TWI395875B - 動態調整風扇轉速之控制系統及方法 - Google Patents

Description

動態調整風扇轉速之控制系統及方法

本發明關於一種動態調整風扇轉速之控制系統及方法，並且特別地，本發明關於一種根據環境噪音及溫度以動態調整風扇轉速之控制系統及方法。

在傳統電子裝置之散熱系統中，大多利用風扇或水冷幫浦來達成散熱之目的。而在風扇及水冷幫浦之轉速控制機制中，係根據散熱目標(例如，微處理器、繪圖晶片、北橋晶片…等)或周圍的環境溫度為依據，透過一控制晶片來控制轉速之增減。

請參見圖1，圖1繪示在習知之散熱系統中風扇轉速對散熱目標之溫度的關係圖。風扇之轉速係在一最低轉速1000rpm及一最高轉速3000rpm之間做調整。

當散熱目標之溫度是在高於60℃之高溫狀態時，控制晶片將會控制風扇以最大轉速數值3000rpm運轉，以滿足散熱目標在此時之較大散熱需求。當散熱目標之溫度逐漸降低至40℃至60℃之中等溫區域時，此時散熱目標之散熱需求隨之減少，並且不需要散熱系統提供最大散熱能力。因此隨著散熱目標之溫度的下降，控制晶片將會控制風扇逐漸降低轉速，以降低風扇所造成之噪音。此時，散熱目標之溫度與風扇之轉速係呈線性關係。當散熱目標之溫度降低至40℃以下之低溫區域時，此時散熱系統只需提供最小之散熱能力即可滿足散熱目標之散熱需求。因此控制晶片將控制風扇以最小轉速數值1000rpm運轉，藉此可以使風扇具有最低噪音值之表現。

然而，在實際運用時，在較吵雜之環境中，使用者容易忽略風扇之噪音，因此可以對散熱系統產生之噪音能有較高之容忍程度。在較安靜之環境中，使用者較容易注意到風扇之噪音，因而會更在意散熱系統運作時之噪音表現特性。上述控制風扇轉速之機制，並未考慮環境的噪音程度對使用者觀感的影響。

因此，本發明之一範疇在於提供一種動態調整風扇轉速之方法，以解決先前技術的問題。

根據一具體實施例，本發明之方法包含下列步驟：首先，取得環境參考值。接著偵測散熱目標溫度以取得溫度數值。最後，比較環境參考值與預設臨界值。若環境參考值大於預設臨界值，根據第一溫度與風扇轉速關係與溫度數值控制風扇轉速。若環境參考值小於預設臨界值，根據第二溫度與風扇轉速關係與溫度數值控制風扇轉速。

本發明之另一範疇在於提供一種動態調整風扇轉速之控制系統，以解決先前技術的問題。

根據一具體實施例，本發明之控制系統包含第一感測器、第二感測器以及控制器。第一感測器用以偵測環境狀態，並且輸出環境感測訊號。第二感測器用以偵測散熱目標溫度，並且輸出溫度感測訊號。

控制器電連接風扇、第一感測器及第二感測器，並且控制器預設有預設臨界值、第一溫度與風扇轉速關係及第二溫度與風扇轉速關係。控制器根據環境感測訊號得到一環境參考值，控制器根據溫度感測訊號得到溫度數值，並且控制器比較環境參考值與預設臨界值。若環境參考值大於預設臨界值，則控制器根據第一溫度與風扇轉速關係與溫度數值控制風扇轉速。若環境參考值小於預設臨界值，則控制器根據第二溫度與風扇轉速關係與溫度數值控制風扇轉速。

綜上所述，根據本發明之動態調整風扇轉速之方法與控制系統，可以因應使用者在不同環境下對噪音容忍能力之差異，而使用不同的散熱目標溫度與風扇轉速關係以控制風扇轉速。藉此，應用本發明之動態調整風扇轉速之方法與控制系統的散熱系統，可以達到更理想之噪音抑制表現，改善使用者對於散熱系統噪音的觀感。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

本發明提供了一種動態調整風扇轉速的方法及控制系統，可以根據不同環境狀態提供相應之控制模式，進而動態調整散熱目標溫度與風扇轉速之關係。關於本發明之動態調整風扇轉速的方法及控制系統的若干具體實施例係揭露如下。

請參見圖2A，圖2A繪示本發明之第一具體實施例的動態調整風扇轉速之控制系統1的功能方塊圖。如圖所示，本發明之動態調整風扇轉速之控制系統1包含控制器10、第一感測器12、及第二感測器14。

第一感測器12用以偵測環境狀態，並且輸出環境感測訊號至控制器10。在本具體實施例中，第一感測器12是一麥克風，用以偵測一段時間之環境噪音的音量，並且輸出一噪音感測訊號。第二感測器14用以偵測散熱目標溫度，並且輸出溫度感測訊號至控制器10。於實務中，第二感測器14可設置於散熱目標(例如，微處理器、繪圖晶片、北橋晶片…等)的鄰近處，或直接貼附於散熱目標上，以偵測散熱目標的溫度。控制器10電連接風扇2、第一感測器12、及第二感測器14。控制器10預設有一預設臨界值、一第一溫度與風扇轉速關係以及一第二溫度與風扇轉速關係。

請參見圖3A及3B，圖3A及3B分別繪示根據本發明之一具體實施例的第一溫度及第二溫度與風扇轉速之關係曲線圖。如圖所示，第一溫度與風扇轉速關係及第二溫度與風扇轉速關係在40℃以下及60℃以上之溫度區間，皆被設定以使風扇2分別以最小轉速數值1000rpm及最大轉速數值3000rpm運轉。

然而在40℃至60℃之溫度區間內時，在第一溫度與風扇轉速關係中之風扇轉速，在較低溫度處即開始呈現較陡峭的升降速曲線，因而此種較積極之控制模式適宜使用於較吵雜之環境中。而在第二溫度與風扇轉速關係中，風扇轉速在較低溫度區間時，則呈現一較緩和的升降速曲線，此種控制模式適宜使用於一較安靜的環境中。亦即，根據相同溫度數值，則透過第一溫度與風扇轉速關係計算得到之風扇轉速，係大於或等於透過第二溫度與風扇轉速關係計算得到之風扇轉速。

控制器10選擇溫度與風扇轉速關係並控制風扇轉速之機制說明如下。首先，控制器10接收來自第一感測器12之環境感測訊號，並且根據環境感測訊號得到一環境參考值。更詳細而言，控制器10是接收麥克風於一段時間內輸出之噪音感測訊號，並且根據噪音感測訊號計算出一噪音水平值以作為環境參考值。接著，控制器10自第二感測器14接收溫度感測訊號，並且根據溫度感測訊號取得一溫度數值。

隨後，控制器10將會比較環境參考值與預設臨界值。於實務中，預設臨界值可由控制系統1的設計者或使用者進行設定。若環境參考值大於預設臨界值，則代表控制系統1處於較吵雜之環境中，此時使用者對於風扇2之噪音可以有較高的容忍程度，因此控制器10會根據第一溫度與風扇轉速關係與溫度數值控制風扇轉速。若環境參考值小於預設臨界值，則代表控制系統1處於較安靜之環境中，此時使用者對於風扇2之噪音會有較低的容忍程度，因此控制器10會根據第二溫度與風扇轉速關係與溫度數值控制風扇轉速。

舉例而言，若周圍環境是屬於較吵雜之環境，則控制器10根據麥克風所輸出之噪音感測訊號，可以計算並且得到一大於預設臨界值之噪音水平值。接著在控制器10判斷噪音水平值大於預設臨界值後，將會選擇第一溫度與風扇轉速關係以控制風扇2運轉。舉例來說，若此時周圍溫度是46℃時，則控制器10透過第一溫度與風扇轉速關係計算將可以得到2100rpm之一風扇轉速，並且進一步控制風扇2以2100rpm之速度運轉。

而在較安靜之環境下時，控制器10根據麥克風所輸出之噪音感測訊號，可以計算並且得到一小於預設臨界值之噪音水平值。接著在控制器10判斷噪音水平值小於預設臨界值後，將會選擇第二溫度與風扇轉速關係以控制風扇2。舉例來說，若此時周圍溫度同樣是46℃時，控制器10透過第二溫度與風扇轉速關係將可以計算得到1300rpm之一風扇轉速，並且進一步控制風扇2以1300rpm之速度運轉。

由於聲音是由物體振動所發出，所以環境振動參數亦可以視為當下環境噪音水平之參考。因此在另一實施態樣中，第一感測器12亦可以是振動量測元件，用以偵測一環境振動參數，並且輸出一振動感測訊號至控制器10。控制器10接收來振動量測元件於一段時間內輸出之振動感測訊號，並且根據振動感測訊號計算出一振動水平值以作為環境參考值。

舉例而言，第一感測器12可以是加速規。當所處之環境有一大音量聲源及較吵雜之程度時，則加速規將可以偵測到較大之環境加速度值。同時，控制器10根據所接收到之振動感測訊號，可以計算出一大於預設臨界值之環境參考值，因此接下來會選擇第一溫度與風扇轉速關係以控制風扇2。

在又另一實施態樣中，第一感測器12可以是一光感應器，用以偵測一段時間之環境亮度，並且輸出一亮度感測訊號。控制器10接收來自光感應器於一段時間內輸出之亮度感測訊號，並且根據亮度感測訊號計算出一亮度水平值以作為環境參考值。於實務中，第一感測器12可設置於應用本發明之控制系統1的電子裝置(例如，但不限於，筆記型電腦)之表面，用以感測電子裝置或使用者所處之環境的亮度。

舉例而言，當周圍環境具有較低之明亮度時，則代表所處環境可能具有較低強度之活動狀態(例如，但不限於，會議中、飛機上…等)。此時，第一感測器12會偵測到一較低之環境亮度，並且控制器10根據亮度感測訊號可以計算並且得到一小於預設臨界值之環境參考值。因此，控制器10將會選擇第二溫度與風扇轉速關係以控制風扇2，進一步減少風扇轉速以降低噪音。相對地，當周圍環境具有較高之明亮度時，控制器10可以進一步增加風扇轉速，以取得較佳之散熱能力。

請參見圖2B，圖2B繪示本發明之第二具體實施例的動態調整風扇轉速之控制系統的功能方塊圖。在本具體實施例中，控制系統1包含控制器10、第一感測器12、第二感測器14及第三感測器16。其中，第一感測器12用以偵測環境噪音，並且輸出一噪音感測訊號。第二感測器14用以偵測散熱目標溫度，並且輸出一溫度感測訊號。第三感測器16用以偵測一環境亮度，並且輸出一亮度感測訊號。

在本具體實施例中，控制器10可以同時根據噪音感測訊號及亮度感測訊號為參數，計算得到一環境參考值。接著控制器10進一步比較環境參考值與預設臨界值，以選擇相應之溫度與風扇轉速關係以控制風扇2之轉速。藉此，控制器10可因應不同的環境狀況，對風扇轉速做更精密之控制。

請一併參考圖4，圖4繪示本發明之一具體實施例的動態調整風扇轉速之方法流程圖。本方法可適用於本發明之第一具體實施例之控制系統1，因此以下將以前述控制系統1為例，說明本方法流程。

如圖4所示，本發明之方法包含下列步驟：首先，第一感測器12偵測環境狀態，並且輸出一環境感測訊號。控制器10則接收並根據環境感測訊號，取得一環境參考值(步驟S20)。更詳細而言，第一感測器12是一麥克風，其偵測一段時間之環境噪音並且輸出一噪音感測訊號。而控制器10則根據一段時間之噪音感測訊號加以計算，以取得一噪音水平值而作為環境參考值。隨後，第二感測器14偵測散熱目標溫度，並且輸出溫度感測訊號，控制器10則根據偵測到之溫度感測訊號產生溫度數值(步驟S21)。

接著，控制器10比較環境參考值與一預設臨界值(步驟S22)。若環境參考值大於預設臨界值，則控制器10根據一第一溫度與風扇轉速關係與溫度數值控制風扇轉速(步驟S23)。若環境參考值小於預設臨界值，則控制器10根據一第二溫度與風扇轉速關係與溫度數值控制風扇轉速(步驟S24)。

在另一實施態樣中，第一感測器12是一振動量測元件，因此第一感測器12偵測一段時間之環境振動，並且輸出一振動感測訊號。控制器10則根據一段時間之振動感測訊號加以計算，以取得一振動水平值而作為環境參考值。接著，控制器10將會比較環境參考值與預設臨界值，以進一步決定控制風扇轉速之模式。

在又另一實施態樣中，第一感測器12是一光感應器，因此第一感測器12偵測一段時間之環境亮度，並輸出一亮度感測訊號。控制器10則根據一段時間之亮度感測訊號加以計算，以取得一亮度水平值而作為環境參考值。接著，控制器10將會比較環境參考值與預設臨界值，以進一步決定控制風扇轉速之模式。

此外，於實務中，控制器10可同時根據噪音水平值以及環境亮度數值，以選擇相應之溫度與風扇轉速關係來控制風扇2之轉速。換言之，控制器10可以同時讀取噪音感測訊號及亮度感測訊號，並且使計算出環境參考數值之參數與噪音水平值及/或環境亮度數值相關。

綜上所述，本發明之動態調整風扇轉速之控制系統及方法，可以使控制系統利用多組溫度與風扇轉速關係以控制風扇轉速，並且各溫度與風扇轉速關係具有不同的溫度與風扇轉速之關係曲線圖。在較吵雜之環境下而讓使用者有較高之噪音容忍度時，控制系統可以選擇較積極之控制模式，以使風扇有較高之平均轉速而有較佳之熱散能力。反之，在較安靜之環境下而讓使用者有較低之噪音容忍度時，控制系統可以選擇較保守之控制模式，以使風扇有較低之平均轉速而提供較安靜之運轉模式。藉此，控制系統可以在不同的環境噪音等級下，調整散熱能力與風扇噪音之平衡能力，進而改善了使用者對控制系統之噪音等級的觀感。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。因此，本發明所申請之專利範圍的範疇應該根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。

1．．．控制系統

10．．．控制器

12．．．第一感測器

14．．．第二感測器

16．．．第三感測器

2．．．風扇

S20~S24．．．流程步驟

圖1繪示在習知之散熱系統中風扇轉速對散熱目標之溫度的關係圖。

圖2A繪示本發明之第一具體實施例的動態調整風扇轉速之控制系統的功能方塊圖。

圖2B繪示本發明之第二具體實施例的動態調整風扇轉速之控制系統的功能方塊圖。

圖3A繪示在第一溫度與風扇轉速之關係曲線圖。

圖3B繪示在第二溫度與風扇轉速之關係曲線圖。

圖4繪示本發明之一具體實施例的動態調整風扇轉速之方法流程圖。

S20~S24．．．流程步驟

Claims (8)

1. 一種動態調整風扇轉速之方法，該方法包含下列步驟：取得一環境參考值；偵測一散熱目標溫度以取得一溫度數值；比較該環境參考值與一預設臨界值；若該環境參考值大於該預設臨界值，根據一第一溫度與風扇轉速關係與該溫度數值控制該風扇轉速；以及若該環境參考值小於該預設臨界值，根據一第二溫度與風扇轉速關係與該溫度數值控制該風扇轉速；其中根據該溫度數值，透過該第一溫度與風扇轉速關係計算得到之該風扇轉速的數值，大於或等於透過該第二溫度與風扇轉速關係計算得到之風扇轉速的數值。
2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該取得一環境參考值之步驟進一步包含偵測一段時間之環境噪音，並取得一噪音水平值以作為該環境參考值。
3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該取得一環境參考值之步驟進一步包含偵測一段時間之環境振動，並取得一振動水平值以作為該環境參考值。
4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該取得一環境參考值之步驟進一步包含偵測一段時間之環境亮度，並取得一亮度水平值以作為該環境參考值。
5. 一種動態調整一風扇轉速之控制系統，包含： 一第一感測器，用以偵測一環境狀態，並且輸出一環境感測訊號；一第二感測器，用以偵測一散熱目標溫度，並且輸出一溫度感測訊號；以及一控制器，電連接該風扇、該第一感測器及該第二感測器，並且該控制器預設有一預設臨界值、一第一溫度與風扇轉速關係及一第二溫度與風扇轉速關係，該控制器根據該環境感測訊號得到一環境參考值，該控制器根據該溫度感測訊號得到一溫度數值，並且該控制器比較該環境參考值與該預設臨界值，若該環境參考值大於該預設臨界值，則該控制器根據該第一溫度與風扇轉速關係與該溫度數值控制該風扇轉速，若該環境參考值小於該預設臨界值，則該控制器根據該第二溫度與風扇轉速關係與該溫度數值控制該風扇轉速；其中根據該溫度數值，透過該第一溫度與風扇轉速關係計算得到之風扇轉速的數值，大於或等於透過該第二溫度與風扇轉速關係計算得到之風扇轉速的數值。
6. 如申請專利範圍第5項所述之控制系統，其中該第一感測器為一麥克風，用以偵測一段時間之環境噪音，並且輸出一噪音感測訊號，該控制器根據該噪音感測訊號取得一噪音水平值以作為該環境參考值。
7. 如申請專利範圍第5項所述之控制系統，其中該第一 感測器為一振動量測元件，用以偵測一段時間之環境振動參數，並且輸出一振動感測訊號，該控制器根據該振動感測訊號取得一振動水平值以作為該環境參考值。
8. 如申請專利範圍第5項所述之控制系統，其中該第一感測器為一光感應器，用以偵測一段時間之環境亮度，並且輸出一亮度感測訊號，該控制器根據該亮度感測訊號取得一亮度水平值以作為該環境參考值。