TWI446149B - 風扇轉速控制裝置 - Google Patents

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    • F04D27/004—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids by varying driving speed
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Description

風扇轉速控制裝置
本發明涉及一種風扇轉速控制裝置。
目前，由脈衝寬度調製(pulse width modulation,PWM)電源驅動的風扇廣泛應用於各種電子裝置中，為電子裝置散熱。為提高散熱效率，大多數的電子裝置具有轉速控制功能，以在電子裝置的溫度較低時調低脈衝寬度以調製電源輸出的脈衝的占空比從而降低供給風扇的功率，降低風扇的轉速，而在電子裝置的溫度較高時調高脈衝寬度以調製電源輸出的脈衝的占空比從而提高供給風扇的功率，提高風扇的轉速。然而，先前電子裝置中，轉速控制功能的實現一般都需佔用電子裝置的中央處理器的資源，例如，需電子裝置的中央處理器以中斷或定期讀取(polling)的方式讀取電子裝置的溫度並發出對應的控制訊號。如此，當電子裝置的中央處理器被電子裝置的其他進程佔用或者處於鎖死(deadlock)狀態時，風扇轉速控制功能不穩定。
有鑒於此，有必要提供一種轉速控制功能穩定的轉速控制裝置。
一種風扇轉速控制裝置，用於控制一個風扇的轉速，該風扇用於為一個電子裝置散熱。該風扇轉速控制裝置包括一個脈衝產生器、一個多工器、一個溫度採集器及一個脈衝選擇器。該脈衝產生 器用於產生複數脈衝序列，該複數脈衝序列的占空比不同，分別用於驅動該風扇為不同溫度的該電子裝置散熱。該多工器包括複數多工輸入端、複數選擇端及一個多工輸出端。該複數多工輸入端分別接入該複數脈衝序列。該溫度採集器用於採集該電子裝置的當前溫度並產生一個溫度訊號。該脈衝選擇器用於根據該溫度訊號產生一個選擇訊號，並輸入該複數選擇端以使該多工器選擇一個該多工輸入端輸入的且與該電子裝置的當前溫度對應的一個脈衝序列，並通過該多工輸出端輸出給該風扇。
如此，該風扇轉速控制裝置可以依據該電子裝置的當前溫度選擇具有合適占空比的脈衝序列為該風扇提供合適的功率，而不需經過該電子裝置的中央處理器實現對該風扇的轉速控制，功能穩定。
10‧‧‧風扇轉速控制裝置
100‧‧‧脈衝產生器
102‧‧‧時鐘發生器
104‧‧‧JK觸發器
106‧‧‧與門電路
108‧‧‧或門電路
110,110(1),110(2),110(3),110(4)‧‧‧脈衝輸出端
112‧‧‧J輸入端
114‧‧‧時鐘輸入端
116‧‧‧K輸入端
118,118(1),118(2)‧‧‧Q輸出端
120‧‧‧及閘輸入端
122,122(1),122(2),122(3),122(4)‧‧‧及閘輸出端
124‧‧‧或閘輸入端
126,126(1),126(2),126(3)‧‧‧或閘輸出端
200‧‧‧多工器
202‧‧‧多工輸入端
204‧‧‧選擇端
206‧‧‧多工輸出端
300‧‧‧溫度採集器
302‧‧‧熱敏電阻
400‧‧‧脈衝選擇器
402(1),402(2)‧‧‧選擇輸出端
500‧‧‧模數轉換器
502‧‧‧模數輸入端
504‧‧‧電源
506‧‧‧電阻
508‧‧‧電阻組
510‧‧‧比較器
512,512(1),512(2),512(3)‧‧‧模數輸出端
514‧‧‧反相輸入端
516‧‧‧正相輸入端
518‧‧‧比較輸出端
20‧‧‧風扇
30‧‧‧電子裝置
圖1為本發明較佳實施方式的風扇轉速控制裝置的方框示意圖。
圖2為圖1的風扇轉速控制裝置的脈衝產生器的電路示意圖。
圖3為圖2的脈衝產生器的工作時序示意圖。
圖4為圖1的風扇轉速控制裝置的溫度採集器及模數轉換器的電路示意圖。
圖5為圖1的風扇轉速控制裝置的脈衝選擇器的電路示意圖。
請參閱圖1，本發明較佳實施方式的風扇轉速控制裝置10，用於控制一個風扇20的轉速。該風扇20用於為一個電子裝置30散熱。該風扇轉速控制裝置10包括一個脈衝產生器100、一個多工器200 、一個溫度採集器300及一個脈衝選擇器400。該脈衝產生器100用於產生複數脈衝序列，該複數脈衝序列的占空比不同，分別適用於驅動該風扇20為不同溫度的該電子裝置30散熱。該多工器200包括複數多工輸入端202、複數選擇端204及一個多工輸出端206。該複數多工輸入端202分別接入該複數脈衝序列。該溫度採集器300用於採集該電子裝置30的當前溫度並產生一個溫度訊號。該脈衝選擇器400用於根據該溫度訊號產生一個選擇訊號，並輸入該複數選擇端204以使該多工器200選擇一個該多工輸入端202輸入的且與該電子裝置30的當前溫度對應的一個脈衝序列，並通過該多工輸出端206輸出給該風扇20。
如此，該風扇轉速控制裝置10可以依據該電子裝置30的當前溫度選擇具有合適占空比的脈衝序列為該風扇20提供合適的功率，而不需經過該電子裝置30的中央處理器(圖未示)實現對該風扇20的轉速控制，功能穩定。
具體地，該電子裝置30可以為電腦、遊戲機或影音播放器等。該電子裝置30可以包括有兩個或兩個以上的該風扇20，該風扇轉速控制裝置10可以同時控制該複數風扇20。
請一併參閱圖2，該脈衝發生器100包括一個時鐘發生器102(clock,CLK)、n個JK觸發器104、N個與門電路106、K個或門電路108及N個依次排列脈衝輸出端110，其中，n,N及K為正整數且N=2 n =K+1。本實施方式中，N=4，n=2，K=3。該時鐘發生器102用於產生一個時鐘脈衝序列。每個JK觸發器102包括一個J輸入端112(即圖中的1J)、一個時鐘輸入端 114(即圖中的C1)、一個K輸入端116(即圖中的1K)及一個Q輸出端118。該n個時鐘輸入端114接入該時鐘脈衝序列。該n個JK觸發器102依次排列，後一個JK觸發器102的J輸入端112及K輸入端116接入前一個JK觸發器102的Q輸出端118。每個與門電路106包括n個分別與該n個Q輸出端118連接的及閘輸入端120及一個及閘輸出端122。該N個與門電路106依次排列，第i個與門電路106用於在第I個時鐘脈衝將該n個Q輸出端118的輸出轉換為一個高電平(即邏輯“1”)，其中，I=kN+i，i N，i,I及k為正整數。第一個與門電路106的及閘輸出端122(即為圖中的122(1))與第一個脈衝輸出端110連接。該K個或門電路108依次排列，第i個或門電路108包括j個與前j個與門電路106的及閘輸出端112連接的或閘輸入端124及一個與第j個脈衝輸出端110連接的或閘輸出端126，其中，j=i+1。
請參閱圖3，如此，該n個JK觸發器104對該時鐘發生器102產生的時鐘脈衝(即圖中的CLK)進行計數，並通過該n個Q輸出端118(即圖中的118(1)及118(2))輸出一個n位的兩進制計數數位訊號，第i個與門電路106通過非運算及與運算在第I個時鐘脈衝將該n個Q輸出端118輸出的兩進制計數數位訊號轉換成一個高電平。第一個脈衝輸出端110(即圖中的110(1))與第一個與門電路106的及閘輸出端122(即圖中的122(1))連接，如此，第一個脈衝輸出端110每N個時鐘脈衝輸出一個時鐘脈衝寬度的高電平。第j個脈衝輸出端與第i個或門電路108的或閘輸出端126連接，而第i個或門電路108的j個或閘輸入端與前j個與門電路106的及閘輸出端122連接，則第j個脈衝輸出端110(即圖中的110(2)，110(3)及110(4))每 N個時鐘脈衝輸出j個時鐘脈衝寬度的高電平。也即是說，在N個時鐘脈衝內，第一個脈衝輸出端110(即110(1))輸出占空比為1/N(即1/4，合25%)的脈衝序列，而在第j個脈衝輸出端110輸出占空比為j/N的脈衝序列(即2/4，合50%；3/4，合75%；4/4，合100%)。
每個與門電路106的每個及閘輸入端120，若對輸入進行非運算則用0標識，若對輸入未進行非運算則用1表示，則每個與門電路106的n個及閘輸入端120的標識組成一個n位元的兩進制標識數位，第i個與門電路106的n個及閘輸入端120的兩進制標識數位的值為i’，其中i'=i-1。例如，第一個與門電路106的兩個及閘輸入端120(i=1，n=2)的兩進制標識數位的值為0，也即是兩個及閘輸入端120均對輸入進行非運算。又如，第二個與門電路106的兩個及閘輸入端120(i=2)的兩進制標識數位的值為1(即01)，也即是第一及閘輸入端120對輸入進行非運算而第二個及閘輸入端120未對輸入進行非運算。
本實施方式中，該多工器200包括N個多工輸入端202及n個選擇端204(本實施方式中，N=4，n=2)，該N個脈衝輸出端110分別與該N個多工輸入端202連接，每個多工輸入端202包括有一個n位的兩進制位址，該選擇訊號為一個n位元的兩進制數位訊號，該選擇訊號的n位元兩進制數位分別輸入該n個選擇端204，該多工器200用於連通該多工輸出端206與一個兩進制位址與該選擇訊號相同的多工輸入端202。
請參閱圖4，該溫度採集器300包括一個熱敏電阻302，該溫度訊 號為該熱敏電阻302的電阻值。
優選地，該風扇轉速控制裝置10還包括一個模數轉換器500，用於將該溫度訊號轉化成一個K位元的兩進制數位訊號(本實施方式中，K=3)。該模數轉換器500包括一個模數輸入端502、一個電源504、一個電阻506，K個電阻組508、K個比較器510及K個模數輸出端512，該熱敏電阻302連接在該模數輸入端502與地之間，該電阻506連接在該模數輸入端502與該電源504之間，該K個電阻組508連接在該電源504與地之間，分別用於輸出K個預定參考電壓。每個比較器510包括一個反相輸入端514、一個正相輸入端516及一個比較輸出端518。該模數輸入端502接入該複數反相輸入端514。該K個參考電壓分別輸入該K個正相輸入端516。該K個比較輸出端518分別與該K個連接。每個比較輸出端518在該電子裝置30的溫度大於對應的一個預定溫度時輸出一個高電平。例如，本實施方式中，該模數轉換器500的轉換特性如下表1所示。
由上可見，該模數轉換器500可輸出N個K位元的兩進制數位訊號 。
該脈衝選擇器400用於將該N個K位元的兩進制數位訊號通過邏輯運算編譯成N個n位元的兩進制數位訊號(即該選擇訊號)。具體地，可通過填寫坎諾圖，然後根據坎諾圖得到該N個K位元的兩進制數位訊號與該N個n位元的兩進制數位訊號之間的兩進制邏輯函數。本實施方式中，通過推算可知，該脈衝選擇器400可選擇如圖5所示的邏輯電路。具體地，通過該脈衝選擇器400將三個模數輸出端512(3),512(2),512(1)輸出的三位元兩進制數位訊號轉換為兩個選擇輸出端402(1),402(2)輸出的兩位元兩進制數位訊號。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
10‧‧‧風扇轉速控制裝置
100‧‧‧脈衝產生器
200‧‧‧多工器
202‧‧‧多工輸入端
204‧‧‧選擇端
206‧‧‧多工輸出端
300‧‧‧溫度採集器
400‧‧‧脈衝選擇器
500‧‧‧模數轉換器
20‧‧‧風扇
30‧‧‧電子裝置

Claims (6)

  1. 一種風扇轉速控制裝置，用於控制一個風扇的轉速，該風扇用於為一個電子裝置散熱；該風扇轉速控制裝置包括一個脈衝產生器、一個多工器、一個溫度採集器及一個脈衝選擇器；該脈衝產生器用於產生複數脈衝序列，該複數脈衝序列的占空比不同，分別用於驅動該風扇為不同溫度的該電子裝置散熱；該多工器包括複數多工輸入端、複數選擇端及一個多工輸出端；該複數多工輸入端分別接入該複數脈衝序列；該溫度採集器用於採集該電子裝置的當前溫度並產生一個溫度訊號；該脈衝選擇器用於根據該溫度訊號產生一個選擇訊號，並輸入該複數選擇端以使該多工器選擇一個該多工輸入端輸入的且與該電子裝置的當前溫度對應的一個脈衝序列，並通過該多工輸出端輸出給該風扇；該脈衝發生器包括一個時鐘發生器、n個JK觸發器、N個與門電路、K個或門電路及N個依次排列脈衝輸出端，其中，n,N及K為正整數且N=2 n =K+1；該時鐘發生器用於產生一個時鐘脈衝序列；每個JK觸發器包括一個J輸入端、一個時鐘輸入端、一個K輸入端及一個Q輸出端；該n個時鐘輸入端接入該時鐘脈衝序列；該n個JK觸發器依次排列，後一個JK觸發器的J輸入端及K輸入端接入前一個JK觸發器的Q輸出端；每個與門電路包括n個分別與該n個Q輸出端連接的及閘輸入端及一個及閘輸出端；該N個與門電路依次排列，第i個與門電路用於在第I個時鐘脈衝將該n個Q輸出端的輸出轉換為一個高電平，其中，I=kN+i，i N，i,I及k為正整數；第一個與門電路的及閘輸出端與第一個脈衝輸出端連接；該K個或門電路依次排列，第i個或門電路包括j個與前j個與門電路的及閘輸出端連接的或閘輸入端及一個與第j個脈衝輸出端連接的或閘輸 出端，其中，j=i+1；該多工器包括N個多工輸入端及n個選擇端，該N個脈衝輸出端分別與該N個多工輸入端連接，每個多工輸入端包括有一個n位的兩進制位址，該選擇訊號為一個n位元的兩進制數位訊號，該選擇訊號的n位元兩進制數位分別輸入該n個選擇端，該多工器用於連通該多工輸出端與一個兩進制位址與該選擇訊號相同的多工輸入端；該模數轉換器包括一個模數輸入端、一個電源、一個電阻，K個電阻組、K個比較器及K個模數輸出端，該熱敏電阻連接在該模數輸入端與地之間，該電阻連接在該模數輸入端與該電源之間，該K個電阻組連接在該電源與地之間，分別用於輸出K個參考電壓；每個比較器包括一個反相輸入端、一個正相輸入端及一個比較輸出端；該模數輸入端接入該複數反相輸入端；該K個參考電壓分別輸入該K個正相輸入端；該K個比較輸出端分別與該K個模數輸出端連接，每個比較器在該電子裝置的溫度大於對應的一個預定溫度時輸出一個高電平使得該模數轉換器可以在該電子裝置的N個溫度下分別將該溫度訊號轉化成N個K位元的兩進制數位訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的風扇轉速控制裝置，其中，第i個與門電路通過非運算及與運算在第I個時鐘脈衝將該n個Q輸出端的輸出轉換為一個高電平。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的風扇轉速控制裝置，其中，每個與門電路的每個及閘輸入端，若對輸入進行非運算則用0標識，若對輸入未進行非運算則用1表示，則每個與門電路的n個及閘輸入端的標識組成一個n位元的兩進制標識數位，第i個與門電路的n個及閘輸入端的兩進制標識數位的值為i’，其中i'=i-1。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的風扇轉速控制裝置，其中，該溫度採集器包 括一個熱敏電阻，該溫度訊號為該熱敏電阻的電阻值。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的風扇轉速控制裝置，其中，該風扇轉速控制裝置還包括一個模數轉換器，用於將該溫度訊號轉化成一個K位元的兩進制數位訊號。
  6. 如申請專利範圍第1項所屬的風扇轉速控制裝置，其中，該脈衝選擇器包括將該N個K位元的兩進制數位訊號通過邏輯運算編譯成N個n位元的兩進制數位訊號。
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