JP3940719B2 - ファンの回転速度制御回路 - Google Patents

Description

本発明は、ファンの回転速度制御回路に関し、特に全ての電圧動作点において、ファンの回転速度を調整することができるファンの回転速度制御回路に関する。

図１Ａは、従来の放熱ファン100の制御状況を示すブロック図である。図１Ａに示すように、直流モータ102は放熱ファン100に電気的に接続され、駆動回路104は直流モータ102に電気的に接続されている。駆動回路104の動作電圧は電圧源106によって提供され、且つ駆動回路104は、通常電流信号である回転信号を直流モータ102に出力することにより、この直流モータ102の回転を制御する。放熱ファン100は、直流モータ102に駆動されて回転する。一般的に、直流モータ102は放熱ファン100に直結されているため、放熱ファン100の回転速度は即ち直流モータ102の回転速度である。

従来のファンの回転速度制御システムでは、外部から制御する方式を使用していない。つまり、一定の入力電圧について唯一の制御方法は、直流モータ102のコイルのワインディングを変化させる方法であり、この方法は、ユーザーにとって非常に不便である。即ち、決まったモータのコイルのワインディングでは、図１Ｂに示すような回転速度と電圧の関係を有している。図１Ｂに示すように、直流モータ102の入力電圧とその回転速度の関係は、特性曲線によって表すことができる。例えば、直流モータ102の受けた入力電圧が5 voltである場合、直流モータ102の回転速度は4000rpmであり、直流モータ102の受けた入力電圧が3 voltである場合、直流モータ102の回転速度は2500rpmである。ここで、入力電圧が4 voltである際に、ユーザーが、回転速度が3000rpmになるように要求しても、直流モータ102は、その要求を達成することができない。

上述したように、従来のファンモータは、一定の入力電圧値において回転速度を変化させることができない。よって、任意の入力電圧において、要求に応じて該電圧下のファンの回転速度を変化できる制御回路を設計することで、ファンモータの適用性を大幅に向上させることができる。

よって、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、任意の入力電圧において、要求に応じて該電圧下のファンの回転速度を変化できるファンの回転速度制御回路を提供することにある。

本発明によるファンの回転速度制御回路は、駆動回路と、電圧レベル分配回路と、回転速度調整器とを備えている。前記駆動回路は、ファンモータのコイルが磁界を生成するように、パルスを出力する。前記電圧レベル分配回路は、１つの直流電圧源と前記駆動回路との間に接続され、第一トランジスタと複数の抵抗器とを有し、前記回転速度調整器は、第二トランジスタ及び複数の並列接続の抵抗器を有し、前記電圧レベル分配回路と前記駆動回路との間に接続されている。第一入力電圧におけるファンの回転速度制御回路は第一電流パスを有し、第一入力電圧よりも大きい第二入力電圧においては、第一トランジスタ及び第二トランジスタのそれぞれの導通状態の変化によって第二電流パスを有している。第二電流パスにおいて電流が１つの直流電圧源から発生して前記並列接続の抵抗器を通過し、駆動回路の導通電流を変化させることにより、ファンの回転速度を所期値に調節する。

本発明の電圧レベル分配回路と回転速度調整器との組合せによれば、抵抗値を適切に設計することにより、電圧レベル分配回路のトランジスタの導通又は不導通状態を変化させることができ、電流を１つの直流電圧源から発生させて異なるパスを経由させることにより、電圧対回転速度の特性曲線を変化させ、同時に、回転速度調整器を用いてファン駆動回路の導通電流を変化させることによって、異なる電圧動作点においてファンの回転速度を所期値にまで調整する多段変速効果を得ることができる。

さらに、回転速度調整器として可変抵抗器を採用してもよく、同じように調整可能な抵抗値を得ることができ、回転速度を変化させる効果を遂げることができる。

図２は、本発明の実施形態におけるファンの回転速度制御回路10を示すブロック図である。図２に示すように、ファンの回転速度制御回路10は電圧レベル分配回路12と、駆動集積回路14と、回転速度調整器16とを有している。駆動集積回路14の内部は論理回路から構成され、一入力端をホール素子20と接続することにより、モータのコイル18が磁界を生成するように、駆動集積回路14の出力端にパルスを出力させている。

図３は、本発明のファンの回転速度制御回路10の具体的な回路形態の一例を示す。図３に示すように、電圧レベル分配回路12はトランジスタQ1と抵抗R1〜R4とを有し、回転速度調整器16はトランジスタQ2と複数の抵抗器（例えば図３に示す並列接続の抵抗器R5、R6、R7）とによって構成されている。駆動集積回路14は、Hブリッジ回路とトランジスタとから構成される論理回路を内部に有し、ホール素子20は駆動集積回路14の入力端INに電気的に接続され、駆動集積回路14はホール素子20によってファンの磁極の変化を検出し、出力端から駆動信号をコイル18に出力する。

図３に示すように、抵抗R1は電圧源VccとトランジスタQ1のゲートとの間に接続され、抵抗R2はトランジスタQ1のゲートとアースとの間に接続され、抵抗R3は電圧源VccとトランジスタQ1のドレインとの間に接続され、抵抗R4はトランジスタQ1のドレインとアースとの間に接続されている。回転速度調整器16のトランジスタQ2は、ゲートがトランジスタQ1のドレインに接続されていると共に、抵抗R4を介して接地し、ソースが接地している。抵抗R1、R2は電圧レベル分配回路12のトランジスタQ1の分圧回路を構成し、また抵抗R3、R4は回転速度調整器16のトランジスタQ2の分圧回路を構成し、これらの抵抗R1〜R4の抵抗値はトランジスタQ1、Q2の導通又は不導通状態を決定する。回転速度調整器16は同時に駆動集積回路14の接地端GNDに接続されている。

上述した回路により、本発明は、後述する操作方法によってファンの多段変速効果を達成することができる。

まず、電圧源Vccとして例えば3 voltの電圧が印加される場合、抵抗R1〜R4の抵抗値を適切に設計することにより、トランジスタQ1が導通せずに、トランジスタQ2が導通するため、電流は電圧源Vcc、駆動集積回路14及び導通したトランジスタQ2を通過した後、複数の並列接続の抵抗器R5、R6、R7を経由せず、直接アースに流れ込む。次に、電圧源Vccの規格電圧を、例えば5 voltまで高めると、元の抵抗R1〜R4の抵抗値の設計により、トランジスタQ1が導通し、トランジスタQ2が導通しないため、電流は電圧源Vccから駆動集積回路14を通過し、さらに複数の並列接続の抵抗器R5、R6、R7を経由してアースへ流れ込むように電流の経由通路が変わる。

上述のトランジスタの導通状態の変化によって生じる異なる電流パスは、図４に示すように、ファンモータに異なる電圧対回転速度の特性曲線T1とT2とを同時に持たせ、ファンの回転速度を異なる電圧対回転速度の特性曲線T1とT2との間で変化させ、多段変速の効果を達成することができる。即ち、入力電圧が3 voltの場合、電流パスが対応する電圧対回転速度の特性曲線はT1線であり、ファンの回転速度が2500rpmである。入力電圧が5 voltに増加した場合、トランジスタの導通状態の変化によって電流がもう一つの電流パスを経由するため、この時の電流パスが対応する電圧対回転速度の特性曲線はT2となり、ファンの回転速度がT1線の4000rpm（A1点）ではなく、5500rpm（A2点）となる。さらに、この電流パスが回転速度調整器16の複数の並列接続の抵抗器を経由するため、回転速度調整器16はこの時に回転速度調整の作用を発揮することができ、ファンの回転速度を所期値にまで調整することができる。本実施形態によれば、例えば、図３に示すような並列接続の抵抗器R5、R6、R7によって構成されている抵抗器は、抵抗器の数、或いは抵抗値の大きさを変化させることによって、駆動集積回路に入力される電流を変化させて、該電圧下の回転速度を変化させることができる。例えば、並列接続の抵抗器の数を減らすと、回転速度調整器16全体の等価抵抗が増え、駆動集積回路を経由する電流が減るため、図４に示すように、ファンの回転速度はA2点から所期速度A2´点まで減少させることができる。並列接続の抵抗器の数と大きさとは制限されず、所期のファンの回転速度に応じて調整することができる。

よって、本発明の電圧レベル分配回路12と回転速度調整器16との組合せによれば、抵抗R1〜R4の抵抗値を適切に設計することにより、電圧レベル分配回路12のトランジスタQ1及び回転速度調整器16のトランジスタQ2の導通又は不導通状態を変化させることができ、電流を異なるパスを経由させることにより、電圧対回転速度の特性曲線を変化させ、同時に、回転速度調整器16の複数の並列接続の抵抗器によってファンの駆動回路の導通電流を変化させることによって、異なる電圧動作点においてファンの回転速度を所期値にまで調整する多段変速効果を得ることができる。さらに、回転速度調整器の抵抗器は複数の並列接続の抵抗器に制限されず、例えば、可変抵抗器によっても調整可能な抵抗値を得ることができ、回転速度を変化させることができる。

また、本発明の回転速度調整器16は、図３に示すように、駆動集積回路14の接地端に電気的に接続されるとは限らず、図５に示すように、回転速度調整器16を駆動集積回路14の電圧源端Vccに電気的に接続しても、同じように多段速度調整の効果を達成することができる。さらに、駆動集積回路14が駆動するモータのコイルは制限されず、例えば、ユニファイラ巻線、或いはバイファイラ巻線でもよい。トランジスタQ1、Q2はMOS電界効果トランジスタ（MOSFET）でもよい。

（その他の実施形態）
図６は、本発明のもう一つの実施形態におけるファンの回転速度制御回路30を示すブロック図である。本発明は、パルス幅変調電圧で制御するファンにも適用でき、パルス信号生成ユニット22が出力するパルス信号を、回転速度調整器16を経由させた後、駆動集積回路14に伝送すればよい。駆動集積回路14が当該パルス信号を基に、駆動信号をコイル18に出力する際、回転速度調整器16は同じように駆動集積回路14の導通電流を変化させ、多段変速の効果を達成することができる。

前記実施形態による説明は、本発明の内容を簡単に説明するための内容に過ぎず、本発明をそれらの構造に狭義的に制限するものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。

従来の放熱ファンの制御状況を示すブロック図である。 従来のファンモータの入力電圧と回転速度との関係を示す図である。 本発明の実施形態におけるファンの回転速度制御回路を示すブロック図である。 本発明のファンの回転速度制御回路の具体的な回路形態の一例を示す図である。 本発明のファンの回転速度制御回路を適用した、入力電圧と回転速度との関係を示す図である。 本発明の回転速度調整器の配置の変化例を示すブロック図である。 本発明のもう一つの実施形態におけるファンの回転速度制御回路を示すブロック図である。

符号の説明

10,30 ファンの回転速度制御回路
12 電圧レベル分配回路
14 駆動集積回路（駆動回路）
16 回転速度調整器
18 コイル
20 ホール素子
22 パルス信号生成ユニット
Q1,Q2 トランジスタ
R1〜R7 抵抗器
Vcc 電圧源

Claims (5)

1. ファンモータのコイルが磁界を生成するように、パルスを出力する駆動回路と、
   １つの直流電圧源と前記駆動回路との間に接続され、第一トランジスタ及び複数の抵抗器を有する電圧レベル分配回路と、
   前記電圧レベル分配回路と前記駆動回路との間に接続され、第二トランジスタ及び複数の並列接続の抵抗器を有する回転速度調整器と、
   を備えているファンの回転速度制御回路であって、
   前記電圧源の第一入力電圧において、前記ファンの回転速度制御回路の電流は前記電圧源から発生して第一電流パスを経由し、
   前記第一入力電圧よりも大きい第二入力電圧において、前記第一トランジスタ及び前記第二トランジスタのそれぞれの導通状態の変化によって、前記ファンの回転速度制御回路の電流は前記電圧源から発生して第二電流パスを経由し、前記電流は前記第二電流パスを経由する際に前記複数の並列接続の抵抗器を通過し、
   前記駆動回路の導通電流は前記並列接続の抵抗器の抵抗値によって変化を生じ、ファンの回転速度を所期値に調節するように構成されていることを特徴とするファンの回転速度制御回路。
2. 前記電圧レベル分配回路の前記複数の抵抗器は、
   前記第一トランジスタのゲートと電圧源との間に接続される第一抵抗と、
   前記第一トランジスタのゲートとアースとの間に接続される第二抵抗と、
   前記第一トランジスタのドレインと前記電圧源との間に接続される第三抵抗と、
   前記第一トランジスタのドレインとアースとの間に接続される第四抵抗とを有し、
   前記第二トランジスタが前記第一トランジスタのドレインとアースとの間に接続され、
   前記第二トランジスタのゲートが前記第四抵抗に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のファンの回転速度制御回路。
3. 前記駆動回路は駆動集積回路に組み込まれており、
   前記駆動集積回路は、ホール素子に接続されてファンモータのコイルが磁界を生成するようにパルスを出力する入力端と、前記電圧源に接続する第一端子と、接地する第二端子とを有し、
   前記回転速度調整器は前記駆動集積回路の前記第一端子、又は前記第二端子に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のファンの回転速度制御回路。
4. 前記回転速度調整器に電気的に接続されているパルス信号生成ユニットをさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載のファンの回転速度制御回路。
5. ファンモータのコイルが磁界を生成するように、パルスを出力する駆動回路と、
   １つの直流電圧源と前記駆動回路との間に接続され、第一トランジスタ及び複数の抵抗器を有する電圧レベル分配回路と、
   前記電圧レベル分配回路と前記駆動回路との間に接続され、第二トランジスタ及び可変抵抗器を有する回転速度調整器と、
   を備えているファンの回転速度制御回路であって、
   前記電圧源の第一入力電圧において、前記ファンの回転速度制御回路の電流は前記電圧源から発生して第一電流パスを経由し、
   前記第一入力電圧よりも大きい第二入力電圧において、前記第一トランジスタ及び前記第二トランジスタのそれぞれの導通状態の変化によって、前記ファンの回転速度制御回路の電流は前記電圧源から発生して第二電流パスを経由し、前記電流は前記第二電流パスを経由する際に前記可変抵抗器を通過し、
   前記駆動回路の導通電流は前記可変抵抗器の抵抗値によって変化を生じ、ファンの回転速度を所期値に調節するように構成されていることを特徴とするファンの回転速度制御回路。

Images