CN202510400U - 可调速的单相无刷直流风扇驱动集成电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及集成电路领域，具体是可调速的单相无刷直流风扇驱动集成电路。将采集到的温度信号和内置的锯齿波发生器信号通过脉宽调制器控制，实现自动调速。根据霍尔传感器信号，通过霍尔放大器及逻辑控制器的处理，实现换向功能。利用内置的堵转检测和自动重启电路实现锁定报警、堵转保护和自动重启功能。本集成电路在实现自动调速的功能的同时，增加了转速检测、锁定报警、堵转保护、自动重启等辅助功能，并且简化了外围电路的复杂性，减少了外围器件，大大的降低了调速风扇的成本。

Description

可调速的单相无刷直流风扇驱动集成电路

技术领域

本实用新型及到集成电路领域，具体是可调速的单相无刷直流风扇驱动集成电路。 

背景技术

随着科技的进步和人类对生活质量的要求不断提升，促使电子产品的性能不断的提升。大多数电子产品性能的提升都伴随着高功耗的产生，对应产生的较高的热量，无法靠自身进行散热，只能强制增加风扇进行散热。

    电子产品产生的功耗一般由工作量来决定的，因此自身产生的热量不是固定的。相应散热风扇可以根据被散热的温度来调整风扇速度，这样可以有效的降低功耗和噪音。无刷直流风扇的调速一般有两种方式：1、在直流风扇和电源之间串联一可变电阻，通过改变电阻阻值，调整风扇的驱动电压，达到调速的目的。2、用数字信号处理器DSP或者微处理器MCU，采用PWM方式控制风扇驱动电压，进行调速。第一种调速方式，虽然方法简单，但是调速不够精准，不够线性，另外串联的调速电阻会消耗过大的能量。第二种调速方式，虽然能够精准的控制转速，但是MCU或者DSP本身也会产生一定的功耗，加上芯片很贵，外围电路复杂，造成风扇成本大幅增加。

 依据被散热物体的温度来调整风扇速度，这样能够有效的降低功耗，减小噪音。但是现有的调速方式存在自身功耗较大，外围电路复杂，成本较高等缺点。因此，开发一款专门用于单相无刷直流风扇调速的集成电路，成为迫切的要求。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种可调速的单相无刷直流风扇驱动集成电路，实现自动调速的功能的同时，增加了转速检测、锁定报警、堵转保护、自动重启等辅助功能，并且简化了外围电路的复杂性，减少了外围器件，大大的降低了调速风扇的成本。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下方案实现：一种可调速的单相无刷直流风扇驱动集成电路，其特征在于，包括：

一用于驱动风扇的输出功率驱动电路；

一逻辑控制器，控制所述的输出功率驱动电路；

一锯齿波发生器，用以产生锯齿波信号；

一脉宽调制器，其将外部输入的温度检测信号、一设置最低转速信号与所述的锯齿波信号进行比较产生脉宽调制信号，提供给所述的逻辑控制器；

一滞洄比较器，其将外部输入的霍尔传感器信号进行放大，并传送至逻辑控制器，以提供换向信号；以及

一堵转检测及自动重启模块，其输入端与所述的逻辑控制器连接，输出端连至所述的设置最低转速信号输入端。

在本实用新型一实施例中，所述集成电路具有一1.25V电压输出端，该输出端为所述霍尔传感器供电。

在本实用新型一实施例中，脉冲调制器包括三个比较器和一第四晶体管；所述三个比较器的输出端各与一个晶体管的基极连接，所述晶体管的射极接地，集电极与一第一恒流源连接；所述第四晶体管的基极与所述第一恒流源连接，射极接地，集电极与一第二恒流源连接。

在本实用新型一实施例中，所述输出功率驱动电路采用H桥结构，包括四个功率驱动管和四个功率续流二极管，所述功率续流二极管在功率驱动管关断的时候实现续流的功能。

在本实用新型一实施例中，所述的堵转检测和自动重启电路包括：

一第一晶体管，其基极与所述逻辑控制器连接，射极接地；

一恒流源，其与所述第一晶体管的集电极连接；

一第二晶体管，其射极接地，集电极与所述的设置最低转速信号输入端；以及

一比较器，其将所述第一晶体管的集电极输出信号与一基准电压比较后发送到所述第二晶体管的基极。

本实用新型的有益效果是：该集成电路只需要很少的外围电路，就能根据被散热物体的温度，实现调速功能，并增加了一些监控和保护功能，具有低噪音、高效率、高可靠性等特点，能够有效的降低可调速风扇的成本。

附图说明

图1 可调速的单相无刷直流风扇驱动集成电路的方框图；

图2 脉宽调制器方框图；

图3 脉宽调制器波形图；

图中符号说明：

Hall sensor：外置霍尔位置传感器  HB：IC输出引脚，给hall sensor供电

IN+/IN-:IC输入引脚，采集位置信号 A1：滞洄比较器

R1/R3：电阻，R3是热敏电阻，检测温度  R2/R4：电阻，设置最低速工作电压

C1：电容，设置锯齿波发生器的频率 C2：电容，设定启动时间

Q1/Q2/Q3/Q4：功率输出管          Q5/Q6：堵转启动电路晶体管

A2：比较器                       I₁：恒流源

C3：电容，设定重启和堵转保护时间 VTH：IC输入引脚

RMI：IC输入引脚                  CT：IC输入引脚

D1/D2/D3/D4:内置续流二极管       L：风扇线圈

output：脉宽调制器输出           I₂/I₃：恒流源

A3/A4/A5：脉宽调制器中比较器     Q7/Q8/Q9/Q10：脉宽调制器中晶体管

CPWM：IC引脚                     T0：启动阶段初期

T1：启动阶段后期                 T2：最低速状态

T3：调速状态                     T4：全速状态

101:输出功率驱动模块             102：堵转检测及自动重启模块

103：最低转速设置模块            104：温度检测模块

105：脉宽调制器                  106：逻辑控制器

107：锯齿波发生器。 

具体实施方式

请参照图1，图1是整个集成电路的设计方框图，本实施例提供一种可调速的单相无刷直流风扇驱动集成电路，其包括：一用于驱动风扇的输出功率驱动电路；一逻辑控制器，控制所述的输出功率驱动电路；一锯齿波发生器，用以产生锯齿波信号；一脉宽调制器，其将外部输入的温度检测信号、一设置最低转速信号与所述的锯齿波信号进行比较产生脉宽调制信号，提供给所述的逻辑控制器；一滞洄比较器，其将外部输入的霍尔传感器信号进行放大，并传送至逻辑控制器，以提供换向信号；以及一堵转检测及自动重启模块，其输入端与所述的逻辑控制器连接，输出端连至所述的设置最低转速信号输入端。

为了让一般技术人员更好的理解本实用新型，下面我们将详细叙述每个模块的工作原理以及作用。

    锯齿波发生器由电压比较器，内部参考电压，双向恒流源组成，并配合一外部电容C1实现锯齿波频率的改变。该锯齿波发生器内部设定了峰值和谷值电压，双向恒流源的电流也是有内部设定，可以通过改变电容C1来改变锯齿波的频率。锯齿波产生的信号是脉宽调制器的输入信号之一。

    如图1所示，图中Hall sensor 、滞洄比较器A1和1.25V电压输出端HB组成一霍尔信号放大器，其中Hall sensor 外置，由该集成电路上述的输出端HB引脚提供电压，输出信号经过滞洄比较器A1处理，处理完的信号传送至逻辑控制器，提供换向信号。

    脉宽调制器，如图1所示，其输入信号由如下几部分组成：R1和R3提供的温度检测信号，其中R3是热敏电阻，R2和R4以及C2设定的最低速信号，其中C2可以设定启动时间，锯齿波发生器提供锯齿波信号，内部设定最低速电压。如图2所示，脉宽调制器由3个比较器和4个晶体管以及2个恒流源组成。VTH、RMI、内部设定的最低电压这三个信号分别跟锯齿波信号CPWM比较，输出信号提供给逻辑控制器，提供调速信号。值得一提的是，所述的最低转速信号的产生电路也可以设置在该集成电路中，本实施例是外部设置，其如果外接一电容，就可以实现全速启动功能。所述温度信号的采集单元，如果去掉热敏电阻，风扇将进入全速工作状态。

    堵转检测及自动重启电路，如图1所示：Q5、I₁、比较器A2外置电容C3、Q6组成，霍尔信号放大器提供的信号，经过逻辑控制器处理，如果风扇转动，就会提供给Q5一个放电的信号，这样C3的电位就是低电平，表示正常工作。如果风扇堵转，Q5就不再放电，恒流源开始对电容C3进行充电，当CT电压升高到3.6V时，比较器A2动作，判断电机堵转，此时恒流源I₁对电容C3进行放电，放电的电流是充电电流的1/10。放电期间，输出功率驱动电路全部关断，直到CT电压降低到1.7V，恒流源I₁重新对电容C3进行充电，充电期间，输出功率驱动管开启，风扇重启。如果风扇仍然没有启动，当电压升高到3.6V又进入保护状态。由于充电和放电的电流比是10:1，因此重启和保护的时间比是1:10，这样防止风扇因为堵转而烧毁。在堵转和重启过程中，输出引脚RD同时提供报警信号。如果风扇能够重新启动，则Q5就能够正常放电，堵转报警解除，并能够自动重启。

    逻辑控制器，接收霍尔信号放大器和脉宽调制器的信号，经过处理之后，输出四路信号，控制输出功率驱动管，实现换向和调速的功能。同时也处理堵转和重启信号。

    输出功率驱动电路，采用H桥结构，如图1所示，Q1、Q2、Q3、Q4根据控制信号控制风扇线圈，D1、D2、D3、D4起到续流的作用。输出管Q1和Q4导通同时Q2和Q3关断，PWM信号控制Q1的导通时间，调整L上的电压，达到调速的目的。换向之后，Q2和Q3导通同时Q1和Q4关断，PWM信号控制Q2的导通时间，调整L上的电压，达到调速的目的。

    图3是脉宽调制器的波形图，风扇的调速的关键就是脉宽调制器。因此脉宽调制器的波形图基本上就是风扇调速的整个过程。下面根据图3来详细描述整个调速的过程。T0是风扇上电启动阶段初期，风扇刚上电的时候，C2两端的电压为0，这样RMI电压为0，通过电阻R2对电容进行充电，在这个阶段RMI的电压始终低于CPWM端的电压，这样比较器A4的输出端始终为高电平，Q8导通，Q10的B极为低电平，这样output始终为高电平，占空比为100%，这样通过输出功率驱动电路，加在电机线圈L上的电压最高，电机以全速进行启动。T1为启动阶段后期，随着对电容C2的充电，当RMI电压升高到锯齿波的谷值电压的时候开始，一直到R2和R4分压电压结束。VTH、RMI和内部设定的最低速电压，分别跟CPWM电压比较，只有当CPWM电压最低的时候，Q10的B极电压才为高，输出为低，随着RMI的电压不断升高，占空比在减小。T2为最低速状态，集成电路本身设定最低速工作电压，这样即使RMI端不设置，风扇也能在内置的低速状态下运转。同时我们可以通过外围电路设置RMI的电压，设置最低转速。在这个阶段，占空比最小。T3为调速状态，如果温度升高，热敏电阻R3的阻值就会降低，VTH电压由电阻R1和R3分压得到，随着R3的阻值下降，VTH的电压会不断的降低，VTH比RMI和内置的低速电压都要低，这样比较器A3起主要作用，随着VTH的不断降低，输出的占空比不断增加。这样风扇的转速会加大。T4全速状态，如果温度升至很高，导致VTH的电压低于锯齿波的谷值电压，此时输出的占空比为100%，风扇速度最大。如果我们将热敏电阻去掉，此时风扇也将进入全速状态。

当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可依据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。 

Claims (5)

1.一种可调速的单相无刷直流风扇驱动集成电路，其特征在于，包括：

一用于驱动风扇的输出功率驱动电路；

一逻辑控制器，控制所述的输出功率驱动电路；

一锯齿波发生器，用以产生锯齿波信号；

一脉宽调制器，其将外部输入的温度检测信号、一设置最低转速信号与所述的锯齿波信号进行比较产生脉宽调制信号，提供给所述的逻辑控制器；

一滞洄比较器，其将外部输入的霍尔传感器信号进行放大，并传送至逻辑控制器，以提供换向信号；以及

一堵转检测及自动重启模块，其输入端与所述的逻辑控制器连接，输出端连至所述的设置最低转速信号输入端。

2.根据权利要求1所述的可调速的单相无刷直流风扇驱动集成电路，其特征在于：所述集成电路具有一1.25V电压输出端，该输出端为所述霍尔传感器供电。

3.根据权利要求1所述的可调速的单相无刷直流风扇驱动集成电路，其特征在于：脉冲调制器包括三个比较器和一第四晶体管；所述三个比较器的输出端各与一个晶体管的基极连接，所述晶体管的射极接地，集电极与一第一恒流源连接；所述第四晶体管的基极与所述第一恒流源连接，射极接地，集电极与一第二恒流源连接。

4.根据权利要求1所述的可调速的单相无刷直流风扇驱动集成电路，其特征在于：所述输出功率驱动电路采用H桥结构，包括四个功率驱动管和四个功率续流二极管，所述功率续流二极管在功率驱动管关断的时候实现续流的功能。

5.根据权利要求1所述的可调速的单相无刷直流风扇驱动集成电路，其特征在于：所述的堵转检测和自动重启电路包括：

一第一晶体管，其基极与所述逻辑控制器连接，射极接地；

一恒流源，其与所述第一晶体管的集电极连接；

一第二晶体管，其射极接地，集电极与所述的设置最低转速信号输入端；以及

一比较器，其将所述第一晶体管的集电极输出信号与一基准电压比较后发送到所述第二晶体管的基极。

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