可编程闭环风扇控制装置的制作方法

专利名称：可编程闭环风扇控制装置的制作方法
可编程闭环，控制^g技术领域0001本发明一般涉及控制风扇以冷却电子设备的装置和方法；并且更具体地涉及基于检测或感应(sense)半导体芯片温度来控制冷却风扇 的装置和方法。
背景技术：
0002增加的速度和电流的使用会导致微处理器和其他半导体集成电 路设备中更大的热消散。为防止发热带来的故障，需要具有改进的装置 和方法来冷却这种设备以及与其相关的外壳等。0003美国专利第6，188，189号("'189专利")公开了用于冷却计算机 和电子设备的传统风扇控制系统。'189专利描述了一种风扇控制系统，其 包括一个或多个温度传感器，比如热敏二极管温度传感器，和可以操作 用于通过改变PWM脉冲的宽度控制直流风扇速度的脉冲宽度调制(PWM)控制电路。例如，热敏二极管温度传感器可以在集成电路(IC) 芯片或中央处理器(CPU)的管芯上实现。如果检测到的CPU温度超过 预先确定的最大温度Tmw那么PWM控制电路增加PWM脉冲宽度以将风 扇速度增加到其最大水平。如果检测到的CPU温度低于预先确定的最小 温度T^，则认为没具有必要用风扇冷却CPU设备，因此PWM控制电路 减小PWM脉冲宽度以将风扇速度降低到零。当检测到的CPU温度落在 Tmin到T,的范围内，PWM控制电路改变PWM脉冲宽度，从而风扇线性 地加速，即风扇速度的变化与检测到的设备温度成线性比例。'189专利进 一步描述了用于风扇控制系统的上电时序，其包括在基于检测到的CPU 温度来控制风扇速度之前， 一旦上电即在有限的时间段内将风扇直接旋 转加速到其最大速度。0004然而，'189专利中公开的传统风扇速度控制系统具有若干缺陷。例如，如上面所描述的，当检测到的CPU温度在Tmin到T,的范围内时，
系统控制风扇速度，这样使速度在Tmin到T^x的范围内线性地改变。尽管 这样的风扇速度的线性控制可以将CPU温度维持在可以接受的界限内， 但因为包括风扇控制电路和计算机设备的系统的冷却是典型动态非线性 的，因此其通常不能最小化功率损耗。此外，电源电压的改变、环境温度、和CPU的功率损耗可以促使整个系统的动态非线性。因此，在T^到Tn^的温度范围内线性地改变风扇速度可以导致风扇速度和/或加速度 高于冷却计算机系统所需要的值，由此引起增加的系统功率损耗和增加 的风扇声频噪声。另外，在风扇上电时序期间将风扇直接旋转加速到最 大速度可以一起增加系统的功率损耗和风扇声频噪声。0005美国专利第6,601，168号("'168专利")公开了另一种传统风扇 速度控制系统。如'168专利中所描述的， 一种风扇速度控制系统包括温度 传感器和风扇控制器，温度传感器可以操作用于检测IC芯片的温度，风 扇控制器可以操作用于基于检测到的IC温度，将冷却风扇的速度调整到 目标速度。特别地，风扇控制器从初始速度向目标速度缓慢地调整风扇 速度，这样与加速(或减速)风扇相关的声频噪声被减小，从而更不易 被计算机系统的用户察觉。发明内容0006根据本发明，提供了一种风扇控制系统和方法，其将计算机和 电子设备或元件的工作温度维持在大约预先确定的控制水平，并最小化 系统的功率损耗和风扇声频噪声。0007在一个实施例中，风扇控制系统是可编程闭环系统，其包括一 个或多个温度传感器、第一和第二风扇控制器、和风扇冯达组合件，所述 ，冯达组合件包括电力变换器、马达和幽。第一麵控制器和第二蹈控 制器都可以连接到蹈冯达组合件。第一K^控制器可以操作用于在麵初始 旋转加速期间控制风扇的速度，第二风扇控制器可以操作用于在风扇初始旋转 加速完成之后，将计算机设备的温度维持在大约预先确定的控制7K平。0008在公开的示例性实现方式中，第一和第二风扇控制器包括各自 的可编程脉冲宽度调制(PWM)控制器，且风扇/马达组合件包括直流马 达和风扇。第一和第二PWM控制器可以操作用于基于PWM脉冲的可变宽
度来控制风扇速度。如果温度传感器检测到的计算机设备的温度上升达到或超过预先确定的控制水平，那么将第一PWM控制器连接到风扇/马达 组合件并被使能，由此启动风扇的旋转加速。0009在示例性的实现方式中，风扇旋转加速分为四个阶段执行。在 第一阶段，第一PWM控制器为风扇/马达组合件提供PWM脉冲，所述 PWM脉冲的宽度与风扇制造商规定的风扇最小启动电压相对应。在第二 阶段，第一PWM控制器提供PWM脉冲，所述PWM脉冲具有增加的宽度， 使风扇的速度从最小水平向最大水平逐渐增加。在第三阶段，第一PWM 控制器提供PWM脉冲，所述PWM脉冲的宽度足够将风扇速度维持在其最 大水平保持一段预先确定的时间。在第四阶段，第一PWM控制器提供 PWM脉冲，所述PWM脉冲具有减小的宽度，使风扇速度从其最大水平向 用户定义的最小和最大水平之间的可编程中间水平减小。在风扇旋转加 速的第二和第四阶段期间，风扇控制系统分别提供风扇的可编程加速度 和减速度。进一步地，在第四阶段的最后，即在风扇的初始旋转加速完 成后，第一PWM控制器从风扇/马达组合件断开连接，且第二PWM控制 器连接到风扇/马达组合件来控制风扇的速度，将检测到的计算机设备的 温度维持在大约预先确定的控制水平。0010在示例性的实现方式中，温度传感器是片内(on-die)热敏二极管 温度传感器，其被配置为提供计算机设备局部管芯温度的表示。进一步 地，风扇控制系统被配置为向第二PWM控制器提供来自热敏二极管温度 传感器的管芯温度反馈。风扇控制系统可以操作用于将检测到的管芯温 度与预先确定的控制水平相比，以产生误差信号，所述误差信号的量值 与检测到的管芯温度和预先确定的控制水平之间的差异相对应。风扇控 制系统基于误差信号的量值控制风扇速度。第二PWM控制器被配置为接 收误差信号作为输入，并基于误差量值提供具有可变宽度的PWM脉冲。 第二PWM控制器提供可变宽度的PWM脉冲，以将风扇速度控制在足以将 检测到的计算机设备的温度维持在大约预先确定的控制水平的那些水 平。0011在公幵的实现方式中，如果检测到的管芯温度(Tdi。de)大于预先确定的最小水平(Tmin)，且Tdi。de小于或等于预先确定的控制水平(Tc。ntrol)，即误差量值小于或等于零，那么第二PWM控制器提供具有可变宽度的PWM脉冲，用来可控地降低风扇速度，由此允许Tdj。de的水平增 加并逐渐接近Te。ntr。,的水平。如果Tdi。de上升到大于T^^的水平，即误差量值大于零，那么第二PWM控制器提供具有可变宽度的PWM脉冲，用来可控地增加风扇速度，由此引起Tdi。de的水平降低并又逐渐接近Tw。,的水 平。如果Tdi。de降低到小于Tmin的水平，那么风扇控制系统不起作用。如果 Tdi。de随后上升到大于Tmin且大于或等于T^^的水平，即误差量值大于或 等于零，那么第一PWM控制器可以操作用于启动风扇旋转加速，之后第 二PWM控制器可以操作用于基于误差量值控制风扇速度，促使Tdi。ae尽可 能地接近Te。咖,。0012通过提供可编程闭环风扇控制系统，所述系统一旦上电即允许风扇的可编程加速度和减速度，之后只按照保持检测到的计算机设备的 温度水平尽可能地接近预先确定的控制水平所需要的速度运转风扇，系 统的功率损耗和风扇声频噪声都得到降低。0013通过下面的细节描述，本发明的其他特征、功能和方面将是显 而易见的。


0014本发明的示例性实施例参考其附图给以了详细描述，其中0015图l是根据本发明实施例的风扇控制系统的方框图；0016图2是风扇电压与时间的关系曲线，其与图l的风扇控制系统实 施的风扇旋转加速的过程相对应；0017图3是图1的风扇控制系统实施的风扇旋转加速的过程的流程图；0018图4a是典型的计算机设备的最大外壳温度与设备功率损耗的关 系曲线，与风扇以其最大速度运转来冷却的设备相对应；0019图4b是典型的计算机设备的最大外壳温度与设备功率损耗的关 系曲线，与风扇以预先确定的低速度运转来冷却的设备相对应；0020图4c是典型的计算机设备的最大外壳温度与设备功率损耗的关 系曲线，与由图1的风扇控制系统执行的温度控制过程来冷却的设备相 对应；和
0021图5是图1的风扇控制系统执行的温度控制过程。
具体实施例方式
0022本发明公开了风扇控制装置和方法的实例，其在初始的风扇旋 转加速期间提供了可控制的风扇加速度和减速度，之后以足够将计算机 或电子设备或元件的工作温度维持在大约预先确定的控制水平的速度运 转风扇，由此最小化系统的功率损耗和风扇声频噪声。风扇控制系统的 实例基于检测到的设备或元件的温度提供了风扇的速度和加速度的可编 程闭环控制。
0023根据本发明，图1显示了风扇控制系统100的说明性实施例。在 说明性实施例中，风扇控制系统100包括第一风扇控制器102、第二风扇 控制器104、控制逻辑18和22、 一对多路转换器(MUX) 106和108、包 括功率变换器110和马达与风扇lll的风扇/马达组合件112、温度传感器 116、模数转换器(ADC) 120、和加法器124。第一风扇控制器102在风
扇初始旋转加速期间可以操作用于控制风扇lll的速度和加速度，第二风 扇控制器104可以操作用于在风扇的初始旋转加速完成后，控制风扇的速 度和加速度，将检测到的计算机设备114的温度维持在大约预先确定的控 制水平。
0024例如，计算机设备114可包括计算机系统比如台式或便携式个人 电脑(PC;未显示)内部的微处理器或中央处理器(CPU)。然而，应 该知道，计算机设备114可以可选地包括计算机系统内部相关的一个或多 个处理器和/或其他电子设备或元件。在优选实施例中，风扇控制系统IOO 在PC内部的一个或多个印刷电路板(PCB)上实现。
0025在公开的实现方式中，风扇/马达组合件112包括直流马达和风扇 111，第一和第二风扇控制器102和104包括各自的可编程脉冲宽度调制控 制器(PWM)，其通过具有可变宽度的PWM脉冲，可以操作用于控制风 扇111的速度。本领域普通技术人员将意识到在PWM控制器提供的PWM 脉冲占空比和直流风扇的速度之间基本是线性关系。在一个实施例中， PWM控制器102和104可以操作用于提供PWM脉冲，其占空比范围从大约 50%到100%，其中50。/。PWM占空比与要求用来启动风扇lll的最小风扇
电压相对应，100。/。PWM占空比与要求用来在最大速度运转风扇111的风 扇电压相对应。然而，应该理解，要求用来启动风扇的最小风扇电压通 常由风扇制造商规定，如此处描述的50c/。PWM占空比与最小风扇电压相 对应仅出于示例说明的目的。因此，应该意识到根据此处描述的风扇的 旋转加速和温度控制程序，可以由PWM控制器102和104提供其他合适的 PWM占空比来启动并随后控制风扇111的速度和加速度。
0026在说明性实施例中，计算机设备114包括集成电路(IC)芯片， 温度传感器116是在IC芯片管芯上实现的热敏二极管温度传感器。温度 传感器116配置为向ADC120提供计算机设备114局部管芯温度
(Tdi。de，anal。g)的模拟表示，所述ADC将模拟温度表示转换为数字形式
(Tdi。de)。如图1中所示，ADC120将检测到的管芯温度Tdi。de提供给控 制逻辑118和加法器124。应该理解，在可选实施例中，计算机设备114 局部管芯温度的模拟表示的转换功能可以在设备自身内部提供，由此 ADC120并不是必需的。
0027风扇控制系统100通过基于计算机设备114检测到的温度Tdi。de， 提供风扇lll的速度和加速度的可编程闭环控制，将计算机设备114的工 作温度维持在大约预先确定的控制水平。在说明性的工作模式中，PWM 控制器102和104初始从风扇/马达组合件112断开连接，由此使风扇lll被 置于"关"状态。特别地，控制逻辑118向MUX108提供Sdect2信号，其 中Select2信号初始的逻辑电平使MUX108选择其第二输入"2"，实际上 对电力变换器110提供了0y。PWM占空比。应该注意PWM控制器102初始 向MUX106提供了Sdectl信号，其中Selectl信号的逻辑电平是使MUX106
选择其第一输入"1"。0028更特别地，控制逻辑118从ADC120接收检测到的温度Tdi。de，并
将温度Tdi。de与预先确定的最小水平Tmin相比较。如果Tdj。de小于T^，控制
逻辑118向MUX108提供Select2信号，使MUX108选择其第二输入"2"并 向电力变换器110提供0。/。PWM占空比。实际上，PWM控制器102和104从 风扇/马达组合件112断开连接，风扇lll为"关"。如果Tdj。de大于或等于 Tmin，控制逻辑118所提供Sdect2信号的逻辑电平使MUX108选择其第一 输入"1"，准备将风扇lll替换为"开"状态。因为如上面所描述的， MUX106也选择其第一输入"1"，所以MUX106和108从PWM控制器102 到电力变换器l IO形成了电连接。0029如图1所示，加法器124从ADC120接收检测到的温度Tdi。de，并测定温度Tdi。de和预先确定的控制水平T^w之间的差，其中Te。ntrol大 于预先确定的最小水平T^。在优选实施例中，预先确定的控制水平Te。ntr。, 与设备制造商推荐的计算机设备114的最佳工作温度相对应。如果Tdi。de大于Te。自,，加法器124产生其量值大于零的误差信号，并将误差信号提 供给控制逻辑122和PWM控制器104，此时所述PWM控制器104与风 扇/马达组合件112的连接是断开的。控制逻辑122接收误差信号，并将 误差信号的量值与零相比较。由于误差量值大于零，控制逻辑122向PWM 控制器102提供使能(EN)信号，由此促使PWM控制器102响应使能 信号，开始执行风扇旋转加速的过程。例如，PWM控制器102可以配置 为在使能信号的边沿触发。0030图2说明了风扇111的电压与时间的关系曲线。风扇电压相对 时间的曲线图与风扇旋转加速的过程相对应，由PWM控制器102 (见图 1)执行。在优选实施例中，风扇旋转加速的过程包括四个阶段，即，在 时刻Tl出现的第一阶段，在时刻Tl到时刻T2出现的第二阶段，在时刻 T2到时刻T3出现的第二阶段，在时刻T3到时刻T4出现的第四阶段。0031在时刻T1， PWM控制器102向电力变换器IIO提供大约50% 的PWM占空比(直流百分比(DC%))。如上面所描述的，当PWM 控制器102被使能以执行风扇旋转加速的过程时，控制MUX106和108 选择它们的第一输入"1"，由此在PWM控制器102和电力变换器110 之间形成电连接。在当前公开的实施例中，50。/。PWM占空比与要求启动 风扇111的最小风扇电压相对应。应该理解PWM控制器102可以可选 地根据风扇制造商的推荐，提供任何合适的足以启动风扇111的PWM占 空比。电力变换器110接收50。/。PWM占空比，并将50。/。PWM占空比转 换为电能量，随后电能量被应用跨越直流马达的相绕组(未显示)以启 动风扇lll。当风扇lll启动时，风扇以其最小速度运转。0032从时刻Tl到时刻T2， PWM控制器102向电力变换器110提供 范围从大约50%到100。/。的PWM占空比(直流百分比)。如上面所描述
的，100%PWM占空比与要求在最大速度运转风扇111的风扇电压相对 应。如图2所示，PWM占空比(风扇电压)在T1到T2时间段斜线上升， 由此风扇速度从最小速度向最大速度逐渐增加。实际上，PWM控制器 102提供了风扇马达的PWM平稳启动，由此降低了对马达的初始电流浪 涌。在优选实施例中，从时刻T1到时刻T2风扇111的加速度是可编程 的，以最小化风扇加速时产生的系统功率损耗和声频噪声。0033从时刻T2到时刻T3， PWM控制器102提供了 100%的PWM 占空比(直流百分比)，以将风扇速度维持在其最大水平。如果推荐的 最小风扇电压(例如，对应50。/。PWM占空比)不能启动风扇lll，那么 向风扇提供100。/。的PWM占空比并维持一段预先确定的时间会具有显著 作用。
0034从时刻T3到时刻T4， PWM控制器102向电力变换器110提供 范围从大约100。/。到75。/。的PWM占空比(直流百分比)。如图2所示， PWM占空比(风扇电压)在T3到T4时间段斜线下降，由此风扇电压从 最大速度(例如，对应100%PWM占空比)向用户定义的最小速度(例 如，对应50MPWM占空比)和最大速度之间的中间水平(例如，对应于 75%PWM占空比的中间水平)逐渐下降。在优选实施例中，风扇lll从 时刻T3到时刻T4的减速度可以被编程以最小化风扇减速时产生的系统 功率损耗和声频噪声。
0035在时刻T4， PWM控制器102提供Sdectl信号，其逻辑电平使 MUX106选择其第二输入"2"，由此从风扇/马达组合件112断开与PWM 控制器102的连接，完成风扇旋转加速的过程。
0036因此，公开的风扇旋转加速的过程提供了风扇马达的PWM平 稳启动。这样PWM平稳启动显著地降低了马达的平均电流要求，并维 持风扇加速度的良好控制。如上面所描述的，第二阶段期间的斜线时间， 即风扇旋转加速的过程的平稳启动部分可以改变，以获得风扇111的更 高或者更低的加速度。类似地，风扇旋转加速过程的第四阶段期间的斜 线时间(ramp time)可以改变，以获得不同水平的风扇减速度。因为风 扇旋转加速的过程提供了风扇马达的平稳启动，风扇的速度可以通过减 小的机械应力增加到其最大水平，由此增加了马达和风扇111的使用寿命。此外，在马达的PWM平稳启动期间，如果机械问题阻碍风扇111 启动，那么当应用最大(foil)风扇电压且达到最大马达转矩时，风扇将 在风扇旋转加速过程的第三阶段启动。0037参照图l和3，说明了公开的风扇旋转加速过程的执行方法。应 该理解，当执行风扇旋转加速的过程时，马达和风扇111初始在"关" 状态，且MUX106和108被配置为将PWM控制器102连接到风扇/马达 组合件112。如步骤302所描述的，做出下面测定检测到的计算机设备 114的温度Tdi。de是否大于或等于预先确定的控制水平Te。ntrol。如果Tdi。de 大于或等于Te。ntrol，如在步骤304中所描述的，将应用预先确定的最小 PWM占空比，通过将PWM控制器102连接到风扇/马达组合件112，使 风扇111启动并以其最小速度运转。例如，最小应用的PWM占空比可 以是大约50%占空比。之后PWM占空比从最小PWM占空比斜线上升到 最大PWM占空比，如步骤306所描述的，使风扇速度从最小速度向最 大速度逐渐增加。例如，应用的PWM占空比最大可以是大约100%占空 比。下一步，如步骤308所描述的，风扇速度以最大速度维持一段预先 确定的时间。如步骤310所描述的，之后PWM占空比从最大PWM占空 比斜线下降到用户定义的中间PWM占空比，促使风扇速度从最大速度 向最大和最小速度之间的中间速度逐渐降低。例如，应用的中间PWM占 空比可以是大约75%占空比。在步骤310结束时，完成风扇旋转加速的 过程。0038在风扇旋转加速的过程完成后，PWM控制器102向MUX106 提供Sdectl信号，其中Selectl信号的逻辑电平促使MUX106选择其第 二输入"2"。结果，形成从PWM控制器104到电力变换器110的电连 接。这时，PWM控制器104可以操作用于执行温度控制过程，将计算机 设备114的工作温度维持在大约预先确定的控制温度Tc。ntrol。在目前公开 的实施例中，PWM控制器104接收加法器124产生的误差信号，并可以 操作用于最小化误差信号的量值。0039例如，PWM控制器104可作为比例积分微分(PID)控制器、 模糊控制器、和模糊控制器与非模糊控制器的组合，或任何其他合适的 控制器来实现。以PID或模糊控制器实现PWM控制器104允许风扇控
制系统IOO预计检测到的计算机设备114的温度的变化，并调整风扇111
的速度以适应这些检测到的温度的变化。
0040参考图4a-4c将更容易理解由PWM控制器104执行的温度控制 过程。图4a描述了计算机设备114 (见图1)的最大外壳温度与设备功 率损耗的关系曲线402。应该意识到设备114的外壳温度基本上等于设备 管芯温度。如图4a中所示，在设备114的最大外壳温度和设备功率损耗 之间是线性关系。特别地，随设备功率损耗的增加(降低)，最大外壳 温度也增加(降低)。因此对于任何功率水平，可以容易地确定最大外 壳温度。应该注意，与预先确定的计算机设备114的散热设计功率(TDP) 相对应的最大外壳温度(Tmax)在曲线402的最高温度水平出现。例如， 计算机设备114的实际功率损耗可以测量为大约70瓦特，测量的功率可 以被标出以获得所述功率水平对应的最大允许外壳温度大约61° C。为保 证与曲线402 —致且所有设备工作条件和功率水平的最佳系统可靠性， 风扇111通常以其最大速度连续运转。
0041图4b描述了计算机设备114 (见图1)的最大外壳温度与设备 功率损耗的关系曲线402和第二关系曲线404。如上面所描述的，通过在 其最大速度连续地运转风扇，可以达到与曲线402 —致。曲线404表示 风扇111以明显低于最大速度的速度(例如，最小速度)运转的情况。 如图4b所示，当以较低速度运转风扇111时，在计算机设备114的最大 外壳温度和设备功率损耗之间不再具有线性关系。例如，当风扇111以 较低速度运转时，在第一中间功率水平Pintl就可以达到最大外壳温度， 所述功率水平明显低于设备114的散热设计功率(TDP)点。然而，即
使风扇111不以其最大速率运转，直到上升到所述中间功率水平Pint,，最
大外壳温度保持低于Tmax。因为可能造成对设备114的毁坏，所以不推 荐允许计算机设备1"的外壳温度上升到Tmax以上。0042图4c描述了计算机设备114 (见图1)的热敏二极管温度Tdiode 与设备功率损耗的关系曲线406。曲线406是当风扇111按照PWM控制 器104 (见图1)执行的温度控制程序运转时的结果。曲线406分为两部 分，即基本平坦部分406a和斜线部分406b。基本平坦部分在功率水平范 围为0到第二中间功率水平P^内，停留在预先确定的控制水平T^tr。,；
斜线部分对应Pint2到TDP的范围。如图4C中所示，预先确定的控制水平
Tc。ntrol小于最大外壳温度Tmax。
0043PWM控制器104可以操作用于执行温度控制程序，以在0到
P^范围的功率水平内将计算机设备114的热敏二极管温度Tdj。de保持在 大约预先确定的控制水平T咖加,。因为Te。n加!小于Tm狀，所以在0到P^
的范围内，风扇111可以以小于其最大速度的多个速度运转。例如，在o
到Pht2的范围内，风扇111可以以大于其最小速度，但小于其最大速度
的多个速度运转；在P^到TDP的范围内，风扇111可以以其最大速度运转。
0044由此，公开的温度控制过程允许调整风扇111的速度，根据热
敏二极管温度Tdi。de说明的，使检测到的计算机设备114的温度尽可能地 接近预先确定的控制水平T^w。如果检测到的温度低于Te。^。p风扇速 度降低。如果检测到的温度高于Te。自,，风扇速度增加。以这种方法，防 止计算机设备114的温度在相当长的时间内明显超过预先确定的控制水 平Te。咖,，且风扇111只按确保导致设备温度低于最大外壳温度Tmax，且 保持与控制水平Te。n^尽可能地接近所需的速度运转。其结果是，使系统 功率损耗和风扇声频噪声最小化。应该注意，风扇速度不只依靠计算机 设备114的温度和功率损耗，还受到其他因素的影响，所述其他因素包 括但不限制于环境温度、电源电压、风扇的特定特征、和风扇控制系统 使用时的仰角。
0045参照图1和5说明了温度控制过程的执行方法。应该理解，当
初始执行温度控制过程时，风扇111的速度在大约用户定义的中间水平
(例如，中间水平对应75。/。PWM占空比)。进而，MUX106和108被配 置为将PWM控制器104连接到风扇/马达组合件112。如步骤502中描 述的，作出第一测定检测到的温度Tdi。de是否小于预先确定的最小水平 Tmin。如果Tdi。de不小于Tmin，则如步骤504中描述的，作出第二测定 检测到的温度Tdi。de是否等于预先确定的控制水平Te。ntrol。如果T涵e等于 T咖加i，则方法返回到步骤502。如果Tdi。de不等于Te。咖,，如步骤506中 描述的，将提供可变的PWM占空比，通过将PWM控制器104连接到风 扇/马达组合件112来控制风扇速度，使Tdi。de的水平尽可能地接近Te。ntrol
的水平，由此最小化加法器124产生的误差信号的量值lTdi。de-T咖tr。,1。例
如，如果Tdi。de<Tc。ntrol，艮卩，误差量值小于零，那么PWM控制器104提 供具有可变宽度的PWM脉冲，用来可控地降低风扇速度，由此允许Tdi。de
增加，这样它将逐渐接近Te。咖。如果Tdi。de大于T咖加,，艮卩，误差量值大
于零，那么PWM控制器104提供可变宽度的PWM脉冲，用来可控地增 加风扇速度，由此引起Tdi。de降低，这样它又逐渐接近Te。ntrol。如步骤508
中描述的，如果Tdi。de降低到低于Tmin的水平，计算机设备114的风扇冷
却被认为是不必要的，且风扇控制系统100不起作用。所以，控制逻辑 118向MUX108提供Select2信号，其中Select2信号的逻辑电平使 MUX108选择其第二输入"2"，实际上对功率变换器110提供了 0%的 PWM占空比。
0046上面是一些说明性实施例，还可以作出其他可选实施例或变体。 例如，本发明描述了风扇控制系统IOO(见图l)包括第一风扇控制器102， 所述第一风扇控制器用于在风扇初始的旋转加速期间控制风扇Ul的速 度和加速度；还包括第二风扇控制器104，其用于在风扇初始的旋转加速 完成后，控制风扇的速度和加速度以将检测到的计算机设备114的温度 保持在大约预先确定的控制水平。然而，应该理解在可选实施例中，风 扇控制系统100可以包括一个、两个、或任何其他合适数量的风扇控制 器，以执行目前公开的风扇旋转加速的过程和温度控制过程。
0047本发明还描述了风扇控制系统包括直流马达和风扇，所述第一 和第二风扇控制器被配置为作为PWM控制器，用于控制直流马达/风扇。 然而，在可选实施例中，风扇控制系统可以包括任何其他合适类型的马 达、风扇、以及一个或多个风扇控制器，以执行此处描述的风扇旋转加 速的过程和温度控制过程。
0048本发明还描述了温度传感器116，其提供了计算机设备114局部 管芯温度的表示。然而，在可选实施例中，温度传感器可包括一个或多 个温度传感器，其可以操作用于提供与一个或多个任何合适的产品或设 备相关或者与空间或外壳(比如电子设备外壳)内的一个或多个位置相 关的温度的表示。
0049本领域普通技术人员应该进一步意识到，对于上面描述的改进 型可编程闭环风扇控制方法在不偏离本发明此处所公开原理的情况下， 可作出其他改进和变化。
权利要求
1.一种风扇控制装置，其包括温度传感器，其可以操作用于检测与集成电路设备相关的温度；和风扇控制器，其具有输入端；其中所述输入端可以操作用于接收反馈控制信号，所述反馈控制信号表示所述检测到的温度和预先确定的控制温度之间计算出来的差异；和其中所述风扇控制器可以操作用于产生风扇控制输出信号，所述风扇控制输出信用于最小化所述检测到的温度和所述预先确定的控制温度之间的所述差异。
2. 根据权利要求1所述的装置，其中所述风扇控制器包括脉冲宽度调 制(PWM)控制器，其可以操作用于接收所述反馈控制信号作为输入，并 基于所述反馈控制信号，提供具有可变占空比的PWM脉冲用于直流风扇 的控制。
3. 根据权利要求2所述的装置，其中所述温度传感器包括热敏二极管 温度传感器，其可以操作用于提供所述集成电路设备的局部管芯温度的表
4. 根据权利要求1、 2或3所述的装置，其中所述风扇控制器包括从由 以下器件组成的组中选择的控制器比例积分微分(PID)控制器、模糊控 制器、以及模糊控制器与非模糊控制器的组合。
5. —种控制风扇的方法，其包括以下步骤用温度传感器检测与集成电路设备相关的温度；向风扇控制器提供反馈控制信号，所述反馈控制信号表示所述检测到 的温度和预先确定的控制温度之间的差异；和产生所述风扇控制器的风扇控制信号输出，用于操作风扇，以最小化 所述检测到的温度和所述预先确定的控制温度之间的差异。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中所述风扇是直流风扇；所述风扇控制器包括脉冲宽度调制(PWM)控制器，所述反馈控制信号被提供作为 所述PWM控制器的输入，并且产生所述风扇控制信号包括基于所述反馈 控制信号、提供具有可变占空比的PWM脉冲。
7. 根据权利要求6所述的方法，进一步包括如果所述检测到的温度低于所述预先确定的控制温度，提供所述风扇 控制信号以一个或多个的速度运转所述风扇，所述一个或多个的速度足以 允许所述检测到的温度逐渐增加至基本达到所述预先确定的控制温度；禾口如果所述检测到的温度高于所述预先确定的控制温度，提供所述风扇 控制信号以一个或多个的速度运转所述风扇，所述一个或多个的速度足以 允许所述检测到的温度逐渐降低，至基本达到所述预先确定的控制温度。
8. 根据权利要求6所述的方法，其中所述检测到的温度代表所述集成 电路设备的局部管芯温度。
9. 根据权利要求6、 7或8所述的方法，其中所述风扇控制器包括从由 以下器件组成的组中选择的控制器比例积分微分(PID)控制器、模糊控 制器、以及模糊控制器和非模糊控制器的组合。
10. —种执行风扇平稳启动的方法,所述风扇可以操作用于在多个速度 运转，所述方法包括以下步骤向所述风扇提供第一风扇控制信号，以相当于最小风扇速度的速度运 转所述风扇；向所述风扇提供第二风扇控制信号，以在第一预先确定的时间段内， 从所述最小风扇速度向最大风扇速度逐渐增加所述风扇的速度；在第二预先确定的时间段内，将所述风扇速度基本维持在所述最大风 扇速度；和向所述风扇提供第三风扇控制信号，以在第三预先确定的时间段内， 从所述最大风扇速度向中间风扇速度逐渐降低所述风扇的速度，所述中间 风扇速度在所述最小风扇速度和所述最大风扇速度之间；至少多个所述预先确定的时间段和多个风扇速度中的一些是可编程的。
全文摘要
公开了一种风扇控制系统(100)和方法，其可以将计算机和电子设备或元件的工作温度维持在大约预先确定的控制水平，以最小化功率损耗和声频噪声。风扇控制系统(100)是可编程闭环系统，其包括温度传感器(116)、第一(102)和第二(104)风扇控制器、和风扇/马达组合件(112)，所述风扇/马达组合件包括电力变换器(110)、马达和风扇(111)。第一风扇控制器在风扇初始旋转加速期间提供风扇的可编程的加速度/减速度，第二风扇控制器只按照需要的速度运转风扇，以保持检测到的计算机设备的温度水平尽可能地接近预先确定的控制水平，由此最小化系统的功率损耗和风扇的声频噪声。
文档编号H02P1/00GK101160712SQ200680012621
公开日2008年4月9日 申请日期2006年2月16日 优先权日2005年2月16日
发明者J·D·约翰逊, M·奥利亚恰 申请人:德克萨斯仪器股份有限公司