TWI220442B - Multi-speed intelligent fan speed control method - Google Patents

Description

1220442 _:ΐ售與義明 ，明，應敘明:發明所屬之麵領域、先前技術、內容、麵方式細式簡職明) 、务明所屬之技術領域 本發明係關於風扇轉速控制之技術領域，尤指一種 多段速智慧型風扇轉速之控制系統與方法。 二、先前技術 由於電子元件之高速度與複雜化，使得電子元件在 工作時會產生可觀之熱能，所以許多電子元件上或是在 其工作之環境中，需設置有一散熱風扇，俾以有效冷卻 電子元件而使其能正常工作。目前在使用pc、緣圖卡或 筆記型電腦時，一般關注之重點在於散熱風扇的轉速控 制與噪音問題。而在控制散熱風扇之運轉方式上，除了 全開全關（ΟΝ/OFF)之外，主要是用脈寬調變（pulse width modulation，PWm)來控制風扇運轉，即在每一單位時間 内調整工作週期（duty cycle)的差異，據以控制風扇轉 速。其中，工作週期之定義為單位時間内高準位之百分 比，例如，30%工作週期即表示一個單位時間中，有川％ 的時脈為高準位。散熱風扇之噪音問題乃發生在散熱風 扇轉速較高時，即風扇轉速愈高，噪音愈大。而風扇轉 速之控制可以是以軟體控制方式來達成，但其會佔用中 央處理器（CPU) t資源’因而導致中央處理器負載增 加，降低整個系統的效能。另一種風扇轉速之控制是二 硬體控制方式來實現。如圖i所示，風扇控制器10根1溫 度偵測器12之偵測結果來產生脈寬調變輸出pWM，而切 換電晶體14俾依據該脈寬調變輸出pwm之工作週期來抑 1220442 制充電電晶體1 8開啟之時間長度，進而控制電容之充 電量，據以改變風扇22之工作電壓而達到控制=扇^轉 速之目的。此方式不需透過中央處理器，所有控制風扇 22轉速之活動係由風扇控制器1〇負責，因為不佔用中= 處理器之資源’故不會降低整個系統的效能。 、 目前以硬體控制風扇轉速之方式主要有兩種，第一 種為恆溫控制風扇轉速方式，其在設定一期望溫度後， 風扇會根據此溫度自動調整轉速，使溫度—值維^在固 疋值，此方式之缺點在於當期望温度設定太低時，風扇 22會以較高轉速運轉，如此便會㈣音的問題出現，而 設定太高時，風扇轉速雖較低，但整體系統效率會因高 溫而有所影響。 曰 另一種硬體風扇轉速控制方式是根據溫度與相對應 2風扇轉速控制的期望PWM值來控制風扇轉速，亦即設 疋溫度與風扇22的最大最小值與pwM轉速固定增量值 ^_nt) ’根據當時溫度高低來決定相對應的轉速， 虽溫度大於某上限設定值後風扇22便以全轉方式（Duty cycle 1〇〇%)運轉’然而，此種基於p職之風扇轉速控制 方式之問題在於無法適用於每一規格之風扣，如圖冰 不’假設兩種不同規格之風扇，其起_不但彼此不 其特徵曲線分別為曲線F1以及曲線F2,在相同PWM 乍坟』下，兩者所對應之轉速分別為RPM1 (假設為 轉）假設為6500轉），而假設此pwM之 夕π二』所對應之理想轉速為6咖轉，則對應至曲線尸2 之風扇__得過高，故要魏達成理想轉速藝 7 1220442 轉，其PWM設亨只需較此PWM低即可，所以產生之噪音 會相對較低；而對應至曲線F1之風扇的PWM之工作週期 顯得過低，這將導致待測物之溫度居高不下。 由於上述之原因，其將造成使用者需針對不同之風 扇22來設定不同PWM之工作週期，進而導致使用者之困 擾。此外，由曲線F1以及曲線F2可以觀察得知，曲線Fl 以及曲線F2並非直線，即PWM之工作週期與理想轉速並 非線性關係，以風扇特性曲線為例，當風扇啟動後，pwM 之工作週期較小時，只需稍微增加PWM之工作週期即能 有較明顯的加速。而當PWM之工作週期較大時，持續增 加PWM週期對風扇轉速的卿只有些微部分，因此時風 扇轉速已趨於飽和，此即說明pwM之工作週期與轉速並 非純線性關係’所以根據溫度來調整pwM之卫作週期方 式來控制風扇轉速的方式需進行額外之修正。由上述中 得知，習知技術實有改進之必要。

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本發明之主要目的在/ # W 轉速控制之方法及系统I 種多段速智慧型風扇 ,. μ、、先，俾旎提供適當之風扇轉速。 本發明之另一目的# & 轉速控制之方法及系Γ: 種多段速智慧型㈣ 扇。 M、、、，俾能適用於各種規格不同之風 依據本發明之一特$ 轉速之控制系統包括.、—n斤提出之多段速智慧型風扇 之轉速並輸出—風扇轉迷：：轉逮谓測器，_該風扇 和數；一溫度偵測器，偵測一 8 1220442 ，該風扇之待測物之溫度並輸出一目前溫度參數； :整控制态’將該目前溫度參數參照至少二組溫度轉 戶w 轉數；一比較器，其比較該風 1轉速參數與該期望轉速參數之大小，並輸出―轉速改 I數’以及—風扇控制器’其依據該轉速改變參數而 調整該風扇之轉速。 " 依據本發明之另-特色，所提出之多段速智慧型風 扇轉速之控制方法包括下列步驟：（A)_設置有該風 扇之待測物的目前溫度參數以及該風扇之目前轉速參 數，（B )將该目前溫度參數參照至少二組溫度_轉速參 數以求出一期望轉速參數；（c )比較該目前轉速參數以 及該期望轉速參數之大小；以及（D)依據步驟（c)之 結果以調整該風扇之轉速，再執行步驟（A)。 由上述中可知，本發明風扇轉速控制方法及系統可 依規格不同之風扇而自動更新溫度_轉速參數，不需使用 者手動調整，再藉由調整風扇轉速來降低待測物之溫 度，故能達到本發明之目的。 四、實施方式 有關本發明之多段速智慧型風扇轉速之控制系統與 方法，請先參照圖3所示之系統架構圖，其主要包括：風 扇轉速偵測器30、溫度偵測器丨2、調整控制器34、暫存 器32、比較器36、風扇控制器丨〇等元件，其中，相似於 先前技術中所述，風扇控制器10所產生之脈寬調變輸出 PWM切換電晶體14 ’俾依據該脈寬調變輸出pwM之工作 9 1220442 週期來控制充電電晶體18開啟之時間長度，$而控制電 容20之充電量，據以改變風扇22之工作電壓而進行風扇 22轉速之調整。 前述風扇轉速偵測器30係用以偵測該風扇22之實際 轉速並輸出-風扇轉速參數。其巾風扇轉速之偵測可藉 由計算風扇22内部線圈之相位變化即能得知。 前述溫度偵測器12係用以偵測待測物（例如：設置 有該風扇22之電子元件或其工作環境）之溫度，並輸出 目前溫度參數。 前述暫存器32係預存有複數組溫度_轉速來數，該啁 整控制器34則依據目前溫度參數以及該暫存器32所儲^ 之溫度轉速參數以輸出一期望轉速參數。該比較器則 以比較該風扇轉速參數與期望轉速參數之大小，以輸出 轉速改變參數；而該風扇控制⑽便依據轉速改變=數 來調整風扇22之轉速。 圖4係本發明風扇22轉速控制方法之流程圖，其首先 將風扇22全速運轉（步驟S5Q)，等候—段時間㈧如$ 秒）之後（步驟S52)，將風扇22最高轉速參數予以鎖定 並儲存（步驟S54)。由於不同規格之風扇22的最高轉速 並不相同’藉由步驟S50以及步驟S52，可由風扇轉速# 測盗30_風扇22之最高轉速參數並儲存於暫存器％ 中如此-來’本發明之方法能適用於不同規格之風扇 22’而不需使用者自行調整。 步驟!56中，以溫度制器12侦測設置有該風扇之 υ #目可溫度參數，俾由調整控制器34將該目前溫 10 1220442 度參數參照暫存H Μ巾所儲存之轉組溫度轉速參數 而計算出期望轉速參數。其中，暫存器32中至少儲存二 組溫度-轉速參數，，而每組溫度_轉速參數包括一溫度參 數以及-轉速參數。如圖5所示，假設僅儲存三組溫度· 轉速參數：風扇在最低轉速時之溫度_轉速參數A(Tmin， Rmin)及風扇在最高轉速時之溫度_轉速參數Β (τ⑽X， Rmax)。其中Tmin表示啟動風扇22時之最低溫度·，表 =風^22需要到達全速運轉時之溫度；^啟動風扇22 ¥之最低轉速，Rmax表示風扇22之最高轉速。如圖5所示， 在溫度·風扇轉速之座標軸上，該溫度#速參數AJ^B 之連線即風扇之特徵曲線L1。而假設此時目前溫度參數 為Ti，藉由將目前溫度參數1參照該特徵曲線Μ能計算 出對應至目前溫度參數U期望轉速參數&(亦即，使用 内插法而計鼻得知）。. 、I π伃夭j此外，該暫存器32可儲存二組以 上之溫度-轉速參數’明進風扇特徵㈣之精確性，例 如’儲存三組溫度-轉速參數：A ( T_，r_ ) B ( τ_ ’ R贿以及c(tx，rx)，其中，溫度·轉速參數c乃介於 最邊界之二組之間。而溫度_轉速參數A、C、B之連線即 風扇之特徵曲線L2。假設此時目前溫度參數為τ;，藉由特 徵曲線L2即能計算出對應至目前溫度參數t之期望轉速 參數Ri。由此可知’藉由風叙特徵曲線，當彳貞測出符 測物之目前溫度參數時，即能輸出對應至此目前溫度參 數之期望轉速芬數，且兩者之間係存在線性關係，不需 額外之修正參數。 1220442 、於步驟S58中，比較該期望轉速參數與由風扇轉速偵 測裔30所偵測得到之目前轉速參數。如果目前轉速參數 大於期望轉速參數，則執行步驟S6〇，以由風扇控制器⑺ 減少PWM之工作週期來降低風扇22之轉速；如果目前轉 速參數等於期望轉速參數，則執行步驟S62，以維持=扇 U之轉速；如果目前轉速參數小於期望轉速參數，則執] 行步驟S64,以由風扇控制器1〇增加pwM之工作週期來增 加風扇22之轉速。最後，重回步驟S56，以繼續判斷日 轉速是否適當。 羽 此外由於母一風扇22之最高轉速並不相同，在執 行步驟S56之前，可將步驟所取得之最高轉速參 代暫存器32所儲存之溫度_轉速參數此心以。如此一來， 溫度-轉速參數B之RmaxU小可因不同規格之風扇咖 異，進而自動修正。 由以之。兄明可知，本發明之多段速智慧型風扇轉 、、之控制系統與方法在轉速控制上係以期望風扇轉速 (rPm)為主要考量’而非期望PWM值（duty cycle)，亦即 设定目標轉速後，風扇控制器便會根據此—目標 去^調整PWM轉連控制，直到完成期望轉速值為止。 而當更換不同風扇時，在某溫产# 風扇轉速不因更換風扇；^ 上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明 斤張之__自應以巾請專利範圍所述為準， 僅限於上述實施例。 12 1220442 五、圖式簡單說明 圖1係習知風扇轉速控制系統之示意圖； 圖2係習知脈寬調變參數與溫度參數之波形圖； 圖3係本發明風扇轉速控制系統之示意圖； 圖4係本發明風扇轉速控制方法之流程圖；以及 圖5係本發明脈風扇轉速參數與溫度參數之波形圖。 30風扇轉速偵測器32暫存器 六、圖號說明 10風扇控制器 16電阻 22風扇 34調整控制器 12溫度偵測器 18充電電晶體 36比較器 14切換電晶體 20電容 13

Claims (1)

1. 拾、申請專利範圍 1 二二種赫多段速智慧型風扇轉速之控制系統，包括: 扇轉速㈣器，偵測該風4之轉速並輸出一風 度並輪有該—溫 —調整控制器，將該目前溫度參 度-轉速參數以求出—期望轉速參數；…至一組/皿 數之大:匕較二其比較該風扇轉速參數與該期望轉速參 數之大小，並輸出一轉速改變參數；以及 扇之轉2扇&制Α ’其依據該轉速改變參數而調整該風 含4::?利範圍第1項所述之控制系統，其更包 暫存益’用以儲存該至少二溫度·轉速參數。 m彡巾1^專利域第2項所述之控制系統，其中， 控制器係將該目前溫度參數參照由連結該至少 ^且^度-轉速參數所形成之風扇特徵曲線而求出該期 4.如中請專利範園第旧所述之控制系統，其中， 控制器係以改變其PWM輪出之工作週期來調整 之轉ϋ w目别轉速參數大於期望轉速參數時， ^風扇控制器降低PWM輪出之卫作週期，·當目前轉速參 μ於期望轉速參數，該風扇控制器增加卩體輸出之工 ，期，·當目前轉速參數等於期望轉速參數，該風扇控 制益維持PWM輸出之工作週期。 1220442 一如申請專利範圍第1項所述之控制系統，其中， 戎至少二組溫度_轉速參數為：風扇在最低轉速時之溫产 -轉速參數及風扇在最高轉速時之溫度轉速參數。/皿又 列步：「種多段速智慧型風扇轉速之控制方法，包括下 …(A)偵測設置有該風扇之待測物的目前溫度參數 以及该風扇之目前轉速參數； (^)將該目前溫度參數參照至少二組溫度.轉速參 數以未出一期望轉速參數； (C) 比較該目前轉速參數以及該期望轉速來數之 大小；以及 乂 (D) 依據步驟（c)之結果以調整 再執行步驟（A)。 付疋 、7’如申請專利範圍第6項所述之控制方法，其中， ^ΐΓ、θ(Β)巾’係將該目前溫度參數參照由連結該至 度’速參數所形成之風扇特徵曲線而求出該 於牛8·如申請專利範圍第6項所述之控制方法，其中， = (D)中，當目前轉速參數大於期望轉速參數時， 時:羽轉逮降低；當目前轉速參數小於期望轉速參數 數字風扇轉速增加’·當目前轉速參數等於期望轉速參 默，維持風扇轉速。 9.如申請專利範圍第6項所述之控制方法，其中， 、^驟（B)中，該至少二組溫度_轉速參數為：風扇在 15 最高轉速時之溫 最低轉逮時之溫度_轉4參數及風扇在 度-轉速參數。 1 U, 如甲請專利範圍第9項所述之控制方法，复 驟（a)之則更包含_步驟⑻以在一預設之時間全 運轉風扇來提供該風扇之最高轉速參數。、 16