TWI383579B - 電腦風扇控制電路及控制方法 - Google Patents

Description

電腦風扇控制電路及控制方法

本發明係關於電腦風扇控制電路及電腦風扇控制方法。

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噪音也逐漸增大；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，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。

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也提出了不同要求，增加了元件採購難度。如果能把3Pin和4Pin風扇所需控制線路集成，使之機板能夠自動分辨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方法，以分辨風扇類型，並根據分辨結果選擇不同之控制方式，選擇性提供不同類型風扇之轉速控制功能。

此外，還提供一種電腦風扇控制電路，可選擇性控制不同型號風扇之轉速。

一種電腦風扇控制方法，包括：透過一轉速計數器測量一風扇之轉速；改變傳輸到該風扇之一脈寬調變訊號之 任務週期；透過該轉速計數器測量脈寬調變訊號任務週期改變後該風扇之轉速；比較脈寬調變訊號任務週期改變前後風扇之轉速，若轉速發生改變則該風扇為第一類風扇，若轉速未發生改變則該風扇為第二類風扇；若該風扇為第一類風扇，則透過一輸入輸出控制晶片控制脈寬調變訊號之任務週期來控制該風扇之轉速；和若該風扇為第二類風扇，則透過一風扇控制電路調整傳輸到風扇之電壓大小來控制風扇轉速。

一種電腦風扇控制電路，包括：一電子開關，包括第一、第二和第三端，其第一端接收一第一控制訊號，第二端接收一第二控制訊號，第三端依次透過一積分電阻及積分電容接地；一運算放大器，包括一同向輸入端、一反向輸入端及一輸出端，其同向輸入端透過一分壓電阻接地，反向輸入端連接於該積分電阻和積分電容之間，並透過該積分電阻與一第一電源連接；一電流控制器，包括第一、第二和第三端，其第一端與該運算放大器之輸出端連接，第二端與一第二電源連接，第三端透過另一分壓電阻與該運算放大器之同向輸入端連接，該第三端輸出一風扇控制訊號，該風扇控制訊號由該電流控制器第一端之輸入控制；和一輸出端，分別接收該第一控制訊號及該風扇控制訊號。

上述電腦風扇控制方法能夠分辨風扇類型，並根據分別結果自動選擇控制方式，可選擇性提供不同類型風扇之轉速控制功能，上述風扇控制電路集成了不同型號風扇之轉速控制電路，可根據風扇類型選擇合適之線路對風 扇轉速進行控制。

參考圖1，本發明電腦風扇控制方法之較佳實施方式包括：步驟1，透過一轉速計數器測量一風扇之轉速，並將測量結果發送到一基本輸入輸出系統內進行記錄；步驟2，透過一輸入輸出控制晶片改變傳輸到該風扇之一脈寬調變訊號之任務週期，使其降低一半；步驟3，透過該轉速計數器測量脈寬調變訊號任務週期改變後該風扇之轉速，並將測量結果發送到基本輸入輸出系統；步驟4，基本輸入輸出系統比較脈寬調變訊號任務週期改變前後風扇之轉速，由於4Pin風扇轉速由脈寬調變訊號任務週期控制，而3Pin風扇沒有此功能，因此若轉速對應脈寬調變訊號任務週期降低一半則該風扇為4Pin風扇，若轉速未發生改變則該風扇為3Pin風扇；步驟5，若該風扇為4Pin風扇，則透過該輸入輸出控制晶片控制脈寬調變訊號之任務週期來控制該風扇之轉速；和步驟6，若該風扇為3Pin風扇，則透過一風扇控制電路調整傳輸到風扇之電壓大小來控制風扇轉速。

再參考圖2，本發明風扇控制電路之較佳實施方式包括：一電子開關Q1、一運算放大器U、一電流控制器Q2和一輸出端F。該電子開關Q1包括第一、第二和第三端，其第一端接收一第一控制訊號GPIO，第二端接收一第二控制訊號PWM，第三端依次透過一積分電阻R1及積分電容C接地；該運算放大器U包括一同向輸入端+、一反向輸入端-及一輸出端，其同向輸入端+透過一分壓電阻R2接地，反向 輸入端-連接於該積分電阻R1和積分電容C之間，並透過該積分電阻R1與一5V電源連接；該電流控制器Q2包括第一、第二和第三端，其第一端透過一限流電阻R3與該運算放大器U之輸出端連接，第二端與一12V電源連接，第三端透過另一分壓電阻R4與該運算放大器U之同向輸入端+連接，該第三端輸出一風扇控制訊號；該輸出端F接收該第二控制訊號PWM及該風扇控制訊號，該輸出端F與一風扇連接器連接。其中，該第二控制訊號PWM對應該風扇連接器之第四引腳，該風扇控制訊號對應該風扇連接器之第二引腳。

在本較佳實施方式中，該電子開關Q1為一N通道MOSFET，其第一、第二和第三端分別為閘極、源極和汲極；該電流控制器Q2為一PNP電晶體，其第一、第二和第三端分別為基極、射極和集極；該第一控制訊號GPIO由基本輸入輸出系統產生；該第二控制訊號PWM由輸入輸出控制晶片產生。此外，該電子開關Q1之第一端和第二端還分別透過一上拉電阻與該5V電源連接。

電腦開機後，基本輸入輸出系統輸出低電平訊號即該第一控制訊號GPIO為低電平，此時電子開關Q1呈截止狀態，同時基本輸入輸出系統會控制輸入輸出控制晶片發送一個任務週期為100%之第二控制訊號PWM，提供給風扇連接器，此時基本輸入輸出系統將該轉速計數器測得之風扇轉速資料儲存在一個寄存器中。

隨後，基本輸入輸出系統控制該輸入輸出控制晶片發出一個任務週期為50%之第二控制訊號PWM，基本輸入輸出 系統會將此時之風扇轉速資料存儲到另一個寄存器中。由於在4Pin風扇上其第4 Pin為脈寬調變訊號控制端，所以該第二控制訊號PWM任務週期變化之前後，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3Pin風扇，由於其不存在第四引腳，則根本無法接收到該第二控制訊號PWM，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。此時基本輸入輸出系統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 Pin風扇，若兩資料大致相同則判定此時連接之風扇類型為3 Pin風扇。

一旦基本輸入輸出系統判定所用風扇之類型為4 Pin，即會維持其輸出之第一控制訊號GPIO為低電平訊號，使該電子開關Q1保持截止。此時，隨著中央處理器溫度變化，輸入輸出控制晶片會直接發送相對應之第二控制訊號PWM給風扇之第4 Pin，自動改變第二控制訊號PWM之任務週期，以此改變風扇之轉速，實現Smart Fan功能。由於4 Pin風扇內部已經集成脈寬調變訊號控制線路，這裡不再贅述。

當判定該風扇為3Pin時，該基本輸入輸出系統發出高電平訊號即該第一控制訊號GPIO為高電平。此時電子開關Q1導通，該第二控制訊號PWM可流過該電子開關Q1，再透過積分電阻R1及積分電容C組成之RC積分電路將離散之數位訊號轉換為電壓連續的線性平滑之類比訊號，然後再由運算放大器U將訊號放大，經限流電阻R3轉換為該電 流控制器Q2基極電流，透過電流之變化，改變電流控制器Q2之靜態工作點，從而控制集極之輸出電壓，以此改變3Pin風扇之轉速，實現Smart Fan功能。

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內。

Q1‧‧‧電子開關

U‧‧‧運算放大器

Q2‧‧‧電流控制器

F‧‧‧輸出端

GPIO‧‧‧第一控制訊號

PWM‧‧‧第二控制訊號

R1‧‧‧積分電阻

C‧‧‧積分電容

R2、R4‧‧‧分壓電阻

R3‧‧‧限流電阻

圖1係本發明電腦風扇控制方法較佳實施方式之流程圖。

圖2本發明電腦風扇控制電路較佳實施方式之電路圖。

Q1‧‧‧電子開關

U‧‧‧運算放大器

Q2‧‧‧電流控制器

F‧‧‧輸出端

GPIO‧‧‧第一控制訊號

PWM‧‧‧第二控制訊號

R1‧‧‧積分電阻

C‧‧‧積分電容

R2、R4‧‧‧分壓電阻

R3‧‧‧限流電阻

Claims (7)

1. 一種電腦風扇控制方法，包括：提供一電路，其中該電路包括：一NMOS電晶體，該NMOS電晶體的閘極接收一輸入輸出晶片產生的第一控制訊號，該NMOS電晶體的源極接收一PWM訊號，該NMOS電晶體的汲極依次透過一第一電阻及一電容接地；一運算放大器，該運算放大器的同相輸入端透過一第二電阻接地，該運算放大器的反相輸入端連接至該第一電阻及電容的節點，并透過該第一電阻連接至一第一電源端；一PNP電晶體，該PNP電晶體的基極透過一第三電阻連接至該運算放大器的輸出端，該PNP電晶體的射極連接至一第二電源端，該PNP電晶體的集極透過一第四電阻連接至該運算放大器的同相輸入端，該PNP電晶體透過其集極輸出一風扇控制訊號；及一輸出端，該輸出端連接至一風扇，該輸出端包括兩個引腳來分別接收該PWM訊號及風扇控制訊號；透過一轉速計數器測量該風扇之轉速；改變傳輸到該風扇之脈寬調變訊號之任務週期；透過該轉速計數器測量脈寬調變訊號任務週期改變後該風扇之轉速；比較脈寬調變訊號任務週期改變前後風扇之轉速，若轉速發生改變則該風扇為第一類風扇，若轉速未發生改變則該風扇為第二類風扇；若該風扇為第一類風扇，則透過一輸入輸出控制晶片控制 脈寬調變訊號之任務週期來控制該風扇之轉速，並透過該輸入輸出控制晶片控制該控制訊號處於低電平訊號來斷開該NMOS電晶體來傳輸該PWM訊號至風扇；和若該風扇為第二類風扇，則透過一風扇控制電路調整傳輸到風扇之電壓大小來控制風扇轉速，並透過該輸入輸出控制晶片控制該控制訊號處於高電平訊號來閉合該NMOS電晶體來轉換該PWM訊號至電壓訊號并將該電壓訊號輸出至風扇。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電腦風扇控制方法，其中該改變脈寬調變訊號任務週期之步驟中，該脈寬調變訊號之任務週期被降低一半。
3. 如申請專利範圍第2項所述之電腦風扇控制方法，其中該比較脈寬調變訊號任務週期改變前後之風扇轉速步驟中，該第一類風扇改變後之轉速約為改變前之一半。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電腦風扇控制方法，其中該第一類風扇和第二類風扇分別為4Pin風扇和3Pin風扇。
5. 一種電腦風扇控制電路，包括：一NMOS電晶體，該NMOS電晶體的閘極接收一輸入輸出晶片產生的一第一控制訊號，該NMOS電晶體的源極接收一PWM訊號，該NMOS電晶體的汲極依次透過一積分電阻及積分電容接地；一運算放大器，該運算放大器的同相輸入端透過一第二電阻接地，該運算放大器的反相輸入端連接於該第一電阻及電容的節點，並透過該第一電阻與一第一電源端連接；一PNP電晶體，該PNP電晶體的基極透過一第三電阻與該運算放大器之輸出端連接，該PNP電晶體的射極與一第二 電源端連接，該PNP電晶體的集極透過一第四電阻與該運算放大器之同向輸入端連接，該PNP電晶體透過其集極輸出一風扇控制訊號；和一輸出端，該輸出端連接至該電腦風扇，該輸出端包括兩個引腳來分別接收該PWM訊號及該風扇控制訊號。
6. 如申請專利範圍第5項所述之電腦風扇控制電路，其中當該第一控制訊號為低電平訊號時，該電子開關關閉。
7. 如申請專利範圍第5項所述之電腦風扇控制電路，其中當該第一控制訊號為高電平訊號時，該電子開關導通。