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Title:
FAN CONTROLLER FOR REDUCING BEATING SOUND FROM A PLURALITY OF FANS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/028009
Kind Code:
A1
Abstract:
A control technique for keeping a revolution with the same or specific relationship by giving a feedback of the revolution to each fan in order to reduce “beating sound” arising due to rotational errors of each fan in using a plurality of fans on an electronic apparatus and the like, wherein the revolutions of a plurality of fans can be controlled stably and accurately in a simple circuit configuration. A control fan revolution control circuit (606 (#i)) at first controls a control fan PWM signal (615 (#i)) to be supplied to a control fan (602 (#i)) by comparing each of revolution signals (613, 614) respectively corresponding to a reference fan (601) and the control fan (602 (#i)) such that the revolutions of the fans (601) and (602 (#i)) may be substantially matched, and subsequently controls a control fan power supply signal (616 (#i)) to be supplied to the control fan (602 (#i)) to ensure matching control of the revolutions exceeding that of the PWM control.

Inventors:
SAKUMA SHIGEO (JP)
Application Number:
PCT/JP2007/000917
Publication Date:
March 05, 2009
Filing Date:
August 27, 2007
Export Citation:
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Assignee:
FUJITSU LTD (JP)
SAKUMA SHIGEO (JP)
International Classes:
F04D27/00; H02P5/50
Foreign References:
JP2004205095A2004-07-22
JPH0380626A1991-04-05
Attorney, Agent or Firm:
OSUGA, Yoshiyuki (Nibancho Bldg. 8-20,Nibancho, Chiyoda-k, Tokyo 84, JP)
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Claims:
 パルス幅変調信号を入力して回転数を制御する機構と回転数に対応する信号を検出する機構とを備えた複数のファンの回転数の相互関係を制御する装置であって、
 前記各制御ファンから出力される各回転数に対応する信号と前記基準ファンから出力される回転数に対応する信号とに基づき、前記各制御ファンの回転数が前記基準ファンの回転数に概略一致する各制御ファンパルス幅変調信号を出力して前記各制御ファンに供給する制御ファンパルス幅変調制御手段と、
 該制御ファンパルス幅変調制御手段による制御に引き続いて、前記各制御ファンから出力される各回転数に対応する信号と前記基準ファンから出力される回転数に対応する信号とに基づき、前記各制御ファンの回転数が前記基準ファンの回転数に一致するような各制御ファン電源信号を出力して前記各制御ファンに供給する制御ファン電圧制御手段と、
 を含むことを特徴とする複数のファンのうなり音を抑えたファン制御装置。
 パルス幅変調信号を入力して回転数を制御する機構と回転数に対応する回転パルス信号を検出する機構とを備えた複数のファンの回転数の相互関係を制御する装置であって、
 前記パルス幅変調信号のパルス周期に比較して十分に速いクロックを用いて、前記基準ファンから出力される回転パルス信号のパルス周期をカウントし、そのカウント値を前記基準ファンの回転数に対応する基準ファン回転数信号として検出する基準ファン回転数信号検出手段と、
 前記クロックを用いて、前記基準ファン以外の各制御ファンから出力される各回転パルス信号のパルス周期をカウントし、その各カウント値を前記各制御ファンの各回転数に対応する各制御ファン回転数信号として検出する制御ファン回転数信号検出手段と、
 前記各制御ファン回転数信号と前記基準ファン回転数信号とを比較することにより、前記各制御ファンの回転数が前記基準ファンの回転数に概略一致する各制御ファンパルス幅変調信号を出力して前記各制御ファンに供給する制御ファンパルス幅変調制御手段と、
 該制御ファンパルス幅変調制御手段による制御に引き続いて、前記各制御ファン回転数信号と前記基準ファン回転数信号とを比較することにより、前記各制御ファンの回転数が前記基準ファンの回転数に一致するような各制御ファン電源信号を出力して前記各制御ファンに供給する制御ファン電圧制御手段と、
 を含むことを特徴とする複数のファンのうなり音を抑えたファン制御装置。
 前記制御ファンパルス幅変調制御手段は、前記各制御ファンの回転数が前記基準ファンの回転数よりも若干高くなるような各制御ファンパルス幅変調信号を出力する、
 ことを特徴とする請求項1又は2の何れか1項に記載の複数のファンのうなり音を抑えたファン制御装置。
 パルス幅変調信号を入力して回転数を制御する機構と回転数に対応する信号を検出する機構とを備えた複数のファンの回転数の相互関係を制御する装置であって、
 前記各制御ファンから出力される各回転数に対応する信号と前記基準ファンから出力される回転数に対応する信号とに基づき、前記各制御ファンの回転数と前記基準ファンの回転数の関係が前記基準ファンの最大回転数と前記各制御ファンの最大回転数の倍数関係に概略一致するような各制御ファンパルス幅変調信号を出力して前記各制御ファンに供給する制御ファンパルス幅変調制御手段と、
 該制御ファンパルス幅変調制御手段による制御に引き続いて、前記各制御ファンから出力される各回転数に対応する信号と前記基準ファンから出力される回転数に対応する信号とに基づき、前記各制御ファンの回転数と前記基準ファンの回転数の関係が前記基準ファンの最大回転数と前記各制御ファンの最大回転数の倍数関係に一致するような各制御ファン電源信号を出力して前記各制御ファンに供給する制御ファン電圧制御手段と、
 を含むことを特徴とする複数のファンのうなり音を抑えたファン制御装置。
Description:
複数のファンのうなり音を抑え ファン制御装置

 本発明は、電子機器等において複数のフ ンを使用する場合に、相互のファンの回転 差から生じる「うなり音」を抑制するため 、それぞれのファンに回転数をフィードバ クして同じ又は特定の関係の回転数になる うに制御するための技術に関する。

 近年、パソコン等電子機器の熱問題に対処 るためファンを多用するようになり、ファ のノイズが注目されつつある。
 特に複数のファンを使用することによるノ ズは、相互のファンの回転誤差から生じる うなり音」に起因する場合が多く、これを 制することが、ファン騒音の抑制につなが 。

 ファン騒音を抑制する第1の従来技術とし て、特開平10-127089号特許出願(特許文献1)が存 在する。この公知例は、電源駆動信号・音響 /振動信号を識別・分析した結果をファン電 の変調方式へフィードバックし、ファンの 構ノイズそのものを低減させる発明である しかし、この従来技術は、複数のファンの 転数を一致させる目的ではないため、複数 ァンによる「うなり音」を抑制することは きない。

 複数ファンによる「うなり音」を抑制す ためには、複数ファンの回転数を正確に一 させることが必要であり、そのためには、 ファンの回転数を正確に検出する技術が必 となる。

 一般的に、ファンの回転数を制御するた に、PWM(パルス幅変調)技術が用いられる。 の技術は、パルス信号のパルス幅を変調す ことにより、ファンの回転数を広い範囲で 御できる技術である。例えば図1に示される うに、ファン回転数制御回路102が、温度セ サ等からの温度検出信号103等に基づいて、 数のファン101の回転数を、PWM信号104によっ 制御すると共に、各ファン101の回転数を検 して各ファン101のPWM信号104を個別に制御す ことになる。

 この技術においては、ファンの回転数の 出もまた、パルス信号によって行われる。 ァンのモータ部分に、ホール素子等によっ 構成される回転検出器が具備され、この検 器から、例えば図2に示されるように、ファ ンモータの回転数に応じたパルス数の回転パ ルス信号が出力される。

 この回転パルス信号を使ってファンの回転 を検出することを考えてみる。
 例えば、平均回転数が3000rpm、1回転あたり 均5パルスの回転パルス信号を出力するファ の回転数を、0.1秒単位で計測することを想 する。この例では、1秒間の回転数が平均50 転、回転パルス信号のパルス数は平均250パ スとなる。従って、0.1秒間には25パルスが 測されることになる。測定誤差をプラスマ ナス1パルスとすると、0.1秒間に観測される ルス数は24~26回となる。これらの観測パル 数を周波数に換算すると、以下のようにな 。

  24パルス=>2880rpm/48Hz
  26パルス=>3120rpm/52Hz
 即ち、0.1秒程度の計測精度だと、2つのファ ンが同じ回転数になるように制御されたとし ても、最大で52-48=4Hzの誤差があり、これが「 うなり音」となって聞こえることになる。

 近年は、騒音抑制に対する要求が強く、こ ような「うなり音」は無視することができ い。
 ファン騒音を抑制する第2の従来技術として 、特開2004-205095号特許出願(特許文献2)が存在 る。

 この従来技術では、図3A及び図3Bに示され るように、PWMの分解能以上の回転数制御を、 単位時間Tp内のある時間はPWM値+1、残りの時 はPWM値を出力することにより、擬似的にPWM 解能以上の回転数を実現している。例えば 1秒間のうち0.2秒間だけPWM値を201にし、0.8秒 を201にすることで、平均のPWM値を200.8にし いる。この技術によれば、PWMの制御時間Tcが 単位時間Tpに対して例えば1/10ならば、PWM制御 の分解機能を擬似的に10倍にすることができ 。

 また、この従来技術では、図4に示されるよ うに、ファンの回転数を2つの方式を組み合 せて測定している。
  方式1:単位時間内のファンの回転パルス数
  方式2:単位時間からはみ出たパルス時間
 方式1の測定は、単純なカウンタにより実現 されている。方式2の測定は、ファンの回転 ルスよりも十分に早いクロックを用いた回 により実現されている。

 しかし、上記第2の従来技術は、以下の問題 点を有している。
 まず、図3A及び図3Bに示される回転数制御技 術においては、PWM値が単位時間内に複数存在 し、単位時間を十分に小さくしなくては、フ ァン自体のノイズが2種類聞こえ、かえって 障りになる場合がある。しかし、ファンは 構部品のため、追従速度が電気的なものよ も遅く、単位時間やPWM制御時間をむやみに くすることはできないという問題点を有し いた。

 また、図4に示される回転数の測定技術には 、以下の2つの問題点がある。
(1)ファンの回転数を測定するためには、単位 時間Tpを回転パルスのパルス長に対して非常 長くしなくてはならない。図4では、パルス 長に対して2倍以上の時間をかけて測定して る。実際には、パルス長に対して100倍以上 時間をかけないと十分な精度は求められな 。このため、回転数をファンにフィードバ クさせるときの精度が落ちる。
(2)図4の方式1の区間を測定するカウンタと方 2の区間を測定するカウンタが別個に必要で ある。また、方式2の区間の測定値は時間と るため、実際の回転数を求めるには、その 定結果の逆数を求める除算機が必要になる このため、実現する構成は非常に複雑にな 。

 図5は、第2の従来技術で開示されている 転数検出回路の実現例である。パルスカウ ト部502は、ファンのモータ501から出力され 回転パルスについて、図4に示される方式1の 区間を測定する。余り時間測定部504は、回転 パルスよりも十分に早い時間測定用クロック 503を入力して、図4に示される方式2の区間を 定する。余り時間測定部504の出力は、時間 となるため、除算器505においてこの逆数と て方式2の区間の回転数が算出される。そし て、加算器506で、パルスカウント部502から出 力される方式1の区間の回転数と、除算器505 ら出力される方式2の区間の回転数とが加算 れ、他のファンの回転数と比較するための 較器507に入力される。

 図5からわかるように、除算器505、加算器506 、余り時間測定用のクロック503を生成する回 路、余り時間測定部504等の制御回路が必要に なり、非常に複雑な回路構成が必要とされる 。仮に時間測定用のクロックを用いなくとも 、パルスカウント部502の出力に続いて、小数 部としての時間を計測するために何らかの除 算器が必要になる。

特開平10-127089号公報

特開2004-205095号公報

 本発明の課題は、簡単な回路構成で、安定 つ高精度な複数ファンの回転数制御を実現 ることにより「うなり音」その他のノイズ 抑制することにある。
 本発明は、パルス幅変調信号を入力して回 数を制御する機構と回転数に対応する信号 検出する機構とを備えた複数のファンの回 数の相互関係を制御する装置を前提とする

 本発明の第1の態様は、以下の構成を有する 。
 制御ファンパルス幅変調制御部は、各制御 ァンから出力される各回転数に対応する信 と基準ファンから出力される回転数に対応 る信号とに基づき、各制御ファンの回転数 基準ファンの回転数に概略一致する各制御 ァンパルス幅変調信号を出力して各制御フ ンに供給する。より具体的には、制御ファ パルス幅変調制御部は、例えば、各制御フ ンの回転数が基準ファンの回転数よりも若 高くなるような各制御ファンパルス幅変調 号を出力する。

 制御ファン電圧制御部は、制御ファンパ ス幅変調制御部による制御に引き続いて、 制御ファンから出力される各回転数に対応 る信号と基準ファンから出力される回転数 対応する信号とに基づき、各制御ファンの 転数が基準ファンの回転数に一致するよう 各制御ファン電源信号を出力して各制御フ ンに供給する。

 上述の構成において、パルス幅変調信号 パルス周期に比較して十分に速いクロック 用いて、基準ファンから出力される回転パ ス信号のパルス周期をカウントし、そのカ ント値を基準ファンの回転数に対応する基 ファン回転数信号として検出する基準ファ 回転数信号検出部と、上記クロックを用い 、各制御ファンから出力される各回転パル 信号のパルス周期をカウントし、その各カ ント値を各制御ファンの各回転数に対応す 各制御ファン回転数信号として検出する制 ファン回転数信号検出部を更に有し、制御 ァンパルス幅変調制御部及び制御ファン電 制御部は、基準ファン回転数信号及び各制 ファン回転数信号に基づいて回転数比較を うように構成することができる。

 本発明の第2の態様は、以下の構成を有する 。
 制御ファンパルス幅変調制御部は、各制御 ァンから出力される各回転数に対応する信 と基準ファンから出力される回転数に対応 る信号とに基づき、各制御ファンの回転数 基準ファンの回転数の関係が基準ファンの 大回転数と各制御ファンの最大回転数の倍 関係に概略一致するような各制御ファンパ ス幅変調信号を出力して各制御ファンに供 する。

 制御ファン電圧制御部と、制御ファンパ ス幅変調制御手段による制御に引き続いて 各制御ファンから出力される各回転数に対 する信号と基準ファンから出力される回転 に対応する信号とに基づき、各制御ファン 回転数と基準ファンの回転数の関係が基準 ァンの最大回転数と各制御ファンの最大回 数の倍数関係に一致するような各制御ファ 電源信号を出力して各制御ファンに供給す 。

 本発明の第1の態様の構成により、パルス 幅変調制御によりまずおおまかな回転数の一 致制御を行った上で、パルス幅変調制御以上 の回転数の一致制御をファンのアナログ電源 電圧の制御にすることで、ファンの回転数が 一定になって余計なノイズを発生することも なく、ファンの追従性も高いため、より細か な回転数制御と安定性を実現することが可能 となる。これにより、複数のファンによる「 うなり音」を効果的に抑制できる。

 この場合に、各ファンの回転数の検出は、 速クロックによる簡単なカウンタ回路で実 することができる。
 本発明の第2の態様の構成により、基準ファ ンの回転数と各制御ファンの回転数との関係 を、基準ファンの最大回転数と各制御ファン の最大回転数の倍数関係になるように制御す ることができるため、異なる最大回転数特性 を有する複数ファンでも、「うなり音」を最 小化することが可能となる。

複数ファン制御の一般的な構成図であ 。 回転パルスの説明図である。 第2の従来技術における回転制御の説 図である。 第2の従来技術における回転制御の説 図である。 第2の従来技術における回転数測定の説 明図である。 第2の従来技術における回転数測定回路 の構成図である。 本発明の実施形態の全体構成図である ファン回転数制御回路603の詳細構成図 ある。 回転数検出回路701・703の回路構成図(そ の1)である。 回転数検出回路701・703の回路構成図(そ の2)である。 比較器704の回路構成図である。 ファン601、602の回路構成図である。 制御ファンPWM制御回路706の動作フロー チャートである。 制御ファン電圧制御回路707の動作フロ ーチャートである。 制御ファンPWM制御回路706及び制御フ ン電圧制御回路707の動作説明図である。 制御ファンPWM制御回路706及び制御フ ン電圧制御回路707の動作説明図である。 回転数検出回路701・703の動作説明図で ある。 本発明の他の実施形態における比較器 704の回路構成図である。

 以下、図面を参照しながら、本発明を実施 るための最良の形態を詳細に説明する。
 図6は、本発明の実施形態の全体構成図であ る。
 この実施形態では、ファン回転数制御回路6 03が、#1~#NのN個の制御ファン602の回転数が基 ファン601の回転数に一致するように、制御 作を実行する。

 ファン回転数制御回路603において、基準 ァン回転数制御回路605は、基準ファン601の 転数を制御し、#1~#Nの制御ファン回転数制 回路606は、それぞれ#1~#Nの制御ファン602の回 転数を制御する。

 基準ファン回転数制御回路605は、特には 示しない温度センサから出力される温度検 信号607に基づきファンの基本回転数を決定 、外部から供給される電源信号608を例えば のまま基準ファン電源信号612として基準フ ン601の電源入力端子に供給すると共に、上 決定した基本回転数に対応する基準ファンP WM信号611を基準ファン601のPWM入力端子に供給 る。また、基準ファン回転数制御回路605は 基準ファン601から出力される回転パルス信 609に基づき基準ファン回転数信号613を検出 る。

 一方、制御ファン回転数制御回路606(#i)(1 i≦N)は、制御ファン602(#i)から出力される回 転パルス信号610(#i)に基づき、制御ファン回 数信号614(#i)を検出する。そして、制御ファ 回転数制御回路606(#i)は、基準ファン回転数 制御回路605から出力される基準ファン回転数 信号613と、生成した制御ファン回転数信号614 (#i)とを比較する。この比較に基づいて、制 ファン回転数制御回路606(#i)は、まず、制御 ァンPWM信号615(#i)を制御し、それを制御ファ ン602(#i)のPWM入力端子に供給する。更に、制 ファン回転数制御回路606(#i)は、制御ファンP WM信号615(#i)によって制御しきれない微妙な回 転数の制御については外部から供給される電 源信号608のアナログ電圧値を直接制御するこ とにより制御し、その結果生成した制御ファ ン電源信号616(#i)を制御ファン602(#i)の電源入 端子に供給する。なお、電源電圧の制御は ファン電源の許容範囲内で行われる。

 #1~#Nの個別の制御ファン回転数制御回路60 6は、上記の動作を個別に実行し、#1~#Nの制御 ファン602の回転数を、#1~#Nの制御ファンPWM信 615と#1~#Nの制御ファン電源信号616の各々2種 ずつの信号によって、個別に制御する。

 このように、本発明の実施形態では、PWM 御以上の回転数制御をファンのアナログ電 電圧の制御にすることで、ファンの回転数 一定になり、余計なノイズを発生すること なく、ファンの追従性も高いため、より細 な回転数制御と安定性が実現できる。そし 、#1~#Nの制御ファン602の回転数が基準ファ 601の回転数にほぼ一致させられることによ 、回転数の微妙な差による「うなり音」を 減させることが可能となる。

 図7は、図6のファン回転数制御回路603の詳 構成図である。
 まず、基準ファン回転数制御回路605は、以 の構成を有する。
 回転数検出回路701は、基準ファン601から出 される回転パルス信号609に基づき、基準フ ン601の回転数を検出し、その回転数を基準 ァン回転数信号613として出力する。

 基準ファンPWM制御回路702は、温度検出信号6 07に基づいて、基準ファンPWM信号611を生成し それを基準ファン601のPWM入力端子に供給す 。
 なお、基準ファン回転数制御回路605は、外 から供給される電源信号608を例えばそのま 、基準ファン電源信号612として、基準ファ 601の電源入力端子に供給する。

 次に、#1~#Nの制御ファン回転数制御回路60 6は、それぞれ以下の同じ構成を有する。以 、#i(1≦i≦N)の制御ファン回転数制御回路606 構成について代表して説明する。

 回転数検出回路703(#i)は、制御ファン602(#i )から出力される回転パルス信号610(#i)に基づ 、制御ファン602(#i)の回転数を検出し、その 回転数を制御ファン回転数信号614(#i)として 力する。

 比較器704(#i)は、基準ファン回転数制御回 路605内の回転数検出回路701から出力される基 準ファン回転数信号613と、回転数検出回路703 (#i)から出力される制御ファン回転数信号614(# i)の各値の大小関係を比較し、その大小関係 ボロー出力705(#i)として出力する。

 制御ファンPWM制御回路706(#i)は、まず、基 準ファン回転数制御回路605内の基準ファンPWM 制御回路702から出力される基準ファンPWM信号 611と比較器704(#i)から出力されるボロー出力70 5(#i)の論理値とに基づいて、基準ファンPWM信 611に追従して、そのパルスカウント数より 1制御単位だけ多いパルスカウント数を有す る制御ファンPWM信号615(#i)を出力する制御を い、その生成された制御ファンPWM信号615(#i) 制御ファン602(#i)のPWM入力端子に供給する。 即ち、制御ファンPWM制御回路706(#i)は、基準 ァン601に対して、制御ファン602(#i)を、PWM制 の1制御単位分だけ速く回転させるような、 制御ファンPWM信号615(#i)を出力する。

 制御ファン電圧制御回路707(#i)は、制御フ ァンPWM制御回路706(#i)が制御ファンPWM信号615(# i)を安定的に(そのパルスカウント値が変化し ないように)出力し電圧制御指示を出力して る間、比較器704(#i)から出力されるボロー出 705(#i)の論理値に応じて、増幅器708(#i)に対 て、電源信号608の電圧値を降圧又は昇圧さ る指示を出す。この結果、増幅器708(#i)から 力される制御ファン電源信号616(#i)が、制御 ファン602(#i)の電源入力端子に供給される。

 上述した制御ファン回転数制御回路606(#i) の構成により、例えば図14Bに示されるように 、基準ファンPWM信号611のPWM値は200であるが、 基準ファン601の実際の回転数はPWM値=200に相 する回転数よりも若干高い回転数であるよ な場合、制御ファン602(#i)(1≦i≦N)のPWM入力 子には、基準ファン601より若干速く回転さ るような、PWM値=201を有する制御ファンPWM信 615(#i)が供給される。更に、制御ファン602(#i )(1≦i≦N)の電源入力端子には、図14Aに示され るように、ファンの定格電圧よりも若干低い 電源電圧を有する制御ファン電源信号616(#i) 供給される。この結果、制御ファン602(#i)の 転数は、PWM値=200に相当する回転数とPWM値=20 1に相当する回転数との間で、基準ファン601 回転数に一致するように細かな制御が行わ る。この場合に、制御ファンPWM信号615(#i)、 御ファン電源信号616(#i)ともに安定している ため、制御ファン602(#i)の回転数も安定して る。従って、本発明の実施形態では、第2の 来技術におけるような、ファンが追従でき いようなPWM制御によるノイズの発生といっ 問題も、回避することができる。

 次に、本発明の実施形態における回転数の 測方法について説明する。
 本発明の実施形態では、回転パルス信号の ルスに対して十分に早いクロックを用い、 15のTa又はTbの区間内のクロック数が測定さ ることにより、回転パルス信号のパルス長 測定される。これにより、1回のパルスで回 転数に対応する情報を計測でき、ファンの回 転数へのフィードバックが非常に早くできる 。また、実現する回路も単純である。実際に は第2の従来技術の数百分の1の時間で回転数 計測が可能である。

 なお、計測されるのはファンから出力さ る回転パルス信号のパルス時間幅になり、 転数に対して逆数の関係になるが、本発明 実施形態で必要とする情報は、基準ファンP WM信号611が変化したか否かという情報と、基 ファン601と制御ファン602(#i)のどちらの回転 数が速いかという大小関係の情報のみである ため、パルス長の逆数を計算して回転数を算 出する必要はない。

 ファン(図6の基準ファン601又は制御ファ 602(#i)(1≦i≦N))の回転数計測は、ファンの回 数出力の1つの位相の間において観測される 基準クロック(位相に対して十分速い)の数と て計測される。

 ファンは、1回転につき、1回~8回程度の回転 パルスを出力する。例えば前述した図2は、1 転あたり4回の回転パルスを出力するファン の例である。
 計測に用いるクロック周波数は、以下のよ にして決定される。

 クロック周波数は、ファンの回転パルス 最も短い(最高回転数である)時の幅と、最 回転数の時にどの程度の精度(1%程度など)を たせるかの、2つの基準に基づいて決定する 。

 <例1>
   ・ファンの最高速度を5000rpmとする。
   ・ファンの1回転あたり4パルスの回転パ スが出力されるとする。

  この条件下で、ファンの最高速度時に1%程 度の精度を持たせる場合、
   ・1パルスの周波数=5000í60×4=333Hz
   ・クロック周波数=333í1%=33333Hz=>30kHz
  程度を選択すればよい。

 ファンの回転数は、回転パルスが1パルス出 力される間に、上記クロック周波数を有する 基準クロックが何カウント分出るかを、nビ ト幅のバイナリカウンタで計測する。
 ビット幅nは、ファンの最低速度を最高速度 の何%程度の回転数にするかで決まる。

 <例2>:例1の仕様のファンを前提する。
   ・最低回転数を最高回転数の10%(500rpm)
  程度とする。この条件下で、
   ・最低回転数の時の1パルスの周波数=5000 í10í60×4=33.3Hz
  33.3Hzの間に基準クロックは、
   ・30kHzí33.3=900
  カウントする。従って、n=10ビット=1024カ ントで対応できる。

 図8は、上記計測方法に基づいて実現され る、図7の基準ファン回転数制御回路605内の 転数検出回路701又は制御ファン回転数制御 路606(#i)(1≦i≦N)内の回転数検出回路703(#i)の 通の構成図である。

 図8で、回転パルス信号803は、図7の基準 ァン601から出力される回転パルス信号609又 制御ファン602(#i)から出力される回転パルス 号610(#i)の何れかである。また、回転数信号 805は、図7の基準ファン回転数信号613又は制 ファン回転数信号614(#i)の何れかである。

 バイナリカウンタ802に入力するクロック 号804の周波数は、前述したように例えば30kH zである。また、このバイナリカウンタ802の ット幅nは、前述したように例えば10ビット ある。

 このバイナリカウンタ802は、回転パルス 号803の各周期の立ち上がりタイミングでリ ットされ、それから次のリセットタイミン までの間の回転パルス信号803の1周期分の時 間を、クロック信号804によってカウントし、 nビット出力としてラッチ回路801に出力する

 ラッチ回路801は、回転パルス信号803の各周 の立ち上がりタイミングで、バイナリカウ タ802のnビット出力値をラッチし、回転数信 号805として出力する。
 なお、実際の回路では、バイナリカウンタ8 02のリセット回路入力には遅延回路等が必要 あるが、このブロック図では省略してある

 以上の構成により、図15の例えばTaの区間と して、回転パルス信号803のパルス長を、回転 数信号805として高精度に算出することができ る。
 図9は、図8の構成に比較してバイナリカウ タのビット幅を削減することのできる、図7 基準ファン回転数制御回路605内の回転数検 回路701又は制御ファン回転数制御回路606(#i) (1≦i≦N)内の回転数検出回路703(#i)の共通の構 成図である。

 図8では、10ビット分のカウンタを用意し が、8ビットマイコンを使用したときなど、 十分なカウンタのビット幅が確保できない場 合がある。図9は、マイコンの割り込み機能 使用して、バイナリカウンタのビット数を 減することができる構成例である。

 図9で、回転パルス信号903、回転数信号905 、及びクロック信号904は、それぞれ、図8の 転パルス信号803、回転数信号805、及びクロ ク信号804と同等である。

 バイナリカウンタ902は、8ビットカウンタ であり、回転パルス信号903の各周期の立ち上 がりタイミングでリセットされ、それから次 のリセットタイミングまでの間の回転パルス 信号903の1周期分の時間を、クロック信号904 よってカウントする。このとき、8ビットの ウンタ値はラッチ回路901に出力するが、カ ンタ値が8ビットをオーバーフローする毎に 、キャリー出力907を出力する。

 ラッチ回路901は、回転パルス信号903の各 期の立ち上がりタイミングで、バイナリカ ンタ902の8ビット出力値をラッチし、マイコ ン906に接続されているI/Oバス908に出力する。

 マイコン906は、キャリー出力907を割り込み 力A、回転パルス信号903を割り込み入力Bと て、それぞれ入力させる。
 マイコン906は、割り込み入力Aが入力させる たびに、特には図示しない内部レジスタ又は メモリのファン回転数を保存しているレジス タを加算させる。

 マイコン906は、割り込み入力Bが入ったと き、上記加算したレジスタの内容を8ビット シフト(256倍)し、その時点でI/Oバス908に出力 されている下位8ビット分の値を加えて、フ ンの回転数信号905としてI/Oバス908から外部 出力する。

 なお、図9のブロック図は、バイナリカウン タのキャリー出力のリセットやI/Oバス908の調 停回路などが実際には必要であるが、省略し てある。
 図10は、図7の比較器704(#i)(1≦i≦N)の回路構 図である。

 図8の回転数信号805又は図9の回転数信号90 5として開示したように、基準ファン回転数 号613及び制御ファン回転数信号614(#i)(図6、 7)は、例えばnビット幅で出力される。この き、基準ファン回転数信号613及び制御ファ 回転数信号614(#i)は、基準ファン601から出力 れる回転パルス信号609又は制御ファン602(#i) から出力される回転パルス信号610(#i)の各パ ス時間幅を回転数に対応する情報として測 しているため、ファンの回転数が速ければ いほど、そのnビット幅であらわされる2進数 の数値が小さくなる。従って、基準ファン601 に対して、制御ファン602の速度が速いか遅い かは、減算器1001で、基準ファン回転数信号61 3から制御ファン回転数信号614(#i)をnビット幅 で減算をして、その減算の結果として出力さ れるボロービットの有無でわかる。このボロ ービットがボロー出力705(#i)として出力され 。即ち、ボロー出力705(#i)の論理値が0であれ ば制御ファン602(#i)のほうが基準ファン601よ も速く回転しており、逆に論理値が1であれ 基準ファン601のほうが速く回転していると 定できる。

 なお、比較器704(#i)は、マイコンの中に基 準ファン回転数信号613と制御ファン回転数信 号614(#i)をそれぞれ保存し、マイコンの演算 で比較を行う構成として実現することも可 である。

 本発明の実施形態では、このボロー出力7 05(#i)と基準ファン回転数信号613とを用いて、 制御ファンPWM制御回路706(#i)と制御ファン電 制御回路707(#i)において、制御ファン602(#i)の 回転数が制御される。

 図11は、基準ファン601又は制御ファン602(#i)( 図6、図7)の構成図である。
 現在、ファンのモータはブラシレスファン 主流である。ブラシレスファンは、ファン 組み込まれた永久磁石の位置をホール素子 検知し、ファンの位置に合わせて電磁石の 性を変化させてファンを回転させる。電磁 の個数により2相式、3相式・・・と異なる 、相が増えるごとに添付部品も増えるため 安価なファンは2相式が主流である。また、 度制御のために、PWM入力端子が設けられて る。図11は、2相式PWMコントロールによるフ ンの回路ブロック図である。

 電源入力端子1101には、図6又は図7に示され 基準ファン電源信号612又は制御ファン電源 号616(#i)(図6、図7)が入力される。
 PWM入力端子1102には、図6又は図7に示される 準ファンPWM信号611又は制御ファンPWM信号615( #i)が入力される。

 回転数出力端子1103からは、図6又は図7に示 れる回転パルス信号609又は回転パルス信号6 10(#i)が出力される。
 アース端子(GND)1104は、アースである。

 点線ブロック内がファンの内部回路である
 ファンは、ファンの回転を検出するホール 子Cの位相(N極・S極・磁束がない)状態によ 、位相制御回路1106・1107が、電磁石A及びBの きをそれぞれ変えることで、ファンに内蔵 れた永久磁石を引き付けたり反発させたり ることでファンを回転させる。

 ファンの回転数は、電磁石A・Bの磁束密 に比例する。PWM制御の場合、降圧回路1105が PWM入力端子から入力される基準ファンPWM信 611又は制御ファンPWM信号615(#i)に基づいて、 電磁石A・Bの電源電圧を制御し、電磁石A・B 磁束密度を変えることにより、ファンの回 数を制御する。

 位相制御回路1106・1107の安定動作のため 、電源入力端子1101に入力する基準ファン電 信号612又は制御ファン電源信号616(#i)の電圧 値を、安定化電源回路1108が動作する電圧以 にすることはできない。このため、本発明 実施形態においては、電源入力端子1101に入 される制御ファン電源信号616(#i)自体の電圧 値の制御は、PWM制御の1制御単位以下に相当 る微小な回転数をコントロールするために う。

 図12は、図7の制御ファンPWM制御回路706(#i) (1≦i≦N)が実行する制御ファンPWM信号615(#i)の 出力制御を示す動作フローチャートである。 この部分は、マイコンの制御プログラムとし て実現される。

 まず、基準ファン回転数制御回路605内の 準ファンPWM制御回路702(図7)から出力される 準ファンPWM信号611が監視されることにより その信号値が変わったか否かが判定される( S1201)。

 基準ファンPWM信号611の信号値に変化がな 、S1201の判定がNOならば、制御ファンPWM制御 回路706(#i)は、現在出力している制御ファンPW M信号615(#i)の信号値を維持し、S1201の判定動 を繰り返す。この間は、図7の制御ファン電 制御回路707(#i)が、後述する図13の動作フロ チャートに従って、制御ファン電源信号616( #i)に対する細かな電圧制御を行う。

 基準ファンPWM信号611の信号値に変化が生 て、S1201の判定がYESとなると、まず、制御 ァン電圧制御回路707(#i)に対して、制御ファ 電源信号616(#i)の電圧制御を行わないように 指示が出される(S1202)。

 次に、制御ファンPWM信号615(#i)の信号値が、 基準ファンPWM信号611の信号値と同じにされる (S1203)。
 続いて、比較器704(#i)から出力されるボロー 出力705(#i)の論理値が判定されることにより 制御ファン602(#i)の回転数が基準ファン601の 転数よりも高いか否かが判定される(S1204)。

 制御ファン602(#i)の回転数が基準ファン601 の回転数よりも高く、S1204の判定がYESならば 制御ファン602(#i)の回転数が基準ファン601の 回転数以下になってS1206の判定がNOとなるま 、制御ファンPWM信号615(#i)のパルス値が1制御 単位分ずつ下げられる動作が繰り返される(S1 205->S1206->S1205のループ処理)。

 制御ファン602(#i)の回転数が基準ファン601 の回転数以下になってS1206の判定がNOとなる 、制御ファンPWM信号615(#i)のパルス値が1制御 単位分だけ上げられる。

 その後、制御ファン電圧制御回路707(#i)に 対して、制御ファン電源信号616(#i)の電圧制 を開始するように指示が出され(S1210)、基準 ァンPWM信号611の監視動作に戻る(S1210->S1201 のループ判定処理)。

 上述の動作の結果、基準ファン601に対し 、制御ファン602(#i)を、PWM制御の1制御単位 だけ速く回転させるような、制御ファンPWM 号615(#i)が出力される。

 前述のS1204の判定処理において、制御フ ン602(#i)の回転数が基準ファン601の回転数以 であると判定され、その判定結果がNOにな たならば、制御ファン602(#i)の回転数が基準 ァン601の回転数よりも高くなってS1209の判 がYESとなるまで、制御ファンPWM信号615(#i)の ルス値が1制御単位分ずつ上げられる動作が 繰り返される(S1208->S1209->S1208のループ処 )。

 制御ファン602(#i)の回転数が基準ファン601 の回転数よりも高くなってS1209の判定がYESと った時点で、制御ファン電圧制御回路707(#i) に対し、制御ファン電源信号616(#i)の電圧制 を開始するように指示が出され(S1210)、基準 ァンPWM信号611の監視動作に戻る(S1210->S1201 のループ判定処理)。

 この場合にも、基準ファン601に対して、 御ファン602(#i)を、PWM制御の1制御単位分だ 速く回転させるような、制御ファンPWM信号61 5(#i)が出力されることになる。

 以上のようにして、制御ファンPWM制御回 706(#i)は、基準ファンPWM信号611に変化が生じ ない場合には、現在の制御ファンPWM信号615の 信号値を維持して、制御ファン602(#i)の回転 の細かい制御を、制御ファン電圧制御回路70 7(#i)による制御ファン電源信号616に対する電 制御に任せる。一方、制御ファンPWM制御回 706(#i)は、基準ファンPWM信号611に変化が生じ た場合には、基準ファン601に対して制御ファ ン602(#i)がPWM制御の1制御単位分だけ速く回転 せられるように、制御ファンPWM信号615(#i)の 出力値を調整した上で、あとの制御ファン602 (#i)の回転数の細かい制御を、制御ファン電 制御回路707(#i)による制御ファン電源信号616 対する電圧制御に任せる。これによって、 御ファン電圧制御回路707による制御ファン 源信号616に対する電圧制御は、制御ファン6 02(#i)の電源入力端子には定格電圧値よりも常 に若干低い電圧値を有する制御ファン電源信 号616が供給されるような動作が実現される( 述した図14A参照)。

 図13は、図7の制御ファン電圧制御回路707( #i)(1≦i≦N)が実行する制御ファン電源信号616( #i)の出力制御を示す動作フローチャートであ る。この部分も図12の場合と同様、マイコン 制御プログラムとして実現される。

 まず、制御ファンPWM制御回路706(#i)から、電 圧制御を開始するよう指示が出されているか 否かが判定される(S1301)。
 制御ファンPWM制御回路706(#i)が現在制御ファ ンPWM信号615(#i)の制御動作中で、上記指示が されておらずS1301の判定がNOの場合には、制 ファン電源信号616(#i)の電圧制御値が最大( 格電圧値)にされ(S1302)、電圧制御の開始指示 の待ち状態が維持される(S1302->S1301)。

 制御ファンPWM制御回路706(#i)による制御フ ァンPWM信号615(#i)に対する制御動作が終了し 電圧制御指示が出されてS1301の判定がYESとな った場合には、比較器704(#i)から出力される ロー出力705(#i)の論理値が判定されることに り、制御ファン602(#i)の回転数が基準ファン 601の回転数よりも高いか否かが判定される(S1 303)。

 制御ファン602(#i)の回転数が基準ファン601 の回転数よりも高く、S1303の判定がYESならば 制御ファン電源信号616(#i)の電圧値を若干下 げるよう、増幅器708(#i)(図7)に対して指示が される(S1304)。その後、S1301の監視動作に戻 。

 一方、制御ファン602(#i)の回転数が基準フ ァン601の回転数以下で、S1303の判定がNOなら 、制御ファン電源信号616(#i)の電圧値を若干 げるよう、増幅器708(#i)(図7)に対して指示が 出される(S1305)。その後、S1301の監視動作に戻 る。

 増幅器708(#i)は、上記電圧指示をD/A変換す ることにより、外部から入力される電源信号 608に対する降圧又は昇圧を行い、その出力を 制御ファン電源信号616(#i)として制御ファン60 2(#i)の電源入力端子に供給する。

 このようにして、図14A及び図14Bを使って 述したように、制御ファンPWM制御回路706(#i) による制御ファンPWM信号615(#i)に対する制御 よって、制御ファン602(#i)の回転数が基準フ ン601の回転数に大まかに近づけられ、更に 制御ファン電圧制御回路707(#i)による制御フ ァン電源信号616(#i)に対する制御によって、 御ファン602(#i)の回転数が基準ファン601の回 数に正確に一致させられる。

 図16は、図6、図7の制御ファン602(#i)とし 、基準ファン601とは異なるファン特性を有 るファンが使用された実施形態における図7 比較器704(#i)の構成図である。

 ひとつの電子機器内に複数のファンが用い れるとき、必ずしも同じファンが用いられ とは限らない。実際には、最大回転数の特 が異なる場合がある。
 このような場合において、ファンの回転ノ ズの干渉によって生じる「うなり音」を最 にするためには、それぞれのファンの回転 の最小公倍数ができるだけ小さくなるよう すればよい。

 実際には、基準ファン601の最高回転数に して、a/b倍の最高回転数を有する制御ファ 602(#i)は、基準ファン601の回転数に対して、 a/b倍の回転数になるように制御すればよい。 図16の構成は、それを実現するものである。

 図16の構成が図10の構成と異なる部分は、 基準ファン601と制御ファン602(#i)の最大回転 特性の違い(a/b倍)に応じて、基準ファン回転 数信号613と制御ファン回転数信号614の信号値 を、回転数換算でそれぞれb倍及びa倍する乗 器1601及び1602を有する点である。

 これにより、異なる最大回転数特性を有 る複数ファンでも、「うなり音」を最小化 ることが可能となる。