CN101546983B - 马达驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种马达驱动电路，其目的在于以不依存于变化成三角波状的振荡电压的振幅的频率来间歇驱动马达。本发明的马达驱动电路包括：三角波产生电路，对电容器进行充放电，并将电容器的充电电压作为振荡电压而予以输出，其中，充放电电流的电流量相应于用以控制变化成三角波状的振荡电压的振幅的振幅控制电压；脉波信号产生电路，根据用以控制马达旋转速度的速度控制电压与自三角波产生电路输出的振荡电压的比较结果，产生具有相应于速度控制电压的电平的占空比的脉波信号；及驱动电路，根据脉波信号来间歇驱动马达线圈。本发明所述的马达驱动电路，能够使马达的旋转速度的控制范围更宽。

Description

马达驱动电路
技术领域
本发明有关马达驱动电路。 
背景技术
在控制马达旋转的马达驱动电路中，有通过使用脉波(pulse)信号间歇驱动马达线圈来进行马达的旋转速度的调整的方法。例如，有通过比较自微计算机(micro computer)等输入的直流的速度控制电压与变化成三角波状的振荡电压，而产生具有相应于速度控制电压的电平(level)的占空比(duty)的脉波信号，使用所产生的脉波信号来间歇驱动马达线圈的方法(例如专利文献1)。 
在此，由于速度控制电压的变动范围依微计算机等规格而有所不同，因而有能够对应于速度控制电压的变动范围来设定振荡电压的变动范围的情形。一般而言，振荡电压通过重复如下的充放电而产生，即以定电流对电容器进行充电而当电容器的充电电压到达上限电平时以定电流进行放电，当电容器的充电电压到达下限电平时以定电流进行充电。例如，如图6所示，若令上限电平为V1、令下限电平为V2，则可得到虚线所示的振荡电压Vosc1，而若令上限电平为V1、令下限电平为V3，则可得到实线所示的振荡电压Vosc2。亦即，当将速度控制电压Vd的变动范围设定为V1至V2时产生振荡电压Vosc1，当将速度控制电压Vd的变动范围设定为V1至V3时则产生振荡电压Vosc2。 
专利文献1：日本特开2001-320890号公报。 
发明内容
而在变更振荡电压的变动范围亦即振荡电压的振幅时，若令充放电时的振荡电压的变化速度无关于振幅而相同时，则振荡电压的频率相应于振幅而变化。在图6的例子中，若令V2＝(V1+V3)/2，则振荡电压Vosc 1的频率成为振荡电压Vosc2的频率的2倍。因此，通过振荡电压Vosc 1与速度控制电压Vd的比较而产生的脉波信号PWM1的频率成为通过振荡电压Vosc2与速度控制电压Vd的比较而产生的脉波信号PWM2的频率的2倍。在如上述脉波信号的占空比相应于振荡电压的振幅而变化的情形中，则会有因脉波信号的频率在可听范围内而在间歇驱动马达时产生噪音或脉波信号变成无法驱动马达的频率等情形。 
本发明是鉴于上述课题而研创，其目的在于以不依存于变化成三角波状的振荡电压的振幅的频率来间歇驱动马达。 
为了达成前述目的，本发明的马达驱动电路具备：三角波产生电路，对电容器进行充放电，并将前述电容器的充电电压作为振荡电压而予以输出，其中，充放电电流的电流量相应于用以控制变化成三角波状的前述振荡电压的振幅的振幅控制电压；脉波信号产生电路，根据用以控制马达旋转速度的速度控制电压与自前述三角波产生电路输出的前述振荡电压的比较结果，产生具有相应于前述速度控制电压的电平的占空比的脉波信号；及驱动电路，根据前述脉波信号来间歇驱动马达线圈；前述三角波产生电路包括：电流产生电路，产生相应于前述振幅控制电压的电流量的前述充放电电流；比较电路，输出前述充电电压与比较电压的比较结果；充放电电路，根据前述充电电压与比较电压的比较结果，在前述充电电压变得比前述比较电压高时通过前述充放电电流对前述电容器进行放电，在前述充电电压变得比前述比较电压低时通过前述充放电电流对前述 电容器进行充电；及比较电压控制电路，根据前述充电电压与比较电压的比较结果，在前述充电电压变得比前述比较电压高时将前述比较电压变更为第1电平，在前述充电电压变得比前述比较电压低时将前述比较电压变更为相对于前述第1电平具有相应于前述振幅控制电压的电压差且比前述第1电平高的第2电平。 
本发明所述的马达驱动电路，前述比较电压控制电路包括：基准电源，输出预定电平的基准电压；电压产生电路，输出相应于前述充放电电流的电压；及比较电压输出电路，根据前述充电电压与比较电压的比较结果，在前述充电电压变得比前述比较电压高时将前述基准电压作为属于前述第1电平的前述比较电压予以输出，在前述充电电压变得比前述比较电压低时将前述基准电压加上自前述电压产生电路输出的前述电压所得的电压作为属于前述第2电平的前述比较电压予以输出。 
本发明所述的马达驱动电路，前述电压产生电路为一端与前述基准电源连接的电阻器；前述比较电压输出电路包括：二极管，于阳极流入前述充放电电流，阴极与前述电阻器的另一端连接；及开关电路，一端与前述二极管的阳极连接，于另一端施加有比前述基准电压低的电压，且根据前述充电电压与比较电压的比较结果，在前述充电电压变得比前述比较电压高时成为导通状态，在前述充电电压变得比前述比较电压低时成为切断状态。 
本发明所述的马达驱动电路，还包括：控制电压产生电路，相应于施加至前述马达线圈的与马达的目标旋转速度相应的驱动电压，使前述速度控制电压变化。 
依据本发明，能够以不依存于变化成三角波状的振荡电压的振幅的频率来间歇驱动马达。 
附图说明
图1是显示属于本发明一实施形态的马达驱动电路的构成的图。 
图2是显示三角波产生电路的构成例的图。 
图3是显示三角波产生电路的动作的一例的波形图。 
图4是显示使振荡电压的振幅变化时的脉波信号的一例的波形图。 
图5是显示使驱动电压及速度控制电压连动时的一例的图。 
图6是显示相应于振荡电压的振幅变动的脉波信号的变化的一例的图。 
具体实施方式
图1是显示属于本发明一实施形态的马达驱动电路的构成的图。马达驱动电路10例如在笔记型个人计算机等电子机器中组入至用于冷却处理器(processor)等发热零件(被冷却装置)的风扇马达，而用于驱动用以使冷却用风扇旋转的马达。 
本实施形态的马达驱动电路10为驱动单相的风扇马达的电路，包括三角波产生电路20、比较器22、驱动电路24及N沟道型MOSFET 26至N沟道型MOSFET 29，且相应于自微计算机等输入的速度控制电压Vd的电平而调整马达线圈L的驱动频率，借此而能够控制马达的旋转速度。此外，霍耳(Hall)元件35经由端子H1、端子H2而与马达驱动电路10连接，且输出相应于马达的旋转位置而以正弦波状变化且互为反相的信号Vh1、信号Vh2。 
三角波产生电路20产生：具有相应于经由端子Tp而施加的振幅控制电压Vp的振幅且以预定频率变化成三角波状的振荡电压Vosc。 
比较器22(脉波信号产生电路)通过比较振荡电压Vosc与经由端子Td而施加的用以控制马达的旋转速度的速度控制电压Vd，而输出具有相应于速度控制电压Vd的电平的占空比的脉波信号PWM。在本实施形态中，设定为当速度控制电压Vd比振荡电压Vosc高时，脉波信号PWM成为高电平，当速度控制电压Vd比振荡电压Vosc低时，脉波信号PWM成为低电平。因此，随着使速度控制电压Vd从振荡电压Vosc的下限变化至上限，脉波信号PWM的H电平(高电平)的占空比从0％变化至100％。 
驱动电路24根据来自霍耳元件35的信号Vh1、信号Vh2，相应于马达的旋转位置而适当地导通/切断(On/Off)N沟道型MOSFET 26至N沟道型MOSFET 29，以使马达往所期望的方向旋转。例如，通过驱动电路24将N沟道型MOSFET 26、N沟道型MOSFET 29予以导通、将N沟道型MOSFET 27、N沟道型MOSFET 28予以切断，从而于马达线圈L会有电流以从端子T1往端子T2的方向流通。另一方面，例如，通过驱动电路24将N沟道型MOSFET 27、N沟道型MOSFET 28予以导通、将N沟道型MOSFET 26、N沟道型MOSFET 29予以切断，从而于马达线圈L会有电流以从端子T2往端子T1的方向流通。 
此外，驱动电路24能够根据脉波信号PWM来间歇驱动马达线圈L。例如，当为将N沟道型MOSFET 26、N沟道型MOSFET 29予以导通、将N沟道型MOSFET 27、N沟道型MOSFET 28予以切断的情形下，驱动电路24能够在脉波信号PWM为H电平的期间将N沟道型MOSFET 26予以导通、在脉波信号PWM为L电平(低电平)的期间将N沟道型MOSFET 26予以切断。亦即，相应于脉波信号PWM的占空比来间歇驱动马达线圈L，马达的旋转速度亦成为相应于脉波信号PWM的占空比。 
图2是显示三角波产生电路20的构成例的图。三角波产生电 路20包括放大器40、PNP晶体管42至PNP晶体管45、NPN晶体管47至NPN晶体管49、N沟道型MOSFET 51、N沟道型MOSFET52(开关电路)、基准电源54、二极管56、比较器58(比较电路)、反相器60、电阻器R1及电阻器R2(电压产生电路)。 
放大器40以使NPN晶体管47的射极电压与振幅控制电压Vp成为相等的方式控制NPN晶体管47。借此，若电阻器R1的电阻值为R1，则于PNP晶体管42、NPN晶体管47及电阻器R1流通Vp/R1的电流。此外，PNP晶体管42至PNP晶体管45构成同一尺寸的电流镜电路，于PNP晶体管43至PNP晶体管45亦流通Vp/R1的电流。亦即，由放大器40、NPN晶体管47、电阻器R1及PNP晶体管42至PNP晶体管45所构成的电路相当于本发明的电流产生电路。 
NPN晶体管48、NPN晶体管49构成尺寸比为1∶2的电流镜电路。并且，NPN晶体管48的集极与PNP晶体管43的集极连接且与N沟道型MOSFET 51的漏极连接，NPN晶体管49的集极与PNP晶体管44的集极连接且经由端子TC与电容器C连接。因此，当N沟道型MOSFET 51导通时，从PNP晶体管44输出的Vp/R1的电流流入电容器C而将电容器C充电，而当N沟道型MOSFET 51切断时，由于必须于NPN晶体管49流通2×Vp/R1的电流，因此Vp/R1的电流从电容器C流出至NPN晶体管49而将电容器放电。并且，电容器C的充电电压成为振荡电压Vosc。另外，由NPN晶体管48、NPN晶体管49及N沟道型MOSFET 51所构成的电路相当于本发明的充放电电路。 
于电阻器R2的一端施加有从基准电源54输出的基准电压Vref，电阻器R2的另一端与二极管56的阴极连接。此外，二极管56的阳极与PNP晶体管45的集极连接且与N沟道型MOSFET52的漏极连接。因此，当N沟道型MOSFET 52导通时于电阻器 R2无电流流通，而当N沟道型MOSFET 52切断时于电阻器R2流通Vp/R1的电流。亦即，若令电阻器R2的电阻值为R2，则于二极管56及电阻器R2的连接点产生的比较电压Vcmp在N沟道型MOSFET 52为导通时成为Vref(第1电平)、在N沟道型MOSFET52为切断时成为Vref+(R2/R1)Vp(第2电平)。另外，由N沟道型MOSFET 52、基准电源54、二极管56及电阻器R2所构成的电路相当于本发明的比较电压控制电路。此外，由N沟道型MOSFET52及二极管56所构成的电路相当于本发明的比较电压输出电路。 
图3是显示三角波产生电路20的动作的一例的波形图。在初期状态时设定比较器58的输出信号为L电平。此时，由于N沟道型MOSFET 52为切断，因此比较电压Vcmp成为Vref+(R2/R1)Vp。并且，由于比较器58的输出信号通过反相器60而反转而成为H电平，因此N沟道型MOSFET 51成为导通，电容器C以Vp/R1的电流充电。 
当电容器C充电使振荡电压Vosc到达Vref+(R2/R1)Vp时，比较器58的输出信号成为H电平。借此，N沟道型MOSFET 52成为导通而比较电压Vcmp变化成Vref，并且N沟道型MOSFET 51成为切断而电容器C以Vp/R1的电流放电。 
当电容器C放电使振荡电压Vosc到达Vref时，比较器58的输出信号成为L电平，电容器C的充电再次开始。通过如上述使电容器C以Vp/R1的电流充放电，振荡电压Vosc便以下限为Vref、上限为Vref+(R2/R1)Vp的振幅振荡。亦即，振荡电压Vosc的振幅成为(R2/R1)Vp，相应于振幅控制电压Vp而变化。 
在此，若令振荡电压Vosc的周期为T、令电容器C的电容值为C1，则T＝CV/I＝{C1×2(R2/R1)Vp}/(Vp/R1)＝2C1×R2。因此，振荡电压Vosc的周期成为一定。亦即，振荡电压Vosc的周期为 一定，与振幅无关。 
图4是显示使振荡电压Vosc的振幅变化时的脉波信号PWM的一例的波形图。Vosc1为将振幅控制电压Vp设定为Vp1时的振荡电压Vosc的波形，Vosc2为将振幅控制电压Vp设定为Vp2(＝Vp1/2)时的振荡电压Vosc的波形。在此，由于振荡电压Vosc的振幅为(R2/R1)Vp，因此Vosc1的振幅成为Vosc2的振幅的2倍。但由于振荡电压Vosc的频率与振幅无关而为一定，因此振荡电压Vosc1、振荡电压Vosc2的频率相同。因此，通过振荡电压Vosc1、振荡电压Vosc2与速度控制电压Vd的比较而产生的脉波信号PWM1、脉波信号PWM2的频率亦与振荡电压Vosc1、振荡电压Vosc2无关而成为相同。 
以上，针对本实施形态的马达驱动电路10进行了说明。依据马达驱动电路10，电容器C以相应于振幅控制电压Vp的电流量(Vp/R1)的充放电电流进行充放电。亦即，充放电电流亦以与振荡电压Vosc的振幅变化成比例的方式变化，因此振荡电压Vosc的周期成为一定，与振幅无关。因此，脉波信号PWM的频率亦成为一定，而能够以不依存于振荡电压Vosc的振幅的频率来间歇驱动马达。因此，能够防止在间歇驱动马达时产生噪音或脉波信号PWM变成无法驱动马达的频率等情形。 
如图2所例示，产生如上述振荡电压Vosc的三角波产生电路20可包括：电流产生电路，产生相应于振幅控制电压Vp的充放电电流；比较器58，比较电容器的充电电压与比较电压Vcmp；充放电电路，依据比较器58的输出信号来对电容器C进行充放电；及比较电压控制电路，依据比较器58的输出信号来控制比较电压Vcmp。 
此外，如图2所例示，控制比较电压Vcmp的比较电压控制电路可包括：基准电源54、输出相应于充放电电流的电压的电 压产生电路、及输出相应于比较器58的输出信号的比较电压Vcmp的比较电压输出电路。 
此外，如图2所例示，输出相应于充放电电流的电压的电压产生电路可由电阻器R2所构成。此外，如图2所例示，输出相应于比较器58的输出信号的比较电压Vcmp的比较电压输出电路可由在阳极流入充放电电流而阴极与电阻器R2连接的二极管56、及控制充放电电流往电阻器R2流入的N沟道型MO SFET52所构成。 
以上所述仅为本发明较佳实施例，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉本项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可在此基础上做进一步的改进和变化，因此本发明的保护范围当以本申请的权利要求书所界定的范围为准。例如，虽然在本实施形态中将马达驱动电路10使用为单相的风扇马达的驱动用，但作为驱动对象的马达并不限于风扇马达，相数亦不限于单相。 
此外，虽然在图1中设定马达线圈L的驱动电压Vdd为固定电平，但亦可如图5所示，设定成驱动电压Vdd通过来自微计算机等的控制而依据马达的目标旋转速度而变动。并且，亦可例如使用电阻器R3、电阻器R4(控制电压产生电路)，产生相应于驱动电压Vdd的速度控制电压Vd。借此，由于脉波信号PWM的占空比相应于驱动电压Vdd而变化，因此相较于仅控制驱动电压Vdd的情形与将驱动电压Vdd固定而仅控制脉波信号PWM的占空比的情形，能够使马达的旋转速度的控制范围更宽。 
附图中符号的简单说明如下： 
10：马达驱动电路        20：三角波产生电路 
22：比较器              24：驱动电路 
26～29、51、52：N沟道型MOSFET 
35：霍耳元件                40：放大器 
42～45：PNP晶体管           47～49：NPN晶体管 
54：基准电源                56：二极管 
58：比较器                  60：反相器 
C：电容器 
H1、H2、T1、T2、TC、Td、Tp：端子 
L：马达线圈 
PWM、PWM1、PWM2：脉波信号 
R1～R4：电阻器              Vcmp：比较电压 
Vd：速度控制电压            Vdd：驱动电压 
Vh1、Vh2：信号 
Vosc、Vosc1、Vosc2：振荡电压 
Vp：振幅控制电压            Vref：基准电压。 

Claims (4)

1.一种马达驱动电路，其特征在于，包括：
三角波产生电路，对电容器进行充放电，并将前述电容器的充电电压作为振荡电压而予以输出，其中，充放电电流的电流量相应于用以控制变化成三角波状的前述振荡电压的振幅的振幅控制电压；
脉波信号产生电路，根据用以控制马达旋转速度的速度控制电压与自前述三角波产生电路输出的前述振荡电压的比较结果，产生具有相应于前述速度控制电压的电平的占空比的脉波信号；及
驱动电路，根据前述脉波信号来间歇驱动马达线圈；
前述三角波产生电路包括：
电流产生电路，产生相应于前述振幅控制电压的电流量的前述充放电电流；
比较电路，输出前述充电电压与比较电压的比较结果；
充放电电路，根据前述充电电压与比较电压的比较结果，在前述充电电压变得比前述比较电压高时通过前述充放电电流对前述电容器进行放电，在前述充电电压变得比前述比较电压低时通过前述充放电电流对前述电容器进行充电；及
比较电压控制电路，根据前述充电电压与比较电压的比较结果，在前述充电电压变得比前述比较电压高时将前述比较电压变更为第1电平，在前述充电电压变得比前述比较电压低时将前述比较电压变更为相对于前述第1电平具有相应于前述振幅控制电压的电压差且比前述第1电平高的第2电平。
2.根据权利要求1所述的马达驱动电路，其特征在于，前述比较电压控制电路包括：
基准电源，输出预定电平的基准电压；
电压产生电路，输出相应于前述充放电电流的电压；及
比较电压输出电路，根据前述充电电压与比较电压的比较结果，在前述充电电压变得比前述比较电压高时将前述基准电压作为属于前述第1电平的前述比较电压予以输出，在前述充电电压变得比前述比较电压低时将前述基准电压加上自前述电压产生电路输出的前述电压所得的电压作为属于前述第2电平的前述比较电压予以输出。
3.根据权利要求2所述的马达驱动电路，其特征在于，前述电压产生电路为一端与前述基准电源连接的电阻器；
前述比较电压输出电路包括：
二极管，于阳极流入前述充放电电流，阴极与前述电阻器的另一端连接；及
开关电路，一端与前述二极管的阳极连接，于另一端施加有比前述基准电压低的电压，且根据前述充电电压与比较电压的比较结果，在前述充电电压变得比前述比较电压高时成为导通状态，在前述充电电压变得比前述比较电压低时成为切断状态。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的马达驱动电路，其特征在于，还包括：
控制电压产生电路，相应于施加至前述马达线圈的与马达的目标旋转速度相应的驱动电压，使前述速度控制电压变化。
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