专利名称：调制风扇转速的风扇控制系统和方法
技术领域：
本发明提供一种用来调制风扇转速的风扇控制系统和方法，尤指一种藉由调制风扇转速以避开特定共振频率的风扇控制系统与风扇控制方法。
背景技术：
随着科技的进步，消费性电子产品的功能越来越丰富，因此对效能的要求也越来越高。然而高效能意味着高耗能，甚至可能引起共振、噪音、散热等问题。举例来说，效能提高连带使得各组件在执行各种功能时所伴随产生的热能也相对地增加，若电子产品的内部组件所产生的热能无法有效率的排除，则会影响到电子产品的工作稳定性和工作效率，甚至可能导致机械故障，造成使用者的损失。目前业界常用的解决方式为在组件热源处加入散热风扇，藉以减低组件温度，而使得电子产品得以正常工作。而脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation, PWM)风扇目前乃被普遍用于各种计算机硬件系统通风与组件散热上，其特色是转速可以从低转速到高转速作线性调制，而在中国台湾专利号494184专利文件中亦公开了以单芯片线性调制控制风扇转速的风扇控制机制。请参阅图1，图1为先前技术脉冲宽度调制风扇的转速与脉冲宽度调制信号的工作周期(duty circle)的关系示意图，脉冲宽度调制风扇的转速调制是根据图1中的风扇转速工作曲线来决定，而风扇转速工作曲线是整合系统的噪音与热传量测结果并且符合客户规范所产生的最佳化风扇转速工作曲线。该最佳化风扇转速工作曲线可被储存于一基本输入输出系统(Basic Input/Output System，BIOQ中，而用来检测中央处理器温度或关键组件温度的温度感知器所感测到的温度信号可传入该基本输入输出系统，之后该基本输入输出系统再输出该温度下相对应的转速信号给风扇的脉冲宽度调制控制芯片，风扇即回馈出正确转速。而藉由脉冲宽度调制信号的工作周期的调制对模拟信号进行编码，电流以开或关的重复脉冲序列加在一模拟负载上，以12V的直流电源为例，经过30%的工作周期的脉冲宽度调制之后输出电压变成3. 6V。因此，不同的工作周期即可对应不同的风扇转速。请参阅图2，图2为先前技术感知温度、风扇转速、以及脉冲宽度调制信号的工作周期的对应关系表，由于图1与图2中温度感知器所感知的温度、脉冲宽度调制信号的工作周期，与风扇转速成线性关系，每一个温度点对应一固定转速。然而风扇工作时涵盖的转速分布范围极广，当风扇运转在某些特定转速时所产生的振动频率可能会和计算机机壳的自然频率重叠而发生共振，或是和硬盘的旋转频率偶合发生共振。若是风扇的振动频率与机壳共振会造成下列的问题产生不悦耳的共鸣声；声压、声功率、声音质量超出测试规范； 需藉由修改机壳结构削弱共振强度或改变机壳自然频率来改善风扇造成的共振问题，而导致制造成本增加；以及修改机壳结构需修模或重新开模造成量产时间延后等。若是风扇的振动频率与硬盘盘片旋转频率共振则会造成下列的问题硬盘读写头的读写率降低，严重会导致无法读写；硬盘读写率无法达到测试规范；以及硬盘使用寿命减短等。故如何设计出一有效调制风扇转速以避开特定共振频率的风扇控制机制，便为现今风扇设计所需努力的课题。
发明内容
本发明提供一种藉由调制风扇转速以避开特定共振频率的风扇控制系统与风扇控制方法，以解决上述的问题。本发明公开一种用来调制风扇转速的风扇控制系统，该系统包含有一主机装置， 该主机装置包含有一检测单元，该检测单元用来检测组件状态以输出一检测信号；一基本输入输出系统，该基本输入输出系统耦合于该检测单元，该基本输入输出系统用来储存该检测信号与风扇转速的一对应关系，且用来依据该检测信号以及该对应关系产生一转速信号；以及一输出接口，该输出接口耦合于该基本输入输出系统，该输出接口用来输出该转速信号；该风扇控制系统另包含有一风扇装置，该风扇装置耦合于该输出接口，该风扇装置包含有一风扇；一风扇驱动单元，该风扇驱动单元用来驱动该风扇；以及一风扇转速调制单元，该风扇转速调制单元用来在该输出接口所输出的该转速信号在该对应关系所相对应的一第一风扇转速介于一第一范围时，控制该风扇驱动单元以一第二风扇转速驱动该风扇， 其中该第二风扇转速在该第一范围之外。本发明还公开该检测单元为一温度检测单元，其用来检测组件的温度以输出一温度检测信号。本发明还公开该转速信号为一具有工作周期的脉冲宽度调制信号。本发明还公开该基本输入输出系统用来依据该检测信号以及该对应关系产生具有相对应工作周期的该脉冲宽度调制信号。本发明还公开该风扇转速调制单元用来在该脉冲宽度调制信号的工作周期介于相对应该第一范围的两临界值所对应的工作周期范围内时，控制该风扇驱动单元以该第二风扇转速驱动该风扇。本发明还公开该第二风扇转速对应于该第一范围的两临界值中的一个。本发明还公开该基本输入输出系统用来储存该检测信号、风扇转速，以及该脉冲宽度调制信号的工作周期的该对应关系。本发明还公开该风扇驱动单元为一马达。本发明还公开该风扇转速调制单元为一微控制器。本发明还公开一种用来调制风扇转速的风扇控制系统，该系统包含有一主机装置，该主机装置包含有一检测单元，该检测单元用来检测组件状态以输出一检测信号；以及一风扇转速调制单元，该风扇转速调制单元耦合于该检测单元，该风扇转速调制单元用来储存该检测信号与风扇转速的一对应关系，且用来在该检测信号在该对应关系所相对应的风扇转速介于一第一范围时产生一转速信号；该风扇控制系统另包含有一风扇装置，该风扇装置耦合于该风扇转速调制单元，该风扇装置包含有一风扇；一风扇驱动单元，该风扇驱动单元用来驱动该风扇；以及一风扇控制单元，该风扇控制单元用来依据该风扇转速调制单元所输出的该转速信号控制该风扇驱动单元以一第二风扇转速驱动该风扇，其中该第二风扇转速在该第一范围之外。本发明还公开该风扇转速调制单元用来依据该检测信号以及该对应关系产生具有相对应工作周期的该脉冲宽度调制信号，且该脉冲宽度调制信号的工作周期在该第一范围所对应的工作周期范围之外。
本发明还公开该风扇转速调制单元用来储存该检测信号、风扇转速，以及该脉冲宽度调制信号的工作周期的该对应关系。本发明还公开该风扇转速调制单元为一基板管理控制器。本发明还公开一种用来调制风扇转速的方法，该方法包含有一检测单元检测组件状态以输出一检测信号；当该检测信号所相对应的一第一风扇转速介于一第一范围时产生一转速信号；以及依据该转速信号以一第二风扇转速驱动一风扇，其中该第二风扇转速在该第一范围之外。本发明还公开该检测单元检测组件状态以输出该检测信号包含该检测单元检测组件的温度以输出一温度检测信号。本发明还公开当该脉冲宽度调制信号的工作周期介于相对应该第一范围的两临界值所对应的工作周期范围时，以该第二风扇转速驱动该风扇。本发明可避免当风扇运转在某些特定转速时所产生的振动频率可能会和计算机机壳的自然频率重叠而发生共振，或是和硬盘的旋转频率偶合发生共振的情况发生，而提升计算机系统操作的稳定度。
图1为先前技术脉冲宽度调制风扇的转速与脉冲宽度调制信号的工作周期的关系示意图。图2为先前技术感知温度、风扇转速、以及脉冲宽度调制信号的工作周期的对应关系表。图3为本发明第一实施例的风扇控制系统的功能方块示意图。图4为本发明风扇控制系统调制风扇转速的方法流程图。图5为本发明风扇转速曲线的关系示意图。图6为本发明第二实施例的风扇控制系统的功能方块示意图。主要组件符号说明50风扇控制系统52主机装置
54检测单元56基本输入输出系统
58输出接口60风扇装置
62风扇64风扇驱动单元
66风扇转速调制单元
100风扇控制系统102主机装置
104检测单元106风扇转速调制单元
108风扇装置110风扇
112风扇驱动单元114风扇控制单元步骤100、102、104、106、108
具体实施例方式请参阅图3，图3为本发明第一实施例的一风扇控制系统50的功能方块示意图，风扇控制系统50包含有一主机装置52，其可为一计算机主机装置，主机装置52包含有一检测单元M，其用来检测组件状态以输出一检测信号，举例来说检测单元M可为一温度检测单元，其用来检测组件的温度以输出一温度检测信号；主机装置52另包含有一基本输入输出系统56，其耦合于检测单元M，基本输入输出系统56用来储存该检测信号与风扇转速的一对应关系，且用来依据该检测信号以及该对应关系产生一转速信号，其中该对应关系可为图1与图2所示的对应关系，且该转速信号可为一脉冲宽度调制信号；主机装置52另包含有一输出接口 58，其耦合于基本输入输出系统56，输出接口 58用来输出该转速信号，其中输出接口 58可为超级输入输出(Super I/O)接口等。风扇控制系统50另包含有一风扇装置60，其用来散除主机装置52内部组件所产生的热量，风扇装置60耦合于输出接口 58，风扇装置60包含有一风扇62，以及一风扇驱动单元64，其用来驱动风扇62，风扇驱动单元64 可为一马达；风扇装置60另包含有一风扇转速调制单元66，其用来调制风扇转速且输出相对应信号，藉以控制风扇驱动单元64驱动风扇62旋转，其中风扇转速调制单元66可为一可程序化的微控制器(Micro Controller Unit，MCU)。 在此对风扇控制系统50调制风扇转速的方法进行介绍，请参阅图4，图4为本发明风扇控制系统50调制风扇转速的方法流程图，该方法包含下列步骤步骤100 检测单元M检测组件状态以输出该检测信号至基本输入输出系统56。步骤102 基本输入输出系统56依据该检测信号以及该对应关系产生一转速信号，该转速信号为一具有工作周期的脉冲宽度调制信号。步骤104 输出接口 58用来接收基本输入输出系统56所传来的该转速信号，并输出该转速信号至风扇装置60。步骤106 风扇转速调制单元66依据该脉冲宽度调制信号的工作周期作为调制风扇正确转速的依据，并控制风扇驱动单元64驱动风扇62旋转。步骤108 结束。在此对上一流程进行详细的说明，检测单元M可用来检测组件状态以输出该检测信号至基本输入输出系统56，例如可检测中央处理器温度或关键组件温度以输出相对应温度检测信号。而基本输入输出系统56接收到该检测信号后，可依据该检测信号以及该对应关系产生一转速信号，举例来说基本输入输出系统56可用来储存该检测信号、风扇转速，以及该脉冲宽度调制信号的工作周期的该对应关系，且就是说该对应关系可为如图2 所示的线性关系，且每一个温度点对应一固定转速，故可依据所检测到的温度而产生具有相对应工作周期的脉冲宽度调制信号。接下来，输出接口 58可接收基本输入输出系统56 所传来的具有工作周期的脉冲宽度调制信号，并输出该脉冲宽度调制信号至风扇转速调制单元66。之后，风扇转速调制单元66便会依据该脉冲宽度调制信号的工作周期作为调制风扇正确转速的依据，并控制风扇驱动单元64驱动风扇62旋转。值得注意的是，为了避免当风扇运转在某些特定转速时所产生的振动频率可能会和计算机机壳的自然频率重叠而发生共振，或是和硬盘的旋转频率偶合发生共振，可预先设定风扇避开在某些特定转速运转。 举例来说，当欲避开的共振转速在一第一范围之内时，为了保险起见可设定风扇转速排除区域为该第一范围，例如共振转速的上下10%转速范围内，而当该转速信号在该对应关系所相对应的一第一风扇转速介于该第一范围时，则风扇转速调制单元66必须调制风扇转速以避开该第一范围，如控制风扇驱动单元64以一第二风扇转速驱动风扇62，其中该第二风扇转速在该第一范围之外。至于调制的方式可为当该脉冲宽度调制信号的工作周期值介于相对应该第一范围的两临界值所对应的工作周期范围内时，可控制风扇驱动单元64以该第二风扇转速驱动风扇62，其中该第二风扇转速可对应于该第一范围的两临界值中的一个。举例来说，请参阅图5，图5为本发明风扇转速曲线的关系示意图，假设若欲避开的共振转速为1300RPM(如该第一风扇转速)，为了保险起见可设定风扇转速排除区域的该第一范围为1200RPM(转/每分钟)至1400RPM，也就是说风扇转速调制单元66会调制风扇转速以控制风扇驱动单元64不在1200RPM至1400RPM的转速范围驱动风扇62旋转， 若参酌于图2的对应关系表，则代表当检测单元M所检测的温度介于M度至58度时，风扇转速会被控制于1200RPM至1400RPM之外的范围。如图5所示，原始路径为基本输入输出系统56所储存该对应关系中风扇转速与该脉冲宽度调制信号的工作周期的线性对应关系，为了调制1200RPM至1400RPM间的风扇转速，可设计下列两条路径A、B，在路径A中当风扇转速超过1200RPM时直接调制至1400RPM以跳过该第一范围，且保持1400RPM直到 70%的工作周期后再恢复线性调制，所以相对应60% 70%工作周期的风扇转速均被调制至1400RPM(如该第二风扇转速)；或是在路径B中，当风扇转速超过1200RPM时则保持 1200RPM,直到70 %的工作周期后恢复线性调制，所以相对应60 % 70 %工作周期的风扇转速均被调制至1200RPM(如该第二风扇转速)。此外，可针对共振频率的2倍频、3倍频， 甚至到N倍频进行相同于上述原理的调制设计，故可建立多倍频的排除区域。因此在同一条风扇转速的路径上，排除区域可以是单一排除区域，也可是多重排除区域。此外，风扇转速的调制机制除了设置在风扇装置端之外，亦可设计于主机装置端， 请参阅图6，图6为本发明第二实施例的一风扇控制系统100的功能方块示意图，风扇控制系统100包含有一主机装置102，其可为一计算机主机装置，主机装置102包含有一检测单元104，其用来检测组件状态以输出一检测信号，举例来说检测单元104可为一温度检测单元，其用来检测组件的温度以输出一温度检测信号；主机装置102另包含有一风扇转速调制单元106，其耦合于检测单元104，风扇转速调制单元106用来储存该检测信号与风扇转速的一对应关系，其中该对应关系可对应前述实施例所述采取单一排除区域或是多重排除区域的风扇转速调制设计，且风扇转速调制单元106可依据该检测信号以及该对应关系产生一转速信号，其中该转速信号可为一具有工作周期的脉冲宽度调制信号，而风扇转速调制单元106可为一安装于主机板的基板管理控制器(Baseboard ManagementController, BMC)，与前述实施例不同之处在于本实施例中将程序化的风扇转速调制单元106设置于主机装置102端，故在主机装置102端即已对风扇转速进行调制，而非如前述实施例所述在风扇装置端对风扇转速进行调制，至于将风扇转速调制单元设置于主机装置端或风扇装置端的配置可视实际设计需求而定。再者，风扇控制系统100另包含有一风扇装置108，其用来散除主机装置102内部组件所产生的热量，风扇装置108耦合于风扇转速调制单元106，风扇装置108包含有一风扇110，以及一风扇驱动单元112，其用来驱动风扇110，风扇驱动单元112可为一马达；风扇装置108另包含有一风扇控制单元114，其用来控制风扇驱动单元112驱动风扇110旋转；当该风扇控制单元114接收到该脉冲宽度调制信号时，可依据该脉冲宽度调制信号的工作周期作为控制风扇驱动单元112驱动风扇110旋转的依据。相似于上述实施例，检测单元104可检测组件状态以输出该检测信号至风扇转速调制单元106，例如可检测中央处理器温度或关键组件温度以输出相对应温度检测信号。而风扇转速调制单元106接收到该检测信号后，可依据该检测信号以及所储存的该对应关系产生一转速信号，举例来说风扇转速调制单元106可用来储存该检测信号、风扇转速，以及该脉冲宽度调制信号的工作周期的该对应关系，故可依据所检测到的温度而产生具有相对应工作周期的脉冲宽度调制信号。至于此处风扇转速调制单元106所输出的脉冲宽度调制信号为经由调制过风扇转速的相对应信号。举例来说若欲避开的共振转速在一第一范围之内时，为了保险起见可设定风扇转速排除区域为该第一范围，例如共振转速的上下10%转速范围内，而当该转速信号在该对应关系所相对应的风扇转速介于该第一范围时，则风扇转速调制单元106所产生该脉冲宽度调制信号的工作周期在该第一范围所对应的工作周期范围之外，故风扇控制单元114可依据风扇转速调制单元106所输出的该转速信号控制风扇驱动单元112以一第二风扇转速驱动风扇110，其中该第二风扇转速在该第一范围之外，且该第二风扇转速可对应于该第一范围的两临界值中的一个。举例来说，可设计当风扇转速超过1200RPM时，意即检测单元104所检测的温度超过M度时，直接将风扇转速调制至1400RPM以跳过该第一范围(1200RPM至1400RPM)，且保持1400RPM直到检测单元M所检测的温度高于风扇转速1400RPM所相对应的58度后再恢复线性调制，所以在该第一范围内风扇转速调制单元106皆会输出工作周期为70%的脉冲宽度调制信号；或是可设计当风扇转速超过1200RPM时则持续保持1200RPM，直到检测单元M所检测的温度高于风扇转速 1400RPM所相对应的58度后再恢复线性调制，所以在该第一范围内风扇转速调制单元106 皆会输出工作周期为60%的脉冲宽度调制信号。如此一来，即可避免当风扇运转在某些特定转速时所产生的振动频率可能会和计算机机壳的自然频率重叠而发生共振，或是和硬盘的旋转频率偶合发生共振的情况发生。相比较于先前技术，本发明提供藉由调制风扇转速以避开特定共振频率的风扇控制系统与风扇控制方法，如此一来即可避免当风扇运转在某些特定转速时所产生的振动频率可能会和计算机机壳的自然频率重叠而发生共振，或是和硬盘的旋转频率偶合发生共振的情况发生，而提升计算机系统操作的稳定度。以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡是根据本发明权利要求书的范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。
权利要求
1.一种用来调制风扇转速的风扇控制系统，该系统包括 一主机装置，该主机装置包括一检测单元，该检测单元用来检测组件状态以输出一检测信号； 一基本输入输出系统，该基本输入输出系统耦合于该检测单元，该基本输入输出系统用来储存该检测信号与风扇转速的一对应关系，且用来依据该检测信号以及该对应关系产生一转速信号；以及一输出接口，该输出接口耦合于该基本输入输出系统，该输出接口用来输出该转速信号；以及一风扇装置，该风扇装置耦合于该输出接口，该风扇装置包括 一风扇；一风扇驱动单元，该风扇驱动单元用来驱动该风扇；以及一风扇转速调制单元，该风扇转速调制单元用来在该输出接口所输出的该转速信号在该对应关系所相对应的一第一风扇转速介于一第一范围时，控制该风扇驱动单元以一第二风扇转速驱动该风扇，其中该第二风扇转速在该第一范围之外。
2.如权利要求1所述的风扇控制系统，其中该检测单元为一温度检测单元，该温度检测单元用来检测组件的温度以输出一温度检测信号。
3.如权利要求1所述的风扇控制系统，其中该转速信号为一具有工作周期的脉冲宽度调制信号。
4.如权利要求3所述的风扇控制系统，其中该基本输入输出系统用来依据该检测信号以及该对应关系产生具有相对应工作周期的该脉冲宽度调制信号。
5.如权利要求4所述的风扇控制系统，其中该风扇转速调制单元用来在该脉冲宽度调制信号的工作周期介于相对应该第一范围的两临界值所对应的工作周期范围内时，控制该风扇驱动单元以该第二风扇转速驱动该风扇。
6.如权利要求5所述的风扇控制系统，其中该第二风扇转速对应于该第一范围的两临界值中的一个。
7.如权利要求4所述的风扇控制系统，其中该基本输入输出系统用来储存该检测信号、风扇转速，以及该脉冲宽度调制信号的工作周期的该对应关系。
8.如权利要求1所述的风扇控制系统，其中该风扇驱动单元为一马达。
9.如权利要求1所述的风扇控制系统，其中该风扇转速调制单元为一微控制器。
10.一种用来调制风扇转速的风扇控制系统，该系统包括 一主机装置，该主机装置包括一检测单元，该检测单元用来检测组件状态以输出一检测信号；以及一风扇转速调制单元，该风扇转速调制单元耦合于该检测单元，该风扇转速调制单元用来储存该检测信号与风扇转速的一对应关系，且用来在该检测信号在该对应关系所相对应的风扇转速介于一第一范围时产生一转速信号；以及一风扇装置，该风扇装置耦合于该风扇转速调制单元，该风扇装置包括 一风扇；一风扇驱动单元，该风扇驱动单元用来驱动该风扇；以及一风扇控制单元，该风扇控制单元用来依据该风扇转速调制单元所输出的该转速信号控制该风扇驱动单元以一第二风扇转速驱动该风扇，其中该第二风扇转速在该第一范围之外。
11.如权利要求10所述的风扇控制系统，其中该检测单元为一温度检测单元，该温度检测单元用来检测组件的温度以输出一温度检测信号。
12.如权利要求10所述的风扇控制系统，其中该转速信号为一脉冲宽度调制信号。
13.如权利要求12所述的风扇控制系统，其中该风扇转速调制单元用来依据该检测信号以及该对应关系产生具有相对应工作周期的该脉冲宽度调制信号，且该脉冲宽度调制信号的工作周期在该第一范围所对应的工作周期范围之外。
14.如权利要求13所述的风扇控制系统，其中该第二风扇转速对应于该第一范围的两临界值中的一个。
15.如权利要求13所述的风扇控制系统，其中该风扇转速调制单元用来储存该检测信号、风扇转速，以及该脉冲宽度调制信号的工作周期的该对应关系。
16.如权利要求10所述的风扇控制系统，其中该风扇驱动单元为一马达。
17.如权利要求10所述的风扇控制系统，其中该风扇转速调制单元为一基板管理控制ο
18.一种用来调制风扇转速的方法，该方法包括 一检测单元检测组件状态以输出一检测信号；该检测信号所相对应的一第一风扇转速介于一第一范围时产生一转速信号；以及依据该转速信号以一第二风扇转速驱动一风扇，其中该第二风扇转速在该第一范围之外。
19.如权利要求18所述的方法，其中该检测单元检测组件状态以输出该检测信号的步骤包括该检测单元检测组件的温度以输出一温度检测信号的操作。
20.如权利要求18所述的方法，其中该转速信号为一具有工作周期的脉冲宽度调制信号。
21.如权利要求20所述的方法，其中当该脉冲宽度调制信号的工作周期介于相对应该第一范围的两临界值所对应的工作周期范围内时，以该第二风扇转速驱动该风扇。
22.如权利要求21所述的方法，其中该第二风扇转速对应于该第一范围的两临界值中的一个。
全文摘要
一种调制风扇转速的风扇控制系统和方法。该风扇控制系统包含有主机装置，其包含有检测单元，用来检测组件状态以输出检测信号；基本输入输出系统，耦合于检测单元，用来储存检测信号与风扇转速的对应关系，且用来依据检测信号以及对应关系产生转速信号；以及输出接口，耦合于基本输入输出系统，用来输出转速信号；风扇控制系统另包含有风扇装置，耦合于输出接口，包含有风扇；风扇驱动单元，用来驱动风扇；以及风扇转速调制单元，用来在输出接口所输出的转速信号在对应关系所相对应的第一风扇转速介于第一范围时，控制风扇驱动单元以第二风扇转速驱动风扇，其中第二风扇转速在第一范围之外。本发明可提升计算机系统操作的稳定度。
文档编号F04D27/00GK102192175SQ201019185039
公开日2011年9月21日 申请日期2010年3月1日 优先权日2010年3月1日
发明者吴明璋, 廖之安, 林毅俊, 梁铨益 申请人:纬创资通股份有限公司