專利名稱：計算機溫控裝置及方法
背景技術：
本發(fā)明涉及計算機領域，尤其是涉及計算機的溫度控制的裝置和方法。
背景技術：
目前計算機系統(tǒng)的性能越來越高，速度越來越快，同時會產(chǎn)生大量的熱，這種熱量必須及時地散出去，否則會嚴重地損傷元件以及影響器件的性能發(fā)揮，因此從增加風扇大小及轉速等多個方面來提高這種散熱效果。但是在提高散熱效果的同時，隨之而來產(chǎn)生了大量的噪音，在散熱與噪音之間出現(xiàn)矛盾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是針對系統(tǒng)散熱與噪音問題而提出的一種系統(tǒng)溫控裝置及方法，利用BIOS通過定時監(jiān)測CPU的溫度，來實現(xiàn)對CPU風扇和電源風扇的控制，達到在保證CPU工作溫度正常情況下最小噪音的目的。
按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種計算機用溫控裝置，包括CPU溫度讀取裝置，用于讀取CPU的溫度；CPU風扇；控制裝置，與CPU溫度讀取裝置相連，從該裝置接收指示CPU溫度的信號，并根據(jù)該信號輸出二個溫控信號；與CPU風扇和控制裝置連接的CPU風扇轉速控制裝置，用于根據(jù)從控制裝置接收的一個溫控信號調(diào)節(jié)CPU風扇的轉速；
與控制裝置連接的外部電源風扇轉速控制裝置，用于根據(jù)控制裝置輸出的另一個溫控信號輸出一個外部電源風扇控制信號；計算機電源，包括電源測溫器，用于檢測電源本身的溫度；計算機電源風扇；與電源測溫器連接的內(nèi)部電源風扇轉速控制裝置，用于根據(jù)電源測溫器提供的信號輸出一個內(nèi)部電源風扇控制信號；選擇器，與內(nèi)部電源風扇轉速控制裝置和外部電源風扇轉速控制裝置連接，用于輸出內(nèi)部電源風扇控制信號與外部電源風扇控制信號二者中電壓值較大者作為計算機電源風扇的溫控電壓信號給電源風扇來控制電源風扇轉速。
較佳地，CPU風扇的控制電壓信號取值是介于0伏與CPU風扇最大額定電壓之間的多個離散值，電源風扇的溫控電壓信號取值是介于0伏與電源風扇最大額定電壓之間的多個離散值。
按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種實現(xiàn)計算機溫度控制的方法，包括步驟通過CPU溫度讀取裝置定時地讀取CPU溫度；通過控制裝置將該溫度與一預設的溫度閾值進行比較，并根據(jù)比較結果輸出二個溫控信號；CPU的風扇控制裝置利用一個溫控信號調(diào)節(jié)CPU風扇轉速；通過一個外部電源風扇轉速控制裝置將來自控制裝置的信號轉換成一個外部電源風扇控制信號；利用電源內(nèi)的測溫器測量電源本身溫度并通過電源內(nèi)部的電源風扇轉速控制裝置輸出一個內(nèi)部電源風扇控制信號；通過一個選擇器有選擇地輸出內(nèi)部電源風扇控制信號與外部電源風扇控制信號中電壓值較大者作為計算機電源風扇的溫控電壓信號給電源風扇，由此來控制電源風扇轉速。
較佳地，所述的閾值是使溫控狀態(tài)進入相鄰的下一狀態(tài)的閾值溫度。
較佳地，CPU風扇溫控電壓信號的取值是介于0伏與CPU風扇最大額定電壓之間的多個離散值，電源風扇的溫控電壓信號的取值是介于0伏與電源風扇最大額定電壓之間的多個離散值。
利用本發(fā)明的裝置和方法，能夠很好地解決系統(tǒng)中散熱和噪音不能和諧共存的矛盾，使計算機系統(tǒng)能夠在滿足散熱的同時達到非常低的噪音效果。


圖1是構成本發(fā)明的溫控裝置的方框圖；圖2是表示系統(tǒng)溫控狀態(tài)圖；圖3是電源本身的溫控曲線圖；圖4是實現(xiàn)選擇器的電路圖；圖5是表示系統(tǒng)溫控狀態(tài)的過程的流程圖；圖6是按照本發(fā)明的一個實施例采用的CPU溫度讀取電路的示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，是實現(xiàn)本發(fā)明的計算機溫度控制裝置的方框圖，為了達到溫控的目的，在計算機內(nèi)部包括有控制裝置1，用于控制CPU風扇與電源風扇轉速；CPU溫度讀取裝置2；CPU風扇3；CPU風扇轉速控制裝置4；計算機電源5，其中在計算機電源5內(nèi)部包括有計算機電源風扇51，內(nèi)部電源風扇轉速控制裝置52，選擇器53，電源測溫器54；外部電源風扇轉速控制裝置6。
上述的控制裝置1可利用計算機主板上的、存儲有控制CPU風扇與電源風扇轉速的程序的BIOS來實現(xiàn)，通過定時監(jiān)測CPU的溫度Tj，來實現(xiàn)對CPU風扇3和電源風扇51的控制，達到在保證CPU工作溫度正常情況下最小噪音的目的。如圖1所示，CPU溫度讀取裝置2定時地讀取CPU的溫度并提供給BIOS 1，BIOS 1根據(jù)監(jiān)測得到的CPU溫度而相應地輸出二個溫控信號并分別提供給CPU風扇轉速控制裝置4和外部電源風扇轉速控制裝置6，其中CPU風扇轉速控制裝置4根據(jù)來自BIOS 1的信號而輸出一個壓控信號Vcpufan來控制CPU風扇3以相應的轉速旋轉；而外部電源風扇轉速控制裝置6根據(jù)BIOS 1輸出的信號而輸出一個外部電源風扇控制信號Vpwfan，并提供給計算機電源5內(nèi)部的選擇器53；該選擇器53還接收由內(nèi)部電源風扇轉速控制裝置52根據(jù)電源測溫器54測量的電源實際溫度而輸出的內(nèi)部電源風扇轉速控制信號Vpw，并輸出轉速控制信號Vpwfan和Vpw中電壓值較大者Vfan給電源風扇51，控制風扇51的轉速。
下面詳細描述有關實現(xiàn)本發(fā)明的溫控方案1.使CPU溫度讀取裝置2定時讀取CPU溫度Tj，時間間隔可設定為Tm。由于溫度變化相對比較緩慢，Tm的設定為秒級即可。在圖6中示出了本發(fā)明采用的CPU溫度讀取裝置2的一個實施電路示意圖，由于在該技術領域實現(xiàn)溫度讀取的電路是眾所周知的技術，因此在此略去對該圖的說明；2.設定BIOS 1通過CPU風扇轉速控制裝置4給CPU風扇3的控制電壓Vcpufan為多檔控制，對應不同的Tj，BIOS 1給出相應檔次的CPU風扇控制電壓Vcpufan，其中Vcpufan的取值范圍是0-Vcpufanmax，Vcpufanmax，是CPU風扇3的最大額定控制電壓。在本實施例中，將CPU風扇3的控制電壓分為兩檔(8V，12V)。由于CPU在運行時發(fā)熱的動態(tài)變化較大，且CPU對熱比較敏感，故將CPU風扇3停轉是危險的。設定為最低8V能夠保證CPU在低溫下的散熱需求，又在一定程度上保證了CPU的動態(tài)溫升不致過高。CPU風扇3的二檔控制簡單可靠，不會對系統(tǒng)產(chǎn)生太大的影響。
3.設定BIOS 1通過外部電源風扇轉速控制裝置6給電源風扇51的控制電壓Vpwfan為多檔控制，對應不同的Tj，BIOS 1給出不同檔次的控制電壓Vpwfan，且Vpwfan的取值范圍是0-Vpwfanmax，Vpwfanmax是電源風扇51的最大額定控制電壓。在本實施例中，設定電源風扇51的控制電壓為三檔控制(0V，8V，12V)。電源風扇51的分檔控制比曲線控制簡單，可靠。由于電源風扇51同時又起到給系統(tǒng)及電源散熱的作用，故由系統(tǒng)來參與控制電源風扇轉速是合理的。由于電源本體的溫度耐受度較好，且系統(tǒng)溫升較慢，為小時的量級，故電源風扇51的0轉速是可行的，也是可靠的，不會發(fā)生突然的溫升而燒毀系統(tǒng)中的其他器件。8V檔位的設計也是合理的，當系統(tǒng)溫度升高但并不至太高時，將風扇51打開并在8V下低轉速能夠有效地解決散熱問題，同時又不致于帶來太大的噪音增加。
4.定義系統(tǒng)狀態(tài)(命名為S)有如下幾種情況(電源風扇，CPU風扇)(0V，8V)，(8V，8V)，(8V，12V)，(12V，12V)，可分別將狀態(tài)命名為KS0，KS1，KS2，KS3。
定義溫度域值如下Ts1，Ts2，Ts3，分別代表系統(tǒng)狀態(tài)的三個切換溫度。
系統(tǒng)溫度狀態(tài)控制參見圖2，圖2是實現(xiàn)系統(tǒng)溫控狀態(tài)圖，其中上圖是溫度上升時的控制狀態(tài)，而下圖表示溫度下降時的控制狀態(tài)，為防止系統(tǒng)溫度出現(xiàn)較快振蕩，在下降曲線中將溫度控制設計成施密特曲線，定義施密特參數(shù)為Tt。
圖5是實現(xiàn)系統(tǒng)溫控狀態(tài)的流程圖。參見圖5，首先，在步驟S1，BIOS 1讀取系統(tǒng)當前的溫控狀態(tài)并假定為KSn，在步驟S2 BIOS 1獲取CPU的溫度Tj，并在步驟S3與溫控狀態(tài)中下一個狀態(tài)KSn+1的閾值溫度Tsn+1進行比較，如果溫度Tj超過了Tsn+1，則在步驟S4系統(tǒng)溫控狀態(tài)進入下一個狀態(tài)KSn+1；否則，控制程序返回到步驟S2，繼續(xù)定時地讀取CPU溫度Tj。以下是實現(xiàn)控制曲線的邏輯程序如果(S＝＝KS0 && Tj＞Ts1)S＝KS1；如果(S＝＝KS1 && Tj＞Ts2)S＝KS2；如果(S＝＝KS2 && Tj＞Ts3)S＝KS3；系統(tǒng)溫度下降狀態(tài)的控制與上升狀態(tài)基本類似，區(qū)別在于，當溫控狀態(tài)從高溫度狀態(tài)KSn+1進入到低溫度狀態(tài)KSn的閾值溫度是Tsn+1-Tt，而不是Tsn+1。以下是實現(xiàn)該控制曲線的邏輯程序如果(S＝＝KS3 && Tj＜TS3-Tt)S＝KS2；如果(S＝＝KS2 && Tj＜TS2-Tt)S＝KS1；如果(S＝＝KS1 && Tj＜TS1-Tt)S＝KS0；上面是在BIOS 1中的系統(tǒng)溫控方案。上面定義的電源風扇51轉速的電壓Vpwfan只是一個相對理想的系統(tǒng)輸出電壓，并不真是的電源風扇51轉速。真正的電源風扇51的轉速由電源本體中的電源測溫器54與主板中的BIOS 1共同控制。電源控制方案設計如下調(diào)整電源內(nèi)部的溫度控制曲線改為分檔控制，同樣定義為0V，8V，12V。此轉速控制是通過電源測溫器54監(jiān)測電源內(nèi)部的溫度Tp，進而控制電源風扇51轉速。定義兩個溫度域值為Tp1，Tp2，并且該電源內(nèi)部本身的溫控曲線見圖3。在圖3中，Vpw是電源本體對電源風扇51的理想控制電壓，實際的電源風扇電壓由電源本體的Vpw與BIOS提供的電源風扇控制電壓Vpwfan共同控制，其控制邏輯如下Vfan＝Max(Vpw，Vpwfan)圖4示出了實現(xiàn)該邏輯的電路。從該電路圖中可以看出，由兩個二極管構成的鉗位電路將Vpw和Vpwfan中電壓值較大的一個Vfan輸出給電源風扇。
以上的電源風扇51控制方案既保證了系統(tǒng)散熱的需求，也保證了電源本體自身散熱的需求，對電源和系統(tǒng)來說都是安全的，不會帶來其他負面的影響。
上面詳述了系統(tǒng)溫控策略的實現(xiàn)原理及方式，并提出了幾個公式及控制曲線。下面分析一下各參數(shù)的選取方法與初步設定值及其意義。
1.采樣時間Tm的確定。
采樣時間決定了系統(tǒng)對散熱的響應敏感度，也會影響系統(tǒng)中各風扇的最小開關時間。由于溫度變化是一個比較緩慢的過程，同時CPU風扇又不會停轉，CPU的最小散熱得到了保證，故可以設計采樣時間為秒級?？梢远xTj的采樣周期Tm為8秒。此采樣周期由BIOS 1截獲SMI中斷獲得，由于BIOS 1中只需要簡單地讀取Tj并進行幾個比較及輸出，不會影響時鐘中斷的工作，也不會影響系統(tǒng)時鐘的準確性。
2.Ts1，Ts2，Ts3的確定這三個參數(shù)的確定是非常重要的，它決定了系統(tǒng)的幾種噪音狀態(tài)的不同溫度范圍。其中，Ts1是系統(tǒng)(0V，8V)到(8V，8V)狀態(tài)的切換溫度，其含義是CPU風扇3低轉，電源風扇51從停轉到低轉的切換溫度，也是最低系統(tǒng)散熱狀態(tài)下的最高允許溫度。Ts2是系統(tǒng)(8V，8V)到(8V，12V)狀態(tài)的切換溫度，其含義是電源風扇51低轉，CPU風扇3從低轉到高轉的切換溫度。Ts3是系統(tǒng)(8V，12V)到(12V，12V)狀態(tài)的切換溫度，其含義是CPU風扇3高轉，電源風扇51從低轉到高轉的切換溫度，也是系統(tǒng)啟動最大散熱狀態(tài)的最低溫度。下表是Intel的P4的溫度參數(shù)，

可以明確的看出，Willamette的P4溫度允許值Tc最低為70度，而Northwood由于更換了制造工藝，溫度值Tc降到了63度，故與Willamette的參數(shù)存在很大的差別。這樣，可以明確，系統(tǒng)溫控對Willamette與Northwood將采用不同的設定值。對于Willamette來說，Tc最低為70度，實測的Tj會比Tc高1度左右，故Tj極值為71度。考慮到Tj的測試誤差為±3度，并考慮安全性并留較大的裕量，可以初步設定Ts3為60度。這樣，使CPU的Tj在60度時就啟動最大散熱模式，保證了系統(tǒng)的散熱。
Ts2代表了電源風扇51低轉，CPU風扇3從低轉到高轉的切換溫度，它代表著在CPU存在短期溫升時CPU風扇3需要滿轉的溫度，參考Ts3的溫度設定，可設定Ts2為50度。
Ts1代表了系統(tǒng)的最低散熱狀態(tài)下的溫度最高允許值，考慮到在25度常溫，系統(tǒng)在Desktop的應用環(huán)境下，此時的Tj應小于Ts1?？紤]到系統(tǒng)的內(nèi)部溫升及CPU的最小發(fā)熱量，可設定Ts1為40度。
3.Tt的確定Tt是為防止系統(tǒng)溫度出現(xiàn)較快振蕩而設計的施密特參數(shù)，即上升和下降的溫度比較差值?？稍O定為Tt＝3。
4.Tp1，Tp2的設定由于Tp1，Tp2是電源內(nèi)部的溫度，與其監(jiān)測點在電源5內(nèi)部的位置有關，不同的電源會有不同。故此參數(shù)不由系統(tǒng)決定，而是由電源廠家自行決定。決定的原則為Tp2是為防止電源本體5的溫度過高時的風扇最低打開溫度，Tp1為在25度常溫下電源本體5的無風扇散熱的最大溫度允許值。如電源的溫度傳感器反映電源內(nèi)空氣溫度，可建議Tp2＝55度，Tp1＝40度。
上面初步設定了幾個參數(shù)的初值，具體數(shù)值還需要測試決定。下面是測試的原則及要達成的效果。
1.系統(tǒng)在25度常溫下，Win98的桌面狀態(tài)，無應用程序運行時，系統(tǒng)應處于KS0狀態(tài)。
2.系統(tǒng)在25度常溫下，系統(tǒng)在Win98下運行3DMark2000的Demo，系統(tǒng)應處于KS1或KS0狀態(tài)。
3.系統(tǒng)在35度高溫下，系統(tǒng)在Win98下運行3DMark2000的Demo，系統(tǒng)應處于KS2或KS1狀態(tài)。
4.系統(tǒng)在35度高溫下，運行MaxPower 75％，，系統(tǒng)應處于KS3狀態(tài)。
在每一個不同的系統(tǒng)中，需要根據(jù)以上的原則進行測試，并結合初值的設定原則，決定Ts1，Ts2，Ts3的最后數(shù)值。
為了方便測試，需要在BIOS中的Setup里預留系統(tǒng)溫控的選項，包括Enable/Disable(啟動/關斷)，Ts1設定，Ts2設定，Ts3設定。Ts1，Ts2，Ts3的設定范圍均為30度至65度，溫度梯度為2度。在系統(tǒng)評測完成后，在銷售計算機之前需屏蔽掉Ts1，Ts2，Ts3的設定，僅留系統(tǒng)溫控的Enable/Disable選項。
上面敘述了系統(tǒng)溫控的實現(xiàn)方法，我們可以很簡單地預估一下它的噪音控制效果。假設在無系統(tǒng)溫控時系統(tǒng)的滿載噪音為35dB，即KS3為35dB?？珊苋菀椎販y試出其他各狀態(tài)的噪音值。先估算一下，由于KS2狀態(tài)是將電源風扇變?yōu)榈娃D，可估計為KS2＝32dB，其它同理可估計為KS1＝30dB，KS0＝27dB。
如果上述測試要求能夠滿足，就可以看到，在常溫下運行3D等大型游戲軟件時系統(tǒng)噪音將控制在30dB左右，效果非常明顯。
下面再分析一下實行系統(tǒng)溫控可能會遇到的幾個問題。
1.機型的配合理論上系統(tǒng)溫控方案應對每一個機型定制方案，其實也就是對Ts1，Ts2，Ts3的選擇需重新設定。對于同一機型中的不同主板，雖然BIOS會有不同，但溫控參數(shù)應是相同的。
2.CPU的升級問題對于Northwood與Willamette這樣大的CPU切換動作，系統(tǒng)溫控是一定需要重新設定參數(shù)的。但對于Willamette系列的常規(guī)CPU升級，可采用分檔的方法。比如1.5G到1.8G都采用1.8G的散熱片及參數(shù)，而1.9G與2.0G都采用2G的散熱片及參數(shù)。
3.散熱片選擇問題對于同一頻率CPU的不同散熱片的選擇，問題并不大。只要散熱片能夠符合散熱的要求，不同的散熱片最多會帶來不同的噪音效果，這與不采用系統(tǒng)溫控是一樣的。但需注意的是，需要測試散熱片上的風扇在8V狀態(tài)下的轉速穩(wěn)定度及其散熱噪音效果。只要通過了8V的穩(wěn)定度試驗，此散熱片即可應用在系統(tǒng)中。
以上針對具體的實施例描述了本發(fā)明，本技術領域內(nèi)的人可以想到，在不脫離本發(fā)明的權利要求所涵蓋的范圍內(nèi)還可以做出其它的變化、修改，且均在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，在本實施例中，對CPU風扇3的控制采用(8V，12V)的二檔控制，但可以想到，也可以采用三檔或更多檔次的其它電壓控制，以實現(xiàn)更好的散熱靜音效果。同樣對于電源風扇也可以采用多于或少于三檔的其它電壓控制，且這些變化均在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種計算機用溫控裝置，包括CPU溫度讀取裝置，用于讀取CPU的溫度；CPU風扇；控制裝置，與CPU溫度讀取裝置相連，從該裝置接收指示CPU溫度的信號，并根據(jù)該信號輸出二個控制信號；與CPU風扇和控制裝置連接的CPU風扇轉速控制裝置，用于根據(jù)從控制裝置接收的控制信號而輸出一個CPU風扇控制信號(Vcpufan)來調(diào)節(jié)CPU風扇的轉速；與控制裝置連接的外部電源風扇轉速控制裝置，用于根據(jù)控制裝置輸出的另一個控制信號輸出一個電源風扇控制信號(Vpwfan)；計算機電源，包括電源測溫器，用于檢測電源本身的溫度；計算機電源風扇；與電源測溫器連接的內(nèi)部電源風扇轉速控制裝置，用于根據(jù)電源測溫器提供的信號輸出一個內(nèi)部電源風扇控制信號(Vpw)；選擇器，與內(nèi)部電源風扇轉速控制裝置和外部電源風扇轉速控制裝置連接，用于輸出內(nèi)部電源風扇控制信號(Vpw)與外部電源風扇控制信號(Vpwfan)二者中電壓值較大者作為計算機電源風扇的溫控電壓信號給電源風扇來控制電源風扇轉速。
2.如權利要求1所述的裝置，其中所述的控制裝置是計算機主板上的BIOS控制器。
3.如權利要求1或2所述的裝置，其中CPU風扇溫控電壓信號(Vcpufan)取值是介于0伏與CPU風扇最大額定電壓之間的多個離散值，電源風扇的溫控電壓信號(Vpwfan)取值是介于0伏與電源風扇最大額定電壓之間的多個離散值。
4.如權利要求3所述的裝置，其中CPU風扇溫控電壓信號(Vcpufan)取值范圍是(8V，12V)，電源風扇的溫控電壓信號(Vpwfan)取值范圍是(0V，8V，12V)。
5.一種實現(xiàn)計算機溫度控制的方法，包括1)通過CPU溫度讀取裝置定時地讀取CPU溫度；2)通過控制裝置將該溫度與溫度閾值進行比較，并根據(jù)比較結果輸出二個溫控信號給CPU風扇轉速控制裝置和外部電源風扇轉速控制裝置；3)CPU的風扇轉速控制裝置利用來自控制裝置的溫控信號通過輸出一個CPU風扇轉速控制信號(Vcpufan)來調(diào)節(jié)CPU風扇轉速；4)通過一個外部電源風扇轉速控制裝置將來自控制裝置的溫控信號轉換成一個外部電源風扇控制信號(Vpwfan)；5)利用電源內(nèi)的測溫器測量電源本身溫度并通過電源內(nèi)部的電源風扇轉速控制裝置輸出一個內(nèi)部電源風扇控制信號(Vpw)；
6)通過一個選擇器有選擇地輸出外部和內(nèi)部電源風扇控制信號(Vpwfan，Vpw)中電壓值較大者作為計算機電源風扇的溫控電壓信號給電源風扇，由此來控制電源風扇轉速。
6.如權利要求5所述的方法，其中步驟(2)中所述的閾值是使溫控狀態(tài)進入相鄰的下一狀態(tài)的閾值溫度。
7.如權利要求5或6所述的方法，其中CPU風扇溫控電壓信號(Vcpufan)取值是介于0伏與CPU風扇最大額定電壓之間的多個離散值，電源風扇的溫控電壓信號(Vpwfan)取值是介于0伏與電源風扇最大額定電壓之間的多個離散值。
8.如權利要求7所述的方法，其中溫控電壓信號(Vcpufan)取值范圍是(8V，12V)，電源的溫控電壓信號(Vpwfan)是(0V，8V，12V)。
全文摘要
計算機溫度控制的裝置和方法，通過CPU溫度讀取裝置定時地讀取CPU溫度，通過控制裝置將該溫度與溫度閾值進行比較，并根據(jù)比較結果輸出二個溫控電壓信號，CPU的風扇控制裝置利用其中一個電壓信號調(diào)節(jié)CPU風扇轉速，同時通過一個選擇器有選擇地輸出溫控電壓和與電源內(nèi)部的測溫器測量的電源溫度相對應的電壓中電壓值較大者，通過電源風扇轉速控制裝置利用輸出的較大電壓控制電源風扇轉速。
文檔編號G05D23/00GK1412646SQ01136490
公開日2003年4月23日 申請日期2001年10月19日 優(yōu)先權日2001年10月19日
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