CN203809329U - 一种直流风扇控制芯片 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种直流风扇控制芯片，该芯片包括磁阻传感器、控制器、驱动器以及基板。磁阻传感器、控制器和驱动器集成设置在基板上，磁阻传感器的感应方向与直流风扇控制芯片的表面垂直或者平行，磁阻传感器为控制器提供风扇中的转子位置信号、转子转速信号以及转子旋转方向信号，控制器根据接收到的信号向驱动器输出控制信号，驱动器接收到控制信号后输出驱动信号。本实用新型中的直流风扇控制芯片具有体积小、成本低、低功耗、温度稳定性好、频响特性好的优点。

Description

一种直流风扇控制芯片
技术领域
本实用新型涉及一种控制芯片，具体的说是一种使用磁阻传感器的直流风扇控制芯片。
背景技术
随着科技的发展和人类生活质量的提高，使得电子产品的性能不断提升。大多数电子产品性能的提升都伴随着高功耗的产生，对应产生较高的热量，这些电子产品无法靠自身进行散热，需要通过增加风扇来进行散热。
目前，市场上盛行的散热风扇主要是使用无刷直流电机的风扇。在无刷直流电机中，转子位置决定要驱动哪个定子线圈，定子磁通矢量位置必须与转子磁通矢量位置保持同步，以使电机操作顺畅。要实现这一目的，需要了解转子位置来确定要驱动的定子线圈，现有多种技术可实现这一目的，但最常用的技术是使用霍尔效应磁传感器来监控转子位置，但霍尔效应传感器的体积和重量较大，从而增加了系统成本，并降低了可靠性。此外，该传感器温度稳定性也不好，并且功耗高。
TMR（Tunnel MagnetoResistance）磁传感器是近年来开始工业应用的新型磁电阻效应传感器，其利用的是磁性多层膜材料的隧道磁电阻效应对磁场进行感应，其相对于霍尔效应磁传感器具有更小的体积、更低的功耗以及更宽的工作范围。更为重要的是，与传统的霍尔传感器相比，在温度稳定性方面，TMR传感器具有绝对的优势，更适合在温度变化较大的环境下应用。在发热较为明显的系统中，风扇控制芯片所处环境温度变化范围广，更适合使用TMR传感器。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的以上问题，提供一种体积小、成本低、功耗低、工作范围宽的直流风扇控制芯片。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案实现：
本实用新型提供了一种直流风扇控制芯片，该直流风扇控制芯片包括磁阻传感器、控制器、驱动器以及基板，所述磁阻传感器的感应方向与所述直流风扇控制芯片的表面垂直或者平行，所述磁阻传感器为所述控制器提供转子位置信号、转子转速信号以及转子旋转方向信号，所述控制器根据接收到的信号向所述驱动器输出控制信号，所述驱动器接收到控制信号后输出驱动信号，所述磁阻传感器、所述控制器以及所述驱动器均集成在所述基板上。
优选地，所述磁阻传感器为单芯片传感器，由InSb元件、TMR元件、GMR元件或者AMR元件电连接构成。
优选地，所述磁阻传感器为单轴传感器、双轴传感器或者三轴传感器。
优选地，所述单轴传感器为X轴传感器、Y轴传感器或者Z轴传感器。
优选地，所述磁阻传感器、所述控制器与所述驱动器分离集成在所述基板上。
优选地，所述磁阻传感器、所述控制器与所述驱动器三者堆叠放置。
优选地，所述磁阻传感器位于所述控制器的上方或者下方。
优选地，所述磁阻传感器位于所述驱动器的上方或者下方。
优选地，所述控制器与所述驱动器沉积在同一晶圆上，构成一个控制驱动器，所述控制驱动器位于所述基板上。
优选地，所述控制器、所述驱动器以及所述磁阻传感器沉积在同一个晶圆上，构成一个感应控制驱动器，所述感应控制驱动器位于所述基板上。
优选地，所述磁阻传感器位于所述控制驱动器的上方或下方。
优选地，所述直流风扇控制芯片还包括以下输入输出端子：温度信号输入端、驱动信号输出端、报警信号输出端以及可编程I/O端，所述温度信号输入端、所述报警信号输出端以及所述可编程I/O端设置在所述控制器上，所述驱动信号输出端设置在所述驱动器上。
优选地，所述直流风扇控制芯片的封装形式包括：SIP（single in-line package 单列直插式封装）、DIP（dual inline package 双列直插式封装）、SOP（small outline package 小外形封装）、QFN（quad flat non-leaded package 四侧无引脚扁平封装）、DFN（dual flat non-leaded package双侧无引脚扁平封装）、BGA（Ball Grid Array 球栅阵列封装）、LGA（land grid array 触点阵列封装）、PGA（pin-grid array 引脚网格阵列封装）、TO（transistor out-line 晶体管）、QFP（quad flat package 四侧引脚扁平封装）、SOT（small out-line transistor 小外形晶体管）、LCC（lead on chip 芯片上引线封装）、COB（chip on board）板上芯片封装）、COC（ceramic substrate on chip 瓷质基板上芯片封装）、CSP（chip scale package 芯片尺寸封装）、MCM（multi-chip module 多芯片组件）或陶瓷管壳封装。
优选地，所述控制信号包括至少一路PWM（Pulse Width Modulation脉冲宽度调制）信号。
本实用新型与现有技术相比，具有以下有益效果：
（1）       磁阻传感器与控制器、驱动器集成，减小了体积，也降低了器件成本和装配成本；
（2）       磁阻传感器的功耗低，尤其是TMR传感器；
（3）       以TMR传感器为代表的磁阻传感器的温度稳定性好，动态范围宽，可靠性高。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例技术中的技术方案，下面将对实施例技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型中的直流风扇控制芯片的结构示意图。
图2A-2E为控制器、驱动器和磁阻传感器的位置关系图。
图3为直流风扇控制芯片的俯视图。
图4A-4C为永磁转子和控制芯片的位置关系图。
图5A-5B分别为电路示意图和相位控制时序图。
图6A-6E为定子线圈极性时序图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型的发明内容作进一步的描述。
实施例
图1为本实用新型中直流风扇控制芯片的结构示意图。该控制芯片包括磁阻传感器4、与磁阻传感器4机械连接的控制器5、与控制器5机械连接的驱动器6、基板7、温度信号输入端8、报警信号输出端9、驱动信号输出端10以及可编程I/O端11。其中，温度信号输入端8、报警信号输出端9以及可编程I/O端11设置在控制器5上，驱动信号输出端10设置在驱动器6上。磁阻传感器4为由InSb元件、TMR元件、GMR元件或者AMR元件电连接构成的单芯片传感器，磁阻传感器4可以为X轴传感器、Y轴传感器或者Z轴传感器等单轴传感器，也可以为双轴传感器或者三轴传感器。磁阻传感器4、控制器5和驱动器6可以分离集成在基板7上，如图2A所示，三者也可以堆叠集成在基板7上，如图2B所示，三者的上下位置关系并不限于图2B中所示。磁阻传感器4可以放在控制器5的上方或者下方，也可以放在驱动器6的上方或者下方，图2C显示了磁阻传感器4放在控制器5上方的情形。此外，控制器5和驱动器6可以沉积在同一晶圆上，构成一个控制驱动器12，此时，磁阻传感器4可以与控制驱动器12分离放置，如图2D所示，也可以放在控制驱动器12的上方或者下方，图2E显示了放在控制驱动器上方的情形。磁阻传感器4、控制器5和驱动器6三者也可以沉积在同一晶圆上，构成一感应控制驱动器，该感应控制器位于基板7上，图中未显示出此情形。磁阻传感器4的感应方向可以平行于控制芯片100的表面（此处为封装后的芯片表面，一般与基板表面平行），即为图3中的方向1或2，此时控制芯片100和风扇中永磁转子101的位置关系如图4A和4B所示，磁阻传感器4为X轴传感器和Y轴传感器；磁阻传感器4的感应方向也可以垂直于控制芯片100的表面，如图3中的方向3所示，此时控制芯片100和风扇中永磁转子101的位置关系如图4C所示，磁阻传感器4为Z轴传感器。控制芯片100的感应方向与磁阻传感器4的感应方向相同。当永磁转子101开始旋转后，磁阻传感器4根据永磁转子101的工作状态，将转子位置信号、转子转速信号以及转子旋转方向信号输送给控制器5，控制器5便根据接收到的这些信号，输出控制信号，本实施例中具体为两路PWM信号给驱动器6，驱动器6再根据接收到的控制信号即PWM信号输出驱动信号，从而来控制定子线圈的N极和S极方向。磁阻传感器4的输出决定了驱动器6的输出，进而决定着电感中电流的变化，以控制永磁转子的旋转，旋转转速由输入的温度信号和PWM信号的占空比决定。
本实用新型中的直流风扇控制芯片可通过以下形式进行封装：SIP、SOP、QFN、DFN、BGA、LGA、PGA、TO、QFP、SOT、LCC、COB、COC、CSP、MCM以及陶瓷管壳封装等，在图3中采用的是SOP8封装。当采用SOP、TO等封装时，基板为金属的引线框架；当采用LGA封装时，基板为PCB。此外，基板也还可以是陶瓷的。
图5A和5B分别为电路示意图和相位控制时序图。接收到磁阻传感器4输送的信号后，控制器5往驱动器6输出PWM1和PWM2信号，PWM1和PWM2信号触发点分别是磁阻传感器4信号的下降沿和上升沿，当PWM1和PWM2信号被触发，其就会从低电平转化为高电平，此时，驱动器就会输出相应的驱动信号，来使定子线圈改变N极和S极方向。
图6A-6E为定子线圈的极性时序图。图中线圈L1和L2分别水平和垂直放置，如果以线圈L1和L2为横纵轴，其交点为原点，那么磁阻传感器4安装在该坐标轴的135度位置处。图6A表示永磁转子开始转动，当永磁转子转到其N极、S极分别和极性为S极的定子线圈L2、极性为N极的定子线圈L1正对时，磁阻传感器便发出换相信号，如图6B所示。图6C表示换相过后，永磁转子继续转动的状态，当永磁转子的N极、S极再次分别和极性为S极的定子线圈L1、极性为N极的定子线圈L2正对时，磁阻传感器再次发出换相信号，如图6D所示。图6E表示再次换相过后，永磁转子继续转动的状态，接着便能回到6A所示的状态，如此循环下去。
以上借助优选实施例对本实用新型进行了详细说明，但是本实用新型不限于此。本技术领域技术人员可以根据本实用新型的原理进行各种修改。因此，凡按照本实用新型原理所作的修改，都应当理解为落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种直流风扇控制芯片，其特征在于，该直流风扇控制芯片包括磁阻传感器、控制器、驱动器以及基板，所述磁阻传感器的感应方向与所述直流风扇控制芯片的表面垂直或者平行，所述磁阻传感器为所述控制器提供转子位置信号、转子转速信号以及转子旋转方向信号，所述控制器根据接收到的信号向所述驱动器输出控制信号，所述驱动器接收到控制信号后输出驱动信号，所述磁阻传感器、所述控制器以及所述驱动器均集成在所述基板上。
2.根据权利要求1所述的直流风扇控制芯片，其特征在于，所述磁阻传感器为单芯片传感器，由InSb元件、TMR元件、GMR元件或者AMR元件电连接构成。
3.根据权利要求1或2所述的直流风扇控制芯片，其特征在于，所述磁阻传感器为单轴传感器、双轴传感器或者三轴传感器。
4.根据权利要求3所述的直流风扇控制芯片，其特征在于，所述单轴传感器为X轴传感器、Y轴传感器或者Z轴传感器。
5.根据权利要求1所述的直流风扇控制芯片，其特征在于，所述磁阻传感器、所述控制器与所述驱动器分离集成在所述基板上。
6.根据权利要求1所述的直流风扇控制芯片，其特征在于，所述磁阻传感器、所述控制器与所述驱动器三者堆叠放置。
7.根据权利要求1所述的直流风扇控制芯片，其特征在于，所述磁阻传感器位于所述控制器的上方或者下方。
8.根据权利要求1所述的直流风扇控制芯片，其特征在于，所述磁阻传感器位于所述驱动器的上方或者下方。
9.根据权利要求1所述的直流风扇控制芯片，其特征在于，所述控制器与所述驱动器沉积在同一个晶圆上，构成一个控制驱动器，所述控制驱动器位于所述基板上。
10.根据权利要求9所述的直流风扇控制芯片，其特征在于，所述磁阻传感器位于所述控制驱动器的上方或下方。
11.根据权利要求1所述的直流风扇控制芯片，其特征在于，所述控制器、所述驱动器以及所述磁阻传感器沉积在同一个晶圆上，构成一个感应控制驱动器，所述感应控制驱动器位于所述基板上。
12.根据权利要求1所述的直流风扇控制芯片，其特征在于，所述直流风扇控制芯片还包括以下输入输出端子：温度信号输入端、驱动信号输出端、报警信号输出端以及可编程I/O端。
13.根据权利要求12所述的直流风扇控制芯片，其特征在于，所述温度信号输入端、所述报警信号输出端以及所述可编程I/O端均设置在所述控制器上，所述驱动信号输出端设置在所述驱动器上。
14.根据权利要求1所述的直流风扇控制芯片，其特征在于，所述直流风扇控制芯片的封装形式包括：SIP（单列直插式封装）、DIP（双列直插式封装）、SOP（小外形封装）、QFN（四侧无引脚扁平封装）、DFN（双侧无引脚扁平封装）、BGA（球栅阵列封装）、LGA（触点阵列封装）、PGA（引脚网格阵列封装）、TO（晶体管）、QFP（四侧引脚扁平封装）、SOT（小外形晶体管）、LCC（芯片上引线封装）、COB（板上芯片封装）、COC（瓷质基板上芯片封装）、CSP（芯片尺寸封装）、MCM（多芯片组件）或陶瓷管壳封装。
15.根据权利要求1所述的直流风扇控制芯片，其特征在于，所述控制信号包括至少一路PWM（脉冲宽度调制）信号。
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