JP2005080500A - モーター速度制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ファンに用いられるモーター速度制御装置を提供し、サーミスタと簡単な外部回路によって変化する温度範囲で回転速度を制御し、ファンが低速で動作する時に温度の転換点を容易に制御する。
【解決手段】 ファンの周囲の温度を感知するサーマルセンサーと、前記感知温度に基づいて特定の回転速度でファンを駆動する駆動コンポーネントと、前記駆動コンポーネントと前記サーマルセンサーの間に電気接続され、前記サーマルセンサーの第１電圧を調整し、前記ファンの回転速度と温度範囲を変える制御コンポ−ネントを含み、前記サーマルセンサーは、好ましくはサーミスタであり、前記駆動コンポーネントは、ホールセンサーとドライバＩＣとを含む。
【選択図】 図３Ａ

Description

本発明は、モーター速度制御装置に関し、特に、直流（ＤＣ）ファンに用いられるモーター速度制御装置に関するものである。

従来、電子装置が重負荷で動作する場合、冷却ファンは全速で作動する。しかし、軽負荷の状態でも、通常、ファンは、全速のまま作動し続け、電力を消耗し、不必要な雑音を生じ、そしてファンの寿命を縮める。したがって、ファンの回転速度を制御する方法が開発されている。図１に示されたように、電子装置が軽負荷で動作している時、その内部温度は低温のままである。サーミスタＲＴＨが温度変化を感知し、それに応じてその抵抗を調整し、電源からの電圧と電流を調節し、駆動回路ＩＣに信号を出力し、駆動回路ＩＣがパルス幅変調（ＰＷＭ）をトランジスタＴＲに出力し、トランジスタＴＲのオン／オフ間隔がパルス幅変調信号の負荷サイクルと共に変化し、ファンのモーターへの平均電流を調整する。よって、ファンモーターの回転速度の制御が達成される。

その制御原理は、図２に示され、説明としてその提供電圧Ｖｃｃを１２Ｖとする。サーミスタＲＴＨは、温度を感知し、それに応じて電圧ＶＴＨを生成する。参照電圧Ｖ０は、低速度でファンを駆動する。最低駆動電圧の負荷サイクルは、パルス幅変調信号の振動電圧と参照電圧Ｖ０の比較によって決定される。負荷サイクルの変調は、パルス幅変調信号の振動電圧と低速から全速までの電圧ＶＴＨの比較によって制御される。仮に温度が特定値を越えた場合、ファンは全速で動作する。内部の温度が高くなった時、サーミスタＲＴＨは、抵抗を低くし、電流を増やし、回転速度を強め、適当な熱放散を提供する。また、温度が低くなった時、サーミスタＲＴＨは、再度、抵抗を強くすることでファンの回転速度を弱める。

しかし、図１に示したように、電圧降下がトランジスタＴＲのワークエリアのＶ_ｃｅ端子で生じる。そのため、トランジスタはかなりの電力を消費し、熱を発する。また、電力消費が高すぎたり、または、電源からの入力電圧が低すぎる場合、サーミスタＲＴＨは、正常に動作できなくなり、過剰な熱を発生し、システムの内部温度を上げることになる。

本発明の目的は、ファンに用いられるモーター速度制御装置を提供し、サーミスタと簡単な外部回路によって変化する温度範囲で回転速度を制御し、ファンが低速で動作する時に温度の転換点を容易に制御することである。

よって、本発明のモーター速度制御装置は、ファンの周囲の温度を感知するサーマルセンサー、前記感知温度に基づいて特定の回転速度でファンを駆動する駆動コンポーネント、および前記駆動コンポーネントと前記サーマルセンサーの間に電気接続され、前記サーマルセンサーの第１電圧を調整し、前記ファンの回転速度と温度範囲を変える制御コンポ−ネントを含み、前記サーマルセンサーは、好ましくはサーミスタであり、前記駆動コンポーネントは、ホールセンサーとドライバＩＣを含む。

前記制御装置は、好ましくは、比較器、トランジスタ、２つのレジスタを含むスイッチ回路であり、前記スイッチ回路の１つのレジスタは、前記サーマルセンサーと並列接続され、前記第１電圧が前記駆動コンポーネントの参照電圧より小さくなるように、急速に降下されることで、前記トランジスタをオンにし、全速で前記ファンの温度範囲を縮小する。

また、前記制御コンポーネントは、前記サーマルセンサーと直列接続したレジスタであって、前記レジスタの抵抗を調整し、前記第１電圧の変化を減少することによって、全速で前記ファンの温度範囲を制御する。

前記制御コンポーネントは、比較器と少なくとも４つのレジスタを含む減法回路であることができ、前記減法回路の３つのレジスタは第２電圧を形成し、第３電圧を前記駆動コンポーネントへ出力する調整をし、全速で前記ファンの温度範囲を縮小する。

前記制御コンポーネントは、除法回路、比較器、出力回路を含むことができ、前記第１電圧が前記駆動コンポーネントの前記参照電圧を越える時、前記出力回路は、前記参照電圧と等しい電圧を前記駆動コンポーネントへ出力し、前記ファンを低速に保ち、前記第１電圧が前記駆動コンポーネントの前記参照電圧より少ない時、前記駆動コンポーネントへの電圧は、前記除法回路によって１／Ｎ倍の速度で減少し、前記ファンを全速で急速に増加させる。

本発明のモーター速度制御装置が直流ファンに用いられることで、異なる速度（低速から全速まで）および異なる温度範囲での回転速度を制御することができるようになる。

本発明についての目的、特徴、長所が一層明確に理解されるよう、以下に実施形態を例示し、図面を参照にしながら、詳細に説明する。

図３Ａは、本発明のモーター速度制御装置の実施例１の回路図である。図３Ａ及び図３Ｂに見られるように、電源は電圧を提供し、モーターの巻きコイルと磁気リングの間の相互感応によって、ファン回転をスタートさせる。ホール感応集積回路（Ａ Ｈａｌｌ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ＩＣ）ＩＣ２は、ファンの巻きコイルと磁気リングの間の磁場変化によって生じる電場を感知をする。次に、ホール感応集積回路（ＩＣ）ＩＣ２は、二つの正と負の電圧を駆動集積回路（ＩＣ）ＩＣ１に出力する。よって、駆動コンポーネントからの駆動集積回路ＩＣ１とホール感応集積回路ＩＣ２でファンを駆動し、フィードバックの周期パルス信号を送る。

また、駆動コンポーネントは、サーマルセンサー（または、サーミスタ）ＲＴＨとスイッチ回路に接続され、スイッチ回路３１は、比較器、トランジスタＴＲ１，二つのレジスタＲ０とＲ５（図３Ａ及び図３Ｂの点線で表示されているように）を含む。サーマルセンサーが異なる温度で種々の抵抗を有することから、サーマルセンサーＲＴＨとレジスタＲ３からの第１電圧Ｖ１は、温度と共に変化する。第２電圧（または参照電圧）Ｖ２は、レジスタＲ１とＲ２によって形成される。比較器は、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２を比較し、それに応じて、出力された第３電圧を調整する。したがって、回路は、トランジスタＴＲ１がオンにされた時、変化し、それに応じてファンの回転速度が変化し、よって、温度による速度制御の目的が達成される。

図３Ｂは、本発明のモーター速度制御装置の実施例１の温度と回転速度間の変化を示している。図３Ｂは、駆動集積回路ＩＣ１がスイッチ回路に接続される前と後のファンの温度と回転速度間の変化を傾斜で示している。スイッチ回路を除く、温度Ｔ１からＴ２までの傾斜はＡである。スイッチ回路を含む時、レジスタＲ５とサーマルセンサーＲＴＨは、並列に接続され、第１電圧Ｖ１が急速に降下し、参照電圧Ｖ２が第１電圧Ｖ１を越えることで、トランジスタＴＲ１がオンになり、速度変化（Ｔ１からＴ３まで）の温度範囲を減少させる。温度Ｔ１からＴ３までの傾斜Ｂは、スイッチ回路を含まない傾斜Ａを越えるため、ファンの回転速度は、低速Ｓ１から高速Ｓ２まで急速で、直線的に上昇される。従って、速度変化の温度範囲は、第１電圧Ｖ１を制御することで減少される。

図４Ａは、本発明のモーター速度制御装置の実施例２の回路図である。図４Ａに見られるように、その詳細回路と制御原理は、上述の実施例１と似ている。これらの二つの実施例の間で異なる所は、この実施例では、実施例１のスイッチ回路と異なり、レジスタＲ４は、サーマルセンサーＲＴＨと直列接続されている。

図４Ｂは、本発明のモーター速度制御装置の実施例２の温度と回転速度間の変化を示している。図４Ｂは、レジスタＲ４がサーマルセンサーＴＲＨと直列接続される前と後のファンの温度と回転速度間の変化を傾斜で示している。レジスタ４Ａを除く、温度Ｔ１からＴ２までの傾斜はＡである。レジスタＲ４がサーマルセンサーＴＲＨと直列接続した後、第１電圧Ｖ１の変化は、減少する。レジスタＲ４の抵抗により、温度範囲Ｔ２からＴ３までは、より小さい傾斜Ｃを示す。

図５Ａは、本発明のモーター速度制御装置の実施例３の回路図である。図５Ａに見られるように、その詳細回路と制御原理は、上述の実施例１と似ている。これらの二つの実施例の間で異なる所は、本実施例の減法回路５１が実施例１のスイッチ回路に替わることである。減法回路５１は、図５Ａの点線で示されたように、比較器と６つのレジスタＲ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０、とＲ１１を含む。

図５Ｂは、本発明のモーター速度制御装置の実施例３の温度と回転速度間の変化を示している。図５Ｂに示されたように、レジスタＲ６、Ｒ７、Ｒ８とＲ１１の抵抗が等しい時、電圧Ｖ５は、電圧Ｖ１から取り除かれた電圧Ｖ４の電圧と等しい。よって、全速でのファンの温度範囲は、第４電圧Ｖ４を調節することにより減少され、傾斜がＡから大きめの値Ｄに変化する。

図６は、本発明のモーター速度制御装置の実施例４の回路図である。図６に見られるように、その詳細回路と制御原理は、上述の実施例１と似ている。これらの二つの実施例の間で異なる所は、実施例１のスイッチ回路が除法回路６１、比較回路６２、出力回路に替わることである。

第２電圧（または参照電圧）Ｖ２が第１電圧Ｖ１より小さい時、出力回路６３は、第２電圧Ｖ２と等しい電圧を駆動集積回路ＩＣ１に出力し、ファンを低速で維持する。第２電圧Ｖ２が第１電圧Ｖ１を越える時、駆動集積回路ＩＣ１に入力された電圧は、除法回路６１によって１／Ｎ倍の速度で減少する。従って、必要な電圧（Ｖｃｃ ｘ １６％）が急速に達成され、ファンが低速で動作する時の回転速度を制御する。

以上、本発明の好適な実施例を例示したが、これは本発明を限定するものではなく、本発明の精神及び範囲を逸脱しない限りにおいては、当業者であれば行い得る少々の変更や修飾を付加することは可能である。従って、本発明が保護を請求する範囲は、特許請求の範囲を基準とする。

従来のファンの制御回路の回路図である。 従来のファンの制御回路に関する制御原理を示す図表である。 本発明のモーター速度制御装置の実施例１の回路図である。 本発明のモーター速度制御装置の実施例１の温度と回転速度間の変化を示している。 本発明のモーター速度制御装置の実施例２の回路図である。 本発明のモーター速度制御装置の実施例２の温度と回転速度間の変化を示している。 本発明のモーター速度制御装置の実施例３の回路図である。 本発明のモーター速度制御装置の実施例３の温度と回転速度間の変化を示している。 本発明のモーター速度制御装置の実施例４の回路図である。

符号の説明

ＩＣ 駆動回路
ＲＴＨ サーミスタ
ＴＲ トランジスタ
ＩＣ１ 駆動集積回路
ＩＣ２ ホール感応集積回路
ＲＴＨ サーマルセンサー
３１ スイッチ回路
ＴＲ１ トランジスタ
Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０、
Ｒ１１ レジスタ
５１ 減法回路
６１ 除法回路
６２ 比較回路
６３ 輸出回路

Claims (11)

1. ファンに用いられるモーター速度制御装置であって、
   前記ファンの周囲の温度を感知するサーマルセンサーと、
   前記感知温度に基づいて特定の速度で前記ファンを駆動する駆動コンポーネントと、
   前記駆動コンポーネントと前記サーマルセンサーの間に電気接続され、前記サーマルセンサーの第１電圧を調整し、前記ファンの回転速度と温度範囲を変える制御コンポ−ネントとを含むモーター速度制御装置。
2. 前記サーマルセンサーは、サーミスタである請求項１に記載のモーター速度制御装置。
3. 前記駆動コンポーネントは、ホールセンサーとドライバＩＣを含む請求項１に記載のモーター速度制御装置。
4. 前記制御コンポーネントは、スイッチ回路、比較器、トランジスタおよび２つのレジスタであり、前記スイッチ回路の中の１つのレジスタは、前記サーマルセンサーと並列接続され、前記第１電圧が前記駆動コンポーネントの参照電圧より小さく、急速に降下されることで、前記トランジスタをオンにし、全速で前記ファンの温度範囲を縮小する請求項１に記載のモーター速度制御装置。
5. 前記制御コンポーネントは、前記サーマルセンサーと直列接続したレジスタであり、前記レジスタの抵抗を調整することで、全速で前記ファンの温度範囲を制御し、前記第１電圧の変化を減少する請求項１に記載のモーター速度制御装置。
6. 前記制御コンポーネントは、比較器および少なくとも４つのレジスタを含む減法回路からなり、前記減法回路の３つのレジスタは、第２電圧を生成し、前記駆動コンポーネントへ出力する第３電圧を調整し、全速で前記ファンの温度範囲を縮小する請求項１に記載のモーター速度制御装置。
7. 前記制御コンポーネントは、除法回路、比較器、出力回路を含み、前記第１電圧が前記駆動コンポーネントの前記参照電圧を越える時、前記出力回路は、前記参照電圧と等しい電圧を前記駆動コンポーネントへ出力し、前記ファンを低速に保ち、前記第１電圧が前記駆動コンポーネントの前記参照電圧より少ない時、前記駆動コンポーネントへの電圧は、前記除法回路によって１／N倍の速度で減少し、前記ファンを全速で増加させる請求項１に記載のモーター速度制御装置。
8. ファンに用いられるモーター速度制御装置であって、
   前記ファンの周囲温度を感知するサーマルセンサーと、
   前記感知温度に基づいて特定の速度で前記ファンを駆動する駆動コンポーネントと、
   前記駆動コンポーネントと前記サーマルセンサーの間に電気接続され、前記サーマルセンサーの第１電圧を調整するスイッチ回路であり、前記スイッチ回路の１つのレジスタは、前記サーマルセンサーと並列接続され、前記第１電圧が前記駆動コンポーネントの参照電圧より小さく、急速に降下されることで、全速で前記ファンの温度範囲を縮小する前記制御コンポーネントとを含むモーター速度制御装置。
9. ファンに用いられるモーター速度制御装置であって、
   前記ファンの周囲温度を感知するサーマルセンサーと、
   前記感知温度に基づいて特定の速度で前記ファンを駆動する駆動コンポーネントと、
   前記駆動コンポーネントと前記サーマルセンサーの間に電気接続され、前記サーマルセンサーの第１電圧を調整する前記サーマルセンサーと直列接続したレジスタであって、前記レジスタの抵抗を調整し、前記第１電圧の変化を減少することによって、全速で前記ファンの温度範囲を制御する前記制御コンポーネントとを含むモーター速度制御装置。
10. ファンに用いられるモーター速度制御装置であって、
    前記ファンの周囲温度を感知するサーマルセンサーと、
    前記感知温度に基づいて特定の速度で前記ファンを駆動する駆動コンポーネントと、
    前記駆動コンポーネントと前記サーマルセンサーの間に電気接続され、前記サーマルセンサーの第１電圧を調整する減法回路であり、前記減法回路の３つのレジスタにより形成される第２電圧によって、前記第１電圧を調整し、全速で前記ファンの温度範囲を縮小する前記制御コンポーネントとを含むモーター速度制御装置。
11. ファンに用いられるモーター速度制御装置であって、
    前記ファンの周囲温度を感知するサーマルセンサーと、
    前記感知温度に基づいて特定の速度で前記ファンを駆動する駆動コンポーネントと、
    前記駆動コンポーネントと前記サーマルセンサーの間に電気接続され、前記サーマルセンサーの第１電圧を調整し、前記第１電圧が前記駆動コンポーネントの前記参照電圧を越える時、前記参照電圧と等しい電圧を前記駆動コンポーネントへ出力し、前記ファンを低速に保ち、前記第１電圧が前記駆動コンポーネントの前記参照電圧より小さい時、前記駆動コンポーネントへ入力した電圧は、前記制御コンポーネントによって１／N倍の速度で減少し、前記ファンを全速で急速に増加させる制御コンポーネントとを含むモーター速度制御装置。

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