馬達轉速檢測裝置與控制方法
2023-06-13 20:49:26 2
專利名稱：馬達轉速檢測裝置與控制方法
技術領域：
本發明涉及一種馬達轉速檢測裝置與控制方法，特別涉及一種應用於可攜式電腦的馬達轉速檢測裝置與控制方法。
背景技術：
由於元件集成度與日俱增，散熱是現今所有電子裝置的重大課題，以可攜式電腦為例，內部高速運行的集成電路晶片所產生的熱量，如未能有效予以散熱，則會嚴重影響系統的穩定性，其中散熱風扇是為可攜式電腦中應用最多且不可或缺的主動散熱元件。請參見圖1，其是可被一脈衝寬度調變(PWM)信號所控制的習用散熱風扇功能方框示意圖，其主要由風扇馬達10與轉速輸出組件11所構成，當系統於風扇馬達10的第一端101(電源端)與第二端102(接地端)間提供一脈衝寬度調變信號(如圖2(a)所示)時，該風扇馬達10的轉速便相應該脈衝寬度調變信號所頻率與工作周期(duty cycle)來改變其轉速，而轉速輸出組件11則相應該風扇馬達10的轉速而輸出一方波信號(如圖2(b)所示)，而該方波信號的頻率是與該轉速成正比。而由圖中可清楚看出，由於電路架構的配置，轉速輸出組件11的電力也為該脈衝寬度調變信號所提供，因此僅能於該脈衝寬度調變信號處於高態時輸出該方波信號，因此無法全程監控散熱風扇的轉速變化，這對於相應風扇轉速與環境穩定來改變該脈衝寬度調變信號工作周期的系統而言，將因監控時間不固定而產生誤差，嚴重影響系統對於風扇轉速的精密控制，進而無法於散熱效率與風扇噪音、消耗能量間達到平衡。
發明內容
本發明的馬達是提供一種能持續輸出轉速信號而可全程監控散熱風扇的轉速變化的馬達轉速檢測裝置和控制方法。
根據本發明一方面的馬達轉速檢測裝置，用於以一脈衝寬度調變信號進行轉速控制的一馬達上與一系統間，其包括一第一輸入端與一第二輸入端，該輸入端固定電連接至一固定電壓源與接地點，用於持續輸入電力；一第三輸入端，電連接至該馬達與該系統間，該輸入端用於接收由該系統發出的該脈衝寬度調變信號，進而控制該馬達的轉速；一轉速輸出組件，電連接於該第一接腳與一第二接腳，其相應該馬達的旋轉速度而持續輸出一轉速信號；以及一轉速輸出端，電連接至該轉速輸出組件與該系統間，其將該轉速信號輸出至該系統。
根據本發明的上述構想，該馬達轉速檢測裝置所應用的該馬達與該系統分別為一散熱風扇與應用可攜式電腦。
根據本發明另一方面的一種馬達轉速控制方法，應用於一馬達上與一系統間，該系統輸出一頻率與工作周期皆可變化的脈衝寬度調變信號至該馬達以控制其轉速，其包括以下步驟設定該馬達的一第一預設轉速以及對應出相對於該第一預設轉速的該脈衝寬度調變信號的一第一頻率，該第一頻率為該第一預設轉速的倍頻；對該馬達進行一學習程序，該系統依序輸入固定於一測試頻率但工作周期不同的脈衝寬度調變信號至馬達並依序記錄其轉速，進而完成一工作周期相對於轉速的對照表；以及根據該第一預設轉速以及該對照表而對應出一第一工作周期，該系統便輸出一固定於該第一頻率與第一工作周期的脈衝寬度調變信號至該馬達，進而使該馬達以該第一預設轉速進行運轉。
根據本發明的上述構想，該馬達轉速控制方法中該測試頻率不等於該第一頻率以及該第一頻率的倍頻。
根據本發明的上述構想，該馬達轉速控制方法還包括下列步驟設定該馬達的一第二預設轉速以及對應出相對於該第二預設轉速的該脈衝寬度調變信號的一第二頻率，該第二頻率為該第二預設轉速的倍頻；以及根據該第二預設轉速與該對照表而對應出一第二工作周期，該系統便輸出一固定於該第一頻率與該第二工作周期的脈衝寬度調變信號至該馬達，進而使該馬達以該第二預設轉速進行運轉。
根據本發明的上述構想，該馬達轉速控制方法中該測試頻率不等於該第二頻率以及該第二頻率的倍頻。
根據本發明的上述構想，該馬達轉速控制方法於該學習程序中，該系統依序輸入固定於一測試頻率但工作周期由100％往下遞減變化4％的脈衝寬度調變信號至該馬達並依序記錄其轉速，進而完成該工作周期相對於轉速的對照表。
根據本發明的上述構想，該馬達轉速控制方法所應用的該馬達與該系統是分別為一散熱風扇馬達與一可攜式電腦。
根據本發明的上述構想，該馬達轉速控制方法中該馬達的轉速是由一馬達轉速檢測裝置輸出，該裝置包括一第一輸入端與一第二輸入端，該輸入端是固定電連接至一固定電壓源與接地點，用於持續輸入電力；一第三輸入端，電連接至該馬達與該系統間，該輸入端是用於接收由該系統所發出的該脈衝寬度調變信號，進二控制該馬達的轉速；一轉速輸出組件，電連接於該第一接腳與一第二接腳，其相應該馬達的旋轉速度而持續輸出一轉速信號；以及一轉速輸出端，電連接至該轉速輸出組件與該系統間，其是將該轉速信號輸出至該系統。
根據本發明又一方面的一種晶片散熱裝置，用於一系統中的一晶片上，該裝置包括一散熱片，接觸於該晶片表面，用於增強該晶片的散熱效率；一散熱風扇，其受一脈衝寬度調變信號的驅動而運轉，用於加速該散熱片周圍空氣的流動；一第一輸入端與一第二輸入端，該輸入端是固定電連接至一固定電壓源與接地點，用於持續輸入電力；一第三輸入端，電連接至該散熱風扇與該系統間，該輸入端用於接收由該系統所發出的該脈衝寬度調變信號，進而控制該散熱風扇的轉速；一轉速輸出組件，電連接於該第一接腳與一第二接腳，其相應該散熱風扇的旋轉速度而持續輸出一轉速信號；以及一轉速輸出端，電連接至該轉速輸出組件與該系統間，其是將該轉速信號輸出至該系統。
根據本發明的上述構想，該晶片散熱裝置所應用的該系統是為一可攜式電腦。
根據本發明的上述構想，該晶片散熱裝置中其散熱風扇轉速控制方法包括以下步驟設定該散熱風扇的一第一預設轉速以及對應出相對於該第一預設轉速的該脈衝寬度調變信號的一第一頻率，該第一頻率為該第一預設轉速的倍頻；對該散熱風扇進行一學習程序，該系統依序輸入固定於一檢測頻率但工作周期不同的脈衝寬度調變信號至該散熱風扇並依序記錄其轉速，進而完成一工作周期相對於轉速的對照表；以及根據該第一預設轉速以及該對照表而對應出一第一工作周期，該系統便輸出一固定於該第一頻率與該第一工作周期的脈衝寬度調變信號至該散熱風扇，進而使該散熱風扇以該第一預設轉速進行運轉。
根據本發明的上述構想，該測試頻率不等於該第一頻率以及該第一頻率的倍頻。
根據本發明的上述構想，其中該散熱風扇轉速控制方法還包括下列步驟設定該散熱風扇的一第二預設轉速以及對應出相對於該第二預設轉速的該脈衝寬度調變信號的一第二頻率，該第二頻率為該第二預設轉速的倍頻；以及根據該第二預設轉速與該對照表二對應出一第二工作周期，該系統便輸出一固定於該第一頻率與該第二工作周期的脈衝寬度調變信號至該散熱風扇，進而使該散熱風扇以該第二預設轉速進行運轉，而其中該測試頻率不等於該第二頻率以及該第二頻率的倍頻。
根據本發明的上述構想，本發明的晶片散熱裝置的該學習程序中，該系統依序輸入固定於一測試頻率但工作周期由100％往下遞減變化4％的脈衝寬度調變信號至該散熱風扇並依序記錄其轉速，進而完成該工作周期相對於轉速的對照表。
採用本發明的上述方案，系統可對風扇轉速的精密控制，進而可提高散熱效率、減小噪音和能量消耗。
為更清楚理解本發明的目的、特點和優點，下面將結合附圖對本發明的較佳實施例進行詳細說明。
圖1是可被一脈衝寬度調變信號所控制的習用散熱風扇功能方框示意圖；圖2(a)(b)是脈衝寬度調變信號與習用轉速輸出組件所輸出方波信號的示意圖；圖3是本發明的對於可由一脈衝寬度調變信號所控制的散熱風扇組件所輸出方波信號的示意圖；圖4(a)(b)是脈衝寬度調變信號與本發明的轉速輸出組件所輸出方波信號的示意圖；圖5是本發明對於散熱風扇所發展出的一轉速控制方法的較佳實施例的步驟流程示意圖；圖6是本發明的轉速控制方法中所獲得的一工作周期百分比相對於轉速的對照表；圖7是本發明的轉速控制方法中所獲得的預設轉速所對應出該脈衝寬度調變信號的操作頻率與工作周期百分比結果列表；圖8是將本發明實施例裝置建構出一晶片散熱裝置的構造示意圖；圖9是將晶片散熱裝置設置於可攜式電腦中的應用實例的方框示意圖。
具體實施例方式
請參見圖3，其是本發明對於可由一脈衝寬度調變信號所控制的散熱風扇所發展出的一較佳實施例的功能方框示意圖，其主要由風扇馬達31與轉速輸出組件32所構成，而為能消除習用裝置無法持續輸出轉速信號的缺失，本實施例特別將第一輸入端331與第二輸入端332固定電連接至一固定電壓源Vcc與接地點，用於對轉速輸出組件32持續提高電力，而另由一第三輸入端333來接收由該系統30所發出的脈衝寬度調變信號(如圖4(a)所示)，進而控制該風扇馬達31的轉速。這樣，轉速輸出組件32便可相應馬達的旋轉速度而利用轉速輸出端334持續輸出一轉速信號(如圖4(b)所示)至系統30，進而實現全程監控散熱風扇的轉速變化，以便系統30對於風扇轉速的精密控制。
請再參見圖5，其是本發明對於上述散熱風扇所發展出的一轉速控制方法的較佳實施例的步驟流程示意圖，其可應用於一可攜式電腦的開機程序中，藉以相應該散熱風扇的狀態而建立一對照表，進而達到精密控制風扇轉速的目的。首先，根據實際需求的取捨(當風扇的轉速高時，其散熱能力佳但噪音大，反之則散熱能量差但噪音小)，可先決定預設的轉速以及對應出相對於該預設轉速的該脈衝寬度調變信號的頻率，以本例而言，將風扇的轉速設定於每分鐘5500轉、每分鐘5000轉、每分鐘4500轉以及每分鐘4000轉等四種狀態下運轉，其換算成頻率則為(5500/60)赫茲、(5000/60)赫茲、(4500/60)赫茲以及(4000/60)赫茲，因此相對於該預設轉速的該脈衝寬度調變信號的各頻率則分別為(5500/60)赫茲、(5000/60)赫茲、(4500/60)赫茲以及(4000/60)赫茲的倍頻。
隨後進行一學習程序，於學習程序的開始前需先設定一測試頻率，而該測試頻率的選擇要求是為儘量避開上述四個預設轉速頻率值以及該頻率的倍頻值。以本例而言，將測試頻率設為233赫茲，於是系統30便對風扇馬達31發出一頻率為233赫茲的脈衝寬度調變信號來進行學習程序，而固定頻率的脈衝寬度調變信號便從100％的工作周期開始依序向下遞減，進而依序記錄出如圖6所示的一工作周期百分比相對於轉速的對照表，由於每個風扇的性能皆有差異，因此每個風扇的對照表皆可能有所不同(本例是分別對六個風扇進行測試)。在得出該對照表後，再根據對照表而分別就該預設轉速(5500轉、5000轉、4500轉以及4000轉)來對應建立出(如利用內插法)所需的工作周期百分比，本例的結果如圖7所示(數值已轉成16進位)，但此刻還須注意，即分別從(5500/60)赫茲、(5000/60)赫茲、(4500/60)赫茲以及(4000/60)赫茲的倍頻中選出適當的脈衝寬度調變信號頻率，如圖7所示可清楚看出，四個風扇轉速(5500轉、5000轉、4500轉以及4000轉)是分別對應至366赫茲、333赫茲、300赫茲以及266赫茲，這樣，適當地控制脈衝寬度調變信號的操作頻率與工作周期百分比，將可把風扇轉速鎖定至精確的轉速上運行。舉例而言，如欲控制編號一的風扇馬達的轉速與每分鐘5000轉時，根據圖6與圖7所示的對照表可清楚算出，系統是輸出一操作頻率為333赫茲(333＝4×5000/6)與80％至76％(最佳值可用內插法推出)間的工作周期百分比的脈衝寬度調變信號，便可輕易地將編號一的風扇馬達的轉速鎖定於每分鐘5000轉，進而達到精確控制轉速的效果。
再請參見圖8，其是將本發明實施例裝置建構出一晶片散熱裝置的構造示意圖，其中散熱片80是接觸於晶片(圖中未示出)表面，用於增強該晶片的散熱效率，而散熱風扇81，則受一脈衝寬度調變信號的驅動而進行運轉，用於加速該散熱片周圍空氣的流動並由出風口82送出，而本晶片散熱裝置是具有四輸出端(第一輸入端831、第二輸入端832、第三輸入端833以及轉速輸出端834)，而具有固定電源的轉速輸出組件(圖中未示出，但如圖3所示)便可持續且精確地提供轉速信號至系統，用於進行如上述的轉速控制方法。
請再參見圖9，其是將晶片散熱裝置設置於可攜式電腦中的應用實例方框示意圖，其中編號NS591的控制器90可完成上述系統30的功能，由其編號176的接腳來接收轉速輸出端834所持續輸出的轉速信號，而編號84的接腳則用來相應溫度與轉速來以編號32的接腳發出一脈衝寬度調變信號，至於該脈衝寬度調變信號的操作頻率與工作周期百分比便可根據已經儲存於編號NS591的控制器90或基本輸入輸出系統(BIOS)91中，如圖7的數據來進行設定。至於圖5所示的學習方法步驟也可分別可由編號NS591的控制器90或基本輸入輸出系統91或是兩者共同來完成，在此不予贅述。
權利要求
1.一種馬達轉速檢測裝置，用於以一脈衝寬度調變信號進行轉速控制的一馬達與一系統間，其包括一第一輸入端與一第二輸入端，該輸入端固定電連接至一固定電壓源與接地點，用於持續輸入電力；一第三輸入端，電連接至該馬達與該系統間，該輸入端用於接收由該系統發出的該脈衝寬度調變信號，進而控制該馬達的轉速；一轉速輸出組件，電連接於該第一接腳與一第二接腳，其相應該馬達的旋轉速度而持續輸出一轉速信號；以及一轉速輸出端，電連接至該轉速輸出組件與該系統間，其將該轉速信號輸出至該系統。
2.如權利要求1所述的馬達轉速檢測裝置，其特徵在於，其所應用的該馬達與該系統是分別為一散熱風扇馬達與一可攜式電腦。
3.一種馬達轉速控制方法，用於一馬達上與一系統間，該系統輸出一頻率與工作周期皆可變化的脈衝寬度調變信號至該馬達以控制其轉速，其包含下列步驟設定該馬達的一第一預設轉速以及對應出相對於該第一預設轉速的該脈衝寬度調變信號的一第一頻率，該第一頻率為該第一預設轉速的倍頻；對該馬達進行一學習程序，該系統依序輸入固定於一測試頻率但工作周期不同的脈衝寬度調變信號至馬達並依序記錄其轉速，進而完成一工作周期相對於轉速的對照表；以及根據該第一預設轉速以及該對照表而對應出一第一工作周期，該系統便輸出一固定於該第一頻率與第一工作周期的脈衝寬度調變信號至該馬達，進而使該馬達以該第一預設轉速進行運轉。
4.如權利要求3所述的馬達轉速控制方法，其特徵在於，該測試頻率不等於該第一頻率以及該第一頻率的倍頻。
5.如權利要求3所述的馬達轉速控制方法，其特徵在於，還包括以下步驟設定該馬達的一第二預設轉速以及對應出相對於該第二預設轉速的該脈衝寬度調變信號的一第二頻率，該第二頻率為該第二預設轉速的倍頻；以及根據該第二預設轉速與該對照表而對應出一第二工作周期，該系統便輸出一固定於該第一頻率與該第二工作周期的脈衝寬度調變信號至該馬達，進而使該馬達以該第二預設轉速進行運轉，其中該測試頻率不等於該第二頻率以及該第二頻率的倍頻。
6.如權利要求3所述的馬達轉速控制方法，其特徵在於，該學習程序中，該系統依序輸入固定於一測試頻率但工作周期由100％往下遞減變化4％的脈衝寬度調變信號至該馬達並依序記錄其轉速，進而完成該工作周期相對於轉速的對照表。
7.如權利要求3所述的馬達轉速控制方法，其特徵在於，所應用的該馬達與該系統是分別為一散熱風扇馬達與一可攜式電腦。
8.如權利要求3所述的馬達轉速控制方法，其特徵在於，該馬達的轉速是由一馬達轉速檢測裝置輸出，該裝置包括一第一輸入端與一第二輸入端，該輸入端是固定電連接至一固定電壓源與接地點，用於持續輸入電力；一第三輸入端，電連接至該馬達與該系統間，該輸入端是用於接收由該系統所發出的該脈衝寬度調變信號，進二控制該馬達的轉速；一轉速輸出組件，電連接於該第一接腳與一第二接腳，其相應該馬達的旋轉速度而持續輸出一轉速信號；以及一轉速輸出端，電連接至該轉速輸出組件與該系統間，其是將該轉速信號輸出至該系統。
9.一種晶片散熱裝置，用於一系統中的一晶片上，該裝置包括一散熱片，接觸於該晶片表面，用於增強該晶片的散熱效率；一散熱風扇，其受一脈衝寬度調變信號的驅動而運轉，用於加速該散熱片周圍空氣的流動；一第一輸入端與一第二輸入端，該輸入端是固定電連接至一固定電壓源與接地點，用於持續輸入電力；一第三輸入端，電連接至該散熱風扇與該系統間，該輸入端用於接收由該系統所發出的該脈衝寬度調變信號，進而控制該散熱風扇的轉速；一轉速輸出組件，電連接於該第一接腳與一第二接腳，其相應該散熱風扇的旋轉速度而持續輸出一轉速信號；以及一轉速輸出端，電連接至該轉速輸出組件與該系統間，其是將該轉速信號輸出至該系統。
10.如權利要求9所述的晶片散熱裝置，其特徵在於，其所應用的該系統是為一可攜式電腦。
11.如權利要求9所述的晶片散熱裝置，其特徵在於，其散熱風扇轉速控制方法包括以下步驟設定該散熱風扇的一第一預設轉速以及對應出相對於該第一預設轉速的該脈衝寬度調變信號的一第一頻率，該第一頻率為該第一預設轉速的倍頻；對該散熱風扇進行一學習程序，該系統依序輸入固定於一檢測頻率但工作周期不同的脈衝寬度調變信號至該散熱風扇並依序記錄其轉速，進而完成一工作周期相對於轉速的對照表；以及根據該第一預設轉速以及該對照表而對應出一第一工作周期，該系統便輸出一固定於該第一頻率與該第一工作周期的脈衝寬度調變信號至該散熱風扇，進而使該散熱風扇以該第一預設轉速進行運轉；設定該散熱風扇的一第二預設轉速以及對應出相對於該第二預設轉速的該脈衝寬度調變信號的一第二頻率，該第二頻率為該第二預設轉速的倍頻；及/或根據該第二預設轉速與該對照表二對應出一第二工作周期，該系統便輸出一固定於該第一頻率與該第二工作周期的脈衝寬度調變信號至該散熱風扇，進而使該散熱風扇以該第二預設轉速進行運轉，其中該測試頻率不等於該第二頻率以及該第二頻率的倍頻；及/或與該學習程序中，該系統依序輸入固定於一測試頻率但工作周期由100％往下遞減變化4％的脈衝寬度調變信號至該散熱風扇並依序記錄其轉速，進而完成該工作周期相對於轉速的對照表。
12.如權利要求9所述的晶片散熱裝置，其特徵在於，該測試頻率不等於該第一頻率以及該第一頻率的倍頻。
全文摘要
一種馬達轉速檢測裝置與方法，裝置包含第一、第二、第三輸入端；一轉速輸出組件，電連接於第一接腳與第二接腳，相應馬達的轉速持續輸出轉速信號；以及轉速輸出端，電連接於轉速輸出組件與系統間，輸出轉速信號至系統。控制方法包括設定馬達第一預設轉速以及對應出相對於第一頻率轉速脈衝寬度調變信號的第一頻率，其為第一預設轉速的倍頻；對馬達進行一學習程序，系統依序輸入固定於一測試頻率但工作周期不同的脈衝寬度調變信號至馬達並依序記錄其轉速，以完成工作周期相對於轉速的對照表；及根據第一預設轉速及對照表對應出第一工作周期，系統輸出一固定於第一頻率與第一工作周期的脈衝寬度調變信號至馬達，使馬達以第一預設轉速運轉。
文檔編號G05D13/66GK1584604SQ03154860
公開日2005年2月23日 申請日期2003年8月21日 優先權日2003年8月21日
發明者陳泉發 申請人:倫飛電腦實業股份有限公司