TWI461694B - 風扇類型檢測及調速系統 - Google Patents

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風扇類型檢測及調速系統
本發明係關於一種風扇類型檢測及調速系統，尤指一種可檢測風扇的類型並控制風扇的轉速的系統。
隨著電腦技術的不斷發展，各種發熱元件特別是中央處理器(Central Processing Unit，CPU)頻率的不斷提高，相應地其工作時所產生的熱量也不斷增多，為了及時將熱量充分散發，一般會在中央處理器上增加風扇等散熱裝置。
習知兩種常用的風扇，一種是3引腳風扇，它的3個引腳分別是接地引腳、電源引腳和感測引腳。另一種是4引腳風扇，它比3引腳風扇多出一個控制引腳。主機板上也對應4引腳風扇提供了一4端插座，插座的4個端分別為接地端、電源端、感測端和控制端，其既可以插接3引腳風扇也可以插接4引腳風扇。若4引腳風扇插入此插座之後，則在電源端會提供一恒定電壓(如+12V)，在控制端由控制晶片提供變化的脈寬調變(Pulse Width Modulation ，PWM)訊號，4引腳風扇的轉速會隨著控制端提供的PWM訊號的工作週期的變化而變化。但如果將3引腳風扇插到此插座上時，則因為電源端仍提供恒定電壓，由於3引腳風扇沒有控制引腳，使得其轉速始終不變，不能自動根據發熱元件的溫度變化而改變 轉速。
鑒於以上內容，有必要提供一種風扇類型檢測及調速系統，能夠自動檢測不同風扇的類型，並根據檢測結果選擇不同的控制方式控制風扇的轉速。
一種風扇類型檢測及調速系統，包括一BIOS、第一及第二電源、一控制晶片、一開關電路、一積分電路及一控制電路，該控制晶片分別與該開關電路、該積分電路及一風扇插座相連，該開關電路還與該控制電路相連，該積分電路還與該第一電源及該控制電路相連，該控制電路還與該第二電源及該風扇插座相連，該BIOS控制該控制晶片使得該開關電路截止，該第一電源提供的電壓透過該積分電路積分後輸出一積分電壓訊號提供給該控制電路，該控制電路根據該積分電壓訊號控制該第二電源輸出一恒定電壓給插有一風扇的風扇插座的電源端，該控制晶片先後輸出第一及第二工作週期的PWM訊號傳送給該風扇插座的控制端，並分別測得該風扇在該第一及第二工作週期的PWM訊號下的第一及第二轉速，若該風扇的第一及第二轉速的比值約等於該第一及第二工作週期的比值，則推斷該風扇為4引腳的風扇，若該風扇的第一及第二轉速大致相等，則推斷該風扇為3引腳的風扇，若該風扇為3引腳的風扇，該BIOS控制控制晶片使得開關電路導通，該控制晶片輸出隨溫度而變化的PWM訊號使得該第一電源提供的電壓透過該積分電路積分後輸出積分電壓訊號提供給該控制電路，該控制電路根據該積分電壓控制該第二電源輸出一變化的電壓給風扇插座的電源端以控制該3引腳風扇的轉速。
本發明風扇類型檢測及調速系統透過該控制晶片先後輸出第一及第二工作週期的PWM訊號傳送給該風扇插座的控制端，並比較風扇在該第一及第二工作週期的PWM訊號下的第一及第二轉速來確定風扇的類型。還透過控制電路輸出變化的電壓控制3引腳風扇的轉速。並且該風扇類型檢測及調速系統結構簡單、成本較低、工作穩定。
10‧‧‧風扇類型檢測及調速系統
70‧‧‧控制晶片
90‧‧‧第二電源
102‧‧‧積分電路
108‧‧‧風扇插座
U1‧‧‧放大器
R1-R4‧‧‧電阻
60‧‧‧BIOS
80‧‧‧第一電源
100‧‧‧開關電路
106‧‧‧控制電路
Q1、Q2‧‧‧場效應電晶體
C1、C2‧‧‧電容
圖1係本發明風扇類型檢測及調速系統的較佳實施方式連接一風扇插座的方框圖。
圖2係圖1的電路圖。
請參閱圖1，本發明風扇類型檢測及調速系統10用於自動檢測插接於電腦主機板的風扇插座108上的風扇(例如3引腳或4引腳的風扇)的類型，並根據風扇的類型控制風扇的轉速，其較佳實施方式包括一基本輸入輸出系統(Basic Input/Output System，BIOS)60、一控制晶片70、第一電源80、第二電源90、一開關電路100、一積分電路102及一控制電路106。控制晶片70可以為Super I/O晶片、平台控制器(Platform Controller Hub，PCH)等。
BIOS 60可控制控制晶片70輸出高電位或低電位。控制晶片70分別與開關電路100、積分電路102及風扇插座108相連。開關電路100還與控制電路106相連，積分電路102還與第一電源80及控制電路106相連。控制電路106還與第二電源90及風扇插座108相連。
當風扇類型檢測及調速系統10檢測插接於風扇插座108上的風扇的類型時，採用如下的檢測方法：BIOS 60控制控制晶片70輸出控制訊號使得開關電路100導通，第一電源80提供的電壓透過積分電路102積分後輸出一積分電壓訊號提供給控制電路106，控制電路106根據此積分電壓訊號控制第二電源90輸出一恒定電壓(如12V)給插有風扇的風扇插座108的電源端。然後BIOS 60控制控制晶片70先後輸出兩相差較大的第一及第二工作週期的PWM訊號傳送給風扇插座108的控制端，並分別測得風扇在第一及第二工作週期的PWM訊號下的第一及第二轉速，若風扇的第一及第二轉速的比值大致等於第一及第二工作週期的比值，則推斷插接於風扇插座108上的風扇為4引腳的風扇，若風扇的第一及第二轉速近似相等，則推斷插接於風扇插座108上的風扇為3引腳的風扇。例如當PWM訊號的工作週期為100%時，風扇的轉速為3000轉/秒，PWM訊號的工作週期為20%時，風扇的轉速為3100轉/秒，則可以推斷此風扇為3引腳的風扇。反之，若PWM的工作週期為20%時，風扇的轉速為700轉/秒，則可以推斷此風扇為4引腳的風扇。
一旦透過接收的轉速訊號判定插接於風扇插座108上的風扇的類型為4引腳風扇，則會維持原先輸出的控制訊號不變，使開關電路100仍保持導通。此時，隨著發熱元件溫度變化，控制晶片70會發送工作週期變化的PWM訊號給風扇插座108的控制端，自動改變風扇的轉速。由於4引腳風扇內部已經集成PWM訊號控制線路，這裡不再贅述。
若判定為3引腳的風扇，則本發明風扇類型檢測及調速系統10會對其進行轉速控制。其具體控制過程如下：
BIOS 60控制控制晶片70輸出控制訊號使得開關電路100截止，控制晶片70輸出隨溫度而變化的PWM訊號使得第一電源80提供的電壓透過積分電路102積分後輸出積分電壓訊號提供給控制電路106，控制電路106根據此積分電壓控制第二電源90輸出一變化的電壓給風扇插座108的電源端以控制風扇的轉速。
請再參閱圖2，開關電路100包括一場效應電晶體Q1。場效應電晶體Q1的閘極連接控制晶片70的控制訊號的輸出端GPIO，源極接地，汲極連接控制電路106。在本實施方式中，場效應電晶體Q1為一NMOS場效應電晶體，在其他實施方式中，場效應電晶體Q1也可以為其他類型的電開關，例如PNP型電晶體等。
積分電路102包括兩電阻R1、R2及一電容C1。電阻R1連接於第一電源80及控制晶片70的PWM訊號輸出端P1之間，電阻R2的一端連接控制晶片70的PWM訊號輸出端P1，電阻R2的另一端透過電容C1接地，還連接控制電路106。在本實施方式中，第一電源80最佳為5V直流電源。
控制電路106包括一放大器U1、一場效應電晶體Q2、兩電阻R3及R4、一電容C2。放大器U1的反相輸入端連接該電容C1及該電阻R2之間的節點，放大器U1的同相輸入端透過電阻R3接地，還連接場效應電晶體Q1的汲極，還透過電阻R4連接風扇插座108的電源端VCC，放大器U1的輸出端OUT連接該場效應電晶體Q2的閘極，場效應電晶體Q2的源極連接第二電源90，場效應電晶體Q2的汲極連接風扇插座108的電源端VCC，風扇插座108的電源端VCC還透過電容C2接地，風扇插座108的接地端GND接地，風扇插座108的控制端CTL連接控制晶片70的PWM訊號輸出端P1，風扇插座108的偵測端 SEN連接控制晶片的偵測引腳S1。在本實施方式中，第二電源90最佳為12V的直流電源，場效應電晶體Q2為一PMOS場效應電晶體。在其他實施方式中，場效應電晶體Q2也可採用其他類型的電開關，例如NPN型電晶體等。在其他實施方式中，電容C2也可以省去。
下面舉例說明該風扇類型檢測及調速系統10檢測及控制風扇轉速的工作過程：
BIOS 60控制控制晶片70在其控制訊號的輸出端GPIO輸出高電位(如3V)的控制訊號，場效應電晶體Q1導通，第一電源80提供的電壓透過電阻R2及電容C1積分後輸出一積分電壓提供給放大器U1的反相輸入端，放大器U1的輸出端OUT輸出低電位(如0V)，使得場效應電晶體Q2導通，從而第二電源90輸出一恒定電壓(如11.8V)給風扇插座108的電源端VCC。然後控制晶片70的PWM訊號輸出端P1輸出PWM訊號的工作週期為100%，若測得的風扇的轉速為3000轉/秒，改變PWM訊號的工作週期為20%時，若測得的風扇的轉速為3100轉/秒，則可以推斷此風扇為3引腳風扇。反之，改變PWM訊號的工作週期為20%時，若測得的風扇的轉速為700轉/秒，則可以推斷此風扇為4引腳風扇。
若檢測的風扇為4引腳風扇，則BIOS 60控制控制晶片70在其控制訊號的輸出端GPIO輸出的控制訊號仍保持高電位，控制晶片70會發送工作週期變化的PWM訊號給風扇插座108的控制端CTL，自動改變4引腳風扇的轉速。
若檢測的風扇為3引腳風扇，則BIOS 60控制控制晶片70在其控制訊號的輸出端GPIO輸出的控制訊號變為低電位，場效應電晶體Q1 截止，當控制晶片70輸出隨溫度而變化的離散的數位PWM訊號的工作週期為10%時，第一電源80提供的電壓透過電阻R2及電容C1積分後輸出線性平滑的積分電壓訊號較小(如1.7伏特)，然後輸入至該放大器U1的反相輸入端，該放大器U1的輸出端OUT輸出的電壓較大(如11.2伏特)，則該場效應電晶體Q2的閘極和源極之間的電壓差較小，該場效應電晶體Q2導通程度較小，則第二電源90透過該場效應電晶體Q2後輸出給風扇的電壓較小(如5.8伏特)，從而使得風扇保持低速運轉。若控制晶片70輸出的離散的數位PWM訊號的工作週期較大(如80%)，第一電源80提供的電壓透過電阻R2及電容C1積分後輸出線性平滑的積分電壓訊號也較大(如10.2伏特)，然後輸入至該放大器U1的反相輸入端，該放大器U1的輸出端OUT輸出的電壓與PWM訊號的工作週期為10%時相比較小(如10.1伏特)，則該場效應電晶體Q2的閘極和源極之間的電壓差較大，該場效應電晶體Q2導通程度較大，則第二電源90透過該場效應電晶體Q2後輸出給風扇的電壓較高(如11.3伏特)，從而使得風扇保持高速運轉。
本發明風扇類型檢測及調速系統10能自動檢測到風扇的類型，並根據檢測結果選擇不同的控制方式控制風扇的轉速，並且該風扇類型檢測及調速系統結構簡單、成本較低、工作穩定。
綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，在爰依本發明精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下之申請專利範圍內。
60‧‧‧BIOS
80‧‧‧第一電源
100‧‧‧開關電路
106‧‧‧控制電路
Q1、Q2‧‧‧場效應電晶體
C1、C2‧‧‧電容
70‧‧‧控制晶片
90‧‧‧第二電源
102‧‧‧積分電路
108‧‧‧風扇插座
U1‧‧‧放大器
R1-R4‧‧‧電阻

Claims (7)

  1. 一種風扇類型檢測及調速系統，包括一BIOS、第一及第二電源、一控制晶片、一開關電路、一積分電路及一控制電路，該控制晶片分別與該開關電路、該積分電路及一風扇插座相連，該開關電路還與該控制電路相連，該積分電路還與該第一電源及該控制電路相連，該控制電路還與該第二電源及該風扇插座相連，該BIOS控制該控制晶片使得該開關電路截止，該第一電源提供的電壓透過該積分電路積分後輸出一積分電壓訊號提供給該控制電路，該控制電路根據該積分電壓訊號控制該第二電源輸出一恒定電壓給插有一風扇的風扇插座的電源端，該控制晶片先後輸出第一及第二工作週期的PWM訊號傳送給該風扇插座的控制端，並分別測得該風扇在該第一及第二工作週期的PWM訊號下的第一及第二轉速，若該風扇的第一及第二轉速的比值約等於該第一及第二工作週期的比值，則推斷該風扇為4引腳的風扇，若該風扇的第一及第二轉速大致相等，則推斷該風扇為3引腳的風扇，若該風扇為3引腳的風扇，該BIOS控制控制晶片使得開關電路導通，該控制晶片輸出隨溫度而變化的PWM訊號使得該第一電源提供的電壓透過該積分電路積分後輸出積分電壓訊號提供給該控制電路，該控制電路根據該積分電壓控制該第二電源輸出一變化的電壓給風扇插座的電源端以控制該3引腳風扇的轉速。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之風扇類型檢測及調速系統，其中該開關電路包括一場效應電晶體，該場效應電晶體的閘極連接該控制晶片，該場效應電晶體的源極接地，該場效應電晶體的汲極連接該控制電路。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之風扇類型檢測及調速系統，其中該積分電路包括第一及第二電阻及一電容，該第一電阻連接於該第一電源及該控制 晶片的PWM訊號輸出端之間，該第二電阻的一端連接該PWM訊號輸出端，該第二電阻的另一端透過該電容接地，還連接該控制電路。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之風扇類型檢測及調速系統，其中該控制電路包括一放大器及一電開關，該放大器的反相輸入端連接該積分電路，該放大器的同相輸入端透過一電阻接地，還連接該開關電路，還透過一電阻連接該風扇插座的電源端，該放大器的輸出端連接該電開關的第一端，該電開關的第二端連接該第二電源，該電開關的第三端連接該風扇插座的電源端，該風扇插座的接地端接地，該風扇插座的控制端連接該控制晶片的PWM訊號輸出端，該風扇插座的偵測端連接該控制晶片，當該控制晶片的PWM訊號輸出端輸出隨溫度而變化的第一工作週期的PWM訊號，該電開關導通程度較小，則該第二電源透過該電開關後輸出給該風扇的電壓較小，從而使得該風扇保持低速運轉，若該控制晶片輸出第二工作週期的PWM訊號，該第二工作週期大於該第一工作週期，該電開關導通程度較大，則該第二電源透過該電開關後輸出給該風扇的電壓較高，從而使得該風扇保持高速運轉。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之風扇類型檢測及調速系統，其中該控制電路還包括一電容，該電容連接於該風扇插座的電源端及地之間。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之風扇類型檢測及調速系統，其中該電開關為一場效應電晶體，該電開關的第一端、第二端及第三端分別為該場效應電晶體的閘極、源極和汲極。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之風扇類型檢測及調速系統，其中該控制晶片為一Super I/O晶片或一平台控制器。
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