TWI391086B - 電腦風扇控制裝置 - Google Patents

Description

電腦風扇控制裝置

本發明係關於一種電腦風扇控制裝置。

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，單憑散熱孔及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之脈波寬度調變(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及主機板之溫度限制，當風扇透過PWM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及4Pin風扇所需之偵測及控制線路集成，使主機板能夠分辨出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。

鑒於上述內容，有必要提供一種電腦風扇控制裝置，使主機板能夠識別出風扇之類型，並根據識別結果選擇相應線路對風扇轉速進行控制。

一種電腦風扇控制裝置，包括一風扇介面、一開關元件及一風扇控制電路，該風扇控制電路包括一電子開關、一積分電路、一運算放大器、一電流控制器、一第一輸出端及一第二輸出端，該第一輸出端與一輸入輸出控制晶片相連，該第二輸出端與該電流控制器相連，該電子開關之第一端與該開關元件相連，第二端與該輸入輸出控制晶片相連，第三端與該積分電路相連，當該風扇介面接入一4pin風扇連接器時，該4pin風扇連接器使該開關元件閉合，該電子開關截止，該輸入輸出控制晶片輸出之脈波寬度調變訊號經該第一輸出端輸出以控制4pin風扇之電壓大小，從而控制4pin風扇之轉速；當該風扇介面接入一3pin風扇連接器時，該開關元件斷開，該電子開關導通，該脈波寬度調變訊號透過該電子開關經該積分電路數位/類比轉換，再經由該運算放大器放大後透過該電流控制器控制從該第二輸出端輸出之電壓大小，從而控制3pin風扇之轉速。

相較習知技術，該電腦風扇控制裝置利用該開關元件之斷開與閉合來偵測出電腦風扇之類型，並集成了不同類型風扇之轉速控制電路，可根據偵測出之風扇類型自動選擇相應線路對風扇轉速進行控制。

請參考圖1及圖2，本發明電腦風扇控制裝置之較佳實施方式包括一風扇介面、一開關元件20及一風扇控制電路50。該風扇介面包括一底板5及呈直線排列依次固定在該底板5上之四個針腳1~4，該底板5固定在主機板上，該四個針腳1~4與主機板相連。該開關元件20包括一控制端22及一接地端24，該控制端22為一薄片狀導體，其垂直固定於該底板5上四個針腳1~4之右側，其上部朝該四個針腳1~4方向延伸一段距離後又斜向上並向該接地端24方向彎折；該接地端24為一直片狀導體，其垂直固定於該底板5上該控制端22之右側。

該風扇控制電路50包括一電阻R、一電子開關Q1、一積分電路、一運算放大器U、一電流控制器Q2、一第一輸出端M1及一第二輸出端M2。該控制端22透過該電阻R與一電源VCC相連。該電子開關Q1包括第一、第二及第三端，其第一端連接在該電阻R與該控制端22之間；第二端與一產生脈波寬度調變訊號PWM之輸入輸出控制晶片相連，第三端透過一電阻R6與一5V電源連接，並透過該積分電路接地。該積分電路包括一積分電阻R1及一積分電容C1。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電阻R2接地，反向輸入端連接於該積分電阻R1及該積分電容C1之間。該電流控制器Q2包括第一、第二及第三端，其第一端透過一電阻R4與該運算放大器U之輸出端相連，第二端與一12V電源相連，並透過一電阻R8與第一端相連，第三端透過一電阻R3與該運算放大器U之同向輸入端相連，第三端還透過一電容C2與地相連，並與該第二輸出端M2相連；該第一輸出端M1透過一電阻R5與該輸入輸出控制晶片相連。

在本較佳實施方式中，該電子開關Q1為一N溝道MOS場效電晶體，其第一、第二及第三端分別為閘極、源極及汲極；該電流控制器Q2為一PNP三極管，其第一、第二及第三端分別為基極、射極及集極；該輸入輸出控制晶片之輸出端透過一電阻R7連接了一5V電源以提高電壓準位，若該輸入輸出控制晶片提供之脈波寬度調變訊號PWM已符合電壓要求，可以將該電阻R7及該5V電源省略。若電路自身之性能較好或為了進一步節省成本，可將該電阻R6、R8及該濾波電容C2省略。

本發明電腦風扇控制裝置之工作原理如下：開機前，當一4pin風扇連接器6插入該風扇介面之四個針腳1~4時，4pin風扇連接器6將擠壓該控制端22之上部使該控制端22與該接地端24抵靠，該開關元件20閉合並輸出一低電平之偵測訊號，使該電子開關Q1保持截止。開機後，隨著中央處理器溫度變化，該輸入輸出控制晶片會經第一輸出端M1直接發送相對應之脈波寬度調變訊號PWM給該風扇介面之第四針腳4，並自動改變脈波寬度調變訊號PWM之任務週期，以此改變風扇之轉速，實現智慧風扇功能。由於4 Pin風扇內部已經集成脈波寬度調變訊號控制線路，這裡不再贅述。

開機前，如果是3pin風扇連接器(圖未示)插入該風扇介面之三個針腳1~3時，由於該3pin風扇連接器比該4pin風扇連接器6少一槽孔，故該3pin風扇連接器不會接觸到該控制端22，該控制端22與該接地端24保持斷開狀態，該開關元件20輸出一高電平之偵測訊號，使該電子開關Q1導通，該脈波寬度調變訊號PWM透過該電子開關Q1，再經過該積分電路將離散的數位訊號轉換為連續的線性平滑的類比訊號，然後再由該運算放大器U將訊號放大，經該電阻R4轉換為該電流控制器Q2基極電流，藉由電流之變化，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，實現智慧風扇功能。

請參考圖3，本發明電腦風扇控制裝置之開關元件的另一種實施方式，在該底板5上四個針腳1~4之右側設有一開關元件30，該開關元件30包括一控制端32及一接地端34，該控制端32為一薄片狀導體，其固定在該底板5上，並朝向該四個針腳1~4依次向上彎曲形成一倒“V”形凸部後又傾斜向上形成一自由端；該接地端34為一片狀導體，其固定於該底板5上該控制端32自由端之下方，並與該底板5平行。該控制端32透過該電阻R與該電源VCC相連，該接地端34接地。該電腦風扇控制裝置也是根據風扇連接器能否擠壓該控制端32使其與該接地端34接觸來偵測風扇之類型，當該風扇介面接入該4pin風扇連接器6時，該4pin風扇連接器6使該控制端32與該接地端34連通，該開關元件30閉合並輸出一低電平之偵測訊號，使該電子開關Q1保持截止，該脈波寬度調變訊號PWM經該第一輸出端M1輸出以控制4pin風扇之電壓大小，從而控制4pin風扇之轉速；當該風扇介面接入該3pin風扇連接器時，該3pin風扇連接器不能抵壓該控制端32之自由端，該開關元件30保持斷開狀態，該開關元件30輸出一高電平之偵測訊號，使該電子開關Q1導通，該脈波寬度調變訊號PWM透過該電子開關Q1並經該積分電路數位/類比轉換後，再經由該運算放大器U將訊號放大並透過該電流控制器Q2以控制從該第二輸出端M2輸出之電壓大小，從而控制3pin風扇之轉速。

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方式，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。

針腳．．．1~4

底板．．．5

4pin風扇連接器．．．6

開關元件．．．20、30

控制端．．．22、32

接地端．．．24、34

風扇控制電路．．．50

電子開關．．．Q1

運算放大器．．．U

電流控制器．．．Q2

第一輸出端．．．M1

第二輸出端．．．M2

電阻．．．R、R2~R8

積分電阻．．．R1

積分電容．．．C1

濾波電容．．．C2

脈波寬度調變訊號．．．PWM

圖1係本發明電腦風扇控制裝置開關元件第一較佳實施方式之示意圖。

圖2係本發明電腦風扇控制裝置較佳實施方式之電路圖。

圖3係本發明電腦風扇控制裝置開關元件第二較佳實施方式之示意圖。

針腳．．．1~4

底板．．．5

4pin風扇連接器．．．6

開關元件．．．20

控制端．．．22

接地端．．．24

Claims (10)

1. 一種電腦風扇控制裝置，包括一風扇介面、一開關元件及一風扇控制電路，該風扇控制電路包括一電子開關、一積分電路、一運算放大器、一電流控制器、一第一輸出端及一第二輸出端，該第一輸出端與一輸入輸出控制晶片相連，該第二輸出端與該電流控制器相連，該電子開關之第一端與該開關元件相連，第二端與該輸入輸出控制晶片相連，第三端與該積分電路相連，當該風扇介面接入一4pin風扇連接器時，該4pin風扇連接器使該開關元件閉合，該電子開關截止，該輸入輸出控制晶片輸出之脈波寬度調變訊號經該第一輸出端輸出以控制4pin風扇之電壓大小，從而控制4pin風扇之轉速；當該風扇介面接入一3pin風扇連接器時，該開關元件斷開，該電子開關導通，該脈波寬度調變訊號透過該電子開關經該積分電路數位/類比轉換，再經由該運算放大器放大後透過該電流控制器控制從該第二輸出端輸出之電壓大小，從而控制3pin風扇之轉速。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電腦風扇控制裝置，其中該開關元件固定於該風扇介面的針腳的一側，其包括一薄片狀的控制端及一直片狀的接地端，該控制端的上部朝該針腳方向延伸一段距離後又斜向上向該接地端方向彎折。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電腦風扇控制裝置，其中該開關元件固定於該風扇介面之針腳的一側，其包括一薄片狀的控制端及一片狀的接地端，該控制端朝向該針腳彎折形成一倒“V”形凸部後又傾斜向上彎折形成一自由端；該接地端固定於該控制端的自由端之下方。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電腦風扇控制裝置，其中該開關元件包括一控制端及一接地端，該控制端與該電子開關之第一端相連，該控制端與電子開關之第一端之間的節點透過一電阻與一第一電源相連。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電腦風扇控制裝置，其中該運算放大器包括一同向輸入端、一反向輸入端及一輸出端，該積分電路包括一積分電阻及一積分電容，該運算放大器之同向輸入端透過一電阻接地，反向輸入端連接於該積分電阻及積分電容之間，該積分電阻與該電子開關之第三端相連；該電流控制器包括第一、第二及第三端，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，第三端與該第二輸出端相連並透過一電阻與該運算放大器之同向輸入端連接。
6. 如申請專利範圍第5項所述之電腦風扇控制裝置，其中該積分電阻與該電子開關之第三端之間的節點透過一電阻連接一第三電源。
7. 如申請專利範圍第1項所述之電腦風扇控制裝置，其中該電子開關為一N溝道MOS場效應管，其第一、第二及第三端分別為閘極、源極及汲極。
8. 如申請專利範圍第1項所述之電腦風扇控制裝置，其中該電子開關之第二端還透過一電阻連接一電源，並透過另一電阻與該第一輸出端相連。
9. 如申請專利範圍第5項所述之電腦風扇控制裝置，其中該電流控制器為一PNP型三極管，其第一端、第二端及第三端分別為基極、射極及集極。
10. 如申請專利範圍第5項所述之電腦風扇控制裝置，其中該電流控制器之第一端與第二端之間還串接一電阻，其第三端還透過一電容接地。