用于根据设备位置控制风扇的方法和实现该过程的设备的制作方法

文档序号:6319948阅读:243来源:国知局
专利名称:用于根据设备位置控制风扇的方法和实现该过程的设备的制作方法
技术领域
本发明涉及一种用于根据设备的水平或垂直位置对风扇进行控制 的方法。本发明还涉及一种实现该方法的设备。
背景技术
电子设备在正常操作期间消耗大量能量。这种能量将转换成聚集 在通常密封的设备内的热量。随着集成电路的聚集,现代设备的电子 器件同老式设备相比每表面单位释放更多热量。这种聚集导致温度上 升,最终会对集成电路和诸如中央处理器或硬盘等其他敏感元件的可 靠性不利。为了解决该问题,使用从外部吹送冷空气以使内部变冷的一个或多个风扇,在电子设备中实现冷却系统(cooling system)。将 硬盘集成到电视解码器中从而实现了PVR (个人录像机)的功能,这大大增加了有源电路组所释放的热量。例如,在市场上常见具有平均 功耗在40W级别的双接收(dual reception)高清PVR产品。如果没有排散热量,则该热量会引起电子组件的加速老化,这会 导致不可逆的恶化。为了避免该问题,制造者在设备箱中切出空气入 口 (inlet)以实现对热空气的排散。使风扇位于空气入口的前方,以 加速与外部的交换并允许正确的内部冷却。但是全速地使用通风设备 有很大噪音。如果该设备是例如可位于卧室中的电视解码器,在这种 情况下,该设备必须不打扰用户睡眠。通常认可的最大阈值是25分贝。 根据声压方法来实现该测量,即,使用位于离解码器前面板l米处的麦 克风来实现该测量。为了降低声级,风扇的伺服系统有规律地检查速度,并根据将要 得到的指示来调衡该速度。温度传感器位于通常较热的设备区域中。 只要刚达到或超过温度阈值,风扇的速度就同温度阈值与传感器所测 量的值之间的差值成比例地增大。在接通设备期间,以低速开启风扇,并且只要在设备内温度刚超过50。C,风扇的速度就增大。如果超过了 特定转速,设备就会变得噪音很大。为了控制设备的操作,风扇配备 有测转速(tachymetric)传感器,该测转速传感器根据桨叶的实际速 度来传送信号。风扇的控制单元对来自测转速传感器的信号进行分析 并确保对风扇速度的调节。通过PDI (P代表成比例的,D代表微分的, I代表积分的)类型的自动控制来执行调节。该高效自动控制通过以下 方式来实现对速度的精确调节根据从由测转速传感器所测量的值计 算出的指示,来调整供给风扇的命令。电子组件经受着承受过多热量的困难,设计者面临着以下进退两 难的问题到底是特别使噪音不存在并冒着组件过热的风险,还是对 设备内部尽可能好地进行通风但会使设备有很大噪音。本发明至少在 特定情况下解决了该进退两难问题。近来,电子设备的设计者已发现,通过垂直放置设备,空气入口 在结构的顶部和底部的存在使设备内自然对流的等级得以提高,如同 壁炉中的火一样。该壁炉效应大大改进了设备自然冷却。本发明考虑 到该对流现象并利用该对流现象来使设备产生的噪音达到最小。文献US 2007/296408 - LIAO TS-HSINE描述了 一种使用电子传感器控制温度的系统和一种用于控制多个风扇的系统。传感器遍布在印 制电路上,从而提供了所耗散的热量的图。将每个值同与传感器所处 区域相关联的阈值进行比较,如果超过阈值,则启用一个或多个风扇 (以冷却所考虑的区域)。文献US 2006/155424 - KATOH TAKAYUKI描述了一种针对移动 PC的空气冷却机制。风扇用于对内部进行冷却。加速计检测PC的位移, 该位移改变该PC的操作状态。在该新操作状态下,处理器执行对温度 的测量,并可能改变风扇速度或PC的内部时钟。文献US 6 542 846 - MILLER描述了对包括电池的设备的温度调 节。 一些传感器测量电池所释放的热量,并根据该测量来确定是否有 必要改变冷却风扇控制。可以使用多个风扇来冷却具体区域。所有这些文献均涉及基于温度传感器的速度调节,并且涉及不管 这些文献中所描述的设备位置如何而对风扇的激活。因此,尽管可能不必要,但这些设备在上电时噪音很大。 发明内容本发明的目的之一是提供一种用于对电子设备所配备的风扇的 操作进行控制的方法,其特征在于所述方法包括确定电子设备的垂 直或水平位置的步骤,其中,当设备处于水平位置时,在所述设备上 电期间不开启风扇。在这种方式下,如果设备在上电期间检测到其处于垂直位置,则 该位置可能足以确保正确通风,而无需开启风扇。根据第一改进方式,在设备中执行对内部温度的测量。无论所述 设备的位置如何,都根据所确定的温度来开启风扇。在这种方式下, 在例如通风空气入口阻塞后,不存在所述设备损坏的风险。根据另一改进方式,传送光和/或声信号以指示开启了风扇而且设 备处于垂直位置。在这种方式下,向用户通知由于温度的过度升高而 引起的、所述设备的故障。本发明的另一目的是提供一种设备,配备有电子电路和用于所述 设备内部冷却的风扇,所述设备能够处于水平或垂直位置;其特征在 于所述设备包括确定设备位置的检测器;以及控制装置,当所述设 备处于垂直位置时,在所述设备上电期间,所述控制装置禁止风扇启 动。根据一个改进方式,风扇被置于处于垂直位置的设备的底部的侧 面上,并将外部空气吹送到所述设备中。在这种方式下,由空气流产 生的最大噪音位于所述设备内部而不是所述设备外部。根据另一改进 方式,当所述设备处于垂直位置时,耗散最多热量的电路被布置为靠 近风扇的下部空气入口。在这种方式下,更高效地冷却电路。


通过参照附图而作出的对被视作非限制性示例的以下实施例的 描述,本发明的其他特征和优点将变得显而易见,在附图中--图l示出了根据本发明实施例的电子设备的一部分;-图2示出了根据优选实施例的伺服系统;-图3示出了根据本发明实施例的方法的主要步骤的流程图;-图4示出了处于垂直位置(图4a)和水平位置(图4b)的电子设备,其中,风扇在该电子设备处于水平位置的情况下运行。
具体实施方式
图l描述了诸如电视解码器之类的电子设备的一部分。该设备包括印制电路l,在印制电路1上布置了电子电路2。硬盘3实现了数据的 记录,特别是过长视听作品的记录。电路2和硬盘3消耗大量功率并散 发热量,例如,对于耗散17瓦特的电视解码器而言,其中央处理器本 身释放接近3瓦特的热量等级。因此,在图l中以灰色进行标记的、解 码器的特定区域比其他区域更热。位于这些热区域中的一个之内(优 选地靠近产生最多热量的电路)的温度传感器4提供了与温度成比例的 电压。风扇5从外部提供冷空气,并经由在设备的左侧面上实现的开口 将冷空气传送至解码器腔(cavity)。解码器箱中切出的多个空气入口6 允许作为来自下侧面、右侧面和顶部的热空气的出口。图l中示出的弯 曲箭头示出了空气流的路径。空气入口的数目、位置和大小是良好通 风的重要要素,这些参数是本领域技术人员公知的。设备位置检测器8 位于解码器印制电路上。当设备被置于平坦表面上时,四个脚9位于设 备下面,并且,四个其他脚9位于设备左侧面上。当解码器处于垂直位置时,风扇的位置优选地由下侧面上的空气 入口决定。实际上,噪音主要在风扇空气入口级处产生,在该处空气 流变窄。该噪音与由风扇产生的噪音叠加,最大声级是在解码器内部 而不是外部测量到的。此外,在垂直位置情况下,位于解码器下方的 稀薄空气空间使声音变弱,而如果风扇位于解码器的顶部的话,声音 会更弱。必须注意的是,脚9的高度确保了足够的空气进气口,并不会 阻挡通风入口。图2示出了根据优选实施例的风扇控制系统。温度传感器4、风扇 5和位置检测器8连接至管理单元7。该管理单元可以是专用于风扇控制 的微控制器。管理单元7还可以是解码器中央处理器的一部分。不管其特性如何,管理单元7至少具有用于从温度传感器4接收信号的模拟 输入,以及从检测器8和测转速传感器接收数字信号的两个数字输入(被称作"转速(Tachy)"的这些数字信号代表风扇速度)。管理单元 7配备有用于控制风扇5的控制输出。根据由传感器4实现的测量、转速 信号和由位置检测器8提供的信息,微控制器7触发或不触发风扇旋转 并确定其设置速度,以创建足以将解码器的内部保持在标称温度以下 的冷空气流。在该实施例中,风扇由直接控制风扇旋转速度的模拟信号来控 制。测量已表明了分贝数与给定速度之间的相关性,因此将控制值应 用于风扇。这意味着仅在需要时才使用风扇,并以最低可能速度使用 风扇。位置检测器8确定解码器是被置于垂直位置还是被置于水平位 置。根据简单的实施例,检测器是舌簧式继电器(REED type relay), 由在具有两个电极的玻璃管中移动的汞滴构成。如果平放该管,则在 这两个电极之间可以建立电接触,如果该管处于垂直位置,则不存在 电接触。作为变型,可以使用被置于解码器下方的简单低压按钮,解 码器的重量足以闭合电接触。当解码器处于垂直位置时,电接触断开。在已详述了组成该设备和该风扇控制系统的不同元件之后,现在 示出这些元件是如何协作的。图3的流程图描述了该方法的主要步骤和 目的。在步骤3.1中,开启解码器。在上电开始时,管理单元7对来自位 置检测器8的信号进行分析,以便确定解码器是处于垂直位置还是水平 位置(步骤3.2)。如果设备处于水平位置,则管理单元以最低速度开 启风扇,这是考虑到在任何情况下,这对于正确操作来说都是必要的 (步骤3.3)。如果检测到设备处于垂直位置,则毫无疑问不必开启风 扇,这是由于壁炉效应确保了下部空气入口与上部空气入口之间的最 小空气流。在步骤3.4中,管理单元对由温度传感器4提供的温度进行 分析。在步骤3.5中,将测量到的温度与最大温度阈值进行比较。该温 度依赖于耗散最多热量的组件(通常是中央处理器)的特征。如果测 量到的温度低于阈值,则在不改变风扇命令的情况下,管理程序在步骤3.4处循环。然而,如果测量到的温度高于阈值,则管理单元对至少 依赖于测量到的温度的风扇命令值进行计算(步骤3.6)。在步骤3.7中, 将计算出的命令值应用于风扇,从而确保了对组件的高效冷却。即使解码器处于垂直位置也测量温度的事实提供了对正确操作 的额外保证。的确,如果位于风扇空气入口级处的网格被物体或灰尘 挡住,那么即使解码器处于垂直位置也必须开启风扇。图4a示出了处于垂直位置的解码器,而图4b示出了处于水平位置 的解码器。在垂直位置的情况下,由虚箭头所示的空气流示出了空气 通过下部空气入口和中间空气入口进入,并且大多数通过上部空气入 口排出,在风扇没有操作的情况下速率是足够的。在水平位置的情况 下(图4b),不再有"壁炉"效应,风扇5将冷空气从外部送进解码器 腔中。通过不同空气入口6输入的冷空气使解码器的内部冷却。在数字电视解码器上已经执行了一些测试,该数字电视解码器具 有平行管道(pamlld-piped)形式,尺寸为29.5厘米长,18厘米宽,5 厘米深,包含印制电路,其中该印制电路的电子电路耗散17瓦特。风 扇尺寸为4厘米长,4厘米宽,2厘米深。传感器在印制电路上以及在解 码器中央处理器上执行的测量如下测量条件内部测量到的 rC.U.测量到的T解码器处于水平位置, 风扇关闭58°C105oC解码器处于水平位置, 风扇速度2000 rpm53°C98°C解码器处于水平位置, 风扇速度4000 rpm42°C卯。C解码器处于垂直位置, 风扇关闭54°C91°C所执行的测量示出了垂直安装的解码器的温度非常接近于具有 以低速操作的风扇的、水平安装的解码器的温度。制造者通常确保在电路上测量到低于100。C的电路正确操作。在本情况下,当解码器处9于垂直位置且风扇关闭时,不会达到该温度。如果传感器测量到温度大于54。C,则无论位置如何都开启风扇。根据一个改进方式,诸如LED二极管之类的、置于解码器前面板 上的光指示器由管理单元7控制。当指示灯亮时,指示灯指示温度故障。 当设备检测到解码器处于垂直位置并且解码器内测量到的温度超过最 大温度阈值时,该故障出现。好在有该指示,用户被通知到空气入口6 不再操作。被由此通知后,用户可以检查空气入口没有被物体挡住, 或仅被堆积的灰尘挡住。还可以通过链接至解码器的屏幕上的视觉消 息,和/或通过由解码器合成的声音消息,来执行对该故障的指示。根据另一改进方式,当解码器处于垂直位置时,耗散最多热量的 组件位于印制电路的底部。的确,解码器的该部分最靠近从"壁炉" 效应受益最大的冷空气进气口,这更好地实现了对电路的冷却。在解 码器长度为29.5厘米的示例中,电路应当被置于离下部空气入口最多6 厘米处,即,侧面长度的至少六分之一。在不脱离所要求的本发明应用范围的前提下,本领域技术人员可 以将本发明适配到许多其他具体形式中。因此,本发明的实施例必须 被视作示例,但可以在所附权利要求的范围所限定的范围内对这些实 施例进行修改。
权利要求
1、一种用于对电子设备所配备的风扇(5)的操作进行控制的方法,包括确定电子设备的垂直或水平位置的步骤(3.2),当检测到所述设备处于垂直位置时,风扇在所述设备上电期间不会被开启。
2、 根据权利要求l所述的控制方法,还包括当检测到所述设备 处于水平位置时,在所述设备上电期间以最低速度开启风扇的步骤(3.3)。
3、 根据权利要求1或2所述的控制方法,还包括测量所述设备 的内部温度的步骤(3.4、 3.5),无论所述设备的位置如何,风扇都是 根据所确定的温度来开启的。
4、 根据前述权利要求中任一项所述的控制方法,还包括传送光和/或声信号以指示开启了风扇而且检测到所述设备处于垂直位置 的步骤。
5、 根据前述权利要求中任一项所述的控制方法,其中,所述确定步骤包括当设备重量的一部分压在开关上时,测量所述开关的状态。
6、 一种设备,配备有电子电路和用于所述设备内部冷却的风扇 (5),所述设备能够处于水平或垂直位置;所述设备包括用于确定设备位置的检测器(8);以及控制装置,当检测到所述设备处于垂直位置时,在所述设备上电期间,所述控制装置禁止风扇启动。
7、 根据权利要求6所述的设备,其中,当检测到所述设备处于水平位置时,在上电期间,所述控制装置以最低速度开启风扇。
8、 根据权利要求6或7所述的设备,其中,所述设备配备有用于 测量所述设备的内部温度的装置(4),无论所述设备的位置如何,在 达到所确定的温度时,风扇都会被开启。
9、 根据权利要求6至8中任一项所述的设备,还包括在开启了风扇而且所述设备处于垂直位置时传送用户能感知到的信号的装置。
10、 根据权利要求6至9中任一项所述的设备,其中,检测器(8)是开关,其中,当设备重量的一部分压在所述开关上时,所述开关的状态改变。
11、 根据权利要求6至10中任一项所述的设备,其中,风扇位于 处于垂直位置的设备的底部的侧面上,并将外部空气吹送到所述设备 中。
12、 根据权利要求6至11中任一项所述的设备,其中,当所述设 备处于垂直位置时,耗散最多热量的电路靠近风扇的下部空气入口。
全文摘要
本发明涉及用于根据设备位置控制风扇的方法和实现该过程的设备。本发明涉及一种用于对电子设备所配备的风扇的操作进行控制的方法。确定步骤检测电子设备的垂直或水平位置。当设备处于垂直位置时,在设备上电期间不启动风扇。处于垂直位置的设备中由“壁炉”效应产生的空气流足以确保正确的通风。根据一个改进方式,该设备具有测量该设备的内部温度的传感器,无论该设备的位置如何,风扇都是根据所确定的温度来启动的。本发明还涉及一种实现该方法的设备。
文档编号G05D23/19GK101615041SQ200910149699
公开日2009年12月30日 申请日期2009年6月19日 优先权日2008年6月23日
发明者安东尼·奥班, 格扎维埃·吉东, 莫里斯·弗里奇 申请人:汤姆森许可贸易公司
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