TWI361971B - Microcontroller-driven method and electronic circuit for self-calibrating electronic cooling fan - Google Patents

Description

1361971 九、發明說明： 【發明所屬技術領域】 本發明涉及冷卻設置在電子設備巾的電路的風扇更1體^ 明提供了-種高度精確和高度溫度敏感的電子冷卻風扇; 區域或裝置的環境溫度中的微小波動，使用有成本效益調節==== 無須借助於電路縮減或去除大量單元。 ·牛A差 【先前技術】 現代電子裝置趨向於在操作很長-段時間時保留熱量，其最終干擾設備的 i备運作。内部冷卻系統’例如風扇，因此須要轉持系統完整 能。然而，冷卻絲導致其本麵_織點――其巾最值躲意岐非=之 L音和非想要之功率祕。在要求朗不以單—的辭運作就是簡關閉的 時候，這些缺點特別嚴重。爲克服這些缺點，設想了一種可變速風扇。 然而即使可變速風扇的設計在以足夠的精確度測量 妓面存在困難。尤其是考慮到測”路的元件爲節省成本，通 中等的或低公差，在寬細溫度上的校糊量可能是困難且$貴的。因此構想 了-種能夠以高度有成本效益的方式在寬溫度範圍上校準溫度測量的可連續^ 速風扇》 ' 習知技術有兩個寬泛的類別：具有速率控制的風扇，以及用於感測器設 的校準裝置。 具有速率控制之風馬 關於具有速率控制風扇的習知技術包括智慧型風扇系統，其包括具有記憶 體的微控制器和連接至主電腦系統的介面，其包括連接到其上的溫^傳感^ 置。經由通信信號，微控制器響應於偵測到的溫度根據多個控制指令，使用儲 2在S己憶體中的速率-溫度曲線來調整風扇馬達的轉速。每個控制器對風扇為特 疋，也即’主機设汁特定的外部風扇控制器面板以控制特定風扇'經由在製造 時設計各外賴扇控制H來達成：將適當電麟溫錄人及隨後風扇旋轉 匹配。 習知技術還揭示用於和電腦一起使用之冷卻風扇速率控制。在偵測了系統 6 1361971 配置後的自動模式中，將冷卻風扇起始速率從儲存在記憶體中的風扇速率表擷 取至系統控制器中。在操作期間，冷卻風扇速率響應於由環境空氣感測器感測 的溫度而增加或降低。在製造期間，將適當的風扇速率表寫入控制器的記^體 中’並可容易地在任何時間重寫來反映資料中之改變。 心 ^習知技術還揭示用於冷卻建築空間，比如在建築物或其他居所内的房間的 微處理器控制風扇。此風扇具有響應於控制信號的馬達，且此馬達被具有^一 和第二端子以及第-預定頻率的電源所激發。此系統需要用於選擇所 並提供代表其的第-電子信號的裝置，用於感測實際溫度並提供代表其二 电子化號的裝置、其較佳爲微處理器用於接收、取樣和解釋第一和第二雷 號的的裝置。微處理器接著對於測量之差額社小以控制風扇的速率了 5 ，另外，亦可供使用-種系統以驅動供熱、通風和空調（HVAC)單 統ft號藉由控制驅動室内送風機的馬達的速率或力矩以 ΐί選擇類比-數位碼解瑪器和可程式非依電性(刚 馬相操作。馬達控制信號經由微處理轉應於若 2 控制。微處理器爲ECM界定了響應系統控制信號的操作2 ^控，’例如恒溫器’啟動空氣調節需求來 作去驅動風扇在-段時間内供應所界定的氣流。$财羊成力矩# 感測設備之妨竿 線比較以產生經校準'，與校準曲 兩個曲線所界定之值(例如··斜率盘截距在^^期間來自一組此等值之 獲得的至少兩個參考感測器測量被^^取而產生。在製造過程期間 在操作期間，使用類比感測器_ 統内類比感測器測量。 值來計算已校準的結果。在製造：置讀取的界定了曲線的數 達到-個已知經鮮的溫度，並.以I先將電腦機底盤的環境溫度 習知技術還揭示用於冷卻建筚if，測器測量操作以獲得各溫度測量。 L比如在建築物或其他居所内的房間的 7 微處理器控制風扇。此風扇包括塑庙狀k土s 土 和第制號的馬達，且此馬達被具有第一 的電源所激發。此系統包括用於選擇所想要的溫 二電子k二號的裝置用於感測實際溫度並提供代表其的第 。韻裝置較“麟理n，驗触、取樣和轉第—和第二電子信 if置。微處理器然後相對於測量到的差額之大小以控制風扇的速率。。 I。技術還細-雜置，聽由以下方式顯示冷卻狀溫度：㈣敏 器連接至電子控制器，其連續測量執敏電g中兩 $ Mr^.r ^ 』里…、舣电1且态〒电阻夔化，且再驅動壓縮機離 二7知。‘..、心_在安裝_由#恒溫錢流舰 後:較測量值和標準值以實施校準。以根據比較的修織可： 内的或在外部媒介上的非依電性記憶體中，用於以後的校 2使用。爲校準目的，恒溫空氣流動跨熱敏電阻器，較佳在Μ，而敎敏電阻 =低水準的自發熱而操作。在穩定後，熱敏電阻器的電阻被測量並和已知的 $準或額定佩較果儲存在微處職㈣雜紐記隨中或例如 ^依電性記憶體的外較憶體巾，並赠在控⑽_操作_料修正因 。备産生校準信號時，微處理n將測量制難電阻器電阻和儲存在查閱表 上的額定值比較，並接著將差額作，修正因數儲存在微處理騎非依電^記惊 體中或例如非依電性記憶體的外部記憶體中。 、 【發明内容】 本發明揭示-種裝置與方法驗自行校準可變速風扇，而制於冷卻電子· -又備中之電路。本發明響應待冷卻區域或元件的環境溫度中的變化經由微調 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。風朗加馬達_轉速率’其速率作驗溫度制子電路、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i在離散的間隔上達成，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 偏移值18的可程式非風扇她作模式時從已經設置於一旁用於儲存 準模式，轉3時’如第2圖的步驟5、6和7中所贿的校 讀取功频時開始。由於沒紐儲存在偏移記憶體位置18中， 準來产3 $聽他奴制絲，顯秘触織12必須發生校 移值。替代地，在隨後的開機時，讀取功能返回非零值沾果 ;==操作模式進行’而燒過校準模式。此分支決定邏輯以圖 子;:=:微=。(:= 讀數包含了對應於元件公差的誤差部分。此讀數: 已經在步驟6中’微控制器12接著將讀取的溫度值和 _的職於岐溫挪域1的理想值相比 電路中^有的ρ八矣的差額提供了精瑞的偏移值，其說明了溫度感測 “ 接著在步驟7中被儲存在微控制器12内的可程 $依電性8題的指粒置財，_紐的 。 完成士而風扇爲第2圖中的步驟8至u中描述的操作模式準備^物式接者 ^於偏雜贿在雜電性記題巾，將纽 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 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7 ’其中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的 電壓讀數。 自校準風扇的-個實施例包含用於取得實際電壓讀數和理相電壓嘈 數之間差額的多次讀數的裝置，其理想電壓讀缺當放置在溫度穩定環境 中時跨溫度Μ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_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；以及用 於步驟26，財跋料數ϋ在讀取實際電㈣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里最 大值。以此方式’可以取得偏移電壓值的 實際偏移健存。因此在測量偏移帽 t的狐度頊數的 此外，發明者還設想了作爲用於實 7 ·_:又: 含手工操作實施風扇的再校準的衷置 固替代實施例，其包 是只在初始開機時自動發生。她準可以多次發生，而不 令來查詢是否在步驟碼-内額外之指 這種再校準的指示可以去除微處理器讀取連接而非限制， ㈣子28是顧於簡單_ 如連接到地面的無拉單投式開關。經由 =的輸入裝置，例 道被程式化入微控制器瑪17中的 使用者有貝任知 的用於傳遠比如一佳相？你曰 度值。除了無拉單投式開關以外 的用於傳達比如一進位#作是否校準的其他方法也可 Γ ik後的手工操作再校準帶來了獲知 =確溫度上的困難娜爲一個替代實施例== ’而且可以經由使則'鍵盤，—個或更 開關，小刻度盤或變阻器，鍵盤或微鍵盤，—

^tus 41USB 體置中相裝置來實現。替代地，校準溫度可以經由低公差高 的ί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 r二並左由上述通料將此資料傳送到微控制器。此種類型的探針可以爲 ^用途製造。，爲技術人Μ用於再校準此處揭示之此類型的風扇。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力溫度上實現風扇 的隨後的手瑞作再校準—_錄知道已程式化的鮮溫度或必須保證 校準區域在此值上。 在操作模式期間，即步驟8至u，熱敏電阻器或熱敏電阻器陣列13 在風扇的安裝細已經放置在待冷卻裝置，例如電齡板或其他熱敏感電 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i監 控的電路中。此外，熱感測子電路13可以連接至風扇14的樞组㈤b)， 11 1361971 其女裝在待冷卻區域、元件或電路的内部。跨熱敏電阻器或熱敏電阻器陣 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12。爲 補償溫度感測電路中的已知公差，微控制器12經由控制碼ιγ接著用偏移 值調整溫度控制信號lb以産生代表真實溫度的輸出值。接著，使用調整 後的“真實”溫度，微控制器參考同樣儲存在記憶體令或包含在控制碼 Π中的速率表、公式、子程序（511131'0的丨此）或其他將馬達速率對映到溫 度的工具19 (例如圖3中顯示，作爲例子而非限制），來産生經由特定頻 率的整流信號16或其他等同方式傳送給冷卻風扇的馬達14的馬達速率 值。替代地，微控制益碼17可以包含子程序19來從輸入溫度丨5計算風

扇速率。風扇馬達14接著被啟動使得其速枝馬達速率或整流信號16的 函數。 另個，皿度項數在包含於控制碼的程式13中的設定的時間間隔取 得一此間隔的範圍從幾個微控時脈週細例如數秒、數分鐘甚至更 長的可觀察的時間舰。而且.，此間隔不需要固定，而可以根據公式、資 料表或其他數方式設置。經由上面概述的過程，馬達速率因此被重 置，而溫度ff數和馬達速率設置的—健機過程，步驟u目而被建立直 到風扇被斷電隨機過程步驟u.，因而允許在目標區域或裝置中的緊 密控制的溫度。 、 第3圖以純數學表的形式說明由微控 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 ，不，於.貝料表19、電腦碼子程序19、以及微控制器碼17中的命令行 ine此馬達速率對溫度函數接受已調整的溫度作爲輸人，以及產生用 於風扇馬達之速率設定為輸出。 本翻所揭示不同之軟體元件。儲存在微控制11 12或其 ㈣番n °、1非依電性記憶體巾的是：微控㈣碼17、指定的記憶 认。缸“Γ及'服度對馬達速率資料表或子程序19。微控制器碼17被用 器以協調所需的校準和控制風扇馬達的各種功能。這些功皞 二二步驟5和8中的從跨溫度感測子電路讀取電壓、步驟6 定的體鮮^^與敏電壓值、步驟7麟存因此獲得的偏移值到指 •-心 、步驟9的用偏移值調整讀取電壓值、步驟10的控制 12 丄 2速率、以及步驟η的明定或可變關隔重復讀取溫度、調整電壓 以及控舰扇速率<»偏移值記憶體位置18是記_中的指定位置， ;儲存代表以歧溫度跨溫度躺子電路13讀取的雙、此 =望值之間差額的電壓值。偏移值提供了方便的方法 :ς ”路_製造公差，其包括但不限於溫度感測子電路ΐ3的製2 的；3速:的貢料表或子程序19代表電腦記憶體裝置，用於從給： 料生馬達速率值輸出。此函數内含於在溫度對(vs)速率的資 被叹想來貫職輸人溫度到輸出風扇速率 具 電腦碼子程序、合併入微控制器碼體内的一行或多行:或: 【圖式簡單說明】 ，1圖為電路圖，其顯示所揭示本發明裝置之實施例； 第2圖為流程圖，其顯示所揭示本發明方法之校準常式； 第3圖為樣本的溫度對風扇速早曲線圖；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 4、5、6 7 ' 8、9 1〇、11 23、24 25、26 27 12 13 14 15 16 17 18 步驟 步驟 步驟 步驟 步驟 步驟 步驟 微控制器 溫度感測子電路/熱敏電阻器（陣列） 風扇/馬達 溫度控制信號(線） 整流信號(線） 微控制器碼 記憶體位置 1361971 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 14

Claims (1)

1. 丄✓丄、申請專利範圍： f) '年Me日修Cf)正替換頁 在^用二自挪€佈_讀控繼购方法，紐町步驟： 扇開機憶體fw取儲存的偏移值；確^電子冷卻風 如果是應該在校準模式或操作模式中進行； Irf ί測子電路上的電壓值；將該測量電舰和理想_值比 雷.2兩個4值之間的偏雜；將偏健儲辆可程式非依

   體巾；以及終止在校準模式中的操作並從且因此啓動在 梯作杈式中的操作； 如果是在操作模式中： ’貝J里在溫度感测子電路上的電壓值； j力Γ上或減去儲存在記憶體中的偏移絲調整該測量電壓值；以及 < J·料表、、電腦碼子程序、電腦瑪指令行或其他用於將電子冷卻風 羽馬達速率對映爲溫度的工具中之一，使用經調整的電壓值控制 電子冷卻風扇速率。 2. 如申，專利範圍s 1項之微控制器驅動方法，其中 在才父準模式中，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； 冲具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. 如申請專利範圍第丨項之微控制器驅動方法其中 在電子冷卻風扇的開機時，此方法更包括以下步驟： 在續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.如申請專利範圍第1項之微控制器驅動方法，其中 在杈準杈式中，藉由以下裝置至少之一將理想電壓值輸入於記憶體中: 15 ~年6月日修(更平替換胃 =埠、，關、DIP開關、探針、鍵盤或其他裝置，而以手工操作或自 方式將資料欄位輸入到微控制器中。 5·如申請專利範圍第1項之微控制器驅動方法，其中 括在電子冷卻風扇_關_、此從記髓讀取_存偏移值 v驟將令值傳送EJ以顯示沒有發生校準，且應啓始校準模式。 6:如申請專利範圍項之微控制器驅動方法，其中 St在的隨後開機時’此從記憶體讀取所儲存偏移值 的^驟’將非令值傳送回以顯示已發生校準，且應啓始操作模式。 7. 如申請專利範圍第！項之微控制器驅動方法，射 在操作模式期間，此方法更包括重覆以下步驟. ^度感測子》測量電壓值；關移值輕所測量 調整值控制電子冷卻風扇速率，—直至裝置終止操作為止。 8. 如申請專利範圍第7項之微控制器驅動方法，其中 測量、調整以及控制步驟之重覆是根據固時門 之-發生^ 心間間或可變時間間隔 9. 種用於自校準電子冷卻風扇之電子電路，包括. 用於測餅冷卻錢、區域或魏溫度的溫· 連接到溫度感測子電路的微控制H，麟控制:故1 ’ 值調整藉由該溫度感測子電路所輸出=之信號、以偏移 整的電壓值、以及決定操作是否應於校斗電壓值以產生經調 進行； *式中或到操作模式中 器，用於將空氣 具有電子控制馬達之電子冷卻風扇，其連接到 流提供到待冷卻的目標裝置、區域或電路，二制 其中電子冷卻風扇馬達速率是對應於經調整恭 夠校準其本身以處理其溫度讀取靈敏度中的^值，其中此電路月& 又的公差，讀取待冷卻的 1361971 "年（月卜日修(急)正替換頁 ^------- --- 〜 目縣置、d域或電，麵“紐特料關節其後 ^/ 的電子冷卻風扇馬達迷率。 10.如申請專利範圍第9項之電子電路，其中 微控制$包含有微㈣料、用於儲存偏移值之指定的記憶體位置、 錢子程序…個或更多包含·表的記髓位置、微控·指令碼 行、或用於根據界定的速率-溫度鱗將電子冷卻風扇馬達速率對映至 溫度之其他裝置中之至少之—。 11.如申請專利範圍第1〇項之電子電路，其中 «路的初始開機時，微控_執行指定的偏移記賴位置的讀取功 i作ίΓΐ取值和指定值比較，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10項之電子電路，其中 夺，在讀取偏移值並將讀取值和指定值比較以決定 二ff作模式中之後，微控制器偵測是否有指示重 姻始权賴式’如果疋的，難動校準模式，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 ^控，11_是由從使用者介面讀取的域而另外指干重新校 ^之，用者介面關如開關、DIP開關、鍵盤、或其他等同輸入裝置 14.如申請專利範圍第1〇項之電子電路，其中 在校準模式期間，此微控制器： 测量經由溫度信號線的跨溫度感測子電路的電壓值； 將測量電壓值和理想電壓值比較； ’ 計算作爲測量電壓值和理想電壓值之間差異的偏移值； 將偏移值儲存在的指定記憶體位置中；以及然後夕， 17 1361971 啓始操作模式 卜年‘月广 '日修(更)正替換頁 專利範圍第】4項之電子電路，其中 經由通&埠、開闕、D〖p pq Μ 八 手工操作或自動方式將資^i探針、鍵盤或其他裝置之至少之-，以 ''輪入微控制器t ’而將理想電塵值輸入。 i6,如申請專利範圍第15項之 行以下額外之步驟： ⑨路，其_在校準模式期間微控制器執 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、將測哥+ 以及儲存偏移值之步值和理想電壓值比較、計算偏移值、 將平===權或其他的平均偏移^存在蘭的 終止校準模式因此進入操作模式；以及 然後在操作模式中使用平均偏移值作爲偏移值。 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®跨溫度感測子電路的電壓； 藉由將所測量電麼值加上或減去存 計算調整電壓值； 子财曰疋德體位置中之偏移值而 藉，以及資料表、子_、 18.如申請專利範圍第17項之電子電路，其中 在給疋的時間間RI之後’此微控再次測量跨溫度感測子電路的電 18 136*1971 |~年（月〇日修便)正替換頁 t L------------------ -----------1 壓，計算調整電壓值，計算電子冷卻風扇馬達速率，並經由整流信號 控制電子冷卻風扇馬達速率。 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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