JP4685430B2 - モータ駆動装置およびそれを用いた冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ駆動装置に関する。

近年のパーソナルコンピュータやワークステーションの高速化にともない、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｕｎｉｔ）やＤＳＰ(Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ)などの演算処理用ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）の動作速度は上昇の一途をたどっている。

このようなＬＳＩは、その動作速度、すなわちクロック周波数が高くなるにつれて発熱量も大きくなる。ＬＳＩからの発熱は、そのＬＳＩ自体を熱暴走に導いたり、あるいは周囲の回路に対して影響を及ぼすという問題がある。したがって、ＬＳＩの適切な熱冷却はきわめて重要な技術となっている。

ＬＳＩを冷却するための技術の一例として、冷却ファンによる空冷式の冷却方法がある。この方法においては、たとえば、ＬＳＩの表面に対向して冷却ファンを配設し、冷たい空気を冷却ファンによりＬＳＩ表面に吹き付ける。このような冷却ファンによるＬＳＩの冷却に際して、ＬＳＩ付近の温度をモニタし、その温度に応じてファンの回転を変化させることにより冷却の程度を調整することが行われている（特許文献１、２）。

特開平７−３１１９０号公報 特開２００１−２８４８６８号公報

ところで、ＬＳＩの発熱量やその温度、熱暴走のしきい値温度などは、各ＬＳＩごとに異なる場合がある。したがって、冷却ファンの回転速度は、冷却対象となるＬＳＩに応じて柔軟に設定できることが望ましい。

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、温度に応じた冷却用ファンモータの回転数を柔軟に設定し、冷却対象を所望の程度で冷却することのできるファンモータ駆動装置および冷却装置の提供にある。

本発明のある態様は、モータ駆動装置に関する。このモータ駆動装置は、外部から入力されるパルス変調された外部制御信号にもとづきモータを駆動するモータ駆動回路であって、温度に依存してデューティ比の変化するパルス変調された温度制御信号を生成する温度制御信号生成部と、外部制御信号と温度制御信号とを合成する信号合成部と、信号合成部の出力にもとづいてモータを駆動する駆動制御部と、を備える。

「パルス変調」とは、パルス幅変調、パルス密度変調、パルス周波数変調などをいい、「デューティ比」とは、ハイレベルの時間と周期時間の比をいう。
この態様によると、信号合成部において温度制御信号と外部制御信号を合成して得られる制御信号のデューティ比は、外部制御信号のデューティ比と、温度に依存したデューティ比を反映した値となるため、温度と外部からの指示に応じてモータの回転数を制御することができる。

温度制御信号生成部は、周波数がモータの回転数に比例した周期信号を生成する周期信号生成部と、電圧値が温度に依存して変化する温度検出電圧を生成する温度検出部と、周期信号と温度検出電圧を比較する電圧比較器と、を備え、電圧比較器の出力にもとづき温度制御信号を生成してもよい。
温度検出電圧をしきい値として、周期信号がそのしきい値より高い期間あるいは低い期間をオンデューティ、またはオフデューティに設定することにより、温度制御信号のデューティ比を温度に依存して変化させることができる。

温度制御信号生成部は、温度検出電圧の上限値と下限値の少なくとも一方を設定することにより、温度制御信号のデューティ比に、最大値、最小値の少なくとも一方を設定してもよい。
温度制御信号のデューティ比に最大値、最小値を設定することにより、高温状態あるいは低温状態でのモータの回転数を個別に設定することができる。

モータ駆動装置は、デューティ比がモータの最低回転数に対応して設定されたパルス信号を生成する最低回転数制御信号生成部と、モータの回転数を検出する回転数検出部と、をさらに備えてもよい。信号合成部は、モータの回転数が所定のしきい値まで低下したとき、最低回転数固定モードに移行し、パルス信号とデューティ比が固定された温度制御信号とを合成してもよい。
モータの回転数を監視し、所定のしきい値を下回ったときに、外部制御信号に代えて最低回転数に対応したパルス信号を用い、温度制御信号のデューティ比を固定することにより、モータを最低回転数で固定し、安定に駆動することができる。

信号合成部は、モータを最低回転数で固定する最低回転数固定モードにおいて、最低回転数を設定するパルス信号とデューティ比が固定された温度制御信号とを合成する第１期間と、外部制御信号とデューティ比が固定された温度制御信号とを合成する第２期間とを所定の時間比率で繰り返してもよい。
最低回転数固定モードにおいても、外部制御信号を用いてモータを駆動することによって、外部制御信号のデューティ比を最低回転数固定モードに反映させることができる。その結果、外部制御信号のデューティ比が高くなったときに、モータの回転数が徐々に上昇し、所定のしきい値より高くなり、通常の駆動モードに復帰させることができる。

信号合成部は、温度が所定のしきい値より高くなったとき、最低回転数固定モードから外部制御信号と温度に依存した温度制御信号とを合成する通常駆動モードに復帰してもよい。

本発明の別の態様は、冷却装置である。この装置は、ファンモータと、ファンモータの駆動を制御するモータ駆動装置と、を備える。

この態様によると、温度および外部制御信号に応じてファンモータを駆動できるため、冷却対象を好適に冷却することができる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せや本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明に係るファンモータ駆動装置により、ファンモータの回転数を柔軟に設定することができ、冷却対象を所望の程度で冷却することができる。

（第１の実施の形態）
はじめに、本発明の実施の形態に係るファンモータ駆動装置の概要について説明する。本実施の形態に係るファンモータ駆動装置は、ＣＰＵに対向して設けられたファンモータを駆動する。ファンモータ駆動装置には、外部からファンモータの回転数を指示するパルス幅変調された外部制御信号が入力されており、外部制御信号にもとづいてファンモータを駆動する。また、ＣＰＵの周辺には温度検出素子が設けられており、ファンモータ駆動装置は、ファンモータの駆動に、周囲温度を反映する。

以下、本実施の形態に係るファンモータ駆動装置および冷却装置の構成について説明する。
図１は、第１の実施の形態に係る冷却装置１０００の構成を示す。冷却装置１０００は、ファンモータ１１０と、ファンモータ１１０を制御するファンモータ駆動装置１００を備え、外部から入力される外部制御信号ＣＮＴｅｘｔまたは周囲温度Ｔａにもとづく回転数でファンモータ１１０を駆動し、冷却対象のＣＰＵを冷却する。

ファンモータ駆動装置１００は、温度制御信号生成部１０、信号合成部３０、駆動制御部４０、制御部５０を含む。このファンモータ駆動装置１００には、外部からファンモータ１１０の回転数を指示する外部制御信号ＣＮＴｅｘｔが入力されている。外部制御信号ＣＮＴｅｘｔは、パルス幅変調されており、そのデューティ比に応じてファンモータ１１０の回転数が制御される。

制御部５０は、ファンモータ駆動装置１００の全体を制御するロジック回路である。この制御部５０には、ファンモータ１１０の回転数を示す速度信号ＳＰＤが入力されている。ファンモータ１１０の回転数は、図示しない速度検出部によって検出される。たとえば、速度検出部は、ホール素子を用いた速度検出を行ってもよいし、モータに流れる電流を検出して速度情報に変換してもよい。本実施の形態において、速度信号ＳＰＤは、モータの回転数に比例した周波数をもつ周期信号とする。

温度制御信号生成部１０は、冷却対象のＣＰＵの周囲温度Ｔａに依存してデューティ比の変化するパルス変調された温度制御信号ＣＮＴｔｍｐを生成する。この温度制御信号生成部１０は、温度検出部１２、ＣＲ回路１４、第１電圧比較器１６、ロジック回路１８を含む。

温度検出部１２は、周囲温度Ｔａを検出し、周囲温度Ｔａに依存した電圧値をもつ温度検出電圧Ｖｔｍｐを生成する。温度検出部１２は、直列に接続された第１抵抗Ｒ１とサーミスタＲｔｈを含み、これらの抵抗には安定化された定電圧Ｖｒｅｇが印加されている。サーミスタＲｔｈは、冷却対象となるＣＰＵの周辺に設けられており、周囲温度Ｔａによってその抵抗値が変化する。温度検出部１２は、第１抵抗Ｒ１とサーミスタＲｔｈの接続点の電圧を温度検出電圧Ｖｔｍｐとして出力する。温度検出電圧Ｖｔｍｐは、第１抵抗Ｒ１およびサーミスタＲｔｈの抵抗値、定電圧Ｖｒｅｇを用いて、Ｖｔｍｐ＝Ｖｒｅｇ×Ｒｔｈ／（Ｒ１＋Ｒｔｈ）で与えられる。サーミスタＲｔｈの抵抗値は、負の温度特性を有しており、周囲温度Ｔａが上昇すると、抵抗値が減少する。
以上のように構成される温度検出部１２からは、周囲温度Ｔａの上昇にともなって電圧値が低下する温度検出電圧Ｖｔｍｐが出力される。

ＣＲ回路１４は、モータの回転数に比例した周波数を有するのこぎり波状の周期電圧Ｖｃｒを生成する。ＣＲ回路１４は、第２抵抗Ｒ２、第１コンデンサＣ１、第１トランジスタＱ１を含む。第２抵抗Ｒ２と第１コンデンサＣ１は直列に接続されており、安定化された定電圧Ｖｒｅｇが印加されている。ＣＲ回路１４は、第１コンデンサＣ１および第２抵抗Ｒ２の接続点の電圧を周期電圧Ｖｃｒとして出力する。

第１トランジスタＱ１のコレクタ端子は、第１コンデンサＣ１および第２抵抗２の接続点に接続されており、ベース端子には、ロジック回路１８から出力される充放電制御信号Ｖｃｈが入力されている。充放電制御信号Ｖｃｈがハイレベルの期間、第１トランジスタＱ１はオンするため、第１コンデンサＣ１に蓄えられた電荷が放電され、周期電圧Ｖｃｒは低下する。
充放電制御信号Ｖｃｈがローレベルの期間、第１トランジスタＱ１がオフするため、第１コンデンサＣ１が定電圧Ｖｒｅｇによって充電され、時間とともに周期電圧Ｖｃｒが上昇する。

ロジック回路１８から第１トランジスタＱ１のベース端子に出力される充放電制御信号Ｖｃｈは、ファンモータ１１０の回転数に比例した周期信号となっている。したがって、ＣＲ回路１４によって生成される周期電圧Ｖｃｒは、ファンモータ１１０の回転数に比例した周波数を有する周期信号となる。

第１電圧比較器１６には、温度検出電圧Ｖｔｍｐ、周期電圧Ｖｃｒが入力されている。第１電圧比較器１６は、２つの電圧を比較して、周期電圧Ｖｃｒの方が高いときハイレベルを、温度検出電圧Ｖｔｍｐの方が高いときローレベルを出力する。第１電圧比較器１６には、さらに温度制御信号のデューティ比の最大値、最小値を決定する上限電圧ＶＨおよび下限電圧ＶＬが入力される。第１電圧比較器１６において、温度検出電圧Ｖｔｍｐが上限電圧ＶＨより高いときは、温度検出電圧Ｖｔｍｐと上限電圧ＶＨが比較され、温度検出電圧Ｖｔｍｐが下限電圧ＶＬより低いときは、温度検出電圧Ｖｔｍｐと下限電圧ＶＬが比較される。
この第１電圧比較器１６は、複数の電圧比較器の組み合わせることにより構成することができる。

ロジック回路１８は、第１電圧比較器１６の出力信号ＳＩＧ１と、制御部５０から出力されるファンモータ１１０の回転数に比例した周期信号ＳＩＧ２が入力されており、２つの信号にもとづいて温度制御信号ＣＮＴｔｍｐを生成する。ロジック回路１８は、第１電圧比較器１６からハイレベルが出力されてから、つぎに周期信号ＳＩＧ２がハイレベルになるまでの期間、温度制御信号ＣＮＴｔｍｐをハイレベルとする。
このようにして生成された温度制御信号ＣＮＴｔｍｐは、信号合成部３０へと出力される。

信号合成部３０には、温度制御信号ＣＮＴｔｍｐと、外部制御信号ＣＮＴｅｘｔが入力されている。この信号合成部３０はＡＮＤ回路であって、温度制御信号ＣＮＴｔｍｐと外部制御信号ＣＮＴｅｘｔの論理積を制御信号ＣＮＴｏｕｔとして出力する。

信号合成部３０から出力された制御信号ＣＮＴｏｕｔは、駆動制御部４０に入力される。
駆動制御部４０は、ドライバ回路４２、スイッチングトランジスタＭ１〜Ｍ４、検出抵抗Ｒｄを含み、制御信号ＣＮＴにもとづいてファンモータ１１０を駆動する。
スイッチングトランジスタＭ１〜Ｍ４は、ＭＯＳＦＥＴであり、ゲート端子に印加される電圧に応じてスイッチング動作し、ファンモータ１１０に間欠的に駆動電圧を供給する。これらのスイッチングトランジスタＭ１〜Ｍ４はＨブリッジ回路を構成している。スイッチングトランジスタＭ２、Ｍ３をオフしておき、スイッチングトランジスタＭ１、Ｍ４を同期してオンオフさせることにより、ファンモータ１１０の一端子には電源電圧Ｖｄｄが、他端子には接地電圧に近い電圧が印加され、ファンモータ１１０をある方向に回転させることができる。検出抵抗Ｒｄは、ファンモータ１１０に流れるモータ電流を電圧に変換し、ドライバ回路４２にフィードバックしてもよい。

ドライバ回路４２は、信号合成部３０から出力される制御信号ＣＮＴｏｕｔにもとづいてスイッチングトランジスタＭ１〜Ｍ４のオンオフを制御する。ドライバ回路４２は、制御信号ＣＮＴｏｕｔがハイレベルの期間、スイッチングトランジスタＭ１、Ｍ４のペア、あるいはＭ２、Ｍ３のペアをオンしてファンモータ１１０に駆動電圧を印加する。したがって、ファンモータ１１０には、制御信号ＣＮＴｏｕｔのオン期間が長いほど駆動電圧が印加され、大きなトルクで、すなわち高回転数で回転することになる。

以上のように構成されたファンモータ駆動装置１００の動作について説明する。
いま、ファンモータ駆動装置１００には外部からデューティ比Ｄｅｘｔの外部制御信号ＣＮＴｅｘｔが入力されている。
図２は、温度制御信号生成部１０における温度制御信号ＣＮＴｔｍｐの生成の過程を示す図である。
制御部５０からは、ファンモータ１１０の回転数に比例した周期で、周期信号ＳＩＧ２が出力されている。この周期信号ＳＩＧ２の周期時間をＴｐであるとする。
時刻Ｔ０に、ロジック回路１８に制御部５０から周期信号ＳＩＧ２が入力されると、充放電制御信号Ｖｃｈがローレベルとなり、第１トランジスタＱ１がオフして、第１コンデンサＣ１の充電が開始される。

その後、周期電圧ＶｃｒはＣＲ時定数に従って上昇し、時刻Ｔ１に温度検出電圧Ｖｔｍｐに達する。時刻Ｔ１にＶｃｒ＞Ｖｔｍｐとなると、第１電圧比較器１６の出力信号ＳＩＧ１はハイレベルとなる。第１電圧比較器１６の出力ＳＩＧ１がハイレベルになると、ロジック回路１８は、充放電制御信号Ｖｃｈをハイレベルに切り替え、第１コンデンサＣ１を放電する。第１コンデンサＣ１の放電によって、周期電圧Ｖｃｒは低下する。

時刻Ｔ１から周期信号ＳＩＧ２の周期時間Ｔｐ経過した時刻Ｔ２において、周期信号ＳＩＧ２がふたたびハイレベルとなり、第１トランジスタＱ１がオフして、第１コンデンサＣ１の充電が開始される。

ロジック回路１８は、図中Ｔｏｎで示される第１電圧比較器１６の出力信号ＳＩＧ１がハイレベルになってから次の周期信号ＳＩＧ２がハイレベルになるまでの期間、温度制御信号ＣＮＴｔｍｐをハイレベルとする。この温度制御信号ＣＮＴｔｍｐのデューティ比は、Ｔｏｎ／Ｔｐで与えられ、このデューティ比は、温度検出電圧Ｖｔｍｐが高いほど小さくなる。
上述のように、温度検出電圧Ｖｔｍｐは周囲温度Ｔａが上昇するほど低くなる。したがって、温度制御信号ＣＮＴｔｍｐのデューティ比は、温度が上昇するほど大きくなる。

第１電圧比較器１６において、温度検出電圧Ｖｔｍｐが上限電圧ＶＨより高いときは、周期電圧Ｖｃｒと上限電圧ＶＨとが比較されるため、温度制御信号ＣＮＴｔｍｐのオン期間はＴｍｉｎに固定され、デューティ比は、最小デューティ比Ｄｍｉｎに固定される。また、温度検出電圧Ｖｔｍｐが下限電圧ＶＬより低いときには、温度制御信号ＣＮＴｔｍｐのオン期間はＴｍａｘに固定され、デューティ比は最大デューティ比Ｄｍａｘに固定される。
こうして、温度制御信号ＣＮＴｔｍｐのデューティ比は、上限電圧ＶＨおよび下限電圧ＶＬで設定される上限値と下限値の範囲に含まれることになる。

図３は、信号合成部３０の入出力信号のタイムチャートを示す。時間軸は、見易さのため、各信号ごとに拡大、縮小して示しており、実際の時間スケールとは異なっている。温度制御信号ＣＮＴｔｍｐのデューティ比をＤｔｍｐ、外部制御信号ＣＮＴｅｘｔのデューティ比をＤｅｘｔとすると、信号合成部３０から出力される制御信号ＣＮＴｏｕｔのパルス密度Ｄｃｎｔは、Ｄｃｎｔ＝Ｄｔｍｐ×Ｄｅｘｔで与えられる。たとえば、温度制御信号ＣＮＴｔｍｐのデューティ比Ｄｔｍｐが５０％、外部制御信号ＣＮＴｅｘｔのデューティ比Ｄｅｘｔが６０％のとき、制御信号ＣＮＴのパルス密度は３０％となる。

図４は、周囲温度Ｔａとファンモータの回転数ＳＰＤの関係を、外部制御信号のデューティ比Ｄｅｘｔをパラメータとして示す図である。外部制御信号ＣＮＴｅｘｔのデューティ比Ｄｅｘｔが一定のとき、周囲温度Ｔａが上昇すると、それにともなって制御信号ＣＮＴｏｕｔのデューティ比も大きくなるため、ファンモータ１１０の電圧印加時間が増加し、回転数も上昇する。周囲温度Ｔａが所定の上限値Ｔａｍａｘに達すると、温度制御信号ＣＮＴｔｍｐのデューティ比は固定されるため、ファンモータ１１０の回転数は温度に依存しなくなる。同様に、周囲温度Ｔａが所定の下限値Ｔａｍｉｎまで下がった場合も、温度制御信号ＣＮＴｔｍｐのデューティ比は最低値に固定されるため、ファンモータ１１０の回転数は温度に依存しなくなる。

このように、冷却対象のＣＰＵの周囲温度Ｔａが高いときには、ファンモータ１１０を高回転数で駆動し、冷却の程度を高め、逆に周囲温度Ｔａが低いときには、低回転数で駆動し、冷却の程度を弱める。
本実施の形態に係るファンモータ駆動装置１００によれば、ＣＰＵを冷却するためのファンモータ１１０を、外部制御信号ＣＮＴｅｘｔに周囲温度Ｔａを反映させた回転数で駆動することができる。

また、温度制御信号生成部１０において、温度制御信号ＣＮＴｔｍｐのデューティ比Ｄｔｍｐの上限値Ｄｍａｘおよび下限値Ｄｍｉｎを設定することにより、高温の場合および低温の場合にも適切な回転数でファンモータ１１０を駆動することができる。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係るファンモータ駆動装置は、上述の第１の実施の形態に係るファンモータ駆動装置に、回転数を監視し、所定の条件を満たしたときに最低回転数で駆動する機能を付加したものである。本実施の形態に係るファンモータ駆動装置は、ファンモータの回転数を所定の最低回転数に固定する最低回転数固定モードと、回転数が外部制御信号および周囲温度にもとづいて変化する通常駆動モードを切り替える。

図５は、第２の実施の形態に係るファンモータ駆動装置２００の構成を示す回路図である。
ファンモータ駆動装置２００は、温度制御信号生成部１０、信号合成部３０、駆動制御部４０、制御部５０、モードセレクタ２４０を含む。

モードセレクタ２４０は、ファンモータ１１０の回転数を検出し、検出した回転数と、周期信号ＳＩＧ２、および周囲温度Ｔａにもとづいて、最低回転数固定モードと通常駆動モードを切り替える。モードセレクタ２４０は、第１選択信号ＳＥＬ１および第２選択信号ＳＥＬ２をそれぞれ温度制御信号生成部１０および信号合成部３０に出力する。

温度制御信号生成部１０は、温度検出部１２、ＣＲ回路１４、第１電圧比較器１６、第１セレクタ２１０、第２電圧比較器２１２、ロジック回路１８を含む。
第２電圧比較器２１２は、ＣＲ回路１４から出力される周期電圧Ｖｃｒと、下限電圧ＶＬを比較する。第２電圧比較器２１２からは、デューティ比が最小値に固定された温度制御信号ＳＩＧ３が出力される。
第１セレクタ２１０には、第１電圧比較器１６の出力信号ＳＩＧ１および第２電圧比較器２１２の出力信号ＳＩＧ３が入力されており、モードセレクタ２４０から出力される第１選択信号ＳＥＬ１にもとづいていずれか一方を選択して出力する。
ロジック回路１８は、第１セレクタ２１０の出力信号にもとづき、温度制御信号ＣＮＴｔｍｐを生成する。

信号合成部３０は、ＡＮＤ回路２３０、第２セレクタ２２０、最低回転数制御信号生成部２２２を含む。最低回転数制御信号生成部２２２は、デューティ比がモータの最低回転数に対応して設定されたパルス信号である最低回転数制御信号ＣＮＴｍｉｎを生成する。
第２セレクタ２２０には、最低回転数制御信号ＣＮＴｍｉｎと外部制御信号ＣＮＴｅｘｔが入力されており、モードセレクタ２４０から出力される第２選択信号ＳＥＬ２にもとづいていずれか一方を選択して出力する。
ＡＮＤ回路２３０には、温度制御信号生成部１０から出力される温度制御信号ＣＮＴｔｍｐと、第２セレクタ２２０から出力される制御信号ＳＩＧ５が入力されており、２つの入力信号の論理積を出力する。

図６は、モードセレクタ２４０の構成を示す回路図である。モードセレクタ２４０は、回転数検出部２５０、温度検出部２６０、ロジック回路２７０を含む。

回転数検出部２５０は、ファンモータ１１０の回転数を監視し、所定の回転数以下となったことを検出する。回転数検出部２５０は、第３抵抗Ｒ３、第２コンデンサＣ２、第２トランジスタＱ２、第３電圧比較器２４２、第１電圧源２４６を含む。
第３抵抗Ｒ３と第２コンデンサＣ２は直列に接続され、第２コンデンサＣ２と並列に第２トランジスタＱ２が設けられている。第２トランジスタＱ２のベース端子には周期信号ＳＩＧ２が入力されている。

図７は、回転数検出部２５０の動作を示すタイムチャートである。
周期信号ＳＩＧ２がハイレベルとなると、第２トランジスタＱ２がオンし、第２コンデンサＣ２が放電され、電圧Ｖｘが低下する。周期信号ＳＩＧ２がローレベルとなる周期時間Ｔｐの間、第２トランジスタＱ２はオフするため、第２コンデンサＣ２が充電されて、電圧Ｖｘが上昇していく。

第３電圧比較器２４２は、第１電圧源２４６により生成されるしきい値電圧Ｖｔｈ１と、第２コンデンサに現れる電圧Ｖｘを比較する。
周期信号ＳＩＧ２の周波数は、ファンモータ１１０の回転数に比例しているため、その周期時間Ｔｐは、ファンモータ１１０の回転数が低いときほど長くなる。その結果、第２コンデンサＣ２の充電時間は、ファンモータ１１０の回転数が低下するほど長くなるため、電圧Ｖｘの到達電圧は高くなる。
第３電圧比較器２４２の出力信号ＳＩＧ４は、Ｖｘ＞Ｖｔｈ１のときハイレベル、Ｖｘ＜Ｖｔｈ１のときローレベルとなる。回転数検出部２５０は、電圧Ｖｘがしきい値電圧Ｖｔｈ１にまで達したことを検出することにより、ファンモータ１１０の回転数が所定の最低回転数まで低下したことを検出する。

図６に戻る。温度検出部２６０は、第２電圧源２４８、第４電圧比較器２４４を備え、温度検出信号Ｖｔｍｐと所定のしきい値電圧Ｖｔｈ２を比較することにより、周囲温度Ｔａが所定のしきい値より高くなったことを検出する。

ロジック回路２７０は、回転数検出部２５０および温度検出部２６０の出力にもとづいて、最低回転数固定モードと、通常駆動モードを切り替える。
ファンモータ１１０の回転数が低下し、所定のしきい値より低くなると、回転数検出部２５０からハイレベルが出力される。回転数検出部２５０からハイレベルが出力される間、ロジック回路２７０は、最低回転数固定モードに対応した第１選択信号ＳＥＬ１および第２選択信号ＳＥＬ２を出力する。

また、ロジック回路２７０は、周囲温度Ｔａが所定のしきい値より高くなったことが温度検出部２６０により検出されると、最低回転数固定モードを解除し、通常駆動モードに対応した第１選択信号ＳＥＬ１および第２選択信号ＳＥＬ２を出力する。

図５に戻り、本実施の形態に係るファンモータ駆動装置２００の動作について説明する。
通常駆動モードにおいては、第１選択信号ＳＥＬ１により、第１セレクタ２１０の出力として、第１電圧比較器１６の出力信号ＳＩＧ１が選択される。また、第２選択信号ＳＥＬ２によって、第２セレクタ２２０の出力として外部制御信号ＣＮＴｅｘｔが選択される。その結果、通常駆動モードにおいて、信号合成部３０は、外部制御信号ＣＮＴｅｘｔと周囲温度Ｔａに依存した温度制御信号ＣＮＴｔｍｐとを合成し、ファンモータ駆動装置２００は、外部制御信号ＣＮＴｅｘｔおよび周囲温度Ｔａにもとづいてファンモータ１１０を駆動する。

最低回転数固定モードにおいては、第１選択信号ＳＥＬ１により、第１セレクタ２１０の出力として第２電圧比較器２１２の出力信号ＳＩＧ３が選択される。また、第２選択信号ＳＥＬ２によって、第２セレクタ２２０の出力として最低回転数制御信号ＣＮＴｍｉｎが選択される。その結果、最低回転数固定モードでは、信号合成部３０は、最低回転数制御信号ＣＮＴｍｉｎとデューティ比が最小値に固定された温度制御信号ＣＮＴｔｈとを合成し、ファンモータ駆動装置２００は、所定の最低回転数でファンモータ１１０を駆動する。

図８は、本実施の形態に係るファンモータ駆動装置において、周囲温度とファンモータの回転数の関係を周囲温度Ｔａを外部制御信号のデューティ比Ｄｅｘｔをパラメータとして示す。外部制御信号ＣＮＴｅｘｔのデューティ比Ｄｅｘｔが一定のとき、周囲温度Ｔａが上昇すると、それにともなって制御信号ＣＮＴｏｕｔのデューティ比も大きくなるため、ファンモータ１１０の電圧印加時間が増加し、回転数も上昇する。周囲温度Ｔａが所定の上限値Ｔａｍａｘに達すると、温度制御信号ＣＮＴｔｍｐのデューティ比は固定されるため、ファンモータ１１０の回転数は温度に依存しなくなる。同様に、周囲温度Ｔａが所定の下限値Ｔａｍｉｎまで下がった場合も、温度制御信号ＣＮＴｔｍｐのデューティ比は最低値に固定されるため、ファンモータ１１０の回転数は温度に依存しなくなる。

本実施の形態に係るファンモータ駆動装置１００では、周囲温度Ｔａあるいは外部制御信号ＣＮＴｅｘｔのデューティ比Ｄｅｘｔが低下し、ファンモータ１１０の回転数が所定の最低回転数ＳＰＤｍｉｎに達すると、最低回転数固定モードに移行するため、ファンモータ１１０の回転数は最低回転数ＳＰＤｍｉｎ以下には下がらない。
このように、本実施の形態に係るファンモータ駆動装置２００によれば、最低回転数を固定することができ、厳密な回転数制御を行うことができる。

最低回転数固定モードにおいては、ファンモータ１１０の回転数は最低回転数で固定されるため、一度最低回転数固定モードへ移行すると、周囲温度Ｔａが所定のしきい値電圧に上昇するまで、通常モードに復帰しない。
そこで、最低回転数固定モードから通常駆動モードへの復帰を外部制御信号ＣＮＴｅｘｔによって行うために、第２セレクタ２２０の出力を、最低回転数制御信号ＣＮＴｍｉｎと外部制御信号ＣＮＴｅｘｔを所定の時間比率で切り替えてもよい。

図９は、最低回転数固定モードにおけるファンモータ駆動装置２００の動作状態を示すタイムチャートである。モードセレクタ２４０は、最低回転数固定モードにおいて、８：２の時間比率で、最低回転数制御信号ＣＮＴｍｉｎと外部制御信号ＣＮＴｅｘｔとを切り替える。
その結果、最低回転数固定モードにおいて、外部制御信号ＣＮＴｅｘｔのデューティ比Ｄｅｘｔを大きくすると、ファンモータ１１０の回転数は徐々に上昇するため、所定の回転数より高くなったところで通常駆動モードに復帰させることができる。

このように、最低回転数固定モードにおいて、外部制御信号ＣＮＴｅｘｔのデューティ比を反映させることにより、周囲温度Ｔａのみでなく、外部制御信号ＣＮＴｅｘｔによっても、最低回転数固定モードから通常駆動モードへの復帰を行うことができる。

上記実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

実施の形態においては、駆動対象のファンモータが単相駆動モータの場合について説明したが、これに限定されるものではなく、その他のモータ、たとえば２相駆動用モータを用いたファンモータであってもよい。

本実施の形態において温度制御信号生成部２０に用いたサーミスタＲｔｈは負の温度特性を有する場合について説明したが、正の温度特性を有するポジスタであってもよい。このときは、第１抵抗Ｒ１とサーミスタＲｔｈの位置を入れ替えればよい。

実施の形態においては、ファンモータ１１０の駆動制御部４０がＨブリッジ回路の場合について説明したがこれには限定されず、他の駆動制御回路を用いてもよい。

また、実施の形態に係る各回路上における各信号のハイレベル、ローレベルの設定も例示であって、論理値を反転したものもまた、当然に本発明の技術範囲に含まれるものである。

実施の形態において、ファンモータ駆動装置１００を構成する素子はすべて一体集積化されていてもよく、または別の集積回路に分けて構成されていてもよく、さらにはその一部がディスクリート部品で構成されていてもよい。どの部分を集積化するかは、コストや占有面積、用途などに応じて決めればよい。

第１の実施の形態に係る冷却装置の構成を示す図である。 温度制御信号生成部における温度制御信号の生成の過程を示す図である。 信号合成部の入出力信号のタイムチャートを示す図である。 図１のファンモータ駆動装置の周囲温度とファンモータの回転数の関係を示す図である。 第２の実施の形態に係るファンモータ駆動装置の構成を示す回路図である。 図５のモードセレクタの構成を示す回路図である。 回転数検出部の動作状態を示すタイムチャートである。 図５のファンモータ駆動装置の周囲温度とファンモータの回転数の関係を示す図である。 最低回転数固定モードにおけるファンモータ駆動装置の動作状態を示すタイムチャートである。

符号の説明

１０ 温度制御信号生成部、 １２ 温度検出部、 ２０ 温度制御信号生成部、 ３０ 信号合成部、 ４０ 駆動制御部、 ５０ 制御部、 １１０ ファンモータ、 ２２２ 最低回転数制御信号生成部、 ２５０ 回転数検出部、 ２６０ 温度検出部、 １０００ 冷却装置。

Claims (7)

1. 外部から入力される駆動対象のモータの回転数を指示する外部制御信号であって、そのデューティ比が前記回転数に応じてパルス幅変調された外部制御信号にもとづきモータを駆動するモータ駆動回路であって、
   温度に依存してデューティ比の変化するパルス幅変調された温度制御信号を生成する温度制御信号生成部と、
   前記外部制御信号のデューティ比と前記温度制御信号のデューティ比とを論理演算により合成する信号合成部と、
   前記信号合成部の出力にもとづいて前記モータを駆動する駆動制御部と、
   を備えることを特徴とするモータ駆動装置。
2. 前記温度制御信号生成部は、
   温度に依存して変化する温度検出電圧を生成する温度検出部と、
   一端の電位が固定されたキャパシタを含み、前記モータの回転数に比例した周波数を有する周期信号と同期して前記キャパシタの充電を開始することにより、のこぎり波状の周期電圧を生成する発振回路と、
   前記周期電圧を前記温度検出電圧と比較する電圧比較器と、
   前記電圧比較器の出力信号と前記周期信号を受け、それらに応じて前記温度制御信号のレベルを遷移させるロジック回路と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記温度制御信号生成部は、前記温度検出電圧の上限値と下限値の少なくとも一方を設定することにより、前記温度制御信号のデューティ比に、最大値、最小値の少なくとも一方を設定することを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動装置。
4. デューティ比が前記モータの最低回転数に対応して設定されたパルス信号を生成する最低回転数制御信号生成部と、
   前記モータの回転数を検出する回転数検出部と、をさらに備え、
   前記信号合成部は、前記モータの回転数が所定のしきい値まで低下したとき、最低回転数固定モードに移行し、前記パルス信号とデューティ比が固定された前記温度制御信号とを合成することを特徴とする請求項１または２に記載のモータ駆動装置。
5. 前記信号合成部は、前記最低回転数固定モードにおいて、前記パルス信号とデューティ比が固定された前記温度制御信号とを合成する第１期間と、前記外部制御信号とデューティ比が固定された前記温度制御信号とを合成する第２期間とを所定の時間比率で繰り返すことを特徴とする請求項４に記載のモータ駆動装置。
6. 前記信号合成部は、温度が所定のしきい値より高くなったとき、前記最低回転数固定モードから前記外部制御信号と温度に依存した前記温度制御信号とを合成する通常駆動モードに復帰することを特徴とする請求項４に記載のモータ駆動装置。
7. ファンモータと、
   前記ファンモータの駆動を制御する請求項１から６のいずれかに記載のモータ駆動装置と、
   を備えることを特徴とする冷却装置。

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