CN101589545B - 马达驱动电路、风扇马达、电子设备、以及笔记本型个人计算机 - Google Patents

Abstract

一种马达驱动电路具备：脉冲生成电路，其生成一方的逻辑电平的占空比随着与马达的目标转速相应的驱动电压变高而变高的脉冲信号；以及驱动控制电路，其根据与马达的旋转相应的旋转信号，在马达从停止的状态开始旋转时，以比脉冲信号的占空比高的占空比通过驱动电压对马达进行驱动，在马达开始旋转之后，在脉冲信号为一方的逻辑电平的期间，通过驱动电压对马达进行驱动。

Description

马达驱动电路、风扇马达、电子设备、以及笔记本型个人计算机

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、以及笔记本型个人计算机。

背景技术

在笔记本型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。在使用风扇马达来冷却发热部件的情况下，能够通过将马达的转速设为最大来提高冷却性能，但是为了抑制功耗、静音化，需要根据发热量来调整马达的转速。例如，在风扇马达中，能够根据发热量而使施加到马达线圈的驱动电压上升或下降，从而调整马达的转速。

另外，为了进一步推进功耗的抑制、静音化，除了进行驱动电压的控制之外，有时还进行间歇驱动。例如，在日本特开2006-174648号公报中公开了如下方式：根据马达的目标转速进行控制使得驱动电压变低，并且进行控制使得驱动电压被施加到马达线圈的比例随着马达的目标转速变低而下降。

发明内容

发明要解决的问题

这样，通过使驱动电压被施加到马达线圈的比例随着马达的目标转速变低而下降，与仅进行驱动电压的调整的控制的情况相比，能够将马达的转速控制到更低的转速，可实现功耗的抑制、静音化。

另外，在马达旋转时，由于与磁极的位置和马达线圈的位置之间的关系相应的引力、斥力而产生齿槽转矩(CoggingTorque)。并且，在马达停止的情况下，马达线圈位于齿槽转矩最低的位置的情形较多。因此，为了使马达从停止的状态开始旋转，需要超过齿槽转矩的最大水平的转矩。

在日本特开2006-174648号公报所公开的方式中，由于在将马达的转速设为低速的情况下处于驱动电压较低的状态、并且驱动的比例也下降，因此对马达进行驱动的转矩也变小。因而，在马达正在旋转的情况下，即使是较小的转矩也由于惯性的作用而能够继续旋转，但是在使马达从停止的状态开始低速旋转的情况下，有时对马达进行驱动的转矩无法超过齿槽转矩的最大水平，从而无法进行低速下的起动。特别是在单相马达的情况下，与三相的情况相比，由于齿槽转矩的最大水平与最小水平之差很大的情形较多，因此难以进行低速下的起动的可能性变高。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于能够以低速起动马达。

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：脉冲生成电路，其生成一方的逻辑电平的占空比随着与马达的目标转速相应的驱动电压变高而变高的脉冲信号；以及驱动控制电路，其根据与上述马达的旋转相应的旋转信号，在上述马达从停止的状态开始旋转时，以比上述脉冲信号的占空比高的占空比通过上述驱动电压对上述马达进行驱动，在上述马达开始旋转之后，在上述脉冲信号为上述一方的逻辑电平的期间，通过上述驱动电压对上述马达进行驱动。

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是表示旋转检测电路的结构例的图。

图3是表示旋转检测电路的动作的一例的图。

图4是表示驱动电压与马达的转速之间的关系的一例的图。

附图标记说明

10：马达驱动电路；11～14：NPN晶体管；20：驱动电压生成电路；22：脉冲生成电路；24：旋转检测电路；26：OR电路；28：控制电路；30：霍尔元件；32：微型计算机；40：比较器；42：边沿检测电路；44：计数器；46：检测信号输出电路。

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。例如在笔记本型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，用于对使冷却用的风扇旋转的马达进行驱动。

本实施方式的马达驱动电路10是对单相的风扇马达进行驱动的电路，构成为包含NPN晶体管11～14、驱动电压生成电路20、脉冲生成电路22、旋转检测电路24、OR电路26、以及控制电路28。在本实施方式中，对马达驱动电路10进行集成化，在端子OUT1、OUT2之间连接马达线圈L，在端子H1、H2之间连接霍尔元件30，从微型计算机32通过端子CNT输入用于对马达的转速进行控制的信号，其中，所述霍尔元件30输出与马达的旋转位置相应的电压Vh1和电压Vh2(旋转信号)。此外，电压Vh1、Vh2是变化为相互反相的正弦波状的电压。

NPN晶体管11～14构成用于通过驱动电压Vm对马达线圈L进行驱动的H桥电路。例如，在NPN晶体管11、14为导通、NPN晶体管12、13为截止的状态下，使电流从端子OUT1流向端子OUT2的方向地通过驱动电压Vm对马达线圈L进行驱动。另外，例如，在NPN晶体管12、13为导通、NPN晶体管11、14为截止的状态下，使电流从端子OUT2流向端子OUT1的方向地通过驱动电压Vm对马达线圈L进行驱动。此外，在对马达驱动电路10进行集成化的情况下，也可以将NPN晶体管11～14设置在集成电路的外部。

驱动电压生成电路20根据从微型计算机32输入的、表示目标转速的信号，生成根据目标转速的上升而变高的驱动电压Vm。能够由调节电路构成驱动电压生成电路20，所述调节电路根据来自微型计算机32的信号对例如5.0V的电源电压进行降压，由此生成驱动电压Vm。从驱动电压生成电路20输出的驱动电压Vm用于对马达线圈L进行驱动。因而，马达的转速随着驱动电压Vm变高而变快，马达的转速随着驱动电压Vm变低而变慢。

脉冲生成电路22生成例如H电平的占空比随着驱动电压Vm变高而变高的脉冲信号PWM。该脉冲信号PWM用于对马达线圈L进行间歇驱动。在本实施方式中，设为在根据脉冲信号PWM对马达线圈L进行间歇驱动的情况下，在脉冲信号PWM为H电平的期间对马达线圈L进行驱动。此外，脉冲生成电路22例如可使用日本特开2006-174648号公报所公开的基准电压产生电路、三角波产生电路、以及比较电路来实现。

旋转检测电路24根据从霍尔元件30输出的电压Vh1、Vh2，检测马达是否旋转，并输出检测信号DET(旋转检测信号)。在本实施方式中，设在马达停止的状态下检测信号DET为H电平，当检测到马达的旋转时检测信号DET变为L电平。此外，在本实施方式中，设根据从霍尔元件30输出的电压Vh1、Vh2来检测马达的旋转，但是并不限于使用从霍尔元件30的输出，也可以使用成为与马达的转速相应的频率的FG(Frequency Generator：频率产生器)信号等、根据马达的旋转而发生变化的信号来检测马达的旋转。

OR电路26将从脉冲生成电路22输出的脉冲信号PWM与从旋转检测电路24输出的检测信号DET之间的“或”作为驱动信号DRV而进行输出。在从马达停止的状态开始直到检测出马达的旋转为止的期间，检测信号DET是H电平，因此在该期间驱动信号DRV与脉冲信号PWM无关地被维持在H电平。当检测出马达的旋转而检测信号DET变为L电平时，驱动信号DRV根据脉冲信号PWM而发生变化。

控制电路28根据马达的旋转位置使NPN晶体管11、14和NPN晶体管12、13互补地进行导通和截止。另外，控制电路28适当地使NPN晶体管11～14进行导通和截止使得在驱动信号DRV为H电平的期间通过驱动电压Vm对马达线圈L进行驱动。因而，在驱动信号DRV维持H电平的情况下，通过驱动电压Vm对马达线圈L进行持续驱动。另一方面，在驱动信号DRV根据脉冲信号PWM而发生变化的情况下，通过驱动电压Vm对马达线圈L进行间歇驱动。此外，将通过驱动电压Vm对马达线圈L进行持续驱动的状态称为饱和驱动。

此外，由旋转检测电路24、OR电路26、以及控制电路28构成的电路相当于本发明的驱动控制电路，由OR电路26和控制电路28构成的电路相当于本发明的驱动电路。

图2是表示旋转检测电路24的结构例的图。旋转检测电路24构成为包含比较器40、边沿检测电路42、计数器44、以及检测信号输出电路46。比较器40输出电压Vh1、Vh2的比较结果。在本实施方式中，设在电压Vh1比电压Vh2高的情况下比较器40的输出为H电平，在电压Vh1比电压Vh2低的情况下比较器40的输出为L电平。边沿检测电路42对从比较器40输出的信号的边沿、即从L电平向H电平的变化和从H电平向L电平的变化进行检测，并根据边沿的检测而输出脉冲。计数器44对从边沿检测电路42输出的脉冲的数量进行计数。当计数器的计数值为既定的值(例如“4”)时，检测信号输出电路46将检测信号DET变化为L电平。此外，在马达停止的状态下，设计数器44的计数值被复位为零，并且检测信号DET被复位为H电平。

在马达驱动电路10中，说明马达从停止的状态开始旋转时的动作的一例。图3是表示旋转检测电路24的动作的一例的图。在马达停止的情况下，从霍尔元件30输出的电压Vh1、Vh2不发生变化，从比较器40输出的信号CMP也不发生变化。在本实施方式中，设在马达停止的状态下从比较器40输出的信号CMP为H电平。

驱动电压生成电路20在从微型计算机32被输入表示马达的目标转速的信号时，生成与目标转速相应的驱动电压Vm。然后，脉冲生成电路22生成与驱动电压Vm相应的占空比的脉冲信号PWM。在马达停止的情况下，计数器44的计数值被复位为零，并且从检测信号输出电路46输出的检测信号DET被复位为H电平。因此，从OR电路26输出的驱动信号DRV与脉冲信号PWM无关地被维持为H电平。因此，控制电路28通过驱动电压Vm开始进行马达线圈L的饱和驱动。当马达通过饱和驱动开始旋转时，从霍尔元件30输出的电压Vh1、Vh2根据马达的旋转而发生变化，从比较器40输出的信号CMP也发生变化。然后，根据信号CMP的变化从边沿检测电路42输出信号EDGE，计数器44的计数值逐渐增加。

当计数器44的计数值达到既定的值(例如“4”)时，判断为马达开始旋转，从检测信号输出电路46输出的检测信号DET变化为L电平。当检测信号DET为L电平时，从OR电路26输出的驱动信号DRV根据脉冲信号PWM而发生变化，从而根据脉冲信号PWM对马达线圈L进行间歇驱动。即，在马达驱动电路10中，直到马达开始旋转为止是饱和驱动，在马达开始旋转之后是间歇驱动。

图4是表示驱动电压Vm与马达的转速之间的关系的一例的图。如图4所示，转速随着驱动电压Vm变高而变快，转速随着驱动电压Vm变低而变慢。另外，由于脉冲信号PWM的H电平的占空比随着驱动电压Vm变高而变高，因此在驱动电压Vm的变动范围相同的情况下，与饱和驱动相比，间歇驱动能够将转速控制为更低的速度。此外，如果将在驱动电压Vm是最大电平(Vmax)的情况下的脉冲信号PWM的H电平的占空比设为100％，则间歇驱动的情况下的最高转速与饱和驱动的情况相同，可维持冷却性能。

在马达正在旋转的状态下，通过使驱动电压Vm以及脉冲信号PWM的H电平的占空比下降，能够使马达的转速逐渐减慢。然后，当驱动电压Vm达到最低电平(Vmin)时，马达的转速为最低速度Smin。另一方面，在想要使马达从停止的状态起以转速Smin开始旋转的情况下，即使将驱动电压Vm设为Vmin而开始进行间歇驱动，有时也无法得到超过齿槽转矩的起动转矩。换句话说，在通过间歇驱动起动马达的情况下，有时需要比Vmin高的Va来作为驱动电压Vm。即使是在这种情况下，在本实施方式的马达驱动电路10中，在想要使马达从停止的状态起以转速Smin开始旋转的情况下，由于直到马达开始旋转为止是饱和驱动，因此能够得到超过齿槽转矩的起动转矩，从而能够使马达开始旋转。然后，在马达开始旋转之后，由于惯性的作用而不需要起动时那样的转矩，因此能够在马达驱动电路10中从饱和驱动切换到间歇驱动、并将转速控制为Smin。

以上说明了本实施方式的马达驱动电路10。在马达从停止的状态开始旋转时，通过驱动电压Vm对马达进行饱和驱动，在马达开始旋转之后，在PWM信号为H电平的期间，通过驱动电压Vm对马达进行驱动。因此，即使是如仅通过在PWM信号为H电平的期间的驱动是无法使马达开始旋转那样的驱动电压Vm，也能够使马达开始旋转，与仅在PWM信号为H电平的期间进行驱动的情况相比，能够以更低的速度起动马达。

并且，通过使用这种马达驱动电路10，在笔记本型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小的情况下，能够将风扇的转速设为足够低的转速，由此可抑制耗电量。

此外，上述实施方式用于容易理解本发明，并不是用于限定性地解释本发明。本发明能够不脱离其宗旨地进行变更、改善，并且在本发明中还包含其等价物。例如，在本实施方式中，将使马达开始旋转时的驱动比例设为100％、即饱和驱动，但是使马达开始旋转时的驱动比例(占空比)并不限于100％，只要是比脉冲信号PWM的H电平的占空比高的比例即可。例如，也可以用另一种方法生成与脉冲信号PWM相比H电平的占空比更高的脉冲信号，并在用另一种方法生成的脉冲信号的H电平的期间通过驱动电压Vm对马达进行驱动。另外，例如，在本实施方式中，设为将马达驱动电路10用于驱动单相的风扇马达，但是驱动对象的马达并不限于风扇马达，相数也并不限于单相。

Claims (6)

1.一种马达驱动电路，其特征在于，具备：

脉冲生成电路，其生成一种逻辑电平的占空比随着与马达的目标转速相应的驱动电压变高而变高的脉冲信号，该脉冲信号用于对马达线圈进行间歇驱动；以及

驱动控制电路，其根据与上述马达的旋转相应的旋转信号，在上述马达从停止的状态开始旋转时，以比上述脉冲信号的上述占空比高的占空比通过上述驱动电压驱动上述马达，在上述马达开始旋转之后，在上述脉冲信号为上述一种逻辑电平的期间，通过上述驱动电压驱动上述马达；

上述驱动控制电路构成为包含：

旋转检测电路，其根据上述旋转信号，当上述马达开始旋转时输出旋转检测信号；以及

驱动电路，其在没有输出上述旋转检测信号的情况下，以比上述脉冲信号的上述占空比高的占空比通过上述驱动电压驱动上述马达，在输出了上述旋转检测信号的情况下，在上述脉冲信号为上述一种逻辑电平的期间，通过上述驱动电压驱动上述马达。

2.根据权利要求1所述的马达驱动电路，其特征在于，

还包括霍尔元件，其输出与上述马达的旋转位置相应的第1电压和第2电压作为上述旋转信号；

上述旋转检测电路根据上述旋转信号检测上述马达是否旋转。

3.根据权利要求1或2所述的马达驱动电路，其特征在于，

上述驱动控制电路根据上述旋转信号，在上述马达从停止的状态开始旋转时，与上述脉冲信号无关地通过上述驱动电压驱动上述马达，在上述马达开始旋转之后，在上述脉冲信号为上述一种逻辑电平的期间，通过上述驱动电压驱动上述马达。

4.一种风扇马达，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，

上述马达驱动电路构成为包含：

脉冲生成电路，其生成一种逻辑电平的占空比随着与上述马达的目标转速相应的驱动电压变高而变高的脉冲信号，该脉冲信号用于对马达线圈进行间歇驱动；以及

驱动控制电路，其根据与上述马达的旋转相应的旋转信号，在上述马达从停止的状态开始旋转时，以比上述脉冲信号的上述占空比高的占空比通过上述驱动电压驱动上述马达，在上述马达开始旋转之后，在上述脉冲信号为上述一种逻辑电平的期间，通过上述驱动电压驱动上述马达；

上述驱动控制电路构成为包含：

旋转检测电路，其根据上述旋转信号，当上述马达开始旋转时输出旋转检测信号；以及

驱动电路，其在没有输出上述旋转检测信号的情况下，以比上述脉冲信号的上述占空比高的占空比通过上述驱动电压驱动上述马达，在输出了上述旋转检测信号的情况下，在上述脉冲信号为上述一种逻辑电平的期间，通过上述驱动电压驱动上述马达。

5.一种电子设备，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，其被上述风扇冷却，

上述马达驱动电路构成为包含：

脉冲生成电路，其生成一种逻辑电平的占空比随着与上述马达的目标转速相应的驱动电压变高而变高的脉冲信号，该脉冲信号用于对马达线圈进行间歇驱动；以及

驱动控制电路，其根据与上述马达的旋转相应的旋转信号，在上述马达从停止的状态开始旋转时，以比上述脉冲信号的上述占空比高的占空比通过上述驱动电压驱动上述马达，在上述马达开始旋转之后，在上述脉冲信号为上述一种逻辑电平的期间，通过上述驱动电压驱动上述马达；

上述驱动控制电路构成为包含：

旋转检测电路，其根据上述旋转信号，当上述马达开始旋转时输出旋转检测信号；以及

驱动电路，其在没有输出上述旋转检测信号的情况下，以比上述脉冲信号的上述占空比高的占空比通过上述驱动电压驱动上述马达，在输出了上述旋转检测信号的情况下，在上述脉冲信号为上述一种逻辑电平的期间，通过上述驱动电压驱动上述马达。

6.一种笔记本型个人计算机，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，其被上述风扇冷却，

上述马达驱动电路构成为包含：

脉冲生成电路，其生成一种逻辑电平的占空比随着与上述马达的目标转速相应的驱动电压变高而变高的脉冲信号，该脉冲信号用于对马达线圈进行间歇驱动；以及

驱动控制电路，其根据与上述马达的旋转相应的旋转信号，在上述马达从停止的状态开始旋转时，以比上述脉冲信号的上述占空比高的占空比通过上述驱动电压驱动上述马达，在上述马达开始旋转之后，在上述脉冲信号为上述一种逻辑电平的期间，通过上述驱动电压驱动上述马达；

上述驱动控制电路构成为包含：

旋转检测电路，其根据上述旋转信号，当上述马达开始旋转时输出旋转检测信号；以及

驱动电路，其在没有输出上述旋转检测信号的情况下，以比上述脉冲信号的上述占空比高的占空比通过上述驱动电压驱动上述马达，在输出了上述旋转检测信号的情况下，在上述脉冲信号为上述一种逻辑电平的期间，通过上述驱动电压驱动上述马达。

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