TWI397791B - 增進直流無刷馬達及冷卻風扇之可靠度的微控制器方法 - Google Patents

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    • H05K7/20209—Thermal management, e.g. fan control

Description

增進直流無刷馬達及冷卻風扇之可靠度的微控制器方法
本發明有關於一種冷卻風扇。更詳而言之，本發明有關於一種用於電子系統中以及用於設計電子系統之冷卻解決方案之智慧型風扇。
於諸如電腦系統之電子系統中，冷卻風扇扮演維持它們操作性能之重要的一個角色。無法從電子系統排除多餘的熱量會導致系統永久性的破壞。由於現有電子系統的複雜度，需要具有除了冷卻空氣之外的加值功能之冷卻風扇例如控制風扇速度的能力、監視風扇上之轉速計脈衝以判斷瞬間風散速度之能力以及偵測風扇是否失效或比預定速度更慢之能力。雖然目前某些冷卻風扇存有這些功能，並無標準的設計或協定以控制由不同的製造商所製造的冷卻風扇。再者，為了於系統中實施這些冷卻風扇，需設計專門印刷電路組件(PCAs)，亦稱為控制卡，以提供風扇可理解之信號，並亦可接收與提供系統之電子裝置可解讀之形式的信號至系統。
若需要額外的功能，例如風扇藉由增加速度補償其他失效的風扇之能力、風扇通知外部軟體有問題之能力、或者風扇增加速度以回應增加的溫度之能力，則亦需要專門的PCA或控制卡。PCA或控制卡設計並建構成能夠偵測風扇失效、通知系統風扇已失效以及調整系統中其他風扇的 速度。PCA或控制卡之設計涉及許多工程時間與資源，其最終增加利用冷卻風扇之整體系統的成本。
替新的系統設計冷卻解決方案亦非常耗費熱設計工程師的時間。典型地，需設計並建構PCA或控制卡以控制風扇速度與其他功能，例如失效偵測以及警報設定。有時會需要設計並建造多個控制卡以在真實世界應用中測試它們以獲得風扇、風速、警報設定等等之正確的組合。重複安裝樣板風扇於系統中、判斷足夠之風扇速度與需要之電源以及於系統中測試風扇等等係非常昂貴且無效率。
有關傳統冷卻風扇之另一個問題，尤其係直流(DC)無刷冷卻風扇，在於它們根據施加的輸入電壓改變速度。當輸入電壓增加時，風扇速度加快並使用更多的電力。當輸入電壓降低時，風扇速度減慢並提供較少冷卻效果。許多典型的應用具有可在24至74伏特之間變化的電壓範圍。因此，系統設計師負責在這寬廣的電壓擺盪期間維持固定的冷卻。因此，通常安裝電壓調節電源以保持至風扇之電壓的固定。
惟，安裝電壓調節電源亦會使整體系統更複雜及昂貴。
第1圖描述根據本發明之一實施例的冷卻風扇解決方案。冷卻風扇100包含冷卻模組110，其具有風扇112(包含風扇葉片)以及可旋轉地耦合至風扇112的馬達114以驅動風扇112。微控制器120，例如由微晶片技術公司(Microchip Technology,Inc.)所製造的18腳PIC16C717微控制器裝置，係與風扇模組110，更詳言之，馬達114，直接通訊微控制器120。雖可使用任何適當的微控制器或處理器。微控制器120較佳固定至冷卻風扇100內部。
匯流排介面，如“IC內”(Inter－IC(I2C))(來自飛利浦半導體，2000年1月，版本2.1，“I2C－匯流排規格”)匯流排介面130，係與微控制器120通訊。匯流排介面130促進往返微控制器120之資料的傳輸。匯流排介面130可由諸如I2C匯流排線匯流排線132互連至系統140。I2C匯流排線132具有兩條線：資料(SDA)線以及時脈(SCL)線。可序列式存取“IC內”(I2C)，使得利用I2C協定之每一個個別的裝置具有特定的辨別碼(ID)，但皆可連接至相同的通訊線或匯流排(亦即它可連接作為並聯匯流排)。“IC內”(I2C)為有用的協定，因為其對利用冷卻風扇於他們的系統設計中之熱設計工程師為熟悉者，且有不少的數位邏輯裝置利用I2C協定。惟，亦可使用任何其他的匯流排介面系統與協定。例如，根據本發明之一實施例用於汽車工業中的“控制器區域網路”(Controller－Area Network)協定(Germany，Stuttgart，Robert Bosch GmbH，1999，版本2.0，控制器區域網路規格)亦可與匯流排介面130一併使用。
除了能使風扇的客戶或熱設計工程師控制風扇速度、監視風扇上之轉速計脈衝以判斷瞬間風散速度之能力以及偵測風扇是否失效或比預定速度更慢外，特別希望有其他的功能，如電性讀取冷卻風扇100之料號的能力、電性判斷風扇製造商的能力以及電性讀取製造日期的能力。由於各種風扇製造商可能具有不同控制風扇速度或提供警報或轉速計信號的方法，能夠迅速獲得諸如料號、風扇製造商、製造日器之冷卻風扇100資訊能迅速地幫助風扇解決方案之設計與維修。
根據本發明之一實施例，微控制器120係以程式碼編程使微控制器120得以讀取由利用諸如I2C協定之系統或裝置140提供之位元組訊息。於本發明的特定實施例中，微控制器120包含可儲存程式碼於其中之程式記憶體。例如PCI16717微控器可處理14位元字並具有2千位元組之容量。程式或指令碼僅唯一在工廠編程至微控制器120內，並且無法由終端使用者或冷卻風扇的客戶重新編程或重新寫入。例如PCI16717微控器亦包含具有容量256位元組之小資料記憶體，或“高速暫存記憶體(scratch pad memory)”可由微控制器120用來進行它的操作。微控制器120的資料記憶體為揮發性的並且不儲存任何程式或指令，而僅為工作記憶體。
於微控制器120中之程式碼(諸如由C程式語言寫成之碼)可包含冷卻風扇100的料號、製造商以及製造日期，以當微控制器120接收到例如來自系統/裝置140之輸出此種資料至與其連接之系統或裝置140之命令時，微控制器120能迅速輸出要求的資料。亦可包含除了冷卻風扇100的料號、製造商以及製造日期之外的有用的資料，例如風扇的電流(Amps)汲取。微控制器120可於諸如I2C協定中溝通有關冷卻風扇之資料。藉由提供能夠使用如I2C協定之共同的協定直接與系統或裝置140通訊之冷卻風扇，則完全無需PCA或控制卡來控制冷卻風扇100或與其通訊。
第2圖描述根據本發明之一實施例實施複數個冷卻風扇之電子系統。複數個冷卻風扇242、244、246、248係設置於電子系統200之內。複數個冷卻風扇242、244、246、248之每一個與連接器模組230電性連接，連接器模組230為電源210以及使用者系統/裝置140之分線器。根據本發明之一實施例，電子系統200使用I2C協定，並且使用者系統/裝置140具有連接至連接器模組230之根據I2C協定之通訊線：資料線222以及時脈線224。連接器模組230則將資料線222與時脈線224分開至複數個冷卻風扇242、244、246、248之每一個。類似地，來自電源210之電源線：電力線212與電力返回線214，係連接至連接器模組230，其則將電力線212與電力返回線214分開至複數個冷卻風扇242、244、246、248之每一個。
可在製造時外部(藉由連接位址線高為“1”或低為“0”)或內部設定所有I2C裝置需要的特定位址。複數個冷卻風扇242、244、246、248之每一個的資料線222以及時脈線224以及使用者系統/裝置140可互相連接，或至內部匯流排，其例如得使使用者系統/裝置140改變複數個冷卻風扇242、244、246、248任何一個的風扇速度、讀取複數個冷卻風扇242、244、246、248任何一個的料號等等。
根據本發明之另一實施例，微控制器120可編程有一程式碼以使每一個冷卻風扇100偵測其他冷卻風扇242、244、246、248的失效以通知使用者系統/裝置140風扇失效或調整系統中其他風扇的速度以作補償。於先前技術中，需要設定並建造專門的PCA或控制卡以提供利用冷卻風扇242、244、246、248之電子系統200這些功能。因此，微控制器120可編程有一程式碼以使每一個冷卻風扇242、244、246、248能偵測並藉由增加其風扇速度來補償其他失效的風扇、通知外部硬體140有問題、或增加其風扇速度以回應增加的溫度。藉由使複數個冷卻風扇242、244、246、248之每一個互相通訊，可提供整體系統200額外的冗餘與功能。
於一特定實施例中，冷卻風扇242、244、246、248藉由他們的通訊線132(見第1圖)互相連接，其可藉由連接至分享匯流排來進行。若冷卻風扇242、244、246、248之一失效，則由其他的冷卻風扇242、244、246、248偵測失效。當偵測此失效時，其他的冷卻風扇242、244、246、248可編程成增加風扇速度以補償因冷卻風扇242、244、246、248之一失效而導致之降低的氣流。於又一實施例中，溫度感應器可使用I2C協定實施並連接至複數個冷卻風扇242、244、246、248，使冷卻風扇242、244、246、248的每一個與溫度感應器直接通訊(或者若溫度感應器非直接連接至冷卻風扇242、244、246、248則經由主系統/裝置140)。因此，若溫度感應器偵測到溫度增加，可進一步編程該複數個冷卻風扇242、244、246、248增加風扇速度，或者若溫度下降，降低風扇速度。換句話說，冷卻風扇242、244、246、248亦可知道由安裝於系統中之溫度感應器所偵測到的溫度並相應動作。藉由互相連接冷卻風扇242、244、246、248並將之置於“多主人”模式內，每一個冷卻風扇242、244、246、248互相通訊並可實施上述冗餘與失效恢復操作。
藉由實施使用諸如I2C協定之標準協定的微控制器120以及匯流排介面130，工程師無須設計並建造PCA或控制卡，所得的系統則不會承受額外控制卡成本的負擔，並且冷卻風扇100可直接添加至客戶或設計工程硬體的現有匯流排之中。冷卻風扇242、244、246、248(見第2圖)可互相連接，或至共同連接之印刷電路板(PCB)，以大幅簡化冷卻解決方案之設計與建構。此外，無須專門的PCA或控制卡可大幅節省成本，因其具有高達冷卻風扇本身三倍高的成本。於一特定實施例中，冷卻風扇242、244、246、248可與例如IBM規格18P3640(2001年10月)類型5風扇相容。
根據本發明之又一實施例，提供能以固定速度操作之冷卻風扇(見第1圖)即使當有改變/變化之輸入電壓以及/或馬達負載。如上述，大部分的傳統DC無刷冷卻風扇隨施加的輸入電壓改變速度。當輸入電壓增加，風扇速度加快並使用較多電力。當輸入電壓減少，風扇速度減慢並提供較少冷卻效果。許多現有的應用具有可從24變化至74伏特之電壓範圍。設計工程師負責在這些寬廣的電壓擺盪期間維持固定的冷卻。典型地，設計工程師安裝電壓調節電源於系統中以保持至風扇之電壓的固定。惟，提供電壓調節電源會使整體系統更複雜及昂貴。
第3A與3B圖描述根據本發明之一實施例的冷卻風扇之示意電路圖。於根據本發明之一實施例中，微控制器120具有具有指令之程式碼以偵測冷卻風扇100即時的速度並維持該速度，無論輸入電壓如何改變。參照第3A圖，線E1 312為電壓線(進)線，而線E2 314為電壓返回(接地)。於本發明之一較佳實施例中，線322與324為“IC內(I2C)”線：線322為資料線以及線324為使用I2C協定通訊之時脈線。典型地，於冷卻風扇應用中，輸入電壓可為12伏特、24伏特或48伏特。二極體D1與D2 322提供系統內相反極性之保護。齊那(Zenor)二極體提供電源下降並調節電壓至例如12伏特。包含5V調壓器342以提供調節之5伏特至微控制器120以及速度感應器116(如霍耳(Hall)感應器)。霍耳感應器116使用霍耳效應根據風扇馬達114的定子380之位置提供數位信號至微控制器120，霍耳效應係在當移動通過材料之電荷載子因施加的磁場而偏斜時發生。此偏協會造成橫跨材料之側的可測量電位差，其與磁場以及電流方向橫向。根據一實施例，霍耳感應器116提供50%工作循環信號，亦即，風扇的每一旋轉/週期兩個脈衝。根據由霍耳感應器116提供之信號，微控制器120能判斷冷卻風扇100之速度並作出維持固定風扇速度所需之調整。
參照第3B圖，微控制器120連接至兩個金氧半導體場效電晶體(MOSFET)驅動器350與360。透過MOSFET驅動器350與360，微控制器120控制提供給風扇馬達114之電壓的工作循環(開啟(on)時間對關閉(off)時間)，更詳言之，至MOSFET 372、374、376、378以及橫跨定子380。根據本發明之一實施例，MOSFET 372與376之汲極耦合至可變輸入電壓(從線E1 312)。MOSFET 372之閘極耦合至MOSFET驅動器350之高(H0)線(7)。MOSFET 376之閘極耦合至MOSFET驅動器360之高(H0)線(7)。自微控制器120輸入之每一個MOSFET驅動器350與360之邏輯開啟腳2係分別由不同的線(線D與E)控制。腳2之狀態與每一個MOSFET驅動器350與360之H0腳相同，並且微控制器120交替這些信號使得MOSFET驅動器350與360不會同時處於“高”的狀態。
MOSFET 372與376之源極各耦合至一節點，其分別耦合每一個MOSFET 374與378之汲極，以及耦合定子380。MOSFET 374之閘極耦合至MOSFET驅動器350之低(L0)線(5)。MOSFET 378之閘極耦合至MOSFET驅動器360之低(L0)線(5)。每一個MOSFET 374與378之源極耦合至參考電壓或地線338。於第3B圖中描述之組態，MOSFET 372與378同時為“開啟”而同時MOSFET 374與376為“關閉”，以及取而代之地，當MOSFET 374與376為“開啟”時，MOSFET 372與378為“關閉”。
因此，當透過霍耳感應器116偵測到增加之速度時，微控制器120降低定子工作循環以維持相同的能量傳輸至馬達線圈。工作循環之變動係實施於嵌入微控制器120內之程式碼中。電阻器336提供鎖定的轉子偵測信號給微控制器120。微控制器120藉由監視出現在電阻器336上的電流之電壓代表來偵測流過線圈之電流。若此電壓超過微控制器120內部設定之設定臨限值，則停止輸出脈衝並察知到鎖定的轉子情況。電容器C1與C2 338提供電壓波浪過濾並作為額外的保護以限制高切換電流導致之使用者系統中之雜訊。
第4A圖描述根據先前技術之電壓與電流波形。例如，冷卻風扇之標稱電壓微48 Vdc。若例如電壓增加至60 Vdc，風扇物理傾向於增加速度，作為因MOSFET 372、374、376、378(見第3B圖)切換更多電壓與能量之反應。上波形組410代表橫跨定子380之電壓，其中波形414代表48伏以及波形412代表60伏。下波形組420代表通過定子380之電流，其中波形424代表48伏之輸入以及波形422代表60伏之輸入。因此，不採取額外的措施，增加的電壓與電流會導致額外的能量傳輸至線圈，其造成較快轉動之風扇。
根據本發明之一實施例，取代如先前技術中使用電壓調節電源，冷卻風扇100的微控制器120監視諸如霍耳感應器之速度感應器116以偵測速度之增加。取而代之，亦可監視由於冷卻風扇100速度之增加而產生的回電磁場(back EMF)來偵測速度之增加。為了補償增加的速度，微控制器120具有含指令之程式碼以降低定子的工作循環(亦即開啟時間對關閉時間)以當偵測到速度增加時維持至馬達114之相同的能量傳輸。較佳者，利用脈寬調變(PWM)控制風扇速度，使用較短的脈衝(變化脈衝維持時間以改變馬達速度－脈衝越長，馬達轉動越快，反之亦然)驅動風扇馬達114。
第4B圖描述根據本發明之一實施例之電壓與電流波形。上波形430代表，與第4A圖中之波形412相比，電壓(如60 Vdc)降低的定子工作循環(開啟時間對關閉時間)。下波形440代表，與第4A圖中之波形424相比，電流降低的定子工作循環。因此，雖然電壓與電流增加，各個之“開啟時間”減少以維持至馬達114之相同的能量傳輸，並藉此調節風扇速度。於本發明之一實施例中，根據各種電壓程度之定子工作循環之變動係預先編程於嵌入微控制器120內之程式碼中。
第4C圖描述根據本發明之一實施例之微控制器之邏輯路徑之流程圖以維持冷卻風扇的速度。提供對應將冷卻風扇100維持在之固定速度的參考常數401(編程至微控制器120)。微控制器120進入其正常操作之主常規402。嵌入微控制器120之程式碼判斷是否有產生諸如霍耳感應器中斷信號之速度感應器中斷403。若沒有產生此中斷，則操作返回區塊402。若產生中斷，則自捕獲上一個中斷信號起已流逝之計時器值404。判斷405是否該計時器值大於或小於參考常數，其代表希望的風扇速度。若計時器值小於參考常數，則遞減406工作循環(諸如PWM工作循環)一個時脈，針對新的比對重設407計時器，並且操作返回至區塊402。若計時器值小於參考常數，則遞增408工作循環(諸如PWM工作循環)一個時脈，針對新的比對重設409計時器，並且操作返回至區塊402。若計時器值等於參考常數，則操作返回至區塊402。
藉由利用根據本發明之一實施例之冷卻風扇100，熱設計工程師無須設計並建造專門的電源或其他額外的電路於PCA、控制卡或風扇箱中以補償因係系統電壓的擺盪對冷卻效果造成負面的影響。此外，專門的電源的成本輕易超過風扇本身的三倍。根據本發明之一實施例的冷卻風扇100無論輸入電壓為何可提供固定的風扇速度，並大幅降低設計時間與成本。
第5圖描述根據本發明之一實施例的風扇控制器使用者介面的範例螢幕。風扇控制器使用者介面500較佳為執行於電腦系統上之軟體程式，諸如桌上型個人電腦(PC)或膝上型電腦。桌上型PC或膝上型電腦可連接至網路並可透過使用網際網路協定(IP)之網際網路遠端存取。風扇控制器使用者介面軟體500使熱設計工程師得以快速地替特定應用產生冷卻方案。風扇控制器使用者介面軟體500之典型的應用為針對電子系統的新機櫃/機殼設計冷卻方案。
當設計新機櫃/機殼之冷卻方案時，設計工程師不知道：(1)需要多少氣流；(2)需要哪種類型的警報；(3)控制卡電路上需要哪些功能；以及(4)隨溫度增加系統該如何表現。藉由使用根據本發明之一實施例的風扇控制器使用者介面軟體500，設計工程師得以迅速地安裝根據本發明之一實施例的冷卻風扇並連接這些風扇至執行風扇控制器使用者介面軟體500之電腦系統(如桌上型PC或膝上型電腦)以判斷新機櫃/機殼之冷卻解決方案規格。
冷卻風扇100連接至電源並接著至執行控制器使用者介面軟體500之電腦系統。冷卻風扇100可連接至風扇/電腦轉接器，其將冷卻風扇100使用之通訊協定(例如I2C協定)轉變成可由電腦系統認出者(如通用序列匯流排(USB))。風扇/電腦轉接器接著插入電腦系統中之例如USB埠中，使電腦與冷卻風扇100通訊。
在組裝冷卻風扇100至系統的機櫃/機殼內後，設計工程師啟動風扇控制器使用者介面軟體500。如第5圖之主螢幕500中所示，設計工程師可改變任何連接的冷卻風扇510、520、530、540之速度、設定基本警報、監視連接的溫度感應器以及固定更新所有冷卻風扇510、520、530、540之資料(料號、速度、警報狀態等等)。於一實施例中，溫度感應器122可包含於微控制器120內。風扇控制器使用者介面軟體500仿真存在於微控制器120中的程式碼以控制每一個冷卻風扇510、520、530、540之運轉狀態。換句話說，風扇控制器使用者介面軟體500係調整程允許使用者控制並操作每一個冷卻風扇510、520、530、540之所有的功能。因此，熱設計工程師可取得每一個冷卻風扇510、520、530、540之所有的功能以供設計之疑難排解與原型化。
第5圖之主螢幕畫面顯示四個冷卻風扇510、520、530、540之基本資訊，包含它們的料號、風扇識別碼、風扇速度以及狀態(例如，啟動或停止等等)。亦提供兩個溫度感應器之基本資訊，包含它們的感應器識別碼、料號與偵測之溫度。亦可於螢幕上提供其他之資訊給使用者。提供一風扇控制進入視窗570，其允許設定風扇510、520、530、540之基本速度，以及例如當風扇速度(每分鐘轉數(RPM))下降至低於某個程度啟動之基本警報。亦可提供訊息框580以告知使用者在使用風扇控制器使用者介面軟體500的期間發生的事件。系統內之複數個冷卻風扇的風扇速度可相互有些許不同，以測試並排除可能發生的任何拍頻，其會導致不想要的雜訊。
第6圖描述根據本發明之一實施例的風扇控制器使用者介面之進階功能的範例螢幕。於第6圖中所示之進階功能螢幕610中，可設定並測試“若是...會怎樣？”之條件式的情境。例如，可組態一情境以設計對當冷卻風扇510、520、530、540之一失效時的反應。進階功能螢幕600允許設計工程師能輕易地進行此種情境並編程與測試適當的反應。例如，可設定並測試下列的邏輯條件：若風扇A速度低於1500 RPM則設定風扇B至3500 RPM並且啟動警報1。
可組態風扇控制器使用者介面軟體500使得命令為直接句子型態之結構，允許使用者針對上述粗體底線之詞彙從選單中操縱詞彙以改變條件。上述範例描述一範例條件，亦即當一冷卻風扇(風扇A)旋轉低於1500 RPM時，調整第二冷卻風扇(風扇B)以增加速度(至3500 RPM)以提供更大的冷卻效果至系統，並接著啟動警報1，其可預先組態成警告使用者系統中有問題(或更詳言之，風扇A失效)。可使用根據本發明之一實施例的風扇控制器使用者介面軟體500組態數種其他條件式的情境。此外，亦可使用類似的方法建立涉及溫度感應器之條件式的情境。因此，熱設計工程師能設定並測試各種不同的條件並針對每一個風扇510、520、530、540編程適當的行為以相應地回應每一個條件。
第7圖描述根據本發明之一實施例的冷卻風扇之邏輯路徑的流程圖。第7圖描述於具有風扇A-D之系統中從風扇A的觀點而言失效偵測之程序。根據本發明之一實施例，風扇A-D之每一個與“IC內(I2C)”匯流排並聯。首先，風扇A發送710狀態請求至風扇B。風扇A判斷是否於預定時間內(如兩分鐘)自風扇B收到720回應。若收到回應，則判斷是否收到失效模式回應。若未收到失效模式回應，風扇A等待預定之時間(如5分鐘)，接著對風扇C重複上述的步驟。若風扇A並未於預定時間內(如2分鐘)自風扇B收到回應，或風扇A自風扇B收到失效模式回應，則假設風扇B已經失效(或正處於失效狀態)而風扇A進至根據冷卻風案規格/操作參數以及使用風扇控制器使用者介面軟體500判斷之程式增加750它的風扇速度，風扇A傳送760有關風扇B失效之失效通知，並且風扇A等待預定的時間(如5秒)，接著對風扇C重複740上述的步驟。一旦完成對風扇C之重複程序後，亦針對風扇D執行重複的步驟。
第8圖描述根據本發明之一實施例的判斷使用冷卻風扇的電子系統之冷卻解決方案規格之流程圖。機殼內至少安裝有一個冷卻風扇。針對此至少一冷卻風扇設定操作參數。根據操作參數組進行830機殼內至少一冷卻風扇的操作。若操作參數導致機殼內足夠的冷卻效果，則捕捉840該至少一冷卻風扇之操作參數。
一旦使用者已經對每一個風扇510、520、530、540之行為作出適當的組態並且對於安裝於機櫃/機殼內之風扇510、520、530、540的功能滿意，使用者可“凍結”此設計並儲存冷卻解決方案規格或已判斷之操作參數(如針對特定機櫃/機殼的每一個風扇之RPM設定、警報、條件、溫度條件、條件式行為(如補償風扇失效、溫度增加)等等)。可將冷卻解決方案規格遞送至冷卻風扇製造商，並可製造出按照客制化冷卻解決方案規格之特定的冷卻風扇，包含在使用風扇控制器使用者介面軟體500測試期間所提出之工程師所希望的適當程式，以及提供給設計工程師，已知道利用具有這些特性與程式邏輯之冷卻風扇的冷卻解決方案已經過測試與證實。
藉由使用根據本發明之一實施例的風扇控制器使用者介面軟體500，熱設計工程師因無須設計並且建造專門的PCA或控制卡以控制冷卻風扇風扇510、520、530、540之速度與警報設定並且無須重複要求風扇樣品、於系統中測試此風扇、要求第二高功率之風扇樣品、於系統中測試此風扇等等以判斷機櫃/機殼適合的冷卻解決方案，故可大幅節省設計週期中的時間。熱設計工程師能使用風扇控制器使用者介面軟體500來平衡氣流、雜訊、冗餘以及溫度反應而無須經歷重複的程序。
第9圖描述根據本發明之一實施例的類比電流限制功能之仿真的方法。於冷卻風扇中，可加入與馬達的電流串聯之小的電阻器以監視馬達的電流。雖然有效，但此方法有三項缺點。第一，電阻器之實際尺寸可能很大，其導致將電阻器裝入有限尺寸之典型風扇馬達轂內會有問題。第二，此實際上為大之電阻器比標準的電阻器更昂貴許多，其增加馬達的成本。第三，大的電阻器損耗之功率會降低整體馬達的效能。
於本發明之一實施例中，微控制器軟體或程式碼可模仿此功能。可產生900查找表以辨別數個工作循環測量以及工作循環測量之對應的風扇速度。於一替代實施例中，除找表可包含數個DC電壓程度以及對應的風扇速度。例如，查找表可包含2.5伏DC代表每分鐘2000轉之項目。於本發明之一替代實施例中，查找表可包含於微控制器所接收或感應到的電阻以及對應之風扇速度。例如，查找表可包含1000歐母代表每分鐘2000轉之項目。於此情況中，微控制器提供電流通過此電阻並產生DC電壓。可在非揮發性記憶體中產生此表。例如，此表可包含下列的項目。仍與步驟900有關，例式性地，下列DC＿陣列(工作循環)表行包含101個項目，其對應速度陣列表行中的101個項目。
DC＿陣列[101]＝{0,10,20,31,41,51,61,72,82,92,102,113,123,133,143,154,164,174,184,195,205,215,225,236,246,256,266,276,287,297,307,317,328,338,348,358,369,379,389,399,410,420,430,440,451,461,471,481,492,502,512,522,532,543,553,563,573,584,594,604,614,625,635,645,655,666,676,686,696,707,717,727,737,748,758,768,778,788,799,809,819,829,840,850,860,870,881,891,901,911,922,932,942,952,963,973,983,993,1004,1014,1024}； 速度＿陣列[101]＝{7500,7177,6881,6608,6356,6122,5906,5703,5515,5338,5172,5017,4870,4732,4601,4478,4360,4249,4144,4043,3947,3856,3769,3686,3606,3529,3456,3386,3319,3254,3191,3132,3074,3018,2964,2913,2863,2814,2768,2722,2679,2636,2595,2555,2517,2479,2443,2408,2373,2340,2308,2276,2246,2216,2187,2158,2131,2104,2078,2052,2027,2003,1979,1956,1933,1911,1889,1868,1847,1827,1807,1788,1769,1750,1732,1714,16,1680,1663,1647,1630,1615,1599,1584,1569,1554,1540,1526,1512,1499,1485,1472,1459,1446,1434,1420,1410,1398,1386,1375,1364}；
於上述表中，DC＿陣列值可代表傳送至冷卻風扇之脈衝寬度調變信號之工作循環。於本發明之一實施例中，脈衝寬度調變信號之工作循環可使用串聯電阻器以及並聯電容器積分並轉變成DC電壓。於本發明之一實施例中，DC電壓係輸入至微控制器類比至數位轉換器並且轉換成數位值。於上述的實施例中，該數位值，亦即DC＿陣列值，可介於1與1024之間，其可由10個位元代表。
速度＿陣列值為與DC＿陣列值關聯或對應之速度目標。例式性地，表或速度＿陣列值的陣列中之最大速度為每分鐘7500轉(RPM)。根據上述的表，此對應微控制器120之類比－數位(AD)腳上之零電壓(數位值0)的讀數。根據上述的表，速度＿陣列中之最小速度為1364 RPM，其對應微控制器120之AD腳上之5伏之讀數(數位值1024)。於上述的實施例中，微控制器中的A/D轉換器為10位元之值。
第10圖描述根據本發明之一實施例之包含類比電流仿真功能之冷卻風扇。非揮發性記憶體1042可實際位於微控制器1020中。取而代之，非揮發性記憶體1042可實際位於冷卻風扇100中。
微控制器1020可測量905發送以驅動風扇之信號的工作循環。如上述，此為輸入至微控制器120上之A/D腳之脈衝寬度調變風扇信號。
微控制器1020可接收910來自速度感應器1026之速度測量。速度感應器1026可為霍耳感應器或者回emf感應器。速度感應器1026可磁性感應風扇的速度並且傳送數位或類比信號至微控制器1020。
微控制器1020可根據步驟905中已測量的工作循環(或根據步驟905測量的工作循環)自查找表擷取915對應的風扇速度。換句話說，微控制器1020可包含軟體或程式碼以利用已測量或捕獲之工作循環並且自非揮發性記憶體1042擷取對應或期望之風扇速度。如上述，微控制器1020捕獲或測量DC＿陣列值並自查找表擷取對應或預期之速度陣列值。例式性地，微控制器1020可捕獲工作循環或DC＿陣列值82並且接著擷取對應或期望之速度＿陣列值(速度值)5515。
微控制器1020可比較920對應的風扇速度以及自速度感應器1026接收之風扇速度。換句話說，微控制器1020正在判斷是否實際的風扇速度對應希望或期望應有之風扇速度。
若測量的風扇速度少於對應或預期之風扇速度的預定分額(fraction)，此表示某些東西未正常運作(亦即馬達1014之電流過高)。回應測量的風扇速度少於預定之分額，微控制器1020可降低925至馬達1014之驅動信號的工作循環。於本發明之一實施例中，若測量的風扇速度少於對應或預期風扇速度的2/3，則微控制器1020降低925至馬達1014之驅動信號的工作循環。微控制器1020亦可請求將冷卻風扇中在測量點之讀數捕獲並紀錄以判斷造成至馬達之電流過高之原因。
例式性地，正常風扇馬達設計成運轉在10,000 RPM。由於冷卻風扇1000中的失常或阻礙物，每分鐘之轉數降低至6,000 RPM，即使提供至冷卻風扇之電流足夠使正常的風扇馬達正常地運轉在10,000 RPM。速度感應器1020可測量到6,000 RPM。由於電腦系統1040或客戶傳送指示馬達1014以及風扇1012以10,000 rpm旋轉之脈衝寬度調變信號，測量的風扇速度以及對應或預期之風扇速度的比較導致測量的風扇速度低於預定的分額，於此情況小於2/3。例式性地，微控制器1020可降低驅動電流之工作循環對應的比例，如客戶或電腦傳送之工作循環的2/3。工作循環之減低會降低馬達1014之電流汲取以防止馬達1014汲取過多電流並損壞馬達內的構件。
於本發明的一實施例中，微控制器1020可週期性地嘗試測試是否失常已被解決，例如移除對於風扇1012之障礙物。微控制器1020可嘗試稍微增加預定數量之RPM的工作循環，如增加驅動信號之工作循環對應100 RPM之值。在工作循環已經增加後，速度感應器測量或捕獲馬達1014之速度。若馬達1014之速度未增加，則微控制器1020降低工作循環預定數量之RPM並等待預定的時間。例式性地，預定的時間可為100毫秒。若馬達的速度增加預定數量RPM，如100 RPM，則微控制器1020增加工作循環以增加馬達速度至正常的操作速度，如10,000 RPM。
於本發明之第二實施例中，馬達/冷卻風扇之正常操作速度可為諸如10,000 RPM之速度。速度感應器可測量馬達速度已降低至6000 RPM。微控制器1020可關閉至馬達1014之驅動信號，亦即完全關閉馬達。微控制器1020等待預定的時間量，如3秒並傳送驅動信號以重開冷卻風扇1000。驅動信號包含令馬達開始以10,000 RPM運作之工作循環。馬達1014增加它的運作速度至10,000 RPM運轉速度會花費一段時間。於此時間後，若馬達沒有以10,000 RPM旋轉，其係由速度感應器1026測量，則不傳送驅動信號至馬達，例如關閉。此程序會繼續直到失常被校正，例如清除障礙物。一旦失常經校正後，馬達1014全速操作。
第11圖描述根據本發明之一實施例的使用加權因子來預測冷卻風扇的壽命之方法。於冷卻風扇的操作期間，利用溫度感應器1044監視溫度，如捕獲溫度之測量。於本發明之一實施例中，溫度感應器可在微控制器1020的外部。在特定運作環境下，可持續監視溫度。在其他運作環境下，可週期性地監視溫度，如每15分鐘，在電腦系統1040或電子裝置有電力之時間的期間。
可分析監視或測量的溫度以判斷1105是否測量的溫度在預定的溫度窗或範圍內，如預定溫度之＋/－5度。取決於冷卻風扇1000之運作環境，窗溫度或範圍可為＋/－5度、＋/－1度、＋/－15度或＋/－10度。例如，位於室外環境之電腦，如機庫或汽車修理店，可能會遭受到較為極端的溫度改變，因此該溫度的範圍可能比在辦公室中的電腦系統遭受之溫度範圍較大。
若測量的溫度在預定溫度窗內，可將總轉計數或總轉數量(Revtotal)增加1135設定的轉值。例式性地，此設定的轉值可為1轉。例式性地，此設定的轉值可為1000轉。在某些運作環境下，設定的轉值可基於發生在溫度監視期中的實際轉數。例如，若溫度係每十五分鐘監視一次，並且十五分鐘之中發生的實際轉數為150,000轉，則設定的轉值可為150,000轉。
在設定的轉數加至總轉計數或總轉數量(Revtotal)之後，Revtotal與冷卻風扇建議的旋轉壽命(例如Revlife)或冷卻風扇之里程碑旋轉目標相比。例如，若設定的轉數為15K，Revtotal為2,000,000轉，以及Revlife為2,000,200轉，則已經超過了冷卻風扇的建議壽命，因為目前的總轉數為2,015,000，其大於建議的旋轉壽命2,000,200轉。里程碑旋轉目標可為冷卻風扇100之壽命期間製造商或系統整合者認為重要的點之轉數值。例如，這可為比建議的旋轉壽命值少100K或建議的旋轉壽命值之50%、70%或90%。在這些運作環境下，一旦冷卻風扇1000到達界定的旋轉里程碑，會發生特定的動作。
若總轉計數或總轉數量，(Revtotal)，大於建議的壽命或里程碑目標，則產生1145訊息。在特定運作環境下，此訊息係傳送至電腦系統。在其他運作環境下，儲存訊息於冷卻風扇1000的非揮發性記憶體中。例式性地，當傳送訊息時，若Revtotal大於冷卻風扇的建議壽命，則可產生訊息並傳送至電腦系統1040以指示冷卻風扇1000超過其建議壽命且應馬上更換。於本發明之一實施例中，此亦導致冷卻風扇1000之關閉操作的啟動。
若Revtotal大於冷卻風扇的里程碑目標之一，則可產生訊息以辨別冷卻風扇1000已經例如超過其壽命之70%或離建議壽命之轉數差100,000轉，並且應預訂或採購新的冷卻風扇1000以使電腦系統之停工期或惡化最小化。可使用任何里程碑目標，包含冷卻風扇1000之建議的旋轉壽命之70%的里程碑目標。在某些運作環境下，產生的訊息係儲存於非揮發性記憶體中以供後續分析或在其他運作環境下可傳輸至外部系統(或運算裝置)。
在某些運作環境下，可建立里程碑目標在建議的旋轉壽命之70%以及90%。可設定系統以當冷卻風扇之總轉數(總轉計數)到達風扇之建議旋轉壽命的70%、風扇之建議旋轉壽命的90%以及風扇之建議旋轉壽命時產生訊息。於70%時，訊息可為指示冷卻風扇正接近壽命末期之訊息。於90%時，訊息可更急迫，並可告知系統操作者準備接受冷卻風扇1000的失效。於冷卻風扇之建議旋轉壽命時，系統1040可接收冷卻風扇1000已超過其壽命並應立即更換之訊息。
若總轉計數或總轉數量沒有大於建議旋轉壽命或里程碑旋轉目標之一，則持續監視溫度，如步驟1100。
第11圖描述若溫度在正常操作範圍外之運作環境。於本發明之一實施例中，若溫度不在預定窗或範圍內，則可改變1110加權因子。加權因子為可乘以轉數以補償溫度之增加之因子。換句話說，在攝氏30度以100,000轉運轉的風扇與在攝氏45度以80,000轉運轉的風扇遭受到相同的磨損，而加權因子補償此。較高的溫度導致風扇無法如在較低溫度操作般來的有效率。
於下列出範例加權因子表以及關聯之溫度表。於本發明之此實施例中，冷卻風扇之標準操作溫度為攝氏25度。該表描述當冷卻風扇之溫度增加時加權因子之增加。
於本發明之此實施例中，設定之轉數係成以溫度為基礎之加權因子以補償較高或較低操作溫度。如上述，設定之轉數可代表在監視期間發生之旋轉數量。例如，若加權因子為1.25以及設定的轉數為1,000，則加權之總旋轉為1,250轉。例式性地，若溫度為55℃，則加權因子為4.3並且加權之總旋轉為4,300。
加權之總旋轉係加總1125至總轉數(Revtotal)以產生溫度調整之總轉數。例如，若總轉數為1,000,000以及加權之總旋轉為500,000(等於加權因子5 x 100,000轉)，則新的總轉數為1,500,000，即便總風扇旋轉之實際數量為1,100,000。
新的總轉數，例如溫度調整之轉數與冷卻風扇建議壽命的轉數或里程碑旋轉目標相比1140。若溫度調整之轉數大於里程碑旋轉目標之一以及/或冷卻風扇1000之建議壽命的轉數，則電腦系統產生1145訊息以指示已超過里程碑旋轉目標或建議壽命的轉數。若溫度調整之轉數小於里程碑目標以及/或冷卻風扇之建議壽命的轉數，則在預定監視期之後再次監視冷卻風扇之溫度(步驟1100)。
在某些運作環境下，不計算加權因子直到溫度調整之轉數與冷卻風扇建議壽命的轉數或里程碑目標旋轉相比。此係由第11圖之參考符號1130圖示。於此範例中，用來乘以轉數之加權因子並非最新之測量的溫度；而為上次測量之溫度。這可用在加權反應冷卻風扇之過去的溫度值的情況，因為過去的溫度可能導致冷卻風扇1000之操作的惡化。於本發明之此實施例中，在判斷是否監視的溫度處於預定窗之中後不會立即根據監視的溫度改變加權。
下表描述第11圖之流程圖的三次增額。每一個監視期，如30分鐘，係由10,000轉代表(每30分鐘發生10K轉)。第一旋轉之溫度為25度，其係標準操作溫度。因此，溫度在第一預定溫度窗內。由於之前總轉數為零，目前的總轉數等於10,000。冷卻風扇之建議的旋轉壽命為1,000,000轉，所以沒有產生訊息。在接下來的一個監視期間，測量風扇的溫度為35度。此溫度已不在預定窗內，因為預定窗為範圍之外＋5度(若範圍為＋/－5度)。查詢加權因子表並且針對35度擷取因子1.5。設定的轉數，如10K，係乘上加權因子以產生加權轉數15K。15K轉加至先前之總轉數，導致新的總轉數25K。再次，新的轉數低於建議的壽命旋轉且沒有產生訊息。在接下來的一個監視期間，測量風扇的溫度為45度。因為此溫度在預定溫度範圍之外，查詢加權因子表並且針對45度擷取因子2.7。設定的轉數乘上加權因子以產生加權轉數27K。加權轉數加至新的總轉數，如25K，並且新的總轉數42K。這也沒有大於風扇之建議的壽命旋轉所以沒有訊息產生。重要地注意到雖然冷卻風扇實際僅發生30K的旋轉，卻替冷卻風扇紀錄溫度調整之42K旋轉以較正確的反應何時冷卻風扇會失效。
第12圖描述根據本發明之一實施例的用以分析冷卻風扇中的關注之操作點或測量點之流程圖。第14A與14B圖描述根據本發明之一實施例的範例冷卻風扇之關注的操作點。下表識別冷卻風扇之關注的操作點。
參考第12圖，監視1200冷卻風扇1000中關注的操作點(或測量點)。於本發明之一實施例中，微控制器1020，可接收對應關注的操作點之輸入。針對類比輸入，可藉由利用電阻器劃分電路中之高電阻值電阻器將類比信號劃分至安全程度以在微控制器1020接收類比輸入。於本發明之一實施例中，由微控制器1020接收類比信號並由微控制器1020內的類比/數位轉換器(ADC)轉換成數位信號。可週期性進行監視。例式性地，此監視可每1微秒、每秒或每30秒發生一次。
可捕獲在關注操作點或測量點之讀數並儲存1205於冷卻風扇的記憶體中。如第10圖所示，記憶體1042可為非揮發性記憶體，如快閃記憶體或EEPROM。於本發明之一實施例中，非揮發性記憶體可在微控制器1020之內。於本發明之一實施例中，非揮發性記憶體可在微控制器1020之外但仍在冷卻風扇1000之內。
於本發明之一實施例中，在關注操作點(測量點)捕獲之讀數可傳送1210至冷卻風扇1000之外部的接收器。如第10圖所示，冷卻風扇1000中之微控制器1020可使用已知的通訊協定經由介面1030傳送在關注之操作點的測量至電腦系統1040。
於本發明之一實施例中，在關注操作點或測量點捕獲之讀數可保留在冷卻風扇1000之非揮發性記憶體1042中一段時間。非揮發性記憶體1042夠大以容納一特定量之關注操作點或測量點之讀數。例如，若每一測量期中取得七個測量，如上表中所列之七個測量，則非揮發性記憶體1042夠大以儲存這七個測量之20次的重複。在其他運作環境下，非揮發性記憶體1042可紀錄冷卻風扇操作之最近一小時之在關注操作點或測量點捕獲之讀數。藉由儲存每一個測量點之捕獲之特定量之測量，非揮發性記憶體1042可作為查詢以判斷冷卻風扇1000中之失能原因之裝置，如飛機的黑盒子般。
於本發明之一實施例中，可自非揮發性記憶體週期性讀取或擷取1210在關注之操作點捕獲的讀數。於本發明之一實施例中，在測量點捕獲之讀數可傳送至外部裝置或電腦系統。在操作點或測量點捕獲之讀數可在每次測量儲存至非揮發性記憶體1042中時讀取或測量可在特定時間框讀取，如每30分鐘。可使用系統1040之通訊協定以及藉由使用介面1030來讀取測量。亦可藉由在冷卻風扇上產生外部裝置可用來讀取或擷取捕獲之讀數的個別輸入以讀取測量。外部裝置可使用序列通訊與冷卻風扇1000通訊。
分析1215在關注的操作點/測量點捕獲之讀數以幫助判斷冷卻風扇失能的原因。例式性地，若冷卻風扇1000失能，分析儲存、傳送或讀取之讀數以辨別可能造成失能之原因。例式性地，關注之操作點可包含風扇電流、風扇輸入電壓、速度讀數測量以及MOSFET閘極電壓。若風扇輸入電壓在正常程度以外，如正常電壓之＋45百分比，資料指示輸入電壓造成冷卻風扇之失能，並且提供風扇輸入電壓之裝置可能失效。
於本發明之一實施例中，在測量自冷卻風扇傳送或自冷卻風扇擷取之後，系統1040之操作者可檢視在關注之操作點之測量。於本發明之此實施例中，電腦系統可自動分析在關注之操作點之測量並產生錯誤訊息或辨別冷卻風扇失能之可能的原因之訊息。
第13圖描述根據本發明之一實施例之測量冷卻風扇中之關注點之方法以防止冷卻風扇失能。如上述有關第12圖之說明，監視1300諸如冷卻風扇輸入電壓、冷卻風扇電流、微控制器輸入電壓等之關注點。此方法能防止冷卻風扇失能，若從關注的操作點接收到無法令人接受之測量。
於本發明之一實施例中，關注點或測量點之捕獲的讀數可傳送1310至非揮發性RAM或揮發性RAM以作儲存。例如，輸入電流測量以及微控制器輸入電壓可傳送至非揮發性RAM以作儲存。
冷卻風扇1000可儲存於冷卻風扇關注點之測量的預定臨限值於非揮發性RAM 1024中。非揮發性RAM 1024可位在微控制器1020之內或微控制器1020之外。於關注點或測量點之捕獲的讀數與預定之臨限值相比1320以判斷是否捕獲的讀數超過或少於該預定的臨限值。例如，輸入至微控制器之電壓可具有4.6伏之低臨限值以及5.6伏之高臨限值。若測量的冷卻風扇之輸入電壓為5.9伏，則測量之輸入電壓超過預定的臨限值。
若於冷卻風扇關注點或測量點捕獲之讀數在預定臨限值之一以上，則開始1330冷卻風扇之關閉操作或變更操作。關閉操作可藉由使微控制器之輸入失能以關閉冷卻風扇之操作。冷卻風扇之變更操作可能導致自微控制器1020傳送至馬達1014之驅動信號的工作循環之增加或減少。
例式性地，可監視1)至冷卻風扇之輸入電壓、2)風扇速度、3)MOSFET驅動電壓以及4)至微控制器之輸入電壓。在某些運作環境下，判斷風扇速度大於風扇速度預定臨限值，如風扇旋轉過快。可透過微控制器1020開始一變更操作，以降低至馬達1014之驅動信號之工作循環。在某些運作環境下，至微控制器1020之輸入電壓可能過高或高過至微控制器1020之輸入電壓的預定臨限值。由於高微控制器輸入電壓可能會破壞微控制器1020，可能會開始關閉操作以關閉冷卻風扇1000之關閉操作。
若於冷卻風扇關注點或測量點之一捕獲之讀數高於預定臨限值，則可傳送1340錯誤訊息或訊息至電腦系統以指示發生錯誤環境、開始變更操作或關閉冷卻風扇1000。於某些情況中，此資訊可傳送至紀錄檔。於其他運作環境下，錯誤訊息或訊息可在目前執行之應用的圖形使用者介面中以對話方塊的方式顯現。
於第9至13圖中討論的方法可包含在一起。亦即，於第9圖之步驟920中，一讀數(工作循環值、DC電壓、電阻)之對應的風扇速度可與接收自速度感應器之風扇速度比較。若測量之風扇速度低於對應之風扇速度的預定分額時，除了降低驅動信號之工作循環(或其他值)之外，可產生錯誤訊息以確認風扇未正確運作。在某些運作環境下，此錯誤訊息可儲存於冷卻風扇的記憶體中。在其他運作環境下，可傳送錯誤訊息至耦合至冷卻風扇的電腦系統。
雖然上述說明參照本發明之特定實施例，了解到可作出許多變更而不背離本發明之精神。所附之申請專利範圍意圖涵蓋落入本發明之真實範疇與精神內的此種變更。因此目前揭露之實施例應在所有態樣中視為例式性而非限制性者，本發明之範疇由所附之申請專利範圍而非上述之說明所指出，故所有落入申請專利範圍之等效者的涵義與範圍內的改變皆意圖由其所包含。
100．．．冷卻風扇
110．．．冷卻模組
112．．．風扇
114．．．馬達
116．．．霍耳感應器
120．．．微控制器
122．．．溫度感應器
130．．．匯流排介面
132．．．匯流排線
140．．．系統
200．．．電子系統
210．．．電源
212．．．電力線
214．．．電力返回線
222．．．資料線
224．．．時脈線
230．．．連接器模組
242、244、246、248．．．冷卻風扇
312．．．線E1
314．．．線E2
322．．．線
324．．．時脈線
332．．．二極體D1與D2
334．．．齊納二極體D5
336．．．電阻器
338．．．
342．．．5V調壓器
380．．．定子
350,360．．．MOSFET驅動器
372、374、376、378．．．MOSFET
410．．．上波形組
420．．．下波形組
412,414,422,424．．．波形
430．．．上波形
440．．．下波形
500．．．風扇控制器使用者介面
510,520,530,540．．．冷卻風扇
570．．．風扇控制進入視窗
580．．．訊息框
610．．．進階功能螢幕
1000．．．冷卻風扇
1012．．．冷卻風扇
1014．．．馬達
1020．．．微控制器
1024．．．非揮發性RAM
1026．．．速度感應器
1030．．．介面
1040．．．電腦系統
1042．．．非揮發性記憶體
1044．．．溫度感應器
第1圖描述根據本發明之一實施例的冷卻風扇解決方案；第2圖描述根據本發明之一實施例實施複數個冷卻風扇之電子系統；第3A與3B圖描述根據本發明之一實施例的冷卻風扇之示意電路圖；第4A圖描述根據先前技術之電壓與電流波形；第4B圖描述根據本發明之一實施例之電壓波形與電流波形；第4C圖描述根據本發明之一實施例之微控制器之邏輯路徑之流程圖以維持冷卻風扇的速度；第5圖描述根據本發明之一實施例的風扇控制器使用者介面的範例螢幕；第6圖描述根據本發明之一實施例的風扇控制器使用者介面之進階功能的範例螢幕；第7圖描述根據本發明之一實施例的冷卻風扇之邏輯路徑的流程圖；第8圖描述根據本發明之一實施例之判斷使用冷卻風扇的電子系統之冷卻解決方案規格之流程圖；第9圖描述根據本發明之一實施例的類比電流限制功能之仿真的方法；。
第10圖描述根據本發明之一實施例之包含類比電流仿真功能之冷卻風扇；第11圖描述根據本發明之一實施例的使用加權因子來預測冷卻風扇的壽命之方法；第12圖描述根據本發明之一實施例的用以分析冷卻風扇中的關注之操作點或測量點之流程圖；第13圖描述根據本發明之一實施例之測量冷卻風扇中之關注點之方法以防止冷卻風扇失能；以及第14A與14B圖描述根據本發明之一實施例的範例冷卻風扇之關注的操作點。
100．．．冷卻風扇
110．．．冷卻模組
112．．．風扇
114．．．馬達
116．．．霍耳感應器
120．．．微控制器
130．．．匯流排介面
132．．．匯流排線
140．．．系統

Claims (33)

  1. 一種控制風扇組件之馬達速度的方法，包含：在微控制器接收工作循環值；以具有實質上相等於該接收的工作循環值之工作循環的馬達驅動信號操作該風扇組件的馬達；自速度感應器接收測量的風扇速度；根據該工作循環值判斷預期的風扇速度，其中該預期的風扇速度為當該馬達被該馬達驅動信號驅動時該馬達之預期速度；比較該測量的風扇速度與該預期的風扇速度；以及若該測量的風扇速度小於該預期的風扇速度之預定分額，則降低該馬達驅動信號之該工作循環。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中在該微控制器接收該測量的風扇速度。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中自查找表擷取該預期的風扇速度，該預期的風扇速度對應該查找表中的該工作循環值。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，進一步包含：等待預定的時間量；以及增加該馬達驅動信號之該工作循環至測試工作循環以判斷是否驅動該風扇組件之馬達係在希望的運作環境下運作。
  5. 如申請專利範圍第4項之方法，進一步包含：計算對應該測試工作循環之第二工作循環； 自該速度感應器接收第二測量的速度；自該查找表擷取對應該第二工作之第二預期的風扇速度；以及比較該第二測量的速度與該第二預期的風扇速度。
  6. 如申請專利範圍第5項之方法，進一步包含若該第二測量的速度不在該第二預期的風扇速度的範圍內則降低該馬達驅動信號之該工作循環。
  7. 如申請專利範圍第5項之方法，進一步包含若該第二測量的速度係在該第二預期的風扇速度的範圍內則增加該馬達驅動信號之該工作循環至全運作值。
  8. 如申請專利範圍第1項之方法，進一步包含若該測量的風扇速度小於該預測的風扇速度之第二預定分額則停止該馬達驅動信號之傳送。
  9. 如申請專利範圍第8項之方法，進一步包含等待預定的時間量以及在該預定的時間量之後傳送該馬達驅動信號。
  10. 一種操作冷卻風扇之方法，包含：監視該冷卻風扇之溫度；判斷是否該溫度在預定的溫度窗內；根據該冷卻風扇的該溫度，將第一轉數乘以加權因子以產生加權的轉數；以及將該加權的轉數加至總轉數以產生總加權轉數。
  11. 如申請專利範圍第10項之方法，進一步包含：判斷是否該總加權風扇轉數大於里程碑旋轉目標； 若該總加權風扇轉數大於該里程碑旋轉目標則產生訊息；以及傳送指示該總加權風扇轉數大於該里程碑旋轉目標之產生的訊息。
  12. 如申請專利範圍第10項之方法，進一步包含：判斷是否該總加權風扇轉數大於該冷卻風扇之建議旋轉壽命；若該總加權風扇轉數大於該冷卻風扇之該建議旋轉壽命則產生訊息；以及傳送指示該總加權風扇轉數已超過該冷卻風扇之該建議旋轉壽命之該訊息。
  13. 如申請專利範圍第10項之方法，其中係在該加權因子乘以該第一轉數之前根據該風扇組件之溫度計算該加權因子。
  14. 如申請專利範圍第10項之方法，其中係在該加權因子乘以該第一轉數之後根據該風扇組件之溫度判斷該加權因子。
  15. 一種操作冷卻風扇之方法，包含：監視冷卻風扇的溫度；判斷是否該溫度在預定的溫度窗內；根據該冷卻風扇的該溫度，將第一轉數乘以加權因子以產生加權的轉數；將該加權的轉數加至總轉數以產生總加權轉數；判斷是否該總加權風扇轉數大於里程碑旋轉目標；以 及若該總加權風扇轉數大於里程碑旋轉目標產生訊息。
  16. 一種監視冷卻風扇之操作的方法，包含：於該冷卻風扇的操作期間獲得複數個溫度測量；儲存該複數個溫度測量於記憶體中；儲存資訊於記憶體中，其指示於該冷卻風扇操作期間之時間周期上完成的該冷卻風扇之馬達的累積旋轉數；計算估計值，其根據該馬達之累積旋轉數及包括使用該溫度測量調整累積旋轉數之溫度測量指示該冷卻風扇的壽命；當該冷卻風扇壽命之估計值超過該冷卻風扇預定壽命時顯示一或多個訊息。
  17. 如申請專利範圍第16項之方法，更包含：傳輸儲存在該記憶體中的資訊至外部接收器。
  18. 如申請專利範圍第17項之方法，其中該傳輸係反應於藉該外部接收器擷取以施行。
  19. 如申請專利範圍第16項之方法，更包含根據該等溫度測量中之一些修改該冷卻風扇之操作。
  20. 如申請專利範圍第19項之方法，其中修改該冷卻風扇之操作係根據該等溫度測量中之該一些與對應的臨限值比較。
  21. 如申請專利範圍第16項之方法，更包含其於該等溫度測量關閉該冷卻風扇之操作。
  22. 如申請專利範圍第16項之方法，更包含藉於一 第二周期時間中完成的該馬達之旋轉數更新該馬達之旋轉數儲存在該憶體中。
  23. 如申請專利範圍第16項之方法，更包含藉於一第二周期時間中完成調整的該馬達之旋轉數更新該馬達之旋轉數儲存在該憶體中，其中該調整的該馬達之旋轉數係根據在該第二周期時間中完成的溫度測量。
  24. 一種冷卻風扇，包含：風扇單元，包含葉輪及操作地耦接至該葉輪的馬達；記憶體；以及控制器單元，操作地耦接至該風扇單元以操作該風扇單元，其中該控制器係配置以施行下列步驟：於該冷卻風扇的操作期間獲得複數個溫度測量；儲存該複數個溫度測量於記憶體中；儲存該馬達之旋轉數於該記憶體中；於該冷卻風扇之操作期間增加該馬達之旋轉數以致該馬達之旋轉數代表於該冷卻風扇操作期間的時間周期上完成的該馬達之旋轉總數；根據該馬達的旋轉數及該複數個溫度測量計算該冷卻風扇的估計壽命，其中該旋轉數係根據該複數個溫度測量調整；以及當該冷卻風扇之估計的壽命超過該冷卻風扇預定的壽命時，顯示一或多個訊息。
  25. 如申請專利範圍第24項之冷卻風扇，更包含一傳輸器，該控制器更配置以經由該傳輸器傳輸一或多個該 溫度測量至一外部接收器。
  26. 如申請專利範圍第24項之冷卻風扇，其中該控制器更配置以根據該等溫度測量之一些修改該冷卻風扇之操作。
  27. 如申請專利範圍第24項之冷卻風扇，其中該控制器更配置以根據將等溫度測量之一些與對應的臨限值比較傳輸一錯誤訊息。
  28. 如申請專利範圍第24項之冷卻風扇，進一步其中該控制器更配置以根據該等溫度測量之一些與對應的臨限值比較關閉該冷卻風扇之操作。
  29. 如申請專利範圍第24項之冷卻風扇，其中該控制器更配置以施行藉於一第二周期時間中完成的該馬達之旋轉數更新該馬達之旋轉數儲存在該憶體中之步驟。
  30. 如申請專利範圍第24項之冷卻風扇，其中該控制器更配置以施行藉於一第二周期時間中完成調整的該馬達之旋轉數更新該馬達之旋轉數儲存在該憶體中之步驟，其中該調整的該馬達之旋轉數係根據在該第二周期時間中完成的溫度測量。
  31. 如申請專利範圍第24項之冷卻風扇，其中該控制器更配置以施行顯示根據該等溫測量及該馬達之旋轉數決定的一或多個訊息之步驟。
  32. 如申請專利範圍第24項之冷卻風扇，其中該控制器為微控制器。
  33. 一種冷卻風扇，包含： 葉輪；耦接至該葉輪的馬達；溫度感測器；記憶體；以及操作地耦接至該馬達以操作該馬達的控制器，該控制器配置以：於該馬達操作期間接收溫度測量；儲存該等溫度測量於該記憶體；儲存該馬達之旋轉之數；更新該數以致該數為於該馬達操作期間完成之該馬達之累積的旋轉數；根據該馬達之累積的旋轉數及該等溫度測量計算該冷卻風扇的估計壽命，其中該累積的旋轉數係根據該等溫度測量調整；以及當該冷卻風扇之估計的壽命超過該冷卻風扇預定的壽命時，顯示一或多個訊息。
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