風扇轉速的控制系統的製作方法
2023-10-20 04:51:52 4
專利名稱：風扇轉速的控制系統的製作方法
技術領域：
本發明是有關於一種控制系統，且特別是有關於一種風扇的轉速的控制系統。
傳統的使用於電腦系統中，用以散熱的風扇是多由無刷式直流馬達來驅動。在傳統作法中，可於馬達的轉子上裝配不同線圈數的線圈，來得到各種不同規格的風扇。舉例來說，當要得到額定轉速較高的風扇時，可裝配線圈數較高的線圈，而當要讓風扇的額定轉速變小時，則可使用線圈數較低的線圈。當通以電流時，不同線圈數的線圈所產生的磁場將會不同，使得馬達的轉速將隨之不同，而風扇的轉速也會隨之改變。
當市場需要各種不同規格的風扇時，供應廠商則必須隨時庫存有各種不同線圈數的線圈，以備市場所需。然而，供應廠商將因為必須隨時庫存有各種線圈，而使得所需的成本提高。另一方面，對於使用相同線圈數的線圈的風扇而言，機構裝配上的緊度，扇葉偏心的程度，扇葉慣量的差異，或是線圈形狀變異等等，均將會影響到風扇的轉速。供應廠商必須花很多時間，來對這些會影響到風扇的轉速的因素進行調整，以符合各種風扇的規格所訂定的額定轉速。因為需要對產品進行測試調整或是直接淘汰與規格不符的產品，這均會造成生產成本的提高，並使生產時所花費的時間拉長。
根據本發明的目的，提出一種風扇的轉速的控制系統，是根據一參考時鐘以控制風扇。此參考時鐘是具有一參考頻率，此風扇的轉速是對應至一風扇轉速信號。本發明的控制系統包括一風扇轉速控制單元、一電壓產生電路、以及一驅動單元。風扇轉速控制單元是比較參考時鐘與風扇轉速信號，以輸出一速度控制信號。電壓產生電路是產生對應於速度控制信號的一位準信號。而驅動單元則是根據位準信號產生控制風扇的轉速的一驅動信號。
根據本發明的另一目的，提出一種風扇的轉速的控制系統，此風扇的轉速是對應至一風扇轉速信號。本發明的控制系統包括一參考頻率產生器、一風扇轉速控制單元、一電壓產生電路、一脈寬調製(pulse WidthModulation，PWM)產生電路與一風扇驅動電路。參考頻率產生器，用以產生一參考時鐘，此參考時鐘是具有一參考頻率。風扇轉速控制單元是比較參考時鐘與風扇轉速信號，以輸出一速度控制信號。電壓產生電路是接收速度控制信號，以得到相對應的一位準信號。脈寬調製產生電路是根據位準信號得到一方波信號。而風扇驅動電路則是接收方波信號以產生控制風扇的轉速的一驅動信號。
本發明使用反饋控制控制的優點是，可以有效地消除風扇出廠時的種種差異所可能對風扇的轉速所造成的影響。由於對於使用相同線圈數的風扇而言，機構裝配上的緊度，扇葉偏心的程度，扇葉慣量的差異，或是線圈形狀的變異等等，均將會影響到風扇的扇葉的轉速。而當使用本發明的使用反饋控制的控制系統時，此反饋系統將會自動地針對上述的種種差異進行調整。故而，當使用本發明的控制系統時，使用者並不需如傳統作法般，花很多時間來對這些會影響到風扇的轉速的變因進行調整，以符合各種風扇的規格所訂定的額定轉速。是以，使用本發明可以大幅節省所需的時間成本。
就另一方面而言，當市場需要各種不同規格的風扇時，使用本發明的控制系統後，供應廠商可以藉由調整本發明的控制系統中的參考頻率，即可得到不同規格的額定轉速的風扇。供應廠商並不需如同傳統作法般，隨時庫存有各種不同線圈數的線圈，以備市場所需。供應廠商只需準備一種線圈數的線圈，即可達到供應不同規格的風扇的目的。因為僅需針對參考頻率產生器102中的電阻值或電容值進行調整，其調整的方式極為簡單，更可使得所需的成本降低。
另一方面而言，本發明的控制系統更可達到快速調整風扇的轉速的功能。當本發明的風扇轉速控制單元104用數字的鎖頻迴路來達成時，因為所產生的速度控制信號VC是明確地為加速控制信號、減速控制信號、或維持控制信號，其將有暫態反應時間短快，快速調整風扇的轉速至參考轉速的優點。
本發明上述實施例所揭露的一種風扇的轉速的控制系統，當風扇裝設此控制系統時，可僅使用同一線圈數的線圈，並藉由改變控制系統中的參考頻率的大小，即可使得到不同規格的額定轉速的各種風扇。因為不需同時庫存有多種線圈數的線圈，而且調整的動作簡單且能快速達成，所以可以有效地節省時間成本並降低生產成本。
請參照
圖1，其繪示依照本發明一較佳實施例的一種風扇的轉速的控制系統的方塊圖。本發明的控制系統是用以控制風扇110的轉速，而風扇110的轉速是對應至一風扇轉速信號H。參考頻率產生器102是用以產生一參考時鐘Clk_ref。參考時鐘Clk_ref是具有一參考頻率Fref。風扇轉速控制單元104是同時接收參考時鐘Clk_ref與風扇轉速信號H，並對兩者的頻率進行比較，以得到一速度控制信號VC並輸出至一電壓產生電路106。電壓產生電路106是用以產生對應於速度控制信號VC的一位準信號Vref。位準信號Vref是輸入至一驅動單元108，驅動單元108是根據位準信號Vref來產生控制風扇110的轉速的一驅動信號D。
驅動單元108是由一脈寬調製(Pulse Width Modulation，PWM)產生電路112與一風扇驅動電路114所組成。PWM產生電路112是根據位準信號Vref得到一方波信號S。而風扇驅動電路114是接收方波信號S以產生控制風扇110的轉速的驅動信號D。另外，風扇轉速信號H是可由一霍爾(Hall)感測器116，檢測風扇110的轉子的磁極變化來得到。
風扇轉速控制單元104所輸出的速度控制信號VC是可為一加速控制信號、一減速控制信號或一維持控制信號。當風扇轉速信號H的頻率小於參考時鐘Clk_ref的參考頻率Fref時，速度控制信號H為加速控制信號。當風扇轉速信號H的頻率大於參考時鐘Clk_ref的參考頻率Fref時，速度控制信號H為減速控制信號。而當風扇轉速信號H的頻率與參考時鐘Clk_ref的參考頻率Fref相等時，速度控制信號H為維持控制信號。
而PWM產生電路112所產生的方波信號S的佔空比(duty ratio)是隨著位準信號Vref而改變。當速度控制信號VC是為加速控制信號時，位準信號Vref的位準上升使得方波信號S的佔空比加大。當速度控制信號VC是為減速控制信號時，位準信號Vref的位準下降使得方波信號S的佔空比減少。而當速度控制信號是為維持控制信號時，位準信號Vref的位準將維持於原位準而方波信號S的佔空比將幾乎不受影響。
在本發明的控制電路中，參考頻率產生器102是可由時間常數(timeconstant)可調的振蕩器所組成，使用者可藉由調整此時間常數，來改變參考時鐘Clk_ref的參考頻率Fref。因為參考頻率Fref是為可調，所以當要將風扇設計成不同規格的額定轉速時，僅需改變參考時鐘Clk_ref的參考頻率Fref的大小即可達到所需的目的。亦即是只要對參考頻率產生器102中的振蕩器的時間常數進行調整即可。其中，時間常數是由振蕩器中的電阻值與電容值所決定，使用者僅需調整其電阻值或電容值的大小，即可達到所要的目的。藉由調整參考頻率Fref，可使得風扇110的轉速改變，並相對應地改變風扇轉速信號的頻率H。
茲再將本發明各電路方塊的詳細實施情形舉例說明如下。
風扇轉速控制單元104可以是鎖頻迴路，其詳細方塊圖是如圖2所示。參考時鐘Clk_ref是輸入至計數器202，計數器202以基礎時鐘Clk_base為基準，計算出參考時鐘Clk_ref的周期，並將其輸入至參考轉速計算單元204中以得到參考頻率Fref所對應的參考轉速Spd_ref並輸出至比較器206中。另外，風扇轉速信號H是輸入至計數器212，計數器212亦以基礎時鐘Clk_base為基準，計算出風扇轉速信號H的周期，並將其輸入至風扇轉速計算單元214中以得到風扇轉速信號H的頻率所對應的風扇轉速Spd_fan，並經由一數字濾波器215的處理後，輸出至比較器206中。於比較器206中，更可設定一誤差容忍值。當參考轉速Spd_ref減去風扇轉速Spd_fan的值大於此誤差容忍值時，則使比較器206所輸出的速度控制信號VC為加速控制信號。當風扇轉速Spd_fan減去參考轉速Spd_ref的值大於此誤差容忍值時，則使比較器206所輸出的速度控制信號VC為減速控制信號。而風扇轉速Spd_fan與參考轉速Spd_ref的差額小於此誤差容忍值時，則使比較器206所輸出的速度控制信號VC為維持控制信號。
其中，數字濾波器215是為低通濾波器，其可消除因風扇的轉子的磁極的形狀不一致、排列方式不規則、或是運轉時充磁不均勻所造成的風扇轉速信號H的周期成不規則變化的情形，以增加系統的穩定性。
而電壓產生電路106例如可以使用一充電泵浦(charge pump)來達成。充電泵浦是由一個充電電容與多個開關所組成。速度控制信號VC是用以控制此些開關，以對充電電容進行充放電的動作。而充電電容的電壓則用以作為位準信號Vref。舉例來說，加速控制信號將使得充電電容的電壓降低，減速控制信號將使得充電電容的電壓上升，而維持控制信號將使得充電電容的電壓維持不變。如此，位準信號Vref的位準大小將隨著不同的速度控制信號VC而改變。
在PWM產生電路112中，是使用一鋸齒波產生電路來產生如圖3所示的鋸齒波302。PWM產生電路112將根據位準信號Vref的位準大小，來產生相對應的方波信號S，如圖3所示。舉例來說，於時間點t1-t2之間，鋸齒波302的位準是大於位準信號Vref的位準，則方波信號5是為高位準。而在時間點t2-t3之間，鋸齒波302的位準是小於位準信號Vref的位準，此時，方波信號S為低位準。如此，當位準信號Vref越小時，方波信號S的佔空比(duty ratio)將會越大。
風扇驅動電路114則是由多個電晶體所組成。此些電晶體將執行電壓/電流放大的功能，以產生相對應於方波信號S的驅動信號D，如圖3所示。當驅動信號D是為高位準時，風扇馬達的轉子的線圈是有電流流過，而產生磁場以使轉子受力，而當驅動信號D是為低位準時，風扇馬達的轉子的線圈是沒有電流流過，而轉子將不受力，轉子將因其慣性來運動。是以，當驅動信號D為高位準的時間越長時，轉子受力的時間越長，而相對應地將使得風扇馬達的轉速加快，使風扇的轉動速度增加。也就是說，藉由調整驅動信號D的佔空比，即可改變風扇的轉速。
權利要求
1.一種風扇的轉速的控制系統，是根據一參考時鐘以控制該風扇，該參考時鐘是具有一參考頻率，該風扇的轉速是對應至一風扇轉速信號，該控制系統包括一風扇轉速控制單元，是比較該參考時鐘與該風扇轉速信號，以輸出一速度控制信號；一電壓產生電路，是產生對應於該速度控制信號的一位準信號；以及一驅動單元，是根據該位準信號產生控制該風扇的轉速的一驅動信號。
2.如權利要求1所述的控制系統，其特徵在於所述的參考頻率是為可調，藉由調整該參考頻率，可使得該風扇的轉速改變，並相對應地改變該風扇轉速信號的頻率。
3.如權利要求1所述的控制系統，其特徵在於所述的驅動單元是以脈寬調製的方式，根據該位準信號改變該驅動信號的佔空比，以改變該風扇的轉速。
4.如權利要求1所述的控制系統，其特徵在於，更包括一霍爾感測器，用以檢測該風扇的轉子的磁極變化來得到該風扇轉速信號。
5.如權利要求1所述的控制系統，其特徵在於所述的風扇轉速控制所輸出的該速度控制信號是為一加速控制信號、一減速控制信號或一維持控制信號，當該風扇轉速信號的頻率小於該參考時鐘的該參考頻率時，該速度控制信號為該加速控制信號，當該風扇轉速信號的頻率大於該參考時鐘的該參考頻率時，該速度在制信號為該減速控制信號，當該風扇轉速信號的頻率與該參考時鐘的該參考頻率實質上相等時，該速度控制信號為該維持控制信號。
6.一種風扇的轉速的控制系統，該風扇的轉速是對應至一風扇轉速信號，該控制系統包括一參考頻率產生器，用以產生一參考時鐘，該參考時鐘是具有一參考頻率；一風扇轉速控制單元，是比較該參考時鐘與該風扇轉速信號，以輸出一速度控制信號；一電壓產生電路，是接收該速度控制信號，以得到相對應的一位準信號；一脈寬調製產生電路，是根據該位準信號得到一方波信號；以及一風扇驅動電路，是接收該方波信號以產生控制該風扇的轉速的一驅動信號。
7.如權利要求6所述的控制系統，其特徵在於所述的參考頻率是為可調，藉由調整該參考頻率，可使得該風扇的轉速改變，並相對應地改變該風扇轉速信號的頻率。
8.如權利要求6所述的控制系統，其特徵在於所述的參考頻率產生器是包括一時間常數可調的振蕩器，其中，使用者可藉由調整該時間常數，來改變該參考頻率。
9.如權利要求6所述的控制系統，其特徵在於，更包括一霍爾感測器，用以檢測該風扇的轉子的磁極變化來得到該風扇轉速信號。
10.如權利要求6所述的控制系統，其特徵在於所述的風扇轉速控制單元所輸出的該速度控制信號是為一加速控制信號、一減速控制信號或一維持控制信號，當該風扇轉速信號的頻率小於該參考時鐘的該參考頻率時，該速度控制信號為該加速控制信號，當該風扇轉速信號的頻率大於該參考時鐘的該參考頻率時，該速度控制信號為該減速控制信號，當該風扇轉速信號的頻率與該參考時鐘的該參考頻率實質上相等時，該速度控制信號為該維持控制信號。
11.如權利要求6所述的控制系統，其特徵在於所述的方波信號的佔空比是隨著該位準信號改變，當該速度控制信號是為該加速控制信號時，該位準信號下降使得該方波信號的佔空比加大，當該速度控制信號是為該減速控制信號時，該位準信號上升使得該方波信號的佔空比減少。
全文摘要
一種風扇的轉速的控制系統，是根據一參考時鐘以控制風扇。此參考時鐘是具有一參考頻率，此風扇的轉速是對應至一風扇轉速信號。在本發明的控制系統中，風扇轉速控制單元是比較參考時鐘與風扇轉速信號，以輸出一速度控制信號。電壓產生電路是產生對應於速度控制信號的一位準信號。而驅動單元則是根據位準信號產生控制風扇的轉速的一驅動信號。當風扇裝設本發明的控制系統時，可僅使用同一線圈數的線圈，並藉由改變控制系統中的參考頻率的大小，即可使得到不同規格的額定轉速的各種風扇。可以有效地節省時間成本並降低生產成本。
文檔編號F04D27/00GK1421614SQ01139988
公開日2003年6月4日 申請日期2001年11月22日 優先權日2001年11月22日
發明者許家彰, 陳彥仲, 林忠賢 申請人:旺玖科技股份有限公司