CN220979908U - 风扇刹车电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种风扇刹车电路，包括一控制模块、一马达驱动模块及一刹车控制模块，该马达驱动模块分别电性连接该控制模块及一马达，该刹车控制模块包含一储能单元、一控制储能给电单元及一刹车制动单元，该控制储能给电单元分别电性连接该储能单元及一输入电源，该刹车制动单元分别电性连接该控制储能给电单元及该马达。当该风扇断电时，该控制储能给电单元控制该储能单元输出一操作电压至该刹车制动单元，令该马达根据该刹车制动单元传送的刹车信号而刹车，以此达到断电时刹车快速煞停(急停或即停)的功效，并在风扇被煞停后该刹车动作即结束，被煞停的风扇则被另一风扇的风流自然带动产生风车效应仍维持一定解热效果。

Description

风扇刹车电路

技术领域

本实用新型是有关于一种风扇刹车电路，尤其是指可达到断电快速刹停且又不影响风扇故障时的解热功能的风扇刹车电路。

背景技术

许多的消费性产品中，风扇是主要的散热工具。当系统温度过高时，风扇即会启动以降低整体系统温度，达到散热目的，当系统温度下降至一特定值，风扇即会停止动作。

传统上为了避免整体系统不会因为温度过高而烧毁，通常会于系统中加装散热风扇用以主动散热。然而，为了因应运算速度越来越快元件的散热，风扇转速要求会越来越高，因此造成风扇断电后该风扇仍会惯性持续运转一段时间后才会完全停止。

而目前已知现有风扇刹车技术可分为风扇有电源供应刹车及风扇断开电源时刹车。其中风扇有电源供应刹车：主要是通过控制单元(微控制器；MCU)输出的数字信号(如PWM信号)去控制马达驱动用的两个下臂MOSFET开关常开，使马达定子无法正常产生正确对应磁条的磁场，无磁场的定子与磁条的磁场产生阻力而达到刹车的作用。而风扇断开电源刹车：通过离散型式的电阻/电容及下臂MOSFET开关去组成触发刹车功能的电子线路(即刹车线路)，主要是通过连接马达端电源去实现刚断电(下电)时的刹车机制或是通过扇叶被带动转动后的风车效应去回授电压进而触发刹车线路进行刹车，以抑制风扇的风车效应被带动逆转的转速太高，进而停止风扇的扇叶转动。在参阅图1，为现有风扇断电后的该输入电源、马达线圈电压与风扇电流的实际量测波形图，图中该输入电源波形符号为V，且该输入电源波形V中箭头Vup代表为该输入电源上电(即风扇通电)与箭头Vdown代表为输入电源下电(即风扇断电)；该马达线圈电压波形符号为M，该马达线圈电压波形M中虚框区域Moff呈现倾斜下滑线代表为风扇马达仍运转中(即风扇扇叶仍转动中)且持续有反电应势电压产生；该风扇电流波形符号为F，所以根据上述实际量测波形结果显示，现有风扇未加入刹车机制仍会持续惯性运转一段时间后才会完全停止。

而现行的风扇断开电源刹车的刹车线路都是通过连接马达端的电压去实现刹车机制，但此刹车机制若应用在风扇是采用两转子风扇或串联风扇时，因风扇存在前级风扇及后级风扇的状态，当其中一端风扇失效(如前级风扇)时，失效端的风扇扇叶会被另一端正常运作的风扇(如后级风扇)风流带动转动形成风车效应。但在风车效应下，失效端的风扇被带动转动时会经由反电动势的回授电压去触发刹车线路的功能动作，此时失效端的风扇会因刹车功能动作被刹车而产生刹车阻力，令失效端的风扇扇叶被抑制转速而转速降低则形成挡风的阻力，这样造成失效端的风扇为如前级风扇阻挡了串联风扇的入风风流，或是失效端的风扇为如后级风扇阻挡了串联风扇的出风风流，所以现有断电刹车机制在单一风扇(如前级风扇或后级风扇)失效时会一直持续被刹车抑制转速，以阻挡另一端正常运作风扇(如后级风扇或前级风扇)的风流，以导致串联风扇其中一风扇失效时因上述原因无法维持一定的解热。

是以，要如何解决上述现有技术的两转子风扇或串联风扇其中一风扇失效时能保有刹车机制且又能有正常不会产生阻力的风车效应以维持一定的解热，即为本案的创作人与从事此行业的相关厂商所亟欲研究改善的方向所在。

实用新型内容

因此，为有效解决上述的问题，本实用新型的主要目的是在于提供一种风扇断电时刹车快(即)停的功效，且在风扇失效时仍有风车效应维持一定解热效果的风扇刹车电路。

为达上述目的，本实用新型提供一种风扇刹车电路，包括一控制模块、一马达驱动模块及一刹车控制模块，该控制模块电性连接一输入电源，该马达驱动模块分别电性连接该控制模块、刹车控制模块及一马达，该刹车控制模块包含一储能单元、一控制储能给电单元及一刹车制动单元，该储能单元用以接收该输入电压并储存为一操作电压，该控制储能给电单元分别电性连接该储能单元及该输入电源及刹车制动单元，该控制储能给电单元根据该输入电源上电或下电来控制该储能单元的该操作电压输出或不输出至该刹车制动单元，该刹车制动单元分别电性连接该控制储能给电单元及该马达，并根据该储能单元输出的该操作电压产生一刹车信号给该马达，令该马达形成一短路回路而刹车，所以当风扇断电时，该控制储能给电单元控制该储能单元输出该操作电压至该刹车制动单元，令该马达根据该刹车制动单元传送的刹车信号而快速刹车使风扇即停。

其中，该控制储能给电单元在该风扇通电时控制该储能单元不输出该操作电压至该刹车制动单元，以令该刹车制动单元不会输出该刹车信号给该马达。

其中，该马达驱动模块包含复数驱动单元，该复数驱动单元的一端电性连接该控制模块，该复数驱动单元的另一端电性连接该马达。

其中，该马达包含复数上臂开关单元及复数下臂开关单元及一马达线圈，该复数上臂开关单元的一端与该输入电源相电性连接，该复数上臂开关单元的另一端分别与该复数下臂开关单元的一端及该马达线圈及该刹车制动单元相电性连接，复数下臂开关单元的另一端电性连接至一接地端，该复数驱动单元的另一端电性连接该复数上臂开关单元或该复数下臂开关单元。

其中，该控制模块还包含一致能单元，该致能单元电性连接该控制储能给电单元，该致能单元根据该输入电源上电输出一致能电压至该控制储能给电单元，以致能该控制储能给电单元控制该储能单元的操作电压不输出。

其中，该马达驱动模块包含复数驱动单元及一开关隔离单元，该复数驱动单元的一端分别电性连接该控制模块，该开关隔离单元分别电性连接该刹车制动单元及该马达及该复数驱动单元的另一端。

其中，该马达包含复数上臂开关单元及复数下臂开关单元及一马达线圈，该复数上臂开关单元的一端与该输入电源相电性连接，该复数上臂开关单元的另一端分别与该复数下臂开关单元的一端及该马达线圈相电性连接，复数下臂开关单元的另一端电性连接至一接地端，该开关隔离单元电性连接该复数下臂开关单元。

其中，该马达驱动模块还包含一位准提升单元，该准提升单元电性连接该开关隔离单元。

其中，该控制模块为一中央处理器或一微控制器或一数字信号处理器。

通过本实用新型此风扇刹车电路设计，使得可达到风扇断电时刹车快速煞停(急(即)停)的功效，且在风扇被煞停后刹车动作就结束，该风扇的扇叶可被另一风扇的风流自然带动产生风车效应，以此达到维持解热效果。

附图说明

图1为现有正常风扇断电未带有刹车功能的该输入电源、马达线圈电压与风扇电流的实际量测波形图。

图2A为本实用新型的实施例的风扇刹车电路方块图。

图2B为本实用新型的另外一实施例的风扇刹车电路方块图。

图2C为本实用新型风扇断电刹车的输入电源、储能单元的操作电压、马达线圈电压与风扇电流的实际量测波形图。

图3A为本实用新型其他替代实施例的风扇刹车电路方块图。

图3B为本实用新型其他替代实施例的风扇断电刹车的输入电源、储能单元输出端的操作电压、马达线圈电压与风扇电流的实际量测波形图。

附图标记说明：1-风扇刹车电路；11-控制模块；111-致能单元；12-马达驱动模块；121-驱动单元；123-开关隔离单元；124-位准提升单元；14-刹车控制模块；141-储能单元；142-控制储能给电单元；143-刹车制动单元；1431-第一端；1432-第二端；1433-第三端；144-第一半导体开关单元；145-第二半导体开关单元；146-第三半导体开关单元；16-第一保护单元；161-断路器；162-第一二极管；17-第二保护单元；171-第二二极管；18-滤波元件；2-马达；21-马达线圈；22-上臂开关单元；23-下臂开关单元；Gnd-接地端；Vin-输入电源。

具体实施方式

本实用新型的上述目的及其结构与功能上的特性，将依据所附图式的较佳实施例予以说明。

本实用新型提供一种风扇刹车电路1，请参阅图2A。该风扇刹车电路1应用于一风扇(图中未示)上，且在本实施例风扇的马达2以单相无刷马达做说明。但并不局限于此，于具体实施时，风扇的马达2也可为三相或多相无刷马达，如三相无刷马达来说就有三组马达线圈21，依此类推。

该风扇刹车电路1包括一控制模块11、一马达驱动模块12及一刹车控制模块14。该控制模块11为一中央处理器(CPU)或一微控制器(MCU)或一数字信号处理器(DSP)，该控制模块11分别电性连接一输入电源Vin及该马达驱动模块12，该控制模块11具有复数接脚(包含电源接脚、输出接脚、输入接脚或其他功能接脚)，其中该复数接脚的输出接脚用以输出复数控制信号(如PWM信号)控制该马达驱动模块12及马达2。

在本实施例的该控制模块11与输入电源Vin之间还具有一第一保护单元16及一第二保护单元17，该第一保护单元16设有一断路器161及一第一二极管162，该断路器161为如保险丝，该断路器161的一端电性连接输入电源Vin，该断路器161用以在风扇正常时供该输入电源Vin通过，若在风扇异常(如过载或线路故障)时则断路保护。该第一二极管162的一阳极端电性连接该断路器161的另一端，该第一二极管162的一阴极端分别电性连接一滤波元件18(如电容件)及该马达2。该第二保护单元17设有一第二二极管171，该第二二极管171的一阳极端与一阴极端分别电性连接该第一二极管162的阳极端及该控制模块11其中一接脚为电源接脚。

该马达驱动模块12电性连接该马达2，该马达驱动模块12包含复数驱动单元121，该复数驱动单元121用以输出一驱动信号至该马达2，在本实施例中复数驱动单元121为两个驱动单元121说明，且各驱动单元121包含复数电阻件及至少一晶体管(如NMOS晶体管)所组成。具体地，该复数驱动单元121的一端电性连接该控制模块11，该复数驱动单元121的另一端电性连接该马达2。

续参阅图2A，该马达2包含复数上臂开关单元22及复数下臂开关单元23及一马达线圈21，该复数上、下臂开关单元22、23在本实施例分别为两个上臂PMOS晶体管开关，及两个下臂NMOS晶体管开关，但并不局限于此。具体地，该复数上臂开关单元22的一端与该输入电源Vin相电性连接，该复数上臂开关单元22的另一端分别与该复数下臂开关单元23的一端及该马达线圈21及该刹车制动单元143相电性连接，复数下臂开关单元23的另一端电性连接至一接地端Gnd。并该复数驱动单元121的另一端电性连接该复数上臂开关单元22或该复数下臂开关单元23，令该复数驱动单元121输出驱动信号给马达2的该复数上臂开关单元22或该复数下臂开关单元23而导通，以驱使马达2运转。另外，前述驱动单元121及该复数上、下臂开关单元22、23的数量是搭配该马达2的相数作调整改变，例如该马达2为三相马达，前述驱动单元121数量调整为三个驱动单元121搭配该三个上臂开关单元22与三个下臂开关单元23，依此类推。

该刹车控制模块14包含一储能单元141、一控制储能给电单元142及一刹车制动单元143，该储能单元141由至少一电阻件及至少一电容件所组成，用以接收该输入电压并储存为一操作电压。具体地，使用者可通过调整该储能单元141的电容件的电容值搭配该电阻件的电阻值调整去设定取得断电后的操作电压值。另外，在该储能单元141与输入电源Vin之间设有一第一半导体开关单元144，该第一半导体开关单元144为一二极管元件，用以防止储能单元141储存的操作电压逆回流至该输入电源Vin被泄放掉。具体地，该第一半导体开关单元144的两端分别电性连接该断路器161的另一端及该储能单元141，令输入电源Vin直接单独输入至该储能单元141，使得可达到不受其他线路影响。

该控制储能给电单元142分别电性连接该储能单元141及输入电源Vin及刹车制动单元143。具体地，在该控制储能给电单元142与输入电源Vin之间还设有一第二半导体开关单元145，第二半导体开关单元145为一二极管元件，该第二半导体开关单元145的两端分别电性连接该控制储能给电单元142及该断路器161的另一端。该控制储能给电单元142根据该输入电源Vin上电或下电来控制该储能单元141的该操作电压输出或不输出。即该控制储能给电单元142接收到经该第二半导体开关单元145路径通过的输入电源Vin，来得知目前输入电源Vin处于上电状态；若该控制储能给电单元142没有接收到经该第二半导体开关单元145路径通过的输入电源Vin，则得知目前输入电源Vin处于下电状态。所以当风扇通电时，该控制储能给电单元142会控制其内部设有一与该储能单元141连接的开关件(如MOSFET晶体管)的电位下拉，进而令该控制储能给电单元142其内开关件打开，确保该储能单元141的操作电压不输出给该刹车制动单元143。当风扇断电时，该控制储能给电单元142会控制其内部的开关件解除电位下拉，进而令该控制储能给电单元142其内开关件关闭，令该储能单元141的操作电压输出给该刹车制动单元143。

该刹车制动单元143电性连接该马达2，且具有一第一端1431、一第二端1432及一第三端1433，该刹车制动单元143的第一端1431电性连接该控制储能给电单元142，该刹车制动单元143的第二端1432与第三端1433分别与该复数上臂开关单元22的另一端及马达线圈21的两端相电性连接一起。具体地，该刹车制动单元143内部设有复数独立的MOS晶体管开关构成如同两个上桥开关(两个下桥开关)去短路马达线圈21。并该刹车制动单元143根据该储能单元141输出的操作电压导通其内部MOS晶体管开关，并产生一刹车信号给该马达2，令该刹车制动单元143内的该复数MOS晶体管开关与该马达2内的马达线圈21形成一短路回路，使马达2可达到快速刹车急(即)停的功效。

所以当风扇通电时，该输入电源Vin提供电力给该马达2及该控制模块11及该储能单元141及该控制储能给电单元142，令该控制模块11正常控制该复数驱动单元121输出驱动信号驱使风扇的马达2运转，此时该控制储能给电单元142根据输入电源Vin供电来控制该储能单元141不输出操作电压给该刹车制动单元143，令该刹车制动单元143不会输出该刹车信号给该马达2。当风扇断电时，该输入电源Vin不提供电力给该马达2及该控制模块11及该储能单元141及该控制储能给电单元142，此时该控制储能给电单元142根据该输入电源Vin断电来控制该储能单元141释放储存的操作电压至该刹车制动单元143，令该刹车制动单元143根据该储能单元141输出的操作电压产生刹车信号给该马达2，令该马达2内的马达线圈21形成短路回路而达到快速刹车即停，此时风扇扇叶被一次刹车动作快速刹停后，刹车动作就结束不再对风扇持续刹车，使得被刹停的风扇自然不会有刹车阻力的产生，进而该扇叶可被外部气流自然带动产生风车效应维持解热。在参阅图2C，为本实用新型该输入电源Vin、储能单元的操作电压、马达线圈21电压与风扇电流的实际量测波形图，图中该输入电源Vin波形符号为V，且该输入电源Vin波形V中箭头Vup代表为该输入电源Vin上电(即风扇通电)与箭头Vdown代表为输入电源Vin下电(即风扇断电)，该储能单元的操作电压波形符号为C，且该操作电压波形C中箭头Cv代表为风扇断电后，该储能单元141释放储存的操作电压Vc供给刹车制动单元143进行快速刹车动作；该马达线圈21电压波形符号为M，该马达线圈212电压波形M中虚框区域Moff呈现水平平滑线代表为风扇马达快速刹车停止(即风扇扇叶已急停完全静止不动)且无反电应势电压；该风扇电流波形符号为F，所以根据上述实际量测波形结果显示，本实用新型确实可达到风扇快速煞停的效果，进而有效可避免操作人员不小心被风扇扇叶打到的问题。

在另外一实施例，请参阅图2B，该控制模块11还包含一致能单元111，该致能单元111电性连接该控制储能给电单元142，该致能单元111根据该输入电源Vin上电输出一致能电压至该控制储能给电单元142，以致能该控制储能给电单元142控制该储能单元141的操作电压不输出。前述致能电压用以辅助该控制储能给电单元142要控制该储能单元141不输出操作电压给刹车制动单元143。当该致能单元111在风扇通电时会同步输出致能电压给该控制储能给电单元142，令该控制储能给电单元142控制该储能单元141的操作电压不输出给刹车制动单元143，以有效防止该控制储能给电单元142本身误动作或异常，以此达到防错机制效果。另外，当该致能单元111在风扇断电时会连动做开闭不输出致能电压给该控制储能给电单元142。

续参阅图2B，在该储能单元141与输入电源Vin之间还设有一第三半导体开关单元146，该第三半导体开关单元146为一二极管元件，用以防止储能单元141储存的操作电压逆回流至该输入电源Vin被泄放掉。于具体地，该第三半导体开关单元146的一端与该滤波元件18及该第一二极管162的阴极端相电性连接，该第三半导体开关单元146的另一端电性连接该储能单元141。所以当风扇断电时通过该刹车制动单元143令马达2短路而快速刹停后，同时该风扇会被外部气流带动旋转产生的反电动势会经该第三半导体开关单元146这路径通过该储能单元141传送至该刹车制动单元143上，令该刹车制动单元413根据反电动势的电压继续动作对马达2进行刹车，以抑制风扇扇叶转动。于具体实施时，使用者可以根据系统内风扇(如单风扇或串联风扇)断电时是否需要保有风车效应的设计需求，来选用是否增加或省略掉该第三半导体开关单元146，例如若需保有风车效应则省略不设置第三半导体开关单元146；若需要快速煞停后抑制风扇转动，则增设该第三半导体开关单元146。

在其他替代实施例，参阅图3A、图3B，本其他替代实施例与上述各实施例的结构及元件及连接关系大致相同，两者差异在于：该马达驱动模块12还包含一开关隔离单元123及一位准提升单元124，该开关隔离单元123分别电性连接该复数驱动单元121的另一端及刹车制动单元143的第二、三端1432、1433及马达2的该复数下臂开关单元23，该开关隔离单元123是用以能起到隔离电源的效果。当该输入电源Vin断电(风扇断电)时，该开关隔离单元123能防止该储能单元141的操作电压经由该控制模块11的接脚被放电掉至接地端Gnd快速渲泄为零伏特电压，以此有效达到避免失去刹车制动的功能。该位准提升单元124电性连接该开关隔离单元123，该位准提升单元124用以在该输入电源Vin断电时，拉升该刹车制动单元143的刹车信号的电压位准至较高位准，以利让后端该复数下臂开关单元23导通(开通)，进而让马达线圈21形成短路回路而快速刹车。在参阅图3B，为本实用新型其他替代实施例该输入电源Vin、该储能单元141的操作电压C、马达线圈21电压M与风扇电流F的实际量测波形图，从图中可看出该马达线圈21电压波形M中虚框区域Moff呈现水平平滑线代表为风扇马达快速刹车停止(即风扇扇叶已急(即)停完全静止不动)且无反电应势电压，所以根据上述实际量测波形结果显示，本实用新型确实可达到风扇断电快速刹停的效果。另外，于具体实施时，在图3A中的第三半导体开关单元146及/或该刹车制动单元143内部设置的MOS晶体管开关也可以省略掉。使该刹车制动单元143直接共用马达2内的该复数下臂开关单元23(上臂开关单元22)，令该刹车制动单元143输出的刹车信号给马达2的复数下臂开关单元23而导通，以与该马达2内的马达线圈21形成该短路回路而达到快速刹车功效。

所以通过上述本实用新型风扇刹车电路1设计，不论是装在单一风扇或两转子风扇或串联风扇(如前、后级风扇串接组成)上使用皆能达到快速煞停的功效，尤其在两转子风扇或串联风扇上使用时不仅能保有断电快速刹车的效果，且当两转子风扇或串联风扇中一风扇失效(如前级风扇或后级风扇)时，失效风扇(如前级风扇)的扇叶还能正常不会产生阻力而自然被另一正常运作风扇(后级风扇)的风流带动转动而产生风车效应，以此可降低风扇在系统(如伺服系统)内时流阻及让系统流场更顺畅，进而有利于系统在风扇失效时还能维持一定的解热保护效果。另外，由于刹车控制模块14的电源主要是以外部的输入电源Vin供应为主，使得储能单元141的操作电压能快速跟随输入电源Vin做反应，令该储能单元141能在输入电源Vin断电的同一时间连动跟着动作输出操作电压给该刹车制动单元143，令刹车制动单元143立即反应启动刹车机制对马达2进行刹车，以此达到断电快速急停的效果。

Claims (9)

1.一种风扇刹车电路，其特征在于，包括：

一控制模块，电性连接一输入电源；

一马达驱动模块，分别电性连接该控制模块及一马达；

一刹车控制模块，包含：

一储能单元，用以接收输入电压并储存为一操作电压；

一控制储能给电单元，分别电性连接该储能单元及该输入电源，其根据该输入电源上电或下电来控制该储能单元的该操作电压输出或不输出；

一刹车制动单元，分别电性连接该控制储能给电单元及该马达，该刹车制动单元根据该储能单元输出的该操作电压产生一刹车信号给该马达，以令该马达形成一短路回路而刹车；及

其中该控制储能给电单元在该风扇断电时控制该储能单元输出该操作电压至该刹车制动单元，以令该马达根据该刹车制动单元传送的该刹车信号而刹车。

2.如权利要求1所述的风扇刹车电路，其特征在于，该控制储能给电单元在该风扇通电时控制该储能单元不输出该操作电压至该刹车制动单元，以令该刹车制动单元不输出该刹车信号给该马达。

3.如权利要求1所述的风扇刹车电路，其特征在于，该马达驱动模块包含复数驱动单元，该复数驱动单元的一端电性连接该控制模块，该复数驱动单元的另一端电性连接该马达。

4.如权利要求3所述的风扇刹车电路，其特征在于，该马达包含复数上臂开关单元及复数下臂开关单元及一马达线圈，该复数上臂开关单元的一端与该输入电源相电性连接，该复数上臂开关单元的另一端分别与该复数下臂开关单元的一端及该马达线圈及该刹车制动单元相电性连接，复数下臂开关单元的另一端电性连接至一接地端，该复数驱动单元的另一端电性连接该复数上臂开关单元或该复数下臂开关单元。

5.如权利要求1所述的风扇刹车电路，其特征在于，该控制模块还包含一致能单元，该致能单元电性连接该控制储能给电单元，该致能单元根据该输入电源上电输出一致能电压至该控制储能给电单元，以致能该控制储能给电单元控制该储能单元的操作电压不输出。

6.如权利要求1所述的风扇刹车电路，其特征在于，该马达驱动模块包含复数驱动单元及一开关隔离单元，该复数驱动单元的一端分别电性连接该控制模块，该开关隔离单元分别电性连接该刹车制动单元及该马达及该复数驱动单元的另一端。

7.如权利要求6所述的风扇刹车电路，其特征在于，该马达包含复数上臂开关单元及复数下臂开关单元及一马达线圈，该复数上臂开关单元的一端与该输入电源相电性连接，该复数上臂开关单元的另一端分别与该复数下臂开关单元的一端及该马达线圈相电性连接，复数下臂开关单元的另一端电性连接至一接地端，该开关隔离单元电性连接该复数下臂开关单元。

8.如权利要求6所述的风扇刹车电路，其特征在于，该马达驱动模块还包含一位准提升单元，该位准提升单元电性连接该开关隔离单元。

9.如权利要求1所述的风扇刹车电路，其特征在于，该控制模块为一中央处理器或一微控制器或一数字信号处理器。