溫度檢測與控制電路的製作方法
2023-06-08 08:40:31 2
專利名稱：溫度檢測與控制電路的製作方法
技術領域：
本發明是有關於一種溫度檢測與控制電路，且特別是有關於一種用於電腦系統的溫度檢測與控制電路。
背景技術：
現今電腦系統體積越來越小，但是運算速度越來越快。許多元件在高速運算之下會發出熱能，這些熱會降低電腦系統的效能，甚至會損壞系統。因此，如何對電腦系統散熱是很重要的課題。
電腦系統中的顯示卡，由於需要處理高速的影像運算，因此很容易生熱。過去顯示卡使用溫度檢測晶片，雖然可以測得詳細的溫度，但是一般所得結果往往不準，而且又昂貴。在控制溫度方面，過去使用PWM(pulse width modulation)IC來做風扇的轉速控制，但是這種方式較為複雜昂貴。此外，顯示卡上通常有繪圖處理單元(GPU，graphic processing unit)電源電路以及存儲器電源電路，過去Nvidia以及ATI的顯示卡會對繪圖處理單元電源電路作輸入電壓控制，但是並沒有對存儲器電源電路作輸入電壓控制。
因此，非常需要一種便宜、簡單的溫度檢測以及控制電路來解決上述問題。
發明內容
因此本發明的目的就是在提供一種溫度檢測與控制電路，能夠藉簡單以及便宜的硬體元件來達成。
本發明的另一目的是在提供一種溫度檢測與控制電路，可以告知使用者溫度是否在正常溫度內，以保護顯示卡不致過熱。
本發明的又一目的是在提供一種溫度檢測與控制電路，其中風扇轉速控制器可以兼顧散熱效能以及靜音要求。
本發明的再一目的是在提供一種溫度檢測與控制電路，其中風扇轉速控制器只使用電晶體與電阻，利用分壓原理來對風扇做兩段(高速或低速(或停轉))的控制，可以達成對噪音的控制，但卻已大大降低控制成本。
本發明的再一目的是在提供一種溫度檢測與控制電路，能夠在作業系統之下對繪圖處理單元電源電路以及存儲器電源電路做電壓的調升，使晶片具有更高的超頻能力，也可以做電壓的調降，使系統的整體發熱量降低。
根據本發明的上述目的，提出一種溫度檢測與控制電路。依照本發明一較佳實施例，溫度檢測與控制電路包括第一分壓電路、第二分壓電路、一風扇轉速控制器以及一比較電路。第一分壓電路接收一電源並輸出一第一電壓。第二分壓電路接收此電源並輸出第二電壓。第二分壓電路具有一溫感電子元件供檢測一硬體的溫度，當此硬體的溫度改變時，溫感電子元件的阻抗改變，使得第二電壓改變。
比較電路接收第一電壓以及第二電壓。當第二電壓大於第一電壓時，比較電路輸出第三電壓。當第二電壓小於第一電壓時，比較電路輸出第四電壓。第三電壓可轉換為第一風扇控制訊號，第四電壓可轉換為第二風扇控制訊號。
風扇轉速控制器供控制一風扇以對硬體進行散熱。當風扇轉速控制器接收第三電壓或第一風扇控制訊號時，風扇轉速控制器維持第一轉速。當接收第四電壓或第二風扇控制訊號時，風扇轉速控制器維持第二轉速。
在一實施例中，風扇轉速控制器包括一電晶體以及一電阻。電晶體的源極(source)接地，漏極(drain)電性連接於風扇，柵極(gate)接收第一風扇控制訊號或第二風扇控制訊號。電阻的第一端電性連接於電晶體的漏極，第二端接地。
其中當電晶體的柵極接收第一風扇控制訊號時，電晶體導通(turn on)，且電晶體的源極輸出第一電流。當電晶體的柵極接收第二風扇控制訊號時，電晶體截止(turn off)，且電阻的第二端輸出第二電流。
根據本發明的目的，提出一種溫度檢測與控制電路，供檢測與控制一顯示卡的溫度。依照本發明一較佳實施例，此溫度檢測與控制電路包含括第一分壓電路、第二分壓電路以及一比較電路。
第一分壓電路接收一電源並輸出一第一電壓。第二分壓電路接收此電源並輸出第二電壓。第二分壓電路具有一溫感電子元件供檢測一顯示卡的溫度。當顯示卡的溫度改變時，溫感電子元件的阻抗改變，使得第二電壓改變。
一比較電路接收第一電壓以及第二電壓。當第二電壓大於第一電壓時，比較電路輸出第三電壓。當第二電壓小於第一電壓時，比較電路輸出第四電壓。
其中顯示卡包括一存儲器電源電路(memory power circuit)，比較電路的輸出轉換為一存儲器電壓控制訊號傳送至一電晶體的柵極。此電晶體的漏極經由一電阻電性連接至存儲器電源電路。
本發明至少具有下列優點，其中每一實施例可以具有一個或多個優點。本發明的溫度檢測與控制電路能夠藉簡單以及便宜的硬體元件來達成。本發明的溫度檢測與控制電路可以告知使用者溫度是否在正常溫度內，以保護顯示卡不致過熱。本發明的風扇轉速控制器可以兼顧散熱效能以及靜音要求。本發明的風扇轉速控制器只使用電晶體與電阻，利用分壓原理來對風扇做兩段(高速或低速(或停轉))的控制，可以達成對噪音的控制，但卻已大大降低控制成本。本發明的溫度檢測與控制電路能夠在作業系統之下對繪圖處理單元電源電路以及存儲器電源電路做電壓的調升，使晶片具有更高的超頻能力，也可以做電壓的調降，使系統的整體發熱量降低。
圖1繪示了本發明的溫度檢測與控制電路的動作流程圖範例；圖2繪示了溫度檢測電路的一實施例的電路圖；圖3繪示了溫度檢測電路的一實施例的電路圖；圖4繪示了風扇轉速控制器的一實施例；圖5繪示了風扇轉速控制器的另一實施例；以及圖6繪示了繪圖處理單元電源電路以及存儲器電源電路的輸入電壓控制電路的實施例。
具體實施例方式
圖1繪示了本發明的溫度檢測與控制電路的動作流程圖範例。首先，檢測一硬體(如顯示卡)的溫度(步驟104)。接著，決定讓使用者調整或利用一應用軟體(application)自動調整顯示卡的溫度(步驟106)。接著，利用一風扇的轉速控制顯示卡的溫度(步驟102)或者調整繪圖處理單元電源電路(GPU，graphicprocessing unit)以及存儲器(memory)的電壓(步驟108)。
圖2繪示了溫度檢測電路的一實施例的電路圖。第一分壓電路201接收一電源204並輸出第一電壓216。第二分壓電路203接收電源204並輸出第二電壓214。第二分壓電路203具有一溫感電子元件212供檢測一硬體的溫度。溫感電子元件212放置在接近待測硬體的位置，例如一繪圖處理單元(GPU)的背面，或靠近熱源的位置。當硬體的溫度改變時，溫感電子元件212的阻抗改變，使得第二電壓214改變。
比較電路218接收第一電壓216以及第二電壓214。當第二電壓214大於第一電壓時216時，比較電路218輸出第三電壓。當第二電壓214小於第一電壓216時，比較電路218輸出第四電壓。例如，比較電路218可以經由一一般用途輸出入接腳(GPIO 1，general purpose input output)202輸入一硬體(如顯示卡)，此硬體將第三電壓轉換為第一風扇控制訊號(或將第四電壓轉換為第二風扇控制訊號)，再經由另一一般用途輸出入接腳GPIO 2輸出予一風扇轉速控制器。
在一實施例中，第一分壓電路201包括第一電阻206以及第二電阻210。第一電阻206的一端222電性連接於電源204。第二電阻210的第一端224電性連接於第一電阻206，第二電阻210的第二端接地。其中第二電阻210的第一端224輸出第一電壓。
在一實施例中，第二分壓電路203包括第三電阻208以及溫感電子元件212。第三電阻208的一端226連接於電源204。溫感電子元件212的第一端228電性連接於第三電阻208，溫感電子元件212的第二端電性連接地。溫感電子元件212的第一端228輸出第二電壓。溫感電子元件212例如一熱敏電阻(thermistor)。比較電路218例如一運算放大器(operational amplifier)。在這個實施例中，當硬體溫度升高，熱敏電阻阻抗上升，第三電壓會大於第四電壓。
在一實施例中，當比較電路218輸出第三電壓時，溫度檢測電路將一溫度異常訊號顯示於一顯示器。當比較電路218輸出第四電壓時，溫度檢測電路將一溫度正常訊號顯示於一顯示器。使用者可以經由顯示器了解顯示卡的溫度是否過熱，以保護顯示卡。溫度檢測電路只顯示溫度正常(pass)或溫度過高(fail)兩種狀況，以數位化方式顯現而不顯示精確的溫度數值。如此可以同樣達到溫度檢測的功能，卻能大幅減低成本。當風扇轉速增加仍無法讓硬體回到正常溫度時，可以自動關機以保護硬體(顯示卡)。
此實施例也可以間接檢測出風扇是否故障的功能。當風扇全速轉，卻無法降低硬體(例如繪圖處理單元(GPU))的溫度，表示風扇有問題。此時可以自動關機以保護繪圖處理單元。
圖3繪示了溫度檢測電路的一實施例的電路圖。圖3大致上與圖1相同，不同之處在於圖3增加了電位調整電路342以及電位反轉電路344。因為GPIO1 302有一定的輸入電壓規格，因此當比較電路328的輸出電壓與此輸入電壓規格不合時，必須經由一些電路將比較電路328的輸出電壓調整至與GPIO 1 302的輸入電壓規格相符。例如當比較電路328輸出為12伏特時，需轉換為3.3伏特。
電位調整電路342具有電阻346、電阻348以及電阻350。電位反轉電路344具有電晶體356、電阻352以及電阻354。經由這些電阻以及電晶體的參數調整，使用者可以調整出與GPIO 302的輸入電壓規格相符的電壓。
當使用電位調整電路342時，可以不需要使用電位反轉電路344。但是當使用電位反轉電路344時，仍然需要電阻346以及電阻350。
圖4繪示了風扇轉速控制器的一實施例。風扇轉速控制器400供控制一風扇404以對一硬體進行散熱。當風扇轉速控制器400接收第一風扇控制訊號時，風扇轉速控制器400維持第一轉速。當風扇轉速控制器400接收第二風扇控制訊號時，風扇轉速控制器400維持第二轉速。
當風扇轉速快時，散熱能力佳，但是產生噪音較大。當風扇轉速低時，散熱能力不佳，但是產生噪音較小。因此風扇轉速控制器的設計必須在散熱能力以及噪音之間作取捨。
風扇轉速控制器400包括一電晶體408以及一電阻406。電晶體408的源極(source)416電性連接於地，電晶體408的漏極(drain)414電性連接於風扇404，電晶體408的柵極(gate)412接收第一風扇控制訊號或第二風扇控制訊號。
電阻406第一端電性連接於電晶體408的漏極414，第二端電性連接於地。當電晶體408的柵極412接收第一風扇控制訊號時，電晶體408導通(turnon)。電晶體408的漏極414產生第一電流。
當電晶體408的柵閘極412接收第二風扇控制訊號時，電晶體408截止(turn off)，電阻406產生第二電流。此時風扇404以及電阻406的分壓關係改變，風扇404接受的分壓變小，風扇404所接收的電功率(power，P＝I*V)下降，因此風扇轉速降低。
圖5繪示了風扇轉速控制器的另一實施例。電晶體516的漏極電性連接於風扇514，電晶體516的源極電性連接於電源504，電晶體516的柵極接收第一風扇控制訊號或第二風扇控制訊號。電阻508的第一端510電性連接於電晶體516的源極，電阻508的第二端512電性連接於電晶體516的漏極。
當電晶體516的柵極520接收第一風扇控制訊號時，電晶體516截止(turnoff)，電阻508輸出第一電流。此時風扇514以及電阻508的分壓關係改變，風扇514接受的分壓變小，風扇514所接收的電功率(power，P＝I*V)下降，因此風扇轉速變慢。當電晶體516的柵極接收第二風扇控制訊號時，電晶體516導通(turn on)，電晶體516的漏極輸出第二電流。
圖6繪示了繪圖處理單元電源電路以及存儲器電源電路的輸入電壓控制電路的實施例。顯示卡具有一繪圖處理單元電源電路(GPU power circuit)604以及一存儲器電源電路(memory power circuit)602。升高繪圖處理單元電源電路604以及存儲器電源電路602的電壓可以使晶片具有更高的超頻能力。當然降低電壓可以使系統的發熱量降低。
比較電路(例如圖2的218)的輸出轉換為一繪圖處理單元電壓控制訊號，經由一GPIO 3 606傳送至第一電晶體620的柵極628。第一電晶體628的漏極經由第一電阻616電性連接至繪圖處理單元電源電路604。比較電路的輸出轉換為一存儲器電壓控制訊號，經由GPIO 3 606傳送傳送至第二電晶體622的柵極，第二電晶體622的漏極經由第二電阻618電性連接至存儲器電源電路602。在此實施例中，繪圖處理單元電壓控制訊號與存儲器電壓控制訊號有相同的來源。
在一實施例中，一軟啟動(soft start)電路624可以置於比較電路的輸出以及第一電晶體620的柵極間。軟啟動電路624包括一電阻642以及一電容644。同樣的，另一軟啟動電路626也可置於比較電路的輸出以及第二電晶體622的柵極間。軟啟動電路626包括一電阻638以及一電容640。
圖6的電路可以經由GPIO 606使電晶體622導通，進而使電阻618與存儲器電源電路602的電壓控制電阻並聯來改變存儲器電源電路602的電壓，同時也使電晶體620導通，進而使電阻616與繪圖處理單元電源電路604的電壓控制電阻並聯來改變繪圖處理單元電源電路604的電壓。反之，也可以逆向操作，利用GPIO 606使電晶體622以及620截止來改變繪圖處理單元電源電路604以及存儲器電源電路602的電壓。加入軟啟動電路626以及624可以避免電壓升降快速導致作業系統(例如Microsoft Window)下產生失敗當機等情況。
本發明的溫度檢測與控制電路能夠藉簡單以及便宜的硬體元件來達成。本發明的溫度檢測與控制電路可以告知使用者溫度是否在正常溫度內，以保護顯示卡不致過熱。本發明的風扇轉速控制器可以兼顧散熱效能以及靜音要求。本發明的風扇轉速控制器只使用電晶體與電阻，利用分壓原理來對風扇做兩段(高速或低速(或停轉))的控制，可以達成對噪音的控制，但卻已大大降低控制成本。本發明的溫度檢測與控制電路能夠在作業系統的下對繪圖處理單元電源電路以及存儲器電源電路做電壓的調升，使晶片具有更高的超頻能力，也可以做電壓的調降，使系統的整體發熱量降低。雖然本發明已以一較佳實施例揭示如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉本技術領域者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
權利要求
1.一種溫度檢測與控制電路，包含第一分壓電路，接收一電源並輸出第一電壓；第二分壓電路，接收該電源並輸出第二電壓，該第二分壓電路具有一溫感電子元件供檢測一硬體的溫度，當該硬體的溫度改變時，該溫感電子元件的阻抗改變，使得該第二電壓改變；一比較電路，接收該第一電壓以及該第二電壓，當該第二電壓大於該第一電壓時，該比較電路輸出該第三電壓，當該第二電壓小於該第一電壓時，該比較電路輸出該第四電壓。
2.如權利要求1所述的溫度檢測與控制電路，其特徵在於，該第一分壓電路包含第一電阻，一端電性連接於該電源；以及第二電阻，第一端電性連接於該第一電阻，第二端接地，其中該第二電阻的第一端輸出該第一電壓。
3.如權利要求1所述的溫度檢測與控制電路，其特徵在於，該第二分壓電路包含第三電阻，一端連接於該電源，其中該溫感電子元件的第一端電性連接於該第三電阻，該溫感電子元件的第二端電性連接地，該溫感電子元件的第一端輸出該第二電壓。
4.如權利要求1所述的溫度檢測與控制電路，其特徵在於，該溫感電子元件為一熱敏電阻。
5.如權利要求1所述的溫度檢測與控制電路，其特徵在於，該比較電路為一運算放大器。
6.如權利要求1所述的溫度檢測與控制電路，其特徵在於，還包含一風扇轉速控制器，該風扇轉速控制器控制一風扇以對該顯示卡進行散熱，該第三電壓對應第一風扇控制訊號，該第四電壓對應第二風扇控制訊號，當接收第一風扇控制訊號時，該風扇轉速控制器維持第一轉速，當接收第二風扇控制訊號時，該風扇轉速控制器維持第二轉速。
7.如權利要求6所述的溫度檢測與控制電路，其特徵在於，該風扇轉速控制器包含一電晶體，其源極接地，漏極電性連接於該風扇，柵極接收該第一風扇控制訊號或該第二風扇控制訊號；以及一電阻，第一端電性連接於該電晶體的漏極，第二端接地；其中當該電晶體的柵極接收該第一風扇控制訊號時，該電晶體導通，該電晶體的源極輸出第一電流，當該電晶體的柵極接收該第二風扇控制訊號時，該電晶體截止，該電阻的第二端輸出第二電流。
8.如權利要求6所述的溫度檢測與控制電路，其特徵在於，該風扇轉速控制器包含一電晶體，其漏極電性連接於該風扇，源極電性連接於該電源，柵極接收該第一風扇控制訊號或該第二風扇控制訊號；以及一電阻，第一端電性連接於電電晶體的源極，第二端電性連接於該電晶體的漏極；其中當該電晶體的柵極接收該第一風扇控制訊號時，該電晶體截止，該電阻輸出第一電流，當該電晶體的柵極接收該第二風扇控制訊號時，該電晶體導通，該電晶體的漏極輸出第二電流。
9.如權利要求1所述的溫度檢測與控制電路，其特徵在於，當該比較電路輸出該第三電壓時，該溫度檢測與控制電路將一溫度異常訊號顯示於一顯示器，當該比較電路輸出該第四電壓時，該溫度檢測與控制電路將一溫度正常訊號顯示於一顯示器。
10.如權利要求1所述的溫度檢測與控制電路，其特徵在於，該比較電路經由一一般用途輸出入接腳連接於該風扇轉速控制器。
11.如權利要求1所述的溫度檢測與控制電路，其特徵在於，該硬體為一顯示卡。
12.如權利要求11所述的溫度檢測與控制電路，其特徵在於，該顯示卡包含一繪圖處理單元電源電路以及一存儲器電源電路，該比較電路的輸出轉換為一存儲器電壓控制訊號傳送至第一電晶體的柵極，該第一電晶體的漏極經由第一電阻電性連接至該繪圖處理單元電源電路，該比較電路的輸出也轉換為一存儲器電壓控制訊號傳送至第二電晶體的柵極，該第二電晶體的漏極經由第二電阻電性連接至該存儲器電源電路。
13.如權利要求12所述的溫度檢測與控制電路，其特徵在於，還包含一軟啟動電路，置於該比較電路的輸出以及該第一電晶體的柵極間。
14.如權利要求13所述的溫度檢測與控制電路，其特徵在於，該軟啟動電路包含一電阻以及一電容。
15.如權利要求12所述的溫度檢測與控制電路，其特徵在於，還包含一軟啟動電路，置於該比較電路的輸出以及該第二電晶體的柵極間。
16.如權利要求15所述的溫度檢測與控制電路，其特徵在於，該軟啟動電路包含一電阻以及一電容。
全文摘要
本發明提供一種溫度檢測與控制電路，包括第一分壓電路、第二分壓電路、一風扇轉速控制器以及一比較電路。第一分壓電路輸出第一電壓。第二分壓電路輸出第二電壓。第二分壓電路具有一溫感電子元件供檢測一硬體的溫度。比較電路接收並比較第一電壓以及第二電壓並輸出結果給風扇轉速控制器。當風扇轉速控制器接收第一風扇控制訊號時，風扇轉速控制器維持第一轉速，當接收第二風扇控制訊號時，風扇轉速控制器維持第二轉速。
文檔編號G06F11/30GK1858715SQ20051007015
公開日2006年11月8日 申請日期2005年4月30日 優先權日2005年4月30日
發明者張建隆, 高國忠 申請人:華碩電腦股份有限公司