風扇特性補償系統與方法

2023-10-25 16:03:27 1

專利名稱：風扇特性補償系統與方法
技術領域：
本發明有關一種風扇特性補償系統與補償方法，特別是有關一種應用於電子裝 置的散熱風扇，針對其風扇轉速與溫度的實際關係進行補償的系統及方法。
背景技術：
隨著電子科技持續的發展與進步，為了符合輕便性與實用性的考量，目前市面 上的電子產品在設計上，往往都趨向以輕薄短小、功能多、且處理速度快來做為設 計的主軸，以便製作的產品能更符合現代社會的生活需求。也由於集成電路設計與 製造技術的成熟，使得新一代的電子產品除了具有輕薄短小的外形之外，其所具備 的處理效能相較以往呈現數倍化的發展，並且夾著其強大的運算能力，而能輕易的 處理各種音效、影像、圖樣等數位化數據。
值得注意的是，由於電子產品的整體操作效能更加的繁複，因此在操作過程中 的散熱問題，亦變成電子產品在設計上極重要的考量。常見的解決方式，除了會在 電子產品的材質或機構上著墨，使其具有較佳的散熱效能外，在有需要時，並會在 電子產品中設置一散熱風扇，以防止電子產品的操作溫度過高。
為了提升散熱風扇的效果，在傳統的風扇控制中，系統廠商往往會設計成當電 子產品溫度上升時，便增加風扇的轉速，以加速散熱的效果。典型的方式，是藉助 對電子產品進行溫度檢測，再隨著所檢測的溫度，通過一風扇控制器，來控制風扇
的轉速。 一般來說，通過脈寬調製(P麗)佔空比(duty ratio)或是電壓的輸出，便 可控制風扇的轉速。
此外，部份的系統廠商並會在風扇控制的設計中，提供幾種固定的風扇與溫度 曲線，由使用者來選擇其中一種。如此，使用者可視其操作上的需求，選擇一種固 定的風扇與溫度曲線，來控制風扇隨著溫度調整其轉速。
然而，這些既有的風扇控制設計，仍然存在著許多問題。首先，儘管如上所述， 部份的系統廠商會設計幾種固定的風扇與溫度曲線，供使用者來選取，但是僅憑著 幾種固定的預設曲線，並不能真實的或全面性的反映出使用者在操作電子產品時的環境。換言之，對於散布於世界的使用者而言，其除了既有的幾種固定預設模式可 選擇外，根本無法隨著其所處的不同環境，調整最適當的風扇轉速。
其次，即使對同一批次出廠的電子產品來說，受到機構組合因素上的些微差異、 或是製造過程中的些微誤差等影響，其所裝設的風扇普遍具有特性上的差異，而導 致其在實際運轉時，往往呈現一種非線性的轉速控制過程，沒有辦法準確的根據預
設的風扇控制模式進行轉速的調整。
而且對使用者而言，由於其根本無法監測或判定風扇控制的效能是否與出廠的 設定相同，因此即使相關的裝置有所損壞或偏移，使用者也無法得知需要更換或維 修相關的控制裝置。

發明內容
有鑑於此，本發明的目的是提供一種風扇特性補償系統，應用於一電子裝置的 散熱風扇，此風扇特性補償系統的元件包括有一分析模塊與一補償模塊。其中，分 析模塊是用以分析脈寬調製佔空比與風扇轉速的關係，而產生一分析結果。補償模 塊則可根據分析結果、以及溫度與脈寬調製佔空比的一特定比例關係，而產生一補 償結果。鎖固結構，特別是一種位於電子裝置機殼上的一鎖固結構。
此外,本發明並揭露了一種風扇特性補償方法，應用於一電子裝置的散熱風扇。 此風扇特性補償方法主要包括下列步驟。首先，分析脈寬調製(P麗)佔空比與風扇 轉速的關係，而產生一分析結果。接著，根據分析結果、以及溫度與脈寬調製佔空 比的一特定比例關係，產生一補償結果。隨後，檢測電子裝置的操作溫度，並且根 據操作溫度與補償結果，提供特定的脈寬調製佔空比，以調整風扇的轉速。


圖1是本發明風扇特性補償系統的功能方塊圖2是本發明圖形化操控界面所顯示的風扇特性曲線圖3是本發明圖形化操控界面所顯示的補償曲線圖4是本發明圖形化操控界面所顯示補償後的風扇特性圖；及
圖5是顯示本發明風扇特性補償方法的步驟流程圖。
具體實施方式
請參照圖l，此圖顯示本發明所提供的一種風扇特性補償系統l。此風扇特性 補償系統1可應用於一電子裝置中，以針對電子裝置的散熱風扇進行特性分析與補 償。在一實施例中，所述風扇特性補償系統1的主要元件包括有一分析模塊11與 一補償模塊12。其中，分析模塊11可分析脈寬調製(P麗)佔空比與風扇轉速的關 系，而產生一分析結果。至於補償模塊12，則會根據分析模塊ll所產生的分析結 果、以及溫度與脈寬調製佔空比的一特定比例關係，產生一補償結果。
為了提供分析模塊11所需的數據，風扇特性補償系統1並具備一轉速擷取模
塊13。此轉速擷取模塊13分別連接於電子裝置的風扇14以及分析模塊11，以擷 取風扇14在各種條件下的轉速，並將所擷取的轉速數據傳送至分析模塊11。例如， 轉速擷取模塊13可隨著施加於風扇14的脈寬調製佔空比的增加，擷取在不同的脈 寬調製佔空比情形下風扇的實際轉速數據，再將這些轉速數據傳送至分析模塊11。 一旦分析模塊11針對脈寬調製(PWM)佔空比與風扇轉速的關係產生一分析結 果後，便會將此分析結果提供給補償模塊12。接著，補償模塊12會針對分析結果 決定在各種溫度區間中應該輸出的脈寬調製佔空比的調整方式，而產生一補償結 果。
為了讓使用者能更進一步的對風扇14的轉速進行調整，本發明的風扇特性補 償系統1,還包括有一操控界面15，提供使用者對補償模塊12所產生的補償結果 進行調整。在一較佳實施例中，此操控界面15是一圖形化界面(GUI)，以提供使用 者更直觀、更親切的操作方式。此操控界面15主要可允許使用者對不同的溫度區 間，設定其溫度與脈寬調製佔空比的特定比例關係。
請參照圖2，此圖顯示通過操控界面15顯示分析模塊11所產生分析結果的情 形。如前所述，由於分析模塊11是針對脈寬調製(P麗)佔空比與風扇轉速的關係進 行分析，因此顯示於操控界面15上的分析結果，是一條分布於直角坐標系中的線 段。其中，直角坐標系的橫軸坐標為脈寬調製佔空比，而縱軸坐標則為風扇轉速。
按照本申請發明人的分析結果，多數的風扇14在針對脈寬調製(P畫)佔空比與
風扇轉速的關係進行分析後，往往會得到非線性的曲線，例如圖2中所示的曲線。 並且，隨著脈寬調製佔空比持續的上升，風扇14的實際轉速並未呈現線性的增加， 而是在增加至一定的轉速後，便呈現出遲滯的現象。例如，圖2中當風扇轉速上升 至每分鐘4500轉之後，其轉速即呈現緩滯爬升的現象。
當補償模塊12接收了分析模塊11所傳送的分析結果後，隨即根據分析結果所 顯現的風扇特性，產生對應的補償結果。請參照圖3，通過操控界面15顯示的補償結果，可為分布於一直角坐標系的線段。其中，直角坐標系的橫軸坐標為溫度， 而縱軸坐標則為脈寬調製佔空比。
一般而言，由於非線性系統具有不易預測與不易調控的特性，因此在電子裝置
的設計中，往往傾向使相關元件儘量維持在線性的操作條件下。圖2中的虛線，即 顯示了風扇14操作時所期望的線性條件。為了達到此目的，補償模塊12會根據圖 2中風扇14的特性曲線，產生圖3中對應的補償曲線，作為此風扇14的補償結果。
如圖2中所顯示的情形，由於風扇14在脈寬調製佔空比持續上升時，其風扇 轉速的增加會呈現遲滯的現象，因此在圖3的補償曲線，即針對高溫的部份，提供 更大級距的脈寬調製佔空比。例如，在50度至60度間，脈寬調製佔空比從30%調 升至50%。但是，在60度至70度間，脈寬調製佔空比便從50%—舉調升至100%。
換言之，補償模塊12會根據分析模塊11所產生的分析結果，來決定溫度與脈 寬調製佔空比的特定比例關係，以作為補償結果。如圖3中所示，補償結果是以一 條與分析結果呈現互補的補償曲線來呈現。 一旦補償模塊12描繪出補償曲線後， 隨即會根據不同的溫度區間，決定其溫度與脈寬調製佔空比的特定比例關係。亦即， 決定各段溫度區間中，溫度與脈寬調製佔空比的斜率關係。
如圖3中所示，補償模塊12是以IO度來做為各段溫度區間的間隔，而將補償 曲線區分為30-40度、40-50度、50-60度、以及60-70度共4個區間。接著，再 求出各段溫度區間中，部份補償曲線的近似直線斜率。參照圖3，可先於補償曲線 上標示出40度、50度、60度與70度的位置，即圖中點a、點b、點c與點d。然 後，針對60-70度的溫度區間的部份補償曲線，即可求取點c與點d間部份補償曲 線其近似直線的斜率。換言之，只要決定了溫度區間的大小，在補償曲線上標示用 來分隔各區間的各點，便可通過求取點與點之間直線的斜率，作為該溫度區間中脈 寬調製佔空比與溫度間的斜率，如此一來，即可得出風扇14的補償結果。當然， 隨著風扇設計上的需求，也可將溫度區間的間隔設定的更小，例如以每5度做為間 隔，而將整條補償曲線分割成更多段溫度區間，再求取各個溫度區間中補償曲線的 近似直線斜率。
通過補償模塊12所產生的補償結果，可針對分析模塊11所進行風扇特性的分 析結果進行補償，使風扇14其轉速與溫度的關係，呈現線性的關係，如圖4所示。
此外，如同前述，為了提供使用者更大的便利性，本發明中的操控界面15， 並允許使用者對補償模塊12所產生的補償結果進行調整。以圖3為例，使用者除 了可決定溫度區間的設定外，亦可決定各個溫度區間中溫度與脈寬調製佔空比的斜 率，以調整補償結果。在一實施例中，本發明的風扇特性補償系統1還包括一溫度檢測模塊16以及
一控制器17。其中，溫度檢測模塊16，用以檢測電子裝置的溫度，並輸出一檢測 溫度。至於控制器17則分別連接於補償模塊12與溫度檢測模塊16，可根據補償 結果與檢測溫度，輸出一特定脈寬調製佔空比，以控制風扇轉速。亦即，控制器 17可根據前述補償結果中各個溫度區間中的特定比例關係、以及所檢測溫度，調 整輸出的脈寬調製佔空比，而達到調整風扇轉速的目的。
換言之，若風扇特性補償系統l在設計上，不打算提供使用者對補償結果進行 調整，則由補償模塊12所產生的補償結果，會直接輸出至控制器17，再通過控制 器17對風扇14進行調控。反之，若風扇特性補償系統1在設計上，允許使用者對 補償結果進行調整，則補償模塊12所產生的補償結果，會先傳送至操控界面15， 待使用者確認或調整後，再傳送至控制器17。
除了前述的風扇特性補償系統1外，本發明並提供了一種風扇特性補償方法。 如同前述，此風扇特性補償方法，可應用於一電子裝置，並針對電子裝置中的散熱 風扇，進行特性分析與補償。所述風扇特性補償方法主要包括下列步驟。
首先，進行步驟S51:分析脈寬調製佔空比與風扇轉速的關係，而產生一分析 結果。接著，進行步驟S53:根據所述分析結果、以及溫度與脈寬調製佔空比的一 特定比例關係，產生一補償結果。再進行步驟S55:檢測電子裝置的操作溫度，以 及步驟S56:根據操作溫度與補償結果，提供特定的脈寬調製佔空比，以便調整風 扇轉速。
在一較佳實施例中，所述風扇特性補償方法還包括一調整步驟S57:允許使用 者對補償結果進行調整。亦即，允許使用者對不同的溫度區間，設定溫度與脈寬調 制佔空比的特定比例關係。
此外，在一實施例中，所述風扇特性補償方法，在完成分析步驟S51之後，還 包括一圖形化步驟S52:在該電子裝置的一屏幕上，顯示分析結果為分布於一直角 坐標系的一線段。其中，如前所述，此直角坐標系的橫軸坐標為脈寬調製佔空比， 而縱軸坐標為風扇轉速。
而且所述風扇特性補償方法，在完成步驟S53之後，還包括另一圖形化步驟 S54:在電子裝置的屏幕上，顯示補償結果為分布於一直角坐標系的一線段。其中， 直角坐標系的橫軸坐標為溫度，而縱軸坐標為脈寬調製佔空比。
在完成前述步驟S54後，則使用者可在後續的調整步驟S57中，對不同的溫度
區間，設定溫度與脈寬調製佔空比的斜率，以調整該補償結果。本發明具有相當的優點。首先，本發明可讓使用者確認其電子裝置的風扇特性，
並了解其風扇在實際運轉時，風扇轉速與脈寬調製佔空比的關係。進而，可針對該 風扇特性的分析結果，提出對應的補償方式，而使該風扇維持線性的操作模式。
其次，本發明並提供了一種圖形化的操作界面，方便使用者了解其風扇實際的 運轉情形。例如，可通過風扇的特性曲線，顯示出脈寬調製佔空比與風扇轉速間的 關係。另外，則通過風扇的補償曲線，顯示出溫度與脈寬調製佔空比之間的斜率關 系，以針對特性曲線進行補償。並且，操作界面亦可允許使用者自行調整補償結果， 決定各個溫度區間中，溫度與脈寬調製佔空比的特定斜率關係，進一步增加了使用 者調控風扇的可能性。
再者，傳統的風扇設計，即使其相關裝置有老化損壞，使用者亦無法確認或得 知。然而，通過本發明的風扇特性補償系統，使用者將可實時得知電子裝置中風扇 的操作與運轉情形，並進行相關的調整。
此外，由於本發明中風扇特性補償系統，是針對多段溫度區間的脈寬調製佔空 比與溫度的比例關係，進行調整或設定，因此使用者亦可根據其使用電子裝置的狀 況，通過風扇特性補償系統，設定風扇的運轉情況。例如，當所使用的電子裝置為 一電腦時，使用者可根據使用的習慣、使用的程序、環境的溫度，來規劃出多段溫 度區間的不同斜率。
本發明雖以較佳實例闡明如上，然而其並非用以限定本發明的精神與發明實體 僅止於上述實施例。因此，在不脫離本發明的精神與範圍內所作的修改，均應包括 在權利要求書所限定的範圍內。
權利要求
1、一種風扇特性補償系統，應用於電子裝置的散熱風扇，其特徵是，包括分析模塊，分析脈寬調製佔空比與風扇轉速的關係，而產生分析結果；及補償模塊，根據上述分析結果、以及溫度與脈寬調製佔空比的特定比例關係，產生補償結果。
2、 根據權利要求1的風扇特性補償系統，其特徵是，還包括 操控界面，對所述補償結果進行調整。
3、 根據權利要求2的風扇特性補償系統，其特徵是，所述操控界面對不同的 溫度區間，設定溫度與脈寬調製佔空比的所述特定比例關係。
4、 根據權利要求2的風扇特性補償系統，其特徵是，所述操控界面是圖形化 界面。
5、 根據權利要求4的風扇特性補償系統，其特徵是，所述操控界面顯示所述 補償結果為分布於直角坐標系的線段，且所述直角坐標系的橫軸坐標為溫度，縱軸 坐標為脈寬調製佔空比。
6、 根據權利要求5的風扇特性補償系統，其特徵是，所述操控界面對不同的 溫度區間，設定溫度與脈寬調製佔空比的斜率，以調整所述補償結果。
7、 根據權利要求4的風扇特性補償系統，其特徵是，所述操控界面顯示所述 分析結果為分布於直角坐標系的線段，且所述直角坐標系的橫軸坐標為脈寬調製佔 空比，縱軸坐標為風扇轉速。
8、 根據權利要求1的風扇特性補償系統，其特徵是，還包括 溫度檢測模塊，用以檢測所述電子裝置的溫度，而輸出檢測溫度。
9、 根據權利要求8的風扇特性補償系統，其特徵是，還包括控制器，分別連接於所述補償模塊與所述溫度檢測模塊，根據所述補償結果與 所述檢測溫度，輸出特定脈寬調製佔空比，以控制風扇轉速。
10、 一種風扇特性補償方法，應用於電子裝置的散熱風扇，其特徵是，包括下 列步驟分析脈寬調製佔空比與風扇轉速的關係，而產生分析結果； 根據所述分析結果、以及溫度與脈寬調製佔空比的特定比例關係，產生補償結果；檢測所述電子裝置的操作溫度;及根據所述操作溫度與所述補償結果，提供特定的脈寬調製佔空比，以調整所述 風扇的轉速。
全文摘要
本發明提供一種風扇特性補償系統，應用於一電子裝置的散熱風扇，針對其風扇轉速與溫度的實際關係進行補償的系統及方法，此風扇特性補償系統的主要元件包括有一分析模塊與一補償模塊。其中，分析模塊是用以分析脈寬調製佔空比與風扇轉速的關係，而產生一分析結果。補償模塊則可根據分析結果、以及溫度與脈寬調製佔空比的一特定比例關係，而產生一補償結果。
文檔編號F04D27/00GK101586574SQ20081010874
公開日2009年11月25日 申請日期2008年5月23日 優先權日2008年5月23日
發明者黃建文, 黃百慶 申請人:華碩電腦股份有限公司