TWI452827B - 風扇轉速控制裝置 - Google Patents

Description

風扇轉速控制裝置

本發明涉及風扇轉速控制裝置，特別涉及一種可藉由風扇的回饋值來調整風扇轉速的風扇轉速控制裝置。

目前電子裝置普通採用溫度感測器來感測散熱元件的溫度，並根據該感測的溫度來控制散熱風扇的轉速為負載散熱。但是由於風扇的型號、廠商以及使用時間的不同，在電子裝置輸出相同的信號給風扇時，風扇的轉速也不同，從而部分風扇的轉速不能達到預定的轉速，使得負載散熱不良，進而可能會導致電子裝置燒毀。

鑒於以上內容，有必要提供一種風扇轉速控制電路，可藉由風扇的回饋值來調整風扇轉速的風扇轉速控制裝置。

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溫度採集器及一個控制晶片，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信號，該控制晶片用於根據該溫度採集器產生的溫度信號產生具有相應佔空比的脈衝信號藉由該控制晶片的輸出端輸出至該風扇來驅動該風扇為處於該溫度的電子裝置散熱，該風扇轉速控制裝置還包括：一第一積分電路，該第一積分電路與 該控制晶片的輸出端連接，用於對控制晶片輸出端輸出的該脈衝信號進行積分並進行平穩化處理，來產生該控制晶片輸出的脈衝信號的等效電壓值；一運算放大電路，該運算放大電路與該第一積分電路的輸出端連接，用於對該控制晶片輸出的脈衝信號所等效的電壓值分別進行放大和縮小，來產生該控制晶片輸出的脈衝信號的等效電壓值的上限值和下限值；一第二積分電路，該第二積分電路與該風扇的輸出端連接，用於對該風扇輸出的脈衝信號進行積分並進行平穩化處理，來產生該風扇輸出的脈衝信號的等效電壓值；及一回讀比較器，該回饋比較器與該運算放大電路的輸出端及該第二積分電路的輸出端連接，用於比較該風扇輸出的脈衝信號的等效電壓值與該控制晶片輸出的等效電壓值的上限值及下限值，並產生一比較結果至該控制晶片；其中，該控制晶片根據該比較結果調整輸出的脈衝信號的佔空比，來調整該風扇的轉速。

本發明藉由該第一積分電路及第二積分電路將控制晶片輸出至風扇的脈衝信號及風扇輸出的脈衝信號進行積分並平穩化處理，從而產生該控制晶片輸出的脈衝信號的等效電壓值及該風扇輸出的脈衝信號的等效電壓值，該運算放大電路產生該控制晶片輸出的脈衝信號的等效電壓值的上限值及下限值，該回饋比較器將風扇輸出的脈衝信號的等效電壓值與該控制晶片輸出的脈衝信號的等效電壓值的上限值及下限值進行比較，產生該比較結果，該控制晶片根據該比較結果控制該風扇的轉速，從而可藉由風扇的回饋值來調整風扇轉速的風扇轉速控制裝置。

1‧‧‧風扇轉速控制裝置

2‧‧‧風扇

3‧‧‧電子裝置

10‧‧‧溫度採集器

20‧‧‧控制晶片

30‧‧‧第一積分電路

40‧‧‧運算放大電路

60‧‧‧第二積分電路

70‧‧‧回饋比較器

31‧‧‧RC電路

32‧‧‧電壓跟隨器

33‧‧‧平穩電容

41‧‧‧第一運算放大電路

411‧‧‧第一運算放大器

42‧‧‧第二運算放大電路

421‧‧‧第二運算放大器

61‧‧‧RC電路

62‧‧‧電壓跟隨器

63‧‧‧平穩電容

71‧‧‧第一比較器

72‧‧‧第二比較器

21‧‧‧佔空比補償表

80‧‧‧模數轉換器

圖1為本發明一實施方式中風扇轉速控制裝置之方框示意圖。

圖2為如圖1所示的風扇轉速控制裝置的第一積分電路之電路示意圖。

圖3為如圖1所示的風扇轉速控制裝置的運算放大電路之電路示意圖。

圖4為如圖1所示的風扇轉速控制裝置的第二積分電路之電路示意圖。

圖5為如圖1所示的風扇轉速控制裝置的回饋比較器之電路示意圖。

圖6為本發明一實施方式之佔空比補償值示意圖。

請參閱圖1，一風扇轉速控制裝置1用於控制一風扇2的轉速，該風扇2用於給一電子裝置3散熱。該風扇轉速控制裝置1包括一溫度採集器10、一控制晶片20、一第一積分電路30、一運算放大電路40、一第二積分電路60及一回饋比較器70。

該溫度採集器10用於採集該電子裝置3的當前溫度並產生一溫度信號。該控制晶片20與該溫度採集器10連接，用於根據該溫度採集器10產生的溫度信號輸出具有相應佔空比的脈衝信號至風扇2來驅動該風扇2為處於該溫度的電子裝置3散熱。其中，該電子裝置3的溫度不同，該脈衝信號的佔空比也不同。該第一積分電路30與該控制晶片20的輸出端連接，用於對該控制晶片20輸出的脈衝信號進行積分並進行平穩化處理，來產生該控制晶片20輸出的脈衝信號的等效電壓值。該運算放大電路40與該第一積分電路30 的輸出端連接，用於對該控制晶片20輸出的脈衝信號所等效的電壓值分別進行放大和縮小，來產生一控制晶片20輸出的脈衝信號的等效電壓值的上限值和下限值，該上限制與下限值為該維持風扇正常工作時所需的脈衝信號的等效電壓值所處於的範圍。該第二積分電路60與該風扇2的輸出端連接，用於對該風扇2的輸出端的脈衝信號進行積分並平穩化處理，來產生該風扇2的輸出端的脈衝信號的等效電壓值。該回饋比較器70與該運算放大電路40的輸出端及該第二積分電路60的輸出端連接，用於比較該風扇2的輸出端的脈衝信號的等效電壓值與該控制晶片20輸出的脈衝信號的等效電壓值的上限值及下限值，並產生一比較結果至該控制晶片20。其中，該控制晶片20還根據該比較結果調整輸出的脈衝信號的佔空比，來調整該風扇2的轉速。其中，當該風扇2的輸出端的脈衝信號的等效電壓值小於該控制晶片20輸出的脈衝信號的等效電壓值的下限值時，該控制晶片20增大輸出至風扇2的該脈衝信號的佔空比，從而調大該風扇2的轉速，當該風扇2的輸出端的脈衝信號的等效電壓值大於該控制晶片20輸出的脈衝信號的等效電壓值的上限值時，調低該輸出至風扇2的脈衝信號的佔空比，從而調低該風扇2的轉速。

請一併參考圖2，該第一積分電路30包括一RC電路31、一電壓跟隨器32及一平穩電容33。該RC電路31與該控制晶片20的輸出端連接，用於對該控制晶片20輸出的脈衝信號進行積分得到一鋸齒波信號。該電壓跟隨器32與該RC電路31的輸出端連接，用於將該鋸齒波信號進行跟隨，然後輸出至平穩電容33。該平穩電容33與該電壓跟隨器32的輸出端連接，用於在接收該鋸齒波信號後充電，並在充滿時恒定輸出一電壓值，該輸出的電壓值即為該控制晶片 20輸出的脈衝信號對應的等效電壓值。在圖2中，該具有該佔空比的該控制晶片20輸出的脈衝信號的等效電壓值用Vduty來表示。該RC電路31包括一電阻R1及一電容C1，該電阻R1的一端與該控制晶片20的輸出端連接，來接收該控制晶片20輸出的脈衝信號，該電阻R1的另一端藉由該電容C1接地，並直接與該電壓跟隨器32連接。該電壓跟隨器32的正向輸入端與該電阻R1和該電容C1連接，該電壓跟隨器32的反向輸入端與該電壓跟隨器32的輸出端連接，該電壓跟隨器32的正極與供電電壓VCC連接，該電壓跟隨器32的負極接地。該平穩電容33的一端與該電壓跟隨器32的輸出端及該運算放大電路40連接，該平穩電容33的另一端接地。

請一併參考圖3，該運算放大電路40包括一第一運算放大電路41及一第二運算放大電路42。該第一運算放大電路41用於對該控制晶片20輸出的脈衝信號所等效的電壓值進行放大，來產生該控制晶片20輸出的等效電壓值的上限值。該第二運算放大電路42用於對該控制晶片20輸出的脈衝信號所等效的電壓值進行縮小，來產生該控制晶片20輸出的等效電壓值的下限值。在圖3中，該控制晶片20輸出的脈衝信號所等效的電壓值的上限值用Vusl來表示，該控制晶片20輸出的脈衝信號所等效的電壓值的下限值用Vlsl來表示。該第一運算放大電路41包括一第一運算放大器411以及電阻R3、R4、R5、R6。該第一運算放大器411的反向輸入端藉由該電阻R3接地，並藉由該電阻R4與該第一運算放大器411的輸出端連接，該第一運算放大器411的正向輸入端藉由該電阻R5與該第一積分電路30的輸出端連接，並藉由該電阻R6接地，該第一運算放大器411的輸出端還與該回饋比較器70連接。根據運算放大器的放大原理，易知，該第一運算放大電路41輸出的電壓值 Vusl=(1+R4/R3)(R6/(R5+R6))×Vduty。

該第二運算放大電路42包括一第二運算放大器421以及電阻R7、R8、R9、R10。該第二運算放大器421的反向輸入端藉由該電阻R7接地，並藉由該電阻R8與該第二運算放大器421的輸出端連接，該第二運算放大器421的正向輸入端藉由該電阻R9同樣與該第一積分電路30的輸出端連接，並藉由一電阻R10接地，該第二運算放大器42的輸出端與該回饋比較器70連接，該第二運算放大電路42輸出的電壓值Vlsl=(1+R8/R7)(R10/(R9+R10))×Vduty。

請一併參考圖4，該第二積分電路60包括一RC電路61、一電壓跟隨器62及一平穩電容63。該RC電路61與該風扇的輸出端連接，用於對風扇輸出的脈衝信號進行積分得到一鋸齒波信號。該電壓跟隨器62與該RC電路61的輸出端連接，用於將該鋸齒波信號進行跟隨，然後輸出至平穩電容63。該平穩電容63與該電壓跟隨器62的輸出端連接，用於接收該鋸齒波信號後充電，並在充滿時恒定輸出一電壓值，該輸出的電壓值即為該風扇輸出的脈衝信號對應的等效電壓值。在圖4中，該具有佔空比的風扇輸出的脈衝信號的等效電壓值用Vtach來表示。該RC電路61包括一電阻R11及一電容C2，該電阻R11的一端與該風扇的輸出端連接，來接收該風扇輸出的脈衝信號，該電阻R11的另一端藉由該電容C2接地，並直接與該電壓跟隨器62連接。該電壓跟隨器62的正向輸入端與該電阻R11和該電容C2連接，該電壓跟隨器62的反向輸入端與該電壓跟隨器62的輸出端連接，該電壓跟隨器62的正極與供電電壓VCC連接，該電壓跟隨器62的負極接地。該平穩電容63的一端與該電壓 跟隨器62的輸出端及回饋比較器70連接，該平穩電容63的另一端接地。

請一併參考圖5，該回饋比較器70包括一第一比較器71及一第二比較器72，該第一比較器71的反向輸入端與該第一運算放大電路41的輸出端連接，該第一比較器71的正向輸入端與該第二積分電路60的輸出端連接，該第一比較器71的輸出端與該控制晶片20連接，該第一比較器71用於比較該風扇2輸出的脈衝信號的等效電壓值Vtach與該控制晶片20輸出的脈衝信號的等效電壓值的上限值Vusl，產生一第一比較值。在圖5中，該第一比較值用Y1來表示。其中，當該風扇2輸出的脈衝信號的等效電壓值Vtach比該控制晶片20輸出的脈衝信號的等效電壓值的上限值Vusl大時，該第一比較器71輸出高電平，即該第一比較值Y1為1，否則該第一比較器71輸出低電平，即該第一比較值Y1為0。該第二比較器72的反向輸入端與該第二運算放大電路42的輸出端連接，該第二比較器72的正向輸入端與該第二積分電路60的輸出端連接，該第二比較器72的輸出端與該控制晶片20連接。該第二比較器72用於比較該風扇2輸出的脈衝信號的等效電壓值Vtach與該控制晶片20輸出的脈衝信號的等效電壓值的下限值Vlsl，產生一第二比較值。在圖5中，該第二比較值用Y0來表示。其中，當該風扇2輸出的脈衝信號的等效電壓值Vtach比該控制晶片20輸出的脈衝信號的等效電壓值的下限值Vlsl大時，該第二比較器72產生一高電平，即，第二比較值Y0為1，否則該第二比較器72產生一低電平，即，第二比較值Y0為0。該第一比較值Y1和該第二比較值Y0組成該比較結果Y1Y0。

該控制晶片20中存儲有一佔空比補償表21(如圖6所示)。其中，該佔空比補償表21可為默認的，或者可被讀取後進行編輯，並重新燒錄至該控制晶片20。該佔空比補償表21中記錄有比較結果與佔空比補償值的對應關係。該控制晶片20根據該佔空比補償表21確定該比較結果所對應的佔空比補償值，並將該控制晶片20輸出的脈衝信號的佔空比增加該佔空比補償值以得到一總佔空比，並根據該總佔空比來驅動該風扇2。例如：當該比較結果Y1Y0為00時，即該風扇輸出的脈衝信號的等效電壓值Vtach小於該控制晶片輸出的脈衝信號的等效電壓值的下限值Vlsl時，該控制晶片20根據該佔空比補償表21確定比較結果Y1Y0所對應的佔空比補償值為增加10，將該控制晶片20輸出的脈衝信號的佔空比增加10以得到一總佔空比，並根據該總佔空比來驅動該風扇2。

在本實施方式中，該風扇轉速控制裝置1還包括一個模數轉換器80，用於將該溫度採集器10所採集的溫度信號轉化成數位信號。

對本領域的普通技術人員來說，可以根據本發明的發明方案和發明構思結合生產的實際需要做出其他相應的改變或調整，而這些改變和調整都應屬於本發明權利要求的保護範圍。

1‧‧‧風扇轉速控制裝置

2‧‧‧風扇

3‧‧‧電子裝置

10‧‧‧溫度採集器

20‧‧‧控制晶片

30‧‧‧第一積分電路

40‧‧‧運算放大電路

60‧‧‧第二積分電路

70‧‧‧回饋比較器

80‧‧‧模數轉換器

Claims (9)

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溫度採集器及一個控制晶片，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信號，該控制晶片用於根據該溫度採集器產生的溫度信號產生具有相應佔空比的脈衝信號藉由該控制晶片的輸出端輸出至該風扇來驅動該風扇為處於該溫度的電子裝置散熱，其改良在於，該風扇轉速控制裝置還包括：一第一積分電路，該第一積分電路與該控制晶片的輸出端連接，用於對控制晶片輸出端輸出的該脈衝信號進行積分並進行平穩化處理，來產生該控制晶片輸出的脈衝信號的等效電壓值；一運算放大電路，該運算放大電路與該第一積分電路的輸出端連接，用於對該控制晶片輸出的脈衝信號所等效的電壓值分別進行放大和縮小，來產生控制晶片輸出的脈衝信號的等效電壓值的上限值和下限值；一第二積分電路，該第二積分電路與該風扇的輸出端連接，用於對該風扇輸出的脈衝信號進行積分並進行平穩化處理，來產生該風扇輸出的脈衝信號的等效電壓值；及一回饋比較器，該回饋比較器與該運算放大電路的輸出端及該第二積分電路的輸出端連接，用於比較該風扇輸出的脈衝信號的等效電壓值與該控制晶片輸出的等效電壓值的上限值及下限值，並產生一比較結果至該控制晶片；其中，該控制晶片根據該比較結果調整輸出的脈衝信號的佔空比，來調整該風扇的轉速。
2. 如申請專利範圍第1項所述之風扇轉速控制裝置，其中，該第一積分電路 包括一RC電路、一電壓跟隨器及一平穩電容，該RC電路與該控制晶片的輸出端連接，用於對該控制晶片輸出的脈衝信號進行積分得到一鋸齒波信號，該電壓跟隨器與該RC電路的輸出端連接，用於將該鋸齒波信號進行跟隨，然後輸出至平穩電容，該平穩電容與該電壓跟隨器的輸出端連接，用於在接收該鋸齒波信號後充電，並在充滿時恒定輸出一電壓值，該輸出的電壓值即為該控制晶片輸出的脈衝信號對應的等效電壓值。
3. 如申請專利範圍第2項所述之風扇轉速控制裝置，其中，該RC電路包括一電阻及一電容，該電阻的一端與該控制晶片的輸出端連接，來接收該控制晶片輸出的脈衝信號，該電阻的另一端藉由該電容接地，並直接與該電壓跟隨器連接。
4. 如申請專利範圍第1項所述之風扇轉速控制裝置，其中，該第二積分電路包括一RC電路、一電壓跟隨器及一平穩電容，該RC電路與該風扇的輸出端連接，用於對該風扇輸出的脈衝信號進行積分得到一鋸齒波信號，該電壓跟隨器與該RC電路的輸出端連接，用於將該鋸齒波信號進行跟隨，然後輸出至該平穩電容，該平穩電容與該電壓跟隨器的輸出端連接，用於在接收該鋸齒波信號後進行充電，並在充滿電時恒定輸出一電壓值，該輸出的電壓值即為該風扇輸出的脈衝信號對應的等效電壓值。
5. 如申請專利範圍第4項所述之風扇轉速控制裝置，其中，該RC電路包括一電阻及一電容，該電阻的一端與該風扇的輸出端連接，來接收該風扇輸出的脈衝信號，該電阻的另一端藉由該電容接地，並直接與該電壓跟隨器連接。
6. 如申請專利範圍第1項所述之風扇轉速控制裝置，其中，該運算放大電路包括一第一運算放大電路及一第二運算放大電路，該第一運算放大電路用於對該控制晶片輸出的脈衝信號的等效電壓值進行放大，得到該控制晶片輸出的脈衝信號的等效電壓值的上限值，該第二運算放大電路用於 對該控制晶片輸出的脈衝信號的等效電壓值進行縮小，產生該控制晶片輸出的脈衝信號的等效電壓值的下限值，該第一運算放大電路包括一第一運算放大器、一第一電阻、一第二電阻、一第三電阻及一第四電阻，該第一運算放大器的反向輸入端藉由該第一電阻接地，並藉由該第二電阻與該第一運算放大器的輸出端連接，該第一運算放大器的正向輸入端藉由該第三電阻與該第一積分電路的輸出端連接，並藉由該第四電阻接地，該第一運算放大器的輸出端與該回饋比較器連接，該第二運算放大電路包括一第二運算放大器、一第五電阻、一第六電阻、一第七電阻及一第八電阻，該第二運算放大器的反向輸入端藉由該第五電阻接地，並藉由該第六電阻與該第二運算放大器的輸出端連接，該第二運算放大器的正向輸入端藉由該第七電阻與該第一積分電路的輸出端連接，並藉由該第八電阻接地，該第二運算放大器的輸出端與該回饋比較器連接。
7. 如申請專利範圍第6項所述之風扇轉速控制裝置，其中，該回饋比較器包括一第一比較器及一第二比較器，該第一比較器用於比較該風扇輸出的脈衝信號所等效的電壓值與該控制晶片輸出的脈衝信號所等效的電壓值的上限值，並輸出一第一比較值，該第二比較器用於比較該風扇輸出的脈衝信號所等效的電壓值與該控制晶片輸出的脈衝信號所等效的電壓值下限值，並輸出一第二比較值，該第一比較值及該第二比較值組成該比較結果，該第一比較器的反向輸入端與該第一運算放大電路的輸出端連接，該第一比較器的正向輸入端與該第二積分電路的輸出端連接，該第一比較器的輸出端與該控制晶片連接，該第二比較器的反向輸入端與該第二運算放大電路的輸出端連接，該第二比較器的正向輸入端與該第二積分電路的輸出端連接，該第二比較器的輸出端與該控制晶片連接。
8. 如申請專利範圍第7項所述之風扇轉速控制裝置，其中，該控制晶片中存儲有一佔空比補償表，該佔空比補償表中記錄有比較結果與佔空比補償 值的對應關係，該控制晶片根據該佔空比補償表確定該比較結果所對應的佔空比補償值，將該脈衝信號的佔空比增加該佔空比補償值以得到一總佔空比，並根據該總佔空比來驅動該風扇。
9. 如申請專利範圍第1項所述之風扇轉速控制裝置，其中，該風扇轉速控制裝置還包括一個模數轉換器，用於將該溫度採集器所採集的溫度信號轉化成數位信號。