TW201312006A - 風扇轉速控制系統及方法 - Google Patents
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Abstract
一種風扇轉速控制系統，用以控制一風扇之轉速，包括：一風扇轉速控制器，耦接至該風扇，用以接收一訊號值以產生一驅動電壓至該風扇，並偵測該風扇之一實際轉速；以及一主控制器，耦接至該風扇轉速控制器，用以提供該訊號值，並比較該實際轉速與一目標轉速以重新計算該訊號值。
Description
本發明係關於風扇轉速控制技術。
風扇是一種常見的散熱裝置，其以產生氣流的方式移除某些對溫度敏感的裝置或系統(例如，各種電腦的中央處理器(CPU)等元件)所產生的熱量，藉以將該等裝置或系統的溫度變化量控制在特定範圍之內。
第1圖為一筆記型電腦之散熱架構示意圖，用以說明習知技術如何控制筆記型電腦中CPU的散熱風扇。筆記型電腦100包括一CPU 110、一嵌入式控制器(Embedded Controller，EC)120、一風扇轉速控制器130、以及一風扇140。風扇140透過轉動扇葉而產生氣流，藉以散除CPU 110上蓄積的熱量。該嵌入式控制器120會以溫度感測器(圖未示)持續監測CPU 110之溫度，並輸出具有特定編碼型式的訊號值給風扇轉速控制器130。風扇轉速控制器130會依據自該嵌入式控制器120所接收的訊號值而線性地調整輸出至該風扇140的驅動電壓，藉以控制該風扇140之轉速。此外，該風扇轉速控制器140會即時取得風扇140之實際轉速，並向該嵌入式控制器120回報該轉速資料。然而，必須注意到，習知技術中，嵌入式控制器120所輸出之訊號值係採用“累進式”數位編碼(舉例而言，由(00)至(FF)的十六進位編碼)，當風扇轉速控制器140所回報的實際轉速未達到目標轉速時(舉例而言，此時的訊號值為79)，嵌入式控制器120再次送出的訊號值僅會較前次送出的訊號值多1(例如，由訊號值79攀升至訊號值7A)，並逐次累加上去直到風扇轉速達到目標轉速為止；反之，當風扇轉速控制器140所回報的實際轉速已超出目標轉速時(舉例而言，此時的訊號值為8F)，則嵌入式控制器120再次送出的訊號值僅會較前次送出的訊號值少1(例如，由訊號值8F降低至訊號值8E)，並逐次遞減直到風扇轉速回到目標轉速為止。
對電腦系統組裝廠而言，風扇140可能來自不同的協力廠商，並且具有不同的電壓-轉速特性曲線。為了配合各種組態的風扇，電腦100中的嵌入式控制器120以逐次送出累加訊號的方法調整風扇驅動電壓是合理的。然而，從前述實例來看，若嵌入式控制器120每秒送出一次訊號，則從起啟的訊號值(例如訊號值79)至達到目標轉速的訊號值(例如訊號值8E)即需耗費不少時間(舉例而言，訊號值由79攀升至8E為20秒)。除了達到目標轉速的時間過長之外，習知技術常常無法使風扇控制在穩定的轉速，當風扇轉速過快時，會產生噪音並造成不必要的電能損耗；而當風扇轉速過慢時，則造成CPU散熱不足。這些現象都降低了電腦產品的品質。
習知技術中在控制風扇轉速方面既無效率又不精確，整體而言是相當不理想的。因此，本發明提供一種控制風扇轉速的新機制以改善前述習知技術的缺失。
本發明提供一種風扇轉速控制系統。該風扇轉速控制系統係用以控制一風扇之轉速，包括：一風扇轉速控制器，耦接至該風扇，用以接收一訊號值以產生一驅動電壓至該風扇，並偵測該風扇之一實際轉速；以及一主控制器，耦接至該風扇轉速控制器，用以提供該訊號值，並比較該實際轉速與一目標轉速以重新計算該訊號值。
本發明另提供一種風扇轉速控制方法。該風扇轉速控制方法係用以控制一風扇之轉速，包括：提供一訊號值以產生一驅動電壓至該風扇；偵測該風扇之一實際轉速；以及比較該實際轉速與一目標轉速以重新計算該訊號值。
下文為介紹本發明之最佳實施例。各實施例用以說明本發明之原理，但非用以限制本發明。本發明之範圍當以後附之權利要求項為準。
風扇轉速控制系統
為了改善習知技術的前述缺點，本發明提供一種新的風扇轉速控制系統。本發明的風扇轉速控制系統具有與第1圖習知技術大體相同之架構，因此下文將配合第1圖說明本發明，然而必須了解到，儘管下述實施例沿用了第1圖習知技術的元件及符號，但不表示兩所有元件皆具有相同的功能。在某些實施例中，本發明的風扇轉速控制系統100為一電腦系統的一部分，目的在控制風扇之轉速以替中央處理器(CPU) 110散熱，包括一風扇轉速控制器130以及一主控制器(Embedded Controller，EC) 120。在下文的實施例中，該電腦系統為100係一筆記型電腦時，而該主控制器120即為一嵌入式控制器。然而，熟悉本技藝人士可了解到，此實施例僅為方便說明，在其他實施例中，本發明之風扇轉速控制系統可應用於各種電腦系統或電子裝置中，不必以前述筆記型電腦為限。此外，在各個實施例中，風扇轉速控制器130以及主控制器120可為彼此獨立或互相整合之晶片。
本發明之風扇轉速控制器130係耦接至風扇140，可自該主控制器120接收一訊號值，並依據該訊號值提供一驅動電壓至該風扇140。除此之外，風扇轉速控制器130會不斷地偵測該風扇之實際轉速，並將該實際轉速的資料回饋至該主控制器120。本發明之主控制器120係耦接至該風扇轉速控制器130，用以將前述的訊號值提供至該風扇控制器130。然而，值得注意的是，本發明之主控制器120係以不同於習知技術之方式輸出訊號值。更明白地說，本發明之主控制器120並非如習知技術般以逐次累加編碼訊號值的方式控制風扇轉速，而是持續的比較該實際轉速與目標轉速間之差異而重新計算新的訊號值，目的在以更快的速度使風扇達到目標轉速。下文將以各種實施例說明本發明主控制器120計算訊號值的方式。
第一實施例
在此實施例中，主控制器120係透過內插法而以該實際轉速與該目標轉速之差值重新計算該訊號值。舉例而言，假設風扇起始轉速為0，目標轉速為3000 rpm，而主控制器120所提供的訊號值係以16進位數位編碼表示，例如從00~9F。在風扇尚未開始旋轉時，主控制器120可隨機地、或依照預設的經驗公式提供不為零的初始訊號值，舉例而言，初始訊號值可為20。接著，風扇轉速控制器130依據自該嵌入式控制器120所接收的訊號值20線性地調整輸出至該風扇140的驅動電壓，使得該風扇140一口氣攀升到一初始轉速。必須再次強調的是，由於風扇轉速控制器130所控制的風扇140通常具有不同的電壓-轉速特性曲線，因此，風扇轉速控制系統100無法預期實際的初始轉速值究竟為何。假若風扇轉速控制器130偵測到的初始轉速值為2000 rpm，則依據內插法，嵌入式控制器120所提供之訊號值必須由20增加到30始得以達到目標轉速3000 rpm。因此，嵌入式控制器120再次提供的訊號值為30。若嵌入式控制器120每秒送出一次訊號值，則此實施例達到目標轉速的時間僅需兩秒。
第二實施例
在此實施例中，主控制器120係將該實際轉速與該目標轉速之差值劃分成複數個等級，並透過查詢內建的一差值對應表重新計算該訊號值。同上述實施例，假設風扇起始轉速為0，目標轉速為3000 rpm，而主控制器120所提供的訊號值係以16進位數位編碼表示，例如從00~9F。在風扇尚未開始旋轉時，主控制器120可隨機地、或依照預設的經驗公式提供不為零的初始訊號值，舉例而言，初始訊號值可為20。風扇轉速控制器130依據自該嵌入式控制器120所接收的訊號值20線性地調整輸出至該風扇140的驅動電壓，使得該風扇140一口氣攀升到一初始轉速。同理，由於風扇轉速控制器130所控制的風扇140通常具有不同的電壓-轉速特性曲線，因此，風扇轉速控制系統100無法預期實際的初始轉速值究竟為何。為方便說明，此實施例中亦以2000 rpm的初始轉速值為例。本實施例特別之處在於：主控制器120可進一步將目標轉速與實際轉速之差值劃分成複數級而建立如下之差值對應表：
由此差值對應表可知，當實際的初始轉速低於目標轉速500～1000時，則訊號值增量為+16，是以嵌入式控制器120再次提供的訊號值將由20上升至30。若嵌入式控制器120每秒送出一次訊號值，則此實施例中達到目標轉速的時間僅需一秒。值得注意的是，上述差值對應表僅為例示，熟悉本技藝人士可依據本發明之精神以及實際風扇之組態訂定最佳的對應表，不必以此實施例為限。
第三實施例
此實施例為前述實施例之組合及變型。在此實施例中，主控制器120係透過二分逼近法而以該實際轉速與該目標轉速之差值重新計算該訊號值。舉例而言，假設風扇起始轉速為0，目標轉速為3000 rpm，而主控制器120所提供的訊號值係以16進位數位編碼表示，例如從00至9F。同樣的，在風扇尚未開始旋轉時，主控制器120可隨機地、或依照預設的經驗公式提供不為零的初始訊號值，舉例而言，初始訊號值可為20。接著，風扇轉速控制器130依據自該嵌入式控制器120所接收的訊號值20線性地調整輸出至該風扇140的驅動電壓，使得該風扇140一口氣攀升到一初始轉速。同理，由於風扇轉速控制器130所控制的風扇140通常具有不同的電壓對轉速特性曲線，因此，風扇轉速控制系統100無法預期實際的初始轉速值究竟為何。為方便說明，此實施例中亦以2000 rpm的初始轉速值為例。與第一實施例不同的是，為避免風扇轉速超過目標轉速，本實施例以較為緩和的方式逼近目標轉速。舉例而言，嵌入式控制器120首先將目標轉速3000 rpm及初始轉速2000 rpm之平均值2500 rpm定為第一過渡轉速值(再依內插法，將訊號值由20增加至25)，接下來再將測得的實際轉速值(假設為2500 rpm)與目標轉速3000 rpm之平均值2750 rpm定為第二過渡轉速值，以此類推，直到實際轉速與目標轉速差值低於特定範圍(例如100 rpm)時，改以逐次累加訊號值(即，訊號值加1)的方式送出訊號。在此實施例中，若嵌入式控制器120每秒送出一次訊號值，則此實施例中達到目標轉速需要的時間大約為十二秒。
前述實施例提供了本發明之主控制器120控制風扇轉速的各種可能作法，熟悉本技藝人士可了解到控制風扇轉速的方法可為前述方法之任意組合，而不以前述實施例為限。在前述實施例中，為方便說明，風扇轉速皆由零開始，然而，在其他實施例中，本發明可控制風扇在不同的轉速階層間切換，如第2圖所示。第2圖為本發明與習知技術在對風扇進行控制之實際轉速與時間對應圖，其中習知技術以虛線表示，而本發明則以實線表示。由此圖中可輕易發現，本發明能夠以較短的時間達到目標轉速(3000 rpm或4500 rpm)，且在轉速跳階之際皆不會出現如習知技術般轉速不穩定的現象。
風扇轉速控制方法
前文已詳述本發明之風扇轉速控制系統。除了前述的風扇轉速控制系統，本發明另提供一風扇轉速控制方法。第3圖為本發明之風扇轉速控制方法流程圖。本發明之風扇轉速控制方法300係用以控制一風扇(例如第1圖之風扇140)之轉速，包括：在步驟S302中，提供一訊號值以產生一驅動電壓至該風扇(例如由第1圖之主控制器120提供該訊號值)；在步驟S304中，偵測該風扇之一實際轉速(例如由第1圖之風扇轉速控制器120偵測該實際轉速)；以及在步驟S306中，比較該實際轉速與一目標轉速以重新計算該訊號值(例如由第1圖之主控制器120執行)。值得注意的是，本方法300之步驟S306包括各種實施例。參照前述第一實施例，步驟S306更包括「透過內插法而以該實際轉速與該目標轉速之差值並重新計算該訊號值」(如S306A所示)。參照前述第二實施例，步驟S306更包括「將該實際轉速與該目標轉速之差值劃分成複數級，並透過查詢內建的一差值對應表重新計算該訊號值」(如S306B所示)。參照前述第三實施例，步驟S306更包括「透過二分逼近法而以該實際轉速與該目標轉速之差值重新計算該訊號值」(如S306C所示)。由於熟悉本技藝人士可參照前文了解本方法的各種實施方式，並達到前述實施相同之效果，因此，本文不再對其贅述以節省篇幅。
本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
110．．．CPU
120．．．主控制器
130．．．風扇轉速控制器
140．．．風扇
S302-S306C．．．步驟
第1圖為一筆記型電腦之散熱架構示意圖；
第2圖為本發明與習知技術在對風扇進行控制之實際轉速與時間對應圖；
第3圖為本發明之風扇轉速控制方法流程圖。
S302~S306．．．步驟
Claims (10)
- 一種風扇轉速控制系統，用以控制一風扇之轉速，包括：一風扇轉速控制器，耦接至該風扇，用以接收一訊號值以產生一驅動電壓至該風扇，並偵測該風扇之一實際轉速；以及一主控制器，耦接至該風扇轉速控制器，用以提供該訊號值，並比較該實際轉速與一目標轉速以重新計算該訊號值。
- 如申請專利範圍第1項所述之風扇轉速控制系統，其中該主控制器係將該實際轉速與該目標轉速之差值劃分成複數級，並透過查詢內建的一差值對應表重新計算該訊號值。
- 如申請專利範圍第1項所述之風扇轉速控制系統，其中該主控制器係透過二分逼近法而以該實際轉速與該目標轉速之差值重新計算該訊號值。
- 如申請專利範圍第1項所述之風扇轉速控制系統，其中該主控制器係透過內插法而以該實際轉速與該目標轉速之差值重新計算該訊號值。
- 如申請專利範圍第1項所述之風扇轉速控制系統，其中該風扇係用以控制一中央處理器(CPU)之溫度。
- 如申請專利範圍第1項所述之風扇轉速控制系統，其中該風扇轉速控制系統係位於一筆記型電腦中，而該主控制器係一嵌入式控制器(Embedded Controller，EC)。
- 一種風扇轉速控制方法，用以控制一風扇之轉速，包括：提供一訊號值以產生一驅動電壓至該風扇；偵測該風扇之一實際轉速；以及比較該實際轉速與一目標轉速以重新計算該訊號值。
- 如申請專利範圍第7項所述之風扇轉速控制方法，其中重新計算該訊號值之步驟更包括：將該實際轉速與該目標轉速之差值劃分成複數級，並透過查詢內建的一差值對應表重新計算該訊號值。
- 如申請專利範圍第7項所述之風扇轉速控制方法，其中重新計算該訊號值之步驟更包括：透過二分逼近法而以該實際轉速與該目標轉速之差值重新計算該訊號值。
- 如申請專利範圍第7項所述之風扇轉速控制方法，其中計算該訊號值之步驟更包括：透過內插法而以該實際轉速與該目標轉速之差值並重新計算該訊號值。
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