CN101442284B - 马达驱动电路、风扇马达、电子设备及笔记本个人计算机 - Google Patents

Abstract

一种马达驱动电路、风扇马达、电子设备及笔记本个人计算机。该马达驱动电路能缩短间歇驱动马达线圈时的开关间隔，具备：串联连接的第一和第二晶体管，连接点的电压为驱动电压；运算放大器，控制第一和第二晶体管使驱动电压与控制马达线圈驱动的第一和第二控制电压之差相应；开关电路，在间歇驱动马达线圈的脉冲信号是逻辑电平一方的情况下，驱动第一和第二晶体管使马达线圈成为没有被驱动的状态，在脉冲信号是逻辑电平另一方的情况下，根据运算放大器的控制驱动第一和第二晶体管；以及驱动辅助电路，当脉冲信号从逻辑电平的一方变为另一方时，驱动第一和第二晶体管使驱动电压在比脉冲信号是逻辑电平的另一方的时间短的规定时间内上升。

Description

马达驱动电路、风扇马达、电子设备及笔记本个人计算机

技术领域

本发明涉及一种马达驱动电路、风扇马达、电子设备及笔记本个人计算机。

背景技术

在笔记本个人计算机等电子设备中，为了冷却例如处理器等发热部件而使用风扇马达。在风扇马达中，根据表示马达的旋转位置的信号来控制施加到马达线圈上的驱动电压，由此进行控制使得马达进行所希望的旋转。在这样控制施加到马达线圈上的驱动电压的情况下，以静音化、回扫电压的抑制等为目的，有时使驱动电压的变化平缓(例如，专利文献1)。

另外，在使用风扇马达冷却部件的情况下，通过提高马达的转速、即风扇的转速，能够提高冷却效果，但是当总是维持风扇进行高速旋转时，产生功耗增大、风扇噪音等问题。因此，很多情形是根据冷却对象的部件的发热量、处理量等间歇驱动马达，由此将风扇的转速控制在需要的水平。

图6是表示驱动单相的风扇马达的马达驱动电路的结构的一例的图。在马达驱动电路100中，根据从霍尔元件110输出的、与马达的旋转位置相应的相互反相的电压V_H1、V_H2，控制施加到连接马达线圈L的端子OUT1、OUT2上的驱动电压V_OUT1、V_oUT2。串联连接的P沟道MOSFET 112和N沟道MOSFET 113的连接点的电压为驱动电压V_OUT1。并且，运算放大器115控制施加到P沟道MOSFET 112和N沟道MOSFET 113的栅极上的电压使得驱动电压V_OUT1成为与从霍尔元件110输出的电压V_H1、V_H2之差相应的电压。此外，关于驱动电压V_OUT2，根据从霍尔元件110输出的电压V_H1、V_H2进行控制使得与驱动电压V_OUT1反相。因而，在马达驱动电路100中，进行控制使得驱动电压V_OUT1、V_OUT2平缓地进行变化，从而实现静音化、回扫电压的抑制等。

另外，根据从PWM信号输出电路120输出的PWM信号间歇控制马达线圈L。具体地说，在PWM信号是H电平的情况下，由于P沟道MOSFET 122、123截止，因此由运算放大器115控制驱动电压V_OUT1，在PWM信号是L电平的情况下，由于P沟道MOSFET 122、123导通，因此P沟道MOSFET 112截止，N沟道MOSFET 113导通，与运算放大器115的控制无关地，驱动电压V_OUT1为L电平。同样地，也根据PWM信号控制驱动电压V_OUT2。因而，在PWM信号为L电平的期间是马达线圈L没有被驱动的状态。也就是说，在马达驱动电路100中，根据状况改变PWM信号的占空比，由此能够控制风扇的转速。

专利文献1：日本特开2004-166379号公报

发明内容

发明要解决的问题

图7是表示与PWM信号相应的驱动电压V_OUT1的变化的一例的图。当PWM信号从H电平变为L电平时，P沟道MOSFET 112截止，N沟道MOSFET 113导通，驱动电压V_OUT1立即变为L电平。另一方面，当PWM信号从L电平变为H电平时，通过运算放大器115的反馈控制改变驱动电压V_OUT1，因此直到变为与从霍尔元件110输出的电压V_H1、V_H2之差相应的目标电平为止花费与运算放大器115的频率特性相应的时间。

另外，在冷却笔记本个人计算机的处理器等的风扇马达中，根据状况改变风扇的转速，但是例如在待机状态、睡眠模式等发热较少的状况下，为了抑制功耗量，希望风扇尽可能低速旋转。因此，如果是马达驱动电路100的情况，则为了使风扇低速旋转，需要减小PWM信号中的H电平的占空比、即PWM信号的脉宽。

可是，在马达驱动电路100中，如图7例示的那样，PWM信号从L电平变为H电平起直到驱动电压V_OUT1成为目标电平为止花费与运算放大器115的频率特性相应的时间。因此，也存在如下情况：当缩小PWM信号的脉宽时，在驱动电压V_OUT1达到目标电平之前，PWM信号变为L电平，导致驱动电压V_OUT1成为L电平。因而，在特别低速旋转区域，无法根据PWM信号的占空比线性控制风扇的转速，难以使风扇的转速变为所需的足够低的低速旋转。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于能够使间歇驱动马达线圈时的开关间隔变短。

用于解决问题的方案

为了达到上述目的，本发明的马达驱动电路具备：串联连接的第一和第二晶体管，其连接点的电压为施加到马达线圈的一端的驱动电压；

运算放大器，其控制上述第一和第二晶体管，使上述驱动电压变为与用于控制上述马达线圈的驱动的第一和第二控制电压之差相应的电压；

开关电路，其在用于间歇驱动上述马达线圈的脉冲信号是逻辑电平的一方的情况下，驱动上述第一和第二晶体管，使得上述马达线圈与上述运算放大器的控制无关地成为没有被驱动的状态，在上述脉冲信号是逻辑电平的另一方的情况下，根据上述运算放大器的控制来驱动上述第一和第二晶体管；以及

驱动辅助电路，其当上述脉冲信号从上述逻辑电平的一方变为逻辑电平的另一方时，驱动上述第一和第二晶体管，使得上述驱动电压与上述运算放大器的控制无关地在比上述脉冲信号是上述逻辑电平的另一方的时间短的规定时间内上升。

发明的效果

能够缩短间歇驱动马达线圈时的开关间隔。

附图说明

图1是表示作为本发明的一个实施方式的马达驱动电路的结构的图。

图2是表示驱动辅助电路的结构例的图。

图3是表示驱动辅助电路的动作的一例的图。

图4是表示马达驱动电路的动作的一例的图。

图5是表示与PWM信号和辅助脉冲相应的驱动电压的变化的一例的图。

图6是表示驱动单相的风扇马达的马达驱动电路的结构的一例的图。

图7是表示与PWM信号相应的驱动电压的变化的一例的图。

附图标记说明

10：马达驱动电路；11A、11B：运算放大器；12A～14A、12B～14B：P沟道MOSFET；15A、15B：N沟道MOSFET；17A、17B、18A、18B：电阻；20A、20B、21A、21B：反转电路；25：PWM信号输出电路；26：驱动辅助电路；30：霍尔元件；40、41：P沟道MOSFET；42、43：N沟道MOSFET；46：电阻；48：电容器；50：NOT电路；51：AND电路。

具体实施方式

图1是表示作为本发明的一个实施方式的马达驱动电路的结构的图。例如，在笔记本个人计算机等电子设备中，马达驱动电路10被嵌入到用于冷却处理器等发热部件(被冷却装置)的风扇马达中，用来驱动用于使冷却用风扇旋转的马达。

本实施方式的马达驱动电路10是驱动单相的风扇马达的电路，包括运算放大器11A、11B、P沟道MOSFET 12A～14A、12B～14B、N沟道MOSFET 15A、15B、电阻17A、17B、18A、18B、反转电路20A、20B、21A、21B、PWM信号输出电路25以及驱动辅助电路26。在本实施方式中，将马达驱动电路10集成化，在端子OUT1、OUT2之间连接有马达线圈L，在端子H1、H2之间连接有输出与马达的旋转位置相应的电压V_H1(第一控制电压)和电压V_H2(第二控制电压)的霍尔元件30。此外，电压V_H1、V_H2是相互反相的呈正弦波状变化的电压。

此外，关于设置在输出端子OUT2侧的运算放大器11B、P沟道MOSFET 12B～14B、N沟道MOSFET 15B、电阻17B、18B、反转电路20B、21B，除了从霍尔元件30输出的电压V_H1、V_H2向运算放大器11B输入的输入关系与运算放大器11A相反以外，是与输出端子OUT1侧相同的结构。

关于运算放大器11A，对+输入端子施加电压V_H1，对-输入端子通过电阻17A(第一电阻)施加电压V_H2。另外，运算放大器11A包括通过电阻18A(第二电阻)连接端子OUT1与-输入端子的反馈电路。即，运算放大器11A进行反馈控制使得施加到端子OUT1上的驱动电压V_OUT1成为将电压V_H1、V_H2之差以与电阻17A、18A的电阻比相应的增益进行放大得到的电压。此外，由运算放大器11B控制的施加到端子OUT2的驱动电压V_OUT2与驱动电压V_OUT1反相。

P沟道MOSFET 12A(第一晶体管)和N沟道MOSFET 15A(第二晶体管)串联连接在电源电压Vdd与接地电压之间，连接点与端子OUT1连接。并且，运算放大器11A的输出电压通过反转电路20A、21A施加到P沟道MOSFET 12A和N沟道MOSFET 15A的栅极。此外，反转电路20A、21A是以中点电压(例如，Vdd/2)为边界值将运算放大器11A的输出电压进行反转并输出的电路。因而，在电压V_H1>电压V_H2的情况下，运算放大器11A的输出电压变高，P沟道MOSFET 12A的电流增加，并且N沟道MOSFET 15A的电流减少，驱动电压V_OUT1变高。另一方面，在电压V_H1<电压V_H2的情况下，运算放大器11A的输出电压变低，P沟道MOSFET 12A的电流减少，并且N沟道MOSFET 15A的电流增加，驱动电压V_OUT1变低。通过这种控制，驱动电压V_OUT1成为与电压V_H1、V_H2之差相应的电压。

PWM信号输出电路25输出用于间歇驱动马达线圈L的PWM信号(脉冲信号)。在本实施方式中，在PWM信号是L电平的情况下，P沟道MOSFET 13A、13B、14A、14B(开关电路)导通。并且，当P沟道MOSFET 13A、13B、14A、14B变为导通时，与运算放大器11A、11B的输出电压无关地，P沟道MOSFET12A、12B截止，N沟道MOSFET 15A、15B导通，从而驱动电压V_OUT1、V_OUT2都变为L电平，马达线圈L成为没有被驱动的状态。另一方面，在PWM信号是H电平的情况下，P沟道MOSFET 13A、13B、14A、14B截止，由运算放大器11A、11B控制驱动电压V_OUT1、V_OUT2，根据电压V_OUT1、V_OUT2的电压差来驱动马达线圈L。即，通过使PWM信号的H电平的占空比变大，能够使马达的转速上升，通过使占空比变小，能够使马达的转速降低。

驱动辅助电路26输出辅助脉冲，该辅助脉冲用于提高PWM信号从L电平变为H电平而重新开始由运算放大器11A、11B进行的电压V_OUT1、V_OUT2的控制时的、驱动电压V_OUT1、V_OUT2的响应性。即，当PWM信号变为H电平时，由运算放大器11A、11B重新开始将驱动电压V_OUT1、V_OUT2从L电平变为与电压V_H1、V_H2之差相应的电压的控制，此时，为了缩短电压V_OUT1、V_OUT2达到目标电平的时间而使用辅助脉冲。本实施方式中的辅助脉冲是PWM信号从L电平变为H电平起以规定时间成为H电平的信号，辅助脉冲的脉宽比PWM信号的脉宽窄。因而，在辅助脉冲是H电平的期间，控制P沟道MOSFET 12A和N沟道MOSFET 15A使得P沟道MOSFET 12A的电流增加，N沟道MOSFET 15A的电流减少，由此与仅由运算放大器11A控制的情况相比，驱动电压V_OUT1上升得更快。针对驱动电压V_OUT2也相同。

图2是表示驱动辅助电路26的结构例的图。驱动辅助电路26包括P沟道MOSFET 40、41、N沟道MOSFET 42、43、电阻46、电容器48、NOT电路50以及AND电路51。P沟道MOSFET 40和N沟道MOSFET 42构成反相器。P沟道MOSFET 41和N沟道MOSFET 43也构成反相器。

如图3例示的那样，当PWM信号从L电平变为H电平时，由P沟道MOSFET 40和N沟道MOSFET 42构成的反相器的输出变为L电平，因此A点的电压以与电阻46的电阻值和电容器48的电容量相应的时间常数下降。并且，当A点的电压达到由P沟道MOSFET 41和N沟道MOSFET 43构成的反相器的阈值电压时，B点的电压变为H电平。另外，当PWM信号从H电平变为L电平时，A点的电压与时间常数相应地上升，当达到由P沟道MOSFET 41和N沟道MOSFET 43构成的反相器的阈值电压时，B点的电压变为L电平。即，P沟道MOSFET 40、41、N沟道MOSFET 42、43、电阻46以及电容器48构成延迟电路，从B点输出将PWM信号延迟规定时间的信号。并且，NOT电路50和AND电路51构成辅助脉冲输出电路，将由NOT电路50反转从B点输出的信号得到的信号、与PWM信号输入到AND电路51，由此生成使PWM信号从L电平变为H电平起以规定时间成为H电平的辅助脉冲。

图4是表示马达驱动电路10的动作的一例的图。在以H电平维持PWM信号的期间，由运算放大器11A、11B进行控制使得施加到马达线圈L两端的驱动电压V_OUT1、V_OUT2成为与从霍尔元件30输出的电压V_H1、V_H2之差相应的电压，来驱动马达线圈L。并且，在PWM信号呈脉冲状变化的期间，当PWM信号从H电平变为L电平时，与运算放大器11A、11B的控制无关地，驱动电压V_OUT1、V_OUT2变为L电平，马达线圈L成为没有被驱动的状态。另外，在PWM信号呈脉冲状变化的期间，当PWM信号从L电平变为H电平时，通过运算放大器11A、11B的控制，驱动电压V_OUT1、V_OUT2恢复到与电压V_H1、V_H2之差相应的目标电平。即，根据PWM信号的H电平的占空比来间歇驱动马达线圈L。

图5是表示与PWM信号和辅助脉冲相应的驱动电压的变化的一例的图。如上所述，当PWM信号从L电平变为H电平时，从驱动辅助电路26输出辅助脉冲。在辅助脉冲是H电平的较短的期间，控制P沟道MOSFET 12A和N沟道MOSFET 15A使得P沟道MOSFET 12A的电流增加，并且N沟道MOSFET 15A的电流减少，与仅由运算放大器11A进行控制的情况相比，驱动电压V_OUT1较快地上升。并且，当辅助脉冲变为L电平时，由运算放大器11A进行控制使得驱动电压V_OUT1从根据辅助脉冲上升的电平变为目标电平。针对驱动电压V_OUT2也相同。这样，在间歇驱动马达线圈L的情况下，在将马达线圈L从没有被驱动的状态切换到驱动的状态时，通过辅助脉冲能够缩短驱动电压V_OUT1、V_OUT2达到目标电平为止的时间。

以上，说明了本实施方式的马达驱动电路10。在马达驱动电路10中，当PWM信号从L电平变为H电平时，生成脉宽较窄的辅助脉冲，进行用于使驱动电压V_OUT1、V_OUT2达到目标电平的辅助。因而，与仅由运算放大器11A、11B控制驱动电压V_OUT1、V_OUT2的情况相比，能够使驱动电压V_OUT1、V_OUT2更快地达到目标电平。因此，能够缩短PWM信号的脉宽、即间歇驱动马达线圈L时的开关间隔，即使在低速区域也能够线性控制马达的转速。另外，在直到驱动电压V_OUT1、V_OUT2达到目标电平为止的期间，功耗较高，因此通过缩短该期间，能够抑制功耗量。

此外，如图2所例示的那样，能够根据使PWM信号延迟规定时间的信号和PWM信号生成辅助脉冲。

并且，通过使用这种马达驱动电路10，在笔记本个人计算机等电子设备中，在处理器等发热部件的发热量较少的情况下，能够使风扇的转速变为足够低的低速旋转，并能够抑制功耗量。

此外，上述实施方式是用于容易理解本发明的实施方式，并不是用于限定解释本发明。本发明能够不脱离其宗旨地进行变更、改进，并且本发明还包含其等价物。例如，在本实施方式中，将马达驱动电路10用作单相的风扇马达的驱动，但是驱动对象的马达并不限于风扇马达，相数也不限于单相。

Claims (7)

1.一种马达驱动电路，其特征在于，具备：

串联连接的第一和第二晶体管，其连接点的电压为施加到马达线圈的一端的第一驱动电压；

第一运算放大器，其控制上述第一和第二晶体管，使上述第一驱动电压变为与用于控制上述马达线圈的驱动的第一和第二控制电压之差相应的电压，所述第一和第二控制电压为与马达的旋转位置相应且相互反相的电压；

串联连接的第三和第四晶体管，其连接点的电压为施加到马达线圈的另一端的第二驱动电压；

第二运算放大器，其控制上述第三和第四晶体管，使上述第二驱动电压与上述第一驱动电压反相；

开关电路，其在用于间歇驱动上述马达线圈的脉冲信号是逻辑电平的一方的情况下，驱动上述第一和第二晶体管以及上述第三和第四晶体管，使得上述马达线圈与上述第一运算放大器和上述第二运算放大器的控制无关地成为没有被驱动的状态，在上述脉冲信号是逻辑电平的另一方的情况下，根据上述第一运算放大器的控制来驱动上述第一和第二晶体管，且根据上述第二运算放大器的控制来驱动上述第三和第四晶体管；以及

驱动辅助电路，其当上述脉冲信号从上述逻辑电平的一方变为逻辑电平的另一方时，驱动上述第一和第二晶体管以及上述第三和第四晶体管，使得上述第一驱动电压和上述第二驱动电压与上述第一运算放大器和上述第二运算放大器的控制无关地在比上述脉冲信号是上述逻辑电平的另一方的时间短的规定时间内上升。

2.根据权利要求1所述的马达驱动电路，其特征在于，

上述驱动辅助电路包括：

延迟电路，其生成使上述脉冲信号延迟了上述规定时间的延迟脉冲信号；以及

辅助脉冲输出电路，其根据上述脉冲信号和上述延迟脉冲信号，输出用于使上述第一驱动电压和上述第二驱动电压在上述脉冲信号从上述逻辑电平的一方变为上述逻辑电平的另一方起在上述规定时间内上升的辅助脉冲信号。

3.根据权利要求2所述的马达驱动电路，其特征在于，

上述第一运算放大器包含：

一个输入端子，其输入上述第一控制电压；

另一个输入端子，其通过第一电阻输入上述第二控制电压；

反馈电路，其通过第二电阻连接上述另一个输入端子与上述第一和第二晶体管的上述连接点；以及

输出端子，其输入从上述辅助脉冲输出电路输出的上述辅助脉冲信号。

4.根据权利要求2所述的马达驱动电路，其特征在于，

上述第二运算放大器包含：

一个输入端子，其输入上述第一控制电压；

另一个输入端子，其通过第三电阻输入上述第二控制电压；

反馈电路，其通过第四电阻连接上述另一个输入端子与上述第三和第四晶体管的上述连接点；以及

输出端子，其输入从上述辅助脉冲输出电路输出的上述辅助脉冲信号。

5.一种风扇马达，其特征在于，具备：

风扇；

马达，其驱动上述风扇；以及

马达驱动电路，其驱动上述马达，

其中，上述马达驱动电路包括：

串联连接的第一和第二晶体管，其连接点的电压为施加到马达线圈的一端的第一驱动电压；

第一运算放大器，其控制上述第一和第二晶体管，使上述第一驱动电压变为与用于控制上述马达线圈的驱动的第一和第二控制电压之差相应的电压，所述第一和第二控制电压为与马达的旋转位置相应且相互反相的电压；

串联连接的第三和第四晶体管，其连接点的电压为施加到马达线圈的另一端的第二驱动电压；

第二运算放大器，其控制上述第三和第四晶体管，使上述第二驱动电压与上述第一驱动电压反相；

开关电路，其在用于间歇驱动上述马达线圈的脉冲信号是逻辑电平的一方的情况下，驱动上述第一和第二晶体管以及上述第三和第四晶体管，使得上述马达线圈与上述第一运算放大器和上述第二运算放大器的控制无关地成为没有被驱动的状态，在上述脉冲信号是逻辑电平的另一方的情况下，根据上述第一运算放大器的控制来驱动上述第一和第二晶体管，且根据上述第二运算放大器的控制来驱动上述第三和第四晶体管；以及

驱动辅助电路，其当上述脉冲信号从上述逻辑电平的一方变为逻辑电平的另一方时，驱动上述第一和第二晶体管以及上述第三和第四晶体管，使得上述第一驱动电压和上述第二驱动电压与上述第一运算放大器和上述第二运算放大器的控制无关地在比上述脉冲信号是上述逻辑电平的另一方的时间短的规定时间内上升。

6.一种电子设备，其特征在于，具备：

风扇；

马达，其驱动上述风扇；

马达驱动电路，其驱动上述马达；以及

被冷却装置，其通过上述风扇被冷却，

其中，上述马达驱动电路包括：

串联连接的第一和第二晶体管，其连接点的电压为施加到马达线圈的一端的第一驱动电压；

第一运算放大器，其控制上述第一和第二晶体管，使上述第一驱动电压变为与用于控制上述马达线圈的驱动的第一和第二控制电压之差相应的电压，所述第一和第二控制电压为与马达的旋转位置相应且相互反相的电压；

串联连接的第三和第四晶体管，其连接点的电压为施加到马达线圈的另一端的第二驱动电压；

第二运算放大器，其控制上述第三和第四晶体管，使上述第二驱动电压与上述第一驱动电压反相；开关电路，其在用于间歇驱动上述马达线圈的脉冲信号是逻辑电平的一方的情况下，驱动上述第一和第二晶体管以及上述第三和第四晶体管，使得上述马达线圈与上述第一运算放大器和上述第二运算放大器的控制无关地成为没有被驱动的状态，在上述脉冲信号是逻辑电平的另一方的情况下，根据上述第一运算放大器的控制来驱动上述第一和第二晶体管，且根据上述第二运算放大器的控制来驱动上述第三和第四晶体管；以及

驱动辅助电路，其当上述脉冲信号从上述逻辑电平的一方变为逻辑电平的另一方时，驱动上述第一和第二晶体管以及上述第三和第四晶体管，使得上述第一驱动电压和上述第二驱动电压与上述第一运算放大器和上述第二运算放大器的控制无关地在比上述脉冲信号是上述逻辑电平的另一方的时间短的规定时间内上升。

7.一种笔记本个人计算机，其特征在于，具备：

风扇；

马达，其驱动上述风扇；

马达驱动电路，其驱动上述马达；以及

处理器，其通过上述风扇被冷却，

其中，上述马达驱动电路包括：

串联连接的第一和第二晶体管，其连接点的电压为施加到马达线圈的一端的第一驱动电压；

第一运算放大器，其控制上述第一和第二晶体管，使上述第一驱动电压变为与用于控制上述马达线圈的驱动的第一和第二控制电压之差相应的电压，所述第一和第二控制电压为与马达的旋转位置相应且相互反相的电压；

串联连接的第三和第四晶体管，其连接点的电压为施加到马达线圈的另一端的第二驱动电压；

第二运算放大器，其控制上述第三和第四晶体管，使上述第二驱动电压与上述第一驱动电压反相；

开关电路，其在用于间歇驱动上述马达线圈的脉冲信号是逻辑电平的一方的情况下，驱动上述第一和第二晶体管以及上述第三和第四晶体管，使得上述马达线圈与上述第一运算放大器和上述第二运算放大器的控制无关地成为没有被驱动的状态，在上述脉冲信号是逻辑电平的另一方的情况下，根据上述第一运算放大器的控制来驱动上述第一和第二晶体管，且根据上述第二运算放大器的控制来驱动上述第三和第四晶体管；以及

驱动辅助电路，其当上述脉冲信号从上述逻辑电平的一方变为逻辑电平的另一方时，驱动上述第一和第二晶体管以及上述第三和第四晶体管，使得上述第一驱动电压和上述第二驱动电压与上述第一运算放大器和上述第二运算放大器的控制无关地在比上述脉冲信号是上述逻辑电平的另一方的时间短的规定时间内上升。

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