專利名稱：脈沖寬度調(diào)制裝置的溫度控制裝置及其溫度控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種溫度控制裝置及其溫度控制方法，特別涉及一種脈沖寬度調(diào)制裝置的溫度控制裝置及其溫度控制方法。
背景技術(shù)：
目前，在主機(jī)板中，中央處理單元(Central Processing Unit，簡(jiǎn)稱CPU)所需的穩(wěn)定電源是通過(guò)脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation，簡(jiǎn)稱PWM)裝置來(lái)做適當(dāng)?shù)乜刂?。?duì)于目前的中央處理單元而言，因?yàn)橹瞥膛c設(shè)計(jì)技術(shù)愈來(lái)愈先進(jìn)，所以中央處理單元的速度愈來(lái)愈快。再者，在同行業(yè)的相互競(jìng)爭(zhēng)之下，中央處理單元的速度已達(dá)到GHz(1GHz＝109Hz)的等級(jí)，但是相對(duì)而言，中央處理單元所需的電流也由原來(lái)的數(shù)十安培增加到目前的70安培左右，甚至推估未來(lái)可能突破100安培，也就是說(shuō)中央處理單元的消耗功率將會(huì)達(dá)到120瓦特左右，而如此高的瓦特?cái)?shù)伴隨而來(lái)的熱問(wèn)題將會(huì)成為另一個(gè)必須克服且棘手的問(wèn)題。對(duì)于中央處理單元所產(chǎn)生的熱量，目前的業(yè)內(nèi)人士是通過(guò)增加散熱面積或輔助的散熱裝置，而使中央處理單元所產(chǎn)生的熱量降低，所以中央處理單元所產(chǎn)生的熱量可以獲得解決。
然而，對(duì)于脈沖寬度調(diào)制裝置而言，當(dāng)中央處理單元所需的電流增加時(shí)，由于中央處理單元所需的電流是由脈沖寬度調(diào)制裝置提供，所以脈沖寬度調(diào)制裝置將會(huì)因?yàn)樘峁┹^大的電流，而使脈沖寬度調(diào)制裝置產(chǎn)生相當(dāng)大的熱量及功率消耗。當(dāng)脈沖寬度調(diào)制裝置所產(chǎn)生的熱量太大時(shí)，將會(huì)使脈沖寬度調(diào)制裝置不穩(wěn)定或損壞，如此一來(lái)，將不能提供穩(wěn)定的電源給中央處理單元，從而導(dǎo)致整個(gè)主機(jī)板失去效用。由于脈沖寬度調(diào)制裝置的體積通常相當(dāng)小，并且因?yàn)橹鳈C(jī)板的空間有限，所以增加散熱裝置及散熱面積均不適用于降低脈沖寬度調(diào)制裝置所產(chǎn)生的熱量，因此，如何減少脈沖寬度調(diào)制裝置所產(chǎn)生的熱量變成開發(fā)者急待解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種脈沖寬度調(diào)制裝置的溫度控制裝置及其溫度控制方法。本發(fā)明是利用溫度探測(cè)器及溫度探測(cè)比較器，而達(dá)成使脈沖寬度調(diào)制裝置的表面熱量降低的目的。
為達(dá)到上述及其它目的，本發(fā)明提出一種脈沖寬度調(diào)制裝置的溫度控制裝置。此溫度控制裝置包括溫度探測(cè)器、以及溫度探測(cè)比較器。其中，溫度探測(cè)器是置于脈沖寬度調(diào)制裝置的周圍，用以探測(cè)脈沖寬度調(diào)制裝置的目前工作溫度。而溫度探測(cè)比較器是耦合連接至溫度探測(cè)器及脈沖寬度調(diào)制裝置，用以將目前工作溫度，與最高限定溫度及最低限定溫度做比較。當(dāng)目前工作溫度高于最高限定溫度時(shí)，則使脈沖寬度調(diào)制裝置的工作頻率降低一個(gè)頻率調(diào)諧步階。當(dāng)目前工作溫度低于最低限定溫度時(shí)，則使工作頻率增加一個(gè)頻率調(diào)諧步階。而當(dāng)目前工作溫度介于最高限定溫度與最低限定溫度之間時(shí)，則工作頻率保持不變。另一優(yōu)點(diǎn)為當(dāng)系統(tǒng)在低溫零下20℃工作時(shí)增加頻率可以使系統(tǒng)更穩(wěn)定，因?yàn)榇藭r(shí)電容容值會(huì)因?yàn)榈蜏囟冃。敵鰸i波(ripple)變大，所以在低溫時(shí)將脈沖寬度調(diào)制裝置的工作頻率增加可以使?jié)i波變小，如此一來(lái)就可以不用增加輸出電容而又能增加系統(tǒng)在低溫工作的穩(wěn)定性。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，最高限定溫度、最低限定溫度、以及頻率調(diào)諧步階可以根據(jù)需要而調(diào)整。脈沖寬度調(diào)制裝置是用以提供中央處理單元所需的輸出電流。而脈沖寬度調(diào)制裝置的工作頻率在經(jīng)過(guò)變化后的一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)，不會(huì)變動(dòng)，這是因?yàn)楣ぷ黝l率變化得太頻繁，將會(huì)導(dǎo)致計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的不穩(wěn)定。
本發(fā)明還提出一種脈沖寬度調(diào)制裝置的溫度控制方法。在此溫度控制方法中，首先會(huì)探測(cè)脈沖寬度調(diào)制裝置的目前工作溫度。之后，當(dāng)目前工作溫度高于最高限定溫度時(shí)，則使脈沖寬度調(diào)制裝置的工作頻率降低一個(gè)頻率調(diào)諧步階。當(dāng)目前工作溫度低于最低限定溫度時(shí)，則使工作頻率增加一個(gè)頻率調(diào)諧步階。而當(dāng)目前工作溫度介于最高限定溫度與最低限定溫度之間時(shí)，則工作頻率保持不變。
綜上所述，本發(fā)明是利用溫度探測(cè)器來(lái)探測(cè)脈沖寬度調(diào)制裝置的目前工作溫度，并且通過(guò)溫度探測(cè)比較器，將目前工作溫度，與最高限定溫度及最低限定溫度做比較。當(dāng)目前工作溫度高于最高限定溫度時(shí)，則使脈沖寬度調(diào)制裝置的工作頻率降低，如此一來(lái)，脈沖寬度調(diào)制裝置的功率消耗將會(huì)降低，而使脈沖寬度調(diào)制裝置的表面的熱量降低，所以本發(fā)明可增加脈沖寬度調(diào)制裝置的壽命。再者，由于本發(fā)明并不需要散熱裝置，即可達(dá)到減少脈沖寬度調(diào)制裝置的熱量產(chǎn)生的目的且在低溫下又不需額外增加輸出電容，因此可節(jié)省成本。
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，能更加明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附圖標(biāo)，做詳細(xì)說(shuō)明如下


圖1是脈沖寬度調(diào)制裝置與中央處理單元之間的電路示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明一較佳實(shí)施例的脈沖寬度調(diào)制裝置的溫度控制裝置的電路示意圖；圖3是脈沖寬度調(diào)制裝置的頻率與溫度的控制關(guān)系曲線圖；以及圖4是根據(jù)本發(fā)明一較佳實(shí)施例的脈沖寬度調(diào)制裝置的溫度控制方法的流程圖。
圖中10，202 脈沖寬度調(diào)制裝置102 脈沖寬度調(diào)制器104，204 中央處理單元106 輸出端108，110 開關(guān)112、116 電感114，120 電容20 溫度控制裝置206 溫度探測(cè)器208 溫度探測(cè)比較器S402-S410本發(fā)明的一較佳實(shí)施例的施實(shí)步驟具體實(shí)施方式
脈沖寬度調(diào)制技術(shù)已廣泛地運(yùn)用于目前電源控制的技術(shù)上。在主機(jī)板中，中央處理單元所需的穩(wěn)定電源是通過(guò)脈沖寬度調(diào)制裝置來(lái)做適當(dāng)?shù)乜刂?。接下?lái)請(qǐng)參照?qǐng)D1，其示意的是脈沖寬度調(diào)制裝置與中央處理單元之間的電路示意圖。由圖1可知，脈沖寬度調(diào)制裝置10包括脈沖寬度調(diào)制器102、開關(guān)108、開關(guān)110、電感112、電容114、電感116、以及電容120。接下來(lái)將分為輸入電源部分、電壓準(zhǔn)位控制部分、電源回授部分、工作頻率控制部分、以及輸出電源部分做說(shuō)明。
對(duì)于輸入電源部分而言，一般為高電壓低電流轉(zhuǎn)換成低電壓高電流。依據(jù)能量守恒原理(輸入電壓×輸入電流＝輸出電壓×輸出電流)，以英特爾(Intel)的P4架構(gòu)為例，輸入電壓為12V，輸出電壓為1.5V，在最大輸出電流為70安培的情況下，輸入電流將達(dá)到8.75安培。
對(duì)于電壓準(zhǔn)位控制部分而言，中央處理單元104的核心電壓是由五根引腳(VID0-VID4)來(lái)控制，脈沖寬度調(diào)制器102會(huì)依據(jù)不同種類的中央處理單元104所發(fā)出的VID信號(hào)，來(lái)調(diào)節(jié)其所需的電壓準(zhǔn)位。
對(duì)于電源回授部分而言，會(huì)由輸出端106回授電壓，通過(guò)此來(lái)監(jiān)控輸出端106的輸出電壓的變化，以使輸出電壓穩(wěn)定。
對(duì)于工作頻率控制部分而言，脈沖寬度調(diào)制器102的工作頻率的設(shè)定，需兼顧輸出電壓的品質(zhì)及周圍組件因熱而產(chǎn)生的組件壽命短的問(wèn)題。如果工作頻率設(shè)定太低，則會(huì)造成整個(gè)電源系統(tǒng)的反應(yīng)速度過(guò)慢，而使輸出電壓產(chǎn)生漣波(ripple)過(guò)大的問(wèn)題。而如果工作頻率設(shè)定太高，則會(huì)使得計(jì)算機(jī)系統(tǒng)因功率損耗過(guò)大而產(chǎn)生功率轉(zhuǎn)換變差的問(wèn)題，而且會(huì)使得組件產(chǎn)生壽命變短的問(wèn)題。因此，脈沖寬度調(diào)制器102的工作頻率大部分均采用適合的固定工作頻率。
對(duì)于輸出電源部分而言，其工作原理為當(dāng)輸出電源因電流過(guò)大而不足時(shí)，開關(guān)108會(huì)關(guān)閉，而開關(guān)110會(huì)打開，此時(shí)電流會(huì)由外部電源流入。當(dāng)輸出電壓過(guò)高時(shí)，開關(guān)108會(huì)打開，而開關(guān)110會(huì)關(guān)閉，此時(shí)會(huì)形成回路，而使脈沖寬度調(diào)制裝置10提供穩(wěn)定的電源給中央處理單元104。
對(duì)于一般的電子組件而言，所損耗的功率會(huì)以熱能的方式產(chǎn)生。接下來(lái)將說(shuō)明脈沖寬度調(diào)制裝置10在切換過(guò)程中所產(chǎn)生的功率消耗。脈沖寬度調(diào)制裝置10的總功率消耗(Ploss)＝傳導(dǎo)功率消耗(Pconduction)+切換功率消耗(Pswitching)。上述的Pconduction＝Io2×R×D，其中，Io為輸出電流，R為脈沖寬度調(diào)制裝置10的直流阻抗，而D為轉(zhuǎn)換率(即輸出電壓除以輸入電壓)。而上述的Pswitching＝Vin×Io×f×[(tr+tf)/2]，其中，Vin為輸入電壓，R為脈沖寬度調(diào)制裝置10的工作頻率，tr為上升時(shí)間而tf為下降時(shí)間。當(dāng)脈沖寬度調(diào)制裝置10的電路設(shè)計(jì)完成時(shí)，其各項(xiàng)參數(shù)均已固定，所以唯一可變動(dòng)的就是其工作頻率。由于當(dāng)中央處理單元104所需的電流變大時(shí)，Pconduction及Pswitching會(huì)同時(shí)增加，所以可通過(guò)將脈沖寬度調(diào)制裝置10的工作頻率降低，而使得Pswitching減少。對(duì)于目前的脈沖寬度調(diào)制裝置而言，其工作頻率的操作范圍很廣，可從幾kHz至幾MHz，但就實(shí)用性及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性而言，一般均操作在200kHz附近。
接下來(lái)請(qǐng)參照?qǐng)D2，其示意的是根據(jù)本發(fā)明一較佳實(shí)施例的脈沖寬度調(diào)制裝置的溫度控制裝置的電路示意圖。其中，脈沖寬度調(diào)制裝置202是用以提供中央處理單元204所需的輸出電流。由圖2可知，溫度控制裝置20包括溫度探測(cè)器206、以及溫度探測(cè)比較器208。接下來(lái)將說(shuō)明溫度控制裝置20的各部分的功能。
溫度探測(cè)器206是置于脈沖寬度調(diào)制裝置202的周圍，用以探測(cè)脈沖寬度調(diào)制裝置202的目前工作溫度。而溫度探測(cè)比較器208為耦合連接至溫度探測(cè)器206及脈沖寬度調(diào)制裝置202，用以將目前工作溫度，與最高限定溫度及最低限定溫度做比較。當(dāng)目前工作溫度高于最高限定溫度時(shí)，則使脈沖寬度調(diào)制裝置202的工作頻率降低一個(gè)頻率調(diào)諧步階。當(dāng)目前工作溫度低于最低限定溫度時(shí)，則使工作頻率增加一個(gè)頻率調(diào)諧步階。而當(dāng)目前工作溫度介于最高限定溫度與最低限定溫度之間時(shí)，則工作頻率保持不變。在此需注意的是，脈沖寬度調(diào)制裝置202的工作頻率在經(jīng)過(guò)變化后的一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)，不會(huì)變動(dòng)，這是因?yàn)槊}沖寬度調(diào)制裝置202的工作頻率變化得太頻繁，將會(huì)導(dǎo)致計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的不穩(wěn)定。另外，最高限定溫度、最低限定溫度、以及頻率調(diào)諧步階可以根據(jù)需要而做調(diào)整。而脈沖寬度調(diào)制裝置20之頻率與溫度的控制關(guān)系曲線圖，可例如參照?qǐng)D3所示意。
接下來(lái)請(qǐng)參照?qǐng)D4，其示意的是根據(jù)本發(fā)明一較佳實(shí)施例的脈沖寬度調(diào)制裝置的溫度控制方法的流程圖。并且會(huì)配合圖2做說(shuō)明。在此溫度控制方法中，首先會(huì)設(shè)定脈沖寬度調(diào)制裝置202的工作頻率，并且會(huì)設(shè)定最高限定溫度、最低限定溫度、以及頻率調(diào)諧步階(如步驟S402)。接下來(lái)，會(huì)通過(guò)溫度探測(cè)器206來(lái)探測(cè)脈沖寬度調(diào)制裝置202的目前工作溫度，并且通過(guò)溫度探測(cè)比較器208，將目前工作溫度分別與最高限定溫度及最低限定溫度進(jìn)行比較(如步驟S404)。之后，當(dāng)目前工作溫度高于最高限定溫度時(shí)，則工作頻率會(huì)降低一個(gè)變動(dòng)頻率(如步驟S406)。當(dāng)目前工作溫度低于最低限定溫度時(shí)，則工作頻率會(huì)增加一個(gè)變動(dòng)頻率(如步驟S408)。而當(dāng)目前工作溫度介于最高限定溫度與最低限定溫度之間時(shí)，則工作頻率會(huì)保持不變(如步驟S410)。在此需特別注意的是，脈沖寬度調(diào)制裝置202的工作頻率不可變換的太頻繁，否則會(huì)造成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的不穩(wěn)定。舉例而言，假設(shè)最高限定溫度為50℃，最低限定溫度為10℃，頻率調(diào)諧步階為10kHz，而脈沖寬度調(diào)制裝置202的設(shè)定的工作頻率為200kHz。當(dāng)溫度探測(cè)器206探測(cè)到脈沖寬度調(diào)制裝置202的目前工作溫度超過(guò)50℃，則會(huì)通過(guò)溫度探測(cè)比較器208，使脈沖寬度調(diào)制裝置202的工作頻率降低為190kHz。當(dāng)溫度探測(cè)器206探測(cè)到脈沖寬度調(diào)制裝置202的目前工作溫度低于10℃，則會(huì)通過(guò)溫度探測(cè)比較器208，使脈沖寬度調(diào)制裝置202的工作頻率增加為210kHz。而當(dāng)溫度探測(cè)器206探測(cè)到脈沖寬度調(diào)制裝置202的目前工作溫度介于10℃與50℃之間時(shí)，則脈沖寬度調(diào)制裝置202的工作頻率會(huì)保持在200kHz。
由上述可知，當(dāng)脈沖寬度調(diào)制裝置202的目前工作溫度高于最高限定溫度時(shí)，則脈沖寬度調(diào)制裝置202的工作頻率會(huì)降低，如此一來(lái)，脈沖寬度調(diào)制裝置202的切換功率消耗就會(huì)降低，而使得脈沖寬度調(diào)制裝置202所產(chǎn)生的熱量降低，因此可增加脈沖寬度調(diào)制裝置202的使用壽命。
綜上所述，本發(fā)明是利用溫度探測(cè)器來(lái)探測(cè)脈沖寬度調(diào)制裝置的目前工作溫度，并且通過(guò)溫度探測(cè)比較器，將目前工作溫度，與最高限定溫度及最低限定溫度做比較。當(dāng)目前工作溫度高于最高限定溫度時(shí)，則使脈沖寬度調(diào)制裝置的工作頻率降低，如此一來(lái)，脈沖寬度調(diào)制裝置的功率消耗將會(huì)降低，而使脈沖寬度調(diào)制裝置的表面的熱量降低，所以本發(fā)明可增加脈沖寬度調(diào)制裝置的壽命。再者，由于本發(fā)明并不需要散熱裝置，即可達(dá)到減少脈沖寬度調(diào)制裝置的熱量產(chǎn)生的目的，因此可節(jié)省成本。
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露于上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習(xí)此技術(shù)的，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可以作各種更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)視后附的申請(qǐng)專利范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種脈沖寬度調(diào)制裝置的溫度控制裝置，特征在于其包括一溫度探測(cè)器，置于該脈沖寬度調(diào)制裝置的周圍，用以探測(cè)該脈沖寬度調(diào)制裝置的一目前工作溫度；以及一溫度探測(cè)比較器，耦合連接至該溫度探測(cè)器及該脈沖寬度調(diào)制裝置，用以將該目前工作溫度，與一最高限定溫度及一最低限定溫度做比較，當(dāng)該目前工作溫度高于該最高限定溫度時(shí)，則使該脈沖寬度調(diào)制裝置的一工作頻率降低一頻率調(diào)諧步階，而當(dāng)該目前工作溫度低于該最低限定溫度時(shí)，則使該工作頻率增加該頻率調(diào)諧步階。
2.如權(quán)利要求1所述的脈沖寬度調(diào)制裝置的溫度控制裝置，其中當(dāng)該目前工作溫度介于該最高限定溫度與該最低限定溫度之間時(shí)，則該工作頻率保持不變。
3.如權(quán)利要求1所述的脈沖寬度調(diào)制裝置的溫度控制裝置，其中該最高限定溫度、該最低限定溫度、以及該頻率調(diào)諧步階可以調(diào)整。
4.如權(quán)利要求1所述的脈沖寬度調(diào)制裝置的溫度控制裝置，其中該工作頻率在經(jīng)過(guò)變化后的一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)，不會(huì)變動(dòng)。
5.如權(quán)利要求1所述的脈沖寬度調(diào)制裝置的溫度控制裝置，其中該脈沖寬度調(diào)制器用以提供一中央處理單元所需的一輸出電流。
6.一種脈沖寬度調(diào)制裝置的溫度控制方法，特征在于其包括下列步驟探測(cè)該脈沖寬度調(diào)制裝置的一目前工作溫度；當(dāng)該目前工作溫度高于一最高限定溫度時(shí)，則使該脈沖寬度調(diào)制裝置的一工作頻率降低一頻率調(diào)諧步階；以及當(dāng)該目前工作溫度低于一最低限定溫度時(shí)，則使該工作頻率增加該頻率調(diào)諧步階。
7.如權(quán)利要求6所述的脈沖寬度調(diào)制裝置的溫度控制方法，其中當(dāng)該目前工作溫度介于該最高限定溫度與該最低限定溫度之間時(shí)，則該工作頻率保持不變。
8.如權(quán)利要求6所述的脈沖寬度調(diào)制裝置的溫度控制方法，其中該最高限定溫度、該最低限定溫度、以及該頻率調(diào)諧步階可以調(diào)整。
9.如權(quán)利要求6所述的脈沖寬度調(diào)制裝置的溫度控制方法，其中該工作頻率在經(jīng)過(guò)變化后的一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)，不會(huì)變動(dòng)。
10.如權(quán)利要求6所述的脈沖寬度調(diào)制裝置的溫度控制方法，其中該脈沖寬度調(diào)制器會(huì)產(chǎn)生一輸出電流。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種脈沖寬度調(diào)制裝置的溫度控制裝置及其溫度控制方法。利用溫度探測(cè)器來(lái)探測(cè)脈沖寬度調(diào)制裝置的目前工作溫度，并且通過(guò)溫度探測(cè)比較器，將目前工作溫度，與最高限定溫度及最低限定溫度做比較。當(dāng)目前工作溫度高于最高限定溫度時(shí)，則使脈沖寬度調(diào)制裝置的工作頻率降低，如此一來(lái)，脈沖寬度調(diào)制裝置的功率消耗將會(huì)降低，而使脈沖寬度調(diào)制裝置的表面的熱量降低，所以本發(fā)明可增加脈沖寬度調(diào)制裝置的壽命。在低溫零下20℃時(shí)增加頻率可以使系統(tǒng)更穩(wěn)定，因?yàn)榇藭r(shí)電容容值非常小，增加頻率可以減少漣波。再者，由于本發(fā)明并不需要散熱裝置，即可達(dá)成減少脈沖寬度調(diào)制裝置的熱量產(chǎn)生的目的。且在低溫下又不需額外增加輸出電容，因此可節(jié)省成本。
文檔編號(hào)G05F1/10GK1538259SQ03109900
公開日2004年10月20日 申請(qǐng)日期2003年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月15日
發(fā)明者高金山, 吳國(guó)揚(yáng) 申請(qǐng)人:微星科技股份有限公司