CN103368482A - 风扇马达驱动器、产生脉宽调变信号的方法及控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种风扇马达驱动器，用以提供脉宽调变信号以决定风扇转速。该风扇马达驱动器根据其多支接脚外接电阻的电阻值，而非该多支接脚的电压，来控制该脉宽调变信号的开关比。因此，以该风扇马达驱动器为基础建立的风扇马达控制电路可以减少外接电阻，以降低材料成本。本发明实施例还公开了一种风扇马达控制电路。

Description

风扇马达驱动器、产生脉宽调变信号的方法及控制电路

技术领域

本发明涉及一种风扇马达控制电路，特别是关于一种风扇马达控制电路的核心装置。

背景技术

风扇马达驱动器是建立风扇马达控制电路的核心装置。在风扇马达的应用中，常需要从外部调整风扇转速的功能以期能达到风量和噪音的最佳化，为此风扇马达控制电路大多在风扇马达驱动器外部串接电阻来调整供风扇马达驱动器调速控制用的电压准位，风扇马达驱动器将其与内部产生的三角波比较产生脉宽调变(Pulse Width Modulation；PWM)信号，藉其开关比(duty)来控制风扇转速。例如图1所示为一个以现有的风扇马达驱动器10为基础建立的单相全波(single-phase full-wave)风扇马达控制电路，风扇马达驱动器10根据接脚WH及WL的电压Vcph及Vcpl分别设定其内部三角波信号的峰值及谷值，根据接脚RMI的电压Vrmi设定风扇的最小转速，接脚VTH连接电热调节器(thermistor)RTH，由于电热调节器RTH的电阻值随温度变化，因此接脚VTH的电压Vtemp亦随温度变化，进而使风扇马达驱动器10可以根据温度变化调整风扇转速，此外还可以通过外部的控制信号PWM-IN控制接脚PIN的电压Vpin，进而控制风扇转速。风扇马达驱动器10根据其内部的三角波信号与电压Vrmi、Vtemp或Vpin比较产生PWM信号从接脚OUT1及OUT2输出以驱动风扇马达12。为了产生上述各电压Vcph、Vcpl、Vrmi、Vtemp及Vpin，风扇马达驱动器10从电源电压VCC产生6V的电压V1在接脚VREG，利用外部电阻R1~R8、RTU及RTH从电压V1产生上述各电压Vcph、Vcpl、Vrmi、Vtemp及Vpin所需的设定值。另一方面，使用霍尔感测器14检测风扇马达12的转速，检测到的信号经风扇马达驱动器10的内部电路处理后产生表达风扇转速的信号从接脚FG输出。

图2的波形图展示风扇马达驱动器10的控制方法，其中波形16及18分别为接脚VTH及RMI的电压Vtemp及Vrmi，波形20为风扇马达驱动器10内部的三角波信号CPWM，波形22为风扇转速信号FG。参照图1及图2，三角波信号CPWM的峰值及谷值分别为Vcph=V1×[R2/(R1+R2)]及Vcpl=V1×[(R2//R3)/(R1+(R2//R3))]，在风扇马达驱动器10启动时，如时间t0所示，电热调节器RTH周遭的温度较低，因此Vtemp高于Vrmi，如波形16及18所示，PWM信号OUT1及OUT2的开关比由CPWM与Vrmi的比较而决定，因此风扇转速维持在设定的最小转速，如波形22所示；随着电热调节器RTH周遭温度的上升，Vtemp下降，当Vtemp下降到小于Vrmi时，如时间t1所示，PWM信号OUT1及OUT2的开关比变成由CPWM与Vtemp的比较而决定，因此风扇转速会随着温度的上升或下降而增加或减少，如波形22所示；当温度上升到使Vtemp小于CPWM的谷值Vcpl时，如时间t2所示，风扇马达12进入全速模式，在全速模式期间，即使电热调节器RTH被移除，如时间t3所示，虽然电压Vtemp会上升，但风扇马达12仍会以全速运转。另一方面，当施加外部控制信号PWM-IN控制接脚PIN的电压Vpin时，风扇马达驱动器10会优先以Vpin与CPWM的比较来决定PWM信号OUT1及OUT2的开关比，即风扇转速改为外部设定。

然而，如图1所示，想要从风扇马达驱动器10的外部精准的控制PWM信号OUT1及OUT2的开关比，需要多个精密的外部电阻R1~R8、RTU及RTH来设定各电压Vcph、Vcpl、Vrmi、Vtemp及Vpin，因此会有较高的材料(Bill Of Materials；BOM)成本。

发明内容

本发明的目的之一，在于提出一种能由外部设定来精准控制风扇转速的风扇马达驱动器。

本发明的目的之一，在于提出一种能以较少的外部元件来建立控制电路的风扇马达驱动器。

本发明的目的之一，在于提出一种风扇马达驱动器的脉宽调变开关比的控制方法。

本发明的目的之一，在于提出一种以风扇马达驱动器为基础建立的控制电路。

根据本发明，一种风扇马达驱动器是根据其多支接脚外接电阻的电阻值，而非该多支接脚的电压，来控制其产生的脉宽调变信号的开关比。

根据本发明，一种风扇马达驱动器产生脉宽调变信号的方法，是根据多个电阻的电阻值产生多个检测信号来控制其产生的脉宽调变信号的开关比。

根据本发明，一种风扇马达控制电路包含四电阻值检测器分别产生与四外接电阻的电阻值相关的四检测信号，一开关根据一外部控制信号调变其中一检测信号，四减法器根据该调变的检测信号及其余检测信号产生四差值，以及一比较器根据其中一差值与其余差值其中之一的比值控制脉宽调变信号的开关比。

以本发明实施例的风扇马达驱动器为基础建立的风扇马达控制电路可以减少外接电阻，以降低材料成本。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1为现有的单相全波风扇马达控制电路；

图2为图1的控制电路的波形图；

图3为以本发明的风扇马达驱动器为基础建立的风扇马达控制电路；

图4A~图4D为本发明的风扇马达驱动器的实施例；

图5为图3的风扇马达控制电路的波形图；以及

图6系为本发明的风扇马达驱动器的系统方块图。

附图标号：

10风扇马达驱动器

12风扇马达

14霍尔感测器

16电压Vtemp的波形

18电压Vrmi的波形

20三角波信号CPWM的波形

22风扇转速信号FG的波形

24风扇马达驱动器

26电阻值检测器

28电流源

30电流源

32减法器

34比较器

36运算放大器

38电流镜

40电阻值检测器

42电流源

44减法器

46运算放大器

48电流镜

50电阻值检测器

52电流源

54减法器

56运算放大器

58电流镜

60电阻值检测器

62电流源

64减法器

66运算放大器

68电流镜

70信号Vcph的波形

72信号Vtemp的波形

74信号Vpin的波形

76信号Vrmi的波形

78信号Vcpl的波形

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

图3为根据本发明的风扇马达驱动器24及以其为基础建立的风扇马达控制电路，其中电阻R1、R2、R3分别连接在风扇马达驱动器24的接脚WHL、RMI、PIN及地端之间，电阻RTU及电热调节器RTH串联在风扇马达驱动器30的接脚VTH及地端之间，风扇马达驱动器24是根据电阻R1、R2及R3的电阻值与电阻RTU及RTH的总电阻值，而非接脚WHL、RMI、PIN及VTH的电压来设定PWM信号OUT1及OUT2的开关比，此外，外部设定用的控制信号PWM-IN由接脚PWM输入风扇马达驱动器24，用来调变电阻R3决定的信号，以控制PWM信号OUT1及OUT2的开关比。与图1的控制电路相比，本实施例的控制电路减少一半数量的外部电阻，因此大幅降低BOM成本。

图4A~图4D为风扇马达驱动器24的实施例。图4A为风扇马达驱动器24内部和接脚WHL有关的电路部份，电阻值检测器26连接接脚WHL，产生与电阻值R1相关的电流I1，电流源28及30提供相同的参考电流Ic，电流源28的电流Ic与电流I1结合为电流I1’流过电阻RH产生电压Vcph代表三角波信号的峰值，如图5的波形70所示，电流源30的电流Ic流过电阻RL产生电压Vcpl代表三角波信号的谷值，如图5的波形78所示，电阻RH与电阻RL具有相同的电阻值Rint，减法器32将Vcph减去Vcpl产生差值DHL给比较器34。在电阻值检测器26中，运算放大器36及晶体管M1组成电压电流转换器，将参考电压Vref施加到接脚WHL产生电流Ir1=Vref/R1，电流镜38镜射电流Ir1产生电流I1，假设I1=Ir1，则可推算出差值

DHL=Vcph-Vcpl=(I1’×Rint)-(Ic×Rint)=Ir1×Rint

=(Vref/R1)×Rint=(Vref×Rint)/R1，    公式1

此显示三角波信号的振幅(Vcph-Vcpl)由电阻值R1设定。图4B为风扇马达驱动器24内部和接脚RMI有关的电路部份，电阻值检测器40连接接脚RMI，产生与电阻值R2相关的电流I2，电流源42提供与图4A中的电流源28相同的参考电流Ic，此电流Ic与电流I2结合为电流I2’流过电阻Rr产生电压Vrmi，如图5的波形76所示，电压Vrmi用来决定风扇的最小转速，电阻Rr具有与图4A中的电阻RL相同的电阻值Rint，减法器44将电压Vrmi减去图4A中的电压Vcpl产生差值DRL给图4A中的比较器34。在电阻值检测器40中，运算放大器46及晶体管M2组成电压电流转换器，将图4A中的参考电压Vref施加到接脚RMI产生电流Ir2=Vref/R2，电流镜48镜射电流Ir2产生电流I2，假设I2=Ir2，则可推算出差值

DRL=Vrmi-Vcpl=(I2’×Rint)-(Ic×Rint)=Ir2×Rint

=(Vref/R2)×Rint=(Vref×Rint)/R2。公式2

图4C为风扇马达驱动器24内部和接脚PIN及PWM有关的电路部份，电阻值检测器50连接接脚PIN，产生与电阻值R3相关的电流I3，开关SW1连接电阻值检测器50，根据控制信号PWM-IN将电流I3调变为电流Isw=I3×Dpwm，其中Dpwm为控制信号PWM-IN的开关比，电流源52提供与图4A中的电流源28相同的参考电流Ic，此电流Ic与调变电流Isw结合为电流I3’流过电阻Rp产生电压Vpin，如图5的波形74所示，电阻Rp具有与图4A中的电阻RL相同的电阻值Rint，减法器54将电压Vpin减去图4A中的电压Vcpl产生差值DPL给图4A中的比较器34。在电阻值检测器50中，运算放大器56及晶体管M3组成电压电流转换器，将图4A中的参考电压Vref施加到接脚PIN产生电流Ir3=Vref/R3，电流镜58镜射电流Ir3产生电流I3，假设I3=Ir3，则可推算出差值

DPL=Vpin-Vcpl=(I3’×Rint)-(Ic×Rint)=Ir3×Dpwm×Rint

=(Vref×Dpwm×Rint)/R3。公式3

图4D为风扇马达驱动器24内部和接脚VTH有关的电路部份，电阻值检测器60连接接脚VTH，产生与电阻值(RTU+RTH)相关的电流I4，电流源62提供与图4A中的电流源28相同的参考电流Ic，此电流Ic与电流I4结合为电流I4’流过电阻Rt产生电压Vtemp，如图5的波形72所示，电阻Rt具有与图4A中的电阻RL相同的电阻值Rint，减法器64将电压Vtemp减去图4A中的电压Vcpl产生差值DTL给图4A中的比较器34。在电阻值检测器60中，运算放大器66及晶体管M4组成电压电流转换器，将图4A中的参考电压Vref施加到接脚VTH产生电流Ir4=Vref/(RTU+RTH)，电流镜68镜射电流Ir4产生电流I4，假设I4=Ir4，则可推算出差值

DTL=Vtemp-Vcpl=(I4’×Rint)-(Ic×Rint)=Ir4×Rint

=(Vref×Rint)/(RTU+RTH)。公式4

由于电热调节器RTH的电阻值随温度变化，因此差值DTL亦随温度变化。参照图4A，比较器34根据DRL、DPL或DTL对DHL的比值产生信号Sduty以决定PWM信号OUT1及OUT2的开关比。更详细而言，传统的控制方法是将三角波信号CPWM与电压Vtemp、Vpin或Vrmi比较而产生PWM信号OUT1及OUT2，但参照图5，电压Vtemp、Vpin及Vrmi各自将三角波CPWM分割成两个相似三角形，由于两个相似三角形的边长及高具有相同的比例关系，因此从DRL=Vrmi-Vcpl、DPL=Vpin-Vcpl及DTL=Vtemp-Vcpl对CPWM的振幅DHL=Vcph-Vcpl的比值可以判断PWM信号OUT1及OUT2的开关比。PWM信号OUT1及OUT2的最小转速开关比

RMI_duty=(Vrmi-Vcpl)/(Vcph-Vcpl)=DRL/DHL，    公式5

将公式1及公式2代入公式5可推得

RMI_duty=R1/R2。    公式6

PWM信号OUT1及OUT2随温度变化的开关比

VTH_duty=(Vtemp-Vcpl)/(Vcph-Vcpl)

=DTL/DHL，    公式7

将公式1及公式4代入公式7可推得

VTH_duty=R1/(RTU+RTH)。    公式8

由使用者从外部控制的PWM信号OUT1及OUT2的开关比

PIN_duty=(Vpin-Vcpl)/(Vcph-Vcpl)=DPL/DHL，    公式9

将公式1及公式3代入公式9可推得

PIN_duty=R1/R3。    公式10

由公式6、公式8及公式10可知，PWM信号OUT1及OUT2的开关比可以通过调整各相关电阻值的比例来达成，而且可以由外部精准控制风扇转速，风扇马达驱动器24内部的电阻及电流源的数值不会影响PWM信号OUT1及OUT2的开关比。

虽然图4A~图4D的实施例为了解说方便使用了特定的假设条件，但此技术领域的人士当知，这些电路的设定值是可以改变的，例如，施加到各接脚WHL、RMI、PIN及VTH的参考电压Vref可以是不同的，电阻RH、RL、Rr、Rp及Rt也可以是不同的，各电流镜38、48、58及68的镜射比也可以是不同的。例如参照图6的系统方块图，电阻值检测器26、40、50及60可以使用其他任何合适的电路来产生检测信号S1(R1)、S2(R2)、S3(R3)及S3(RTH)，而且风扇马达驱动器24中各信号的型态也不限定为电流或电压。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (20)

1.一种风扇马达驱动器，用以提供脉宽调变信号以决定风扇转速，其特征在于，所述风扇马达驱动器根据其多支接脚外接电阻的电阻值，而非所述多支接脚的电压，来控制所述脉宽调变信号的开关比。

2.如权利要求1所述的风扇马达驱动器，其特征在于，所述风扇马达驱动器包含多个电阻值检测器分别连接所述多支接脚，以产生与其各自连接的接脚外接电阻的电阻值相关的检测信号。

3.如权利要求2所述的风扇马达驱动器，其特征在于，所述多个电阻值检测器各自施加一参考电压到其连接的接脚，以产生与所述接脚外接电阻的电阻值相关的电流，并镜射所述电流作为其检测信号。

4.如权利要求3所述的风扇马达驱动器，其特征在于，每一所述镜射电流与一参考电流结合后流过一内部电阻，以产生一电压给一减法器，以产生一差值。

5.如权利要求2所述的风扇马达驱动器，其特征在于，所述多个电阻值检测器各自连接一减法器，以根据其检测信号产生一差值。

6.如权利要求5所述的风扇马达驱动器，其特征在于，所述风扇马达驱动器更包含一比较器，以根据所述多个差值产生一控制所述开关比的信号。

7.如权利要求2所述的风扇马达驱动器，其特征在于，所述风扇马达驱动器更包含另一接脚用以接受一外部的控制信号，以及一开关连接所述另一接脚与所述多个电阻值检测器其中之一，以根据所述外部的控制信号调变所述电阻值检测器的检测信号。

8.如权利要求7所述的风扇马达驱动器，其特征在于，所述外部的控制信号为一脉宽调变信号。

9.一种风扇马达驱动器产生脉宽调变信号的方法，所述脉宽调变信号具有一开关比供控制风扇转速，其特征在于，所述方法根据多个电阻的电阻值来控制所述开关比。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法包含根据一电阻的电阻值控制一三角波信号的振幅。

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法包含根据一电阻的电阻值控制所述开关比的最小值。

12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法包含根据一电阻的电阻值控制所述开关比随温度变化。

13.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法包含根据一电阻的电阻值及一控制信号控制所述开关比。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，根据所述电阻的电阻值产生一检测信号，以及利用所述控制信号调变所述检测信号。

15.一种风扇马达控制电路，其特征在于，用以提供脉宽调变信号以决定风扇转速，所述控制电路包含：

第一外接电阻；

第一电阻值检测器，连接所述第一外接电阻，产生与所述第一外接电阻的电阻值相关的第一检测信号；

第一减法器，连接所述第一电阻值检测器，根据所述第一检测信号产生第一差值；

第二外接电阻；

第二电阻值检测器，连接所述第二外接电阻，产生与所述第二外接电阻的电阻值相关的第二检测信号；

第二减法器，连接所述第二电阻值检测器，根据所述第二检测信号产生第二差值；

第三外接电阻；

第三电阻值检测器，连接所述第三外接电阻，产生与所述第三外接电阻的电阻值相关的第三检测信号；

一开关，连接所述第三电阻值检测器，根据一外部控制信号调变所述第三检测信号；

第三减法器，连接所述开关，根据所述调变的第三检测信号产生第三差值；

一电热调节器；

第四电阻值检测器，连接所述电热调节器，产生随温度变化的第四检测信号；

第四减法器，连接所述第四电阻值检测器，根据所述第四检测信号产生第四差值；以及

一比较器，连接所述第一到第四减法器，根据所述第二差值、所述第三差值或所述第四差值对所述第一差值的比值控制所述脉宽调变信号的开关比。

16.如权利要求15所述的风扇马达控制电路，其特征在于，所述第一电阻值检测器包含：

一电压电流转换器，连接所述第一外接电阻，施加一参考电压到所述第一外接电阻，以产生与所述第一外接电阻的电阻值相关的电流；以及

一电流镜，连接所述电压电流转换器，以镜射所述电流产生所述第一检测信号。

17.如权利要求15所述的风扇马达控制电路，其特征在于，所述第二电阻值检测器包含：

一电压电流转换器，连接所述第二外接电阻，施加一参考电压到所述第二外接电阻，以产生与所述第二外接电阻的电阻值相关的电流；以及

一电流镜，连接所述电压电流转换器，以镜射所述电流产生所述第二检测信号。

18.如权利要求15所述的风扇马达控制电路，其特征在于，所述第三电阻值检测器包含：

一电压电流转换器，连接所述第三外接电阻，施加一参考电压到所述第三外接电阻，以产生与所述第三外接电阻的电阻值相关的电流；以及

一电流镜，连接所述电压电流转换器，以镜射所述电流产生所述第三检测信号。

19.如权利要求15所述的风扇马达控制电路，其特征在于，所述第四电阻值检测器包含：

一电压电流转换器，连接所述第四外接电阻，施加一参考电压到所述第四外接电阻，以产生与所述第四外接电阻的电阻值相关的电流；以及

一电流镜，连接所述电压电流转换器，以镜射所述电流产生所述第四检测信号。

20.如权利要求15所述的风扇马达控制电路，其特征在于，更包含：

一电流源，提供一参考电流；以及

一内部电阻，连接所述电流源，根据所述参考电流产生一代表一三角波信号的谷值的信号给所述第一到第四减法器。

Images