TWI383286B - 電腦風扇控制電路 - Google Patents

Description

電腦風扇控制電路

本發明係關於一種電腦風扇控制電路。

隨著電腦技術飛速發展，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亦逐漸增加，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，卻亦存在很多缺陷：隨著轉速之增加，風扇在高速運轉中產生之噪音亦逐漸增大；長時間之高速運轉，不但會縮短風扇使用壽命，而且風扇本身亦會產生很大熱量。

如果風扇能在系統繁忙時高速運轉，在系統運轉平緩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。習知一種智慧風扇(Smart Fan)技術係為實現風扇之合理使用而研發，它利用Intel之脈波調變(Pulse Width Modulation,PWM)規範，根據輸入輸出控制晶片(Super I/O，SIO)控制PWM之任務週期來控制風扇之轉速。由於PWM變化之依據係中央處理器內部之二極體讀取之溫度資料，其精確程度超過熱敏電阻，故，依據PWM之脈波寬度之任務週期調整風扇轉速，其控制精度亦很高。

透過Smart Fan技術，用戶可在基本輸入輸出系統(Basic Input Output System,BIOS)中自主設置CPU和主機板之溫度限制，當風扇透過PWM脈波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。

目前市場上支持Smart Fan之主機板紛紜蕪雜，惟都存在一個共同之缺陷，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，同樣對於製造商而言，由於主機板對風扇類型之局限性，對風扇連接器之選擇亦提出了不同要求，增加了組件採購難度。如果能把3Pin和4Pin風扇所需控制線路集成，使主機板能夠自動切換風扇類型並對其轉速進行控制，那麼諸如此類問題將不再發生。

鑒於以上內容，有必要提供一種電腦風扇控制電路，以根據需要切換風扇類型，並選擇性控制不同類型風扇之轉速。

一種電腦風扇控制電路，包括一具有第一、第二和第三針腳之電源連接器、一用於連接4Pin或3Pin風扇之風扇連接器、一運算放大器及一具有第一、第二和第三端之控制器，該電源連接器之第一針腳用於接收由電腦之輸入輸出控制晶片所產生之控制訊號並連接於一第一電源，第二針腳連接風扇連接器，第三針腳連接該第一電源，並透過一積分電路連接該運算放大器之反相輸入端，該運算放大器之輸出端接至該控制器之第一端，控制器之第二端連接一第二電源，第三端連接該風扇連接器，並透過串聯連接之兩分壓電阻接地，該兩分壓電阻之連接節點接至放大器之正相輸入端，根據風扇連接器連接之風扇類型，將該電源連接器之第一針腳選擇性地與第二或第三針腳短接，當該風扇連接器連接3Pin風扇時，該電源連接器之第一針腳與第三針腳短接，該積分電路將該控制訊號由數位訊號變為類比訊號，經該運算放大器之放大後輸出至該控制器，透過改變該控制器第三端輸出之電流來控制3Pin風扇之轉速，當該風扇連接器連接4Pin風扇時，該電源連接器之第一針腳與第二針腳短接，該輸入輸出控制晶片透過改變該控制訊號之任務週期來控制4Pin風扇之轉速。

一種電腦風扇控制電路，包括一具有第一、第二和第三針腳之電源連接器、一用於連接4Pin或3Pin風扇之風扇連接器、一放大電路及一具有第一、第二和第三端之控制器，該電源連接器之第一針腳用於接收由電腦之輸入輸出控制晶片所產生之控制訊號並連接於一第一電源，第二針腳連接風扇連接器，第三針腳連接該第一電源，並透過一積分電路連接該放大電路之輸入端，該控制器之第一端連接該放大電路之輸出端及一第二電源，第二端連接該第二電源，第三端連接該風扇連接器，並透過串聯連接之兩分壓電阻接地，該兩分壓電阻之連接節點接至該放大電路，根據風扇連接器連接之風扇類型，將該電源連接器之第一針腳選擇性地與第二或第三針腳短接，當該風扇連接器連接3Pin風扇時，該電源連接器之第一針腳與第三針腳短接，該積分電路將該控制訊號由數位訊號變為類比訊號，經該放大電路之放大後輸出至該控制器，透過改變該控制器第三端之輸出電流來控制3Pin風扇之轉速，當該風扇連接器連接4Pin風扇時，該電源連接器之第一針腳與第二針腳短接，該輸入輸出控制晶片透過改變該控制訊號之任務週期來控制4Pin風扇之轉速。

該電腦風扇控制電路透過該電源連接器接收控制訊號，該電源連接器根據風扇連接器連接之風扇類型，將該控制訊號經合適之線路傳送給風扇連接器，實現了對4Pin或3Pin風扇轉速之控制，且該電腦風扇控制電路使用了較少之組件，結構簡單。

請參閱圖1，本發明風扇控制電路之較佳實施方式包括：一電源連接器10、一作為放大電路之運算放大器U、一作為控制器之電晶體T及一風扇連接器20。

該電源連接器10包括針腳a、b、c，該針腳a用於接收一控制訊號PWM(脈波寬度調變訊號)，其透過一電阻R1與一5V電源相連，本實施方式中，該控制訊號PWM由輸入輸出控制晶片產生；該電源連接器10之針腳a可透過一跳帽選擇性與針腳b或c短接；該運算放大器U之反相輸入端透過串聯連接之一積分電阻R2及一電阻R3連接該5V電源，並透過一積分電容C1接地，該積分電阻R2及電阻R3之連接節點接至該電源連接器10之針腳b，該運算放大器U之電源端連接一12V電源，接地端接地；該電晶體T之基極透過一限流電阻R4與該運算放大器U之輸出端相連，射極與該12V電源連接，集極透過一濾波電容C2接地，並透過串聯連接之兩分壓電阻R5、R6接地，該分壓電阻R5、R6之連接節點接至該運算放大器U之正相輸入端，該電晶體T之基極和射極之間連接一電阻R7；該風扇連接器20用於連接3Pin風扇或4Pin風扇，其包括針腳1、2、3、4，3Pin風扇透過該針腳1、2、3連接該風扇連接器20，4Pin風扇透過針腳1、2、3、4連接該風扇連接器20，該風扇連接器20之針腳1接地，針腳2接至該電晶體T之集極，針腳3接至該輸入輸出控制晶片，用於測試3Pin或4Pin風扇之轉速，針腳4透過一限流電阻R8連接該電源連接器10之針腳c。

該電腦風扇控制電路工作之前，透過該跳帽，使該電源連接器10之針腳a默認與c短接，如果電腦風扇為3Pin風扇，則重設該跳帽，使該電源連接器10之針腳a與b短接，否則，不對該跳帽進行重設。

若為3Pin風扇，電腦開機後，隨著中央處理器內部之二極體讀取之溫度資料之變化，輸入輸出控制晶片透過該電源連接器10之針腳a、b，發送相對應之控制訊號PWM，經積分電阻R2、積分電容C1組成之RC積分電路，將該控制訊號PWM由離散之數位訊號轉換為電壓連續之類比訊號後，再由運算放大器U將訊號放大，經限流電阻R4轉換為該電晶體T之基極電流，透過電流之變化，改變電晶體T之靜態工作點，從而控制電晶體T之集極之輸出電流，透過該風扇連接器之針腳2，即該3Pin風扇之第二針腳，改變3Pin風扇之轉速，實現智慧風扇功能。

若為4Pin風扇，該5V電源透過電阻R3、積分電阻R2輸出一固定電壓給該運算放大器U之反相輸入端，運算放大器U之輸出端輸出穩定之電壓，因該電晶體T之集極與射極之壓降較小，該12V電壓透過電晶體T及風扇連接器20之針腳2為4Pin風扇提供工作電壓，隨著中央處理器內部之二極體讀取之溫度資料之變化，輸入輸出控制晶片透過該電源連接器10之針腳a、c，及該限流電阻R8直接發送相對應之控制訊號PWM給該風扇連接器之針腳4，即該4Pin風扇之第四針腳，輸入輸出控制晶片自動改變控制訊號PWM之任務週期，以此改變4Pin風扇之轉速，實現智慧風扇功能。由於4Pin風扇內部已經集成脈波寬度調變訊號控制線路，不再贅述。

請參閱圖2，作為其他實施方式，該運算放大器亦可由相互連接之一PNP型電晶體Q1及一NPN型電晶體Q2代替，來作為放大電路，實現放大功能，該電晶體T作為控制器，可由一P通道MOS型場效應電晶體Q3代替。其中PNP型電晶體Q1之基極連接該積分電容C1及積分電阻R2之連接節點，射極透過一電阻R10連接該12V電源，集極接地；該NPN型電晶體Q2之基極連接該PNP型電晶體Q1之射極，集極透過另一電阻R12連接該12V電源，射極透過該分壓電阻R6接地。該P通道MOS型場效應電晶體Q3之閘極直接與該NPN型電晶體Q2之集極相連，汲極接至該風扇連接器20之針腳2，並透過該分壓電阻R5連接該NPN型電晶體Q2之之射極，源極接至該12V電源。若為3Pin風扇，該電腦風扇控制電路透過改變該P通道MOS型場效應電晶體Q3之通道寬度來改變其汲極之輸出電流，以控制3Pin風扇之轉速，若為4Pin風扇，直接由輸入輸出控制晶片自動改變控制訊號PWM之任務週期，來控制4Pin風扇之轉速。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，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方式，本發明之範圍並不以上述實施方式為限，舉凡熟悉本案技藝之人士，在爰依本發明之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內。

電源連接器．．．10

針腳．．．a、b、c

風扇連接器．．．20

針腳．．．1、2、3、4

運算放大器．．．U

電晶體．．．T

積分電容．．．C1

濾波電容．．．C2

積分電阻．．．R2

限流電阻．．．R4、R8

分壓電阻．．．R5、R6

PNP型電晶體．．．Q1

NPN型電晶體．．．Q2

P通道MOS型場效應電晶體．．．Q3

電阻．．．R1、R3、R7、10、R12

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係本發明電腦風扇控制電路另一實施方式中放大電路之電路圖。

電源連接器．．．10

針腳．．．a、b、c

風扇連接器．．．20

針腳．．．1、2、3、4

運算放大器．．．U

電晶體．．．T

積分電容．．．C1

濾波電容．．．C2

電阻．．．R1、R3、R7

積分電阻．．．R2

限流電阻．．．R4、R8

分壓電阻．．．R5、R6

Claims (9)

1. 一種電腦風扇控制電路，包括一具有第一、第二和第三針腳之電源連接器、一用於連接4Pin或3Pin風扇之風扇連接器、一運算放大器及一具有第一、第二和第三端之控制器，該電源連接器之第一針腳用於接收由電腦之輸入輸出控制晶片所產生之控制訊號並連接於一第一電源，第二針腳連接風扇連接器，第三針腳連接該第一電源，並透過一積分電路連接該運算放大器之反相輸入端，該運算放大器之輸出端接至該控制器之第一端，控制器之第二端連接一第二電源，第三端連接該風扇連接器，並透過串聯連接之兩分壓電阻接地，該兩分壓電阻之連接節點接至放大器之正相輸入端，根據風扇連接器連接之風扇類型，將該電源連接器之第一針腳選擇性地與第二或第三針腳短接，當該風扇連接器連接3Pin風扇時，該電源連接器之第一針腳與第三針腳短接，該積分電路將該控制訊號由數位訊號變為類比訊號，經該運算放大器之放大後輸出至該控制器，透過改變該控制器第三端輸出之電流來控制3Pin風扇之轉速，當該風扇連接器連接4Pin風扇時，該電源連接器之第一針腳與第二針腳短接，該輸入輸出控制晶片透過改變該控制訊號之任務週期來控制4Pin風扇之轉速。
2. 如申請專利範圍第1項所述之風扇控制電路，其中該風扇連接器包括第一、第二、第三和第四針腳，當該風扇連接器連接4Pin風扇時，選用其第一至第四針腳，當風扇連接器連接3Pin風扇時，選用其第一至第三針腳，該風扇連接器分別透過其第二、第三、第四針腳連接該控制器之第三端、該輸入輸出控制晶片及該電源連接器之第二針腳，該風扇連接器之第一針腳接地。
3. 如申請專利範圍第2項所述之風扇控制電路，其中該控制器為一PNP型電晶體，其第一、第二、第三端分別為該電晶體之基極、射極、集極，該控制訊號為一脈波寬度調變訊號，其透過改變該PNP型電晶體基極之電流來改變其集極之輸出電流。
4. 如申請專利範圍第1項所述之風扇控制電路，其中該控制器為一P通道MOS型場效應電晶體，其第一、第二、第三端分別為該P通道MOS型場效應電晶體之閘極、源極、汲極，該控制訊號為一脈波寬度調變訊號，其透過改變該P通道MOS型場效應電晶體之通道寬度來改變其汲極之輸出電流。
5. 一種電腦風扇控制電路，包括一具有第一、第二和第三針腳之電源連接器、一用於連接4Pin或3Pin風扇之風扇連接器、一放大電路及一具有第一、第二和第三端之控制器，該電源連接器之第一針腳用於接收由電腦之輸入輸出控制晶片所產生之控制訊號並連接於一第一電源，第二針腳連接風扇連接器，第三針腳連接該第一電源，並透過一積分電路連接該放大電路之輸入端，該控制器之第一端連接該放大電路之輸出端及一第二電源，第二端連接該第二電源，第三端連接該風扇連接器，並透過串聯連接之兩分壓電阻接地，該兩分壓電阻之連接節點接至該放大電路，根據風扇連接器連接之風扇類型，將該電源連接器之第一針腳選擇性地與第二或第三針腳短接，當該風扇連接器連接3Pin風扇時，該電源連接器之第一針腳與第三針腳短接，該積分電路將該控制訊號由數位訊號變為類比訊號，經該放大電路之放大後輸出至該控制器，透過改變該控制器第三端之輸出電流來控制3Pin風扇之轉速，當該風扇連接器連接4Pin風扇時，該電源連接器之第一針腳與第二針腳短接，該輸入輸出控制晶片透過改變該控制訊號之任務週期來控制4Pin風扇之轉速。
6. 如申請專利範圍第5項所述之風扇控制電路，其中該風扇連接器包括第一、第二、第三和第四針腳，當該風扇連接器連接4Pin風扇時，選用其第一至第四針腳，當風扇連接器連接3Pin風扇時，選用其第一至第三針腳，該風扇連接器分別透過其第二、第三、第四針腳連接該控制器之第三端、該輸入輸出控制晶片及該電源連接器之第二針腳，該風扇連接器之第一針腳接地。
7. 如申請專利範圍第5項所述之風扇控制電路，其中該放大電路包括一PNP型電晶體和一NPN型電晶體，該PNP型電晶體之基極及NPN型電晶體之集極分別作為該放大電路之輸入、輸出端，該PNP型電晶體之集極接地，射極連接該NPN型電晶體之基極，其連接節點接至該第二電源，該NPN型電晶體之射極接至該兩分壓電阻之連接節點。
8. 如申請專利範圍第5項所述之風扇控制電路，其中該控制器為一PNP型電晶體，其第一、第二、第三端分別為電晶體之基極、射極、集極，該控制訊號為一脈波寬度調變訊號，其透過改變該控制器之基極之電流來改變該控制器之集極之輸出電流。
9. 如申請專利範圍第5項所述之風扇控制電路，其中該控制器為一P通道MOS型場效應電晶體，其第一、第二、第三端分別為該P通道MOS型場效應電晶體之閘極、源極、汲極，該控制訊號為一脈波寬度調變訊號，其透過改變該P通道MOS型場效應電晶體之通道寬度來改變該P通道MOS型場效應電晶體汲極之輸出電流。