶體讀取所儲存偏移值的步驟 將々值傳迗回以顯不沒有發生校準，且應啓始校準模式。 6·如申請專利範圍第1項之微控制器驅動方法，其中 扇的隨後開機時，此從記憶體讀取所館存偏移值的步驟 將非々值傳迗回以顯不已發生校準，且應啓始操作模式。 7.如申請專纖a们項之難制器轉方法，其中 在操作模式期間’此方法更包括重復以下步驟·· 從溫度感測子電路測量電壓值；以偏移值調整 用調整值控制風扇速率，一直至裝置終止操作為止里電壓值，以及 8.如申請專機項之微控繼驅動方法，其中 隔或可變時間間隔 測量、調整以及控制步驟之重復是根據固定時間間 之一發生。 9· 一種用於自校準電子冷卻風扇之電子電路，包括： =測1待冷卻裝置、區域或電路溫度的溫度感測子電路； 連接到溫度感測子電路的微控制器，用於控 考 作模式中進行； 疋錢奸雜式中或到操 具有2控制馬達之風扇，其連接到微控彻，用於 待冷卻的目標裝置、區域或電路， n表供到 其中此電職夠鱗其本扣處理其溫度讀 待冷卻的目標裝置、區域或電路的溫度，並S 魏 調節其後的扇馬達速率。 …、後使用权準貧料以 16 200540601 1〇·如申請專利範圍第9項之電子電路，其中 St上含制，碼、用於儲存偏移值之指定的記憶體位置、 -式二/ Γ個或更多包含資料表的記憶體位置、微控制器指令碼 2裝5置中之ϊϋ定-的鱗'溫度轉瓶扇馬達速精映至溫度之其 11·如申請專利範圍第1〇項之電子電路，其中 ί電開機時’微控制器執行指定的偏移記憶體位置的讀取功 Ϊ作定值比較，以確定是否啓動此操作於校準模式或 12·如申請專利範圍第1〇項之電子電路，其中 =開，時，、在讀取偏移值_讀取值和指定值比較以決定 ^抑^輪式或操作模式巾之後，微翻11制是否有指示重 乂畅式，如妓的，則啓動校準模式，否則啓動操作模式。 13·如申請專利範圍第12項之電子電路，其中 ί控測是否藉由從使用者介面讀取的信號而另外指示重新校 :之，用者介面爲例如開關、Dlp開關、鍵盤、或其他等同輸入裝置 14·如申請專利範圍第10項之電子電路，其中 在校準模式期間，此微控制器： 測里經由溫度信號線的跨溫度感測子電路的 將測1電壓值和理想電壓值比較； 2作爲測量電紐和理想f顧之間差異的偏移值,· :偏移值儲存在的指定記憶體位置中；以及然德 啓始操作模式。 15·如申請專利範圍第14項之電子電路，其中 200540601 經由通仏璋、開關、Dip p弓 手工操作或自動方式將資^探針、鍵盤或其他裝置之至少之-，以 輪人微控· t ’而將理想電麵輸入。 16.如申請專利範圍第ι5 行以下額外之步驟··、、子電路，射在校準模式躺微控制器執 初始化校準計數器變數； 遞增此校準計數器變數； 重覆此測量電壓值、將測 以及館存偏移值之^電驗和理想電驗比較、計算偏移值、 ==計數賴數是否達職敏的終 定的終止值時，存在記憶體中的 終止校準模式因此進入操作模式；以及 然後在操倾射使解觸難作聽移值/ 17.如申請專利範圍第15項之電子電路，其中 在操作模式期間，此微控制器： 測量跨溫度感測子電路的電壓； 藉由或減去儲存在指定記憶體位 汁异调整電壓值； @ 糟由$ _電壓值以及資料表、子程序、微控制器指令碼行或其他 、置之至少一種，用於將風扇馬達速率對映到溫度，以計算風扇 馬達速率。 ^ 18·如申請專利範圍第17項之電子電路，其中 時間間隔之後’此微控繼再次測量跨溫度感測子電 雕^壓值，計算風扇馬猶率，並經由整流錢控制風扇 18 200540601 19.如申請專利範圍第18項之電子電路，其中 此給定時間間隔是固定時間間隔或可變時間間隔中之一。

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