CN101789733B

CN101789733B - 马达驱动电路

Info

Publication number: CN101789733B
Application number: CN2010100012833A
Authority: CN
Inventors: 野家城治; 今井敏行; 饭田尚宏; 吉富哲也
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd; System Solutions Co Ltd
Priority date: 2009-01-22
Filing date: 2010-01-21
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2030-01-21
Also published as: US20100181951A1; US8618763B2; JP5651301B2; TW201029314A; JP2010172110A; CN101789733A

Abstract

本发明提供一种马达驱动电路，具备：第1脉波产生电路，产生一方的逻辑电平的第1工作比随着依据马达的目标旋转速度的驱动电压上升而变高的第1脉波信号；第2脉波产生电路，产生一方的逻辑电平的第2工作比相异于所述第1工作比的第2脉波信号；及驱动控制电路，根据依据所述马达的旋转的旋转信号，在自所述马达停止的状态开始旋转时是以所述第2工作比将驱动电流供给至马达线圈，在所述马达开始旋转的预定期间后是以所述第1工作比将驱动电流供给至所述马达线圈。本发明能够以低速启动马达并且担保有软启动功能。

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

在个人计算机与家用电子机器等中，为了冷却发热零件而使用有风扇马达。在使用风扇马达来冷却发热零件的情形中，虽然提高马达的旋转速度可提升冷却性能，然而为了消耗电力的抑制及静音化，则必须依据发热量而适当调整马达旋转速度。

就马达的旋转控制方式的一种而言，有PAM(Pul seAmplitude Modulation；脉幅调制)控制方式。在PAM控制方式中，是使施加至马达线圈的驱动电压依据发热量而上升或下降，借此而能够调整马达旋转速度。

此外，为了进一步增进消耗电力的抑制及静音化，除了驱动电压的控制之外，也有进行间歇驱动的情形。例如，在专利文献1中揭示有一种如下的控制方式，即，以使驱动电压依据马达的目标旋转速度而降低的方式进行控制，并且以使驱动电压施加至马达线圈的比率随着马达的目标旋转速度降低而降低的方式进行控制。在该控制方式中，与仅通过驱动电压的调整来进行控制的情形相比较，能够将马达的旋转速度控制得更低速旋转，从而能够实现消耗电力的抑制及静音化。

专利文献1：日本特开2006-174648号公报。

发明内容

在马达的旋转时，是通过依据磁极的位置与马达线圈的位置关系的吸引力与排斥力而产生齿槽效应转矩(coggingtorque)。并且，在马达停止的情形中，马达线圈大多是位于齿槽效应转矩最小的处所。是故，要自马达停止的状态开始旋转是必须有超过齿槽效应转矩的最大强度的转矩。

专利文献1所揭示的方式中，在马达的旋转速度被设定为低速的情形中，由于驱动电压为低电压的状态且驱动比也降低，因此驱动马达的转矩也变小。是以，在旋转的情形中，由于惯性的作用因此即使为小转矩仍能够持续使马达旋转，但在自马达停止的状态使马达以低速开始旋转的情形中，会有驱动马达的转矩无法超过齿槽效应转矩的最大强度，而无法以低速启动的情形。尤其是单相马达的情形，与三相的情形相比较，齿槽效应转矩的最大强度与最小强度的差多半很大，因而提高了以低速启动变得困难的可能。

本发明乃鉴于上述课题而研创者，其目的在于能够使马达以低速启动。

为了达成前述目的，本发明的马达驱动电路具备：第1脉波产生电路，产生一方的逻辑电平的第1工作比(duty ratio)随着依据马达的目标旋转速度的驱动电压上升而变高的第1脉波信号；第2脉波产生电路，产生一方的逻辑电平的第2工作比相异于所述第1工作比的第2脉波信号；及驱动控制电路，根据依据所述马达的旋转的旋转信号，在自所述马达停止的状态开始旋转时是以所述第2工作比将驱动电流供给至马达线圈，在所述马达开始旋转的预定期间后是以所述第1工作比将驱动电流供给至所述马达线圈。

依据本发明，能够提供马达的低速启动(启动补偿)及软启动兼备的功能。

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是显示旋转检测电路的构成例的图。

图3是显示旋转检测电路的动作的一例的图。

图4是显示驱动电压与马达的旋转速度的关系的一例的图。

图5是显示第2脉波产生电路的构成例的图。

附图中符号的简单说明如下：

10：马达驱动电路

11至14：NPN晶体管

20：驱动电压产生电路

22：第1脉波产生电路

23：第2脉波产生电路

24：旋转检测电路

25：第2AND电路

26：OR电路

27：NOT电路

28：控制电路

29：第1AND电路

30：霍耳元件

32：微型计算机

40：比较器

42：边缘检测电路

44：计数器

46：检测信号输出电路

51：定电压产生电路

52：三角波产生电路

53：比较器

C：电容器

R1、R2：电阻器

CNT、H1、H2、OUT1、OUT2：端子。

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。该图中，马达驱动电路10是组入于个人计算机与家用电子机器等中的用以冷却发热零件(被冷却装置)的风扇马达，用于驱动使该冷却用风扇旋转的马达。

本实施形态的马达驱动电路10构成为包含有：NPN晶体管11至14、驱动电压产生电路20、第1脉波产生电路22、第2脉波产生电路23、旋转检测电路24、第1AND电路29、NOT电路27、第2AND电路25、OR电路26及控制电路28。本实施形态中，马达驱动电路10为集成化电路，并且，在端子OUT1、OUT2间连接马达线圈L，在端子H1、H2间连接霍耳元件(Hall element)30，该霍耳元件30输出依据马达的旋转位置的电压Vh1及电压Vh2(旋转信号)，用以控制马达的信号经由端子CNT而从微型计算机(microcomputer)32输入。另外，电压Vh1、Vh2为以彼此成为反相的正弦波状变化的电压。

NPN晶体管11至14构成H型桥式电路，用以通过驱动电压Vm驱动马达线圈。例如，在NPN晶体管11、14导通(On)、NPN晶体管12、13关断(Off)的状态下，以电流流通于从端子OUT1往端子OUT2的方向的方式以驱动电压Vm驱动马达线圈L。此外，例如，在NPN晶体管12、13导通(On)、NPN晶体管11、14关断(Off)的状态下，以电流流通于从端子OUT2往端子OUT 1的方向的方式以驱动电压Vm驱动马达线圈L。另外，在将马达驱动电路10予以集成化的情形中，也可将NPN晶体管11至14设置在集成电路的外部。

驱动电压产生电路20是依据输入自微型计算机32的表示目标旋转速度的信号来产生依据目标旋转速度的上升而升高的驱动电压Vm。驱动电压产生电路20可由电源调整器(regulator)电路来构成，该电源调整器电路是通过依据来自微型计算机32的信号而降低例如5.0V的电源电压从而产生驱动电压Vm。输出自驱动电压产生电路20的驱动电压Vm被用于驱动马达线圈L。于是，随着驱动电压Vm上升，马达的旋转速度会变快，随着驱动电压Vm降低，马达的旋转速度会变慢。

第1脉波产生电路22是产生H电平的工作比(以下称为第1工作比)随着驱动电压Vm上升而变高的第1脉波信号PWM1。第1脉波信号PWM 1用于间歇驱动马达线圈L。在根据第1脉波信号PWM 1来间歇驱动马达线圈L的情形中，马达线圈L是在第1脉波信号PWM 1为H电平期间受到驱动。另外，第1脉波产生电路22例如可使用日本特开2006-174648号公报所揭示的基准电压产生电路、三角波产生电路及比较电路来实现。

第2脉波产生电路23是产生H电平的工作比(以下称为第2工作比)无关于驱动电压Vm的变化且为固定的第2脉波信号PWM2。第2脉波信号PWM2也与第1脉波信号PWM1同样为用于间歇驱动马达线圈L。在根据第2脉波信号PWM2来间歇驱动马达线圈L的情形中，马达线圈L是在第1脉波信号PWM2为H电平期间受到驱动。在此，在重视启动补偿功能的情形中，是构成为第2工作比较第1工作比还大。另外，以下是以第2工作比较第1工作比还大的情形为例来进行说明，但本发明并不限定于此，例如也可构成为在电源电压Vm的值较大时等重视软启动(softstart)功能且使第2工作比较第1工作比还小。第2脉波产生电路23的详细内容于后说明。

旋转检测电路24是根据输出自霍耳元件30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)。本实施形态中是设计为在马达停止的状态下，检测信号DET变为H电平，而当检测到马达的旋转时，检测信号DET则变为L电平。另外，本实施形态中虽是设计为根据输出自霍耳元件30的电压Vh1、Vh2而检测马达的旋转，但并不限来自霍耳元件30的输出，也可设计为利用成为依据马达旋转速度的频率的F G(Freq uencyGenerator；频率产生器)信号等、依据马达旋转速度而变化的信号来检测的旋转。

NOT电路27是将输出自旋转检测电路24的检测信号DET予以反相并输出。本实施形态中，在自马达停止的状态至马达的旋转被检测出为止的期间，由于检测信号DET为H电平，因此NOT电路27的输出成为L电平。另一方面，一旦检测到马达的旋转从而检测信号DET变为L电平，则NOT电路27的输出变为H电平。

第1AND电路29是将输出自第1脉波产生电路22的第1脉波信号PWM1与来自NOT电路27的输出的逻辑积输出。本实施形态中，在自马达停止的状态至马达的旋转被检测出为止的期间，由于NOT电路的输出为L电平，因此在该期间，第1AND电路29的输出是不管第1脉波信号PWM1且维持为L电平。另一方面，一旦检测到马达的旋转从而NOT电路的输出变为H电平，则在第1脉波信号PWM1为H电平的期间，第1AND电路29的输出也变为H电平。

第2AND电路25是将输出自第2脉波产生电路23的第2脉波信号PWM2与输出自旋转检测电路24的检测信号DET的逻辑积输出。本实施形态中，在自马达停止的状态至马达的旋转被检测出为止的期间，由于检测信号DET为H电平，因此在第2脉波信号PWM2为H电平的期间，第2AND电路25的输出也变为H电平。另一方面，一旦检测到马达的旋转从而检测信号DET变为L电平，则在该期间，第2AND电路25的输出是不管第2脉波信号PWM2且维持为L电平。

即，在自马达停止的状态至马达的旋转被检测出为止的期间，第1AND电路29的输出是维持为L电平，并且第2AND电路25的输出是依据输出自第2脉波产生电路23的第2脉波信号PWM2而变化。另一方面，一旦检测到马达的旋转，第2AND电路25的输出则维持为L电平，并且第1AND电路29的输出是依据输出自第1脉波产生电路22的第1脉波信号PWM1而变化。

OR电路26是将第1AND电路29的输出与第2AND电路25的输出的逻辑和作为驱动信号DRV予以输出。本实施形态中，在自马达停止的状态至马达的旋转被检测出为止的期间，驱动信号DRV是成为依据输出自第2脉波产生电路23的第2脉波信号PWM2。另一方面，一旦检测到马达的旋转，驱动信号DRV则成为依据输出自第1脉波产生电路22的第1脉波信号PWM1而变化。

控制电路28是依据马达的旋转位置使NPN晶体管11、14及NPN晶体管12、13互补性地导通关断。此外，控制电路28是以使马达线圈L在驱动信号DRV为H电平的期间受驱动电压Vm驱动的方式适当地导通关断NPN晶体管11至14。于是，在自马达停止的状态至马达的旋转被检测出为止的期间，对马达线圈L进行依据第2脉波信号PWM2的第2工作比的间歇驱动。另一方面，一旦检测到马达的旋转，则对马达线圈L进行依据第1脉波信号PWM1的第1工作比的间歇驱动。

图2是显示旋转检测电路24的构成例的图。旋转检测电路24构成为包含有：比较器(comparator)40、边缘(edge)检测电路42、计数器44、及检测信号输出电路46。比较器40是输出电压Vh1、Vh2的比较结果。本实施形态中是设计为在电压Vh1较电压Vh2高时，比较器40的输出变为H电平，而在电压Vh1较电压Vh2低时，比较器40的输出则变为L电平。边缘检测电路42是检测输出自比较器40的信号的边缘，即从L电平往H电平的变化及从H电平往L电平的变化，并依据边缘的检测来输出脉波。计数器44是计数输出自边缘检测电路42的脉波的数目。检测信号输出电路46是当计数器的计数值达到既定值(例如“4”)时使检测信号DET变化为L电平。另外，在马达停止的状态下，计数器44的计数值被复位(reset)为0，并且检测信号DET被复位为H电平。

针对马达驱动电路10中自马达停止的状态开始旋转时的动作的一例进行说明。图3是显示旋转检测电路24的动作的一例的图。在马达停止的情形中，输出自霍耳元件30的电压Vh1、Vh2没有变化，输出自比较器40的信号CMP也没有变化。本实施形态中是设计为在马达停止的状态中，输出自比较器40的信号CMP是变为H电平。

当表示马达的目标旋转速度的信号从微型计算机32输入时，驱动电压产生电路20产生依据目标旋转速度的驱动电压Vm。接着，第1脉波产生电路22产生第1工作比依据驱动电压Vm的变化而变化的第1脉波信号PWM1。另一方面，第2脉波产生电路23产生无关于驱动电压Vm的变化且第2工作比为固定的第2脉波信号PWM2。在马达停止的情形中，计数器44的计数值被复位为0，并且输出自检测信号输出电路46的检测信号DET被复位为H电平。是故，输出自OR电路26的驱动信号DRV依据第2工作比，从而控制电路28将依据第2工作比的马达线圈L的间歇驱动予以开始。一旦马达通过依据第2工作比的间歇驱动而开始旋转时，输出自霍耳元件30的电压Vh1、Vh2便依据马达的旋转而变化，输出自比较器40的信号CMP也变化。接着，由于信号CMP的变化，从边缘检测电路42输出信号EDG，使计数器44的计数值持续增加。当计数器44的计数器达到既定值(例如“4”)时，便判定为马达已开始旋转，从而输出自检测信号输出电路46的检测信号DET变化为L电平。一旦检测信号DET变为L电平，输出自OR电路26的驱动信号DRV便依据第1工作比而变化，其中第1工作比是相应于驱动电压Vm的变化)，从而马达线圈L依据第1工作比被间歇驱动。即，在马达驱动电路10中，至马达开始旋转为止是成为无关于驱动电压Vm的变化且依据固定的第2工作比的间歇驱动，在马达开始旋转后则成为依据第1工作比的间歇驱动，其中第1工作比是相应于驱动电压Vm的变化。

图4是显示驱动电压Vm与马达旋转速度的关系的一例的图。如图4所示，随着驱动电压Vm上升，旋转速度变快，随着驱动电压Vm降低，旋转速度变慢。此外，由于脉波信号PWM的H电平的工作比随着驱动电压Vm上升而变高，因此在驱动电压Vm的变动范围同样时，与全力驱动相较，间歇驱动能够将旋转速度控制得更加低速。另外，若将驱动电压Vm为最大电平(Vmax)时的脉波信号的H电平的工作比设定为100％，则间歇驱动的最高旋转速度成为与全力驱动的相同，能够维持冷却性能。

在马达旋转的状态下，通过使驱动电压Vm及第1脉波信号PWM1的第1工作比持续降低，便能够使马达的旋转速度持续变慢。并且，当驱动电压Vm降至最低电平(Vmin)时，马达的旋转速度成为最低速度Smin。另一方面，在欲使马达自马达停止的状态以旋转速度Smin旋转时，即使以驱动电压Vm作为Vmin而将依据第1脉波信号PWM1的第1工作比的间歇驱动予以开始，仍会有无法获得超过齿槽效应转矩的启动转矩的情形。即使是此种情形，本实施形态的马达驱动电路10在欲自马达停止的状态使马达以旋转速度Smin旋转时，由于至马达开始旋转为止是无关于驱动电压Vm的变化而成为依据一定的第2工作比的间歇驱动，因此能够获得超过齿槽效应转矩的启动转矩，而能够使马达的旋转开始。并且，在马达开始旋转后由于惯性的作用不需要如同启动时程度的转矩，因此在马达驱动电路10中从依据第2工作比的间歇驱动切换至依据第1工作比的间歇驱动，而能够将旋转速度控制在Smin。

如此，尽管本实施形态的马达驱动电路10方式是种将速度变化范围相比于以往的PAM控制更扩大的控制方式，却仍是具备启动补偿功能。不过若仅从启动补偿功能的观点来看，是可以故意不设置第2脉波产生电路23而构成为自马达停止的状态至马达开始旋转为止是以全转矩进行驱动。然而，若在开始已停止的马达时马上就以全转矩进行驱动，则会于马达线圈L急遽流通电流，有可能会超过马达驱动电路的额定值。关于此点，本实施形态的马达驱动电路10通过具备第2脉波产生电路23而能够控制第2工作比，因此能够在保持启动补偿功能的范围内进行软启动控制。

图5显示第2脉波产生电路23的一例。第2脉波产生电路23是由定电压产生电路51、三角波产生电路52、电阻器R1、R2、及比较器53所构成。定电压产生电路51是依据驱动电压产生电路所产生的Vm而产生固定的基准电压VREG。另外，也可从电源电压Vm以外的电源来产生基准电压VREG。三角波产生电路52是通过交替进行电容器C的充电与放电而产生三角波。另外，由于是使用基准电压VRE G来产生三角波，因此该三角波不依存于电源电压Vm的大小且是成为固定的电压振幅。比较器53是在非反相输入端子输入基准电压VREG经电阻器R1、R2电阻分压后的分压电压VR，而在反相输入端子则输入有三角波。比较器53是将分压电压VR与三角波进行比较，输出在三角波的值较大的期间成为H电平而在分压电压VR较大的期间成为L电平的第2脉波信号PWM2。在如此的构成中，例如，若以使分压电压VR变大的方式调整电阻器R1、R2的电阻分压比，则软启动功能的效果提高，若以使分压电压VR变小的方式调整电阻器R1、R2的电阻分压比，则启动补偿功能的效果提高。如此，通过适当调整电阻分割比即实现启动补偿功能及软启动功能兼备的马达驱动电路10。此外，由于基准电压VREG及三角波无关于电源电压Vm且为固定，因此第2脉波信号PWM2的第2工作比无关于电源电压Vm且成为固定。

以上针对本实施形态的马达驱动电路进行了说明。在自马达停止的状态开始旋转时是根据第2工作比来间歇驱动马达，在马达开始旋转后则是根据无关于电源电压Vm且为固定的第2工作比来间歇驱动马达。是故，与PWM信号仅在第1脉波控制信号PWM 1的H电平的期间进行驱动的情形相比较，实现启动补偿功能及软启动功能并能以更低速启动马达。

并且，通过使用如上述的马达驱动电路10，在电子机器中发热零件的发热量小时，能够将风扇的旋转速度设定成充分低的旋转速，从而能够抑制电力消耗量。

另外，上述实施形态是用来使本发明容易理解，并非用来限定解释本发明。本发明可在不脱离其主旨的情形下进行变更及改良，并且本发明也包含其等效物。例如，在本实施形态中虽然是将马达驱动电路10设计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，相数也不限于单相。

Claims

1.一种马达驱动电路，其特征在于，具备：

第1脉波产生电路，产生一方的逻辑电平的第1工作比随着依据马达的目标旋转速度的驱动电压上升而变高的第1脉波信号；

第2脉波产生电路，产生一方的逻辑电平的第2工作比相异于所述第1工作比，且所述第2工作比无关于所述驱动电压的变化而为固定的第2脉波信号；及

驱动控制电路，根据依据所述马达的旋转的旋转信号，在自所述马达停止的状态开始旋转时是以所述第2工作比将驱动电流供给至马达线圈，在所述马达开始旋转的预定期间后是以所述第1工作比将驱动电流供给至所述马达线圈。

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2脉波产生电路构成为包含有：

驱动电压产生电路，依据所述驱动电压产生固定的基准电压；

三角波产生电路，使用所述基准电压产生三角波；

电阻分压电路，产生将所述基准电压电阻分压后的分压电压；及

比较器，在一方的输入端子输入所述分压电压，在另一方的输入端子输入所述三角波，当所述三角波的值较大的期间输出一方的逻辑电平的所述第2脉波信号。

3.根据权利要求1或2所述的马达驱动电路，其特征在于，所述第2工作比为较所述第1工作比还大。