风扇系统及风扇驱动方法与流程

1.本揭示内容关于一种风扇系统及风扇驱动方法，特别是用以控制多个风扇维持相同的转速。


背景技术：

2.随着科技进步，各种电子装置的运作频率随之升高，但运作频率的升高却导致电子装置于运作时的装置内部温度也相对提高，为了不让高温对电子装置的运作产生影响，甚至是毁损电子装置，风扇的存在对于电子装置运作的维持是不可或缺。
3.风扇系统中常包含多个风扇，且控制于相同的转速。然而，在风扇实际运转时，其转速常会因为各种变数或不同运作需求而浮动，且亦可能需要针对供电需求进行调整。


技术实现要素：

4.本揭示内容是关于一种风扇驱动方法，包含下列步骤：根据第一驱动信号驱动第一风扇，且根据第二驱动信号驱动第二风扇；从第一风扇取得第一转速信号，以及从第二风扇取得第二转速信号，其中第一转速信号具有第一相位、第二转速信号具有第二相位；在判断第一转速信号的频率维持稳定时，比较第二相位与第一相位的差异，以取得侦测相位差异；以及根据侦测相位差异，选择性地提升或降低第二驱动信号的占空比，以调整第二相位与第一相位间维持预设相位差异。
5.在一实施例中，选择性地提升或降低第二驱动信号的占空比的方法还包含：在第一周期中，根据侦测相位差异，将第二驱动信号的占空比由第一比例提升或降低至第二比例；以及在第二周期中，将第二驱动信号的占空比恢复至第一比例。
6.在一实施例中，选择性地提升或降低第二驱动信号的占空比的方法还包含：在第一周期中的调整期间，根据侦测相位差异，将第二驱动信号的占空比由第一比例提升或降低至第二比例；以及在第一周期中的恢复期间，将第二驱动信号的占空比恢复至第一比例。
7.在一实施例中，在恢复期间中，是渐进地将第二驱动信号的占空比恢复至第一比例。
8.在一实施例中，风扇驱动方法还包含：判断侦测相位差异与预设相位差异间的差异是否为5％之内。
9.在一实施例中，第一转速信号具有第一频率、第二转速信号具有第二频率，风扇驱动方法还包含：判断第一频率是否维持稳定；在第一频率不稳定时，比较第二频率与第一频率的差异，以取得侦测频率差异；以及根据侦测频率差异，选择性地提升或降低第二驱动信号的占空比，使第二频率朝第一频率变化。
10.在一实施例中，第二风扇用以接收第一风扇传来的第一转速信号，且用以判断第一频率是否维持稳定。
11.在一实施例中，风扇驱动方法还包含：在第二转速信号的多个周期的多个起始时间点，分别记录第一转速信号的多个信号相位；以及比较第一转速信号的这些信号相位。
12.本揭示内容还关于一种风扇系统，包含第一风扇及第二风扇。第一风扇用以根据第一驱动信号运转，以产生第一转速信号，其中第一转速信号具有第一相位。第二风扇电性连接于第一风扇，且用以根据第二驱动信号运转，以产生第二转速信号。第二转速信号具有第二相位，第二风扇用以接收第一转速信号，以取得第二相位与第一相位间的侦测相位差异。第二风扇还用以根据侦测相位差异，选择性地提升或降低第二驱动信号的占空比，使第二相位被调整至与第一相位间维持预设相位差异。
13.在一实施例中，在第一周期中，第二风扇根据侦测相位差异，将第二驱动信号的占空比由第一比例提升或降低至第二比例；在第二周期中，第二风扇将第二驱动信号的占空比恢复至第一比例。
14.在一实施例中，在第一周期中的调整期间，第二风扇根据侦测相位差异，将第二驱动信号的占空比由第一比例提升或降低至第二比例；在第一周期中的恢复期间，第二风扇将第二驱动信号的占空比恢复至第一比例。
15.在一实施例中，在恢复期间中，第二风扇是渐进地将第二驱动信号的占空比恢复至第一比例。
16.在一实施例中，第二风扇还用以判断侦测相位差异与预设相位差异间的差异是否为5％之内。
17.在一实施例中，在第一频率不稳定时，第二风扇比较第二频率与第一频率的差异，以取得侦测频率差异；第二风扇还用以根据侦测频率差异，选择性地提升或降低第二驱动信号的占空比，使第二频率朝第一频率变化。
18.在一实施例中，在第二转速信号的多个周期的多个起始时间点时，第二风扇用以分别记录第一转速信号的多个信号相位，且比较第一转速信号的这些信号相位。
19.本揭示内容还关于一种风扇驱动方法，包含下列步骤：根据第一驱动信号驱动第一风扇，且根据第二驱动信号驱动第二风扇；从第一风扇取得第一转速信号，以及从第二风扇取得第二转速信号，其中第一转速信号具有第一频率、第二转速信号具有第二频率；在判断第一转速信号的频率不稳定时，比较第二频率与第一频率的差异，以取得侦测频率差异；以及根据侦测频率差异，选择性地提升或降低第二驱动信号的占空比，使第二频率朝第一频率变化。
20.在一实施例中，第一转速信号具有第一相位、第二转速信号具有第二相位，风扇驱动方法还包含：在判断第一转速信号的频率维持稳定时，比较第二相位与第一相位的差异，以取得侦测相位差异；以及根据侦测相位差异，选择性地提升或降低第二驱动信号的占空比，以调整第二相位与第一相位间维持预设相位差异。
21.在一实施例中，选择性地提升或降低第二驱动信号的占空比的方法还包含：在第一周期中，根据侦测相位差异，将第二驱动信号的占空比由第一比例提升或降低至第二比例；以及在第二周期中，将第二驱动信号的占空比恢复至第一比例。
22.在一实施例中，选择性地提升或降低第二驱动信号的占空比的方法还包含：在第一周期中的调整期间，根据侦测相位差异，将第二驱动信号的占空比由第一比例提升或降低至第二比例；以及在第一周期中的恢复期间，将第二驱动信号的占空比恢复至第一比例。
23.在一实施例中，在恢复期间中，是渐进地将第二驱动信号的占空比恢复至第一比例。
24.据此，透过比较转速信号间的相位差异，且根据侦测相位差异调整驱动信号的占空比，即可使转速信号的相位彼此错开，避免因为相位重叠而导致供电电流不稳定的问题。
附图说明
25.图1a为根据本揭示内容的部分实施例的风扇系统的示意图；
26.图1b为根据本揭示内容的部分实施例的风扇系统的示意图；
27.图2a为根据本揭示内容的部分实施例的转速信号的波形图；
28.图2b为根据本揭示内容的部分实施例的转速信号的波形图；
29.图2c为根据本揭示内容的部分实施例的转速信号的波形图；
30.图3为根据本揭示内容的部分实施例的风扇驱动方法的流程图；
31.图4a为根据本揭示内容的部分实施例的电流信号的示意图；
32.图4b为根据本揭示内容的的部分实施例的电流信号的示意图。
33.【符号说明】
34.100:风扇系统
35.110:第一风扇
36.111:第一控制器
37.112:第一马达
38.113:第一侦测器
39.114:第一扇叶
40.120:第二风扇
41.121:第二控制器
42.122:第二马达
43.123:第二侦测器
44.124:第二扇叶
45.vd1:第一转速信号
46.vd2:第二转速信号
47.p1-p4:周期
48.t1:调整期间
49.t2:恢复期间
50.duty1:占空比
51.duty2:占空比
52.s301-s308:步骤
具体实施方式
53.以下将以附图揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图起见，一些已知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示。
54.于本文中，当一元件被称为“连接”或“耦接”时，可指“电性连接”或“电性耦接”。“连接”或“耦接”亦可用以表示二或多个元件间相互搭配操作或互动。此外，虽然本文中使用“第一”、“第二”、
…
等用语描述不同元件，该用语仅是用以区别以相同技术用语描述的元件或操作。除非上下文清楚指明，否则该用语并非特别指称或暗示次序或顺位，亦非用以限定本发明。
55.图1a及图1b为根据本揭示内容的部分实施例的风扇系统100示意图。风扇系统100至少包含第一风扇110及第二风扇120。第一风扇110用以根据第一驱动信号运转，以产生第一转速信号。第二风扇120则根据第二驱动信号运转，以产生第二转速信号。
56.如图1a及图1b所示，第一风扇110包含第一控制器111、第一马达112、第一侦测器113及第一扇叶114。第二风扇120包含第二控制器121、第二马达122、第二侦测器123及第二扇叶124。第一风扇110及第二风扇120皆根据供电电源vdd的电力运作，且控制器111/121根据驱动信号调整提供至马达112/122的电力，进而带动扇叶114/124转动。驱动信号可由控制器111/121产生，亦可由外部(如：主机板)接收。
57.在部分实施例中，第一/第二驱动信号为脉冲宽度调变(pulse width modulation，pwm)的形式，透过改变供电的占空比(duty)，调整马达112/122运转的时间，进而改变风扇的转速。举例而言，当第一/第二驱动信号的占空比为60％时，代表风扇的转速为最大转速的60％。
58.转速信号vd1/vd2用以反应风扇110/120的当前转速。在一实施例中，第一风扇110及第二风扇120内的侦测器113/123用以侦测扇叶114/124或马达112/122中的转子位置，进而产生转速信号。转速信号的波形为方波(如图2a所示，将于后续段落详述)。第一转速信号vd1具有第一相位及第一频率。第二转速信号vd2则具有第二相位及第二频率。其中转速信号vd1/vd2的频率(周期)即代表转速。在其他部分实施例中，风扇110/120内亦可不装设侦测器，而透过电流回授计算出扇叶或马达转子的当前位置。由于本领域人士能理解转速信号的生成方式，故在此不另赘述。
59.在本实施例中，第二风扇120是参照第一风扇110的转速，调整自身转速，使第二风扇120的转速与第一风扇110的转速一致，但第二转速信号vd2的相位将需要与第一转速信号vd1错开(如：相隔90度)，避免供电的电流不稳定的问题。
60.具体而言，第二风扇120电性连接于第一风扇110，以接收第一侦测器113记录的第一转速信号vd1。第二风扇120的第二控制器121接收到第一转速信号vd1后，将会比较第一转速信号vd1的第一相位及第二转速信号vd2的第二相位的差异，以取得侦测相位差异。
61.举例而言，若第一转速信号vd1的第一相位落后第二转速信号vd2的第二相位相隔约20度，而预设的相位差异为90度，则第二风扇120的第二控制器121将提升第二驱动信号的占空比，此时第二转速信号vd2的第二相位将前移，使第二相位与第一相位间的相位差增加，而能符合预设相位差异(即，使相位差从20度往90度改变)。
62.另一方面，若第一转速信号vd1的第一相位领先第二转速信号vd2的第二相位约20度，则第二风扇120的第二控制器121可降低第二驱动信号的占空比。此时第二转速信号vd2的第二相位将后移，使第二相位与第一相位间的相位差会增加，而符合预设相位差异。换言之，第二风扇120将根据侦测相位差异，选择性地提升或降低第二驱动信号的占空比，使第二相位被调整至与第一相位间维持预设的相位差异(如：90度)。
63.在部分实施例中，风扇系统100除了第一风扇110及第二风扇120外，还可包含第三
风扇、第四风扇等多个风扇。如前述第二风扇120的控制方式，其余的风扇皆可电性连接于第一风扇110，以接收第一转速信号，并根据第一转速信号及侦测相位差，对应于第一风扇110控制转速，但转速信号的相位将相互错开(如：第一风扇的相位领先第二风扇的相位45度、第一风扇的相位领先第三风扇的相位90度)。据此，即可避免多个风扇的相位相同、瞬间电流需求过大而导致供电不稳定的问题。
64.在部分实施例中，为使所有的风扇能维持相同转速，风扇系统100还可根据不同的情况，以不同方式调整转速或信号的相位。图2a所示为根据本揭示内容的部分实施例的转速信号波形图，在一实施例中，第一转速信号vd1及第二转速信号vd2具有明显的相位差异，且两者的频率、周期亦不相同。如图所示，第一转速信号vd1的频率明显大于第二转速信号vd2的频率，代表两者的转速差异极大。此时，第二风扇120将先提升第二驱动信号的占空比，以使第二转速信号vd2的频率能提升至第一转速信号vd1的频率(即，转速相等)。
65.在其他部分实施例中，第二风扇120会判断第一转速信号vd1频率是否稳定？如果在一段时间中，第一转速信号vd1的频率不断改变，代表第一风扇110的速度尚未稳定(如：正在加速或减速)。在第一转速信号频率不稳定时，第二风扇120亦会先以前述方式调整第二驱动信号的占空比，使第二风扇120的转速接近第一风扇110的转速。
66.整体而言，第二风扇120比对第一转速信号vd1的第一频率与第二转速信号的第二频率的差异，以取得一个侦测频率差异(或取得周期长度的差异)。接着，透过侦测频率差异(如：第二频率低于第一频率)，第二风扇120选择性地提升或降低第二驱动信号的占空比，以使第二频率朝第一频率变化，使第一风扇110及第二风扇120具有相同转速。
67.请参阅图2b所示，在另一实施例中，在第一转速信号vd1的频率趋于稳定时，第二风扇120将判断侦测相位差异与预设相位差异之间是否介于一个设定范围内(如：是否小于10％)。如果相位差异远大于预设相位差异(如：相位差异为20％，但预设相位差异为8％)，则第二风扇120根据侦测相位差异，调整第二驱动信号的占空比，使第二风扇120的转速接近第一风扇110的转速。
68.相对地，如果相位差异远小于或等于预设相位差异，第二风扇120将进一步调整第二转速信号vd2的相位(对应于第二驱动信号的相位)，使第一相位与第二相位之间能维持在预设的相位差异。在部分实施例中，第二风扇120将暂时地调整第二驱动信号的占空比，使第二驱动信号及第二转速信号的相位皆发生变化(如：前移或后移)，让第一转速信号及第二转速信号的相位能维持在预设相位差异。
69.具体而言，若第二风扇120侦测到的侦测相位差异为“+20度”，代表第二转速信号vd2的第二相位领先第一转速信号vd1的第一相位20度角。此时，为了调整二转速信号vd2的第二相位，但不改变第二风扇120的平均转速，则第二风扇120会先短暂地调整第二驱动信号的占空比，然后恢复原先的占空比。举例而言，如图2b所示，第二风扇120会在第一周期p1期间，将第二驱动信号的占空比由第一比例(如：60％)提升至第二比例(如：80％)。而经过第一周期p1后，进入第二周期p2时，第二风扇120将该第二驱动信号的占空比恢复至原先的第一比例(如：60％)。据此，第二转速信号vd2与第一转速信号vd1间的相位差异将会提升，但第二风扇120的速度并不会因此改变。
70.此外，在经过第一周期p1后，第二风扇120将会再次判断第一相位与第二相位间的侦测相位差异，是否符合预设相位差异？或者侦测相位差异与预设相位差异之间是否介于
一个设定范围内(如：5％、3％或2％)？第二风扇120可分别侦测第一转速信号vd1及第二转速信号vd2的信号周期长度，以执行前述判断。
71.在其他实施例中，第二风扇120的第二控制器121可在第二转速信号vd2的每一周期的起始时间点，记录第一转速信号vd1的信号相位，并比对每次记录的信号相位，以判断“第一转速信号vd1是否稳定？”或判断“第一转速信号vd1及第二转速信号vd2间的侦测相位差”。举例而言，如图2b所示，若第二风扇120并未调整第二驱动信号，且在第二转速信号vd2的四个周期p1～p4的每次起始时间点时，记录到第一转速信号vd1的信号相位分别为“320度、240度、180度、140度”，代表第一转速信号vd1的频率不稳定。
72.另一方面，若第二风扇120调整第二驱动信号后，当第二转速信号vd2的四个周期p1～p4的每次起始时间点时，记录到第一转速信号vd1的信号相位分别为“320度、240度、180度、140度”，代表第二相位逐渐提升。若预设相位差异为“90度”，则当第二转速信号vd2的一个周期的起始时间点时，若第一转速信号vd1的信号相位为“90度”，则即为完成信号的调整。
73.请参阅图2c所示，在一实施例中，若第一相位与第二相位之间的相位差异(如：83度)已十分接近于预设的相位差异(如：90度)。此时可选择以更精确地方式来微调第二转速信号vd2的第二相位。如图2c所示，其中“duty1、duty2”的方块“宽度”代表在相同时刻，对应于第二转速信号vd2的第二驱动信号的占空比“大小”(例如：每周期中驱动马达的时间)。意即，在图2c所示的实施例中，占空比duty1是大于占空比duty2，而使第二相位能因此前移。
74.承上，具体而言，在第一周期的调整期间t1，第二风扇120根据侦测相位差异，将第二驱动信号的占空比由第一比例(即，duty1，例如60％)提升至第二比例(即，duty2，例如80％)。而在第一周期中的恢复期间t2第二风扇120将第二驱动信号的占空比从第二比例(即，duty2，例如80％)恢复至第一比例(即，duty1，例如60％)。换言之，第二风扇120会在一个周期中，瞬间改变第二驱动信号的占空比，接着恢复原先的占空比，据此来调整第二相位。调整期间t1的长度(即，占据第一周期的比例)可根据侦测相位差异而改变。例如：侦测相位差异越大，调整期间t1的长度越长。
75.在其他部分实施例中，第二风扇120是渐进式地改变占空比，意即，第二驱动信号的占空比由第一比例(如：60％)以线性变化方式改变至第二比例(如：80％)，接着再以线性变化恢复至第一比例。
76.在部分实施例中，第二风扇120判断侦测相位差异(即，第二相位与第一相位的实际差异)与预设相位差异(即，第二相位与第一相位的理想差异)是否介于一个设定范围内(如：5％、3％或2％)？若是，代表侦测相位差异极为接近预设相位差异，而使用图2c所示的方式对第二驱动信号进行微调。否则，依据图2b的方式调整第二驱动信号的第二相位。
77.图3为根据本揭示内容的部分实施例的风扇驱动方法的流程图。在步骤s301中，第二风扇120的第二控制器121自第一侦测器113接收第一转速信号vd1。在步骤s302中，第二控制器121判断第一转速信号vd1的频率(或周期长度)是否稳定。第二控制器121可侦测第一转速信号vd1在多个周期中的周期长度，来判断信号是否稳定。
78.在步骤s303中，若第一转速信号vd1的频率(或周期长度)不稳定，则第二控制器121进一步比对第一转速信号vd1的第一频率与第二转速信号vd2的第二频率，以取得侦测频率差异。在步骤s304中，第二控制器121根据侦测频率差异，调整第二驱动信号的占空比。
举例而言，若侦测频率差异为“第一频率大于第二频率200hz”，则第二控制器121将提升第二驱动信号的占空比，使得第二频率随之提升。
79.在步骤305中，若判断第一转速信号vd1的频率(或周期长度)已维持稳定，则第二控制器121比对第一相位与第二相位的差异，以取得侦测相位差异。在步骤s306中，第二控制器121进一步判断侦测相位差异与预设相位差异(如：90度)是否介于设定范围内。
80.在步骤s307中，若判断侦测相位差异与预设相位差异并未介于设定范围内，则在第一周期中，第二控制器121根据侦测相位差异，将第二驱动信号的占空比由第一比例提升或降低至第二比例。接着，进入第二周期时，第二控制121将第二驱动信号的占空比恢复至第一比例。
81.在步骤s308中，若判断侦测相位差异与预设相位差异并未介于设定范围内，第二控制121在第一周期中的调整期间t1时，根据侦测相位差异，将第二驱动信号的占空比由第一比例提升或降低至第二比例。接着，第二控制121在第一周期中的恢复期间t2时，将第二驱动信号的该占空比恢复至第一比例。
82.前述步骤s301～s308是可反复或循环地执行。换言之，在风扇系统100运作的过程中，第二控制器121可反复地执行步骤s302、s306的判断动作，以根据第一风扇110及第二风扇120的当前转速状况，做出对应的调整。
83.据此，透过前述风扇驱动方法，即能依据不同情况调整第二驱动信号，以使第二风扇120的转速能与第一风扇110维持一致，且第二风扇120的信号相位与第一风扇110保持预设的相位差异，避免多个风扇的电流信号的相位重叠，导致电流不稳定的问题。
84.图4a为风扇系统100尚未根据前述驱动方法调整转速时，供电电源vdd输出的电流波形图。图4b则为风扇系统100根据前述驱动方法调整转速时，供电电源vdd输出的电流波形图。比较电流波形图可知，在将转速信号的相位错开之后，电流将更为稳定。
85.前述各实施例中的各项元件、方法步骤或技术特征，是可相互结合，而不以本揭示内容中的文字描述顺序或附图呈现顺序为限。
86.虽然本揭示内容已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本揭示内容，任何熟悉此技艺者，在不脱离本揭示内容的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本揭示内容的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。