CN101399512A

CN101399512A - 风扇驱动系统

Info

Publication number: CN101399512A
Application number: CNA2007101523514A
Authority: CN
Inventors: 林凯评; 林崇仁
Original assignee: EUREKA MICROELECTRONICS Inc
Current assignee: EUREKA MICROELECTRONICS Inc; Fitipower Integrated Technology Inc
Priority date: 2007-09-27
Filing date: 2007-09-27
Publication date: 2009-04-01
Also published as: US7746017B2; US20090085506A1

Abstract

本发明涉及一种风扇驱动系统。所述风扇驱动系统包括一风扇驱动器及一MOSFET组。所述风扇驱动器包括四个驱动信号输出端，所述MOSFET组包括N型MOSFET1、N型MOSFET2、P型MOSFET3及P型MOSFET4，所述MOSFET1与MOSFET3的漏极与风扇的第一端相连，所述MOSFET2与MOSFET4的漏极与风扇的第二端相连，四个MOSFET的栅极分别与所述四个驱动信号输出端分别相连。所述MOSFET组还包括第一二极管、第二二极管、第三二极管及第四二极管，所述第一二极管的阳极、第三二极管的阴极与风扇的第一端相连，所述第二二极管的阳极、第四二极管的阴极与风扇的第二端相连，所述第一二极管的阴极与第二二极管的阴极接一电源电压，所述第三二极管的阳极与第四二极管的阳极接地。

Description

风扇驱动系统

技术领域

本发明涉及一种风扇驱动系统。

背景技术

请参阅图1，一种现有的风扇驱动系统10，其包括一个风扇驱动器11及一个场效应晶体管(MOSFET)组12。所述MOSFET组12包括四个MOSFET，其分别是第一场效应晶体管(MOSFET1)、第二场效应晶体管(MOSFET2)、第三场效应晶体管(MOSFET3)、第四场效应晶体管(MOSFET4)。所述风扇驱动器11用以接收风扇上的霍尔感测器(图未示)所感测到的一组霍尔感测信号N+与N-，并分别向MOSFET1、MOSFET2、MOSFET3、MOSFET4的栅极(Gate)G1、G2、G3、G4输出一驱动信号VG1、VG2、VG3、VG4，从而使得该MOSFET组中的一对，例如：MOSFET1与MOSFET4、MOSFET2与MOSFET3，在同一时间导通。

若使MOSFET组中的MOSFET1与MOSFET4导通后，由风扇驱动器11、MOSFET1、MOSFET4及风扇101所形成的电气回路中的驱动电流If穿过风扇101(如图2A所示)，接着使MOSFET组中的MOSFET2与MOSFET3导通，由风扇驱动器11、MOSFET2、MOSFET3及风扇101所形成的电气回路中的与驱动电流If方向相反的驱动电流Ib穿过风扇101(如图2B所示)，进而交替的使驱动电流If和驱动电流Ib穿过风扇101以驱动风扇101旋转。

风扇101的转速是由驱动电流If、Ib的大小来决定的，即驱动电流越大，则风扇的转速越快，但二者的关系通常是非线性的。所以，为了控制风扇101的转速，则需要适当的调节驱动电流If、Ib的大小，其中以PWM(Pulse Width Modulation，脉宽调制)的驱动方式来调节驱动电流的大小较为常见，在此方式中，所述风扇驱动器11只要控制PWM波的脉冲宽度即可控制风扇的转速。

在风扇101的转动过程中常常会产生噪音，所述驱动电流If和Ib之间的切换频率是产生噪音的原因之一，通常需要使驱动电流If和Ib之间的切换频率大于25KHz以减小或消除噪音。

然而，所述风扇驱动系统10所产生的驱动电流If、Ib在切换瞬间，会因为MOSFET组中的MOSFET1、MOSFET2、MOSFET3、MOSFET4都处于关闭状态，而无法将储存在风扇线圈中的既有电流导出，从而导致在切换驱动电流If、Ib的瞬间，风扇线圈的尖峰电压非常高致使所述风扇驱动系统10失效。

发明内容

下面将以实施例说明一种可以在场效应晶体管组中的第一场效应晶体管、第二场效应晶体管、第三场效应晶体管、第四场效应晶体管都关闭时将风扇线圈中的既有电流导出的风扇驱动系统。

一种风扇驱动系统，用以驱动一风扇，其包括：一个风扇驱动器，所述风扇驱动器用以接收从风扇上输出的霍尔感测信号N+与N-，所述风扇驱动器包括第一驱动信号输出端，第二驱动信号输出端，第三驱动信号输出端及第四驱动信号输出端；一个场效应晶体管组，所述场效应晶体管组包括第一场效应晶体管MOSFET1、第二场效应晶体管MOSFET2、第三场效应晶体管MOSFET3及第四场效应晶体管MOSFET4，所述第一场效应晶体管MOSFET1与第二场效应晶体管MOSFET2为N型，所述第三场效应晶体管MOSFET3与第四场效应晶体管MOSFET4为P型，所述第一场效应晶体管MOSFET1的漏极与第三场效应晶体管MOSFET3的漏极相连且均与风扇的第一端相连，所述第二场效应晶体管MOSFET2的漏极与第四场效应晶体管MOSFET4的漏极相连且均与风扇的第二端相连，所述第一场效应晶体管MOSFET1、第二场效应晶体管MOSFET2、第三场效应晶体管MOSFET3、第四场效应晶体管MOSFET4的栅极分别与所述风扇驱动器的第一驱动信号输出端，第二驱动信号输出端，第三驱动信号输出端及第四驱动信号输出端相连，所述第一场效应晶体管MOSFET1与第四场效应晶体管MOSFET4的导通/关闭状态相同，所述第二场效应晶体管MOSFET2与第三场效应晶体管MOSFET3的导通/关闭状态相同且与第一场效应晶体管MOSFET1的导通/关闭状态相异；所述场效应晶体管组还包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3及第四二极管D4；所述第一二极管D1的阳极及第三二极管D3的阴极与风扇的第一端相连，所述第二二极管D2的阳极及第四二极管D4的阴极与风扇的第二端相连，所述第一二极管D1的阴极与第二二极管D2的阴极接一电源电压，所述第三二极管D3的阳极与第四二极管D4的阳极接地。

相对于现有技术，所述第一场效应晶体管MOSFET1和第四场效应晶体管MOSFET4由导通状态变为关闭状态时，储存在风扇线圈中的正向驱动电流可通过由第二二极管、风扇、第三二极管组成的电气回路导出，从而避免风扇线圈在正向驱动电流转换到反向驱动电流的瞬间会产生很高的尖峰电压。所述第二场效应晶体管MOSFET2和第三场效应晶体管MOSFET3由导通状态变为关闭状态时，储存在风扇线圈中的反向驱动电流可通过由第一二极管、风扇、第四二极管组成的电气回路导出，从而避免风扇线圈在反向驱动电流转换到正向驱动电流的瞬间会产生很高的尖峰电压。

附图说明

图1是一种现有的风扇驱动系统的电路图。

图2A和2B分别是图1中风扇驱动系统驱动风扇产生正向驱动电流和反向驱动电流的工作状态图。

图3是本发明实施例风扇驱动系统的电路图。

图4是图3中风扇驱动系统的风扇驱动器所产生的驱动信号的波形图。

图5A和5B分别是图3中风扇驱动系统驱动风扇产生正向驱动电流和反向驱动电流的工作状态图。

图6A是图5A中风扇驱动系统将风扇中的正向驱动电流导出的工作状态图。

图6B是图5B中风扇驱动系统将风扇中的反向驱动电流导出的工作状态图。

图7是图3中风扇驱动器的电路框图。

图8是图7中控制器接收到的振荡频率信号与脉冲信号的对应波形图。

图9是图3中第一驱动信号与两种脉冲信号的对应波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

请参见图3，本发明实施例提供的风扇驱动系统20，其包括一个风扇驱动器21，一个场效应晶体管组(MOSFET组)22。

所述风扇驱动器21具有一组霍尔感测信号输入端，其分别是N+输入端与N-输入端，所述霍尔感测信号N+与N-来自风扇上的霍尔感测器(图未示)，所述霍尔感测信号N+与N-可以代表风扇中磁铁的位置。所述风扇驱动器21还具有一组驱动信号输出端，其分别是P1、P2、P3、P4。另外，所述风扇驱动器21具有一信号VR输入端P5及一个信号VP输入端P6，所述信号VR输入端P5串联一可调电阻R1，所述信号VP输入端P6串联一可调电阻R2。

所述MOSFET组22包括四个场效应晶体管，其分别是第一场效应晶体管(MOSFET1)、第二场效应晶体管(MOSFET2)、第三场效应晶体管(MOSFET3)、第四场效应晶体管(MOSFET4)。所述MOSFET1与MOSFET2为N型场效应晶体管，所述MOSFET3与MOSFET4为P型场效应晶体管。所述MOSFET1的漏极(Drain)与MOSFET3的漏极相连且均与风扇的第一端相连，所述MOSFET2的漏极与MOSFET4的漏极相连且均与风扇的第二端相连。所述MOSFET1的源极(Source)与MOSFET2的源极接一电源电压，MOSFET3的源极与MOSFET4的源极均接地。

所述MOSFET组22还包括四个二极管D1、D2、D3、D4，所述二极管D1的阳极、D3的阴极与风扇的第一端相连，所述二极管D2的阳极、D4的阴极与风扇的第二端相连。所述二极管D1的阴极与二极管D2的阴极接一电源电压，二极管D3的阳极与二极管D4的阳极均接地。

所述风扇驱动器21的输出端P1、P2、P3、P4输出的驱动信号VG1、VG2、VG3、VG4分别被加载到所述MOSFET1、MOSFET2、MOSFET3、MOSFET4的栅极G1、G2、G3、G4用以控制MOSFET1、MOSFET2、MOSFET3、MOSFET4的导通/关闭状态。

请参阅图4，图中所示为驱动信号VG1、VG2、VG3、VG4的波形，在T2时，VG1为高电平，VG2为低电平，VG3为高电平，VG4为低电平，所以MOSFET1和MOSFET4导通而MOSFET2和MOSFET3关闭，由风扇驱动器21、MOSFET1、MOSFET4及风扇所形成的电气回路中的驱动电流If穿过风扇(如图5A所示)；在T4时，VG1为低电平，VG2为高电平，VG3为低电平，VG4为高电平，所以MOSFET2和MOSFET3导通而MOSFET1和MOSFET4关闭，由风扇驱动器21、MOSFET2、MOSFET3及风扇所形成的电气回路中的驱动电流Ib穿过风扇(如图5B所示)；在T1、T3、T5时，即分别在风扇驱动器21给MOSFET组22加载驱动信号时、驱动电流If转换到驱动电流Ib时、驱动电流Ib转换到驱动电流If时，VG1为低电平，VG2为低电平，VG3为高电平，VG4为高电平，所以MOSFET1、MOSFET2、MOSFET3、MOSFET4均关闭，此时没有驱动电流产生。所以MOSFET1和MOSFET3，或MOSFET2和MOSFET4均不会同时导通，从而避免较大电流经过MOSFET1和MOSFET3，或MOSFET2和MOSFET4。所述MOSFET组22在T1至T2、T2至T3、T3至T4、T4至T5的切换过程是由风扇驱动器21接收到的霍尔感测信号N+与N-来决定。

请一并参阅图6A，当T3时导通的MOSFET1和MOSFET4变为关闭状态，MOSFET2和MOSFET3还维持关闭状态，此时，储存在风扇101线圈中的驱动电流If通过由二极管D2、风扇101、二极管D3组成的电气回路导出，从而避免风扇线圈在驱动电流If转换到驱动电流Ib的瞬间会产生很高的尖峰电压。

请一并参阅图6B，当T5时导通的MOSFET2和MOSFET3变为关闭状态，MOSFET1和MOSFET4还维持关闭状态，此时，储存在风扇101线圈中的驱动电流Ib通过由二极管D1、风扇101、二极管D4组成的电气回路导出，从而避免风扇线圈在驱动电流Ib转换到驱动电流If的瞬间会产生很高的尖峰电压。

请参见图7，所述风扇驱动器21包括一个电压调节器211，一个振荡器212，一个比较器213，一个控制器214，一个输出模块215。

所述电压调节器211用于对输入电压Vin进行调节以输出一输出电压Vout至风扇驱动器21以外的其他功能模块，例如将一输入电压5V调节后输出一输出电压3.3V，将一输入电压3.3V调节后输出一输出电压2.5V。

所述振荡器212接收输入信号VR以调节自身的振荡频率进而输出一振荡频率信号F至所述控制器214，所述振荡器212的振荡频率可由与其相连的可调电阻R1来调节，即振荡器212可以根据接收到的信号VR输出不同的振荡频率信号F。

所述比较器213用以接收霍尔感测信号N+与N-并输出一比较信号H至所述控制器214。

所述控制器214接收信号VP，比较信号H及振荡频率信号F并输出脉冲信号PWM1、PWM2、PWM3、PWM4至所述输出模块215。所述信号VP由与其相连的可调电阻R2来调节，所述脉冲信号PWM1、PWM2、PWM3、PWM4的脉冲宽度由信号VP来决定。所述控制器214依据接收到的比较信号H来判断风扇中磁铁的位置以切换MOSFET1、MOSFET2、MOSFET3、MOSFET4的导通/关闭状态。所述控制器214依据接收到的振荡频率信号F以改变脉冲信号PWM1、PWM2、PWM3、PWM4的频率，如图8所示，当振荡频率信号F大于信号VP时，则输出PWM波为高电平，否则输出PWM波为低电平。所述控制器214通过改变PWM1、PWM2、PWM3、PWM4的频率来控制MOSFET1、MOSFET2、MOSFET3、MOSFET4的导通/关闭状态的切换频率，所以可以控制驱动电流If、Ib的切换频率，并可将驱动电流If、Ib的切换频率控制在大于25KHz以上。在本实施例中，可以将驱动电流的切换频率控制在大于30KHz以上进而达到减小或消除风扇噪音的目的。

如图9所示，当驱动信号VG1为高电平时，MOSFET1导通，此时输出的VG1波形由第一种PWM1a来取代，所述第一种PWM1a的平均电流为VB1，该平均电流为VB1可以用来直接控制风扇的转速；此时输出的VG1波形也可以由第二种PWM1b来取代，所述第二种PWM1b的平均电流VB2，该平均电流为VB2的脉冲宽度小于第一种PWM1a的脉冲宽度，所以该第一种PWM1a的平均电流为VB1大于第二种PWM1b的平均电流VB2。所以，风扇在VG1的高电平由第一种PWM1a取代时的转速比由第二种PWM1b取代时的转速快。由此可见，风扇的转速可由控制PWM的脉冲宽度来进行调节。

所述输出模块215依据接收到的脉冲信号PWM1、PWM2、PWM3、PWM4分别输出驱动信号VG1、VG2、VG3、VG4，所述驱动信号VG1、VG2、VG3、VG4分别被加载到所述MOSFET1、MOSFET2、MOSFET3、MOSFET4的栅极G1、G2、G3、G4。

另外，本领域技术人员还可于本发明精神内做其它变化，只要其不偏离本发明的技术效果，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims

1.一种风扇驱动系统，用以驱动一风扇，其包括：

一个风扇驱动器，所述风扇驱动器用以接收从风扇上输出的霍尔感测信号N+与N-，所述风扇驱动器包括第一驱动信号输出端，第二驱动信号输出端，第三驱动信号输出端及第四驱动信号输出端；

一个场效应晶体管组，所述场效应晶体管组包括第一场效应晶体管MOSFET1、第二场效应晶体管MOSFET2、第三场效应晶体管MOSFET3及第四场效应晶体管MOSFET4，所述第一场效应晶体管MOSFET1与第二场效应晶体管MOSFET2为N型，所述第三场效应晶体管MOSFET3与第四场效应晶体管MOSFET4为P型，所述第一场效应晶体管MOSFET1的漏极与第三场效应晶体管MOSFET3的漏极相连且均与风扇的第一端相连，所述第二场效应晶体管MOSFET2的漏极与第四场效应晶体管MOSFET4的漏极相连且均与风扇的第二端相连，所述第一场效应晶体管MOSFET1、第二场效应晶体管MOSFET2、第三场效应晶体管MOSFET3、第四场效应晶体管MOSFET4的栅极分别与所述风扇驱动器的第一驱动信号输出端，第二驱动信号输出端，第三驱动信号输出端及第四驱动信号输出端相连，所述第一场效应晶体管MOSFET1与第四场效应晶体管MOSFET4的导通/关闭状态相同，所述第二场效应晶体管MOSFET2与第三场效应晶体管MOSFET3的导通/关闭状态相同且与第一场效应晶体管MOSFET1的导通/关闭状态相异；其特征在于，

所述场效应晶体管组还包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3及第四二极管D4；所述第一二极管D1的阳极及第三二极管D3的阴极与风扇的第一端相连，所述第二二极管D2的阳极及第四二极管D4的阴极与风扇的第二端相连，所述第一二极管D1的阴极与第二二极管D2的阴极接一电源电压，所述第三二极管D3的阳极与第四二极管D4的阳极接地。

2.如权利要求1所述的风扇驱动系统，其特征在于，所述第一场效应晶体管MOSFET1的源极与第二场效应晶体管MOSFET2的源极接一电源电压，第三场效应晶体管MOSFET3的源极与第四场效应晶体管MOSFET4的源极接地。

3.如权利要求1所述的风扇驱动系统，其特征在于，所述风扇驱动器还具有一第一电压信号VR输入端P5，及一第一可调电阻R1，所述第一可调电阻R1串联在输入端P5与地之间，用于调节所述风扇驱动器输出的振荡频率信号。

4.如权利要求3所述的风扇驱动系统，其特征在于，所述风扇驱动器还具有一第二电压信号VP输入端P6，及一第二可调电阻R2，所述第二可调电阻R2串联在输入端P6与地之间，用以调节所述第二电压信号VP。

5.如权利要求4所述的风扇驱动系统，其特征在于，所述风扇驱动器包括一个电压调节器，一个振荡器，一个比较器，一个控制器及一个输出模块，所述电压调节器用于对输入其内的一输入电压Vin进行调节并输出一输出电压Vout，所述振荡器用以接收第一电压信号VR并输出一振荡频率信号F，所述比较器用以接收霍尔感测信号N+与N-并输出一比较信号H至所述控制器，所述控制器接收第二电压信号VP，比较信号H及振荡频率信号F并输出脉冲信号至所述输出模块，所述输出模块用以接收所述脉冲信号并输出第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号及第四驱动信号分别至所述第一场效应晶体管MOSFET1、第二场效应晶体管MOSFET2、第三场效应晶体管MOSFET3及第四场效应晶体管MOSFET4的栅极。