TWI493863B - 風扇系統、轉速控制電路及其轉速誤差自動校正方法 - Google Patents

Description

風扇系統、轉速控制電路及其轉速誤差自動校正方法

本發明乃是關於一種轉速控制電路，特別是指一種轉速誤差自動校正功能之轉速控制電路。

在現代化的資訊社會，電腦系統已經成為多數人不可或缺的資訊工具之一，而不論是桌上型個人電腦、筆記型個人電腦或是伺服器等，中央處理器的運作時脈越來越高，造成所發出的熱量也越來越高，因此在散熱上的需求也越顯重要。一般來說，習知技術係藉由一風扇維持一穩定風扇轉速進行散熱。然而，在系統電壓發生變化，或者在密閉環境中受到背壓(風壓)影響，風扇轉速可能會因此改變，因此習知技術往往需要利用一轉速控制電路，隨時根據風扇轉速進行負回授以控制風扇轉速，以避免風扇轉速過快或過慢。

美國專利公開號US 2012/0007526揭露一種一種風扇轉速控制電路，用來控制一風扇之一風扇轉速。所述風扇轉速控制電路包含有一轉速偵測器、取樣保存器、誤差放大器與脈寬調變訊號產生器。轉速偵測器用來根據對應於一風扇轉速之一轉速訊號以產生轉速電壓。取樣保存器耦接於該轉速偵測器，所述取樣保存器用來取樣並儲存轉速電壓。誤差放大器耦接於取樣保存器，所述取樣保存器用來根據轉速電壓及參考電壓以控制濾波電容之 跨壓，藉此以調整誤差電壓。脈寬調變訊號產生器耦接於濾波電容，所述脈寬調變訊號產生器用來根據誤差電壓及一三角波以產生脈寬調變訊號。轉速偵測器包含有一電流源、及三個開關、及一充電電容，用來根據轉速訊產生一轉速電壓。取樣保存器取樣並儲存轉速電壓。誤差放大器根據轉速電壓與參考電壓來控制一濾波電容之跨壓，以調整一誤差電壓。脈寬調變訊號產生器根據誤差電壓及一三角波來產生一脈寬調變訊號。如此一來，風扇轉速控制電路可根據轉速訊號來改變脈寬調變訊號之開啟時間，進而將風扇轉速驅動於目標風扇轉速。

然而，美國專利公開號US 2012/0007526內所揭露之充電電容時常會因為諸多因素而可能會發生老化(aging)之現象，而這會使得在實際應用時，充電電容之電容值偏離電路設計時所預定充電電容之電容值(例如充電電容之電容值從220nF下降至110nF)，因此這充電電容之老化現象會間接導致轉速控制電路之轉速誤差，進而影響到轉速控制電路或具有轉速控制電路之風扇系統之正常運作。

本發明實施例提供一種具轉速誤差自動校正功能之轉速控制電路，所述轉速控制電路包括第一多工器、第二多工器、誤差放大器與電流補償電路。第一多工器連接校正時脈信號與轉速時脈信號，所述第一多工器用以根據模式切換信號輸出第一開關信號，其中邊緣觸發偵測器接收到第一開關信號後，在第一開關信號位於高電壓準位期間，依序輸出高電壓準位之第二開關信號與第三開關信號。第二多工器連接校正電壓與參考電壓，所述第二多工器用以根據模式切換信號輸出目標電壓。誤差放大器連接外部電容與第二多工器，用以分別接收電容電壓與目標電壓並且據此輸出誤差電壓。電流補償電路具有預設電流值且連接第一開關 信號，所述電流補償電路用以調整第一電流之電流值來補償外部電容。在校正模式期間，第一及第二多工器根據模式切換信號選擇校正時脈信號與校正電壓，並且所述轉速控制電路調整第一電流之電流值，其中當電容電壓大於或等於目標電壓時，則完成校正工作且將誤差電壓轉態至高電壓準位以停止計數，亦即電流補償電路已達到補償目標，不再增加補償電流(亦即停止調整第一電流之電流值)，藉此以補償外部電容。

在本發明其中一個實施例中，轉速控制電路更包括取樣保持電路與比較器。取樣保持電路連接誤差放大器，所述取樣保持電路用以接收第二開關信號並據此將誤差電壓取樣且保持一段時間，並輸出取樣保持信號。進一步來說，當電容電壓之上升開始等於或大於目標電壓時，透過第二開關信號致能取樣保持電路，所以誤差放大器會放大電容電壓與目標電壓之間的電壓誤差並且會以電流形式將誤差電壓儲存在濾波電容上，因此濾波電容上之電壓(亦即取樣保持信號)可以反應出目標電壓與電容電壓上之區別。比較器接收預設定之三角波信號與取樣保持電壓信號，並據此進行比較運算後輸出脈寬調變轉速信號。

在本發明其中一個實施例中，當外部電容之電容值偏離預設定電容值X單位電容值時，則電流補償電路則將逐步調整第一電流之電流值以補償外部電容之變化量，其中X為正整數，並且第一電流之每一單位電流值對應至外部電容之每一單位電容值。

在本發明其中一個實施例中，電流補償電路將第一電流之電流值逐步遞增以增加電容電壓，直到電容電壓等於目標電壓，以補償外部電容之變化量。

在本發明其中一個實施例中，藉由模式切換信號決定轉速控制電路進入校正模式或進入正常模式，當轉速控制電路進入正常模式，則第一多工器選擇轉速時脈信號，並且第二多工器選擇參考電壓。

在本發明其中一個實施例中，在具有轉速控制電路之電子系統開機後，在開機之暫態期間，轉速控制電路進入校正模式，之後每經過一正常工作週期，轉速控制電路再進入校正模式，而在電子系統開機後之相鄰兩校正模式之間，轉速控制電路進入正常模式。

在本發明其中一個實施例中，轉速控制電路更包括充電開關與放電開關。充電開關之一端連接電流補償電路，充電開關之另一端連接外部電容與誤差放大器，充電開關根據第一開關信號而決定導通或截止狀態，其中當充電開關導通時，則電流補償電路輸出第一電流對外部電容進行充電。放電開關之一端連接外部電容與誤差放大器，放電開關之另一端連接接地電壓，所述放電開關根據第三開關信號而決定導通或截止狀態，其中當放電開關導通時，則釋放外部電容上之電容電壓。在校正模式期間，當第一開關信號從高電壓準位轉態至低電壓準位時，則第三開關信號從低電壓準位轉態至高電壓準位。

在本發明其中一個實施例中，電流補償電路包括計數器、預設電流源與N個補償電流源。計數器接收誤差電壓並據此控制所輸出之計數值，其中在校正模式，當誤差電壓為低電壓準位時，則計數器逐步調整計數值，並且當誤差電壓為高電壓準位時，則計數器維持計數值。預設電流源具有預設電流值，預設電流源之一端連接電源電壓，預設電流源之另一端連接充電開關之一端。N個補償電流源分別具有補償電流值，N個補償電流源之一端連接電源電壓，N個補償電流源之另一端分別連接對應的N個補償開關之一端，其中多個補償開關之另一端連接充電開關之一端，且接收計數值之並據此決定導通或截止狀態。第一電流之電流值等於預設電流值與M個補償電流值之總和，其中N為正整數且M為零至N之整數。

本發明實施例另提供一種轉速誤差自動校正方法，用於一轉速控制電路，所述轉速誤差自動校正方法包括以下步驟：根據模式切換信號進入校正模式；選擇校正時脈信號與校正電壓；透過調整第一電流之電流值以補償外部電容；判斷電容電壓是否大於或等於目標電壓；當電容電壓大於或等於目標電壓時，則完成校正工作並且將誤差電壓轉態至高電壓準位。

本發明實施例再提供一種風扇系統，風扇系統包括轉速控制電路、風扇驅動電路、風扇與回授電路。轉速控制電路接收轉速時脈信號，用以控制轉速。風扇驅動電路連接轉速控制電路並接收脈寬調變轉速信號。風扇連接風扇驅動電路。回授電路用以根據風扇之轉速來產生轉速時脈信號並傳送至轉速控制電路。

綜上所述，本發明實施例所提出之風扇系統、轉速控制電路及其轉速誤差自動校正方法，透過轉速控制電路運作於開迴圈組態之校正模式期間，使得第一及第二多工器根據模式切換信號選擇校正時脈信號與校正電壓，並且所述轉速控制電路調整電流補償電路所提供之第一電流之電流值，其中當電容電壓等於目標電壓時，則完成校正工作且將誤差電壓轉態至高電壓準位以停止計數，亦即電流補償電路已達到補償目標，不再增加補償電流，藉此以補償外部電容。簡單來說，本揭露內容透過以固定之校正時脈信號與固定的校正電壓，在短時間之校正模式能夠利用第一電流來補償外部電容之誤差。據此，本揭露內容能夠避免因為外部電容之老化而導致轉速誤差並進而影響到風扇系統或轉速控制電路之工作。

為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。

100、200‧‧‧轉速控制電路

110‧‧‧誤差放大器

120‧‧‧充電開關

125‧‧‧放電開關

130‧‧‧電流補償電路

132‧‧‧計數器

134‧‧‧電流調整單元

140‧‧‧取樣保持電路

150‧‧‧比較器

160‧‧‧第一多工器

170‧‧‧第二多工器

180‧‧‧邊緣觸發偵測器

500‧‧‧風扇系統

510‧‧‧轉速控制電路

520‧‧‧風扇驅動電路

530‧‧‧風扇

540‧‧‧回授電路

C‧‧‧外部電容

CLK‧‧‧時脈信號

CPWM‧‧‧預設定之三角波信號

EAOUT‧‧‧誤差電壓

FC‧‧‧濾波電容

FG‧‧‧轉速時脈信號

GND‧‧‧接地電壓

I‧‧‧第一電流

IP1‧‧‧預設電流源

IC1~ICN‧‧‧補償電流源

R1‧‧‧第一電阻

R2‧‧‧第二電阻

RS‧‧‧轉速

PWR‧‧‧電源電壓

PWMO‧‧‧脈寬調變轉速信號

S1~SN‧‧‧計數值

SC1~SCN‧‧‧補償開關

SEL‧‧‧模式切換信號

SHC‧‧‧取樣保持電壓信號

SWS1‧‧‧第一開關信號

SWS2‧‧‧第二開關信號

SWS3‧‧‧第三開關信號

T1‧‧‧正常工作週期

t1~t3‧‧‧時間

VC‧‧‧電容電壓

VF‧‧‧目標電壓

VR‧‧‧電壓

VCA‧‧‧校正電壓

VREF‧‧‧參考電壓

S610~S650‧‧‧步驟

圖1為根據本發明實施例之轉速控制電路之區塊示意圖。

圖2為根據本發明實施例之轉速控制電路之細部電路示意圖。

圖3為根據本發明實施例之轉速控制電路之模式切換示意圖。

圖4為根據本發明實施例之轉速控制電路之驅動波形圖。

圖5為根據本發明實施例之具有轉速控制電路之風扇系統之電路區塊示意圖。

圖6為根據本發明實施例之轉速誤差自動校正方法之流程圖。

在下文將參看隨附圖式更充分地描述各種例示性實施例，在隨附圖式中展示一些例示性實施例。然而，本發明概念可能以許多不同形式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例示性實施例。確切而言，提供此等例示性實施例使得本發明將為詳盡且完整，且將向熟習此項技術者充分傳達本發明概念的範疇。在諸圖式中，可為了清楚而誇示層及區之大小及相對大小。類似數字始終指示類似元件。

應理解，雖然本文中可能使用術語第一、第二、第三等來描述各種元件，但此等元件不應受此等術語限制。此等術語乃用以區分一元件與另一元件。因此，下文論述之第一元件可稱為第二元件而不偏離本發明概念之教示。如本文中所使用，術語「及/或」包括相關聯之列出項目中之任一者及一或多者之所有組合。

〔轉速控制電路的實施例〕

請參照圖1，圖1為根據本發明實施例之轉速控制電路之區塊示意圖。本揭露內容透過以一固定之校正時脈信號與一固定的校正電壓在短時間之校正模式期間能夠利用第一電流來補償外部電容之誤差，以避免外部電容之老化或電容值之誤差而影響到整體轉速控制電路100之正常動作。如圖1所示，具轉速誤差自動校正功能之轉速控制電路100包括誤差放大器110、充電開關120、放電 開關125、電流補償電路130、取樣保持電路140、比較器150、第一多工器160與第二多工器170。誤差放大器110連接外部電容C與第二多工器170。取樣保持電路140連接誤差放大器110。比較器150連接取樣保持電路140。第一多工器160連接充電開關120之控制端。電流補償電路130連接充電開關120之一端，並且連接至誤差放大器110與取樣保持電路140之間。充電開關120之另一端連接至外部電容C之一端與誤差放大器110。放電開關125之一端連接至外部電容C之一端與充電開關120之另一端與誤差放大器，放電開關125之另一端連接一接地電壓GND，其中外部電容C之另一端亦連接至接地電壓GND。

關於第一多工器160，第一多工器160連接校正時脈信號CLK與轉速時脈信號FG，用以根據模式切換信號SEL而選擇校正時脈信號CLK與轉速時脈信號FG兩者之一而輸出第一開關信號SWS1至充電開關120之控制端，其中在本實施例中，第一開關信號SWS1之頻率為校正時脈信號CLK頻率之兩倍或轉速時脈信號FG頻率之兩倍，在另一實施例中，第一開關信號SWS1之頻率為校正時脈信號CLK頻率之任意倍數或轉速時脈信號FG頻率之任意倍數，於再一實施例中，第一開關信號SWS1之頻率相同於校正時脈信號CLK的頻率或轉速時脈信號FG的頻率，並不以本實施例作為限制。再者，充電開關120之導通與截止狀態分別依據第一開關信號SWS1之高電壓準位與低電壓準位而對應地動作，其中設計者可以依據實際電路設計之綜合考量來決定升頻之幅度。進一步來說，在本實施例中，系統會以一固定週期主動且不斷地傳送出模式切換信號SEL，當模式切換信號SEL為高電壓準位時，則表示轉速控制電路100進入校正模式，所以第一多工器160會選擇校正時脈信號CLK並升頻為第一開關信號SWS1，另一方面，當模式切換信號SEL為低電壓準位時，則表示轉速控制電路100進入正常模式，所以第 一多工器160會選擇轉速時脈信號FG並升頻為第一開關信號SWS1。

關於第二多工器170，第二多工器170連接一校正電壓VCA與參考電壓VREF，用以根據模式切換信號SEL而選擇校正電壓VCA與參考電壓VREF兩者之一作為目標電壓VF。進一步來說，在本實施例中，當模式切換信號SEL為高電壓準位時，則表示轉速控制電路100進入校正模式，所以第二多工器170會選擇校正電壓VCA以作為目標電壓VF，另一方面，當模式切換信號SEL為低電壓準位時，則表示轉速控制電路100進入正常模式，所以第二多工器170會選擇參考電壓VREF以作為目標電壓VF。

關於誤差放大器110，誤差放大器110用以分別接收外部電容C之電容電壓VC與第二多工器170所輸出之目標電壓VF，用以將兩者之電壓放大。在本實施例中，於校正模式期間，當電容電壓VC之上升開始等於或大於目標電壓VF時，則誤差放大器110會輸出高電壓準位之誤差電壓EAOUT至電流補償電路130。

關於電流補償電路130，電流補償電路130具有一預設電流值，用以根據誤差電壓EAOUT之電壓準位而決定是否調整第一電流I之電流值來補償外部電容C之電容值誤差。進一步來說，於校正模式期間，當電容電壓VC之上升尚未等於目標電壓VF時，則誤差放大器110會輸出低電壓準位之誤差電壓EAOUT至電流補償電路130以調整第一電流I之電流值以繼續補償外部電容C之誤差，當電容電壓VC之上升開始等於目標電壓VF時，則誤差放大器110會輸出高電壓準位之誤差電壓EAOUT至電流補償電路130以指示電流補償電路130停止調整第一電流I之電流值，亦即此時第一電流I之電流值實質上已能夠補償外部電容C之誤差。

關於充電開關120，充電開關120根據第一開關信號SWS1而決定本身之導通或截止狀態，其中在本實施例中，充電開關120為高電壓準位致能元件(例如可以是N型金氧半導體電晶體)，當充電開 關120導通時，則電流補償電路130輸出第一電流I對外部電容C進行充電。

關於放電開關125，放電開關125根據第三開關信號SWS3而決定本身之導通或截止狀態，其中在本實施例中，放電開關125為高電壓準位致能元件(例如可以是N型金氧半導體電晶體)，當充電開關120導通時，則釋放外部電容C上之電容電壓VC至零電壓準位，亦即接地電壓GND。

接下來要教示的，是進一步說明轉速控制電路100的工作原理。

請繼續參照圖1，在具有轉速控制電路100之電子系統開機後，在開機之暫態期間，轉速控制電路100會以開迴圈(open-loop)組態主動地進入校正模式(calibration mode)並且透過電流補償電路130來調整第一電流I之電流值以補償外部電容C之電容值誤差。也就是說，本揭露內容透過以一固定之校正時脈信號CLK(在一實施例中，週期為1毫秒)與一固定的校正電壓VCA(在一實施例中，電壓為5伏特)在短時間(如在數十毫秒內)之校正模式期間能夠利用第一電流I來補償外部電容C之電容值誤差，以避免外部電容C之老化，而影響到整體轉速控制電路100之正常運作。具體來說，本揭露內容之發明精神如式(1)所示，其意指如果外部電容C之電容值大於預設定電容值時，則電流補償電路130調升第一電流I之電流值，同理，當外部電容C之電容值小於預設定電容值時，則電流補償電路130調降第一電流I之電流值，據此以調整第一電流I來補償外部電容C之誤差，其中T為第一開關信號SWS1之週期。之後，每經過一正常工作週期後，所述轉速控制電路100會根據模式切換信號SEL主動地再進入校正模式來進行外部電容C之補償，而在電子系統開機後之兩個相鄰校正模式之間，則轉速控制電路100會進入正常模式。以下關於本揭露內容，將詳細說明轉速控制電路100進入校正模式期間之相關作動。

C×V=I×T 式(1)

在本實施例中，系統會主動地傳送模式切換訊號SEL來切換轉速控制電路的校正模式與正常模式，其中高電壓準位之模式切換訊號SEL表示校正模式，其是以固定時間或固定週期性地來切換高低電壓準位。須注意的是，第一電流I之每一單位電流值對應至外部電容C每一單位電容值，設計者可以依據實際電路應用需求來進行設計，其中X為正整數。值得一提的是，本實施例中的第一開關信號SWS1是透過校正時脈信號CLK或轉速時脈信號FG之邊緣觸發所產生，並且本揭露內容透過一邊緣觸發偵測器180來接收第一開關信號SWS1並且在本實施例中，邊緣觸發偵測器180偵測到第一開關信號SWS1之上升邊緣時，會依序分別地輸出高電壓準位之第二開關信號SWS2與第三開關信號SWS3至取樣保持電路140與放電開關125。

接下來，第一多工器170會根據模式切換信號SEL而選擇校正電壓VCA來作為目標電壓VF並將目標電壓VF傳送至誤差放大器110。第二多工器160會根據模式切換信號SEL而選擇校正時脈信號CLK並輸出第一開關信號SWS1至充電開關120，其中於本實施例中，第一開關信號SWS1之頻率為校正時脈信號CLK之兩倍，但並不以本實施例為限，設計者可以依據實際應用需求來進行不同之設定。在本實施例中，電流補償電路130會根據所接收到之誤差電壓EAOUT來逐步遞增第一電流I之電流值以在每一個開關週期(如充電開關120之開關週期)逐步增加電容電壓VC。當電容電壓VC低於目標電壓VF時(亦即尚未完成校正工作)，則誤差放大器110所輸出之誤差電壓EAOUT會維持在低電壓準位，而電流補償電路130則會繼續增加第一電流I之電流值以在下一個開關週期增加外部電容C之電容電壓VC。

在電流補償電路130不斷地調升第一電流I之電流值來補償外部電容C之補償期間，當外部電容C之電容電壓VC開始等於目標電 壓VF時，則誤差放大器110會將低電壓準位之誤差電壓EAOUT轉態至高電壓準位並輸出高電壓準位之誤差電壓EAOUT至電流補償電路130以指示電流補償電路130停止調整第一電流I之電流值之工作。之後，直到校正模式之預設定校正時間(在一實施例中，預設定校正時間為80ms)結束後，具轉速誤差自動校正功能之轉速控制電路100會轉變為閉迴圈型態而進入到正常模式(normal mode)並維持一正常工作週期後，再進入到校正模式。在正常模式中，第一及第二多工器160、170會根據低電壓準位之模式切換信號而分別選擇轉速時脈信號FG與參考電壓VREF，其中於本實施例中，參考電壓VREF為透過一低壓降穩壓器(Low DropOut Regulator)與分壓電路而產生。分壓電路由第一電阻R1與第二電阻R2所組態而成，第一電阻R1連接至電壓VR與第二電阻R2之間，第二電阻R2連接至接地電壓GND與第二多工器170之間。由於相較於預設定校正時間(如80ms)，所述正常工作週期可以為數分鐘至數小時之時間，因此並不會影響到轉速控制電路100之整體迴路運作。

為了更詳細地說明本發明所述之轉速控制電路100的運作流程，以下將舉多個實施例中至少之一來作更進一步的說明。

在接下來的多個實施例中，將描述不同於上述圖1實施例之部分，且其餘省略部分與上述圖1實施例之部分相同。此外，為說明便利起見，相似之參考數字或標號指示相似之元件。

〔轉速控制電路的另一實施例〕

請參照圖2，圖2為根據本發明實施例之轉速控制電路之細部電路示意圖。在本實施例中，與上述圖1實施例不同的是，電流補償電路130包括計數器132與連接至計數器132之電流調整單元134，其中電流調整單元134用以接收計數器132之計數值S1~SN並據此決定第一電流I之電流值，其中計數值S1對應至最低有效位元，而計數值SN對應至最高有效位元，並且N為正整數。在本實施例中，電流調整單元134包括預設電流源IP1與N個補償電流源 IC1~ICN。計數器132連接誤差放大器110以接收誤差電壓EAOUT並據此控制本身所輸出之計數值S1~SN，其中在校正模式期間，當誤差電壓EAOUT處於低電壓準位時，則計數器132逐步調整計數值S1~SN，當誤差電壓EAOUT轉態至電壓準位時，則計數器132則維持該計數值S1~SN。預設電流源IP1具有設定電流值，其一端連接電源電壓PWR，其另一端連接充電開關120之一端。N個補償電流源IC1~ICN分別具有一補償電流值，N個補償電流源IC1~ICN之每一個之一端連接電源電壓PWR，N個補償電流源IC1~ICN之每一個之另一端透過N個補償開關SC1~SCN連接至充電開關120之一端，其中N個補償開關SC1~SCN根據所對應接收到之計數值S1~SN(數位形式)來決定導通或截止狀態。須注意的是，在本實施例中，第一電流I之電流值等於預設定電流值與M個補償電流值之總和，其中M為零至N之正整數。

接下來要教示的，是進一步說明轉速控制電路200的工作原理。

請同時參照圖2~圖4，圖3為根據本發明實施例之轉速控制電路之模式切換示意圖。圖4為根據本發明實施例之轉速控制電路之驅動波形圖。如圖3所示，在具有轉速控制電路200之電子系統開機後，於開機之暫態期間，亦即電源電壓PWR上升之期間，轉速控制電路200先會以開迴圈(open-loop)組態進入校正模式(calibration mode)，並且透過電流補償電路130來調整第一電流I之電流值以補償外部電容C之誤差。在結束校正模式後，電子系統會進入正常模式，亦即在電子系統開機後之兩個相鄰校正模式之間，則轉速控制電路200會進入正常模式。每隔一正常工作週期T1(約數分鐘至數小時)，轉速控制電路200會進入校正模式(校正時間約數十毫秒)來進行自動補償機制，因此不會影響到轉速控制電路200整體迴路之運作。以下關於本實施例請配合參照圖2與圖4， 並將詳細教示轉速控制電路200進入校正模式期間之相關運作，以更瞭解本揭露內容。

須注意的是，第一電流I之每一單位電流值對應至外部電容C每一單位電容值，設計者可以依據實際電路應用需求來進行設計，其中X為正整數。

在進行下述說明前，須先說明的是，在本實施例中。如果外部電容C之預定電容值為220nF，則第一電流I之電流值須要達到110uA才能滿足式(1)。因此在預設電流源IP1之預設電流值為55uA，當外部電容C之電容值剩下110nF時，則在校正模式期間，電流補償電路130將第一電流I之電流值調整至55uA，以滿足式(1)。

接下來，在校正模式期間，第二多工器170會根據模式切換信號SEL而選擇校正電壓VCA來作為目標電壓VF並將目標電壓VF傳送至誤差放大器110。第一多工器160會根據模式切換信號SEL而選擇校正時脈信號CLK並且輸出第一開關信號SWS1至充電開關120，其中於本實施例中，第一開關信號SWS1之頻率為校正時脈信號CLK之兩倍(如圖4所示)，但並不以本實施例為限，設計者可以依據實際應用需求來進行不同之設定。在本實施例中，電流補償電路130會根據所接收到之誤差電壓EAOUT來逐步遞增第一電流I之電流值以在每一個開關週期(如充電開關120之開關週期)逐步增加電容電壓VC。

如圖4所示，由於充電開關120為低準位致能(low-active)，並且放電開關125與取樣保持電路140為高準位致能，所以在本實施例中，當第一開關訊號SWS1為高電壓準位時，第二及第三開關訊號SWS2與SWS3會依序從低電壓準位轉態至高電壓準位，之後再從高電壓準位轉態至低電壓準位以便完成一個流程，亦即充電-取樣-放電之動作。當第一開關訊號SWS1為低電壓準位時，充電開關120會導通以使得電流補償電路130對外部電容C進行充電。之後，第一開關訊號SWS1從低電壓準位轉態至高電壓準位以便禁能充 電開關。在第一開關訊號SWS1為高電壓準位之期間，取樣保持電路會收到一個致能訊號(亦即高電壓準位之第二開關訊號SWS2)以進行取樣。在第二開關訊號從高電壓準位轉態至低電壓準位後，放電開關125會收到一個致能訊號(亦即高電壓準位之第三開關訊號SWS3)，以使得外部電容C進行放電。進一步來說，在時間t1與t2時，由於電容電壓VC低於目標電壓VF(亦即尚未完成校正工作)，所以誤差放大器110所輸出之誤差電壓EAOUT會維持在低電壓準位。計數器132在收到低電壓準位之誤差電壓EAOUT會逐步計數，並將計數值S1~SN傳送到補償開關SC1~SCN。舉例來說，假設N等於8，在時間t1時，八位元之計數器132會傳送數位信號「0000_0001」之計數值SC1~SC8至對應的補償開關SC1~SC8，其中在本實施例中計數值SC1對應至最低有效位元，而計數值SC8對應至最高有效位元。因此，補償開關SC1會導通，而其它補償開關SC2~SC8會截止，進而使預設電流源IP1與補償電流源IC1會一起輸出電流至外部電容C，亦即第一電流I之電流值等於預設電流值與補償電流源IC1之補償電流值之總和，其中在本實施例中，補償電流源IC1之補償電流值為預設電流值的百分之一(1%)。在時間t2時，計數器132會傳送數位信號「0000_0010」之計數值SC1~SC8至對應的補償開關SC1~SC8。因此，補償開關SC2會導通，而其它補償開關SC1、SC3~SC8會截止，進而使預設電流源IP1與補償電流源IC2會一起輸出電流至外部電容C，亦即第一電流I之電流值等於預設電流值與補償電流值之總和，其中在本實施例中，補償電流源IC2之補償電流值為預設電流值的百分之二(2%)。值得注意的是，在本實施例中，補償電流源IC1~IC8之補償電流值比例為1：2：4：8：16：32：64：128：256，但並不以本實施例為限，設計者可以依據電路設計或實際應用需求來更改相關電流值設計。簡單來說，電流補償電路130則會繼續增加第一電流I之電流值以在下一個開關週期增加外部電容C之電容電壓VC。

在上述計數器132配合電流調整單元134不斷地調升第一電流I之電流值來補償外部電容C之補償期間，在時間t3所取樣而出之電容電壓VC大於目標電壓VF時，則誤差放大器110會將低電壓準位之誤差電壓EAOUT轉態至高電壓準位並輸出高電壓準位之誤差電壓EAOUT至計數器132以指示計數器132停止計數並維持目前之計數值S1~SN(例如「0000_0010」)。並且誤差放大器110會透過取樣保持電路140將誤差電壓EAOUT以電流形式充放於濾波電容FC，亦即比較器150會接收取樣保持電壓信號SHC並且同時與預設定之三角波信號CPWM進行比較運算後輸出脈寬調變轉速信號PWMO。之後，直到校正模式之預設定校正時間(在一實施例中，預設定校正時間為80ms)結束後，具轉速誤差自動校正功能之轉速控制電路200會轉變為閉迴圈型態而進入到正常模式(normal mode)並維持一正常工作週期後，再進入到校正模式，由於相較於預設定校正時間(如80ms)，所述正常工作週期可以為數分鐘至數小時之時間(可由設計者設定)，因此並不會影響到轉速控制電路200之整體迴路運作。據此，本實施例能夠避免風扇系統或轉速控制電路200因為外部電容之老化而導致轉速誤差並進而影響到整體運作。

總而言之，在不脫離透過以一固定之校正時脈信號與一固定的校正電壓在短時間(毫秒等級)之校正模式期間，利用第一電流來補償外部電容之誤差以滿足式(1)之精神下，皆屬於本發明之技術思想所要揭露的範圍內。

〔具有轉速控制電路之風扇系統的一實施例〕

請參照圖5，圖5為根據本發明實施例之具有轉速控制電路之風扇系統之電路區塊示意圖。風扇系統500包括轉速控制電路510、風扇驅動電路520、風扇530與回授電路540。轉速控制電路510接收轉速時脈信號FG用以控制轉速，並且接收校正時脈信號CLK與校正電壓VCA，用以在校正模式期間來補償外部電容之電 容值誤差。風扇驅動電路520連接轉速控制電路510並接收脈寬調變轉速信號PWMO。風扇530連接風扇驅動電路520。回授電路540用以根據風扇530之轉速RS來產生轉速時脈信號FG並傳送至轉速控制電路510。在本實施例中，轉速控制電路510具有轉速誤差自動校正功能，亦即轉速控制電路510可以是上述轉速控制電路100及200兩者之一。

〔轉速誤差自動校正方法的一實施例〕

請參照圖6，圖6為根據本發明實施例之轉速誤差自動校正方法之流程圖。本實施例所述的方法可以在圖1或圖2所示具有轉速控制電路100或200的風扇系統500上執行，因此請一併照圖1~圖5以利理解，而轉速誤差自動校正方法包括以下步驟。根據模式切換信號進入校正模式(步驟S610)。選擇校正時脈信號與校正電壓(步驟S620)。透過調整第一電流之電流值以補償外部電容(步驟S630)。判斷電容電壓是否大於或等於目標電壓(步驟S640)。當電容電壓大於或等於目標電壓時，則完成校正工作並且將誤差電壓轉態至高電壓準位(步驟S650)。關於轉速控制電路之轉速誤差自動校正方法之各步驟的相關細節在上述圖1~圖5實施例已詳細說明，在此恕不贅述。

在此須說明的是，圖6實施例之各步驟僅為方便說明之須要，本發明實施例並不以各步驟彼此間的順序作為實施本發明各個實施例的限制條件。

〔實施例的可能功效〕

綜上所述，本發明實施例所提出之風扇系統、轉速控制電路及其轉速誤差自動校正方法，透過轉速控制電路運作於開迴圈組態之校正模式期間，使得第一及第二多工器根據模式切換信號來選擇校正時脈信號與校正電壓，並且所述轉速控制電路為週期性地進入校正模式且透過調整電流補償電路所提供之第一電流之電流值，其中當電容電壓大於或等於目標電壓時，則完成校正工作 且將誤差電壓轉態至高電壓準位，並且致能取樣保持電路，藉此以補償外部電容之電容值誤差。簡單來說，本揭露內容透過以固定之校正時脈信號與固定的校正電壓，在短時間之校正模式能夠利用第一電流來補償外部電容之誤差。據此，本揭露內容能夠避免因為外部電容之老化而導致轉速誤差並進而影響到風扇系統或轉速控制電路之工作。

以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。

100‧‧‧轉速控制電路

110‧‧‧誤差放大器

120‧‧‧充電開關

125‧‧‧放電開關

130‧‧‧電流補償電路

140‧‧‧取樣保持電路

150‧‧‧比較器

160‧‧‧第一多工器

170‧‧‧第二多工器

180‧‧‧邊緣觸發偵測器

C‧‧‧外部電容

CLK‧‧‧時脈信號

CPWM‧‧‧預設定之三角波信號

EAOUT‧‧‧誤差電壓

FC‧‧‧濾波電容

FG‧‧‧轉速時脈信號

GND‧‧‧接地電壓

I‧‧‧第一電流

R1‧‧‧第一電阻

R2‧‧‧第二電阻

PWMO‧‧‧脈寬調變轉速信號

SEL‧‧‧模式切換信號

SHC‧‧‧取樣保持電壓信號

SWS1‧‧‧第一開關信號

SWS2‧‧‧第二開關信號

SWS3‧‧‧第三開關信號

VC‧‧‧電容電壓

VF‧‧‧目標電壓

VR‧‧‧電壓

VCA‧‧‧校正電壓

VREF‧‧‧參考電壓

Claims (21)

1. 一種具轉速誤差自動校正功能之轉速控制電路，該轉速控制電路包括：一第一多工器，連接一校正時脈信號與一轉速時脈信號，用以根據一模式切換信號輸出一第一開關信號，其中透過一邊緣觸發偵測器接收到該第一開關信號後，在該第一開關信號位於高電壓準位期間，依序輸出高電壓準位之一第二開關信號與一第三開關信號；一第二多工器，連接一校正電壓與一參考電壓，用以根據該模式切換信號輸出一目標電壓；一誤差放大器，連接一外部電容與該第二多工器，以分別接收一電容電壓與該目標電壓，並據此輸出一誤差電壓；以及一電流補償電路，具有一預設電流值，連接該第一開關信號，用以調整一第一電流之電流值來補償該外部電容；其中，在一校正模式，該第一及該第二多工器根據該模式切換信號選擇該校正時脈信號與該校正電壓，並且該轉速控制電路調整該第一電流之電流值，其中當該外部電容之該電容電壓大於或等於該目標電壓時，則完成校正工作且將該誤差電壓轉態至高電壓準位以使該電流補償電路停止調整該第一電流之電流值，藉此以補償該外部電容。
2. 如請求項1所述之轉速控制電路，更包括：一取樣保持電路，連接該誤差放大器，用以接收該第二開關信號並據此將該誤差電壓取樣且保持一段時間，並輸出一取樣保持電壓信號；以及一比較器，接收一預設定之三角波信號與該取樣保持電壓信號，並據此進行比較運算後輸出一脈寬調變轉速信號。
3. 如請求項1所述之轉速控制電路，其中當該外部電容之電容值偏離一預設定電容值X單位電容值時，則該電流補償電路則將逐步調整該第一電流之電流值以補償該外部電容之變化量，其中X為正整數，並且該第一電流之每一單位電流值對應至該外部電容之每一單位電容值。
4. 如請求項1所述之轉速控制電路，其中該電流補償電路將該第一電流之電流值逐步遞增以增加該電容電壓，直到該電容電壓等於該目標電壓，以補償該外部電容之變化量。
5. 如請求項1所述之轉速控制電路，其中藉由該模式切換信號來決定該轉速控制電路進入該校正模式或進入一正常模式，當該轉速控制電路進入該正常模式，則該第一多工器選擇該轉速時脈信號，並且該第二多工器選擇該參考電壓。
6. 如請求項5所述之轉速控制電路，其中在具有該轉速控制電路之一電子系統開機後，在開機之暫態期間，該轉速控制電路先進入該校正模式，之後每經過一正常工作週期，該轉速控制電路再進入該校正模式，而在該電子系統開機後之相鄰兩校正模式之間，該轉速控制電路進入該正常模式。
7. 如請求項1所述之轉速控制電路，更包括：一充電開關，其一端連接該電流補償電路，其另一端連接該外部電容與該誤差放大器，該充電開關根據該第一開關信號而決定導通或截止狀態，其中當該充電開關導通時，則該電流補償電路輸出該第一電流對該外部電容進行充電；以及一放電開關，其一端連接該外部電容與該誤差放大器，其另一端連接一接地電壓，該放電開關根據該第三開關信號而決定導通或截止狀態，其中當該放電開關導通時，則釋放該 外部電容上之該電容電壓，其中在該校正模式，當該第一開關信號從高電壓準位轉態至低電壓準位時，則該第三開關信號從低電壓準位轉態至高電壓準位。
8. 如請求項7所述之轉速控制電路，其中該電流補償電路包括：一計數器，接收該誤差電壓並據此控制所輸出之一計數值，其中在該校正模式，當該誤差電壓為低電壓準位時，則該計數器逐步調整該計數值，並且當該誤差電壓為高電壓準位時，則該計數器維持該計數值；一預設電流源，具有該預設電流值，其一端連接一電源電壓，其另一端連接該充電開關之一端；以及N個補償電流源，分別具有一補償電流值，其一端連接該電源電壓，其另一端分別連接對應的N個補償開關之一端，其中該些補償開關之另一端連接該充電開關之一端，且接收該計數值之並據此決定導通或截止狀態，其中該第一電流之電流值等於該預設電流值與M個補償電流值之總和，其中N為正整數且M為零至N之整數。
9. 一種轉速誤差自動校正方法，用於一轉速控制電路，該轉速控制電路包括一第一多工器、一第二多工器、一誤差放大器、一電流補償電路、一取樣保持電路與比較器，其中該第一多工器連接一校正時脈信號與一轉速時脈信號且根據一模式切換信號輸出一第一開關信號並且透過一邊緣觸發偵測器接收到該第一開關信號後，在該第一開關信號位於高電壓準位期間，依序輸出高電壓準位之一第二開關信號與一第三開關信號，該第二多工器連接一校正電壓與一參考電壓且根據該模式切換信號輸出一目標電壓，該誤差放大器連接一外部電容與該第二多工器，以分別接收一電容電壓與該目標電壓並據此輸出一誤差 電壓，該電流補償電路連接該第一開關信號，用以調整一第一電流之電流值來補償該外部電容，該轉速誤差自動校正方法包括：根據該模式切換信號進入一校正模式；選擇該校正時脈信號與該校正電壓；透過調整該第一電流之電流值以補償該外部電容；判斷該電容電壓是否大於或等於該目標電壓；以及當該電容電壓大於或等於該目標電壓時，則完成校正工作並且將該誤差電壓轉態至高電壓準位。
10. 如請求項9所述之轉速誤差自動校正方法，轉速控制電路，更包括：一取樣保持電路，連接該誤差放大器，用以接收該第二開關信號並據此將該誤差電壓取樣且保持一段時間，並輸出一取樣保持電壓信號；以及一比較器，接收一預設定之三角波信號與該取樣保持電壓信號，並據此進行比較運算後輸出一脈寬調變轉速信號。
11. 如請求項9所述之轉速誤差自動校正方法，其中當該外部電容之電容值偏離一預設定電容值X單位電容值時，則該電流補償電路則將逐步調整該第一電流之電流值以補償該外部電容之變化量，其中X為正整數，並且該第一電流之每一單位電流值對應至該外部電容之每一單位電容值。
12. 如請求項9所述之轉速誤差自動校正方法，其中該電流補償電路則將該第一電流之電流值逐步遞增以增加該電容電壓，直到該電容電壓等於該目標電壓，以補償該外部電容之變化量。
13. 如請求項9所述之轉速誤差自動校正方法，其中藉由該模式切換信號來決定該轉速控制電路進入該校正模式或進入一正常 模式，當該轉速控制電路進入該正常模式，則該第一多工器選擇該轉速時脈信號，且該第二多工器選擇該參考電壓。
14. 如請求項9所述之轉速誤差自動校正方法，其中在具有該轉速控制電路之一電子系統開機後，在開機之暫態期間，該轉速控制電路進入該校正模式，之後每經過一正常工作週期，該轉速控制電路再進入該校正模式，而在該電子系統開機後之相鄰兩校正模式之間，該轉速控制電路進入該正常模式。
15. 如請求項9所述之轉速誤差自動校正方法，其中該轉速控制電路更包括：一充電開關，其一端連接該電流補償電路，其另一端連接該外部電容與該誤差放大器，該充電開關根據該第一開關信號而決定導通或截止狀態，其中當該充電開關導通時，則該電流補償電路輸出該第一電流對該外部電容進行充電；以及一放電開關，其一端連接該外部電容與該誤差放大器，其另一端連接一接地電壓，該放電開關根據該第三開關信號而決定導通或截止狀態，其中當該放電開關導通時，則釋放該外部電容上之該電容電壓，其中在該校正模式，當該第一開關信號從高電壓準位轉態至低電壓準位時，則該第三開關信號從低電壓準位轉態至高電壓準位。
16. 如請求項15所述之轉速誤差自動校正方法，其中該電流補償電路包括：一計數器，接收該誤差電壓並據此控制所輸出之一計數值，其中在該校正模式，當該誤差電壓為低電壓準位時，則該計數器逐步調整該計數值，並且當該誤差電壓為高電壓準位 時，則該計數器維持該計數值；一預設電流源，具有該預設電流值，其一端連接一電源電壓，其另一端連接該充電開關之一端；以及N個補償電流源，分別具有一補償電流值，其一端連接該電源電壓，其另一端分別連接對應的N個補償開關之一端，其中該些補償開關之另一端連接該充電開關之一端，且接收該計數值之並據此決定導通或截止狀態，其中該第一電流之電流值等於該預設電流值與M個補償電流值之總和，其中N為正整數且M為0至N之整數。
17. 一種風扇系統，包括：一轉速控制電路，接收一轉速時脈信號，用以控制轉速；一風扇驅動電路，連接該轉速控制電路並接收該脈寬調變轉速信號；一風扇，連接該風扇驅動電路；以及一回授電路，用以根據該風扇之轉速來產生該轉速時脈信號並傳送至該轉速控制電路，其中該風扇系統利用如申請專利範圍第9項所述之轉速誤差自動校正方法來進行校正工作。
18. 如請求項17所述之風扇系統，其中該轉速控制電路包括：一第一多工器，連接一校正時脈信號與一轉速時脈信號，用以根據一模式切換信號輸出一第一開關信號；一第二多工器，連接一校正電壓與一參考電壓，用以根據該模式切換信號輸出一目標電壓；一誤差放大器，連接一外部電容與該第二多工器，以分別接收一電容電壓與該目標電壓，並據此輸出一誤差電壓；以及一電流補償電路，具有一預設電流值，連接該第一開關信號， 用以調整一第一電流之電流值來補償該外部電容；其中，在一校正模式，該第一及該第二多工器根據該模式切換信號選擇該校正時脈信號與該校正電壓，並且該轉速控制電路調整該第一電流之電流值，其中當該電容電壓等於該目標電壓時，則完成校正工作且該誤差電壓轉態至高電壓準位以使該電流補償電路停止調整該第一電流，藉此以補償該外部電容。
19. 如請求項17所述之風扇系統，其中該轉速控制電路更包括：一取樣保持電路，連接該誤差放大器，用以接收一第二開關信號並據此將該誤差電壓取樣且保持一段時間，並輸出一取樣保持電壓信號；以及一比較器，接收一預設定之三角波信號與該取樣保持電壓信號，並據此進行比較運算後輸出一脈寬調變轉速信號。
20. 如請求項17所述之風扇系統，其中當該外部電容之電容值偏離一預設定電容值X單位電容值時，則該電流補償電路則將逐步調整該第一電流之電流值以補償該外部電容之變化量，其中X為正整數，並且該第一電流之每一單位電流值對應至該外部電容之每一單位電容值。
21. 如請求項17所述之風扇系統，其中該電流補償電路則將該第一電流之電流值逐步遞增以增加該電容電壓，直到該電容電壓等於該目標電壓，以補償該外部電容之變化量。