自动修正风扇马达转速的系统及方法与流程

1.本技术涉及马达，特别是涉及一种自动修正风扇马达转速的系统及方法。


背景技术：

2.在笔记本电脑等电子设备中，风扇马达用于冷却处理器等发热组件。在风扇马达冷却发热组件的过程中，需要精确地控制风扇马达的转速，以使风扇马达表现出最适当的冷却性能，以适当地冷却发热组件。在有固定转速需求的马达应用中，常见的固定转速方法是使用比例积分微分控制器(proportional-integral-derivative controller，pid)控制系统，但缺点是当转速命令一改变，pid控制系统需要反应动作时间，过快会导致转速突波。


技术实现要素：

3.本技术所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种自动修正风扇马达转速的系统，包含查表模块、驱动电路、取样和保持电路以及运算电路。查表模块储存用以驱动风扇马达在第一环境中以不同的多个参考转速运转分别需要的多个参考工作周期。多个参考工作周期包含第一参考工作周期以及第二参考工作周期，分别对应多个参考转速所包含的第一参考转速以及第二参考转速。驱动电路连接查表模块以及风扇马达。驱动电路从查表模块中查找与一转速命令指示的一指令转速相同的参考转速所对应的参考工作周期，并输出具有查找到的参考工作周期的驱动信号至风扇马达。取样和保持电路连接驱动电路以及风扇马达。取样和保持电路配置以在第二环境中，取样和保持驱动电路驱动风扇马达以第一参考转速运转时所输出的驱动信号的工作周期作为第一取样工作周期，以及取样和保持驱动电路驱动风扇马达以第二参考转速运转时所输出的驱动信号的工作周期作为第二取样工作周期。运算电路连接取样和保持电路以及查表模块。运算电路计算第一取样工作周期与第一参考工作周期的差值作为第一差值。运算电路计算第二取样工作周期与第二参考工作周期的差值作为第二差值。运算电路判断第一差值与第二差值的线性变化关系以分析线性变化数据，据以计算驱动风扇马达在第二环境中分别以多个参考转速运转分别所需的多个参考工作周期，以更新查表模块。
4.在一实施方案中，运算电路配置以依据第一差值与第一参考工作周期以产生如下的第一方程式：y1＝a
×
x1+b，其中y1代表第一差值，x1代表第一参考工作周期，a代表第一系数，b代表第二系数。运算电路配置以依据第二差值与第二参考工作周期以产生如下的第二方程式：y2＝a
×
x2+b，其中y2代表第二差值，x代表第二参考工作周期。其中运算电路配置以将第一方程式与第二方程式进行相减运算以计算出第一系数，代入第一方程式或第二方程式以计算出第二系数，产生如下的通用方程式：y＝a
×
x+b，其中y代表在第一环境与第二环境中所需的参考工作周期的差值，x代表在第一环境所需的参考工作周期。运算电路配置以将驱动风扇马达以各参考转速运转时，在第一环境中所需的各参考工作周期代入通用方程式，以计算在第二环境中所需的各参考工作周期。
5.在一实施方案中，运算电路配置以将各参考转速下的x值作为曲线图的横轴值、y
值作为曲线图的纵轴值，依据多个参考转速下的所有x值与y值，以在曲线图中建构出线性曲线。
6.在一实施方案中，当风扇马达维持以相同的参考转速运转下，取样和保持电路在第一时刻取样的驱动信号的工作周期与在第二时刻取样的驱动信号的工作周期不同时，判断风扇马达所在环境改变，指示运算电路更新查表模块。
7.在一实施方案中，所述自动修正风扇马达转速的系统还包含稳定状态检测电路。稳定状态检测电路连接取样和保持电路。稳定状态检测电路配置以计时风扇马达维持以第一参考转速持续稳定运转的第一时间长度，判断第一时间长度到达第一预设时间长度时，代表风扇马达已达稳态状态，将指示取样和保持电路去取样和保持第一取样工作周期。稳定状态检测电路配置以计时风扇马达维持以第二参考转速持续稳定运转的第二时间长度，判断第二时间长度到达第二预设时间长度时，代表风扇马达已达稳态状态，将指示取样和保持电路去取样和保持第二取样工作周期。
8.在一实施方案中，第一环境包含开放空间，第二环境包含放置风扇马达的机壳内的密闭空间。
9.另外，本技术提供一种自动修正风扇马达转速的方法，包含以下步骤：在查表中，储存用以驱动风扇马达在第一环境中以不同的多个参考转速运转分别需要的多个参考工作周期，其中多个参考工作周期包含第一参考工作周期以及第二参考工作周期，分别对应多个参考转速所包含的第一参考转速以及第二参考转速；接收一转速命令；在第一环境中，从查表中查找与转速命令指示的一指令转速相同的参考转速所对应的参考工作周期，以输出具有查找到的参考工作周期的驱动信号至风扇马达；在第二环境中，取样和保持用以驱动风扇马达以第一参考转速运转时所输出的驱动信号的工作周期作为第一取样工作周期；计算第一取样工作周期与第一参考工作周期的差值作为第一差值；取样和保持用以驱动风扇马达以第二参考转速运转的驱动信号的工作周期作为第二取样工作周期；计算第二取样工作周期与第二参考工作周期的差值作为第二差值；判断第一差值与第二差值的线性变化关系以分析线性变化数据；依据线性变化数据，以计算驱动风扇马达在第二环境中分别以多个参考转速运转分别所需的多个参考工作周期，以更新查表；以及在第二环境中，从查表中查找与转速命令指示的指令转速相同的参考转速所对应的更新的参考工作周期，以输出具有查找到的参考工作周期的驱动信号至风扇马达。
10.在一实施方案中，所述自动修正风扇马达转速的方法还包含以下步骤：依据第一差值与第一参考工作周期以产生如下的第一方程式：y1＝a
×
x1+b，其中y1代表第一差值，x1代表第一参考工作周期，a代表第一系数，b代表第二系数；依据第二差值与第二参考工作周期以产生如下的第二方程式：y2＝a
×
x2+b，其中y2代表第二差值，x2代表第二参考工作周期；将第一方程式与第二方程式进行相减运算以计算出第一系数，代入第一方程式或第二方程式以计算出第二系数，产生如下的通用方程式：y＝a
×
x+b，其中y代表在第一环境与第二环境中所需的参考工作周期的差值，x代表在第一环境所需的参考工作周期；以及将驱动风扇马达以各参考转速运转时，在第一环境中所需的各参考工作周期代入通用方程式，以计算在第二环境中所需的各参考工作周期。
11.在一实施方案中，所述自动修正风扇马达转速的方法还包含以下步骤：将各参考转速下的x值作为曲线图的横轴值、y值作为曲线图的纵轴值，依据多个参考转速下的所有x
值与y值，以在曲线图中建构出线性曲线。
12.在一实施方案中，所述自动修正风扇马达转速的方法还包含以下步骤：在风扇马达维持以相同的参考转速运转下，在第一时刻取样和保持的驱动信号的工作周期与在第二时刻取样和保持的驱动信号的工作周期是否相同，若否，判断风扇马达所在环境改变，更新查表模块，若是，则不更新查表模块。
13.在一实施方案中，所述自动修正风扇马达转速的方法还包含以下步骤：计时风扇马达维持以第一参考转速运转持续的第一时间长度；判断第一时间长度是否到达第一预设时间长度，若是，判定风扇马达已达稳态状态，取样和保持第一取样工作周期，若否，重新计时；计时风扇马达维持以第二参考转速运转持续的第二时间长度；以及判断第二时间长度是否到达第二预设时间长度，若是，判定风扇马达已达稳态状态，取样和保持第二取样工作周期，若否，重新计时。
14.如上所述，本技术提供一种自动修正风扇马达转速的系统及方法，其当风扇马达移动至不同环境中，可自动修正查表上驱动风扇马达以不同转速运转所需要的驱动信号的工作周期。如此，在目标转速命令下达后，可直接依据转速命令指示的转速进行查表，输出具有查找到的工作周期的驱动信号至风扇马达，以快速驱动风扇马达以目标转速运转，不需以传统较复杂且较慢的pid控制，且可避免转速突波。
15.为使能更进一步了解本技术的特征及技术内容，请参阅以下有关本技术的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本技术加以限制。
附图说明
16.图1为本技术第一实施例的自动修正风扇马达转速的系统的方框图。
17.图2为本技术第一实施例的自动修正风扇马达转速的方法的步骤流程图。
18.图3为本技术第二实施例的自动修正风扇马达转速的系统的方框图。
19.图4为本技术第二实施例的自动修正风扇马达转速的方法的步骤流程图。
20.图5为本技术第一实施例和第二实施例的自动修正风扇马达转速的系统和方法的查表内储存的转速对工作周期的曲线图。
21.图6为本技术第一实施例和第二实施例的自动修正风扇马达转速的系统和方法在不同环境和马达转速下的仿真测试数据图表。
22.图7为本技术第一实施例和第二实施例的自动修正风扇马达转速的系统和方法应用于4公分风扇在压入风口的工作周期对pwm信号工作周期的曲线图。
23.图8为本技术第一实施例的自动修正风扇马达转速的系统和方法应用于4公分风扇在第一环境和第二环境中的工作周期的差值对第一环境的工作周期的曲线图。
24.图9为本技术第二实施例的自动修正风扇马达转速的系统和方法在4公分风扇进入稳态才取样的工作周期对差值的曲线图。
25.图10为本技术第一实施例和第二实施例的自动修正风扇马达转速的系统和方法应用于6公分风扇在不同环境中的工作周期对转速的曲线图。
26.图11为本技术第一实施例和第二实施例的自动修正风扇马达转速的系统和方法应用于6公分风扇在第一环境和第二环境中的工作周期的差值对第一环境的工作周期的曲线图。
具体实施方式
27.以下是通过特定的具体实施例来说明本技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本技术的优点与效果。本技术可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不背离本技术的构思下进行各种修改与变更。另外，本技术的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本技术的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本技术的保护范围。另外，本文中所使用的术语“或”，应视实际情况可能包含相关联的列出项目中的任一个或者多个的组合。
28.请参阅图1、图2和图5，其中图1为本技术第一实施例的自动修正风扇马达转速的系统的方框图；图2为本技术第一实施例的自动修正风扇马达转速的方法的步骤流程图；图5为本技术第一实施例和第二实施例的自动修正风扇马达转速的系统和方法的查表内储存的转速对工作周期的曲线图。
29.如图1所示，本实施例的自动修正风扇马达转速的系统可包含查表模块10、取样和保持电路20、运算电路30以及驱动电路40，适用于执行如图2所示的自动修正风扇马达转速的方法所包含的步骤s101至s133。如图1所示，运算电路30连接查表模块10、取样和保持电路20以及驱动电路40。
30.在步骤s101，将设有马达的风扇置于第一环境中。
31.在步骤s103，测试驱动电路40驱动风扇马达在第一环境中以多个不同参考转速运转时，驱动电路40输出至风扇马达的驱动信号所需要的工作周期，以建立查表，储存在查表模块10中。亦即，在查表模块10的查表上列出多个不同参考转速及其分别所需的多个不同参考工作周期。
32.为了在风扇马达移动至不同环境时，查表可更新成适用于新环境下(如本案所述的第二环境)的风扇马达以不同转速运转，在查表模块10上所列的多个参考转速至少包含第一参考转速以及第二参考转速，分别对应多个参考工作周期所包含的第一参考工作周期以及第二参考工作周期。
33.若有需要，查表模块10可在查表上，建立如图5所示的曲线图，纵轴为参考转速，而横轴为参考工作周期，依据多个参考转速分别所需的多个参考工作周期以在曲线图中建立一非线性曲线。
34.举例而言，参考转速1241.4rpm对应参考工作周期12.5％，参考转速2100.8rpm对应参考工作周期25％，参考转速2769.2rpm对应参考工作周期37.5％，参考转速3533.2rpm对应参考工作周期50.0％，参考转速4297.1rpm对应参考工作周期62.5％，参考转速4870.1rpm对应参考工作周期75.0％，参考转速5538.5rpm对应参考工作周期87.5％，参考转速6016rpm对应参考工作周期100％，在此仅举例说明，不以此为限。
35.在步骤s105，利用驱动电路40从外部控制电路接收转速命令。
36.在步骤s107，利用驱动电路40从查表中查找与转速命令指示的一指令转速相同的参考转速。
37.在步骤s109，利用驱动电路40从查表中取得与查找到的参考转速所需的参考工作周期。
38.在步骤s111，利用驱动电路40输出具有查找到的参考工作周期的驱动信号至风扇
马达。
39.在步骤s113，风扇马达依据驱动信号进行运转。
40.在步骤s115，在风扇运转过程中或停止运转时，风扇可能移动至不同的环境。为方便说明，在本文中，风扇移动前所在环境以第一环境进行说明，而风扇移动后所在环境以第二环境进行说明。例如，第一环境为机壳外的开放空间，而第二环境为机壳内的容置空间(用以容置风扇)。
41.当风扇移动至不同环境时，若以指令转速执行前述查表程序，输出具有查找到的工作周期的驱动信号以驱动风扇马达，风扇马达实际运转的速度并非等于指令转速。也就是说，当风扇移动至不同环境中时，驱动电路40必须改变输出至风扇马达的驱动信号的工作周期，才可使风扇马达在第二环境中的运转速度维持与风扇马达在第一环境中的运转速度相同。
42.因此，当风扇移动至不同环境(第二环境)中时，为了仍能快速驱动风扇马达运转，必须执行后续步骤s117至s133，以更新查表。
43.在步骤s117，利用驱动电路40输出驱动信号至风扇马达，以驱动风扇马达以第一参考转速运转。
44.在步骤s119，利用取样和保持电路20取样和保持驱动电路40驱动风扇马达以第一参考转速运转时所输出的驱动信号的工作周期，作为第一取样工作周期。
45.在步骤s121，利用运算电路30，计算在第二环境中驱动风扇马达以第一参考转速运转的驱动信号的第一取样工作周期，与查表上所列在第一环境中驱动风扇马达以第一参考转速运转所需的第一参考工作周期的差值，作为第一差值。亦即，计算在不同环境中，驱动风扇马达以相同的第一参考转速运转时，所需的驱动信号的工作周期的差值。
46.在步骤s123，利用驱动电路40输出驱动信号至风扇马达，以驱动风扇马达以第二参考转速运转。
47.在步骤s125，利用取样和保持电路20取样和保持用以驱动电路40驱动风扇马达以第二参考转速运转时所输出的驱动信号的工作周期，作为第二取样工作周期。
48.在步骤s127，利用运算电路30，计算在第二环境中驱动风扇马达以第二参考转速运转的驱动信号的第二取样工作周期，与查表上所列在第一环境中驱动风扇马达以第一参考转速运转所需的第二参考工作周期的差值，作为第二差值。亦即，计算在不同环境中，驱动风扇马达以相同的第二参考转速运转时，所需的驱动信号的工作周期的差值。
49.在步骤s129，利用运算电路30，判断第一差值与第二差值的线性变化关系，以分析出线性变化数据。
50.在步骤s131，利用运算电路30，依据线性变化数据，计算驱动风扇马达在第二环境中分别以多个参考转速运转分别所需的多个参考工作周期，以更新查表模块10。如前所述，在第二环境中所需的多个参考工作周期不同于在第一环境中所需的多个参考工作周期。
51.在步骤s133，将风扇马达在第二环境中分别以多个参考转速运转分别所需的多个参考工作周期，取代原本查表上所列在第一环境中分别以多个参考转速运转分别所需的多个参考工作周期。
52.在更新查表之后，当风扇马达在第二环境中运转时，可回到步骤s105，驱动电路40接收转速命令，接着执行后续步骤，以依据转速命令指示的指令转速，进行查表，以取得所
需的工作周期，输出具有此工作周期的驱动信号，以驱动风扇马达以此指令转速进行运转。
53.请参阅图3、图4和图9，其中图3为本技术第二实施例的自动修正风扇马达转速的系统的方框图；图4为本技术第二实施例的自动修正风扇马达转速的方法的步骤流程图；图9为本技术第二实施例的自动修正风扇马达转速的系统和方法在4公分风扇进入稳态才取样的工作周期对差值的曲线图。
54.如图3所示，本实施例的自动修正风扇马达转速的系统除了可包含查表模块10、取样和保持电路20、运算电路30以及驱动电路40，还可包含稳定状态检测电路50，适用于执行如图4所示的自动修正风扇马达转速的方法所包含的步骤s101至s133。应理解，可依据实际需求，适当调整本文步骤的内容、执行顺序和次数。如图3所示，稳定状态检测电路50连接取样和保持电路20。与第一实施例相同之处，不在此赘述。
55.如图9所示，在开放空间的驱动信号的工作周期增加时，在开放空间与在密闭空间中的驱动信号的工作周期的差值越大，基本上呈线性变化。然而，风扇马达可能会有一段时间运行状态不稳定，运转速度会有变动，例如刚开始驱动风扇马达时，此时取得的工作周期数据不准确。
56.因此，在执行完前述步骤s101至s117后，可执行步骤s201至s205。
57.在步骤s201，利用稳定状态检测电路50计时风扇马达以第一参考转速持续运转的第一时间长度。
58.在步骤s203，利用稳定状态检测电路50判断第一时间长度是否到达第一预设时间长度。若第一时间长度未到达第一预设时间长度例如6秒时，判定马达风扇的转速随时间变动，风扇马达处于不稳定状态，因此回到步骤s201重新计时。相反地，若第一时间长度到达第一预设时间长度时，判定马达风扇以恒定的速度稳定地运转，执行下一步骤s205。
59.在步骤s205，利用稳定状态检测电路50指示取样和保持电路20取样和保持用以驱动风扇马达以第一参数转速运转的驱动信号的工作周期，作为前述第一取样工作周期。
60.同样，在执行步骤s123之后，亦可执行步骤s201至s205，以计时风扇马达以第二参考转速持续运转的第二时间长度，判断第二时间长度是否到达第二预设时间长度。若否，重新计时。若是，指示取样和保持电路20取样用以驱动风扇马达以第二参数转速运转的驱动信号的工作周期，作为前述第二取样工作周期。
61.请一并参阅图1至图11，其中图8为本技术第一实施例的自动修正风扇马达转速的系统和方法应用于4公分风扇在第一环境和第二环境中的工作周期的差值对第一环境的工作周期的曲线图；图9为本技术第二实施例的自动修正风扇马达转速的系统和方法在4公分风扇进入稳态才取样的工作周期对差值的曲线图；图11为本技术第一实施例和第二实施例的自动修正风扇马达转速的系统和方法应用于6公分风扇在第一环境和第二环境中的工作周期的差值对第一环境的工作周期的曲线图。
62.如图6所示，为了使风扇马达以相同转速运转，驱动电路40在开放空间中输出至风扇马达的驱动信号的工作周期，不同于将容置风扇马达的机壳的密闭空间的入风口或出风口封住时，输出至风扇马达的驱动信号的工作周期。
63.如图6所示的数据标示于如图7所示的曲线图中，以形成第一曲线c1以及第二曲线c2。曲线图的横轴为pwm信号的工作周期，用以决定前述驱动电路40驱动风扇马达的频率，正比于风扇马达的运转速度。曲线图的纵轴则为输入风扇马达的驱动信号的工作周期。第
一曲线c1代表封住机壳的入风口时取样到的数据曲线，第二曲线c2则代表封住机壳的出风口时取样到的数据曲线。
64.如图7所示，4公分风扇的驱动信号的工作周期对pwm信号的工作周期的第一曲线c1以及第二曲线c2皆非呈线性。如图10所示，6公分风扇的驱动信号的工作周期对风扇马达的曲线亦非呈线性。
65.然而，值得注意的是，驱动风扇马达以相同参考转速运转时，在开放空间中与在封住机壳的入风口时输入机壳内的风扇马达的驱动信号的工作周期的差值，与在开放空间中输入风扇马达的驱动信号的工作周期，成正比，如图8、图9和图11所示的线性曲线。
66.因此，如前述步骤s131所述，在取样和保持电路20在第二环境中可取样两个驱动信号的工作周期(即第一取样工作周期和第二取样工作周期)，运算电路30即可基于具线性特性的线性曲线的数据(即前述线性变化数据)，计算出驱动风扇马达在第二环境中分别以其他不同参考转速运转分别所需的驱动信号的参考工作周期，以更新查表模块10。
67.为方便说明，在本文中，风扇马达以相同转速运转下，在第一环境中输入风扇马达的驱动信号的工作周期，以参考工作周期表示，而在第二环境中输入风扇马达的驱动信号的工作周期，则以取样工作周期表示。
68.运算电路30计算第一取样工作周期与第一参考工作周期的差值作为第一差值，依据第一差值与第一参考工作周期以产生如下的第一方程式：
69.y1＝a
×
x1+b，
70.其中y1代表第一差值，x1代表第一参考工作周期，a代表第一系数，b代表第二系数。
71.运算电路30计算第二取样工作周期与第二参考工作周期的差值作为第二差值，依据第二差值与第二参考工作周期以产生如下的第二方程式：
72.y2＝a
×
x2+b，
73.其中y2代表第二差值，x2代表第二参考工作周期，a代表第一系数，b代表第二系数。
74.接着，运算电路30将第一方程式与第二方程式进行相减运算以计算出第一系数，代入前述第一方程式或第二方程式以计算出第二系数，产生如下的通用方程式：
75.y＝a
×
x+b，
76.其中y代表在第一环境与第二环境中所需的参考工作周期的差值，x代表在第一环境所需的参考工作周期，a代表第一系数，b代表第二系数。
77.运算电路30将不同转速下查表所列第一环境所需的驱动信号的各参考工作周期代入通用方程式，以计算风扇马达从第一环境移动至第二环境中维持以相同转速运转下，所需的驱动信号的参考工作周期。
78.举例而言，如图6所示，当驱动风扇马达以目标转速16000rpm运转在第一环境下，驱动电路40从更新前的查表模块10的查表中查找对应转速16000rpm的参考工作周期50.5％。取样和保持电路20取样和保持用以驱动风扇马达在第二环境下以相同目标转速16000rpm运转时的驱动信号的工作周期为42.7％。
79.运算电路30计算在第一环境中的参考工作周期50.5％与第二环境中的取样工作周期42.7％的差值为7.8％，接着将此差值作为y值代入上述通用方程式，并将第一环境中
的参考工作周期50.5作为x值代入上述通用方程式，以形成第一表达式：7.8＝a
×
50.5+b。
80.另外，在驱动风扇马达以目标转速8000rpm运转下，驱动电路40从更新前的查表中查找对应转速8000rpm的参考工作周期26.7％。取样和保持电路20取样和保持用以驱动风扇马达在第二环境下以相同目标转速8000rpm运转时的驱动信号的工作周期为24.4％。
81.运算电路30计算在第一环境中的参考工作周期26.7％与第二环境中的取样工作周期24.4％的差值为2.3％，接着将此差值作为y值代入上述通用方程式，并将第一环境中的参考工作周期26.7作为x值代入上述通用方程式，以形成第二表达式：2.3＝a
×
26.7+b。
82.接着，运算电路30将上述第二表达式与第一表达式相减，可计算出a值为0.231，接着将a值代入第一表达式或第二表达式，即可计算出b值为-3.87。运算电路30依据a值与b值代入通用方程式可产生适用第二环境的方程式：y＝0.231x-3.87。运算电路30依据此第二环境的方程式，可计算出驱动风扇马达在第二环境中分别以其他不同参考转速运转分别所需的驱动信号的参考工作周期，以更新查表模块10。
83.综上所述，本技术提供一种自动修正风扇马达转速的系统及其方法，其当风扇马达移动至不同环境中，可自动修正查表上驱动风扇马达以不同转速运转所需要的驱动信号的工作周期，使得风扇置于任何环境中，皆可直接依据转速命令指示的转速进行查表，输出具有查找到的工作周期的驱动信号，以快速驱动风扇马达以目标转速运转。
84.以上所公开的内容仅为本技术的优选可行实施例，并非因此局限本技术的权利要求书，所以凡是运用本技术说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本技术的权利要求书内。