TW200929847A - Control circuit for computer fan - Google Patents

Description

200929847 九、發明說明： . 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種電腦風扇控制電路。 【先前技術】 隨著電腦技術之飛速發展，電腦系統通常要進行大量之 運算處理，任務繁忙時所產生之熱量也逐漸增加，單憑散熱 孔和散熱片已無法解決散熱問題，在主動散熱設備上，性價 ©比較高之風冷技術係電腦系統最常採用之散熱方式，然而風 扇雖然經濟實用，卻也存在很多缺陷：隨著轉速之增加，風 扇在高速運轉中產生之嗓音也逐漸增大；長時間之高速運 轉，不但會縮短風扇使用壽命，而且風扇本身也會產生很大 熱量。 如果風扇能在系統繁忙時高速運轉，在系統運轉平缓時 降低轉速甚至停止，就可以得到最合理之使用，不但提高了 風扇之使用壽命，而且能減少不必要之熱量產生。習知一種 ❹智能風扇（Smart Fan)技術係為實現風扇之合理使用而研 發’它利用 Intel 之脈寬調變（pulse Width Modulation, PWM) 規範，根據輸入輸出控制晶片（Super I/O，SIO)控制PWM 之工作週期來控制風扇之轉速。由於PWM變化之依據係中 央處理器内部之二極體讀取之溫度資料，其精確程度超過熱 敏電阻，所以依據PWM之脈衝寬度之任務週期調整風扇轉 速，其控制精度也很高。 透過Smart Fan技術，用戶可以在基本輸入輸出系統 (Basic Input Output System, BIOS )中自主設置 CPU 和主機 7 200929847 板之溫度限制，當風扇透過PWM脈衝判斷溫度超過所設限 制，就會自動運轉，並可根據所產生之熱量大小調控轉速； 相反’當溫度未超過設定之限制，風扇則會適當休息。 惟，習知之風扇中只有4Pin風扇可以透過PWM實現

Smart Fan功能，而3Pin風扇由於沒有對應之引腳而無法接 收PWM訊號’因此3Pin風扇仍需利用改變其工作電壓大小 來控制轉速。 ❹ 目則市場上支持Smart Fan之主機板紛紜蕪雜，但都存 在一個相同之缺陷，只能支持3pin或者4pin風扇中之一 種。這樣對客戶而言’對風扇之選擇給他們帶來不便，同樣 姆於製造商而δ ’由於主機板對風扇類型之局限性’對風扇 連，器之選擇也提出了不同要求，增加了元件採購難度。如 果此把3Pm和4Pin風扇所需控制線路集成，使主機板能 夠自動分辨風扇_並對其轉速進行控制，那麼諸如此類問 題將不再發生。 〇 【發明内容】 馨於以上内容，有必要提供一種電腦風扇控制電路，可 選擇性地㈣不Μ航扇之轉速。 此外’還提供一種3引腳風扇轉速控制電路。 一種電腦風屬控制電路，包括一積分電路、一運算放大 器、一電流控制器及一轉速計數器，該積分電路之輸入端接 ，由一輸入輸出控制晶片所發出之一第一脈衝寬度調變訊 號’其輸出端接該運算放大器之反相輸入端，該運算放大器 之同相輸入端透過一第一分壓電阻接地，其輸出端透過一第 200929847 • 一限流電阻接該電流控制器之第一端，該電流控制器之第二 * 端接一第一電源，其第三端接一風扇連接器之電源弓丨腳並透 過一第二分壓電阻與該運算放大器之反相輸入端相連，該風 扇連接器之偵測引腳接該轉速計數器，該風扇連接器之控制 引腳透過一第二限流電阻接收由該輸入輸出控制晶片所發 出之一第二脈衝寬度調變訊號，該電腦風扇控制電路透過改 變該第二脈衝寬度調變訊號之工作週期時該轉迷計數器測 ❹得風扇轉速變化情形判斷風扇之類型，並根據風扇之類型發 送該第一或第二脈衝寬度調變訊號來調整風扇之轉速。 一種電腦風扇控制電路，包括一積分電阻、一積分電 容、一運算放大器、一電流控制器、一風扇連接器，該積分 電阻一端接收一脈衝寬度調變訊號，其另一端接該運算放大 器之反相輸入端且透過該積分電容接地，該運算放大器之同 相輸入端透過一電阻接地，其輸出端透過一電阻連接到該電 流控制器之第一端，該電流控制器之第二端接—電源，其第 Ο三端透過一電阻與該運算放大器之同相輸入端相連，並與該 風扇連接器之第二引腳相連，且流過該電流控制器第一端之 電流與流過其第三端之電流成正比，該風扇連接器之第一引 腳接地。 上述電腦風扇控制電路透過改變脈寬調變訊號之工作 週期並對所測風扇轉速進行對比可以分辨風扇之類型，並根 據分辨結果自動選擇合適之線路對風扇轉速進行控制，十分 合理及便捷。 9 200929847 【實施方式】 * 參考圖1，本發明風扇控制電路之較佳實施方式包括一 積分電阻R1、一積分電容C1、一運算放大器U、一電流控 制器Q1、一風扇連接器10、一轉速計數器20、一 BIOS晶 片30及一 SI0晶片40,該BIOS晶片30 —端接該SIO晶片 40之第一端1，其另一端接該轉速計數器20之一端，該SI0 晶片40之第二端2接該積分電阻R1之一端，其第三端3透 過一電阻R8接該風扇連接器10之第四引腳4(控制引腳）； ®該積分電阻R1之一端接收一由該BIOS晶片30控制該SI0 晶片40發出之第一脈衝寬度調變訊號PWM1，另一端與該 運算放大器U之反相輸入端相連且透過該積分電容ci接 地；該運算放大器U同相輸入端透過一電阻R2接地，其反 相輸入端透過該積分電阻R1及一上拉電阻R6連接一 5V電 源’其輸出端透過一電阻R3接到該電流控制器Qi之第一 端；該電流控制器Q1之第二端與一 12V電源連接，其第一 ❹端與第二端之間連接一電阻R7,其第三端透過一電阻R4與 該運算放大器U之同相輸入端連接，其第三端又透過一電容 C2接地’該第三端還輪出一風扇控制訊號；該風扇連接器 10之第一引腳1(接地弓丨腳）接地’第二引腳2(電源引腳） 連接該電流控制器Q1之第三端以接收該風扇控制訊號，第 三引腳3 (偵測引腳）透過一電阻R5連接於該風扇轉速計 數器20，該第三引腳3 (偵測引腳）連接一二極體D1之正 極，該二極體D1之負極接該12V電源，該二極體D1又並 聯一電阻R11，第四引腳4(控制引腳）透過該電阻R8接收 200929847 •由該BIOS晶片30控制該SIO晶片40發出之第二脈衝寬产 •調變訊號PWM2，並透過該電阻R8及一上拉電阻R9與^ 5V電源連接；該轉速計數器20還透過一電容C3接地了二 電阻R10連接於該轉速計數器2〇與地之間。該二極體di 產生分壓作用以保護電路。為了進一步節省成本，可將該電 容C2、該電容C3及該電阻R7省略。 人 在本較佳實施方式中，該電流控制器〇1為一 pNp電晶 鮝體，其第一、第二及第三端分別為基極、射極及集極；根據 選擇之SI0晶片40型號之不同，在該第一脈衝寬度調變訊 號PWM1、第二脈衝寬度調變訊號PWM2之輸入端透過該上 拉電阻R6及上拉電阻R9連接了該5V電源來提高電壓准 位，若選擇之SI0晶片40提高之脈衝寬度調變訊號已符合 電壓要求’可以將該5 V電源及該電阻R6、R9省略。 睛繼續參考圖2，應用該電腦風扇控制電路控制電腦風 扇之方法之較佳實施方式包括：步驟i，透過該轉速計數器 〇 20測量一風扇之轉速，並將測量結果發送到BIOS晶片30 内進行記錄；步驟2,透過SI0晶片40改變傳輸到該風扇 之第二脈衝寬度調變訊號PWM2之工作週期，使其降低一 半，步驟3,透過該轉速計數器2〇測量該第二脈衝寬度調變 訊號PWM2之工作週期改變後該風扇之轉速，並將測量結果 發送到該BIOS晶片30 ;步驟4，該BIOS晶片30比較該第 二脈衝寬度調變訊號PWM2改變前後風扇之轉速，由於4 引腳風扇轉速由脈衝寬度調變訊號之工作週期控制，而3引 腳風扇沒有此功能，是以若轉速對應該第二脈衝寬度調變訊 11 200929847 •號之工作遇期降低一半則該風扇為4引腳風扇，若轉速未發 •生改變則該風扇為3引腳風扇；步驟5,若該風扇為4引腳 風扇’則可透過該SIO晶片40控制該第二脈衝寬度調變訊 號PWM2之工作週期來控制該風扇之轉速；及步驟6，若該 風扇為3引腳風扇’則透過該SIO晶片40控制該第一脈衝 寬度調變訊號PWM1之工作週期來調整傳輸到風扇之電壓 大小用以控制風扇轉速。 電腦開機後’該BIOS晶片30控制該SIO晶片40發送 一個工作週期為100%之第二脈衝寬度調變訊號PWM2，提 供給該風扇連接器1〇，此時該Bi〇s晶片30將該轉速計數 器20測得之該風扇轉速資料存儲在一個寄存器中。 隨後，該BIOS晶片30控制該SIO晶片40發出一個工 作週期為50%之第二脈衝寬度調變訊號p\vM2，該BIOS晶 片30會將此時之風扇轉速資料存儲到另一個寄存器中。由 於在4引腳風扇上其第4引腳為脈衝寬度調變訊號控制引 $ 腳，所以該第二脈衝寬度調變訊號PWM2之工作週期變化之 前後，風扇之轉速會發生明顯之變化，會變成接近原來之 1/2 ;而對於3引腳風扇’由於其不存在第四引腳，則根本 無法接收到該第二脈衝寬度調變訊號PWM2,所以風扇之轉 速不會有明顯之變化，即轉速基本上維持不變。此時該BIOS 晶片30會把兩個寄存器前後記錄之資料進行對比，如果後 一資料大約為前一資料之一半，則判定此時連接之風扇類型 為4引腳風扇，若兩資料大致相同則判定此時連接之風扇 類型為3引腳風扇。 12 200929847 • 一旦該BIOS晶片30判定所用風扇之類型為4引腳， , 即繼續發送該第二脈衝寬度調變訊號PWM2，該BIOS晶片 30會控制該SIO晶片40維持該第一脈衝寬度調變訊號 PWM1為不輸出狀態。此時，隨著中央處理器溫度變化，該 BIOS晶片30控制該SI0晶片40直接發送相對應之第二脈 衝寬度調變訊號PWM2訊號給該風扇連接器10之第四引腳 4(控制引腳），自動改變該第二脈衝寬度調變訊號PWM2 之工作週期，以此改變風扇之轉速，實現智慧風扇之功能。 Λ· ~ 由於4引腳風扇内部已經集成脈衝寬度調變訊號控制線 路，這裡不再贅述。 當判定該風扇為3引腳時，該BIOS晶片30控制該SI0 晶片40發送第一脈衝寬度調變訊號PWM1。風扇轉速之變 化與該電流控制器Q1之第三端電壓之變化成正比，並且該 電流控制器Q1之第三端電壓之變化與該第一脈衝寬度調變 訊號PWM1之工作週期變化成正比。即該第一脈衝寬度調變 ❹訊號PWM1之工作週期增加，透過該積分電阻R1及積分電 容C1組成之RC積分電路將離散之數位訊號轉換之電壓連 續之線性平滑之類比訊號亦增加，然後再透過該運算放大器 U之反相輸入端輸入，該運算放大器U之輸出電壓減小，經 限流電阻R3轉換為該電流控制器Q1基極之電流增加，又 因為流過該電流控制器Q1第一端之電流與流過其第三端之 電流成正比，從而使其第三端輸出之電壓增加，以此3引腳 風扇之轉速增加，反之風扇之轉速減小，進而實現了智慧風 扇之功能。 13 200929847 綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利 申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉 本案技藝之人士，在爰依本發明精神所作之等效修飾或變 化，皆應涵蓋於以下之申請專利範圍内。 【圖式簡單說明】 圖1係本發明電腦風扇控制電路較佳實施方式之電路 圖。 圖2係應用圖1電腦風扇控制電路之電腦風扇控制方 法之流程圖 【主要元件符號說明】 風扇連接器 10 BIOS晶片 30 運算放大器 U SIO晶片 40 積分電阻 R1 積分電容 C1 電容 C2、C3電流控制器 Q1 上拉電阻 R6、R9二極體 D1 轉速計數器 20 電阻 R2、R3、 R4、R5、R7、R8、RIO、R11 14

Claims (1)

1. 200929847 •十、申請專利範園 • 1'〇種電腦風扇控制電路，包括一積分電路、一運算放大 卜-電流控制器及一轉速計數器，該積分電路之輸入端 接收由一輸入輸出控制晶片所發出之一第一脈衝寬度調變 訊號其輸出端接該運算放大器之反相輸入端，該運算放 大器之同相輸人端透過-第—分壓電阻接地，其輸出端透 ^第限流電阻接該電流控制器之第一端，該電流控制 ❻器之第二端接一第一電源，其第三端接一風扇連接器之電 源引腳並透過-第二分壓電阻與該運算放大器之反相輸入 端相連，該風扇連接器之偵測引腳接該轉速計數器，該風 扇連接器之控制引腳透過一第二限流電阻接收由該輸入輸 出控制晶片所發出之一第二脈衝寬度調變訊號，該電腦風 扇控制電路透過改變該第二脈衝寬度調變訊號之工作週期 時該轉速計數器測得風扇轉速變化情形判斷風扇之類型， 並根據風扇之類型發送該第一或第二脈衝寬度調變訊號來 ❹調整風扇之轉速。 2. 如申請專利範圍第1項所述之電腦風扇電路，其中該積 分電路包括一積分電阻及一積分電容，該積分電阻之一端 為該積分電路之輸入端，其另一端接該積分電容之一端， 該積分電谷之另一端接地，該積分電阻與積分電容之節點 處為該積分電路之輸出端。 3. 如申明專利範圍第1項所述之電腦風扇控制電路，其中該 電流控制器為一 PNP型電晶體，其第一端、第二端及第: 端分別對應基極、射極及集極。 15 200929847 ' 4.如申請專利範圍第1項所述之電腦風扇控制電路，其中 • 該積分電路之輸入端透過一上拉電阻連接一第二電源。 5·如申請專利範圍第1項所述之電腦風扇控制電路，其中 該輸入輸出控制晶片與第二限流電阻之間之節點透過一上 拉電阻連接一第二電源。 6. 如申請專利範圍第1項所述之電腦風扇控制電路 該轉速計數器還透過一電容接地。 參 〇 7. 如申請專利範圍第1項所述之電腦風扇控制電路，其中該 電流控制器之第一端與第二端之間還串接一電阻。 8. 種電腦風扇控制電路，包括一積分電阻、一積分電容、 一運算放大器及一電流控制器，該積分電阻之一端接收由一 輸入輸出控制晶片所發出之一脈衝寬度調變訊號，其另一端 ，該運算放大^之反相輸人端且透職積分電容接地，該運 算放大器之同相輸入端透過一第一分壓電阻接地，其輸出端 透過-第-限流電阻連接到該電流控制器之第—端^該電流 控制器之第二端接-第—電源，其第三端透過—第二分壓電 阻與該運算放大器之同相輸人端相連，並連接一風扇。 9·如申請專利範圍第8項所述之電腦風扇控制電路，其" /電PNP型電晶體，其第—端、第二端、第三端 刀另J對應基極、集極、射極。 =如、中請專職圍第8韻狀電氧扇控㈣路，其中 、刀電阻之一端還透過一上拉電阻遠接鬼 電机控制器之第—端與第二端之賴串接一電阻。 16