CN108028618B - 风扇装置 - Google Patents

Abstract

风扇装置具有电驱动旋转体的驱动电路，所述风扇装置包括：电驱动旋转体的驱动信号生成电路部；包括上级侧MOSFET以及下级侧MOSFET的输出级；以及由输出级驱动的马达部，该风扇装置还包括：反电动势供给部，在未对上级侧MOSFET以及下级侧MOSFET中的任一方的制动侧MOSFET和另一方的非制动侧MOSFET供给电驱动旋转体的电源电压的状态下，向制动侧MOSFET供给由通过马达部的旋转产生的反电动势生成的电力；以及电磁制动部，其通过反电动势供给部供给的电力，使制动侧MOSFET成为接通状态，进行马达部的电磁制动。

Description

风扇装置

技术领域

本发明涉及风扇装置。

背景技术

以往，已知有通过对因外力引起的马达的旋转进行制动而降低转速的技术。例如，已知有日本公开公报特开2013-188000号公报。

但是，根据日本公开公报特开2013-188000号公报中记载的技术，为了降低因外力产生的马达的转速，需要从外部供电，存在无法降低耗电之类的问题。

发明内容

本申请的例示性的一实施方式的目的在于，降低耗电，并且降低因外力产生的马达的转速。

本申请的例示性的一实施方式所涉及的风扇装置具有电动旋转体的驱动电路，风扇装置包括：电动旋转体的驱动信号生成电路部；输出级，其包括上级侧MOSFET以及下级侧MOSFET；以及马达部，其由输出级驱动，风扇装置还包括：反电动势供给部，在未对上级侧MOSFET以及下级侧MOSFET中的任一方的制动侧MOSFET和另一方的非制动侧MOSFET供给电动旋转体的电源电压的状态下，将由反电动势生成的电力供给至制动侧MOSFET供给，其中，所述反电动势是通过马达部的旋转而产生的；以及电磁制动部，其通过反电动势供给部供给的电力使制动侧MOSFET成为接通状态，进行马达部的电磁制动。

根据本申请的例示性的一实施方式，能够降低耗电，并且能够降低因外力产生的马达的转速。

有以下的本发明优选实施方式的详细说明，参照附图，可以更清楚地理解本发明的上述及其他特征、要素、步骤、特点和优点。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式的图，是示出风扇装置的电路结构的一个例子的电路图。

图2是示出驱动信号生成电路部生成的驱动信号的波形的一例的图。

图3是示出切断电源电压的情况下的信号波形的一例的图。

图4是示出风扇装置的反电动势供给路径的一例的图。

图5是示出电源切断后的反电动势引起的电位变化的波形的一例的图。

图6是示出不进行电源切断后的制动的情况下的马达部的转速的一例的曲线图。

图7是示出进行电源切断后的制动的情况下的马达部的转速的一例的曲线图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的例示性的一实施方式进行说明。另外，本发明的范围并不限定于以下的实施方式，在本发明的技术思想的范围内能够任意地改变。

图1是示出风扇装置100的电路结构的一例的电路图。风扇装置100包括调节器电路部1、驱动信号生成电路部2、晶体管3、4、晶体管13、14、马达部19、电容器20、二极管21以及输出级。输出级包括上级侧MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)15、16和下级侧MOSFET17、18。另外，在该一例中，对输出级是单相全桥电路的情况进行说明，但是并不限于此。例如，在马达部19是三相马达的情况下，输出级也可以是三相全桥电路。

当供给电源电压V时，若输出级中的上级侧MOSFET15以及下级侧MOSFET18分别为接通状态，上级侧MOSFET16以及下级侧MOSFET17分别为关断状态，则向马达部19供给驱动电流id1。并且，当供给电源电压V时，若输出级中的上级侧MOSFET15以及下级侧MOSFET18分别为关断状态，上级侧MOSFET16以及下级侧MOSFET17分别为接通状态，则向马达部19供给驱动电流id2。上级侧MOSFET15、16是P沟道MOSFET，若H(高)电平的信号供给到栅极端子，则成为关断状态，若L(低)电平的信号供给到栅极端子，则成为接通状态。下级侧MOSFET17、18是N沟道MOSFET，若H电平的信号供给到栅极端子，则成为接通状态，若L电平的信号供给到栅极端子，则成为关断状态。另外，在以下说明中，有时将下级侧MOSFET17、18记载为制动侧MOSFET，将上级侧MOSFET15、16记载为非制动侧MOSFET。

调节器电路部1从供给到风扇装置100的电源电压V生成驱动信号生成电路部2的控制用电源电压A。驱动信号生成电路部2根据从调节器电路部1供给的控制用电源电压A，分别生成驱动输出级的驱动信号B、C、D、E。驱动信号生成电路部2包括电源电压监视电路部2-1。电源电压监视电路部2-1检测是否被供给电源电压V。具体地说，电源电压监视电路部2-1监视电源电压V的电位，将电源电压V的下降通知给驱动信号生成电路部2。若电源电压监视电路部2-1检测出电源电压V的下降，则驱动信号生成电路部2停止输出驱动信号B、C、D、E。具体地说，在电源电压V为某一电位以下的情况下，驱动信号生成电路部2将驱动信号B、C、D、E设为Hi-Z(高阻抗)状态。

晶体管3驱动上级侧MOSFET15。具体地说，晶体管3是NPN型晶体管。晶体管3的基极端子与驱动信号生成电路部2连接，集电极端子经由电阻5与上级侧MOSFET15的栅极端子连接，发射极端子与电源电压V的接地侧、即接地电位GND连接。若从驱动信号生成电路部2向基极端子供给H电平的驱动信号B，则晶体管3成为接通状态，使上级侧MOSFET15的栅极端子成为L电平。并且，若从驱动信号生成电路部2向基极端子供给L电平的驱动信号B，则晶体管3成为关断状态，通过经由电阻7供给的电源电压V使上级侧MOSFET15的栅极端子成为H电平。

晶体管4通过从驱动信号生成电路部2供给的驱动信号C驱动上级侧MOSFET16。晶体管4的具体例与晶体管3相同，因此省略其说明。

晶体管13通过从驱动信号生成电路部2供给的驱动信号D驱动下级侧MOSFET17。具体地说，晶体管13是NPN型数字晶体管。晶体管13的基极端子与驱动信号生成电路部2连接，集电极端子经由电阻10与下级侧MOSFET17的栅极端子连接，发射极端子与接地电位GND连接。若从驱动信号生成电路部2向基极端子供给H电平的驱动信号D，则晶体管13成为接通状态，使下级侧MOSFET17的栅极端子成为L电平。并且，若从驱动信号生成电路部2向基极端子供给L电平的驱动信号D，则晶体管13成为关断状态，通过经由二极管21以及电阻9供给的控制用电源电压A使下级侧MOSFET17的栅极端子成为H电平。

晶体管14通过从驱动信号生成电路部2供给的驱动信号E驱动下级侧MOSFET18。晶体管14的具体例与晶体管13相同，因此省略其说明。

电容器20连接于电源电压V与接地电位GND之间，使电源电压V稳定化。

马达部19通过从输出级供给的驱动电流id1、id2使未图示的风扇旋转。通过风扇利用空气流等外力而旋转，在马达部19产生反电动势。通过马达部19的反电动势产生的电流经由上级侧MOSFET15、16、即非制动侧MOSFET的寄生二极管流入到电源电压V。

接下来，参照图2对驱动信号生成电路部2生成的驱动信号的一例进行说明。图2是示出驱动信号生成电路部2生成的驱动信号的波形的一例的图。在该一例中，如图2的波形W_V所示，在时刻t0至时刻t7期间，供给电源电压V，在时刻t7以后，切断电源电压V。作为一例，电源电压V是54[V]。如图2的波形W_A所示，控制用电源电压A按照电源电压V的供给和切断而在时刻t0至时刻t7期间成为工作电位，在时刻t7以后成为停止电位。作为一例，控制用电源电压A的工作电位是12[V]。作为一例，控制用电源电压A的停止电位是0[V]。将驱动信号B、C、D、E的波形W_B、W_C、W_D、W_E分别示于图2中。驱动信号B、C、D、E按照驱动信号生成电路部2的控制而被切换为H电平和L电平。在该一例中，在驱动信号B是H电平时，驱动信号C是L电平，驱动信号D是H电平，驱动信号E是L电平。并且，在驱动信号B是L电平时，驱动信号C是H电平，驱动信号D是L电平，驱动信号E是H电平。驱动信号生成电路部2通过在从时刻t0到时刻t7为止依次切换各驱动信号的电平而驱动马达部19。

如图2所示，若在时刻t7切断电源电压V，则控制用电源电压A从工作电位变为停止电位。若控制用电源电压A成为停止电位，则驱动信号生成电路部2停止输出驱动信号B、C、D、E。其结果是，在时刻t7以后，驱动信号B、C、D、E分别成为Hi-Z状态。在此，参照图3对时刻t7的电路的详细动作进行说明。

图3是示出切断电源电压V的情况下的信号波形的一例的图。若在时刻t71切断电源电压V，则控制用电源电压A从时刻t71开始下降，在时刻t72成为停止电位。驱动信号D在时刻t71是H电平。驱动信号E在时刻t71是L电平。驱动信号D、E在时刻t71以后是Hi-Z状态。

在下级侧MOSFET17的栅极端子与源极端子之间存在寄生电容。在驱动信号D为Hi-Z状态的情况下，如图3的波形W_D2所示，下级侧MOSFET17的栅极端子的电位D2通过该寄生电容中蓄积的电荷被维持成H电平。如图3的波形W₁₇所示，在栅极端子的电位D2超过阈值电位V_thD2的情况下，下级侧MOSFET17成为接通状态。即，在栅极端子与源极端子之间通过寄生电容，栅极端子的电位D2被维持成超过阈值电位V_thD2，由此下级侧MOSFET17在时刻t71至时刻t7_Off期间维持接通状态。

在下级侧MOSFET18的栅极端子与源极端子之间存在寄生电容。在驱动信号E为Hi-Z状态的情况下，如图3的波形W_E2所示，下级侧MOSFET18的栅极端子的电位E2通过该寄生电容中蓄积的电荷被维持成H电平。即，与下级侧MOSFET17相同地，在栅极端子与源极端子之间通过寄生电容，栅极端子的电位E2被维持成超过阈值电位V_thE2，由此下级侧MOSFET18在时刻t71至时刻t7_Off期间维持接通状态。即，下级侧MOSFET17、18在时刻t71至时刻t7_Off为止的期间均成为接通状态。

二极管21抑制寄生电容中蓄积的电荷流入到调节器电路部1或驱动信号生成电路部2。因而，栅极端子电位D2、E2并不急速下降，而是维持某一期间。下级侧MOSFET17、18的接通状态持续至栅极端子电位D2、E2成为阈值电位V_thD2、V_thE2以下。

在下级侧MOSFET17、18的漏极端子与源极端子之间存在寄生二极管。该寄生二极管的与接地电位GND连接的源极端子侧是阳极，与马达部19连接的漏极端子侧是阴极。即，寄生二极管能够使电流从接地电位GND向马达部19流动。通过该寄生二极管的存在和下级侧MOSFET17、18均成为接通状态，马达部19的绕组两端均成为与接地电位GND连接的状态。因而，根据风扇装置100，当切断电源电压V时，在马达部19中产生电磁制动，降低风扇的转速。

到此为止，对由制动侧MOSFET进行的切断电源时的马达部19的制动进行了说明。接下来，对电源切断后的马达部19的制动进行说明。

返回到图1，风扇装置100包括反电动势供给部。该反电动势供给部包括二极管D1、电阻R1以及供给线LN1。二极管D1、电阻R1以及供给线LN1串联连接在电源电压V与制动侧MOSFET之间。在图1所示的一例中，二极管D1的阳极与电源电压V连接，阴极与电阻R1连接。电阻R1的一端与二极管D1的阴极连接，另一端与连接点P连接。连接点P经由电阻R9和电阻R10与下级侧MOSFET17的栅极端子连接。并且，连接点P经由电阻R11和电阻R12与下级侧MOSFET18的栅极端子连接。

在此，在图2的时刻t8以后，即电源切断之后，制动侧MOSFET的寄生电容的电荷减少，光靠该寄生电容的电荷有时无法将制动侧MOSFET维持为接通状态。即，风扇装置100在电源切断之后，光靠制动侧MOSFET的寄生电容的电荷有时无法在马达部19中产生电磁制动。参照图4以及图5，对风扇装置100在电源切断之后使马达部19产生电磁制动的结构进行说明。

图4是示出风扇装置100的反电动势供给路径的一例子的图。如上所述，在图2的时刻t7以后，即切断电源时以后，驱动信号生成电路部2将驱动信号B、C、D、E分别设为Hi-Z状态。因而，在切断电源时以后，上级侧MOSFET15、16和下级侧MOSFET17、18均成为关断状态。假设在图2的时刻t8风扇通过外力旋转。通过该风扇的旋转，在马达部19中产生反电动势。马达部19通过该反电动势产生电流ic1或电流ic2。在以下说明中，在不区分电流ic1以及电流ic2的情况下，统称为电流ic。

如上所述，在上级侧MOSFET15、16和下级侧MOSFET17、18中均存在寄生二极管。上级侧MOSFET15、16以及下级侧MOSFET17、18即使均为关断状态，也能够使电流ic从接地电位GND侧经由该寄生二极管向电源电压V侧流动。电流ic1从接地电位GND经由下级侧MOSFET17的寄生二极管、马达部19、上级侧MOSFET16的寄生二极管流入到电源电压V。即，电流ic1流过反电动势供给路径Rt1。并且，电流ic2从接地电位GND经由下级侧MOSFET18的寄生二极管、马达部19、上级侧MOSFET15的寄生二极管流入到电源电压V。即，电流ic2流过反电动势供给路径Rt2。

如上所述，电源电压V与连接点P经由二极管D1以及电阻R1连接。从反电动势供给路径Rt1以及反电动势供给路径Rt2流入到电源电压V的电流ic经由二极管D1以及电阻R1流入到连接点P。即，电流ic经由反电动势供给路径Rt流入到连接点P。通过该结构，连接点P的电位上升。参照图5对该连接点P的电位的变化进行说明。

图5是示出电源切断后的反电动势引起的电位变化的波形的一例的图。控制用电源电压A的波形W_A在电源切断后的时刻t81至时刻t84期间保持停止电位。其结果是，在时刻t81至时刻t84的期间，驱动信号D、E均为Hi-Z状态。在该一例中，在时刻t81至时刻t83的期间，在马达部19中产生反电动势。通过该反电动势，电流ic经由反电动势供给路径Rt流入到连接点P，在时刻t81至时刻t82的期间，连接点P的电位上升。在连接点P与接地电位GND之间，恒压二极管ZD1的阴极侧与连接点P连接，阳极侧与接地电位GND连接。该恒压二极管ZD1例如是稳压二极管，将连接点P的电位抑制到稳压电压V_ZD1以下。其结果是，在时刻t82至时刻t83的期间，连接点P的电位将稳压电压V_ZD1作为上限值维持。

下级侧MOSFET17的栅极端子的电位D2随着连接点P的电位的变化而变化。若栅极端子的电位D2超过阈值电位V_thD2，则下级侧MOSFET17成为接通状态。在该一例中，栅极端子的电位D2在时刻t8_on至时刻t8_off的期间超过阈值电位V_thD2。在该情况下，如波形W₁₇所示，下级侧MOSFET17在时刻t8_on至时刻t8_off期间成为接通状态。

下级侧MOSFET18的栅极端子的电位E2也与栅极端子的电位D2同样地变化。即，栅极端子的电位E2随着连接点P的电位的变化而变化。若栅极端子的电位E2超过阈值电位V_thE2，则下级侧MOSFET18成为接通状态。在该一例中，栅极端子的电位E2在时刻t8_on至时刻t8_off期间超过阈值电位V_thE2。在该情况下，如波形W₁₈所示，下级侧MOSFET18在时刻t8_on至时刻t8_off的期间为接通状态。

即，下级侧MOSFET17、18在时刻t8_on至时刻t8_off的期间均成为接通状态。若制动侧MOSFET均成为接通状态，则在马达部19中产生电磁制动，降低风扇的转速。

在该风扇装置100中，如下规定恒压二极管ZD1的稳压电压V_ZD1和电阻R1的电阻值。电源电压V的电压比控制用电源电压A的电压高。在该一例中，电源电压V是54[V]，控制用电源电压A是12[V]。经由二极管21向连接点P施加控制用电源电压A。在此，在对风扇装置100供给电源电压V的情况下，经由反电动势供给部的二极管D1以及电阻R1对于连接点P施加电压。恒压二极管ZD1的稳压电压V_ZD1根据在供给电源电压V的情况下施加给连接点P的电压的容许值而规定。具体地说，稳压电压V_ZD1根据控制用电源电压A规定。作为一例，在控制用电源电压A是12[V]的情况下，恒压二极管ZD1的稳压电压V_ZD1是12[V]。即，恒压二极管ZD1的击穿电压是根据从电源电压V生成的控制用的控制用电源电压A而确定的。

恒压二极管ZD1的稳压电压V_ZD1比电源电压V低。因此，当供给电源电压V时，电流iz从电源电压V经由反电动势供给部的二极管D1、电阻R1以及恒压二极管ZD1流到接地电位GND。该电流iz并不贡献于马达部19的驱动。风扇装置100能够通过降低电流iz而降低耗电。电流iz根据(电源电压V-稳压电压V_ZD1)/(电阻R1的电阻值)求出。即，风扇装置100能够通过将电阻R1的电阻值设成比较大的值来降低电流iz。作为一例，电阻R1的电阻值是47[kΩ]。

参照图6以及图7对电源切断后的制动的实验结果进行说明。图6是示出不进行电源切断后的制动的情况下的马达部19的转速的一例的曲线图。图7是示出进行电源切断后的制动的情况下的马达部19的转速的一例的曲线图。

在该实验中，在时刻t10切断电源电压V之后，在时刻t11使马达部19通过外力旋转。具体地说，在时刻t11，使风与风扇装置100的风扇接触，由此使风扇通过风力旋转。在不进行电源切断后的制动的情况下，如图6所示，马达部19的转速在时刻t11以后是2800[rpm](46.7[r/s])。

另一方面，在进行电源切断后的制动的情况下，如图7所示，马达部19的转速在时刻t11以后是1600[rpm](26.7[r/s])。即，风扇装置100通过进行电源切断后的制动，与不进行电源切断后的制动时相比使马达部19的转速降低1400[rpm](23.3[r/s])。

如以上说明，风扇装置100不从外部供电而能够降低因外力产生的马达的转速。即，根据风扇装置100，能够降低耗电，并且能够降低因外力产生的产生的转速。

并且，风扇装置100除了进行电源切断后的制动，还进行切断电源时的制动。在该切断电源时的制动时，风扇装置100也不从外部供电而降低因外力产生的马达的转速。即，根据风扇装置100，能够降低耗电，并且能够降低因外力产生的马达的转速。

另外，到此为止，将上级侧MOSFET15、16是非制动侧MOSFET且下级侧MOSFET17、18是制动侧MOSFET的情况作为一例进行了说明，但是并不限于此。也可以使上级侧MOSFET15、16是制动侧MOSFET，下级侧MOSFET17、18是非制动侧MOSFET。

Claims (4)

1.一种风扇装置，其具有电动旋转体的驱动电路，

所述风扇装置包括：

电动旋转体的驱动信号生成电路部；

输出级，其包括上级侧MOSFET以及下级侧MOSFET；以及

马达部，其由所述输出级驱动，

所述风扇装置的特征在于，还包括：

反电动势供给部，在未对所述上级侧MOSFET以及下级侧MOSFET中的作为制动侧MOSFET的任一方的MOSFET和作为非制动侧MOSFET的另一方的MOSFET供给电动旋转体的电源电压的状态下，将由反电动势生成的电力供给至所述制动侧MOSFET，其中，该反电动势是通过所述马达部的旋转而产生的；以及

电磁制动部，其通过所述反电动势供给部供给的所述电力，使所述制动侧MOSFET成为接通状态，进行所述马达部的电磁制动，

所述反电动势供给部还包括：

所述非制动侧MOSFE中产生的寄生二极管；

反电动势供给二极管和电阻的串联电路，其一端与所述寄生二极管的阴极侧连接，另一端与所述电源电压的接地侧连接；以及

供给线，其将经由所述寄生二极管供给到所述串联电路的电力供给至所述制动侧MOSFET的栅极端子。

2.根据权利要求1所述的风扇装置，其特征在于，还包括：

电源电压监视电路部，其检测是否被供给了所述电源电压；

控制用电源电压生成部，其从所述电源电压生成控制用电源电压；

二极管，其位于所述控制用电源电压生成部的电源输出端子与所述制动侧MOSFET的栅极端子之间，该二极管的阳极与所述电源输出端子侧连接，阴极与所述栅极端子侧连接；以及

驱动电路，其被供给所述驱动信号生成电路部输出的驱动信号和所述控制用电源电压，驱动所述制动侧MOSFET的所述栅极端子，

在所述电源电压监视电路部检测到所述电源电压的供给停止情况下，所述驱动信号生成电路部将所述非制动侧MOSFET控制成关断状态。

3.根据权利要求1所述的风扇装置，其特征在于，

所述反电动势供给部还包括恒压二极管，所述恒压二极管连接于所述串联电路与所述供给线的连接点和所述电源电压的接地侧之间。

4.根据权利要求3所述的风扇装置，其特征在于，

所述恒压二极管的击穿电压是根据从所述电源电压生成的控制用电源电压而确定的。

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