CN104989663A

CN104989663A - 电压控制转速的直流无刷风扇驱动芯片

Info

Publication number: CN104989663A
Application number: CN201510479693.1A
Authority: CN
Inventors: 彭卓; 陈忠志; 赵翔
Original assignee: CHENGDU XINJIN ELECTRONIC Co Ltd
Current assignee: CHENGDU XINJIN ELECTRONIC Co Ltd
Priority date: 2015-08-07
Filing date: 2015-08-07
Publication date: 2015-10-21
Anticipated expiration: 2035-08-07
Also published as: CN104989663B

Abstract

本发明公开了一种电压控制转速的直流无刷风扇驱动芯片，包括H桥输出电路，以及H桥控制电路。其中，H桥输出电路和H桥控制电路之间设有风机转速调整模块；风机转速调整模块包括设置在H桥输出电路和H桥控制电路之间的逻辑控制电路，以及分别与逻辑控制电路的输入端连接的第一阈值电压检测电路，第二阈值电压检测电路和方波信号产生电路。本发明通过在现有风扇驱动电路的H桥输出电路和H桥控制电路之间增加第一阈值检测电路、第二阈值检测电路和逻辑控制电路调整风机转速。

Description

电压控制转速的直流无刷风扇驱动芯片

技术领域

本发明涉及一种电压控制转速的直流无刷风扇驱动芯片。

背景技术

直流无刷风扇在应用中，客户希望在较低工作电压下风扇的噪音较低，因此需要驱动芯片能实现较低工作电压下，转速更低，以此降低风扇的噪音。

台湾茂达的专利技术，在较低工作电压的情况下，使驱动芯片的输出电压饱和压降提高，从而降低流过线圈的电流，以此来降低转速。

Icoil =(VIN-Vdsat)/Rcoil

其中，VIN为芯片工作电压，Vdsat为芯片输出饱和压降，Rcoil为风扇线圈电阻。

这个方法虽然能调整风机转速，但是增大了芯片的功耗，会降低风扇的整机效率和芯片的可靠性。

发明内容

本发明的目的是提供一种电压控制转速的直流无刷风扇驱动芯片，可以在无需降低风机效率的前提下，实现较低工作电压下的转速调整，降低噪音。

为解决上述技术问题，本发明提供一种电压控制转速的直流无刷风扇驱动芯片，包括H桥输出电路，以及H桥控制电路。其中，H桥输出电路和H桥控制电路之间设有风机转速调整模块；风机转速调整模块包括设置在H桥输出电路和H桥控制电路之间的逻辑控制电路，以及分别与逻辑控制电路的输入端连接的第一阈值电压检测电路，第二阈值电压检测电路和方波信号产生电路。

进一步地，第一阈值检测电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、齐纳二极管D、第一晶体管T1、第二晶体管T2、第三晶体管T3和第四晶体T4管；第一电阻R1的一端与外部输入电压VIN连接，另一端连接至齐纳二极管D的阴极；齐纳二极管D的阳极分别与第一晶体管T1的漏极和栅极、第二晶体管T2的漏极连接；第一晶体管T1的源极分别与第二晶体管T2的源极、第三晶体管T3的漏极和栅极连接；第三晶体管T3的栅极与第四晶体T4管的栅极连接；第四晶体T4管的漏极通过第二电阻R2连接至内部工作电压VDD；第三晶体管T3的源极和第四晶体T4管的源极均接地。

进一步地，第二阈值检测电路包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五晶体管T5、第六晶体管T6、第七晶体管T7、第八晶体管T8、第九晶体管T9和第十晶体管T10；第三电阻R3的一端与内部工作电压VDD连接，另一端分别与所属第五晶体管T5的漏极和栅极、第九晶体管T9的源极连接；第五晶体管T5的源极分别与第九晶体管T9的漏极、第六晶体管T6的漏极和栅极连接；第六晶体管T6的源极分别与第七晶体管T7的漏极和栅极连接；第七晶体管T7的分别与第八晶体管T8的漏极和栅极连接；第八晶体管T8的栅极与第十晶体管T10的栅极连接；第十晶体管T10的漏极通过第四电阻R4连接至内部工作电压VDD；第八晶体管T8的源极和第十晶体管T10的源极均接地。

进一步地，逻辑控制电路包括第一反相器INV1、第二反相器INV2、第三反相器INV3、第四反相器INV4、第五反相器INV5、第六反相器INV6、第七反相器INV7、第一或非门NOR1、第二或非门NOR2、第一与非门NAND1和第二与非门NAND2；第一反相器INV1的输出端与第四晶体T4管的漏极连接，输出端连接至第一或非门NOR1的输入端；第二反相器INV2和第三反相器INV3串联连接，且第二反相器INV2的输入端与第十晶体管T10的漏极连接，第三反相器INV3的输出端连接至第一或非门NOR1的输入端；第一或非门NOR1的输出端与第四反相器INV4的输入端连接；第四反相器INV4的输出端连接至第二或非门NOR2的输入端；第二或非门NOR2的输出端连接至第五反相器INV5的输入端；第五反相器INV5的输出端分别与第一与非门NAND1和第二与非门NAND2的输入端连接；第一与非门NAND1和第二与非门NAND2的输出端分别通过一反相器连接至H桥输出电路；H桥控制电路分别与第一与非门NAND1和第二与非门NAND2的输入端连接。

进一步地，方波信号产生电路包括振荡器，与振荡器的输出端连接的分频器，分频器的输出端分别与第四反相器INV4的输入端和第二或非门NOR2的输入端连接。

进一步地，第一晶体管T1、第二晶体管T2、第三晶体管T3、第四晶体T4管、第五晶体管T5、第六晶体管T6、第七晶体管T7、第八晶体管T8和第十晶体管T10均为NOMS管。

进一步地，第九晶体管T9为PMOS管。

进一步地，所述分频器的输出频率大于30KHZ。

进一步地，外部输入电压介于阈值Vth1与阈值Vth2之间时，本驱动芯片的电压输出端交替输出方波信号和低电平。

进一步地，外部输入电压小于阈值Vth1或大于阈值Vth2时，本驱动芯片的电压输出信号等于现有驱动芯片的输出信号。

本发明的有益效果为：本发明通过在现有风扇驱动电路的H桥输出电路和H桥控制电路之间增加第一阈值检测电路、第二阈值检测电路和逻辑控制电路调整风机转速。

附图说明

图1为本发明最佳实施例的结构示意图；

图2为低电压下现有风扇电压输出波形示意图；

图3为本发明在工作电压介于阈值Vth1与Vth2时的电压输出波形示意图；

图4为本发明与现有风扇的转速随电压变化的对比示意图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示的电压控制转速的直流无刷风扇驱动芯片，包括H桥输出电路，以及H桥控制电路。其中，H桥输出电路和H桥控制电路之间设有风机转速调整模块；风机转速调整模块包括设置在H桥输出电路和H桥控制电路之间的逻辑控制电路，以及分别与逻辑控制电路的输入端连接的第一阈值电压检测电路，第二阈值电压检测电路和方波信号产生电路。

下面分别对各个电路模块进行详细描述：

根据本申请的一个实施例，第一阈值检测电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、齐纳二极管D（齐纳齐纳二极管）、第一晶体管T1、第二晶体管T2、第三晶体管T3和第四晶体T4管；第一电阻R1的一端与外部输入电压VIN连接，另一端连接至齐纳二极管D的阴极；齐纳二极管D的阳极分别与第一晶体管T1的漏极和栅极、第二晶体管T2的漏极连接；第一晶体管T1的源极分别与第二晶体管T2的源极、第三晶体管T3的漏极和栅极连接；第三晶体管T3的栅极与第四晶体T4管的栅极连接；第四晶体T4管的漏极通过第二电阻R2连接至内部工作电压VDD；第三晶体管T3的源极和第四晶体T4管的源极均接地。

根据本申请的一个实施例，第二阈值检测电路包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五晶体管T5、第六晶体管T6、第七晶体管T7、第八晶体管T8、第九晶体管T9和第十晶体管T10；第三电阻R3的一端与内部工作电压VDD连接，另一端分别与所属第五晶体管T5的漏极和栅极、第九晶体管T9的源极连接；第五晶体管T5的源极分别与第九晶体管T9的漏极、第六晶体管T6的漏极和栅极连接；第六晶体管T6的源极分别与第七晶体管T7的漏极和栅极连接；第七晶体管T7的分别与第八晶体管T8的漏极和栅极连接；第八晶体管T8的栅极与第十晶体管T10的栅极连接；第十晶体管T10的漏极通过第四电阻R4连接至内部工作电压VDD；第八晶体管T8的源极和第十晶体管T10的源极均接地。

根据本申请的一个实施例，逻辑控制电路包括第一反相器INV1、第二反相器INV2、第三反相器INV3、第四反相器INV4、第五反相器INV5、第六反相器INV6、第七反相器INV7、第一或非门NOR1、第二或非门NOR2、第一与非门NAND1和第二与非门NAND2；第一反相器INV1的输出端与第四晶体T4管的漏极连接，输出端连接至第一或非门NOR1的输入端；第二反相器INV2和第三反相器INV3串联连接，且第二反相器INV2的输入端与第十晶体管T10的漏极连接，第三反相器INV3的输出端连接至第一或非门NOR1的输入端；第一或非门NOR1的输出端与第四反相器INV4的输入端连接；第四反相器INV4的输出端连接至第二或非门NOR2的输入端；第二或非门NOR2的输出端连接至第五反相器INV5的输入端；第五反相器INV5的输出端分别与第一与非门NAND1和第二与非门NAND2的输入端连接；第一与非门NAND1和第二与非门NAND2的输出端分别通过一反相器连接至H桥输出电路；H桥控制电路分别与第一与非门NAND1和第二与非门NAND2的输入端连接。

根据本申请的一个实施例，方波信号产生电路包括振荡器，与振荡器的输出端连接的分频器，分频器的输出端分别与第四反相器INV4的输入端和第二或非门NOR2的输入端连接。其中，分频器的输出频率大于30KHZ，经分频器分频后得到300KHZ的频率。

上述第一晶体管T1、第二晶体管T2、第三晶体管T3、第四晶体T4管、第五晶体管T5、第六晶体管T6、第七晶体管T7、第八晶体管T8和第十晶体管T10均为NOMS管；第九晶体管T9为PMOS管。

第一阈值检测电路的工作原理为：当外部输入电压VIN高于阈值Vth1时，第一倒相器INV1输出低电平。反之则输出高电平。第二晶体管T2起开关作用，提供迟滞。

Vth1=VR1+VD+VT1+VT3

其中，VR1为第一电阻R1的压降，VD1为齐纳齐纳二极管D1的反向导通电压，VT1为第一晶体管T1的栅源电压，VT3为T3的栅源电压。Vth1设计值通常在7.5V左右。

第一阈值检测电路的工作原理为：当外部输入电压VIN，低于阈值Vth2时，第三倒相器INV3输出低电平。反之则输出高电平。第十晶体管T10起开关作用，提供迟滞。

Vth2= Vreg+ VR3+VT5+VT6+VT7+VT8

其中，Vreg为芯片稳压器模块的电压降，VR3为电阻R3的压降，VT5，VT6，VT7，VT8分别为五晶体管T5、第六晶体管T6、第七晶体管T7第八晶体管T8的栅源电压。Vth2设计值通常在3V左右。

当外部输入电压VIN高于Vth1或低于Vth2时，第一或非门NOR1输出为低电平。第五倒相器INV5输出高电平，H桥的控制信号与现有方案控制信号相同。驱动芯片的电压输出波形与现有方案相同（如图2所示）。

只有当工作电压VIN介于阈值电压Vth1和Vth2之间的时候，第一或非门NOR1的两个输入信号均为低电平，第一或非门NOR1输出才为高电平。此时分频器使能信号有效，输出周期方波，并且输出的方波的频率为30KHz，高于音频频率，产生的高频噪音高于人耳所能听到的频段，不会引入声学噪声。第五倒相器INV5输出该方波信号送入第一非门NAND1和第二非门NADN2的输入端。第一非门NAND1和第二非门NADN2的另外一个输入信号则分别为现有方案的两个控制信号。当控制信号为低时，与非门输出仍然为低电平，当控制信号为高时，与非门输出方波信号。

当风机工作时，H桥输出即驱动芯片输出如图3所示的电压波形。由于线圈导通时间减少一半，风机的转速相比于现有方案下降。此外，图3所示方波信号占空比为50%，该方波信号的占空比可以调整，根据实际应用的需要，可以将占空比调高或调低，实现风机转速相对于现有方案的下降程度的调整。

Claims

1.一种电压控制转速的直流无刷风扇驱动芯片，包括H桥输出电路，以及H桥控制电路，其特征在于，所述H桥输出电路和H桥控制电路之间设有风机转速调整模块；所述风机转速调整模块包括设置在所述H桥输出电路和H桥控制电路之间的逻辑控制电路，以及分别与所述逻辑控制电路的输入端连接的第一阈值电压检测电路，第二阈值电压检测电路和方波信号产生电路。

2.根据权利要求1所述的电压控制转速的直流无刷风扇驱动芯片，其特征在于，所述第一阈值检测电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、齐纳二极管D、第一晶体管T1、第二晶体管T2、第三晶体管T3和第四晶体T4管；所述第一电阻R1的一端与外部输入电压VIN连接，另一端连接至所述齐纳二极管D的阴极；所述齐纳二极管D的阳极分别与所述第一晶体管T1的漏极和栅极、第二晶体管T2的漏极连接；所述第一晶体管T1的源极分别与所述第二晶体管T2的源极、第三晶体管T3的漏极和栅极连接；所述第三晶体管T3的栅极与第四晶体T4管的栅极连接；所述第四晶体T4管的漏极通过第二电阻R2连接至内部工作电压VDD；所述第三晶体管T3的源极和第四晶体T4管的源极均接地。

3.根据权利要求2所述的电压控制转速的直流无刷风扇驱动芯片，其特征在于，所述第二阈值检测电路包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五晶体管T5、第六晶体管T6、第七晶体管T7、第八晶体管T8、第九晶体管T9和第十晶体管T10；所述第三电阻R3的一端与内部工作电压VDD连接，另一端分别与所属第五晶体管T5的漏极和栅极、第九晶体管T9的源极连接；所述第五晶体管T5的源极分别与所述第九晶体管T9的漏极、第六晶体管T6的漏极和栅极连接；所述第六晶体管T6的源极分别与所述第七晶体管T7的漏极和栅极连接；所述第七晶体管T7的分别与所述第八晶体管T8的漏极和栅极连接；所述第八晶体管T8的栅极与第十晶体管T10的栅极连接；所述第十晶体管T10的漏极通过第四电阻R4连接至内部工作电压VDD；所述第八晶体管T8的源极和第十晶体管T10的源极均接地。

4.根据权利要求3所述的电压控制转速的直流无刷风扇驱动芯片，其特征在于，所述逻辑控制电路包括第一反相器INV1、第二反相器INV2、第三反相器INV3、第四反相器INV4、第五反相器INV5、第六反相器INV6、第七反相器INV7、第一或非门NOR1、第二或非门NOR2、第一与非门NAND1和第二与非门NAND2；所述第一反相器INV1的输出端与第四晶体T4管的漏极连接，输出端连接至所述第一或非门NOR1的输入端；所述第二反相器INV2和第三反相器INV3串联连接，且所述第二反相器INV2的输入端与所述第十晶体管T10的漏极连接，所述第三反相器INV3的输出端连接至第一或非门NOR1的输入端；所述第一或非门NOR1的输出端与第四反相器INV4的输入端连接；第四反相器INV4的输出端连接至所述第二或非门NOR2的输入端；所述第二或非门NOR2的输出端连接至第五反相器INV5的输入端；所述第五反相器INV5的输出端分别与所述第一与非门NAND1和第二与非门NAND2的输入端连接；所述第一与非门NAND1和第二与非门NAND2的输出端分别通过一反相器连接至H桥输出电路；H桥控制电路分别与所述第一与非门NAND1和第二与非门NAND2的输入端连接。

5.根据权利要求4所述的电压控制转速的直流无刷风扇驱动芯片，其特征在于，方波信号产生电路包括振荡器，与所述振荡器的输出端连接的分频器，所述分频器的输出端分别与所述第四反相器INV4的输入端和第二或非门NOR2的输入端连接。

6.根据权利要求2所述的电压控制转速的直流无刷风扇驱动芯片，其特征在于，所述第一晶体管T1、第二晶体管T2、第三晶体管T3和第四晶体T4管均为NOMS管。

7.根据权利要求3所述的电压控制转速的直流无刷风扇驱动芯片，其特征在于，第五晶体管T5、第六晶体管T6、第七晶体管T7、第八晶体管T8和第十晶体管T10均为NOMS管。

8.根据权利要求3所述的电压控制转速的直流无刷风扇驱动芯片，其特征在于，所述第九晶体管T9为PMOS管。

9.根据权利要求5所述的电压控制转速的直流无刷风扇驱动芯片，其特征在于，所述分频器的输出频率大于30KHZ。

10.根据权利要求1所述的电压控制转速的直流无刷风扇驱动芯片，其特征在于，外部输入电压介于阈值Vth1与阈值Vth2之间时，本驱动芯片的电压输出端交替输出方波信号和低电平；外部输入电压小于阈值Vth1或大于阈值Vth2时，本驱动芯片的电压输出信号等于现有驱动芯片的输出信号。