CN101567656A - 切换式调整电路及双线圈马达装置 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种用于一双线圈马达装置的切换式调整电路，包含一栅控切换元件及一驱动电路。当双线圈中的其中的一线圈产生一感应电压信号超过一参考值时，该驱动电路产生一输出信号，以导通该栅控切换元件。藉此，可防止栅控切换元件的寄生二极管导通，对整体电路造成损害。

Description

切换式调整电路及双线圈马达装置

技术领域

本发明是关于一种用于双线圈马达装置的电路，特别是关于可防止电路运作时而发生错误功能的切换式调整电路。

背景技术

许多的电子产品中，由于电路运作时受到电流的热效应而产生大量的热，此时，便需要一风扇马达以辅助电子产品在电路运作时供散热之用。常用以控制风扇马达的其中之一装置便是使用双线圈马达装置，如图1所示，是双线圈马达装置1的示意图，其运作是将双线圈马达装置1的定子11上所缠绕的双线圈13中的其中之一通以电流后，由于线圈与转子之间的磁力作用而带动风扇15转动，其中对于同一定子11上的双线圈13的缠绕方式为：其中的一线圈13a为由上而下以顺时针方式螺旋缠绕，另一线圈13b为由上而下以逆时针方式螺旋缠绕，如图2所示。

请参考图3，为一种用以驱动双线圈马达装置1的风扇15转动的一电路，当转动侦测器35侦测到一转子的一转动位置时，发出一信号35a经由驱动电路33a后，输出侦测信号34a至栅控切换元件31a的栅极311a(或发出一信号35b经由驱动电路33b后，输出侦测信号34b至栅控切换元件31b的栅极311b)，一般而言，栅控切换元件多为一N型金属氧化物半导体场效应晶体管(N-type MOSFET)，以下将以此为例说明。为方便说明现有技术的内容，在此，以双线圈中一线圈13b受到另一线圈13a的磁通量变化为说例；当线圈13b感应出一负电压的瞬时，该负电压所对应的一感应电流便由栅控切换元件的漏极313b流往线圈13b，当该负电压超过寄生二极管317b的临界电压时，将使寄生二极管317b顺向偏压而导通，电荷载子便流入至栅控切换元件31b的P型基板内，使得在P型基板内流窜的电荷载子影响电路的正常工作，因此栅控切换元件31b电路便发生错误功能，更甚者，将导致互补性金氧半导体闩锁效应(CMOS Latch-up)，造成驱动电路永久损毁。反之，若是线圈13a受到线圈13b的磁通量发生变化时，亦具有相同的问题发生，在此就不多加赘述。

请一并参考图4，其绘示栅控切换元件31a或31b的剖面示意图。由于栅控切换元件31a、31b具有相同的结构，以下将以栅控切换元件31b为例说明。当栅控切换元件31b的栅极311b被关闭时，漏极313b与源极315b之间无法导通电流。由于栅控切换元件31b的基板60本身存在着一寄生二极管(parasitic diode)317b，该寄生二极管317b的一端与漏极313b电性连接，而另一端与漏极315b电性连接。然而，当线圈13b因互感而于漏极313b产生该负电压，导致寄生二极管317b的顺向偏压超过临界电压时，将导通寄生二极管317b。倘若流经寄生二极管317b的电流所携带的电荷载子数目过多或能量过高，将使过多的电子于基板60内流窜，造成电路运作时而发生错误，影响整体电路效能。

针对上述缺点，半导体工业已提出一套解决方案且广泛被采用，该套解决方案即为N-type MOSFET 31的P型基板内设计一保护环(guard ring)，用以捕捉或收集注入至P型基板的电荷载子以避免闩锁效应(latch-up)的发生，进而防止电路发生错误的功能。然而，当注入至P型基板的电荷载子能量过高或数目过多的时候，保护环仍无法完全地捕捉或收集电荷载子而避免闩锁效应的发生。

有鉴于此，如何防止因寄生元件导通而产生的电荷流窜现象，而降低整体电路的运作效能，乃为业界亟需解决的问题。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种切换式调整电路，包含一栅控切换元件及一驱动电路，该切换式调整电路用于一双线圈马达装置，该双线圈马达装置包含一第一线圈、一第二线圈，交替地导通电流，及一供电源(supply rail)，该双线圈马达装置产生一感应电压信号代表未导通电流的该第二线圈的一感应电压。藉此，当该感应电压信号超过一参考值时，该驱动电路导通(turn on)该栅控切换元件，以防止该栅控切换元件于电路运作时而发生错误功能。

为达上述目的，栅控切换元件的一栅极与驱动电路耦合，栅控切换元件的另二电极分别耦合至第二线圈及供电源；驱动电路用以侦测该双线圈马达装置的一转子的一转动位置以产生一侦测信号，并因应该侦测信号及感应电压信号切换该栅控切换元件，当该驱动电路因应该侦测信号而关闭(turn off)该栅控切换元件，且该感应电压信号超过一参考值时，该驱动电路导通(turnon)该栅控切换元件。

本发明的另一目的在于提供一种双线圈马达装置，包含一转子及一定子，该转子相对于该定子转动；一第一线圈及一第二线圈，交替地导通电流，其中第二线圈未导通电流且第一线圈导通电流时，在第二线圈产生一感应电压信号；一栅控切换元件，具有三极，其中两极分别耦合至第二线圈以及一供电源；以及一驱动电路，与栅控切换元件的一栅极耦合以侦测转子的一转动位置以产生一侦测信号，并因应该侦测信号以及该感应电压信号切换该栅控切换元件。更详细说来，当第二线圈产生感应电压信号，且感应电压信号超过一参考值，因应该侦测信号及感应电压信号超过该参考值而导通栅控切换元件。如此，可防止第一、二线圈交替导通电流之际因互感而可能造成电路运作时所发生的错误，影响双线圈马达装置的转子转动。

在参阅图式及随后描述的实施方式后，本技术领域普通技术人员便可了解本发明的其他目的，以及本发明的技术手段及实施方式。

附图说明

图1为现有技术的双线圈马达装置的示意图；

图2为现有技术的双线圈缠绕方式的示意图；

图3为现有技术的驱动风扇马达转动的示意图；

图4为栅控切换元件的剖面示意图；

图5绘示一双线圈马达装置的切换式调整电路示意图；以及

图6绘示切换式调整电路运作时，栅控切换元件的漏极与源极两端的电压差变化波形图。

主要元件符号说明

1 双线圈马达装置           11 定子

13 双线圈                  13a 第一线圈

13b 第二线圈               15 风扇

31a、31b N-type MOSFET     311a、311b 栅极

313b 漏极                  315b 源极

317b 寄生二极管            33a、33b 驱动电路

35 转动侦测器             34a、34b 侦测信号

35a、35b 信号             4 双线圈马达装置

40a、40b 切换式调整电路   401a、401b 感应电压信号

403a、403b 供电源         405a、405b 侦测信号

407a、407b 输出信号       41a、41b   栅控切换元件

411a、411b 栅极           413a、413b 漏极

415a、415b 源极           417a、417b 寄生二极管

43a、43b 线圈             45a、45b   转动侦测器

47a、47b 比较器

49a、49b 驱动电路         491a、491b 控制器

60 基板                   601 通道

w1 正峰值电压             w2 负电压

具体实施方式

以下将透过实施例来解释本发明内容，然而，本发明的实施例并非用以限制本发明需在如实施例所述的任何特定的环境、应用或特殊方式方能实施。因此，关于实施例的说明仅为阐释本发明的目的，而非用以限制本发明。需说明者，以下实施例及图式中，与本发明非直接相关的元件已省略而未绘示。

本发明的一较佳实施例如图5所示，主要绘示一双线圈马达装置4的切换式调整电路40a、40b，其各包含栅控切换元件41a、41b及驱动电路49a、49b，其中切换式调整电路40a、40b不论其内的各元件连结、作用及欲达成的功效均相同。切换式调整电路40a、40b用以耦合至一第一线圈43a及一第二线圈43b，而双线圈马达装置4主要除了包含上述的第一线圈43a与第二线圈43b外，尚包含一转子以及一定子。第一线圈43a与第二线圈43b以相反缠绕方向设置双线圈马达装置4的相同位置，在本实施例中设置于定子的相同位置，例如二者分别为由上而下以顺时针方式螺旋缠绕，以及由上而下以逆时针方式螺旋缠绕。图5中第一线圈43a与第二线圈43b分别绘示于不同处，是为说明电路运作目的。第一线圈43a及第二线圈43b分别接收一供电源(supply rail)403a及一供电源403b后，交替地导通电流。转子则相对于该定子转动。需特别注意者，本发明的切换式调整电路是针对具绕设于相同位置的双线圈的马达装置；于其他类似实施例中，第一线圈与第二线圈亦可绕设于转子上，交替地导通电流，故亦可适用本发明。

承上所述，当供电源403a提供电流至第一线圈43a时，第二线圈43b将因互感而于其上获得一感应电压信号401b，其代表未导通电流的线圈的一感应电压。为能更清楚地说明本发明，以下兹以切换式调整电路40b中的第二线圈43b未导通电流，且受到第一线圈43a导通电流的互感影响为举例。切换式调整电路40a的连结、作用及欲达成的功效均与切换式调整电路40b相同，因此不加以赘述；同时切换式调整电路40a及40b中，具有相同数字标号的元件即为相同，例如栅控切换元件41a与栅控切换元件41b相同，合先叙明。

栅控切换元件41b耦合至第二线圈43b以及供电源403b，在本实施例中供电源403b即为接地端，亦即切换式调整电路40b的最低电位。为更清楚说明切换式调整电路40b的运作，在本实施例中，以栅控切换元件41b为一N型金属氧化物半导体场效应晶体管(N-type MOSFET)举例说明。栅控切换元件41b具有一栅极411b、一漏极413b及一源极415b。栅极411b耦合至驱动电路49b，漏极413b耦合至第二线圈43b，源极415耦合至供电源403b。

驱动电路49b包含一转动侦测器45b、一比较器47b以及一控制器491b。转动侦测器45b因应转子的转动，产生一侦测信号405b。由于转子一般而言具有磁性，故实施时，转动侦测器45b可为一磁场侦测器，用以侦测双线圈马达装置4的转子的一转动位置而产生一侦测信号405b，而驱动电路49b即因应该侦测信号405b以及感应电压信号401b切换栅控切换元件41b。详细而言，驱动电路49a切换栅控切换元件41a，当栅控切换元件41a关闭时，将使感应电压信号401b因互感产生变化。当感应电压信号401b超过一参考值时，驱动电路49b即导通栅控元件41b，以避免寄生二极管417b导通。

承上所述，驱动电路49b的比较器47b用以比较感应电压信号401b与参考值，当感应电压信号401b超过该参考值时，比较器47b产生一输出信号407b，当控制器491b接收到输出信号407b时，即产生一驱动信号至栅控切换元件41b，以导通栅控切换元件41b，即导通N-type MOSFET。需特别注意者，上述的参考值作为比较器47b的参考，故参考值的数值并不局限任何特定的值，亦非用以限定本发明的范围。本实施例中较佳的参考值为一零电位，而比较器47b为一负压比较器，借着比较器47b于感应电压信号401b为一负压时产生输出信号407b，适可使驱动电路49b导通栅控切换元件41b。于其他实施例中，比较器47b不限定为负压比较器，例如可为一正压比较器，熟知电路技术者，可自行理解正压比较器的运作，在此不再赘述。同理，本实施例中比较器47a亦为一负压比较器。关于比较器47a、47b如何根据参考值而产生输出信号407b的细节部份，请参考后文。

请一并参阅图6，其绘示切换式调整电路40a、40b运作时，栅控切换元件41a的漏极413a与源极415a两端的电压差变化，以及栅控切换元件41b的漏极413b与源极415b两端的电压差变化。图5中的虚线波形501为跨接第一线圈13a的栅控切换元件41a的漏极413a与源极415a两端的电压变化情形，而实线波形502为跨接第二线圈13b的栅控切换元件41b的漏极413b与源极415b两端的电压变化情形。承上所述，当与第一线圈43a耦合的栅控切换元件41a将要关闭时，其漏极413a与源极415a两端跨压发生正峰值(peak)电压w1，此时第二线圈因互感产生一感应电压信号401b，意即，于栅控切换元件41b的漏极413b与源极415b两端跨压产生负电压w2。

承上所述，比较器47b根据负电压w2而产生输出信号407b，以使驱动电路49b导通栅控切换元件41b。同理，比较器47a的运作原理亦同，在此不多加赘述。当栅控切换元件41a的正峰值电压w1随时间而衰减时，栅控切换元件41b的负电压w2亦逐渐回复至零电位，此时第二线圈43b导通电流，于栅控切换元件41b关闭时，第一线圈因互感产生一感应电压信号401a，如同前述。如此便完成交替第一、二线圈43a、43b的导通电流。

在本实施例中以比较器47b侦测栅控切换元件41b的漏极413b与源极415b两端的电压变化。当漏极413b与源极415b的电位差为负电压时，比较器47b便产生输出信号407b以使驱动电路49b令栅控切换元件41b的栅极411b导通。更详细来说，由于寄生二极管417b两极所能承受的电位差大小实质上为0.6至0.7伏特，因此设定比较器47b时，其侦测漏极413b与源极415b两端的电位差大小的设定可小于0.6至0.7伏特，通常电位差大小设为0.1至0.2伏特，适可使比较器47b侦测到漏极413b与源极415b的电位差为0.1至0.2伏特时，产生输出信号407b以使驱动电路49b令栅控切换元件41b的栅极411b导通。因此，该电流自源极415经过栅控切换元件41b的一通道601而流往漏极413a方向，使负电压w2回复至零电位。如此一来，电荷载子藉由栅控切换元件41b的通道，自源极415b流往漏极413b，可以解决寄生二极管导通而使基板内产生电荷流窜现象的问题。

综上所述，本发明提供一种切换式调整电路并用于一种双线圈马达装置，使双线圈马达装置中的第一线圈与第二线圈因交替切换电流导通而产生负电压时，防止寄生二极管导通而使基板内产生电荷流窜现象。

上述的实施例仅用来例举本发明的实施方式，以及阐释本发明的技术特征，并非用来限制本发明的范畴。任何熟悉此技术者可轻易完成的改变或均等性的安排均属于本发明所主张的范围，本发明的权利范围应以申请专利范围为准。

Claims (12)

1、一种切换式调整电路，用于一双线圈马达装置，该双线圈马达装置包含一第一线圈、一第二线圈，以相反缠绕方向设置于该双线圈马达装置的相同位置，交替地导通电流、及一供电源(supply rail)，该双线圈马达装置产生一感应电压信号代表未导通电流的该第二线圈的一感应电压，该切换式调整电路包含：

一栅控切换元件，具有一栅极，该栅控切换元件耦合至该第二线圈以及该供电源；以及

一驱动电路，耦合至该栅极，侦测该双线圈马达装置的一转子的一转动位置以产生一侦测信号，并因应该侦测信号以及该感应电压信号切换该栅控切换元件；

其中，当该驱动电路因应该侦测信号而关闭(turn off)该栅控切换元件，且该感应电压信号超过一参考值时，该驱动电路导通(turn on)该栅控切换元件。

2、如权利要求1所述的切换式调整电路，其中该驱动电路包含一比较器，用以比较该感应电压信号及该参考值，当该感应电压信号超过该参考值时，该比较器产生一输出信号，适可使该驱动电路导通该栅控切换元件。

3、如权利要求1所述的切换式调整电路，其中该栅控切换元件是一N型金属氧化物半导体场效应晶体管(N-type MOSFET)，具有一栅极、一漏极、及一源极，该漏极连接至该第二线圈，该源极连接至该供电源，该驱动电路耦合至该栅极，以因应该侦测信号以及该感应电压信号切换该N型金属氧化物半导体场效应晶体管。

4、如权利要求3所述的切换式调整电路，其中该驱动电路包含一负压比较器，该参考值是一零电位，该负压比较器用以比较该感应电压信号及该零电位，当该感应电压信号低于该零电位时，该负压比较器产生一输出信号，适可使该驱动电路导通该N型金属氧化物半导体场效应晶体管。

5、如权利要求1所述的切换式调整电路，其中该驱动电路更包含一转动侦测器，用以侦测该双线圈马达装置的该转子的该转动位置以产生该侦测信号。

6、如权利要求5所述的切换式调整电路，其中该转动侦测器是一磁场侦测器，用以侦测该双线圈马达装置的该转子转动时的一磁场变化，以产生该侦测信号。

7、一种双线圈马达装置，包含：

一转子及一定子，该转子相对于该定子转动；

一第一线圈及一第二线圈，以相反缠绕方向设置于该双线圈马达装置，交替地导通电流，于该第二线圈未导通电流且该第一线圈导通电流时，该第二线圈产生一感应电压信号；

一供电源(supply rail)；

一栅控切换元件，具有一栅极，该栅控切换元件耦合至该第二线圈以及该供电源；以及

一驱动电路，耦合至该栅极，侦测该转子的一转动位置以产生一侦测信号，并因应该侦测信号以及该感应电压信号切换该栅控切换元件；

其中，当该第二线圈产生该感应电压信号，且该感应电压信号超过一参考值时，该驱动电路导通(turn on)该栅控切换元件。

8、如权利要求7所述的双线圈马达装置，其中该驱动电路包含一比较器，用以比较该感应电压信号及该参考值，当该感应电压信号超过一参考值时，该比较器产生一输出信号，适可使该驱动电路导通该栅控切换元件。

9、如权利要求7所述的双线圈马达装置，其中该栅控切换元件是一N型金属氧化物半导体场效应晶体管(N-type MOSFET)，具有一栅极、一漏极、及一源极，该漏极连接至该第二线圈，该源极连接至该供电源，该驱动电路耦合至该栅极，以因应该侦测信号以及该感应电压信号切换该N型金属氧化物半导体场效应晶体管。

10、如权利要求9所述的双线圈马达装置，其中该驱动电路包含一负压比较器，该参考值是一零电位，该负压比较器用以比较该感应电压信号及该零电位，当该感应电压信号低于该零电位时，该负压比较器产生一输出信号，适可使该驱动电路导通该N型金属氧化物半导体场效应晶体管。

11、如权利要求7所述的双线圈马达装置，其中该驱动电路包含一转动侦测器，用以侦测该转子的该转动位置以产生该侦测信号。

12、如权利要求11所述的双线圈马达装置，其中该转动侦测器是一磁场侦测器，用以侦测该转子转动时的一磁场变化，以产生该侦测信号。

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