TWI402644B - 溫度增益控制裝置及其方法 - Google Patents

Description

溫度增益控制裝置及其方法

本發明為有關於一種控制裝置及其方法，特別是指一種利用加熱器，用以對電子元件的工作環境溫度進行溫度控制的溫度增益控制裝置及其方法。

近年來，隨著電子設備的普及，許多電子設備已被應用於各種惡劣的溫度工作環境下進行運作，然而，由於其工作環境惡劣，所以故障及異常運作的情形亦屢見不鮮。因此，如何使電子設備適應惡劣的溫度工作環境，並且能夠使其正常運作便成為各家廠商亟欲解決的問題之一。

一般而言，惡劣的溫度工作環境分為過熱及過冷兩種。其中，由於電子元件運作時本身會發熱，因此若在過熱的工作環境下，其電子元件的壽命將會大幅縮短，故障率也會居高不下。目前已經有許多方案能夠有效解決過熱的問題，例如：氣冷散熱、水冷散熱......等等。然而在過冷的工作環境下，電子元件運作時本身的發熱不足以維持所需的工作環境溫度時，將使電子元件無法正常運作，舉例來說，液態軸承硬碟在過低的工作環境溫度時，其液態軸承中的油膜可能無法維持在液體形態，如此將造成無法發揮其特性，甚至使液態軸承硬碟損毀。

有鑑於此，便有廠商提出以電路佈局的方式，將發熱元件集中在需要維持一定工作環境溫度的電子元件周圍，甚至額外增加加熱裝置對電子元件進行加熱。不過，上述電路佈局的方式，其提升工作環境溫度有限，具有許多不確定性；而額外增加加熱裝置的方式則造成電子設備的成本提升，甚至電路佈局上的困擾，故皆無法有效解決在工作環境溫度過低時，電子元件無法正常運作的問題。

綜上所述，可知先前技術中長期以來一直存在當工作環境溫度過低時，電子元件無法正常運作之問題，因此實有必要提出改進的技術手段，來解決此一問題。

有鑒於先前技術存在的問題，本發明遂揭露一種溫度增益控制裝置及其方法。

本發明所揭露之溫度增益控制裝置，應用於具有電子元件的設備中，包含：感應模組、BIOS模組、加熱模組及加熱器。其中，感應模組用以持續感應設備中的工作環境溫度，並將此工作環境溫度與預先設置的第一溫度參數進行比對，且根據比對結果產生控制訊號；BIOS模組用以允許設定並儲存第二溫度參數，並持續將所述工作環境溫度偏移一個間隔數值後，將偏移後的工作環境溫度與第二溫度參數進行比對，且根據比對結果選擇控制模式以驅動控制晶片產生相應的PWM訊號；加熱模組用以根據控制訊號產生輸出功率，且於PWM訊號產生後，同時搭配控制訊號及PWM訊號調整輸出功率；加熱器設置於電子元件周圍，用以接收所述輸出功率，並且根據此輸出功率對電子元件進行加熱。

承上所述，其中工作環境溫度與第一溫度參數可透過比較器進行比對，此比較器於工作環境溫度與第一溫度參數相同時產生控制訊號；第二控制訊號可透過基本輸入/輸出系統(Basic Input/Output System,BIOS)所設定，且於設定後儲存於揮發性記憶體中；控制模式包含溫度範圍，且每一溫度範圍對應有相應的PWM訊號；間隔數值為使工作環境溫度維持在正溫度的數值；控制晶片為Super I/O晶片；加熱器可分別為軟板電熱片。另外，感應模組至少包含溫度參數儲存器、溫度感應器及比較器；BIOS模組至少包含記憶體單元、BIOS單元及控制晶片；加熱模組至少包含溫度控制開關、PWM控制開關及功率控制開關。

至於本發明之溫度增益控制方法，應用於具有電子元件及加熱器的裝置中，其步驟包括：持續感應設備中的工作環境溫度，並將此工作環境溫度與預先設置的第一溫度參數進行比對，且根據比對結果產生控制訊號；允許設定並儲存第二溫度參數，並持續將所述工作環境溫度偏移一個間隔數值後，將偏移後的工作環境溫度與第二溫度參數進行比對，且根據比對結果選擇控制模式以驅動控制晶片產生相應的PWM訊號；根據控制訊號產生輸出功率，且於PWM訊號產生後，同時搭配控制訊號及PWM訊號調整輸出功率；加熱器設置於電子元件周圍，用以接收此輸出功率，並且根據此輸出功率對電子元件進行加熱。

本發明所揭露之裝置與方法如上，與先前技術之間的差異在於本發明是透過感應工作環境溫度，並且根據此工作環境溫度產生控制訊號及PWM訊號，用以動態控制設置於電子元件周圍的加熱器進行加熱。

透過上述的技術手段，本發明可以在工作環境溫度過低時，達到提高電子元件的穩定性之技術功效。

以下將配合圖式及實施例來詳細說明本發明之實施方式，藉此對本發明如何應用技術手段來解決技術問題並達成技術功效的實現過程能充分理解並據以實施。

在說明本發明所揭露之溫度增益控制裝置及其方法之前，先對本發明的應用環境進行說明，本發明是應用在具有多個電子元件的設備中，用以維持這些電子元件的工作環境溫度，使這些電子元件不會因為工作環境溫度過低而產生工作異常的情況。在實際實施上，是以加熱器搭配具有電子元件的設備(即電子設備)中的風扇控制機制作為控制加熱的依據。

接著，對本發明所自行定義的名詞作說明，本發明所提及的第一溫度參數是指電子設備出廠前所預先設定的一個溫度參考基準點，此第一溫度參數可預先儲存於非揮發性記憶體中，如：Flash、EPROM、EEPROM......等等。在實際實施上，此第一溫度參數是作為電子設備啟動前(已通電狀態)，確保工作環境溫度能夠在適當範圍的依據。舉例來說，假設此第一溫度參數設定為“0度；20度”，當溫度感應器感應到工作環境溫度等於或低於“0度”時，將控制加熱器進行加熱以便提高工作環境溫度；而在工作環境溫度大於“20度”時則控制加熱器停止加熱，用以使電子設備中的電子元件能夠在適當的工作環境溫度下正常運作。另外，所述第二溫度參數則是透過基本輸入/輸出系統(Basic Input/Output System,BIOS)的操作界面所設定的參數值。用以作為電子設備運作時，確保工作環境溫度在適當範圍的依據。此第二溫度參數與第一溫度參數的差異在於，第一溫度參數是應用在電子設備啟動前及啟動後，而第二溫度參數是應用在電子設備啟動後，且第一溫度參數在電子設備出廠前即預先設置完成，第二溫度參數則可由使用者自行透過BIOS所設定。

以下配合圖式對本發明溫度增益控制裝置及其方法作進一步說明，首先，先針對本發明溫度增益控制裝置作說明，請參閱「第1圖」，「第1圖」為本發明溫度增益控制裝置之方塊圖，包含：感應模組110、BIOS模組120、加熱模組130及加熱器140。其中，感應模組110用以持續感應設備中的工作環境溫度，並將所感應到的工作環境溫度與預先設置的第一溫度參數進行比對，且根據比對結果產生控制訊號。在實際實施上，感應模組110可使用溫度感應器(Temperature Sensor)，例如：熱敏電阻、溫度感測IC(AD 590)......等等，用以獲得工作環境溫度，由於透過溫度感應器感應工作環境溫度為習知技術，故在此將不再多作贅述。接著，感應模組110感應到工作環境溫度後，即可透過比較器來比對此工作環境溫度與第一溫度參數，並且在工作環境溫度位於第一溫度參數的範圍外時產生控制訊號，如：ON。或是工作環境溫度位於第一溫度參數的範圍內時產生控制訊號，如：OFF。

BIOS模組120用以允許使用者設定並儲存第二溫度參數，並持續將感應模組110所感應到的工作環境溫度偏移一個間隔數值後，再將偏移後的工作環境溫度與此第二溫度參數進行比對，且根據比對結果選擇控制模式以驅動控制晶片產生相應的脈波寬度調變(Pulse Width Modulation,PWM)訊號，由於此PWM訊號為習知技術，故在此不再多作贅述。在實際實施上，使用者是透過BIOS的操作界面來設定第二溫度參數，所述BIOS儲存於非揮發性記憶體，例如：flash、EPROM、EEPROM......等等，而第二溫度參數則儲存於揮發性記憶體，如：CMOS RAM之中。另外，所述控制模式為第二溫度參數與不同的PWM訊號之對應，舉例來說，控制模式可包含一個以上的情況，第一個情況為：「第二溫度參數在“10度”時，產生PWM訊號為“40%”(PWM Duty Cycle)」、「第二溫度參數在“30度”時，產生PWM訊號為“20%”」......等等。特別要說明的是，本發明並未以上述舉例限定在控制模式中，其第二溫度參數與所產生的PWM訊號之對應關係。

承上所述，當BIOS模組120根據比對結果選擇控制模式後，將驅動控制晶片產生相應的PWM訊號，所述控制晶片為具有PWM訊號控制機制的「Super I/O晶片」，如：編號為「W83627EHF」的晶片。由於此控制晶片為習知技術，故在此不再多作說明。特別要說明的是，本發明可應用此習知控制晶片的「Smart Fan Control」來控制加熱器，不過此「Smart Fan Control」無法支援“0度以下”的工作環境溫度，因此，BIOS模組120會將感應模組110所感應到的工作環境溫度偏移(Offset)一個間隔數值(例如：數值“128”)，使工作環境溫度維持在正溫度(例如：“0度”或“0度”以上)後，再應用於「Smart Fan Control」中。舉例來說，假設感應模組110能夠感應的工作環境溫度之範圍為“-128度”至“127度”，其對應的定址為「8位元的二進制碼(8-bit binary codes)」，範圍為“1000,0000”至“0111,1111”。由於「Smart Fan Control」中無法正確處理負數的二進制碼，因此，BIOS模組120可將“1000,0000”進行偏移成為“0000,0000”、將“1000,0001”進行偏移成為“0000,0001”、並以此類推將“0111,1111”進行偏移成為“1111,1111”。換句話說，便是將具有代表負數的二進制碼轉換成僅代表正數的二進制碼(例如：定址為“-128~127”轉為“0~255”)。

如此一來，所述控制晶片的「Smart Fan Control」即可以此產生相應的PWM訊號。舉例來說，假設工作環境溫度為“-128度”，經由上述偏移處理後可得到二進制碼為“0000,0000”，接下來，以公式計算所產生的PWM訊號，其公式可為「此8位元的二進制碼/255*100%」且進行反相後的數值，以此例而言，工作環境溫度為“-128度”，經由偏移處理後其十進制的值為“0”，接著帶入上述公式計算後得到數值為“0%”(即：「0/255*100%=0%」)，再將此數值“0%”反相後即可得到PWM訊號為“100%”。特別要說明的是，本發明並未以上述公式限定PWM訊號的計算方式。

加熱模組130用以根據控制訊號產生輸出功率，且於PWM訊號產生後，同時搭配感應模組110所產生的控制訊號，以及BIOS模組120所產生的PWM訊號來調整輸出功率。在實際實施上，假設僅產生控制訊號，則加熱模組130將根據此控制訊號產生相應的輸出功率，例如：控制訊號為“OFF”產生“0%”的輸出功率；控制訊號為“ON”則產生“100%”的輸出功率。接著，當BIOS模組120產生PWM訊號後，假設控制訊號為“ON”、PWM訊號為“100%”，加熱模組130將同時搭配控制訊號及PWM訊號以調整其輸出功率，如：將輸出功率調整為“100%”；假設控制訊號為“ON”、PWM訊號為“50%”，加熱模組130則會調整為“50%”的輸出功率......並以此類推。特別要說明的是，假設控制訊號為“OFF”，則PWM訊號無論是否為“0%”，加熱模組130將因此調整為最小的輸出功率(例如：“0%”)或關閉加熱器140，如此一來，即便BIOS模組120發生異常而產生異常的PWM訊號，也不至於使加熱器140持續加熱而對電子元件100造成不良影響。

加熱器140設置於電子元件100周圍，用以接收加熱模組130所產生的輸出功率，並且根據此輸出功率對電子元件100進行加熱。所述加熱器可為軟板電熱片，此軟板電熱片設置於電子設備中的電子元件100之周圍，用以提高電子元件100的工作環境溫度。由於此加熱器140為習知技術，故在此將不再多作贅述。特別要說明的是，本發明並未以此限定加熱器140的數量與種類。

如「第2圖」所示，「第2圖」為本發明溫度增益控制方法之方法流程圖，其步驟包括：持續感應設備中的工作環境溫度，並將此工作環境溫度與預先設置的第一溫度參數進行比對，且根據比對結果產生控制訊號(步驟210)；允許設定並儲存第二溫度參數，並持續將其工作環境溫度偏移一個間隔數值後，將偏移後的此工作環境溫度與第二溫度參數進行比對，且根據比對結果選擇控制模式以驅動控制晶片產生相應的PWM訊號(步驟220)；根據控制訊號產生輸出功率，且於PWM訊號產生後，同時搭配此控制訊號及PWM訊號調整其輸出功率(步驟230)；加熱器設置於電子元件100周圍，用以接收輸出功率，並且根據此輸出功率對電子元件100進行加熱(步驟240)。透過上述步驟，即可透過感應工作環境溫度，並且根據此工作環境溫度產生控制訊號及PWM訊號，用以動態控制設置於電子元件100周圍的加熱器進行加熱。

以下配合「第3圖」至「第5圖」以實施例的方式進行如下說明，請先參閱「第3圖」，「第3圖」為本發明的感應模組之示意圖，其感應模組110包含：溫度參數儲存器111、溫度感應器112及比較器113。特別要說明的是，本發明並未以此限定感應模組110僅透過比較器113來產生控制訊號，以及感應模組110所包含的電子元件100數量及類型。

當電子設備僅通電且未運作或是正常運作時，溫度感應器112皆可用以持續感應工作環境溫度，比較器113會將此工作環境溫度與溫度參數儲存器111內所預先儲存的第一溫度參數進行比對，使感應模組110根據其比對結果產生控制訊號。假設第一溫度參數設定為“0度；20度”，其代表當工作環境溫度在“0度”以下時產生控制訊號，如：ON；當工作環境溫度在“20度”以上時則產生控制訊號，如：OFF。

接著，加熱模組130在接收到控制訊號為“ON”時，將產生輸出功率以啟動加熱器140進行加熱。在加熱過程中，溫度感應器112所感應到的工作環境溫度將持續升高，並且在升高至“20度”時，感應模組110產生控制訊號“OFF”，此時加熱模組130將降低產生的輸出功率，甚至所產生的輸出功率為“0”，用以使加熱器140降低加熱溫度，甚至直接停止加熱。

接下來，請參閱「第4圖」，「第4圖」為本發明BIOS模組之示意圖。BIOS模組120包含：記憶體單元121、BIOS單元122及控制晶片123。所述記憶體單元121用以儲存第二溫度參數，其可為揮發性記憶體，如：「CMOS RAM」。在實際實施上，記憶體單元121除了儲存第二溫度參數之外，亦同時儲存BIOS相關的其他設定參數。

BIOS單元122用以儲存電子設備的BIOS，並且提供操作界面供使用者進行相關設定，如：第二溫度參數。由於所述BIOS為習知技術，故習知部分在此將不再多作贅述，而僅就差異處進行說明。本發明在此BIOS中新增偏移計算，用以將溫度感應器112所感應到的二進制溫度值進行偏移計算，並且將計算得出的數值進行反相處理，以便適用於控制晶片123的「Smart Fan Control」，用以使控制晶片123產生合適的PWM訊號，進而讓加熱模組130根據此PWM訊號來控制加熱器140。在實際實施上，控制晶片123可選用編號為「W83627EHF」的「Super I/O晶片」，溫度感應器112可與此控制晶片123的「AUXTIN」腳位、「CPUTIN」腳位及「SYSTIN」腳位(例如：“pin 102”、“pin 103”及“pin 104”)其中之一電性連接；而加熱模組130則可與此控制晶片123的「AUXFANOUT」腳位、「CPUFANOUT0,1」腳位及「SYSFANOUT」腳位(例如：“pin 7”、“pin 115；pin 120”及“pin 116”)其中之一電性連接。換句話說，在實際實施上，溫度感應器112與加熱器140最多可同時連接三組，以同時連接三組為例，控制晶片123可根據三組溫度感應器112所感應到的三組工作環境溫度，同樣使用前述之方式用以分別產生相應的三組PWM訊號，以便透過各組PWM訊號來分別控制相應的加熱器140。

如「第5圖」所示意，「第5圖」為本發明加熱模組之示意圖。在實際實施上，加熱模組130可包含：溫度控制開關131、PWM控制開關132及功率控制器133。加熱模組130透過溫度控制開關131接收感應模組110所傳送的控制訊號、透過PWM控制開關132接收BIOS模組120所傳送的PWM訊號，以及透過功率控制器133根據其控制訊號產生輸出功率，且於PWM訊號產生後，同時搭配控制訊號及PWM訊號調整其輸出功率，以使加熱器140在PWM訊號產生前根據所產生的輸出功率進行加熱，或在PWM訊號產生後根據調整後的輸出功率進行加熱。特別要說明的是，雖然應用本發明的加熱器140會根據所述控制訊號與PWM訊號進行加熱或停止加熱，然而，其控制訊號與PWM訊號主要的差異在於控制訊號的電壓可調變，而PWM訊號則是定電壓。

綜上所述，可知本發明與先前技術之間的差異在於透過感應工作環境溫度，並且根據此工作環境溫度產生控制訊號及PWM訊號，用以動態控制設置於電子元件100周圍的加熱器進行加熱，藉由此一技術手段可以解決先前技術所存在的問題，進而在工作環境溫度過低時，達成提高電子元件100的穩定性之技術功效。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．電子元件

110．．．感應模組

111．．．溫度參數儲存器

112．．．溫度感應器

113．．．比較器

120．．．BIOS模組

121．．．記憶體單元

122．．．BIOS單元

123．．．控制晶片

130．．．加熱模組

131．．．溫度控制開關

132．．．PWM控制開關

133．．．功率控制器

140．．．加熱器

步驟210持續感應設備中的一工作環境溫度，並將該工作環境溫度與預先設置的一第一溫度參數進行比對，且根據比對結果產生一控制訊號

步驟220允許設定並儲存一第二溫度參數，並持續將該工作環境溫度偏移一間隔數值後，將偏移後的該工作環境溫度與該第二溫度參數進行比對，且根據比對結果選擇一控制模式以驅動一控制晶片產生相應的一PWM訊號

步驟230根據該控制訊號產生一輸出功率，且於該PWM訊號產生後，同時搭配該控制訊號及該PWM訊號調整該輸出功率

步驟240該些加熱器設置於該些電子元件周圍，用以接收該輸出功率，並且根據該輸出功率對該些電子元件進行加熱

第1圖為本發明溫度增益控制裝置之方塊圖。

第2圖為本發明溫度增益控制方法之方法流程圖。

第3圖為本發明的感應模組之示意圖。

第4圖為本發明的BIOS模組之示意圖。

第5圖為本發明的加熱模組之示意圖。

100．．．電子元件

110．．．感應模組

120．．．BIOS模組

130．．．加熱模組

140．．．加熱器

Claims (17)

1. 一種溫度增益控制裝置，應用於具有多個電子元件的設備中，包含：一感應模組，用以持續感應設備中的一工作環境溫度，並將該工作環境溫度與預先設置的一第一溫度參數進行比對，且根據比對結果產生一控制訊號；一BIOS模組，用以允許設定並儲存一第二溫度參數，並持續將該工作環境溫度偏移一間隔數值後，將偏移後的該工作環境溫度與該第二溫度參數進行比對，且根據比對結果選擇一控制模式以驅動一控制晶片產生相應的一PWM訊號；一加熱模組，用以根據該控制訊號產生一輸出功率，且於該PWM訊號產生後，同時搭配該控制訊號及該PWM訊號調整該輸出功率；及至少一加熱器，設置於該些電子元件周圍，用以接收該輸出功率，並且根據該輸出功率對該些電子元件進行加熱。
2. 如申請專利範圍第1項所述之溫度增益控制裝置，其中該工作環境溫度與該第一溫度參數係透過一比較器進行比對，該比較器於該工作環境溫度與該第一溫度參數相同時產生該控制訊號。
3. 如申請專利範圍第1項所述之溫度增益控制裝置，其中該第二溫度參數係透過基本輸入/輸出系統(BIOS)所設定，且於設定後儲存於揮發性記憶體中。
4. 如申請專利範圍第1項所述之溫度增益控制裝置，其中該控制模式包含至少一溫度範圍，且每一溫度範圍對應有相應的該PWM訊號。
5. 如申請專利範圍第1項所述之溫度增益控制裝置，其中該間隔數值為使該工作環境溫度維持在正溫度的數值。
6. 如申請專利範圍第1項所述之溫度增益控制裝置，其中該控制晶片為Super I/O晶片。
7. 如申請專利範圍第1項所述之溫度增益控制裝置，其中該些加熱器分別為一軟板電熱片。
8. 如申請專利範圍第1項所述之溫度增益控制裝置，其中該感應模組至少包含溫度參數儲存器、溫度感應器及比較器。
9. 如申請專利範圍第1項所述之溫度增益控制裝置，其中該BIOS模組至少包含記憶體單元、BIOS單元及控制晶片。
10. 如申請專利範圍第1項所述之溫度增益控制裝置，其中該加熱模組至少包含溫度控制開關、PWM控制開關及功率控制開關。
11. 一種溫度增益控制方法，應用於具有多個電子元件及至少一加熱器的裝置中，該方法包括：持續感應設備中的一工作環境溫度，並將該工作環境溫度與預先設置的一第一溫度參數進行比對，且根據比對結果產生一控制訊號；允許設定並儲存一第二溫度參數，並持續將該工作環境溫度偏移一間隔數值後，將偏移後的該工作環境溫度與該第二溫度參數進行比對，且根據比對結果選擇一控制模式以驅動一控制晶片產生相應的一PWM訊號；根據該控制訊號產生一輸出功率，且於該PWM訊號產生後，同時搭配該控制訊號及該PWM訊號調整該輸出功率；及該些加熱器設置於該些電子元件周圍，用以接收該輸出功率，並且根據該輸出功率對該些電子元件進行加熱。
12. 如申請專利範圍第11項所述之溫度增益控制方法，其中該工作環境溫度與該第一溫度參數係透過一比較器進行比對，該比較器於該工作環境溫度與該第一溫度參數相同時產生該控制訊號。
13. 如申請專利範圍第11項所述之溫度增益控制方法，其中該第二溫度參數係透過基本輸入/輸出系統(BIOS)所設定，且於設定後儲存於揮發性記憶體中。
14. 如申請專利範圍第11項所述之溫度增益控制方法，其中該控制模式包含至少一溫度範圍，且每一溫度範圍對應有相應的該PWM訊號。
15. 如申請專利範圍第11項所述之溫度增益控制方法，其中該間隔數值為使該工作環境溫度維持在正溫度的數值。
16. 如申請專利範圍第11項所述之溫度增益控制方法，其中該控制晶片為Super I/O晶片。
17. 如申請專利範圍第11項所述之溫度增益控制方法，其中該加熱器為一軟板電熱片。