CN101610058A

CN101610058A - 马达驱动电路

Info

Publication number: CN101610058A
Application number: CNA2009101472780A
Authority: CN
Inventors: 今井敏行; 饭田尚宏; 野家城治
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd; System Solutions Co Ltd
Priority date: 2008-06-20
Filing date: 2009-06-19
Publication date: 2009-12-23
Anticipated expiration: 2029-06-19
Also published as: JP2010004675A; TW201008105A; US8030864B2; TWI378634B; US20100033118A1; CN101610058B; JP5383100B2

Abstract

本发明提供一种马达驱动电路，于电源电压的电平变化时，可抑制驱动马达线圈的驱动电压中的上升及下降时间所占比例的变化。该马达驱动电路具备：第1放大电路，以与电源电压的降低对应而变小的增益，将属于用以表示马达转子的旋转位置的信号，且为具有与马达的旋转速度对应的频率并且彼此反相的第1及第2位置检测信号的差予以放大，并将第1放大信号予以输出；第2放大电路，以增益将第1位置检测信号与第2位置检测信号的差予以放大，并将成为第1放大信号的反相的第2放大信号予以输出；及驱动电路，以在电源电压达到饱和的方式以既定的增益将第1放大信号与第2放大信号的差予以放大，并将用以驱动马达的驱动电压予以输出。

Description

马达驱动电路

技术领域

本发明涉及一种马达驱动电路。

背景技术

在笔记本个人计算机等电子机器中，使用风扇马达将例如处理器(processor)等发热组件冷却。在驱动风扇马达之际，为了使风扇马达的噪音降低，有使用使马达线圈的驱动电压缓慢变化的马达驱动电路的情形(参照例如日本特开2004-166379号公报)。

图4为显示驱动单相的风扇马达的马达驱动电路的构成的一例图。马达驱动电路100依据显示马达转子(rotor)的旋转位置，且从霍尔(Hall)组件210输出的彼此反相的霍尔信号VH1、VH2来控制用以驱动马达线圈L的驱动电压VOUT1、VOUT2。驱动电压VOUT1、VOUT2为分别施加于马达线圈L所连接的端子OUT1、OUT2的电压。电源电路(REG)200会产生既定的电压并供给至霍尔组件210。霍尔组件210以与风扇马达的旋转速度对应的频率，输出既定电平的正弦波的霍尔信号VH1、VH2。霍尔信号VH1输入至与运算放大器(operational amplifier)220的反转输入端子(以下称-输入端子)连接的电阻230，而霍尔信号VH2输入至运算放大器220的非反转输入端子(以下称+输入端子)。用以直接驱动马达线圈L的NMOS晶体管250及PMOS晶体管260的栅极电压，依据运算放大器220的输出而变化。另外，反向器(inverter)240为用以驱动NMOS晶体管250及PMOS晶体管260的缓冲器(buffer)。NMOS晶体管250及PMOS晶体管260的漏极电压，成为施加于端子OUT1的驱动电压VOUT1。驱动电压VOUT1经由电阻270而反馈予运算放大器220的-输入端子。因此，如图5所示，驱动电压VOUT1成为以与电阻230及电阻270的比对应的增益而将霍尔信号VH1、VH2的差予以放大的电压。在此，由于以电阻230、270所决定的增益设定成相当大，因此驱动电压VOUT1的最大值会形成在电源电压VDD达到饱和。此外，施加于端子OUT2的驱动电压VOUT2，控制成依据霍尔信号VH1、VH2而成为与驱动电压VOUT1反相。

如此，马达驱动电路100即可依据霍尔信号VH1、VH2而使驱动电压VOUT1、VOUT2缓慢变化，故可减低风扇马达的噪音。

专利文献1：日本特开2004-166379号公报。

发明内容

在马达驱动电路100中，为了控制风扇马达的旋转速度，需使电源电压VDD的电平变化。详而言之，当使电源电压VDD降低时，由于驱动电压VOUT1的最大电压变低，因此风扇马达的旋转速度降低。另一方面，当使电源电压VDD上升时，由于驱动电压VOUT1的最大电压变高，因此风扇马达的旋转速度上升。当为了使风扇马达的旋转速度降低而降低电源电压VDD时，由于以电阻230、270所决定的增益为固定，因此在驱动电压VOUT1中，上升及下降时间所占比例降低。因此，电源电压VDD较低时，驱动电压VOUT1接近方形波，而会使驱动风扇马达之际的噪音增大。另一方面，当为了使风扇马达的旋转速度上升而提高电源电压VDD时，在驱动电压VOUT1中，上升及下降时间所占比例增加。驱动电压VOUT1在位于例如电源电压VDD的中间电压VDD/2的电平时，NMOS晶体管250及PMOS晶体管260均会导通(on)。换言之，在驱动电压VOUT1中，当上升及下降时间所占比例增加，则NMOS晶体管250及PMOS晶体管260均导通的时间即变长，而使马达驱动电路100的消耗电流增加。如此，当使电源电压VDD因应变化而使驱动电压VOUT1中的上升及下降时间所占比例变化时，即会产生噪音增加及消耗电流增加的问题。

本发明有鉴于上述课题而研创者，其目的在提供一种马达驱动电路，于电源电压的电平变化时，可抑制驱动马达线圈的驱动电压中的上升及下降时间所占比例的变化。

为了达成上述目的，本发明的马达驱动电路具备：第1放大电路，以与电源电压的降低对应而变小的增益，将属于用以表示马达转子的旋转位置的信号，且为具有与所述马达的旋转速度对应的频率并且彼此反相的第1及第2位置检测信号的差予以放大，并将第1放大信号予以输出；第2放大电路，以所述增益将所述第1位置检测信号与所述第2位置检测信号的差予以放大，并将成为所述第1放大信号的反相的第2放大信号予以输出；及驱动电路，以在所述电源电压达到饱和的方式以既定的增益将所述第1放大信号与所述第2放大信号的差予以放大，并将用以驱动所述马达的驱动电压予以输出。

依据本发明，可提供一种在电源电压的电平变化时，可抑制驱动马达线圈的驱动电压中的上升及下降时间所占比例的变化的马达驱动电路。

附图说明

图1为显示本发明一实施例的马达驱动电路10的构成图。

图2为显示本发明一实施例的放大电路22、23的构成图。

图3为用以说明马达驱动电路10的动作图。

图4为显示一般的马达驱动电路100的构成图。

图5为用以说明马达驱动电路100的动作的图。

具体实施方式

依据本说明书及附图，至少可明白以下的事实。

图1为显示本发明一实施例的马达驱动电路10的构成图。马达驱动电路10在例如笔记本个人计算机等电子机器中，组入于用以使处理器等发热组件冷却的风扇马达，以用来驱动使冷却用风扇旋转的马达。

本实施例的马达驱动电路10为以达到与电源电压VDD的电平对应的旋转速度的方式驱动单相风扇马达的电路，且包括以下所构成：放大电路22、23、运算放大器24A、24B、电阻25A、25B、26A、26B、反向器27A、27B、NMOS晶体管28A、28B及PMOS晶体管29A、29B。在本实施例中，马达驱动电路10经集成化，而在端子OUT1、OUT2间连接有马达线圈L，在端子H1、H2间连接有用以输出与马达的转子的旋转位置对应的霍尔信号VH1(第1位置检测信号)、VH2(第2位置检测信号)的霍尔组件21。另外，霍尔组件21通过对其供给电源电路(REG)20所产生的既定电压，而使频率依据风扇马达的旋转速度而变化，且将彼此成为反相的霍尔信号VH1、VH2予以输出。此外，本实施例的霍尔信号VH1、VH2为其振幅属于既定的电压电平的正弦波信号。

放大电路22(第1放大电路)为以与电源电压VDD的电平对应的增益来将霍尔信号VH1、VH2的差予以放大，且将输出电压V1(第1放大信号)予以输出的电路。当电源电压VDD降低时，本实施例中的放大电路22的增益会降低。

放大电路23(第2放大电路)为以与电源电压VDD的电平对应的增益来将霍尔信号VH1、VH2的差予以放大，且将成为与输出电压V1反相的输出电压V2(第2放大信号)予以输出的电路。在本实施例中，放大电路23的增益也与放大电路22的增益相同，依据源电压VDD的降低而变低。

运算放大器24A将输出电压V2施加于+输入端子，且经由电阻25A将输出电压V1施加于-输入端子。在运算放大器24A的输出与端子OUT1之间，连接有反向器27A及由NMOS晶体管28A与PMOS晶体管29A所构成的反向器。因此，驱动电压VOUT1以与运算放大器24A的输出相同的极性变化。此外，施加于端子OUT1的驱动电压VOUT1，经由电阻26A而反馈至运算放大器24A的-输入端子。因此，驱动电压VOUT1通过运算放大器24A、反向器27A及由NMOS晶体管28A与PMOS晶体管29A所构成的反向器而进行负反馈控制。因此，在本实施例中，驱动电压VOUT1成为以电阻25A、26A所决定的增益将输出电压V1、V2的差予以放大的电压。

反向器27A为依据运算放大器24A的输出，而驱动NMOS晶体管28A及PMOS晶体管29A的缓冲器。

NMOS晶体管28A及PMOS晶体管29A为直接驱动马达线圈L的晶体管。NMOS晶体管28A的源极电极连接于接地GND，而PMOS晶体管29A的源极电极连接于电源电压VDD。因此，驱动电压VOUT1在从接地GND至电源电压VDD的范围施以控制。另外，在本实施例中，以当驱动电压VOUT1变高时，在电源电压VDD达到饱和，变低时则在接地GND达到饱和的方式，将以电阻25A、26A所决定的增益设定成非常大。

此外，关于端子OUT2侧所设的运算放大器24B、电阻25B、26B、反向器27B、NMOS晶体管28B、PMOS晶体管29B，除从放大电路22、23所输出的输出电压V1、V2对于运算放大器24B的输入关系与运算放大器24A相反之外，均为与端子OUT1侧相同的构成。因此，在本实施例中，驱动电压VOUT2形成为以电阻25B、26B所决定的增益将输出电压V1、V2的差予以放大的电压。另外，由于驱动电压VOUT2使输出电压V1、V2对于运算放大器24B的输入关系与运算放大器24A相反，因此成为与驱动电压VOUT1反相的电压。此外，在本实施例中，将以电阻25A、26A所决定的增益，设定成与以电阻25B、26B所决定的增益相同。另外，在本实施例中，运算放大器24A、电阻25A、26A、反向器27A、NMOS晶体管28A、PMOS晶体管29A及运算放大器24B、电阻25B、26B、反向器27B、NMOS晶体管28B、PMOS晶体管29B分别相当于本发明的驱动电路。

图2为显示放大电路22、23的一实施例的图示。放大电路22包括以下所构成：NPN晶体管50A至53A、PNP晶体管54A至57A、电流源60A、61A、电阻70A至73A、电压源80A、81A。

PNP晶体管54A、55A、电流源60A、61A、电阻70A构成差动输入电路，因此在电阻70A中流通有与霍尔信号VH1、VH2的差及电阻70A的电阻值对应的电流I1(第1电流)。电流I1供给至形成二极管连接的NPN晶体管50A，且NPN晶体管50A及NPN晶体管51A构成为电流镜(current mirror)电路，因此在NPN晶体管51A中流通有与电流I1对应的电流I2(第1偏压电流)。NPN晶体管52A、53A构成为将流通于NPN晶体管51A的电流I2作为偏压电流的差动输入电路。

在NPN晶体管52A(第1晶体管)的基极电极，施加有以电阻71A、72A将电源电压VDD予以分压的电压，而在NPN晶体管53A(第2晶体管)的基极电极，则施加有来自电压源80A的既定偏压电压。在本实施例中，若将NPN晶体管52A的基极电极的电压设为VA、NPN晶体管53A的基极电极的电压设为VB，则电压VA与电压VB相等时，在NPN晶体管52A、53A中，即分别流通有电流I2的一半的I2/2。再者，电压VA较电压VB高时，较I2/2大的电流即流通于NPN晶体管52A，而电压VA较电压VB低时，较I2/2小的电流即流通于NPN晶体管52A。因此，在本实施例中，当电源电压VDD变低时，流通于NPN晶体管52A的电流即减少。流通于NPN晶体管52A的电流，流通于形成二极管连接的PNP晶体管56A。此外，PNP晶体管56A、57A构成为电流镜电路，因此，在PNP晶体管57A中，流通有与电流I2及电源电压VDD对应的电流I3(第1输出电流)。再者，电流I3在电阻73A(第1转换电路)中进行电流电压转换，而成为输出电压V1。电流I3也与流通于NPN晶体管52A的电流相同，对应电源电压VDD的降低而变小。因此，放大电路22以对应电源电压VDD的降低而变小的电压增益而将彼此反相的霍尔信号VH1、VH2的差予以放大，且将输出电压V1予以输出。另外，在本实施例中，电压源81A为用以决定将输出电压V1供给至运算放大器24A、24B时的偏压电压的电压源。

放大电路23包括以下所构成：NPN晶体管50B至53B、PNP晶体管54B至57B、电流源60B、61B、电阻70B至73B、以及电压源80B、81B。关于放大电路23，除了将霍尔信号VH1输入至PNP晶体管55B的基极电极，而霍尔信号VH2输入于PNP晶体管54B的基极电极以外，均为与放大电路22相同的构成。亦即，NPN晶体管50B至53B、PNP晶体管54B至57B、电流源60B、61B、电阻70B至73B、电压源80B、81B，分别与NPN晶体管50A至53A、PNP晶体管54A至57A、电流源60A、61A、电阻70A至73A、电压源80A、81A对应。此外，在本实施例中，NPN晶体管50B至53B、PNP晶体管54B至57B分别具有与NPN晶体管50A至53A、PNP晶体管54A至57A的相同的大小，且电阻70B至73B具有与电阻70A至73A相同电阻值。再者，电流源60B、61B具有与电流源60A、61A相同电流值，而电压源80B、81B具有与电压源80A、81A相同电压值。因此，放大电路23以与电源电压VDD对应的电压增益将彼此反相的霍尔信号VH1、VH2的差予以放大，且以与输出电压V1反相，将振幅相等的输出电压V2予以输出。

另外，本实施例中的PNP晶体管54A、55A、电流源60A、61A、电阻70A相当于本发明的第1电流产生电路，NPN晶体管50A至53A、PNP晶体管56A、57A、电阻71A、72A、电压源80A相当于本发明的第1输出电流产生电路，NPN晶体管50A、51A相当于本发明的第1偏压电流产生电路，PNP晶体管56A、57A相当于本发明的第1产生电路。此外，本实施例中的PNP晶体管54B、55B、电流源60B、61B、电阻70B相当于本发明的第2电流产生电路，NPN晶体管50B至53B、PNP晶体管56B、57B、电阻71B、72B、电压源80B相当于本发明的第2输出电流产生电路，电阻73B相当于本发明的第2转换电路，NPN晶体管50B、51B相当于本发明的第2偏压电流产生电路，PNP晶体管56B、57B相当于本发明的第2产生电路。此外，NPN晶体管52B相当于本发明的第3晶体管，NPN晶体管53B相当于本发明的第4晶体管。

在此，一面参照图3一面说明为了使风扇的旋转速度降低而使电源电压VDD降低时的马达驱动电路10的动作。另外，在图3的各霍尔信号VH1、VH2、输出电压V1、V2中，实线为电源电压VDD较高时的波形，而虚线为电源电压VDD较低时的波形。当电源电压VDD降低时，如前所述，驱动电压VOUT1、VOUT2即会变小，因此风扇马达的旋转速度降低。结果，从霍尔组件21输出其周期比电源电压VDD较高时更长的霍尔信号VH1、VH2。放大电路22以当电源电压VDD降低时变小的增益将霍尔信号VH1、VH2的差予以放大，因此输出电压V1的振幅变小。同样地，来自放大电路23的输出电压V2的振幅，也对应电源电压VDD的降低而变小。再者，驱动电压VOUT1成为以对应电阻25A、26A的比的既定增益将输出电压V1、V2的差予以放大的电压，因此当电源电压VDD降低时，饱和的最大电平即降低，并且上升及下降变缓。另外，驱动电压VOUT2成为与驱动电压VOUT1反相，因此驱动电压VOUT2方面，也在电源电压VDD降低时，饱和的最大电平会降低，并且上升及下降变缓。

在由以上说明的构成所组成的本实施例的马达驱动电路10中，放大电路22、23以依据电源电压VDD的降低而变小的增益将霍尔信号VH1、VH2的差予以放大，且将输出电压V1、V2予以输出。驱动马达线圈L的驱动电压VOUT1成为以根据电阻25A、26A的比的既定增益将输出电压V1、V2的差予以放大以在电源电压VDD达到饱和的电压。结果，当使电源电压VDD降低时，驱动电压VOUT1中的上升及下降即变缓。此外，在本实施例中，驱动电压VOUT1处于例如电源电压VDD的中间电压VDD/2的电平时，NMOS晶体管28A及PMOS晶体管29A均导通。因此，当电源电压VDD变高时，NMOS晶体管28A及PMOS晶体管29A均导通时的消耗电流即增加。然而，在马达驱动电路10中，当使电源电压VDD上升时，与所述相反地，由于放大电路22的增益会增加，因此驱动电压VOUT1中的上升及下降变得急遽。因此，可将NMOS晶体管28A及PMOS晶体管29A均导通的时间缩短，而可抑制消耗电流。如此，在本实施例中，在使电源电压VDD变化时，驱动电压VOUT1的上升及下降时间所占比例的变化可予以抑制。因此，本实施例的马达驱动电路10可在为了使风扇马达的旋转速度改变而使电源电压VDD变化时，使噪音减少，而抑制消耗电流。

此外，在本实施例的放大电路22中，将霍尔信号VH1、VH2的差转换为电流I1，且依据电源电压VDD的降低而将与电流I1对应的电流I3缩小。再者，通过电阻73A将电流I3进行电压转换，而使电压增益变化。如此，放大电路22的电压增益，即会依据电源电压VDD的降低而变小。另一方面，在使电源电压VDD上升时，与所述相反，放大电路22的电压增益变大。因此，在本实施例中，在使电源电压VDD变化时，驱动电压VOUT1的上升及下降时间所占比例的变化可予以抑制。

此外，在放大电路22中，以由将电流I2形成偏压电流的NPN晶体管52A、53A所构成的差动电路，来比较：以电阻71A、72A将电源电压VDD施以分压的电压及产生既定电压的电压源80A的电压。借此，当电源电压VDD变化时，即可将电流I2中的与电源电压VDD对应的电流流通于NPN晶体管52A。通过设成此种构成，结果，即可在电源电压VDD降低之际将输出电压V1的振幅缩小。另一方面，在电源电压VDD上升之际，输出电压V1的振幅变大。因此，在本实施例中，在使电源电压VDD变化时，可抑制驱动电压VOUT1的上升及下降时间所占比例的变化。

另外，上述实施例是为了容易理解本发明的，并非用以限定性解释本发明的说明。本发明在不脱离主旨的情形下，均可作变更、改良，而此等变更、改良均包含于本发明中。

附图中符号的简单说明如下：

10、100：马达驱动电路

20、200：电源电路(REG)

21、210：霍尔组件

22、23：放大电路

24A、24B、220：运算放大器

25A、25B、26A、26B、70A至73A、70B至73B、230、270：电阻

27A、27B、240：反向器

28A、28B、250：NMOS晶体管

29A、29B、260：PMOS晶体管

50A至53A、50B至53B：NPN晶体管

54A至57A、54B至57B：PNP晶体管

60A、61A、60B、61B：电流源

80A、81A、80B、81B：电压源

GND：接地

H1、H2、OUT1、OUT2：端子

I1至I3：电流

L：马达线圈

V1、V2：输出电压

VA、VB：电压

VH1、VH2：霍尔信号

VDD：电源电压

VOUT1、VOUT2：驱动电压。

Claims

1.一种马达驱动电路，其特征在于，具备：

第1放大电路，以与电源电压的降低对应而变小的增益，将属于用以表示马达转子的旋转位置的信号，且为具有与所述马达的旋转速度对应的频率并且彼此反相的第1及第2位置检测信号的差予以放大，并将第1放大信号予以输出；

第2放大电路，以所述增益将所述第1位置检测信号与所述第2位置检测信号的差予以放大，并将成为所述第1放大信号的反相的第2放大信号予以输出；及

驱动电路，以在所述电源电压达到饱和的方式以既定的增益将所述第1放大信号与所述第2放大信号的差予以放大，并将用以驱动所述马达的驱动电压予以输出。

2.根据权利要求1所述的马达驱动电路，其特征在于，所述第1放大电路包括：

第1电流产生电路，对应所述第1位置检测信号与所述第2位置检测信号的差而产生第1电流；

第1输出电流产生电路，用以产生第1输出电流，该第1输出电流对应所述第1电流的电流值变化，且对应所述电源电压的降低而减少；及

第1转换电路，将所述第1输出电流进行电流电压转换为属于电压信号的所述第1放大信号；

所述第2放大电路包括：

第2电流产生电路，对应所述第1位置检测信号与所述第2位置检测信号的差而产生成为所述第1电流的反相的第2电流；

第2输出电流产生电路，用以产生成为与所述第1输出电流反相的第2输出电流，该第2输出电流对应所述第2电流的电流值变化并且对应所述电源电压的降低而减少；及

第2转换电路，将所述第2输出电流进行电流电压转换为属于电压信号的所述第2放大信号。

3.根据权利要求2所述的马达驱动电路，其特征在于，所述第1输出电流产生电路包括：

第1晶体管，将与所述电源电压对应的电压施加于控制电极；

第2晶体管，将较所述电源电压低的既定的电压施加于控制电极；

第1偏压电流产生电路，用以产生第1偏压电流，该第1偏压电流成为流通于所述第1晶体管与所述第2晶体管的电流的和，且对应所述第1电流的电流值而变化；及

第1产生电路，用以根据分别流通于所述第1晶体管及所述第2晶体管的电流中会对应所述电源电压的降低而减少的电流而产生所述第1输出电流；

所述第2输出电流产生电路包括：

第3晶体管，将与所述电源电压对应的电压施加于控制电极；

第4晶体管，将较所述电源电压低的既定的电压施加于控制电极；

第2偏压电流产生电路，用以产生第2偏压电流，该第2偏压电流成为流通于所述第3晶体管与所述第4晶体管的电流的和，且对应所述第2电流的电流值而变化；及

第2产生电路，用以根据分别流通于所述第3晶体管及所述第4晶体管的电流中会对应所述电源电压的降低而减少的电流而产生所述第2输出电流。