CN101888085B - 具有esd的马达控制芯片 - Google Patents

Abstract

一种马达驱动的控制芯片，包括一电压端及一马达转速的输出端，并于电压端及马达转速的输出端之间配置一ESD电路，其中马达的控制芯片的特征在于：ESD电路是由至少一PNP半导体元件及多个NPN半导体元件所组成，且多个NPN半导体元件中的一NPN半导体元件的尺寸大于其它的NPN半导体元件。

Description

具有ESD的马达控制芯片

技术领域

本发明是有关于一种马达驱动的控制芯片(以下均简称PWM控制芯片)，特别是有关于一种具有电压匹配及ESD电路的PWM控制芯片。 

背景技术

一般而言，计算机装置中的散热机制，大都是使用单相马达风扇，特别是可携式计算机(Note-Book；NB)上的应用，为了节省电源，所以在设计上大多采用PWM控制芯片来驱动单相马达风扇。就PWM控制方式而言，包括传统模式的PWM控制方式(亦称PWM控制)以及电压模式的PWM控制方式；而在电压模式的PWM控制方式中还区分有二种控制方法，一种是对电压(即V_CC)做PWM控制；另一种则是对接地(即GND)做PWM控制。但不管是那一种控制方法，PWM控制芯片的目的就是在于节省能源，因为在可携式计算机的使用上，最重要的一个关键因素之一，就是使用时间的长短。 

当PWM控制芯片使用在NB或是PC上时，PWM控制芯片都需要将单相马达的转速状态经由FG接脚(pin)输出或传送至控制基板(例如：NB或是PC的主机板)，故控制基板可以依据单相马达的转速信号(FG signal)以及环境温度的变化状况，由控制基板来通知PWM控制芯片来驱动单相马达所形成的风扇旋转。此外，为了达到节省电源的目的，会在PWM控制芯片的V_CC端做PWM控制，而在对V_CC做PWM控制时，使得V_CC端的电压会随PWM的信号而改变。当V_CC端的电压随PWM的信号改变时，会对PWM控制芯片的FG信号产生引影响，同时，由于控制基板上的电压系统与PWM控制芯片不一定相同，为避免控制基板上的信号受到V_CC端的电压随PWM的信号而改变的影响，所以在PWM控制芯片的FG信号的接脚，均会采用OPENDrain或是OPEN Collector的结构，以便能使PWM控制芯片与控制基板间 的电压能够匹配。然而，此种设计的缺点是需要舍弃ESD的保护能力。 

在先前技术中，是在PWM控制芯片10中的V_CC端与FG信号端之间连接一ESD元件12(例如：二极管)，用来加强ESD保护，如图1所示。然而，当V_CC端的电压随PWM控制电路40的信号改变时，例如：当V_CC端的电压准位的变化是从5V-0V时，特别是在当V_CC端的PWM电压降低至低于SV_CC端的电压0.6-0.7V时，此时，V_CC端与FG信号端之间连接一ESD元件12会被顺向导通。当ESD元件12会被顺向导通后，FG信号端的输出状态就会被钳制(clamp)在“V_CC+0.6V-0.7V”。也就是说，当PWM控制芯片10的V_CC端的PWM的电压降到0V时，便会使FG信号端的输出电压被钳制在0.6V-0.7V。当PWM控制芯片10要由FG信号端送一高准位(high level)电压到控制基板20时，FG信号端就会被clamp住，而无法产生正确信号传送到控制基板20，因而造成控制基板20误判，使马达无法正常工作。 

另外一种解决PWM控制芯片ESD保护的方式，是在PWM控制芯片10与控制基板20间再加一个zener diode 30，如图1所示。然而，因zenerdiode 30为一外加元件，所以当PWM控制芯片10在生产、运送及组装的过程中，各个pin脚均无ESD的保护，特别是在FG信号端的晶体管11是OPEN Drain或是OPEN Collector的结构，故容易产生ESD Fail而导致良率下降。例如：PWM控制芯片10在生产测试时是正常的，但送到客户端进行组装时，确发现PWM控制芯片10是ESD Fail。 

很明显地，图1中的结构中，除了有PWM控制芯片的单相马达转速输出端(即FG信号端)输出电压到控制基板端可能会被clamp住的缺点外；同时也存在PWM控制芯片的ESD的保护不够的问题。 

发明内容

为了改善PWM控制芯片的马达转速输出端(即FG信号端)无法产生正确信号传送到控制基板端的问题，以及同时增加PWM控制芯片的ESD的保护。本发明的一主要目的在提供一种ESD电路，使其配置在PWM控制芯片的电压端及单相马达转速的输出端之间，使得马达转速输出端的电压不会被钳制。 

本发明的另一目的在提供一种ESD电路，使其配置在马达驱动的控制 芯片的电压端及马达转速的输出端之间，用以改善马达驱动的控制芯片的ESD保护能力。 

本发明的再一目的在提供一种ESD电路，使其配置在马达驱动的控制芯片的电压端及马达转速的输出端之间，用以改善不同电压系统的准位判断问题。 

本发明还有一目的在提供一种ESD电路，使其配置在马达驱动的控制芯片的电压端及马达转速的输出端之间，可提高马达驱动的控制芯片的ESD能力，进而可提高产品的良率。 

依据上述的目的，本发明首先提供一种马达驱动的控制芯片，至少包括一电压端及一马达转速的输出端，且电压端及马达转速的输出端之间配置一ESD电路，其中马达驱动的控制芯片的特征在于：ESD电路是由至少一PNP半导体元件及多个NPN半导体元件所组成，且多个NPN半导体元件中的一NPN半导体元件的尺寸大于其它的NPN半导体元件。 

本发明接着提供一种配置有马达驱动控制芯片的可携式计算机，其是由一主机板、一显示装置、一输入装置以及一马达驱动控制芯片所组成，而马达驱动控制芯片至少包括一电压端及一马达转速的输出端，并经由马达转速的输出端与主机板连接，其中可携式计算机的特征在于：马达驱动控制芯片的电压端及马达转速输出端之间配置一ESD电路，而ESD电路是由至少一PNP半导体元件及多个NPN半导体元件所组成，且多个NPN半导体元件中的一NPN半导体元件的尺寸大于其它的NPN半导体元件。 

附图说明

为清楚说明本发明的马达控制芯片的操作过程，在下列的说明过程中，是以单相马达为实施例来加以说明；然而，本发明的应用并不局限在单相马达的电压匹配及ESD改善应用，其也可以将此概念推广至多相马达的控制芯片的电压匹配及ESD改善的应用上。 

图1是一先前技术的电路方块示意图； 

图2是本发明的一较佳实施例的电路示意图；及 

图3是本发明的一较佳实施例的ESD电路示意图。 

具体实施方式

本发明的单相马达驱动的控制芯片是在其V_CC端做PWM控制，并且需要将马达的转动信号由FG接脚输出到控制基板，使得控制基板能正确控制马达。同时，为因应单相马达驱动的控制芯片与控制基板间的电压设计不一定相同，故FG接脚均会设计成open drain或是open collector的电路。然而，open drain或是open collector的电路结构无法达到ESD保护，所以导致PWM控制芯片的ESD保护比较薄弱。 

依据上述的状况，本发明在单相马达驱动的控制芯片的V_CC电压端及单相马达转速的输出端(FG)之间配置一ESD(Electrostatic Discharge)电路，如图2所示，其中ESD电路的结构如图3所示。首先，请参考图2，PWM控制芯片内部的V_CC电压端及单相马达转速的输出端(FG)之间配置一ESD电路；而此ESD电路是由多个半导体元件(例如：二极管-DIODE)串接所组成。接着，如图3所示，在本实施例中，ESD电路是由5个半导体元件所组成，其中包括一个PNP晶体管所形成的二极管以及4个NPN晶体管所形成的二极管。特别要强调，本发明的ESD电路为了能够提高其ESD保护的能力，其4个NPN晶体管中的第1个(即与单相马达转速的输出端连接的晶体管)晶体管的尺寸大于其它3个NPN晶体管。此外，ESD电路串接的最后一个晶体(即与VCC端连接的晶体管)，是使用PNP晶体管，主要目的是在加强对VCC端的耐压能力。上述电路的操作状态，兹说明如下。 

接着，请参考图2，当单相马达驱动的控制芯片10(以下均简称PWM控制芯片)与控制基板20连接后，此时，控制基板20的SV_CC端提供一个5V的电压，而在PWM控制芯片10的VCC端的电压经由PWM控制电路40调变后，其VCC端的电压准位的变化会从1.5V-5V(EX：V_CC＝5V)。当V_CC端的PWM电压降到1.5V时，配置于VCC电压端及单相马达转速的输出端(FG)之间的ESD电路中的5个二极管都会被导通，此时会迫使PWM控制芯片10的FG端的输出电压被钳制在1.5V+(3.0V-3.5V)；也就是说在4.5V-5V之间；因此可以维持FG端的输出电压在High准位并正常的输出到控制基板20，故不会造成控制基板20的误判，也就是说控制基板20可以正确地控制马达输出。特别要说明的是，由于PWM控制芯片10的V_CC与控制基板20的SV_CC会有电压匹配的问题，所以在FG端的High/Low(0V)准位定义会随 着SV_CC的电压有所不同。例如：当SV_CC为5V系统时，在控制基板20的High/Low准位会设定在2.5V/0V上下；当SV_CC工作在12V系统时，在控制基板20的High/Low准位会设定在6V/0V上下。故本发明可由串接的半导体元件(例如：二极管-DIODE)数量来解决不同电压系统的问题，以达到正确的输出信号到控制基板20。 

此外，本发明的ESD电路50，除了解决PWM控制芯片10的FG端的电压所可能产生不正在输出的状态外，还可以同时解决了PWM控制芯片10在ESD保护能力不足的问题。如图3所示，本发明的ESD电路为了能够提高其ESD保护的能力，其中4个NPN晶体管51、52、53、54中的第1个(即与单相马达转速的输出端连接的晶体管)晶体管51的尺寸大于其它3个NPN晶体管。由于，当晶体管51的尺寸变大时，其在晶体管的基极端(base)与射极端(emitter)间的面积会增加，故可以提高晶体管的ESD保护的能力。因此，由此ESD电路中的NPN晶体管的设计，可以有效地提高PWM控制芯片10的ESD保护能力。此外，ESD电路串接的最后一个晶体(即与V_CC端连接的晶体管)，是使用PNP晶体管，主要目的是在加强对V_CC端的耐压能力。 

经由上述的设计，本发明所提供的ESD电路可以保持PWM控制芯片FG信号端的输出电压可以正常地输出到控制基板；同时由ESD电路中的晶体管的配置，也可以解决PWM控制芯片的ESD的保护不够的问题。因此，本发明所提供的ESD电路可以达到提高PWM控制芯片在生产、运送及组装过程中的良率，因此可以降低制造的成本。 

要再一次强调，本发明所提供的ESD电路并不局限在5个晶体管的串联结构，其仅为本发明的一实施方式。因应不同的电压系统间的位准问题，ESD电路可以只使用1个半导体元件或是可以使用多个半导体元件串联而形成。例如：若确定PWM控制芯片10的高/低位准为2.5V/0V(且V_CC端的电压准位的变化会从0V-5V)时，本发明的ESD电路可以选择使用4个半导体元件的串联结构(即1个PNP晶体管及3个NPN晶体管)。此外，本发明中的5个二极管是由半导体元件所形成，而此半导体元件可以是双极性晶体管(BJT)、金属氧化半导体晶体管(MOSFET)或是互补式金属氧化半导体晶体管(CMOS)。另外，本发明中所称的计算机装置是包括桌上型计算机、 准系统计算机装置以及可携式计算机等。 

此外，本发明的PWM控制芯片所提供的应用并不局限在单相马达的电压匹配及ESD改善应用，其也可以将此概念推广至多相马达的控制芯片的电压匹配及ESD改善的应用上。 

此外，本发明的ESD电路中的半导体元件的类型，其可以是NPN晶体管结构，也可以是PNP晶体管结构(例如使用5个PNP晶体管串联形成ESD电路)，因此，本发明的串接半导体元件并不局限在NPN晶体管和PNP晶体管的混合，单独NPN晶体管或单独PNP晶体管的串接也可达到也此ESD的改善。 

除此之外，本发明在ESD电路中的半导体元件的布局(LAYOUT)，也可以依据实际的需求做不同的配置。例如：除了本发明先前所揭露的实施例之外(即晶体管51的尺寸大于其它3个NPN晶体管)，其还可以选择将其它3个NPN晶体管的大小做不同的布局，如此，除了同样可以解决电压匹配的问题外，还可以进一步地提高ESD电路中的功能。 

故本发明揭露上述较佳实施例的目的，是使此技术领域者得以了解并可具以实施，其并非用以限定本发明的应用范围；因此，经由以上的教导或经由本发明的实施例所产生的动机而对本发明所提供的ESD电路进行某种程度修改是可能发生的。因此，本发明的技术思想将由权利要求范围及其均等来决定。 

Claims (9)

1.一种马达驱动的控制芯片，该控制芯片至少包括一电压端及一马达转速的输出端，且该电压端及该马达转速的输出端之间配置一ESD电路，其中该马达的控制芯片的特征在于：

该ESD电路是由至少一PNP半导体元件及多个NPN半导体元件所组成，且该多个NPN半导体元件中的一NPN半导体元件的尺寸大于其它的NPN半导体元件。

2.如权利要求1所述的马达驱动的控制芯片，其中该ESD电路是由一PNP半导体元件及4个NPN半导体元件所组成。

3.如权利要求2所述的马达驱动的控制芯片，其中该4个NPN半导体元件中与该马达转速输出端连接的该NPN半导体元件的尺寸大于其它的NPN半导体元件。

4.一种配置有马达控制芯片的计算机装置，其是由一主机板、一显示装置、一输入装置以及一马达控制芯片所组成，而该马达控制芯片至少包括一电压端及一马达转速的输出端，并经由该马达转速的输出端与该主机板连接，其中该计算机装置的特征在于：

该马达控制芯片的该电压端及该马达转速输出端之间配置一ESD电路，该ESD电路是由至少一PNP半导体元件及多个NPN半导体元件所组成，且该多个NPN半导体元件中的一NPN半导体元件的尺寸大于其它的NPN半导体元件。

5.如权利要求4所述的配置有马达控制芯片的计算机装置，其中该ESD电路是由一PNP半导体元件及4个NPN半导体元件所组成。

6.如权利要求5所述的配置有马达控制芯片的计算机装置，其中该4个NPN半导体元件中与该马达转速输出端连接的该NPN半导体元件的尺寸大于其它的NPN半导体元件。

7.如权利要求4所述的配置有马达控制芯片的计算机装置，其中该电压端进一步与一PWM控制电路连接。

8.如权利要求4所述的配置有马达控制芯片的计算机装置，其中该计算机装置是自下列族群中选出：桌上型计算机、准系统计算机以及可携式计算机。

9.一种马达驱动的控制芯片，该控制芯片至少包括一电压端及一马达转速的输出端，且该电压端配置一PWM控制电路，并且该电压端及该马达转速的输出端之间配置一ESD电路，其中该马达驱动的控制芯片的特征在于：

该ESD电路是由多个半导体元件所组成，且该多个半导体元件中至少有一半导体元件的尺寸大于其它的半导体元件。

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