CN1797008A

CN1797008A - 利用脉宽调制控制器的工作周期信号检测负载电流的方法

Info

Publication number: CN1797008A
Application number: CN 200410103722
Authority: CN
Inventors: 邱志凯; 陈剑辉
Original assignee: AOpen Inc
Current assignee: AOpen Inc
Priority date: 2004-12-28
Filing date: 2004-12-28
Publication date: 2006-07-05
Anticipated expiration: 2024-12-28
Also published as: CN100395553C

Abstract

本发明公开一种利用脉宽调制(PWM)控制器的工作周期信号检测负载电流之方法，包含：提供PWM控制器，用以对负载进行稳压控制；安装PWM工作周期感测(duty cycle sensor)装置，其中PWM工作周期感测装置接收一来自PWM控制器的工作周期信号并根据此工作周期信号中的工作周期变化，对负载的负载电流进行检测；及利用此检测结果对负载的工作频率、工作电压和其相关散热装置进行动态调控。此方法能实时检测到负载的电流变化，并利用检测结果对负载做进一步相关控制以提升负载的工作效能及减少不必要的功率消耗。

Description

利用脉宽调制控制器的工作周期信号检测负载电流的方法

技术领域

本发明系有关一种检测负载电流的方法，特别是一种利用脉宽调制控制器的工作周期脉冲波形信号来检测负载电流的方法。

背景技术

电流检测技术在电子电路上扮演一个非常重要的角色，尤其是电源电路的部分，因为电源电路就如同身体的心脏般，必须源源不绝地提供血液给身体的各个角落，如同血压偏高一般对健康是有影响的；因此，如何准确且实时地检测电流将对于整个电子电路***的稳定性及安全性有莫大的影响。目前现有的电流检测方式主要是使用电阻转换技术的方式：在电源供应的路径上，串接一个低阻值的电阻，当电流流过此电阻时会产生些微电压降，利用欧姆定律，便可计算出此时负载消耗的电流。然而，此种方式有下列几个缺点：1.电流检测的准确性会因电阻组件本身的误差、外在环境(如温度等)或其它不确定因素而影响；2.在大电流时，电阻组件会造成额外的功率消耗，此功率消耗终将以热能的方式浪费于***中。

而在现有的主机板设计中，对于***的负载(如中央处理单元(CPU)等)的负载电流检测，主要有二种方式，一是使用硬件电路的检测方式，系在负载端使用热敏电阻(或特殊晶体管)等硬设备检测，其操作原理为：当负载加重(即负载电流变大)时，负载的表面温度始随之增加，此时通过热敏电阻可检测到其温度系逐渐以非线性方式增加，藉此可推测得该负载的电流此时系渐增加，反之，当测得负载温度降低，则可得负载电流系变小。此法系间接藉由负载的温度改变情形而推测负载电流的变化，然而，负载的电流改变通常较为快速，其并非能实时反映在负载温度的改变上，且通过热敏电阻感应后再做传递亦将增加延迟时间；故此法的缺点为不够实时，造成无法立即控制、监测负载的电流消耗情形。另一方法系以软件的方式对负载电流进行检测，目前较普遍的做法系为采用计算机操作***检测之，例如当负载为一CPU时，可由Windows API(Application Programming Interface)读取CPU目前的使用率，当CPU的使用率越高，即代表此时CPU所消耗的电流越大，亦即CPU的负载电流将变大，反之亦然，藉此可推测出负载电流的变化情形。此法的缺点在于，因为其系依赖操作***的操作，当操作***宕机或执行不稳时，将造成检测功能失效或失准，且并非每种操作***都会支持相关的保护措施，故此法可能造成无法预期的损害。

另外，目前于一般的计算机主机中，CPU的工作频率通常系维持于固定值，且其工作电压亦受主机板中的脉宽调制(PWM)控制器所控制，趋于维持在一稳压值状态，然此做法通常使得CPU的工作效能受到限制，无法提升。如前述，若经由有效的负载电流检测方法，检测得CPU之负载电流此时系渐增加，其代表目前CPU正忙于处理大量的数据(data)，亦即CPU处于高使用率状态，此时若能通过控制机制调高CPU的工作频率(即进行超频操作)，将可加快CPU的作业处理速度，使得CPU的处理效率和速度提升；且在此同时，若能适度地增加CPU的工作电压(或称负载电压)，将可使CPU的操作行为更为稳定。同理，若经检测得CPU的负载电流系渐减少，其代表CPU目前系处于闲置或低使用率状态，亦即不须处理大量信息，此时若能调降CPU的工作频率和其工作电压，将可减少不必要的功率消耗。此外，***中通常包含风扇用以对CPU进行散热，当CPU处于高使用率状态，亦即其具有高负载电流时，此时由于功率消耗之故，CPU本身将会产生高热，此时一温度感应装置，例如热敏电阻在检测到CPU温度上升后，将通过主机板固有的控制机制调快风扇转速以达散热效果，反之，若CPU温度下降，经热敏电阻感测后则调降风扇之转速。传统的风扇的转速操作与CPU(负载)的温度关系如第1图所示，呈正比关系。然而上述关于风扇的控制模式有如下缺点：1.CPU的温度系于负载电流变化后才随之反应，且通过相关感热装置(如热敏电阻)检测到CPU温度变化后再对风扇进行控制，将产生延迟时间，使得风扇的转速无法实时配合负载电流变化而反应。2.此风扇控制系属一段式控制模式，无法针对负载的高低温变化做更有效率的切换调控。故若能在精确检测得目前CPU之负载电流系变大(即意味着CPU的耗能增加且其所产生的温度势必将升高)的同时，通过控制机制更快速地增加CPU的散热风扇转速，将可加快其排热效果，进而防止CPU发生工作不稳，甚至损坏、烧毁等情形，以增进其使用寿命；同理，当检测到目前CPU的负载电流变小时，其意味着CPU的耗能减小且其本身温度亦将下降，亦即其不须过度的散热处置，此时，若能大幅调降风扇的转速，甚至视需求停止风扇运转，将可节省不必要的能源浪费，并可降低风扇所带来的噪音。

鉴于上述，亟待提出一种利用脉宽调制控制器的工作周期信号检测负载电流的方法，其能实时且快速地检测出目前负载电流的变化，且其主要系利用硬件的方式实施，故可避免因软件操作不稳或宕机所带来的问题。另外，根据检测出的负载电流变化，此方法更进一步能提供控制机制，以对负载的工作频率、工作电压甚或相关的散热装置操作进行动态调控，进而提升负载的工作效能并减少不必要的功率消耗。

发明内容

本发明的主要目的系提供一种利用脉宽调制控制器的工作周期脉冲波形信号检测负载电流的方法，其能实时且快速地检测出负载电流的变化情形。

本发明的又一目的系提供一种利用脉宽调制控制器的工作周期脉冲波形信号检测负载电流的方法，其系主要通过硬件装置实现，而非依赖软件方式的操作***，故可避免操作***发生操作不稳或宕机等问题。

本发明的又一目的系提供一种利用脉宽调制控制器的工作周期脉冲波形信号检测负载电流及提升负载工作效能的方法，其除能有效检测出负载电流的变化情形外，且能根据负载电流的变化情形对负载的工作频率、工作电压进行动态调控，进而提升负载的工作效率，及减少功率消耗。

本发明的又一目的系提供一种利用脉宽调制控制器的工作周期信号检测负载电流及提升负载工作效能的方法，其能于检测出负载电流的变化情形后，对负载的相关散热装置(如一风扇)进行一调节控制，使得在负载于将进行一高温操作时，快速调高风扇的转速；而在低温操作时，快速调降风扇的转速，进而提升风扇的散热效率，防止负载过热、烧毁及避免不必要的能源浪费。

根据上述的目的，本发明提供一种利用脉宽调制控制器的工作周期脉冲波形信号以检测负载电流的方法，主要包含：提供脉宽调制(PWM)控制器，此PWM控制器将接收来自负载(如CPU)的反馈信号并根据此反馈信号对负载进行稳压控制，其中当负载工作电压(或称负载电压)变小时，PWM控制器内的工作周期脉冲波形(duty cycle pulse wave)的有效工作时间将变大，且当负载的工作电压变大时，此时工作周期脉冲波形的有效工作时间将变小，以对负载进行稳压控制；接着，设置PWM工作周期感测装置(duty cycle sensordevice)，其中此PWM工作周期感测装置接收来自PWM控制器的工作周期脉冲波形信号，且其内部设置有取样周期；接着，根据此工作周期脉冲波形信号，PWM工作周期感测装置将每隔此取样周期，计算此取样周期内的工作周期脉冲波形信号的有效工作时间的总和与此取样周期时间的工作比值，及根据此工作比值，PWM工作周期感测装置将检测出负载电流的变化情形；以及此PWM工作周期感测装置将于此工作比值变大时，调高负载的工作频率、工作电压和其散热风扇的转速；并当此工作比值变小时，调降该负载的工作频率、工作电压和散热风扇的转速。由上述知，本发明利用一外加的PWM工作周期感测装置并根据***既有的PWM控制器所产生的工作周期脉冲波形信号，以对负载的电流进行检测，且根据此检测结果对负载进行相关控制，其优点在于：PWM控制器的工作周期能实时反应负载的电压变化，进而可实时推测出负载的电流变化；且因应负载电流的变化对负载的工作频率、工作电压和散热装置做适度的调控，将能提升负载的工作效能和避免不必要的能源浪费。

上述有关本发明的内容及以下的实施方式详细说明皆为范例并非限制。其它不脱离本创作的精神的等效改变或修饰均应包含在本发明的权利要求范围内。

附图说明

第1图系传统CPU的风扇转速的控制模式示意图；

第2图系根据本发明一脉宽调制切换调节电路的示意图；

第3图系根据第2图显示负载的电压及电流变化情形与脉宽调制控制器的工作周期脉冲波形信号的关系图；

第4图系根据本发明的一个较佳实施例的一应用装置示意图；

第5图系根据本发明的工作比值的计算过程中的取样计数方式的示意图；

第6图系根据本发明的两段式工作频率控制模式的示意图；

第7图系根据本发明的两段式工作电压控制模式的示意图；

第8图系根据本发明的CPU的工作负载线的示意图；

第9图系根据本发明的两段式风扇转速控制模式的示意图；

第10图系根据本发明的一硬件装置实施例的示意图；及

第11图系根据本发明的利用脉宽调制控制器的工作周期信号检测负载电流的方法的操作流程图。

[主要部件标号说明]

200传统的脉宽调制切换调节电路

202负载 204脉宽调制控制器

206电源供应器 208高侧金属氧化物半导体

210低侧金属氧化物半导体 212电感

214电容 216反馈信号

218第一工作周期脉冲波形信号 219第二工作周期脉冲波形信号

402中央处理单元 404脉宽调制控制器

406电源供应器 408高侧金属氧化物半导体

410低侧金属氧化物半导体 412电感

414电容 416反馈信号

418第一工作周期脉冲波形信号 419第二工作周期脉冲波形信号

422时钟产生器 424电压识别控制器

426风扇 428风扇调控装置

1002中央处理单元 1004脉宽调制控制器

1006电源供应器 1008高侧金属氧化物半导体

1010低侧金属氧化物半导体 1012电感

1014电容 1016反馈信号

1018第一工作周期脉冲波形信号 1019第二工作周期脉冲波形信号

1020脉宽调制工作周期传感器 1022时钟产生器

1024电压识别控制器 1026风扇

1028风扇调控装置 1030控制信号

1032控制信号 1034控制信号

1200～1208操作流程方块图

具体实施方式

本发明的实施例将配合所附的图示详细描述如下。在此特别一提的是，所有图示均以简单的形式且未依照比例描绘，而尺寸均被夸大以利了解本发明。

如第2图所示，其系根据本发明一基本电子电路的脉宽调制切换调节(PWM switching regulator)电路200示意图，其中包含：负载202(或称电子组件，如控制芯片、服务器和CPU等)、脉宽调制控制器(PWMcontroller)204、电源供应器(power supply)206、高侧金属氧化物半导体(high side MOS)208、低侧金属氧化物半导体(low side MOS)210和由电感212和电容214等组件所组成的滤波电路，其中PWM控制器204接收一来自负载202输出电压端Vout的反馈信号216。一般而言，在电子电路中负载202的工作电压(或称负载电压)，通常具有一工作范围限制，亦即负载在操作时须为维持在稳定的电压范围甚或稳定的电压值，如此一来负载方能稳定地运作。故，在PWM切换调节电路中，PWM控制器204的功能系为对负载202进行一稳压控制，使其维持在稳压操作环境。PWM控制器204之操作原理系如第3图所示，当负载电流(I)变大时(如区间Ta-Tb的左部所示)，根据功率守恒定理，此时负载之瞬间瞬时工作电压(或称负载电压)将瞬间成反比下降(图未显示)。此时，为了拉升下降的工作电压使其维持于一稳压值(如图中Vout维持于一水平状态)，PWM控制器204在接收到反馈信号216后，PWM控制器204内所产生的工作周期脉冲波形信号的有效工作时间(即图中打开时间(ONtime)的长度)将随着负载电流的增加而增长，亦即脉冲波形之工作周期(dutycycle)将变大。此时，做为开关组件用的MOS(high side MOS 208和low sideMOS 210)在接收到来自PWM控制器204所发出的工作周期脉冲波形信号218和219后，MOS的打开时间将因工作周期脉冲波形的有效工作时间变大而变长，以对负载进行更多的电压输入，进而提升负载的工作电压；反之，当负载电流逐渐减小时(如区间Ta-Tb的右部所示)，负载电压瞬间瞬时将随之上升(图未显示)，此时，PWM控制器204内工作周期脉冲波形的有效工作时间将变短，以减少对负载202的电压输入，使其维持于一稳压值。因此根据上述特性，本发明即利用检测PWM控制器204的工作周期(duty cycle)之变化，进而检测出目前负载端的电流消耗情形。

本发明公开一种利用脉宽调制控制器的工作周期脉冲波形信号以检测负载电流的方法，第4图系根据本发明的一较佳实施例的应用硬件示意图。此实施例中系考虑一计算机主机板的PWM切换调节电路(switching regulatorcircuit)，其中负载系为CPU 402，且配置有风扇426，做为其散热装置，而CPU 402的工作频率系由一时钟产生器(clock generator)422所提供。本发明的利用脉宽调制控制器的工作周期脉冲波形信号检测负载电流的方法，包含：首先，提供PWM切换调节电路，其包括电源供应器406，用以供应CPU 402电源；PWM控制器404，接收来自CPU 402负载端V_out的反馈信号416，并通过发送第一工作周期脉冲波形信号(duty cycle pulse wave signal)418和第二工作周期脉冲波形信号419，进而对CPU 402进行稳压控制；低侧金属氧化物半导体(low side MOS)410和高侧金属氧化物半导体(hig side MOS)408，系作为开关切换组件用，其分别接收来自PWM控制器404的第一工作周期脉冲波形信号418和第二工作周期脉冲波形信号419；及由电感412和电容414等组件所组成的滤波电路，用以对来自高侧金属氧化物半导体408和低侧金属氧化物半导体410的输出信号进行整流，最后经由控制信号411对CPU 402进行稳压控制；以及电压识别(voltage identification，VID)控制器424，用以对PWM控制器404提供一组电压编码所对应的稳压值，使得PWM控制器404根据此稳压值对CPU 402进行稳压控制。接着，撷取PWM控制器404的工作周期脉冲波形信号，如撷取第一工作周期信号418，并根据第一工作周期脉冲波形信号418的有效工作时间的变化情形，以检测CPU 402的负载电流的变化情形。当其有效工作时间逐渐变大，即可检测到此时CPU402的负载电流系渐变大，亦即CPU 402处于高使用率状态；反之当信号的有效工作时间逐渐变小，即可检测到此时CPU 402的负载电流系渐变小，即CPU 402处于低使用率状态。接着，根据负载电流的检测结果，分别对时钟产生器422、VID控制器424及风扇426进行调控，藉以动态地改变CPU 402的工作频率和工作电压，即适度地调整风扇426的转速，进而提升CPU 402的工作效能及减少不必要的功率消耗。上述的方法中，例如：检测第一周期工作时钟信号418；根据有效工作时间的变化情形以控制CPU 402的工作频率与工作电压；以及控制风扇转速等详细实施方法，将于底下的内容描述之。此外，上述方法的所有动作系可藉由外加的硬件装置如IC控制芯片以操控实现之，相关说明将于底下的内容详细描述之。

如同前述，PWM控制器404的特性为，当CPU 402的工作电压(即负载电压)变小时(即CPU 402之负载电流变大时)，PWM控制器404内产生的工作周期脉冲波形的有效工作时间将变长；而当工作电压变大时(即CPU 402的负载电流变小时)，脉冲波形的有效工作时间将变短；故可推得，PWM控制器404的工作周期脉冲波形的有效工作时间变化系与负载电流变化成比例关系，因此可利用每一脉冲波形周期的有效工作时间的变化情形来检测CPU 402的负载电流变化。例如，复参见第3图所示，可将单一脉冲波形周期的有效工作时间之长(如t₀)除以单一脉冲波形周期的时间(t_p)得一工作比值R，此工作比值R亦即一般所谓的工作周期(duty cycle)。接着，可设置一临界值C做为与此工作比值的比较基准，如临界值设置为0.6，于是当工作比值R大于0.6时，其显示目前负载的工作电压系变小，亦即藉此可检测到此时的负载电流系变大，且负载电流的变大幅度可经由工作比值R与临界值C的差值多寡而得，例如，负载电流的变化幅度系与工作比值R与临界值C的差值成正比。此时，表示CPU 402正处于高使用率状态须处理大量信息，故可控制时钟产生器422藉以调高目前CPU 402(及其周边装置)的工作频率，以提升CPU 402的处理速度；以及控制VID控制器424使其调高稳压电平设置，进而使PWM控制器404依据此调高后的稳压电平，增加CPU 402的工作电压，其中，工作频率与工作电压的调幅，可依据工作比值R与临界值C的差值幅度而定。同理，当工作比值R小于临界值C时，其显示目前CPU 402的工作电压系变大，故检测得负载电流系变小。此时，控制时钟产生器422使其调降目前CPU402的工作频率；以及藉由控制VID控制器424，以调降CPU 402的工作电压。

然而，由于单一脉冲波形周期时间甚短，因此若采上述计算工作比值R的方式，即每隔一脉冲波形周期计算一次比值，其将使工作比值R每隔一脉冲波形周期与临界值C比较一次，而造成控制信号切换速度过快，将使时钟产生器422和VID制器424容易产生不稳定操作；再者，快速地变化负载的工作频率和工作电压实质上并无太大效益。因此，本发明的检测负载电流的方法中系采平均值的计算方法，包括，设置临界值C外，设置取样周期T，如复参第3图所示，于是工作比值R的计算方式系为：每隔一取样周期T，计算取样周期T内的工作周期脉冲波形信号上的有效工作时间的总和与取样周期T的比值，例如，取第三中其中一段取样周期T为例：

工作比值R＝有效工作时间总和(t₀+t₁+t₂)/取样周期(T)

取样周期T的长短，可随着使用于不同的应用装置而不同，一般而言T的长度选择系基于***的稳定性及安全的考虑下，根据实验和经验数据的方式而得。然而，实际上电子***的控制模式系为数字控制，其相关的信号处理亦以数字取样的方式进行，因此关于工作比值R的计算，本发明实际的做法系如第5图所示，根据一信号取样时间t_s，工作比值R即为取样周期T内的有效工作时间对应于取样时间t_s的总取样计数(sampling counts)与取样周期T对应于取样时间t_s的总取样计数之比，如下式示：

工作比值R＝有效工作时间的总取样计数/取样周期之取样计数

接着，对工作比值R与临界值C进行判断，有别于前述负载的工作频率和工作电压的升降幅度系根据工作比值R与临界值C的差值大小做比例调控，本发明的控制CPU 402的工作频率和工作电压的方法中，系采两段式控制模式；即当检测出工作比值R系大于临界值C时，将时钟产生器422切换至高频控制模式(high frequency control mode)以产生第一工作频率F1以供CPU402，同时，控制VID控制器424切换至高功率控制模式(high power controlmode)，使CPU 402维持于固定的第一稳压值V1；同理，当检测得工作比值R小于临界值C时，则将时钟产生器422切换至低频控制模式(low frequencycontrol mode)以产生第二工作频率F2以供CPU 402，并控制VIP控制器424切换至低功率控制模式(low power control mode)，使CPU 402维持于第二稳压值V2。其中，上述的第一工作频率F1系大于第二工作频率F2，且第一稳压值V1大于第二稳压值V2。关于上述两段式控制模式的工作频率和工作电压的操作示意图系分别如第6图和第7图所示。在实施例中，高功率控制模式系为传统***中未采本发明两段式控制方法的一般电压操作模式。第8图系为高、低功率控制模式下CPU 402的负载线(loading line)示意图，其中横轴表示CPU 402的电流，纵轴表示其电压，若高功率负载线系为传统主机板未采用本发明方法前的CPU 402电压操作模式，则当采用本发明后，若经检测得工作比值R小于临界质C，且进而控制VID控制器424使得CPU 402切换至低功率控制模式，此时***整体将可较不具切换控制模式功能的传统操作，节省下如图中斜线平行四边形部分的能源。时钟产生器422和VID控制器424系主机板的固有装置，一般的时钟产生器具有一个供切换信号的接脚，一个接脚可用以切换两段工作频率模式(即0和1的操作模式)，故这也是本实施例中设计为两段式控制模式的原因所在。然而，本发明的方法并非仅限于两段式控制模式，未来若硬设备允许，如能针对时钟产生器422和VIP控制器424之硬件做适度的改良设计，亦可根据工作比值R与临界值C的差距幅度细分更多段的控制模式，甚或根据差距幅度以固定比例的方式进行更连续的控制模式。

复参见第4图，***中尚包含风扇426用以对CPU 402进行散热，当CPU402处于高使用率状态，亦即其具有高负载电流时，此时由于功率消耗之故，CPU 402本身将会产生高热，此时温度感应装置，例如热敏电阻(图中未显示)在检测到CPU 402温度上升后，将通过主机板固有的控制机制调快风扇426转速以达散热效果，反之，若CPU 402温度下降，经热敏电阻感测后则调降风扇426之转速。然而传统CPU的风扇散热方式具有如先前技术所述的缺点，故本发明除了根据工作比值R之变化以检测负载电流变化；并对CPU 402的工作频率和工作电压做适当的调控外，还包含根据负载电流的检测结果，对风扇426进行转速调控。特别一提的是，一般主机板的固有设备并无如时钟产生器422和VID控制器424等的独立控制装置，可用以控制风扇426。因此，在本实施例中系外设风扇调控装置428(如第4图虚线所示)，藉以控制风扇426的转速，其中风扇调控装置428可为IC芯片。本实施例中对风扇426的调控方法系为，当检测得工作比值R高于临界值C时，即CPU 402处于高使用率状态时，此时CPU 402将产生高热；于是，控制风扇调控装置428，使其切换至高转速控制模式(high speed control mode)，如第9图所示；并当检测到工作比值R低于临界值C时，即CPU 402处于低使用率状态时，控制风扇调控装置428，使其切换至低转速控制模式(low speed control mode)，如第9图所示。图中，高、低转速控制模式系皆为线性控制模式，即其转速系正比于CPU 402的温度变化，亦即当切换至高或低转速控制模式后，风扇之转速系受控于热敏电阻所检测到的CPU 402的温度。比较传统风扇控制(如第1图所示)与第9图的控制方式其不同处在于，本实施例的第9图控制模式系为两段式控制模式，且在相同的CPU 402温度下(如图中温度T₁)，高转速控制模式其所对应的风扇转速S₁将大于低转速控制模式所对应的风扇转速S₂。如此一来，当CPU 402处于高使用率，即高温状态时，风扇426的转速将大幅提高，以快速降低CPU 402的温度，进而提升散热效率及避免CPU 402损坏烧毁；而当CPU处于低使用率，亦即处于低温状态时，风扇426之转速将大为调降，以节省不必要之能源浪费，并降低风扇噪音，甚至达静音。同时本发明通过工作比值R的变化作为切换依据，其相当于具有提前预知负载温度变化的效果，因此能在温度过热前，实时对风扇426进行控制，而发挥最大的降温功效。同理根据此实施例的概念，在其它的实施例中，若有其它适当的硬设备配合，对于风扇426的控制亦可根据工作比值R的变化采取更细微的多段式控制模式，或可直接控制风扇转速使之与工作比值R成一正比关系(如第9图之纵轴所示)，而不必再通过热敏电值或其它监测装置，以避免监测回路延迟时间过长的缺点。

参考第10图，上述的本发明的利用脉宽调制控制器的工作周期信号以检测负载电流的方法，还包含设置PWM工作周期感侧(duty cycle sensor)装置1020，用以执行上述所有如：接收PWM控制器的第一工作周期脉冲波形信号；设置取样周期T及临界值C；计算工作比值R；比较工作比值R与临界值C的大小；以及调控负载的工作频率、工作电压和风扇的转速等操控动作，其中PWM工作周期感侧装置1020可为IC控制芯片。故本发明的方法可藉由外加硬设备PWM工作周期感侧装置1020以实现，而别于传统操作***软件利用检测负载的工作使用率，以检测负载电流的方法。关于PWM工作周期感侧装置1020与整个***的连结方式与其整体操作流程将于底下分别结合第10图和第11图描述之。

复考第10图，系为根据本发明的一种具有利用脉宽调制工作周期信号以检测负载电流及提升负载工作效能的装置，包含：PWM控制器1004，接收来自CPU 1002负载端V_out的反馈信号1016，以对CPU 1002进行稳压控制；时钟产生器1022，用以提供CPU 1002一工作频率；VID控制器1024，用以对PWM控制器1004提供稳压值设置，使得PWM控制器1004根据此稳压值对CPU1002进行稳压控制；风扇调控装置1028，用以对风扇1026进行转速调控；PWM工作周期感测装置1020，接收来自PWM控制器1004的第一工作周期脉冲波形信号1018，并经由控制信号1030、1032和1034分别对VID控制器1024、时钟产生器1022和风扇调控装置1028进行控制，进而达到调控CPU的工作电压、工作频率以及风扇1026转速的目的。PWM工作周期感测装置1020和风扇调控装置1028可分别设计为IC芯片或及其它电路装置形式，其中PWM工作周期感测装置1020需具备至少下列功能：1.设置功能，即能于PWM工作周期感测装置1020内设置取样周期T、临界值C和取样时间ts，以供计算工作比值R和判断负载电流变化大小之用2.检测功能，即能藉由所接收到的第一工作周期脉冲波形信号1018，计算出工作比值R；以及对工作比值R和临界值C进行比较。3.控制功能，即当工作比值R大于临界值C时，PWM工作周期感测装置1020能切换VID控制器1024至高功率控制模式，及切换时钟产生器1022至高频控制模式，以及通过控制信号1034切换风扇调控装置1028至高转速控制模式，同理当工作比值R小于临界值C时，切换VID控制器1024至低功率控制模式，及切换时钟产生器1022至低频控制模式，以及切换风扇调控装置1028至低转速控制模式。

参照第10图，本发明所提出的利用脉宽调制控制器的工作周期信号检测负载电流及提升负载的工作效能的方法的操作流程图系如第11图所示。首先，于步骤1100，PWM工作周期感测装置1020接收来自PWM控制器1004的工作周期信号。接着步骤1102中，PWM工作周期感测装置1020根据其内部所设置的取样周期T与取样时间t_s，计算出工作比值R，其中工作比值R系为取样周期T内的工作周期脉冲波形的有效工作时间对应于取样时间t_s的总取样计数与取样周期T对应于取样时间t_s的总取样计数之比。接着步骤1104中，PWM工作周期感应装置1020判断工作比值R是否大于临界值C，其中临界值C系设置于PWM工作周期感应装置1020内；当工作比值R大于临界值C时，则流程来到步骤1106，否则流程来到步骤1108。步骤1106中，PWM工作周期感应装置1020将通过控制时钟产生器1022，以调高CPU 1002(及周边装置)的工作频率，亦即进行一超频动作，使其提升工作处理速度以增加CPU1002的执行效率；同时，PWM工作周期感应装置1020亦将通过控制VID控制器1024使CPU 1002的工作电压提升至一高稳压值；以及将风扇1026的控制模式切换至高转速控制模式，以快速提高风扇转速，提升散温效率。若来到步骤1108则，PWM工作周期感应装置1020将通过控制时钟产生器1022，以调降CPU 1002的工作频率，进而降低功率消耗；同时，PWM工作周期感应装置1020亦将通过VID控制器1024使得CPU 1002的工作电压调降至低稳压值，以节省不必要的功率消耗；以及将风扇1026的控制模式切换至低速控制模式，此时风扇1026可快速地降低转速，以降低风扇噪音及功率消耗。

综观上述，有别于现有利用作业软件对CPU的使用率进行检测以获取负载电流变化之方法，本发明之创新检测技术系完全藉由电子电路的硬件装置(如提供PWM工作周期感测装置)所达成，与操作***支持无关；并且，当PWM工作周期感测装置的控制电路自***中移除时，并不会影响计算机(或***)的原本既有功能；而在加入本发明的PWM工作周期感测装置的控制电路后，却可达到动态调整CPU工作效能、降低风扇噪音及减少不必要的功率消耗的功效。

上述的揭露提出的实施例系用以实现本发明的不同特征与优点；亦藉由组成组件与相关图标的详述以帮助本发明的阐明。当然，本文的有限实施例并非用以限缩本发明的权利要求范围。本发明已针对其较佳实施例做特别说明与描述，对于本领域技术人员应可明了及实施，因此其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在所述的权利要求范围中。

Claims

1.一种检测负载电流的方法，包含：

提供脉宽调制控制器，该脉宽调制控制器接收来自负载的反馈信号并对该负载进行稳压控制；以及

根据该脉宽调制控制器所产生的工作周期脉冲波形信号的有效工作时间的变化，以检测该负载的负载电流的变化情形。

2.根据权利要求1所述的检测负载电流的方法，还包含设置取样周期和临界值，以及每隔该取样周期，计算该取样周期内该脉宽调制控制器的工作周期脉冲波形信号上的有效工作时间的总和与该取样周期的比值；以及对该比值与该临界值进行比较，以检测该负载的负载电流的变化情形。

3.根据权利要求2所述的检测负载电流的方法，其中当该比值大于该临界值时，即检测得该负载的负载电流系正变大；而当该比值小于该临界值时，即检测得该负载电流系正变小；且上述的负载电流的变大或变小的幅度系依据该比值与该临界值的差值大小而定。

4.根据权利要求2所述的检测负载电流的方法，其中上述的负载电流的变大或变小的幅度系正比于该比值与该临界值的差值。

5.根据权利要求2所述的检测负载电流的方法，其中上述的计算该比值的方法，系为根据一取样时间，计算该取样周期内之有效工作时间对应于该取样时间的总取样计数与该取样周期对应于该取样时间的总取样计数之比。

6.根据权利要求1所述的检测负载电流的方法，其中该负载系为中央处理器单元。

7.根据权利要求1所述的检测负载电流的方法，还包含设置感测装置，该感测装置接收来自该脉宽调制控制器的工作周期脉冲波形信号，并检测该工作周期脉冲波形信号的有效工作时间的变化，以检测得该负载的负载电流的变化情形。

8.根据权利要求7所述的检测负载电流的方法，还包含设置取样周期和临界值于该感测装置内，且该感测装置将每隔该取样周期，计算该取样周期内该脉宽调制控制器的工作周期脉冲波形信号上的有效工作时间的总和与该取样周期的比值；以及比较该比值与该临界值的大小，以检测得该负载的负载电流的变化情形。

9.根据权利要求8所述的检测负载电流的方法，其中上述计算该比值的方法，系为该感测装置根据一取样时间，计算该取样周期内的有效工作时间对应于该取样时间的总取样计数与该取样周期对应于该取样时间的总取样计数之比。

10.根据权利要求9所述的检测负载电流的方法，其中该取样时间系设置于该感测装置内。

11.根据权利要求7所述的检测负载电流的方法，其中该感测装置系为集成电路芯片。

12.一种提升负载的工作效能的方法，包含：

提供脉宽调制控制器，该脉宽调制控制器接收来自负载的反馈信号并对该负载进行稳压控制；及

调控该负载的工作频率，其中该调控该负载的工作频率系根据该脉宽调制控制器所产生的工作周期脉冲波形信号的有效工作时间的变化情形而达成。

13.根据权利要求12所述的提升负载的工作效能的方法，还包含根据该脉宽调制控制器的工作周期脉冲波形信号的有效工作时间的变化，以对该负载的工作电压进行调控。

14.根据权利要求12所述的提升负载的工作效能的方法，还包含根据该脉宽调制控制器的工作周期脉冲波形信号的有效工作时间的变化，以对该负载的散热装置进行调控。

15.根据权利要求12所述的提升负载的工作效能的方法，还包含设置取样周期和临界值，和每隔该取样周期，计算该取样周期内该脉宽调制控制器的工作周期脉冲波形信号的有效工作时间的总和与该取样周期的比值；以及对该比值与该临界值进行比较，以对该负载的工作频率进行调控。

16.根据权利要求15所述的提升负载的工作效能的方法，其中上述的计算该比值的方法，系为根据取样时间，计算该取样周期内的有效工作时间对应于该取样时间的总取样计数与该取样周期对应于该取样时间的总取样计数之比。

17.根据权利要求15所述的提升负载的工作效能的方法，其中上述的对该负载的工作频率进行调控的方法，系当该比值大于该临界值时，调高该负载的工作频率；而当该比值小于该临界值时，调降该负载的工作频率；且上述的工作频率的调高或调降的幅度系依据该比值与该临界值的差值的大小而定。

18.根据权利要求17所述的提升负载的工作效能的方法，其中上述的调高或调降该负载的工作频率的幅度系正比于该比值与该临界值的差值。

19.根据权利要求15所述的提升负载的工作效能的方法，其中上述的对该负载的工作频率进行调控的方法，系当该比值大于该临界值时，控制该负载的工作频率至第一工作频率；而当该比值小于该临界值时，控制该负载的工作频率至第二工作频率，其中该第一工作频率系大于该第二工作频率。

20.根据权利要求15所述的提升负载的工作效能的方法，还包含对该比值与该临界值进行比较，以对该负载的工作电压进行调控。

21.根据权利要求20所述的提升负载的工作效能的方法，其中上述的对该负载的工作电压进行调控的方法，系当该比值大于该临界值时，调高该负载的工作电压；而当该比值小于该临界值时，调降该负载的工作电压；且上述的工作电压的调高或调降的幅度系依据该比值与该临界值的差值的大小而定。

22.根据权利要求20所述的提升负载的工作效能的方法，其中该稳压控制系使该负载维持于一稳压值，且上述的对该负载的工作电压进行调控的方法，系当该比值大于该临界值时，维持该负载于该压值，而当该比值小于该临界值时，调降该稳压值。

23.根据权利要求15所述的提升负载的工作效能的方法，还包含对该比值与该临界值进行比较，以对风扇的转速进行调控，其中该风扇系用以对该负载进行散热。

24.根据权利要求23所述的提升负载的工作效能的方法，其中上述的对该风扇进行调控的方法，系当该比值大于该临界值时，调高该风扇的转速；而当该比值小于该临界值时，调降该风扇的转速；且上述的调高或调降风扇的转速的幅度系依据该比值与该临界值的差值的大小而定。

25.根据权利要求23所述的提升负载的工作效能的方法，其中当该比值大于该临界值时，该风扇的操作方式将依第一线性控制模式运转；及当该比值小于该临界值时，该风扇的操作方式将依第二线性控制模式运转。

26.根据权利要求25所述的提升负载的工作效能的方法，其中该第一和第二线性控制模式系指该风扇的转速与用以检测该负载温度的热感应器的检测值成正比关系，且在相同的该比值情况下，该风扇在该第一线性控制模式下所对应的转速将大于在该第二线性控制模式下所对应的转速。

27.根据权利要求25所述的提升负载的工作效能的方法，其中该第一和第二线性模式系指该风扇的转速与该比值成正比关系，且在相同的该比值的情况下，该风扇在该第一线性控制模式下所对应的转速将大于在该第二线性控制模式下所对应的转速。

28.根据权利要求12所述的提升负载的工作效能的方法，其中该负载系为中央处理单元。

29.一种提升负载的工作效能的方法，包含：

设置感测装置，其中该感测装置接收来自该脉宽调制控制器的工作周期脉冲波形信号，并检测该工作周期脉冲波形信号的有效工作时间的变化情形，以对该负载的工作频率进行调控。

30.根据权利要求29所述的提升负载的工作效能的方法，还包含设置取样周期与临界值于该感测装置，且该感测装置将每隔该取样周期，计算该取样周期内该工作周期脉冲波形信号的有效工作时间的总和与该取样周期的比值，以及该感测装置对该比值与该临界值进行比较，并根据该比较的结果对该负载的工作频率进行调控。

31.根据权利要求30所述的提升负载的工作效能的方法，还包含该感测装置根据该比较之结果，对该负载之工作电压进行调控。

32.根据权利要求30所述的提升负载的工作效能的方法，还包含该感测装置根据该比较的结果，对风扇的转速进行调控，其中该风扇系用以对该负载进行散热。

33.根据权利要求30所述的提升负载的工作效能的方法，其中上述的对该负载的工作频率进行调控的方法，系当该比值大于该临界值时，该感测装置调高该负载的工作频率；而当该比值小于该临界值时，该感测装置调降该负载的工作频率；且上述的调高或调降该负载的工作频率的幅度系依据该比值与该临界值的差值的大小而定。

34.根据权利要求30所述的提升负载的工作效能的方法，其中上述的对该负载的工作频率进行调控的方法，系当该比值大于该临界值时，该感测装置切换该负载的工作频率至第一工作频率；而当该比值小于该临界值时，切换该负载的工作频率至第二工作频率，其中该第一工作频率系大于该第二工作频率。

35.根据权利要求30所述的提升负载的工作效能的方法，其中上述的对该负载的工作频率进行调控的方法，系藉由该感测装置控制时钟产生器，并藉由该时钟产生器调整该负载的工作频率以达成。

36.根据权利要求31所述的提升负载的工作效能的方法，其中上述的对该负载的工作电压进行调控的方法，系当该比值大于该临界值时，该感测装置调高该负载的工作电压；而当该比值小于该临界值时，调降该负载的工作电压；且上述的调高或调降该负载的工作电压的幅度系依据该比值与该临界值的差值的大小而定。

37.根据权利要求31所述的提升负载的工作效能的方法，其中该稳压控制系使该负载维持一稳压值，且上述的对该负载的工作电压进行调控的方法，系当该比值大于该临界值时，维持该负载于该稳压值；而当该比值小于该临界值时，调降该稳压值。

38.根据权利要求37所述的提升负载的工作效能的方法，其中该稳压值系通过电压识别控制器而设置，且该脉宽调制控制器受控于该电压识别控制器；以及上述的对该负载的工作电压进行调控的方法，系由该感应装置控制该电压识别控制器以改变该稳压值，进而使该脉宽调制控制器改变该负载的工作电压。

39.根据权利要求32所述的提升负载的工作效能的方法，其中上述对该风扇进行调控的方法，系当该比值大于该临界值时，该感测装置调高该风扇的转速；而当该比值小于该临界值时，调降该散热风扇的转速；且上述的调高或调降该风扇的转速幅度系依据该比值与该临界值的差值的大小而定。

40.根据权利要求39所述的提升负载的工作效能的方法，其中当该比值大于该临界值时，该风扇的操作方式将依第一线性控制模式运转；及当该比值小于该临界值时，该风扇的操作方式将依第二线性控制模式运转。

41.根据权利要求40所述的提升负载的工作效能的方法，其中该第一和第二线性控制模式系指该风扇的转速与用以检测该负载温度的热感应器的温度检测值成正比关系，且在相同的该比值情况下，该风扇在该第一线性控制模式下所对应的转速将大于在该第二线性控制模式下所对应的转速。

42.根据权利要求32所述的提升负载的工作效能的方法，还包含安装风扇调控装置，其中上述的对该风扇进行调控的方法，系藉由该感测装置控制该风扇调控装置，并藉由该风扇调控装置控制该风扇的转速而达成。

43.一种检测负载电流的装置，用以检测负载的电流变化，该检测负载电流的装置，包含：

脉宽调制切换调节电路，包含：

电源供应器，用以供应该负载的电源；

脉宽调制控制器，接收来自该负载的反馈信号，并根据该反馈信号，发送工作周期脉冲波形信号以对该负载进行稳压控制；

感测装置，接收该工作周期脉冲波形信号，并根据该工作周期脉冲波形信号的有效工作时间的变化，检测出该负载的电流变化情形。

44.根据权利要求43所述的检测负载电流的装置，其中该感测装置系为集成电路芯片。

45.根据权利要求43所述的检测负载电流的装置，还包含时钟产生器，用以提供该负载的工作频率，其中该时钟产生器系受该感测装置所控制，该感测装置根据该根据该工作周期脉冲波形信号的有效工作时间的变化情形，控制该时钟产生器进而控制该负载的工作频率。

46.根据权利要求43所述的检测负载电流的装置，还包含电压识别控制器，用以提供稳压值信号至该脉宽调制控制器，使得该脉宽调制控制器根据该稳压值信号对该负载进行该稳压控制，其中该电压识别控制器系受该感测装置所控制，该感测装置根据该根据该工作周期脉冲波形信号的有效工作时间的变化情形，控制该电压识别控制器以改变该稳压值信号进而改变该负载的工作电压。

47.根据权利要求43所述的检测负载电流的装置，还包含风扇调控装置，用以控制风扇对该负载进行散热，其中该风扇调控装置系受该感测装置所控制，该感测装置根据该根据该工作周期脉冲波形信号的有效工作时间的变化情形，控制该风扇调控装置进而控制该风扇的转速。

48.根据权利要求43所述的检测负载电流的装置，其中该风扇调控装置系为集成电路芯片。