TWI410043B - 電腦風扇控制電路 - Google Patents

Description

電腦風扇控制電路

本發明係關於一種電腦風扇控制電路。

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之工作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，但都存在一個相同之缺陷，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，使主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。

鑒於上述內容，有必要提供一種電腦風扇控制電路，可選擇性地控制不同型號風扇之轉速。

一種電腦風扇控制電路，包括一積分電路、一運算放大器、 一電流控制器及一轉速計數器，該積分電路之輸入端接收由一輸入輸出控制晶片所發出之一第一脈衝寬度調變訊號，其輸出端接該運算放大器之反相輸入端，該運算放大器之同相輸入端透過一第一分壓電阻接地，其輸出端透過一第一限流電阻接該電流控制器之第一端，該電流控制器之第二端接一第一電源，其第三端接一風扇連接器之電源引腳並透過一第二分壓電阻與該運算放大器之反相輸入端相連，該風扇連接器之偵測引腳接該轉速計數器，該風扇連接器之控制引腳透過一第二限流電阻接收由該輸入輸出控制晶片所發出之一第二脈衝寬度調變訊號，該電腦風扇控制電路透過改變該第二脈衝寬度調變訊號之工作週期時該轉速計數器測得風扇轉速變化情形判斷風扇之類型，並根據風扇之類型發送該第一或第二脈衝寬度調變訊號來調整風扇之轉速。

一種電腦風扇控制電路，包括一主控制器、一輸入輸出控制晶片、一積分電阻、一積分電容、一運算放大器、一電流控制器及一轉速計數器，該積分電阻一端與所述輸入輸出控制晶片相連，其另一端接該運算放大器之反相輸入端且透過該積分電容接地，該運算放大器之同相輸入端透過一電阻接地，其輸出端透過一電阻連接到該電流控制器之第一端，該電流控制器之第二端接一電源，其第三端透過一第二分壓電阻與該運算放大器之同相輸入端相連，並連接一風扇連接器，所述風扇連接器連接一第一風扇及一第二風扇，所述轉速計數器與風扇連接器及主控制器相連，當所述主控制器控制所 述輸入輸出控制晶片向所述風扇連接器發出一100%工作週期的第一脈衝寬度調變訊號時，所述轉速計數器測量出該100%工作週期的第一脈衝寬度調變訊號所對應的第一風扇轉速，當所述主控制器控制所述輸入輸出控制晶片向所述風扇連接器發出一50%工作週期的第一脈衝寬度調變訊號時，所述轉速計數器測量出該50%工作週期的第一脈衝寬度調變訊號所對應的第二風扇轉速，所述主控制器對比第一風扇轉速與第二風扇轉速的大小，若第二風扇轉速為第一風扇轉速的一半，則主控制器調整所述第一脈衝寬度調變訊號並提供給所述第一風扇，以調整第一風扇的轉速；若第二風扇轉速與第一風扇轉速接近，則所述主控制器發出一第二脈衝寬度調變訊號給所述運算放大器，所述運算放大器控制所述電流控制器輸出一電壓信號，以調整所述第二風扇的轉速。

上述電腦風扇控制電路透過改變脈寬調變訊號之工作週期並對所測風扇轉速進行對比可以分辨風扇之類型，並根據分辨結果自動選擇合適之線路對風扇轉速進行控制，十分合理及便捷。

10‧‧‧風扇連接器

30‧‧‧BIOS晶片

40‧‧‧SIO晶片

U‧‧‧運算放大器

R1‧‧‧積分電阻

C1‧‧‧積分電容

C2、C3‧‧‧電容

Q1‧‧‧電流控制器

R6、R9‧‧‧上拉電阻

D1‧‧‧二極體

20‧‧‧轉速計數器

R2-R5、R7、R8、R10、R11‧‧‧電阻

圖1係本發明電腦風扇控制電路較佳實施方式之電路圖。

圖2係應用圖1電腦風扇控制電路之電腦風扇控制方法之流程圖。

參考圖1，本發明風扇控制電路之較佳實施方式包括一積分 電阻R1、一積分電容C1、一運算放大器U、一電流控制器Q1、一風扇連接器10、一轉速計數器20、一BIOS晶片30及一SIO晶片40，該BIOS晶片30一端接該SIO晶片40之第一端1，其另一端接該轉速計數器20之一端，該SIO晶片40之第二端2接該積分電阻R1之一端，其第三端3透過一電阻R8接該風扇連接器10之第四引腳4(控制引腳)；該積分電阻R1之一端接收一由該BIOS晶片30控制該SIO晶片40發出之第一脈衝寬度調變訊號PWM1，另一端與該運算放大器U之反相輸入端相連且透過該積分電容C1接地；該運算放大器U同相輸入端透過一電阻R2接地，其反相輸入端透過該積分電阻R1及一上拉電阻R6連接一5V電源，其輸出端透過一電阻R3接到該電流控制器Q1之第一端；該電流控制器Q1之第二端與一12V電源連接，其第一端與第二端之間連接一電阻R7，其第三端透過一電阻R4與該運算放大器U之同相輸入端連接，其第三端又透過一電容C2接地，該第三端還輸出一風扇控制訊號；該風扇連接器10之第一引腳1(接地引腳)接地，第二引腳2(電源引腳)連接該電流控制器Q1之第三端以接收該風扇控制訊號，第三引腳3(偵測引腳)透過一電阻R5連接於該風扇轉速計數器20，該第三引腳3(偵測引腳)連接一二極體D1之正極，該二極體D1之負極接該12V電源，該二極體D1又並聯一電阻R11，第四引腳4(控制引腳)透過該電阻R8接收由該BIOS晶片30控制該SIO晶片40發出之第二脈衝寬度調變訊號PWM2，並透過該電阻R8及一上拉電阻R9與該5V電源連接；該轉速計數器20還透過一電容C3接地，一電阻R10連接於該轉 速計數器20與地之間。該二極體D1產生分壓作用以保護電路。為了進一步節省成本，可將該電容C2、該電容C3及該電阻R7省略。

在本較佳實施方式中，該電流控制器Q1為一PNP電晶體，其第一、第二及第三端分別為基極、射極及集極；根據選擇之SIO晶片40型號之不同，在該第一脈衝寬度調變訊號PWM1、第二脈衝寬度調變訊號PWM2之輸入端透過該上拉電阻R6及上拉電阻R9連接了該5V電源來提高電壓准位，若選擇之SIO晶片40提高之脈衝寬度調變訊號已符合電壓要求，可以將該5V電源及該電阻R6、R9省略。

請繼續參考圖2，應用該電腦風扇控制電路控制電腦風扇之方法之較佳實施方式包括：步驟1，透過該轉速計數器20測量一風扇之轉速，並將測量結果發送到BIOS晶片30內進行記錄；步驟2，透過SIO晶片40改變傳輸到該風扇之第二脈衝寬度調變訊號PWM2之工作週期，使其降低一半；步驟3，透過該轉速計數器20測量該第二脈衝寬度調變訊號PWM2之工作週期改變後該風扇之轉速，並將測量結果發送到該BIOS晶片30；步驟4，該BIOS晶片30比較該第二脈衝寬度調變訊號PWM2改變前後風扇之轉速，由於4引腳風扇轉速由脈衝寬度調變訊號之工作週期控制，而3引腳風扇沒有此功能，是以若轉速對應該第二脈衝寬度調變訊號之工作週期降低一半則該風扇為4引腳風扇，若轉速未發生改變則該風扇為3引腳風扇；步驟5，若該風扇為4引腳風扇，則可透過該SIO晶片40控制 該第二脈衝寬度調變訊號PWM2之工作週期來控制該風扇之轉速；及步驟6，若該風扇為3引腳風扇，則透過該SIO晶片40控制該第一脈衝寬度調變訊號PWM1之工作週期來調整傳輸到風扇之電壓大小用以控制風扇轉速。

電腦開機後，該BIOS晶片30控制該SIO晶片40發送一個工作週期為100%之第二脈衝寬度調變訊號PWM2，提供給該風扇連接器10，此時該BIOS晶片30將該轉速計數器20測得之該風扇轉速資料存儲在一個寄存器中。

隨後，該BIOS晶片30控制該SIO晶片40發出一個工作週期為50%之第二脈衝寬度調變訊號PWM2，該BIOS晶片30會將此時之風扇轉速資料存儲到另一個寄存器中。由於在4引腳風扇上其第4引腳為脈衝寬度調變訊號控制引腳，所以該第二脈衝寬度調變訊號PWM2之工作週期變化之前後，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3引腳風扇，由於其不存在第四引腳，則根本無法接收到該第二脈衝寬度調變訊號PWM2，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。此時該BIOS晶片30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引腳風扇，若兩資料大致相同則判定此時連接之風扇類型為3引腳風扇。

一旦該BIOS晶片30判定所用風扇之類型為4引腳，即繼續發送該第二脈衝寬度調變訊號PWM2，該BIOS晶片30會控制該SIO晶片40維持該第一脈衝寬度調變訊號PWM1為不輸出狀態 。此時，隨著中央處理器溫度變化，該BIOS晶片30控制該SIO晶片40直接發送相對應之第二脈衝寬度調變訊號PWM2訊號給該風扇連接器10之第四引腳4(控制引腳)，自動改變該第二脈衝寬度調變訊號PWM2之工作週期，以此改變風扇之轉速，實現智慧風扇之功能。由於4引腳風扇內部已經集成脈衝寬度調變訊號控制線路，這裡不再贅述。

當判定該風扇為3引腳時，該BIOS晶片30控制該SIO晶片40發送第一脈衝寬度調變訊號PWM1。風扇轉速之變化與該電流控制器Q1之第三端電壓之變化成正比，並且該電流控制器Q1之第三端電壓之變化與該第一脈衝寬度調變訊號PWM1之工作週期變化成正比。即該第一脈衝寬度調變訊號PWM1之工作週期增加，透過該積分電阻R1及積分電容C1組成之RC積分電路將離散之數位訊號轉換之電壓連續之線性平滑之類比訊號亦增加，然後再透過該運算放大器U之反相輸入端輸入，該運算放大器U之輸出電壓減小，經限流電阻R3轉換為該電流控制器Q1基極之電流增加，又因為流過該電流控制器Q1第一端之電流與流過其第三端之電流成正比，從而使其第三端輸出之電壓增加，以此3引腳風扇之轉速增加，反之風扇之轉速減小，進而實現了智慧風扇之功能。

綜上所述，本發明確已符合發明專利的要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明的較佳實施方式，本發明的範圍並不以上述實施方式為限，舉凡熟悉本案技藝的人士爰依本發明的精神所作的等效修飾或變化，皆應涵蓋於以 下申請專利範圍內。

10‧‧‧風扇連接器

30‧‧‧BIOS晶片

40‧‧‧SIO晶片

U‧‧‧運算放大器

R1‧‧‧積分電阻

C1‧‧‧積分電容

C2、C3‧‧‧電容

Q1‧‧‧電流控制器

R6、R9‧‧‧上拉電阻

D1‧‧‧二極體

20‧‧‧轉速計數器

R2-R5、R7、R8、R10、R11‧‧‧電阻

Claims (10)

1. 一種電腦風扇控制電路，包括一積分電路、一運算放大器、一電流控制器及一轉速計數器，該積分電路之輸入端接收由一輸入輸出控制晶片所發出之一第一脈衝寬度調變訊號，其輸出端接該運算放大器之反相輸入端，該運算放大器之同相輸入端透過一第一分壓電阻接地，其輸出端透過一第一限流電阻接該電流控制器之第一端，該電流控制器之第二端接一第一電源，其第三端接一風扇連接器之電源引腳並透過一第二分壓電阻與該運算放大器之反相輸入端相連，該風扇連接器之偵測引腳接該轉速計數器，該風扇連接器之控制引腳透過一第二限流電阻接收由該輸入輸出控制晶片所發出之一第二脈衝寬度調變訊號，該電腦風扇控制電路透過改變該第二脈衝寬度調變訊號之工作週期時該轉速計數器測得風扇轉速變化情形判斷風扇之類型，並根據風扇之類型發送該第一或第二脈衝寬度調變訊號來調整風扇之轉速。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電腦風扇電路，其中該積分電路包括一積分電阻及一積分電容，該積分電阻之一端為該積分電路之輸入端，其另一端接該積分電容之一端，該積分電容之另一端接地，該積分電阻與積分電容之節點處為該積分電路之輸出端。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電腦風扇控制電路，其中該電流控制器為一PNP型電晶體，其第一端、第二端及第三端分 別對應基極、射極及集極。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電腦風扇控制電路，其中該積分電路之輸入端透過一上拉電阻連接一第二電源。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電腦風扇控制電路，其中該輸入輸出控制晶片與第二限流電阻之間之節點透過一上拉電阻連接一第二電源。
6. 如申請專利範圍第1項所述之電腦風扇控制電路，其中該轉速計數器還透過一電容接地。
7. 如申請專利範圍第1項所述之電腦風扇控制電路，其中該電流控制器之第一端與第二端之間還串接一電阻。
8. 一種電腦風扇控制電路，包括一主控制器、一輸入輸出控制晶片、一積分電阻、一積分電容、一運算放大器、一電流控制器及一轉速計數器，該積分電阻之一端與所述輸入輸出控制晶片相連，其另一端接該運算放大器之反相輸入端且透過該積分電容接地，該運算放大器之同相輸入端透過一第一分壓電阻接地，其輸出端透過一第一限流電阻連接到該電流控制器之第一端，該電流控制器之第二端接一第一電源，其第三端透過一第二分壓電阻與該運算放大器之同相輸入端相連，並連接一風扇連接器，所述風扇連接器連接一第一風扇及一第二風扇，所述轉速計數器與風扇連接器及主控制器相連，當所述主控制器控制所述輸入輸出控制晶片向所述風扇連接器發出一100%工作週期的第一脈衝寬度調變訊號時，所述轉速計數器測量出該100%工作週期的第一脈衝寬度調變訊號所對應的第一風扇轉速，當所述主控制器控制所述輸入輸出 控制晶片向所述風扇連接器發出一50%工作週期的第一脈衝寬度調變訊號時，所述轉速計數器測量出該50%工作週期的第一脈衝寬度調變訊號所對應的第二風扇轉速，所述主控制器對比第一風扇轉速與第二風扇轉速的大小，若第二風扇轉速為第一風扇轉速的一半，則主控制器調整所述第一脈衝寬度調變訊號並提供給所述第一風扇，以調整第一風扇的轉速；若第二風扇轉速與第一風扇轉速接近，則所述主控制器發出一第二脈衝寬度調變訊號給所述運算放大器，所述運算放大器控制所述電流控制器輸出一電壓信號，以調整所述第二風扇的轉速。
9. 如申請專利範圍第8項所述之電腦風扇控制電路，其中該電流控制器為一PNP型電晶體，其第一端、第二端、第三端分別對應基極、集極、射極。
10. 如申請專利範圍第8項所述之電腦風扇控制電路，其中該積分電阻之一端還透過一上拉電阻連接一第二電源，該電流控制器之第一端與第二端之間還串接一電阻。