CN102570949B

CN102570949B - 可调整输出pwm控制讯号的马达驱动模块及其马达控制系统

Info

Publication number: CN102570949B
Application number: CN201010621032.5A
Authority: CN
Inventors: 李灯辉; 余国庸
Original assignee: JINGZHI SEMICONDUCTOR CO Ltd
Current assignee: JINGZHI SEMICONDUCTOR CO Ltd
Priority date: 2010-12-24
Filing date: 2010-12-24
Publication date: 2014-10-08
Anticipated expiration: 2030-12-24
Also published as: CN102570949A

Abstract

一种可调整输出PWM控制讯号的马达驱动模块，由一马达驱动装置串联的外部电阻对来改变VRS电压位准；以及一电容器来调整三角波产生器来产生三角波的频率，再将三角波与VRS电压位准经过一比较器后，产生一切割的PWM输出电压。由外部电阻对及电容器的设计，使得马达驱动模块可以输出不同的PWM控制讯号。

Description

可调整输出PWM控制讯号的马达驱动模块及其马达控制系统

技术领域

本发明是有关于一种具有调整马达转速的马达驱动模块，特别是有关于一种使用在无微控制模式下的马达驱动模块，由一个外部电路与一个马达驱动装置的设计，使得马达的驱动装置所输出的PWM转速讯号可以依据外部电路来调整。

背景技术

由于消费性产品具有多样化的特性，同时为了降低产品的制造成本，一些没有微控制装置（Non-MCU）的消费性产品，例如：吹风机、微波炉、烤箱、仪器或是LED照明装置等产品，均未配置微控制装置；此外，这些产品的散热的需求也不相同。故当一个马达驱动模块使用在无微控制讯号的操作模式下时，由于没有微控制装置来提供PWM控制讯号的关系，使得这类型的马达驱动模块无法经由PWM信号来产生控制马达的转速，故这类的马达驱动模块只能以固定转速来驱动马达来达到散热的功能。

为了使这些使用在无微控制模式下的马达驱动模块能够根据产品的散热需求产生所需的马达的转速，其调整马达转速的方法可以有下几种，第一种是改变马达负载，如图1A所示；第二种是改变工作电压的模式，如图1B所示。然这两种方式都有其应用方面的限制，以图1A所示的改变马达负载的方式来说，当应用在一些小尺寸及低负载的风扇时，此方法会有其绕线的限制。而以图1B所示的改变工作电压的方式而言，则会有最低工作电压限制和电压必须因不同应用而改变的复杂度。目前解决改变电压的方式，是在负载端串联一电阻来达到不同的应用需求，如图1A所示；但是此方法有一个很大的缺点，就是增加消耗功率，因而降低风扇马达的效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无微控制模式的可调整输出PWM控制讯号的马达驱动模块，以改善电压和马达绕线的限制，提高马达的工作效率。

为实现上述目的，本发明提供的可调整输出PWM控制讯号的马达驱动模块，该马达驱动模块由一马达驱动装置、一形成于该马达驱动装置外部的电压调整电路及一形成于该马达驱动装置外的频率调整电路所组成，该马达驱动模块的特征为：

该马达驱动装置包括一比较器，其具有一第一输入端与一第二输入端，而该第一输入端与该外部电压调整电路连接，用以提供一第一电压；及

一三角波产生器，其输出端与该比较器的第二输入端连接，其输入端与该频率调整电路连接，用以输出一三角波讯号至该比较器的第二输入端；

由该比较器将该第一电压与该三角波讯号比较后，由输出端输出一PWM控制讯号。

所述的马达驱动模块，其中该比较器的该输出端与一PWM控制器连接，并由该PWM控制器输出一经过电压调整后的PWM控制讯号。

所述的马达驱动模块，其中该马达驱动装置为一芯片。

所述的马达驱动模块，其中该频率调整电路为一电容器，同时该外部电压调整电路为一对电阻与该马达驱动装置串联连接，其中该对电阻的一第一端与一电压连接，而该对电阻的一第二端与接地点连接，而该对电阻的一中间端与该比较器的该第一输入端连接。

所述的马达驱动模块，其中该对电阻的一第一端所连接的该电压为一配置于该芯片中的霍尔电压。

本发明还提供一种可调整输出PWM控制讯号的马达驱动模块，该马达驱动模块由一马达驱动装置、一形成于该马达驱动装置外部的电路及一频率调整电路所组成，该马达驱动模块的特征为：

该马达驱动装置包括一比较器，其具有一第一输入端与一第二输入端，而该第一输入端与该外部电路连接，而该外部电路为一对电阻与该马达驱动装置串联连接，其中该对电阻的一第一端与一电压连接，而该对电阻的一第二端与接地点连接，而该对电阻的一中间端与该比较器的该第一输入端连接，用以提供一第一电压；及

由该比较器将该第一电压与该三角波讯号比较后，由该比较器的输出端输出一PWM控制讯号。

所述的马达驱动模块，其中该马达驱动装置为一芯片。

所述的马达驱动模块，其中该频率调整电路为一电容器。

本发明提供的马达控制系统，由一可调整输出PWM控制讯号的马达驱动模块、一与该马达驱动模块连接的输出单元以及一与该输出单元连接的马达所组成，而该马达驱动模块包括一马达驱动装置、一形成于该马达驱动装置外部的电路及一频率调整电路，该马达控制系统的特征为：

该马达驱动装置包括一比较器，其具有一第一输入端与一第二输入端，而该第一输入端与该外部电路连接，而该外部电路为一对电阻与该马达驱动装置串联连接，其中该对电阻的一第一端与一电压连接，而该对电阻的一第二端与接地点连接，该对电阻的一中间端与该比较器的该第一输入端连接，用以提供一第一电压；及

由该比较器将该第一电压与该三角波讯号比较后，由该比较器的输出端输出一PWM控制讯号；

由比较器的该第一输入端与该第二输入端的比较后，由输出端输出一PWM控制讯号，并将此PWM控制讯号送至该输出单元，以驱动该马达转动。

所述的马达控制系统，其中该比较器的该输出端与一PWM控制器连接，并由该PWM控制器输出一经过电压调整后的PWM控制讯号。

所述的马达控制系统，其中该马达驱动装置为一芯片。

所述的马达控制系统，其中该对电阻的一第一端所连接的该电压为一配置于该芯片中的霍尔电压。

所述的马达控制系统，其中该马达为一单相马达。

所述的马达控制系统，其中该马达为一三相马达。

所述的马达控制系统，其中该频率调整电路为一电容器。

所述的马达控制系统，其中该频率调整电路形成于该马达驱动装置外部。

本发明在马达驱动模块的外部再外接一个电路，由此外接电路的设计，使得马达驱动模块可以产生不同PWM输出信号的功能，故在没有微控制装置的状况下，本发明可以因应不同产品对于马达转速的应用。除了可以改善电压和马达绕线的限制，因为不用在负载端再串接一电阻，因此提高了马达的工作效率。

附图说明

图1A是一种公知技术中改变马达负载的马达驱动装置示意图；

图1B是一种在公知技术中改变改变工作电压的马达驱动装置示意图；

图2A及图2B是本发明的马达驱动装置以及电压位准调整的示意图；

图3是本发明的可调整输出PWM控制讯号的马达驱动模块的功能方块示意图；

图4是本发明的可调整输出PWM控制讯号的马达驱动模块的一实施例的示意图；

图5是本发明的马达驱动装置的输出讯号示意图；及

图6是本发明的马达驱动系统控制单相马达的示意图。

附图中主要组件符号说明：

10-马达驱动装置，11-比较器，13-三角波产生器，15-PWM控制器，17-霍尔电压，20-外部电压调整电路，30-外接频率调整电路，200-输出单元，210/220-输出电路，300-马达。

具体实施方式

本发明提供了一种可调整输出PWM控制讯号的马达驱动模块，马达驱动模块是由一马达驱动装置、一形成于马达驱动装置外部的电路及一频率调整电路所组成，而马达驱动模块的特征为：马达驱动装置包括一比较器，其具有一第一输入端与一第二输入端，而其第一输入端与一对电阻串联连接，其中该对电阻的一第一端与一电压连接，而该对电阻的一第二端与接地点连接，来产生一固定电压(Vrs)于该对电阻的一中间端与该比较器的该第一输入端连接；一三角波产生器，其输出端与比较器的第二输入端连接，其输入端与电容器连接；由比较器的第一输入端与第二输入端的比较后，由输出端输出一PWM控制讯号。

本发明接着再提供一种马达控制系统，是由一可调整输出PWM控制讯号的马达驱动模块、一与马达驱动模块连接的输出单元以及一与输出单元连接的马达，而马达驱动模块包括一马达驱动装置、一形成于马达驱动装置外部的电压调整电路及一形成于马达驱动装置外的频率调整电路，其中马达控制系统的特征为：马达驱动装置包括一比较器，其具有一第一输入端与一第二输入端，而第一输入端与该对电阻串联连接，其中该对电阻的一第一端与一电压连接，而该对电阻的一第二端与接地点连接，来产生一固定电压于该对电阻的一中间端与该比较器的该第一输入端连接；一三角波产生器，其输出端与比较器的第二输入端连接，其输入端与电容器连接；由比较器的第一输入端与第二输入端的比较后，由马达驱动装置的输出端输出一PWM控制讯号，并将此PWM控制讯号送至该输出单元，以驱动该马达转动。

为更清楚说明本发明的马达驱动模块的操作过程，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应用，其也可以使用在多相马达的应用上。同时，本发明的马达驱动模块所要驱动的单相马达或是多相马达均与目前所使用的马达相同，故在下列说明中，并不对单相马达或是多相马达的驱动方式做详细说明。在下列的说明中，主要详细揭示本发明的马达驱动装置。

首先，请先参考图2A及图2B，是本发明的马达驱动装置以及电压位准调整的示意图。如图2A所示，此外部电压调整电路可以是一个与马达驱动装置10串联的电阻对R1/R2，其中电阻R1的第1端与一电压连接，而此一电压可以是霍尔电压（VHB）；电阻R1的第2端与电阻R2的第1端连接，而电阻R2的第2端则是与接地点（GND）连接；进而将电阻R1的第2端与电阻R2的第1端与马达驱动装置10的一个接脚连接；此时R1/R2的功能在提供一固定电压(Vrs)来当做马达驱动装置10的一个输入信号。可由调整电阻R1与电阻R2的电阻值来改变VRS电压位准，如图2B所示。另外，马达驱动装置10还提供一个CPWM接脚并连接至一电容Cv；可由此外接电容Cv的充放电功能来产生三角波，故此三角波的频率可以由外接电容Cv来调整。

接着，请参考图3，是本发明的可调整输出PWM控制讯号的马达驱动模块的功能方块示意图。如图3所示，本发明的马达驱动模块是由一马达驱动装置10、一形成在马达驱动装置10外部的电压调整电路20及一个形成在马达驱动装置10外部的频率调整电路30所组成；其中马达驱动装置10包括：一个比较器11，其第一输入端与一电阻R3连接，其第二输入端与一三角波产生器13连接，经过比较器11比较两个输入电压后，比较器11由输出端输出一个PWM输出电压讯号C_out；一个PWM控制器15，其输入端与比较器11输出端所输出的PWM输出电压讯号C_out连接，此PWM控制器15可进一步将PWM输出电压讯号C_out转换成一个经过电压调整（即Level-shift）后的PWM控制讯号，用以控制一个马达驱动单元（未显示于本图中）。在本发明的一实施例中，此马达驱动装置10可以制造成一具有多个接脚的芯片，故电阻R3可以做为防止静电放电（ESD）的保护电路，以及限流功能；很明显地，本发明的马达驱动装置10也可以选择不配置电阻R3。同时，为了使本发明的三角波产生器13具有调整三角波的频率的功能，故进一步提供一外接的频率调整电路30，并将此外接的频率调整电路30与马达驱动装置10中的三角波产生器13连接，固可由此外接频率调整电路30来调整三角波产生器13的三角波频率。此外，要强调的是，本实施例中的PWM控制器15，其最主要的目的是将比较器11输出的PWM输出电压讯号C_out进行电压调整，以因应不同电压系统；例如将3V信号转成5V或是12V的输出。如果系统不需调整电压时，也可将PWM控制器15省略。

再接着，请参考图4，是本发明的可调整输出PWM控制讯号的马达驱动模块的一实施例的示意图。如图4所示，本实施例在马达驱动装置10中的比较器11、三角波产生器13及PWM控制器15的连接方式与图3相同；在本实施例中，是进一步揭示外加电路及外接频率调整电路的一实施例及其实施方式。

请继续参考图4，外部电压调整电路20可以是一个与马达驱动装置10串联的电阻对R1/R2，其中电阻R1的第1端与一电压连接，而此一电压可以是霍尔电压（VHB）；电阻R1的第2端与电阻R2的第1端连接，而电阻R2的第2端则是与接地点（GND）连接；进而将电阻R1的第2端与电阻R2的第1端与马达驱动装置10的一个接脚连接，而此接脚是与比较器11的第一输入端连接；因应不同的转速需求，可由电阻R1与电阻R2的电阻值所形成的分压电路来调整VRS电压位准，其中，与电阻R1的第1端连接的霍尔电压可以配置在马达驱动装置10中，其也可以是由马达驱动装置10外部的电压源提供；而在一较佳实施例中，霍尔电压是配置在马达驱动装置10中。

接着，本实施例的外接频率调整电路30为一个电容器Cv，此电容器Cv与马达驱动装置10中的三角波产生器13的输入端所形成的接脚连接；因此，本实施例可以由对电容器Cv的电容值的选择，来调整三角波产生器13所产生的三角波的频率。

当外部电压调整电路20的电阻对R1/R2的电阻值及与电阻R1连接的霍尔电压均已经过设计及确定后，即可确定比较器11中的第1输入端的VRS电压位准；再当外接频率调整电路30的电容器Cv也已经过设计及确定电容值后，三角波产生器13即会依据电容器Cv的电容值产生一个特定频率的三角波（即CPWM讯号），并由比较器11的第2输入端输入。因此，本发明的马达驱动装置10中的比较器11，可以经过第一端输入的VRS电压位准与三角波产生器13所产生的三角波进行切割，以产生一个PWM输出电压讯号并由比较器11的输出端输出，如图5所示；例如，当特定频率的三角波确定后，可以由VRS电压位准与三角波进行切割，当VRS电压位准愈接近高位准时，其所切割出来的PWM输出电压讯号的DUTY CYCLE愈小；而当VRS电压位准愈接近低位准时，其所切割出来的PWM讯号的DUTY CYCLE愈大。将此切割出来的PWM输出电压讯号经过PWM控制器15做电压调整后，即可输出一个控制马达转速的PWM控制讯号。很明显地，由产品的散热需求所设计的外部电压调整电路20的电阻值及外接频率调整电路30的电容值后，而可以产生一个特定的PWM讯号。因此，由外部电压调整电路20及外接频率调整电路30的设计后，使得马达驱动装置10在没有微控制单元提供PWM控制讯号的情形下，也可以达到调整马达驱动装置10的输出PWM控制讯号，以满足每一产品的散热需求。同样地，在此要强调，本实施例中的PWM控制器15，其最主要的目的是将比较器11输出的PWM讯信号进行Level-shift，以因应不同电压系统；例如将3V信号转成5V或是12V的输出；故PWM控制器15可以视需要而配置。

依据上述内容，本发明所提供的在马达驱动模块的外部再外接一个电路，由此外接电路的设计，使得马达驱动模块可以产生不同PWM输出信号的功能，故即使在没有微控制装置的状况下，本发明仍然可以因应不同产品对于马达转速的应用。此马达驱动模块除了可以改善电压和马达绕线的限制，因为不用在负载端再串接一电阻，因此提高了马达的工作效率。

首先请参考图6，是本发明的马达驱动系统的示意图。如图6所示，马达驱动系统1包括一马达驱动装置10及一单相马达300输出单元200；其中马达驱动装置10由比较器11、三角波产生器13、外部电压调整电路20及外接频率调整电路30所组成。当马达驱动装置10所输出的PWM控制讯号送至输出单元200中，由PWM控制讯号输出的DUTY CYCLE所形成的驱动电压来控制输出电路210及输出电路220提供电流至马达300（例如一种单相马达）上的线圈，以驱动马达300转动。接着，位于马达300上的霍尔组件310会将马达300的换相讯号送到输出单元200中，用以判断马达300是否持续的在转动。当判断马达300已持续的在转动后，则持续将马达驱动装置10所输出的PWM控制讯号送至输出单元200。在此要强调，马达驱动系统1中的马达驱动装置10所提供的PWM控制讯号与图4的实施例相同，在此不再赘述。

在此要强调，上述的实施方式为本发明所揭示的一实施例；很明显地，本发明也可以将上述实施例中的外接电容器Cv制作在芯片中，此同样可以达到调整马达驱动装置10所输出的PWM控制讯号。再者，本发明也并未限制R1及R2一定是连接到VHB端；当R1及R2是与芯片内部电源或是连接到其电源电路，同样可以达到相同的效果。

此外，本发明的马达驱动装置10所输出的PWM控制讯号除了可以驱动单相马达300运转外，其也可以用来控制三相马达；当将本发明的马达驱动装置10用来控制一个三相马达时，同样地可将马达驱动装置10所输出的PWM控制讯号送到三相马达上的U/V/W线圈（未显示于图中），即可用来驱动三相马达转动；由于三相马达的构造与公知技术相同，故不再赘述。

以上针对本发明较佳实施例的说明是为阐明的目的，而无意限定本发明的精确应用形式，由以上的教导或由本发明的实施例学习而作某种程度修改是可能的。因此，本发明的技术思想将由申请的权利要求范围及其均等来决定的。

Claims

1.一种可调整输出PWM控制讯号的马达驱动模块，该马达驱动模块由一马达驱动装置、一形成于该马达驱动装置外部的电路及一频率调整电路所组成，该马达驱动模块的特征为：

该马达驱动装置包括一比较器，其具有一第一输入端与一第二输入端与一输出端，而该第一输入端与该外部电路连接，而该外部电路为一对电阻与该马达驱动装置串联连接，其中该对电阻的一第一端与一电压连接，而该对电阻的一第二端与一接地点连接，而该对电阻的一中间端与该比较器的该第一输入端连接，用以提供一第一电压，该输出端连接一PWM控制器；及

一三角波产生器，其一输出端与该比较器的该第二输入端连接，其一输入端与该频率调整电路连接，用以输出一三角波讯号至该比较器的该第二输入端；以及

由该比较器将该第一电压与该三角波讯号比较后，该比较器之该输出端输出一PWM输出电压讯号，由该PWM控制器接收该PWM输出电压讯号，并将该PWM输出电压讯号转换成一经过电压调整后的一PWM控制讯号，其中，当该第一电压愈接近一高位准时，该PWM输出电压讯号之一责任周期愈小，当该第一电压愈接近一低位准时，该PWM输出电压讯号之该责任周期愈大。

2.根据权利要求1所述的可调整输出PWM控制讯号的马达驱动模块，其中，该马达驱动装置为一芯片。

3.根据权利要求1所述的可调整输出PWM控制讯号的马达驱动模块，其中，该频率调整电路为一电容器。

4.一种马达控制系统，由一可调整输出PWM控制讯号的马达驱动模块、一与该马达驱动模块连接的输出单元以及一与该输出单元连接的马达所组成，而该马达驱动模块包括一马达驱动装置、一形成于该马达驱动装置外部的电路及一频率调整电路，该马达控制系统的特征为：

该马达驱动装置包括一比较器，其具有一第一输入端与一第二输入端与一输出端，而该第一输入端与该外部电路连接，而该外部电路为一对电阻与该马达驱动装置串联连接，其中该对电阻的一第一端与一电压连接，而该对电阻的一第二端与一接地点连接，该对电阻的一中间端与该比较器的该第一输入端连接，用以提供一第一电压，该输出端连接一PWM控制器；及

由该比较器将该第一电压与该三角波讯号比较后，该比较器之该输出端输出一PWM输出电压讯号，由该PWM控制器接收该PWM输出电压讯号，并将该PWM输出电压讯号转换成一经过电压调整后的一PWM控制讯号，并将该PWM控制讯号送至该输出单元，以驱动该马达转动，其中，当该第一电压愈接近一高位准时，该PWM输出电压讯号之一责任周期愈小，当该第一电压愈接近一低位准时，该PWM输出电压讯号之该责任周期愈大。

5.根据权利要求4所述的马达控制系统，其中，该马达驱动装置为一芯片。

6.根据权利要求5所述的马达控制系统，其中，该对电阻的该第一端所连接的该电压为一配置于该芯片中的霍尔电压。

7.根据权利要求6所述的马达控制系统，其中，该马达为一单相马达。

8.根据权利要求6所述的马达控制系统，其中，该马达为一三相马达。

9.根据权利要求4所述的马达控制系统，其中，该频率调整电路为一电容器。

10.根据权利要求5所述的马达控制系统，其中，该频率调整电路形成于该马达驱动装置外部。