CN100367659C

CN100367659C - 直流风扇马达的开关驱动电路

Info

Publication number: CN100367659C
Application number: CNB031465374A
Authority: CN
Inventors: 林联肯; 张尚仁; 邱进发; 黄文喜
Original assignee: Delta Optoelectronics Inc
Current assignee: Delta Optoelectronics Inc
Priority date: 2003-07-04
Filing date: 2003-07-04
Publication date: 2008-02-06
Anticipated expiration: 2023-07-04
Also published as: CN1567706A

Abstract

本发明揭示一种直流风扇马达的开关驱动电路，其具有多个开关、一第一控制电路及一第二控制电路。这些开关由一第一脉冲宽度调制信号及一第二脉冲宽度调制信号驱动，且与直流风扇马达成桥式电连接。此外，第一控制电路与至少一由该第一脉冲宽度调制信号驱动的开关电连接，且由一第三脉冲宽度调制信号驱动。第二控制电路与至少一由该第二脉冲宽度调制信号驱动的该类开关电连接，且由一第四脉冲宽度调制信号驱动。第三脉冲宽度调制信号及第四脉冲宽度调制信号是第一脉冲宽度调制信号及第二脉冲宽度调制信号的其中之一。

Description

直流风扇马达的开关驱动电路

技术领域

本发明主要涉及一种直流风扇马达的控制电路，尤其是关于一种直流风扇马达的开关驱动电路。

现有技术

请参见图1，在一现有的直流风扇马达电路中，通常是利用两个脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation；PWM)信号A及B来驱动四个全桥式开关(switch)11、12、13及14，以达到控制直流风扇马达1转速的目的。在实际应用上，通常是采用增强型(enhancement-mode)金属氧化物半导体场效晶体管(metal-oxide semiconductor field-effecttransistor；MOSFET)来作为上述的开关11、12、13及14。

在直流风扇马达1工作期间，PWM信号A及B以一高(H)电位来驱动开关11、12、13及14，而以一低(L)电位来停止驱动。详言之，当PWM信号A以其高(H)电位使开关12及13处于一ON状态时，PWM信号B以其低(L)电位使开关11及14处于一OFF状态，因此，直流风扇马达1会被导通，其电流方向如箭头15所示。而当PWM信号A被切换至一低(L)电位，使开关12及13处于一OFF状态时，PWM信号B以其高(H)电位驱动开关11及14于一ON状态，因此，直流风扇马达1会被导通，其电流方向如箭头16所示。换言之，开关12及13处于ON状态时，开关11及14处于OFF状态；开关11及14处于ON状态时，开关12及13处于OFF状态。

然而，由于直流风扇马达1属于一种电感负载，且这些开关主要为晶体管，因此在开关11及14或开关12及13从ON状态切换至OFF状态的瞬间，直流风扇马达1内所产生的反电动势极可能让处于OFF状态的开关11、12、13及14切换至ON状态，而造成“该OFF时却ON”的误动作，该一误动作除了会造成开关与开关之间的短路而烧毁开关之外，严重者将使直流风扇马达1损坏。

发明内容

一现有的直流风扇马达的开关会受到马达电流方向切换时所引起的反电动势的干扰而误动作，该误动作可能同时造成开关损坏，进而造成马达的损坏。

为解决该问题，本发明提出一种直流风扇马达的开关驱动电路，驱动电路中加入了相应的控制电路来控制各个开关的启闭，以确保开关不会有“该OFF时却ON”的误动作。

本发明的一目的在于提供一种直流风扇马达的开关驱动电路，其在开关自ON状态切换至OFF状态时，利用自身开关的驱动信号驱动一控制电路进而将开关强制锁定在OFF状态，避免开关误动作。

本发明的另一目的在于提供一种直流风扇马达的开关驱动电路，其在开关自ON状态切换至OFF状态时，利用对方开关的驱动信号驱动一控制电路进而将开关强制锁定在OFF状态，避免开关误动作。

依本发明的直流风扇马达的开关驱动电路，具有多个开关、一第一控制电路及一第二控制电路。这些开关由一第一脉冲宽度调制(pulsewidth modulation；PWM)信号及一第二脉冲宽度调制信号驱动，且与直流风扇马达成桥式电连接。此外，第一控制电路与至少一由该第一脉冲宽度调制信号驱动的开关电连接，且由一第三脉冲宽度调制信号驱动。第二控制电路与至少一由该第二脉冲宽度调制信号驱动的该类开关电连接，且由一第四脉冲宽度调制信号驱动。

本发明的一特征在于：该第一脉冲宽度调制信号处于低电位时，由该第一脉冲宽度调制信号驱动的该类开关处于OFF状态，且该第三脉冲宽度调制信号驱动该第一控制电路将由该第一脉冲宽度调制信号驱动的该类开关锁定于OFF状态；以及该第二脉冲宽度调制信号处于低电位时，由该第二脉冲宽度调制信号驱动的该类开关处于OFF状态，且该第四脉冲宽度调制信号驱动该第二控制电路将由该第二脉冲宽度调制信号驱动的该类开关锁定于OFF状态。

本发明的另一特征在于：该第三脉冲宽度调制信号及该第四脉冲宽度调制信号是该第一脉冲宽度调制信号及该第二脉冲宽度调制信号之一。

本发明的优点在于：第一、避免开关因为直流风扇马达本身反电动势的影响而误动作；第二、防止开关中产生短路电流；第三、避免直流风扇马达因开关的误动作而损坏。

附图简单说明

图1为一示意图，显示一现有的直流风扇马达开关的驱动电路架构；

图2为一示意图，显示依本发明的直流风扇马达开关的驱动电路架构；

图3为一示意图，显示依本发明一第一实施例的直流风扇马达开关的驱动电路；

图4为一示意图，显示依本发明一第二实施例的直流风扇马达开关的驱动电路。

组件符号说明

1、10直流风扇马达

101、102、103、104、11、12、13、14开关

105、106、107、108、205、206、305、306、307、308、309控制电路

15、16、207、208箭头

20、30线圈

203、204、2051、2052、2061、2062、303、304、3051、3061、3071、3081 n沟道增强型MOSFET

201、202、301、302p沟道增强型MOSFET

具体实施方式

请参见图2，依本发明的直流风扇马达10的开关驱动电路架构包含全桥式电连接的开关101、102、103及104、控制电路105及106，控制电路105及106分别电连接至开关103及104。本发明的主要工作原理如下所述：利用脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation；PWM)信号A1来驱动开关102及103，且利用PWM信号B1来驱动开关101及104，以导通直流风扇马达10，当PWM信号A1自高电位切换至低电位时，PWM信号B1自低电位切换至高电位。在PWM信号A1自高电位切换至低电位的瞬间，开关102及103会从ON状态切换至OFF状态，在此同时，本发明利用PWM信号C的一适当(高或低)电位来驱动控制电路105，使得控制电路105强制将开关103锁定在OFF状态。同样地，在PWM信号B1自高电位切换至低电位的瞬间，开关101及104会从ON状态切换至OFF状态，在此同时，本发明利用PWM信号D的一适当(高或低)电位来驱动控制电路106，使得控制电路106强制将开关104锁定在OFF状态。就本发明而言，特别的是上述的PWM信号C可以是PWM信号A1或PWM信号B1，上述的PWM信号D也可以是PWM信号A1或PWM信号B1。

另外，依本发明的直流风扇马达10的开关驱动电路架构更可依上述PWM信号A1、B1、C及D占空因数(duty cycle)的变化来配置其它控制电路。举例而言，在PWM信号C位于低电位且无法驱动控制电路105的期间，本发明便利用一PWM信号E来驱动一控制电路107而强制将开关103锁定在OFF状态；同理，在PWM信号D处于低电位且无法驱动控制电路106的期间时，本发明便再利用一PWM信号F来驱动一控制电路108而强制将开关104锁定在OFF状态。就本发明而言，一实施例中所采用的PWM信号E及F是将PWM信号A1及PWM信号B1经过一逻辑门(未显示)处理后所输出的信号。

这样，才可完全确保开关101及104或开关102及103从ON状态切换到OFF状态时，不会因为直流风扇马达10瞬间产生的反电动势，而发生“该OFF时却ON”的误动作。

以下将参照相关图示，详述本发明的各实施例。首先，依本发明一第一实施例的直流风扇马达的开关驱动电路如图3所示。在本实施例中，线圈20用以表示直流风扇马达，其输入电压为V_in。此外，以PWM信号A1来驱动开关202及203，以PWM信号B1来驱动开关201及204，开关201及202为p沟道增强型(enhancement-mode)的金属氧化物半导体场效晶体管(metal-oxide semiconductor field-effecttransistor；MOSFET)，开关203及204为n沟道增强型MOSFET。本实施例的特征在于，进一步由PWM信号A2、一外加电压V₁及控制电路205来控制开关203，以及由PWM信号B2、一外加电压V₂及控制电路206来控制开关204，使得开关203及204于OFF状态下，其栅极(gate)与源极(source)之间的电压差实质为零。如此一来，便可强制将开关203及204锁定在OFF状态，防止开关203及204误动作。在此，控制电路206与控制电路205相同，各包含两个n沟道增强型MOSFET的开关2051、2052、2061及2062。

本实施例的直流风扇马达的开关驱动原理如下：

首先，当PWM信号A1、A2以其高电位开启开关202、203、2051时，开关202、203、2051会处于ON状态，而开关2052则处于OFF状态，进而导通直流风扇马达，其电流方向如箭头207所示。

接着，当PWM信号A1、A2以其低电位关闭开关202、203、2051时，开关202、203、2051会处于OFF状态，而开关2052受外加电压V₁驱动则处于ON状态，进而与开关203形成回路，而让开关203的栅极G及源极S强制短路。另一方面，对于开关204而言，由于PWM信号B2尚处于一低电位，因此开关2061处于一OFF状态，而开关2062受外加电压V₂驱动处于一ON状态，进而与开关204形成回路，而让开关204的栅极G及源极S强制短路。因此，在开关202及203 OFF的瞬间，由直流风扇马达内部所产生的反电动势并不会让开关203及204误动作于ON状态。如此一来，便可确保开关203及204的正常运作。

同理，当PWM信号B1、B2以其高电位开启开关201、204、2061时，开关201、204、2061会处于ON状态，而开关2062处于OFF状态，进而导通直流风扇马达，其电流方向如箭头208所示。

当PWM信号B1、B2以其低电位关闭开关201、204、2061时，开关201、204、2061会处于OFF状态，而开关2062受外加电压V₂驱动则处于ON状态，进而与开关204形成回路，而让开关204的栅极G及源极S强制短路。对于开关203而言，由于PWM信号A2尚处于一低电位，因此开关2051处于一OFF状态，而开关2052受外加电压V₁驱动处于一ON状态，进而与开关203形成回路，而让开关203的栅极G及源极S强制短路。因此，在开关201及204 OFF瞬间，由直流风扇马达内部所产生的反电动势也不会让开关204及203误动作于ON状态。

值得注意的是，由于驱动控制电路205及206的PWM信号A2及B2，可与驱动开关203及204的PWM信号A1、B1相同，并因此进一步锁定自身的OFF状态，因此，本实施例的开关驱动电路属于一种自锁(self-locking)电路。

接着，依本发明一第二实施例的直流风扇马达的开关驱动电路如图4所示。在本实施例中，线圈30用以表示直流风扇马达，且直流风扇马达的输入电压为V_in。此外，以PWM信号A1来驱动开关302及303，以PWM信号B1来驱动开关301及304，开关301及302为P沟道增强型MOSFET，开关303及304为n沟道增强型MOSFET。本实施例的特征在于，进一步由PWM信号B3、控制电路305、控制电路307及PWM信号G来控制开关303，以及由PWM信号A3、控制电路306、控制电路308及PWM信号G来控制开关304，使得开关303及304于OFF状态下，其栅极与源极之间的电压差实质为零。如此一来，便可强制将开关303及304锁定在OFF状态，防止开关303及304误动作。在此，控制电路305及306的电路配置相同，各具有一个作为开关的n沟道增强型MOSFET 3051及3061；控制电路307及308的电路配置相同，各具有一个作为开关的n沟道增强型MOSFET 3071及3081。又，本实施例的PWM信号G由一或非(NOR)逻辑门309处理PWM信号A1及B1的电位后决定，举例而言，当PWM信号A1及B1均为低电位信号时，PWM信号G为一高电位信号。

本实施例的直流风扇马达的开关驱动原理如下：

当PWM信号A1以其高电位开启开关302及303时，开关302及303会处于ON状态，而让直流风扇马达导通，其电流方向如箭头311所示。

在PWM信号A1自高电位切换至低电位，使得开关302、303处于OFF状态的短暂时间内，由于PWM信号B3仍处于低电位，因此开关3051处于OFF状态，此时开关303及304主要由PWM信号G来将其栅极及源极强制短路。换言之，在PWM信号A1及B1均处于一低电位的情况下，或非逻辑门309会输出一高电位信号至开关3071及3081，使得开关3071及3081处于ON状态，而与开关303及304形成回路，而将开关303及304强制锁定在OFF状态。

同理，当PWM信号B1以其高电位开启开关301及304，开关301及304会处于ON状态，而让直流风扇马达导通，其电流方向如箭头312所示。在PWM信号B1自高电位切换至低电位，使得开关301及304处于OFF状态的短暂时间内，由于PWM信号A3仍处于低电位，因此开关3061处于OFF状态，此时开关303及304主要由PWM信号G来将其栅极及源极强制短路。

如此一来，在开关302及303关闭瞬间，或者，开关301及304关闭瞬间，由直流风扇马达内部所产生的反电动势便不会对开关303或304产生干扰，而让开关303或304误动作于ON状态。

在本实施例中，由于开关303是利用与驱动开关304的PWM信号B相同的PWM信号B3来驱动控制电路305，进而锁定自身的OFF状态，而开关304是利用与驱动开关303的PWM信号A1相同的PWM信号A3来驱动控制电路306，进而锁定自身的OFF状态。因此，本实施例的开关驱动电路属于一种互锁(mutual-locking)电路。

综上所述，本发明已由上述实施例及变化例来详加描述。然而，本领域的技术人员应该了解的是，本发明的所有的实施例在此仅为示例性而非为限制性的。举例而言，上述直流马达10也可以只与开关103及104形成半桥式的电连接。因此，在不脱离本发明实质精神及范围内，上面所述及的直流风扇马达的开关驱动电路的其它变化例及修正例均为本发明所涵盖。在此，本发明由权利要求的范围加以界定。

Claims

1.一种直流风扇马达的开关驱动电路，包含：

多个开关，分别与该直流马达(10、20、30)成桥式电连接，且由一第一脉冲宽度调制信号(A1)或一第二脉冲宽度调制信号(B1)驱动；

一第一控制电路(105、205、305)，与由该第一脉冲宽度调制信号(A1)驱动的这些开关其中之一电连接，由一第三脉冲宽度调制信号(C、A2、B3)驱动；及

一第二控制电路(106、206、306)，与由该第二脉冲宽度调制信号(B1)驱动的这些开关其中之一电连接，由一第四脉冲宽度调制信号(D、B2、A3)驱动；

其中，该第一脉冲宽度调制信号(A1)处于低电位时，由该第一脉冲宽度调制信号(A1)驱动的这些开关处于OFF状态，且该第三脉冲宽度调制信号(C、A2、B3)驱动该第一控制电路(105、205、305)将由该第一脉冲宽度调制信号(A1)驱动的这些开关锁定于OFF状态；以及该第二脉冲宽度调制信号(B1)处于低电位时，由该第二脉冲宽度调制信号(B1)驱动的这些开关处于OFF状态，且该第四脉冲宽度调制信号(D、B2、A3)驱动该第二控制电路(106、206、306)将由该第二脉冲宽度调制信号(B1)驱动的这些开关锁定于OFF状态。

2.根据权利要求1所述的直流风扇马达的开关驱动电路，其中该第三脉冲宽度调制信号(C、A2、B3)是该第一脉冲宽度调制信号(A1)或该第二脉冲宽度调制信号(B1)且该第四脉冲宽度调制信号(D、B2、A3)是该第二脉冲宽度调制信号(B1)或该第一脉冲宽度调制信号(A1)。

3.根据权利要求1所述的直流风扇马达的开关驱动电路，其中这些开关包含n通道增强型的金属氧化物半导体场效晶体管及p通道增强型金属氧化物半导体场效应晶体管。

4.根据权利要求1所述的直流风扇马达的开关驱动电路，其中该第一控制电路(105、205、305)及该第二控制电路(106、206、306)各包含一n通道增强型金属氧化物半导体场效应晶体管。

5.根据权利要求1所述的直流风扇马达的开关驱动电路，还包含：

一第三控制电路(107、307)，与第一控制电路和第一脉冲宽度调制信号驱动的开关相连，由一第五脉冲宽度调制信号(E)驱动；及

一第四控制电路(108、308)，与第二控制电路和第二脉冲宽度调制信号驱动的开关相连，由一第六脉冲宽度调制信号(F)驱动；

其中，当该第一脉冲宽度调制信号(A1)及该第二脉冲宽度调制信号(B1)同时处于低电位时，该第五脉冲宽度调制信号(E)驱动该第三控制电路(107、307)将由该第一脉冲宽度调制信号(A1)驱动的这些开关锁定于OFF状态，且该第六脉冲宽度调制信号(F)驱动该第四控制电路(108、308)将由该第二脉冲宽度调制信号(B1)驱动的这些开关锁定于OFF状态。

6.根据权利要求5所述的直流风扇马达的开关驱动电路，其中该第五脉冲宽度调制信号(E)与该第六脉冲宽度调制信号(F)相同，是一或非逻辑门处(309)该第一脉冲宽度调制信号(A1)及该第二脉冲宽度调制信号(B1)的输出信号。

7.根据权利要求5所述的直流风扇马达的开关驱动电路，其中该第三控制电路(107、307)及该第四控制电路(108、308)各包含一n通道增强型金属氧化物半导体场效应晶体管。

8.一种直流风扇马达的开关驱动电路，包含：

一第一开关(301)，由一第二脉冲宽度调制信号(B1)驱动；

一第二开关(302)，由一第一脉冲宽度调制信号(A1)驱动；

一第三开关(303)，由该第一脉冲宽度调制信号(A1)驱动；

一第四开关(304)，由该第二脉冲宽度调制信号(B1)驱动，且与该第一、二、三开关(301、302、303)成桥式电连接；

一第一控制电路，与由该第一脉冲宽度调制信号(A1)驱动的第三开关(303)电连接，且由一第三脉冲宽度调制信号驱动；

一第二控制电路，与由该第二脉冲宽度调制信号(B1)驱动的第四开关(304)电连接，且由一第四脉冲宽度调制信号驱动；

一或非逻辑门(309)，其接收该第一脉冲宽度调制信号(A1)及该第二脉冲宽度调制信号(B1)且输出一第五脉冲宽度调制信号(G)；

一第三控制电路，与由该第一脉冲宽度调制信号(A1)驱动的第三开关(303)电连接，且藉由该第五脉冲宽度调制信号(G)驱动；及

一第四控制电路，与由该第二脉冲宽度调制信号(B1)驱动的第四开关(304)电连接，且由该第五脉冲宽度调制信号(G)驱动；

其中，当该第一脉冲宽度调制信号(A1)、该第四脉冲宽度调制信号处于低电位时，由该第一脉冲宽度调制信号(A1)驱动的第三开关(303)处于OFF状态；且当该第二脉冲宽度调制信号(B1)、该第三脉冲宽度调制信号处于低电位时，由该第一脉冲宽度调制信号(B1)驱动的第四开关(304)处于OFF状态。

9.根据权利要求8所述的直流风扇马达的开关驱动电路，其中当该第一脉冲宽度调制信号(A1)及该第二脉冲宽度调制信号(B1)同时处于低电位时，该第五脉冲宽度调制信号(G)驱动该第三控制电路及该第四控制电路将该第三开关(303)及该第四开关(304)锁定于OFF状态。

10.根据权利要求8所述的直流风扇马达的开关驱动电路，其中该第三控制电路及该第四控制电路各包含一第五开关(3071、3081)，当该第一脉冲宽度调制信号(A1)及该第二脉冲宽度调制信号(B1)同时处于低电位时，这些第五开关(3071、3081)是处于ON状态且分别与该第三开关(303)及该第四开关(304)形成回路。

11.根据权利要求8所述的直流风扇马达的开关驱动电路，其中当该第二脉冲宽度调制信号(B1)处于低电位且该第一脉冲宽度调制信号(A1)处于高电位时，该第三脉冲宽度调制信号(B3)驱动该第一控制电路且将藉由该第一脉冲宽度调制信号(A1)驱动的该第三开关(303)锁定于OFF状态；以及当该第一脉冲宽度调制信号(A1)处于低电位且该第二脉冲宽度调制信号(B1)处于高电位时，该第四脉冲宽度调制信号(A3)驱动该第二控制电路且将由该第二脉冲宽度调制信号(B1)驱动的该第四开关(304)锁定于OFF状态。

12.根据权利要求10所述的直流风扇马达的开关驱动电路，其中该第一控制电路及该第二控制电路各包含一第六开关(3051、3061)，当该第一脉冲宽度调制信号(A1)、该第四脉冲宽度调制信号(A3)处于低电位且该第二脉冲宽度调制信号(B1)、该第三脉冲宽度调制信号(B3)处于高电位时，该第一控制电路的该第六开关(3051)处于ON状态且与由该第一脉冲宽度调制信号(A1)驱动的该第三开关(303)形成回路；以及当该第二脉冲宽度调制信号(B1)、该第三脉冲宽度调制信号(B3)处于低电位且该第一脉冲宽度调制信号(A1)、第四脉冲宽度调制信号(A3)处于高电位时，该第二控制电路的该第六开关(3061)处于ON状态且与由该第二脉冲宽度调制信号(B1)驱动的该第四开关(304)形成回路。

13.根据权利要求12所述的直流风扇马达的开关驱动电路，其中该第三开关(303)、该第四开关(304)、该第五开关(3071、3081)和该第六开关(3051、3061)是n通道增强型金属氧化物半导体场效应晶体管。

14.根据权利要求8所述的直流风扇马达的开关驱动电路，其中该第一开关(301)和该第二开关(302)均为p通道增强型金属氧化物半导体场效应晶体管。