專利名稱：計算機cpu多變量控溫裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種控溫裝置，尤其是一種計算機CPU多變量控溫裝置,屬于電子技術領域。
背景技術：
傳統的散熱方式通常是當發熱功率為P的發熱體運行起來之后，其產生熱量通過與發熱體表面接觸的散熱裝置進行傳導，再由風扇帶動周圍的冷空氣，冷空氣的溫度為Ta，與散熱裝置的鰭片進行對流換熱，并將熱量帶走，使發熱體表面溫度為Tc，其結構示意圖如圖1所示。
此時，發熱體表面溫度Tc，發熱體的發熱功率為P，冷空氣的溫度為Ta。那么由傳熱學可以推導出熱阻的概念，熱阻R＝(Tc-Ta)/P，熱阻就表示一個散熱器件的散熱能力，即發熱體功率上升1W造成的冷卻流體溫度Ta與發熱體表面溫度Tc的溫差。通常可將散熱器件基本分為兩部分散熱基體和風扇，當散熱基體的形狀、材質等物理性質不改變，風扇轉速基本不變時，整個散熱器件的熱阻值R就不變。
而溫控就是要改變風扇的轉速，從而改變散熱器件的散熱能力。一般而言，當風扇轉速r升高時，散熱器件整體的散熱能力增強，但噪音增大，熱阻R減小；當風扇轉速r下降時，散熱器件整體的散熱能力減弱，但噪音減小，熱阻R增大。熱阻R隨風扇轉速r的變化曲線如圖2所示。
Tc通常是發熱體表面的溫度，由于發熱體不能太熱，因此總會給出最大的可承受的發熱體表面溫度Tcmax。因此，可以對照公式R＝(Tc-Ta)/P來看，由于Tc＜Tcmax時都為安全狀態，因此以Tc＝Tcmax來進行溫控設計。如果想進行溫控，即改變R，有兩種辦法，一是以冷卻流體的溫度Ta為參考量，另一是以發熱體功率P為參考量。
當以Ta為參考量時，R＝(Tcmax-Ta)/P，式中Tcmax為定值，令P為定值，就可以作出一條R和Ta的曲線，該曲線如圖3所示。
當Ta增加時，R值減小。對應的物理意義為當冷卻流體溫度Ta增加時，散熱器件仍然能保持Tc為Tcmax，其R值較小，即散熱能力強；當Ta減小時，R值增加。對應的物理意義為當冷卻流體溫度Ta減小時，散熱器件能保持Tc為Tcmax，其R值較大，即散熱能力弱。也就是說當冷卻發熱體用的流體溫度Ta不高時，可以增加熱阻，即降低轉速；當冷卻發熱體用的流體溫度Ta較高時，可以減小熱阻，即增加轉速。
傳統方法中，通常以發熱體外部的熱傳感器裝置來探測冷卻流體溫度，從而控制轉速，來達到溫控的目的。
當以P為參考量時，R＝(Tcmax-Ta)/P，式中Tcmax為定值，令Ta為定值，就可以作出一條R和P的曲線，該曲線如圖4所示。P增加，R值減小。對應的物理意義為當發熱體功率P增加時，散熱器件仍然能保持Tc為Tcmax，其R值較小，即散熱能力強；P減小，R值增加。對應的物理意義為當發熱體功率P減小時，散熱器件能保持Tc為Tcmax，其R值較大，即散熱能力弱。也就是說當發熱體自身的功率P不高時，可以增加熱阻，即降低轉速；當發熱體自身的功率P較高時，可以減小熱阻，即增加轉速。
傳統方法中，通常以在發熱體內部的熱傳感器裝置來探測發熱體溫度，從而控制轉速，來達到溫控的目的。
上述兩種現有技術方案存在著如下的缺點對于以Ta為變量的溫控方案中，發熱體表面溫度Tc＝Tcmax(溫控設計的基本要求)，并令P＝Pmax來進行方案設計；而同理，以P為參考量時，需要令Ta＝Tamax才能進行設計。
但是在實際的應用中，通常Ta和P不會有哪個值持續在最大值，如在電腦系統中，對于CPU的溫控方案中，冷卻流體溫度Ta通常不會達到設計最高冷卻流體溫度Tamax，而在大多數軟件操作時，不能使CPU滿負荷工作及不能達到Pmax。可是無論以Ta或P為參考量進行溫控設計，都必須令另外一個變量為最大值，也就是以Ta為參考量設計溫控時，需令P＝Pmax；同理可論證以P為參考量的情況。以圖5為例，以Ta作為變量，當Ta從高溫到低溫進行溫控時，由于其工作溫度已經達到下限，因此，不能夠再通過降低Ta的方法來降低轉速。但是，在截至點S往上到最高點H，都是以功率為最大功率Pmax而設計的。如果希望轉速繼續下降，從而得到更小的噪音，就必須固定Ta為最低的Ta，轉換為以P為參考量進行溫控設計。
因此傳統的溫控方案都是以單一變量進行溫控設計，并假定另外的變量為最大值。這樣必然造成只能做成從最高點H到截止點S間的溫控曲線，無法將溫控曲線做到最低點L。在進行溫度控制時，無法進一步降低風扇轉速r。
實用新型內容本實用新型的目的在于針對現有技術的不足，提供一種計算機CPU多變量控溫裝置，綜合考慮兩個溫控參考變量，利用其同時作用控溫，從而達到在滿足散熱的前提下，實現更低的風扇轉速，達到更低的噪音。
本實用新型的目的是通過如下技術方案實現的一種計算機CPU多變量控溫裝置，該裝置至少包括溫度傳感器、控制電路和風扇，溫度傳感器的輸出端與控制電路相連，控制電路的輸出端與風扇相連，所述的溫度傳感器為一個以上，分別布設在發熱體和風扇上，溫度傳感器的輸出端將測量信號輸入控制電路的輸入端。
控制電路包括輸入電路和控制芯片，輸入電路的輸入端與溫度傳感器相連，輸入電路的輸出端與控制芯片的輸入端連接，控制芯片的輸出端與風扇相連。
輸入電路為三極管放大電路，輸入電路的輸入端為三極管的基極，三極管的發射極與控制芯片的輸入端相連。
控制電路的輸出端與寄存器和風扇驅動電路相連，風扇驅動電路的輸出端與電扇的輸入端相連。
寄存器為可以單獨使用的EEPROM(電可擦除只讀存儲器)或者主板BIOS或者非易失性存儲器。溫度傳感器為熱敏電阻或者熱敏片。
綜上所述，本實用新型具有如下優點與原有的溫控裝置相比較，可以在傳統溫控的基礎上實現更低的轉速，以降低噪音；同時，還可以多點控制轉速，使風扇轉速控制的更加準確。
圖1為現有技術控溫裝置結構示意圖；圖2為現有技術熱阻R隨風扇轉速r變化曲線；圖3為現有技術熱阻R隨冷卻流體溫度Ta變化曲線；圖4為現有技術熱阻R隨發熱體功率P變化曲線；圖5為現有技術冷卻流體溫度Ta與風扇轉速r關系曲線；圖6為本實用新型發熱體功率P與冷卻流體溫度Ta關系圖；圖7為本實用新型計算機CPU多變量控溫裝置結構示意圖；圖8為本實用新型計算機CPU多變量控溫裝置控溫電路圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的技術方案進行詳細地說明。
如圖7所示，為本實用新型計算機CPU多變量控溫裝置結構示意圖，由圖中可知，發熱體2上固設有溫度傳感器5，用于測量發熱體2表面的溫度Tc；同時，在發熱體2的上方，固設有散熱器8，其上方為風扇9，在風扇9上設有溫度傳感器4，用于測量由風扇9吸入的外界的冷空氣，冷空氣的溫度為Ta。
如圖8所示，為本實用新型計算機CPU多變量控溫裝置控溫電路圖。由圖中可知，控制電路包括輸入電路和控制芯片7，輸入電路的輸入端與溫度傳感器相連，輸出端與控制芯片7的輸入端連接，控制芯片的輸出端與風扇9相連。
輸入電路為三極管放大電路，由溫度傳感器4和5分別采集的冷空氣溫度Ta和發熱體2表面溫度Tc，輸入電路的輸入端為三極管的基極，三極管的發射極與控制芯片的輸入端相連，代表溫度Ta的電壓或電流值通過電阻1、三極管3和電阻12的放大輸入到控制芯片7；同樣地，發熱體2表面溫度Tc通過電阻6、三極管13和電阻11的放大輸入到控制芯片7，控制芯片7根據此兩個電壓值產生對應占空比的PWM控制信號，并輸出。此PWM信號可以輸入到PWM風扇(PWM風扇為成熟產品)中，就可以用此PWM控制信號來控制轉速，從而實現對多變量輸入對風扇的溫度控制。
如圖7所示，控制芯片7還可以將數據存儲在寄存器14中，風扇的驅動電路可以從寄存器14中讀取數據并輸出給風扇控制系統15，對風扇控溫。寄存器14為可以單獨使用的EEPROM(電可擦除只讀存儲器)或者主板BIOS或者非易失性存儲器。溫度傳感器4和5為熱敏電阻或者熱敏片。
本實用新型控溫裝置的具體控溫原理如下所述，當該控溫裝置處于工作狀態時，在發熱體內部內置溫度傳感系統，感測到發熱體表面溫度Tc，當Tc＜Tcmax時，一定的Tc會對應一定的發熱體功率P值，也就是說P和Tc存在確定的換算關系。在散熱裝置的風扇內安裝溫度傳感系統，感測冷卻流體溫度Ta。對于一個散熱器件，建立一張對應表，表中的兩個參考量分別為Ta和P(Tc)，如圖6所示，為本實用新型發熱體功率P與冷卻流體溫度Ta關系圖。P1和Ta1對應R1，P2和Ta2對應R2，由此P和Ta對應相應的熱阻R值，R即對應相應的轉速r。在工作時散熱器件上的溫度傳感器感測Ta，發熱體內部的傳感器件感測Tc，對應Tc為相應的P，測量P和Ta值后在表格中找到相應的轉速值r，調節風扇轉速，使其等于r值。
以電腦散熱系統為例，可在電腦中央處理器(發熱體)中內置溫度傳感系統，測試中央處理器內部的溫度Tc；在中央處理器的散熱器(散熱器件)內裝置溫度傳感系統，測試冷卻空氣溫度Ta；在主板上設計一個寄存器(也可以直接利用BIOS當作寄存器)，寄存器內存放相應的Tc(都小于發熱體最大可承受溫度Tc)和Ta所對應的散熱裝置風扇轉速r(參考下表)，由各個點的Ta溫度和Tc溫度可以唯一的確定轉速r。
主要是利用冷卻流體溫度(Ta)和被冷卻物體表面溫度(Tc)這兩個變量同時起作用進行溫控，根據此兩個參數進行溫控系統的調節及溫控策略的實施。
首先由兩個溫度傳感器分別感測冷空氣(冷卻流體)溫度Ta和發熱體表面溫度Tc，當Tc＜Tcmax時，Tc既可以對應發熱體的功率。
兩傳感器感測的溫度信號傳給寄存器，寄存器根據這兩個值決定一個唯一的轉速值。
寄存器將此數據傳遞給風扇供電及轉速控制系統。
風扇供電及轉速控制系統根據此信號對風扇轉速進行控制。
從而，此系統實現了雙變量控制轉速的功能。轉速控制系統可以使用改變風扇供電電壓的方法，也可以采用改變電流的方法，或者其他可以改變轉速的方法。
最后所應說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求范圍當中。
權利要求1.一種計算機CPU多變量控溫裝置，該裝置至少包括溫度傳感器、控制電路和風扇，溫度傳感器的輸出端與控制電路相連，控制電路的輸出端與風扇相連，其特征在于所述的溫度傳感器為一個以上，分別布設在發熱體和風扇上，溫度傳感器的輸出端將測量信號輸入控制電路的輸入端。
2.根據權利要求1所述的計算機CPU多變量控溫裝置，其特征在于所述的控制電路包括輸入電路和控制芯片，輸入電路的輸入端與溫度傳感器相連，輸入電路的輸出端與控制芯片的輸入端連接，控制芯片的輸出端與風扇相連。
3.根據權利要求2所述的計算機CPU多變量控溫裝置，其特征在于所述的輸入電路為三極管放大電路，輸入電路的輸入端為三極管的基極，三極管的發射極與控制芯片的輸入端相連。
4.根據權利要求1或2所述的計算機CPU多變量控溫裝置，其特征在于所述的控制電路的輸出端與寄存器和風扇驅動電路相連，風扇驅動電路的輸出端與電扇的輸入端相連。
5.根據權利要求4所述的計算機CPU多變量控溫裝置，其特征在于所述的寄存器為可以單獨使用的EEPROM(電可擦除只讀存儲器)或者主板BIOS或者非易失性存儲器。
6.根據權利要求1所述的計算機CPU多變量控溫裝置，其特征在于所述的溫度傳感器為熱敏電阻或者熱敏片。
專利摘要一種計算機CPU多變量控溫裝置，該裝置至少包括溫度傳感器、控制電路和風扇，溫度傳感器的輸出端與控制電路相連，控制電路的輸出端與風扇相連，所述的溫度傳感器為一個以上，分別布設在發熱體和風扇上，傳感器的輸出端將一個以上測量信號輸入控制電路的輸入端。本實用新型與原有的溫控裝置相比較，可以在傳統溫控的基礎上實現更低的轉速，以降低噪音；同時，還可以多點控制轉速，使風扇轉速控制的更加準確。
文檔編號G06F1/20GK2612983SQ0228580
公開日2004年4月21日 申請日期2002年11月18日 優先權日2002年11月18日
發明者劉曉松, 李波 申請人:聯想(北京)有限公司