JP5127324B2

JP5127324B2 - ファンモータ速度制御回路、ファン装置、電子機器

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Publication number: JP5127324B2
Application number: JP2007175360A
Authority: JP
Inventors: 哲也吉冨; 崇原島
Original assignee: On Semiconductor Trading Ltd
Current assignee: On Semiconductor Trading Ltd
Priority date: 2007-07-03
Filing date: 2007-07-03
Publication date: 2013-01-23
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Description

本発明は、ファンモータ速度制御回路、ファン装置、電子機器に関する。

サーバー等に用いられるＣＰＵ（Central Processing Unit）等の集積回路は、その動作速度の上昇に伴い発熱量が増加している。ＣＰＵの発熱量が増加することにより、ＣＰＵには熱暴走等の問題が生じる為、サーバーには一般的にＣＰＵを冷却する為のファンが設けられている。ファンの回転速度、即ちファンモータの回転速度は、一般にマイコン等により制御されており、ファンモータの回転速度の制御方式としては、オープン制御方式（例えば、特許文献１参照）や、フィードバック制御方式（例えば、特許文献２参照）が知られている。

オープン制御方式（以下、オープン制御）は、図９に示すように、マイコン等から入力されるモータ５１０の速度制御信号に基づいて、駆動回路５００がファンモータ５１０を駆動する方式である。速度制御信号は、例えば、ＰＷＭ（Pulse Wide Modulation）信号であり、ＰＷＭ信号のＨレベル（ハイレベル）のデューティ比に応じてモータの回転速度が増加する。

フィードバック制御方式（以下、フィードバック制御）は、図１０に示す様に、ファンモータ５３０の回転速度が目標回転速度に一致する様に、ファンモータ５３０が駆動される方式である。図１０を詳述すると、基準電圧回路６００には、マイコン等から速度制御信号として、例えば、ファンモータ５３０の目標回転速度に応じたデューティ比のＰＷＭ信号が入力され、Ｈレベルのデューティ比に応じた基準電圧Ｖｒｅｆが出力される。また、速度電圧回路６０１には、ファンモータ５３０の回転速度に応じたＦＧ（Frequency Generator）信号が入力され、ＦＧ信号に応じた速度電圧Ｖｖが出力される。比較回路６０２は、基準電圧Ｖｒｅｆと速度電圧Ｖｖとを比較し、比較結果である駆動電圧Ｖｄｒを出力する。駆動回路６０３は、駆動電圧Ｖｄｒに基づいて速度電圧Ｖｖが基準電圧Ｖｒｅｆに一致する様に、モータ５３０を駆動する。

近年は、ＣＰＵの熱暴走等を防ぐだけでなく、例えば、ＣＰＵの稼働率に応じてファンモータの回転速度を制御することにより、ファンモータ及びファンモータ速度制御回路の消費電力の削減や、ファンの騒音を低下させている。前述の様に、ＣＰＵの稼働率に応じてファンモータの回転速度を制御する場合、ファンモータの回転速度は、例えば図１１の要求特性に示す様に、ＰＷＭ信号のＨレベルのデューティ比に対して一意的かつ線形に決定されることが、ファンモータの回転速度を制御するマイコンには望ましい。

オープン制御では、図１１に示す様に、例えばファンモータにおける消費電力の影響で、ＰＷＭ信号のデューティ比Ｄ１からＤ２の範囲において、ファンモータの回転速度は、デューティ比に対して線形に変化しない。さらに、オープン制御に場合は、ファンモータの電源電圧変動や、ファン及びファンモータの製造バラツキによりファンモータの回転速度は、ばらつく。また、ファン及びファンモータと冷却される対象物とが設置された装置の環境が変化することにより、ファンが実装された機器内における空気の流れに対する圧力損失を示すシステムインピーダンスが変化し、結果的にファンモータの回転速度は変化する。すなわち、オープン制御では、ＰＷＭ信号のＨレベルのデューティ比に対してファンモータの回転速度が一意的かつ線形には変化しない。

従って、ファンモータの制御方式としては、周辺の環境変化の影響を受けにくく、ファンモータの回転速度がファンモータの目標回転速度、即ち、入力されるＰＷＭ信号のデューティ比に対して一意的かつ線形に変化するフィードバック制御が望ましい。
特開２００５−１５１７９２号公報特開２００７−６８３４４号公報

ところで、ファン及びファンモータの重要な特性としては、Ｐ−Ｑ特性（風量−静圧特性）がある。図１２は、横軸に風量、縦軸に静圧またはファンモータの回転速度を取り、所定デューティ比のＰＷＭ信号が入力された場合のオープン制御及びフィードバック制御における場合のＰ−Ｑ特性、風量とファンモータの回転速度との関係を示した図である。図１２に示される様に、オープン制御された場合は、一部の範囲において、ファンモータの回転速度が上昇する。これは、ファンが送る空気の空気抵抗の影響によるものである。

一方、フィードバック制御された場合は、ファンモータの回転速度は一定となることから、前述の一部の範囲においては、ファンモータの回転速度がオープン制御されている場合と比較すると低下し、同じ風量では、オープン制御と比較すると静圧が低下する。なお、フィードバック制御される場合よりも、オープン制御される場合のファンモータの回転速度が高速である範囲を範囲Ａとする。

フィードバック制御されたファンモータにおいて、前述の範囲Ａにおける静圧の低下を防ぐ方法としては、特開２００４−１２０９８０号公報に記載されている様に、静圧が悪化する範囲において、ファンモータの回転速度が高速化される様に、予めマイコンをプログラムし、Ｐ−Ｑ特性の悪化を防ぐ方法がある。但し、Ｐ−Ｑ特性は、ファンの種類、ファン及びファンモータの製造バラツキ、速度制御信号であるＰＷＭ信号のデューティ比等により変化する。従って、フィードバック制御されたファンモータにおいて、Ｐ−Ｑ特性の改善を、予めマイコンでプログラムすることにより補正する方法では、Ｐ−Ｑ特性が予想されていた特性から変化した場合に、適切にＰ−Ｑ特性を改善できないという課題がある。

上記課題を解決するため、本発明のファンモータ速度制御回路は、駆動信号に応じた回転速度とすべくファンモータを駆動する駆動回路と、前記ファンモータの目標回転速度に応じた基準信号と前記ファンモータの回転速度に応じた速度信号とに基づいて、前記ファンモータの前記回転速度を前記目標回転速度に一致させるための比較信号を出力する比較回路と、前記基準信号及び前記比較信号のうち、前記ファンモータがより高い回転速度で駆動される信号に応じた前記駆動信号を前記駆動回路に出力する選択回路と、を備えることとする。

ファンモータの回転速度をファンモータの目標回転速度に対して一意的かつ線形に変化させるとともに、Ｐ−Ｑ特性を改善可能なファンモータ速度制御回路、ファン装置、電子機器を提供することができる。

本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。

図１は、本発明の一実施形態であるファンモータ速度制御回路１０の構成を示す図である。
ファンモータ速度制御回路１０は、マイコンから入力されるファンモータ１１の目標回転速度に応じた速度制御信号と、ファンモータ１１の実際の回転速度に応じた速度信号とに基づいて、ファンモータ１１の回転速度を制御する回路であり、基準電圧回路２０、速度電圧回路２１、速度比較回路２２、選択回路２３、駆動回路２４から構成される。

ファンモータ１１は、ＣＰＵ等を冷却する為のファンを回転させるモータであり、ブラシレスモータ等を採用可能である。また、本実施形態のファンモータ１１は、例えば、サーバー（電子機器）に用いられるＣＰＵ（電子部品）を冷却するファンを駆動することとする。

まず、図１に示した、ファンモータ速度制御回路１０を構成する各回路の概要を説明する。基準電圧回路２０は、速度制御信号が入力されることにより、目標回転速度に応じた基準電圧Ｖｒｅｆ（基準信号）を出力する回路である。本実施形態における速度制御信号は、ＰＷＭ信号であり、入力される速度制御信号であるＰＷＭ信号のＨレベル（ハイレベル）のデューティ比が大きい場合に基準電圧Ｖｒｅｆは低下し、ＰＷＭ信号のＨレベルのデューティ比が小さい場合に上昇することとする。

速度電圧回路２１は、速度信号に応じた速度電圧Ｖｖ（速度信号）を出力する回路である。なお、本実施形態において、速度信号は、モータの回転速度に応じた周波数を有するＦＧ信号とし、ファンモータ１１の回転速度が高速の場合、速度電圧Ｖｖは低下し、ファンモータ１１の回転速度が低速の場合、速度電圧Ｖｖは上昇することとする。

速度比較回路２２は、基準電圧Ｖｒｅｆと速度電圧Ｖｖとを比較し、ファンモータの回転速度を目標回転速度に一致させる為の比較電圧Ｖｃ（比較信号）を出力する回路である。

選択回路２３は、基準電圧Ｖｒｅｆと比較電圧Ｖｃとのうち、ファンモータ１１の回転速度をより高速にする電圧を選択し、選択した電圧に応じた駆動電圧Ｖｄｒ（駆動信号）を出力する回路である。本実施形態においては、基準電圧Ｖｒｅｆと比較電圧Ｖｃとのうち、低い電圧レベルの電圧を選択する。比較電圧Ｖｃが基準電圧Ｖｒｅｆより低い場合は、ファンモータ速度制御回路１０は、ファンモータ１１をフィードバック制御し、基準電圧Ｖｒｅｆが比較電圧Ｖｃより低い場合は、ファンモータ速度制御回路１０は、ファンモータ１１をオープン制御することとなる。

駆動回路２４は、駆動電圧Ｖｄｒに応じてファンモータ１１を駆動する回路である。なお、本実施形態では、フィードバック制御されている場合において、速度電圧Ｖｖが基準電圧Ｖｒｅｆより高い場合にモータ１１を加速する加速制御状態とし、速度電圧Ｖｖが基準電圧Ｖｒｅｆより低い場合にはモータ１１を減速する減速制御状態とする。

次に、本実施形態のファンモータ速度制御回路１０を構成する各回路の動作について説明する。

図２は、基準電圧回路２０の一実施形態を示す図である。基準電圧回路２０は、ＰＮＰトランジスタＱ１,Ｑ２、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ５、抵抗Ｒ１〜Ｒ３、コンデンサＣ１、バイアス電流源Ｉ１，Ｉ２から構成される。基準電圧回路２０において、ＰＮＰトランジスタＱ１，Ｑ２、ＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４、バイアス電流源Ｉ１は、コンパレータを構成しており、ＰＮＰトランジスタＱ１のベース電極が非反転入力に、ＰＮＰトランジスタＱ２のベース電極が反転入力に夫々対応する。また、ＰＮＰトランジスタＱ２のベース電極には、電源ＶＤＤとグランドＧＮＤとの間に直列に接続された抵抗Ｒ１，Ｒ２により分圧された分圧電圧Ｖ１が印加されている。

ＨレベルのＰＷＭ信号がＰＮＰトランジスタＱ１のベース電極に入力された場合、即ち、ＰＮＰトランジスタＱ１のベース電極の電位が分圧電圧Ｖ１より高い場合、ＮＰＮトランジスタＱ４のコレクタ電極の電位はＨレベルとなり、ＮＰＮトランジスタＱ５はオンする。ＮＰＮトランジスタＱ５がオンすることにより、抵抗Ｒ３とコンデンサＣ１とが接続されたノードの電位は、ほぼゼロとなる。

一方、Ｌレベル（ローレベル）のＰＷＭ信号がＰＮＰトランジスタＱ１に入力された場合、即ち、ＰＮＰトランジスタＱ１のベース電極の電位が分圧電圧Ｖ１より低い場合、前述した動作とは逆の動作となり、バイアス電流源Ｉ２からのバイアス電流がコンデンサＣ１へ流れ込み、コンデンサＣ１は充電される。

抵抗Ｒ３とコンデンサＣ１はＬＰＦ（Low Pass Filter）を構成しており、ＬＰＦに入力される電圧、即ちＮＰＮトランジスタＱ５のオン及びオフにより変化するＮＰＮトランジスタＱ５のコレクタ電極の電圧を平滑化する。これにより、ＬＰＦの出力である抵抗Ｒ３とコンデンサＣ１が接続されたノードには、平滑化された基準電圧Ｖｒｅｆが出力される。この電圧Ｖｒｅｆは、ＰＷＭ信号のＨレベルデューティ比が大きい場合に低下し、ＰＷＭ信号のＨレベルのデューティ比が小さい場合に上昇する。

図３は、速度電圧出力回路２１の一実施形態を示す図である。速度電圧出力回路２１は、ＰＮＰトランジスタＱ３１，Ｑ３２、ＮＰＮトランジスタＱ３０，Ｑ３３〜Ｑ３８、抵抗Ｒ５〜Ｒ８、コンデンサＣ２、バイアス電流源Ｉ３〜Ｉ６、エッジ回路６０、積分回路７０から構成される。速度電圧回路２１におけるエッジ回路６０は、入力されたパルス信号のエッジを検出することにより、出力されるエッジ信号ＶＥＤを短いパルスに変化させる。なお、図６は速度電圧回路２１における主要な信号の波形を示す図であり、適宜参照する。エッジ回路６０は、ＦＧ信号が入力されると、前述の様に、ＦＧ信号のエッジにてエッジ信号ＶＥＤは短いパルスに変化される。また、ＮＰＮトランジスタＱ３０のベース電極には、エッジ信号ＶＥＤが入力されることから、ＮＰＮトランジスタＱ３０は、エッジ信号のレベルによりオンまたはオフする。

エッジ信号ＶＥＤがＬレベルの場合は、ＮＰＮトランジスタＱ３０がオフであり、コンデンサＣ２は充電される。ＰＮＰトランジスタＱ３１，Ｑ３２、ＮＰＮトランジスタＱ３３，Ｑ３４、バイアス電流源Ｉ３はコンパレータを構成する。コンデンサＣ２が充電されることにより、ＰＮＰトランジスタＱ３１のベース電極の電位が、電源ＶＤＤとグランドＧＮＤとの間に直列に接続された抵抗Ｒ６〜Ｒ８における分圧電圧Ｖ２よりも高くなると、ＮＰＮトランジスタＱ３３のコレクタ電極の電位はＬレベルになる。従って、ＮＰＮトランジスタＱ３５はオフし、ＮＰＮトランジスタＱ３７はオンし、ＮＰＮトランジスタＱ３８はオフする。したがって、出力電圧Ｖｏ１はＨレベルとなる。

一方、エッジ信号ＶＥＤがＨレベルの場合は、前述の動作と逆の動作となり、最終的にＮＰＮトランジスタＱ３８がオンする。したがって、出力電圧Ｖｏ１はＬレベルとなる。なお、出力電圧Ｖｏ１がＬレベルとなる幅は、抵抗Ｒ５、コンデンサＣ２の時定数によって定まる。従って、ファンモータ１１の回転速度が変化した時であっても、前述の時定数が固定されていれば、出力電圧Ｖｏ１がＬレベルとなる幅は一定である。しかし、出力電圧Ｖｏ１の周期は、ファンモータ１１の回転速度、即ちエッジ信号ＶＥＤの周期により変化する。この為、ファンモータ１１の回転速度が高速の場合は、出力電圧Ｖｏ１の１周期に占めるＬレベルの幅は大きくなり、ファンモータ１１の回転速度が低速の場合は、出力電圧Ｖｏ１の１周期に示すＬレベルの幅は小さくなる。積分回路７０は、出力電圧Ｖｏ１を積分することにより出力電圧Ｖｏ１のＨレベルに応じた速度電圧Ｖｖを出力する。従って、ファンモータ１１の回転速度が高速の場合、速度電圧Ｖｖは低下し、ファンモータ１１の回転速度が低速の場合、速度電圧Ｖｖは上昇する。

図４は、速度比較回路２２の一実施形態を示す図である。速度比較回路２２は、ＰＮＰトランジスタＱ４３〜Ｑ４５，Ｑ４８、ＮＰＮトランジスタＱ４１，Ｑ４２，Ｑ４６，Ｑ４７、バイアス電流源Ｉ７、積分回路８０から構成される。速度比較回路２２には、前述の基準電圧Ｖｒｅｆと速度電圧Ｖｖとが入力される。また、前述の様に、本実施形態では、速度電圧Ｖｖが基準電圧Ｖｒｅｆより高い場合にファンモータ１１を加速する加速制御状態とし、速度電圧Ｖｖが基準電圧Ｖｒｅｆより低い場合にはファンモータ１１を減速する減速制御状態とする。

ＰＮＰトランジスタＱ４３，Ｑ４４，Ｑ４５，Ｑ４８、ＮＰＮトランジスタＱ４１，Ｑ４２，Ｑ４６，Ｑ４７、バイアス電流源Ｉ７はコンパレータを構成する。また、ＮＰＮトランジスタ４１のベース電極は、コンパレータの非反転入力に相当し、ＮＰＮトランジスタ４２のベース電極は、コンパレータの反転入力に相当する。従って、加速制御状態では、ＮＰＮトランジスタＱ４７はオンし、出力電圧Ｖｏ２はＬレベルとなる。一方、減速制御状態では、加速制御状態と逆の動作をする為、最終的に出力電圧Ｖｏ２はＨレベルとなる。積分回路８０は、出力電圧Ｖｏ２を積分することにより出力電圧Ｖｏ２に応じた比較電圧Ｖｃを出力し、加速制御状態では、比較電圧Ｖｃの電圧レベルは低下し、減速制御状態では上昇する。

図５は、選択回路２３及び駆動回路２４の一実施形態を示す図である。選択回路２３は、ＰＮＰトランジスタＱ６０,Ｑ６１、バイアス電流源Ｉ１１から構成される。なお、ＰＮＰトランジスタＱ６０，Ｑ６１が本発明の第１トランジスタ、第２トランジスタに夫々相当し、バイアス電流源Ｉ１１が本発明のバイアス電流源に相当する。選択回路２３は、ＰＮＰトランジスタＱ６０，Ｑ６１の夫々のエミッタ電極がバイアス電流源Ｉ１１に接続されることにより、夫々のトランジスタに対してエミッタフォロア回路が構成されている。従って、ＰＮＰトランジスタＱ６０，Ｑ６１の夫々のベース電極に印加される電圧のうち、電圧レベルの低い電圧に応じた電圧が、駆動電圧ＶｄｒとしてＰＮＰトランジスタＱ６０,Ｑ６１のエミッタ電極から出力される。

駆動回路２４は、ＰＮＰトランジスタＱ６５〜Ｑ６７、ＮＰＮトランジスタＱ６８，Ｑ６９、バイアス電流源Ｉ１２，Ｉ１３、三角波発振回路９０、出力回路１００から構成される。なお、出力回路１００は、例えばＨブリッジ回路を用いることが可能である。駆動回路２４は、選択回路２３からの駆動電圧Ｖｄｒに応じて出力回路１００を駆動する回路である。また、図７は、駆動回路２４における主要な信号の波形を示した図であり、適宜参照する。三角波発振回路９０からの三角波出力Ｖｏｓｃは、ＰＮＰトランジスタＱ６７とバイアス電流源Ｉ１３とからなるエミッタフォロアによりシフトされ、ＰＮＰトランジスタＱ６７のエミッタ電極から電圧Ｖｅとして出力される。電圧Ｖｅと選択回路２３からの出力である駆動電圧Ｖｄｒとを、ＰＮＰトランジスタＱ６５，Ｑ６６、ＮＰＮトランジスタＱ６８，Ｑ６９、バイアス電流源Ｉ１２からなるコンパレータで比較することにより、出力回路１００を駆動する為のＰＷＭ駆動信号Ｖｐｗｍを出力する。出力回路１００は、ＰＷＭ駆動信号Ｖｐｗｍに基づいてファンモータ１１を駆動する。なお、ＰＮＰトランジスタＱ６５，Ｑ６６、ＮＰＮトランジスタＱ６８，Ｑ６９、バイアス電流源Ｉ１２からなるコンパレータが本発明におけるコンパレータに相当する。

ここで、比較電圧Ｖｃが基準電圧Ｖｒｅｆより低く、駆動電圧Ｖｄｒとして比較電圧Ｖｃが選択された場合におけるファンモータ速度制御回路１０の動作を説明する。駆動電圧Ｖｄｒとして比較電圧Ｖｃが選択されると、ファンモータ速度制御回路１０は、ファンモータ１１をフィードバック制御することとなる。詳述すると、加速制御状態では、ファンモータ１１の回転速度は加速されることから、ファンモータ１１の回転速度に応じたＦＧ信号のパルス周期も短くなり、速度電圧回路２１における出力電圧Ｖｏ１におけるＬレベルが占める期間が増加する。従って、速度電圧Ｖｖは基準電圧Ｖｒｅｆに一致するよう低下する。一方、減速制御状態では、ファンモータ１１の回転速度が減速されることから、ファンモータ１１の回転速度に応じたＦＧ信号のパルス周期は長くなり、速度電圧回路２１における出力電圧Ｖｏ１のＬレベルが占める期間が低下する。従って、速度電圧Ｖｖは基準電圧Ｖｒｅｆに一致するよう上昇する。この様に、ファンモータ速度制御回路１０は、ファンモータ１１の回転速度に応じた速度電圧Ｖｖを帰還し、基準電圧Ｖｒｅｆのレベルと一致するようファンモータ１１の回転速度を制御している為、ファンモータ１１の回転速度は基準電圧Ｖｒｅｆ、すなわち、ＰＷＭ信号のＨレベルのデューティ比に対して一意的かつ線形の関係を有する。

次に、基準電圧Ｖｒｅｆが比較電圧Ｖｃより低く、駆動電圧Ｖｄｒとして基準電圧Ｖｒｅｆが選択された場合におけるファンモータ速度制御回路１０の動作を説明する。

選択回路２３からは、駆動電圧Ｖｄｒとして、基準電圧Ｖｒｅｆが出力されることとなるため、駆動回路２４は、基準電圧Ｖｒｅｆに基づいてファンモータ１１を駆動する。すなわち、ファンモータ１１の回転速度は、オープン制御され、ＰＷＭ信号のＨレベルのデューティ比に応じて変化する。

上記の様に、ファンモータ速度制御回路１０が、フィードバック制御される場合とオープン制御される場合の夫々の動作について説明した。

本実施形態のファンモータ速度制御回路１０が、実際にサーバー等の機器に用いられる場合における動作について説明する。ここで、フリーエアー、即ち、静圧ゼロの環境で、所定のデューティ比のＰＷＭ信号を入力した場合に、比較電圧Ｖｃが基準電圧Ｖｒｅｆよりも低くなるという一般的なファン特性がある。従って、本実施形態のファンモータ速度制御回路１０は、フリーエアーにおいて、ファンモータの回転速度が、ＰＷＭ信号のデューティ比に対して線形に変化する様にフィードバック制御される。

ここで、実際にサーバー等の機器にファンモータ速度制御回路１０が用いられた場合の動作を説明する為に重要となる、Ｐ−Ｑ特性及びファンモータの回転速度に関して説明する。図８に、所定デューティ比のＰＷＭ信号が入力された場合のオープン制御及びフィードバック制御におけるＰ−Ｑ特性、風量とファンモータの回転速度、風量とシステムインピーダンスとの関係を示す。なお、図８におけるＰ−Ｑ特性及びファンモータの回転速度は、ファンモータ１１が、オープン制御のみで駆動された場合と、フィードバック制御のみで駆動された場合を示した図である。ファンモータ１１がフィードバック制御された場合、ファンモータの回転速度は一定となるが、オープン制御された場合、ファンが送る空気の空気抵抗の影響により、一部の範囲でファンモータの回転速度が上昇する。ここで、フィードバック制御される場合よりも、オープン制御される場合のファンモータの回転速度が高速である範囲を範囲Ｂとすると、本実施形態のファンモータ速度制御回路１０の動作は、範囲Ｂ内で動作している場合と、範囲Ｂ以外の範囲で動作している場合に分けられることができる。従って、本実施形態のファンモータ速度制御回路１０の動作を、範囲Ｂの内で動作している場合と、範囲Ｂ以外の範囲で動作している場合に分けて説明する。

先ず、範囲Ｂ以外の範囲で動作している場合では、ファン及びファンモータ１１の回転速度は、フリーエアーの場合における回転速度と同じである。従って、ファン及びファンモータに対する空気抵抗等の影響も、フリーエアーとで同じであることから、フィードバック制御されている場合の比較電圧Ｖｃも、フリーエアーの場合と同じ比較電圧Ｖｃが出力されることとなる。前述の様に、本実施形態のファンモータ速度制御回路１０は、フリーエアーの状態においては、比較電圧Ｖｃの電圧レベルが基準電圧Ｖｒｅｆの電圧レベルよりも低い。従って、例えば、範囲Ｂ以外の範囲における代表例として、システムインピーダンスＰ１の場合、ファン及びファンモータ１１は、動作点Ａで動作し、フィードバック制御が選択されている。なお、ここでは、システムインピーダンスＰ１の場合を例に説明したが、オープン制御における回転速度がフィードバック制御における回転速度よりも高速となる範囲Ｂ以外に範囲においては、ファンモータの回転速度はフリーエアーの場合と同じであることから、同様にフィードバック制御が選択される。

次に、範囲Ｂで動作している場合について、システムインピーダンスＰ２を代表例に説明する。範囲Ｂでは、オープン制御されている場合に、ファンが送る空気の空気抵抗の影響により、ファンモータ１１の回転速度が上昇している。従って、範囲Ｂでフィードバック制御により一定の回転速度を得る為には、範囲Ｂ以外の範囲と比較して、ファンモータ１１の回転速度を低下させる様に駆動する必要がある。このため、範囲Ｂにおいては、範囲Ｂ以外の場合と比べ、比較電圧Ｖｃの電圧レベルが上昇する。比較電圧Ｖｃの電圧レベルが上昇することにより、基準電圧Ｖｒｅｆの電圧レベルよりも高くなると、選択回路２３からは、基準電圧Ｖｒｅｆが駆動電圧Ｖｄｒとして出力されることとなる。この結果、ファンモータ速度制御回路１０ではオープン制御が選択されることとなり、ファンモータ１１の回転速度が高速化される。換言すると、システムインピーダンスＰ２におけるファン及びファンモータ１１の動作点が、動作点Ｂから動作点Ｃへと変更されることとなり、ファン及びファンモータ１１のＰ−Ｑ特性が改善される。

この様に、本実施形態におけるファンモータ速度制御回路１０は、ファンモータの回転速度の下限を規定しており、ファンモータ１１の回転速度が高くなる制御が選択される。なお、図８においては、異なるシステムインピーダンスの場合におけるファンモータ速度制御回路１０の動作を説明したが、本実施形態のファンモータ速度制御回路１０は、システムインピーダンスが固定され、Ｐ−Ｑ特性が変化した場合であっても、オープン制御におけるファンモータの回転速度がフィードバック制御におけるファンモータの回転速度より高速の範囲においては、オープン制御が選択されることとなる。従って、システムインピーダンスが固定され、異なる種類のファン及びファンモータを用いた場合や、ＰＷＭ信号のデューティ比が変化することにより、Ｐ−Ｑ特性が変化した場合であってもＰ−Ｑ特性は改善される。

以上に説明した構成からなる本実施形態を適用したファンモータ速度制御回路１０は、フィードバック制御により、ＰＷＭ信号のＨレベルのデューティ比に対してモータ１１の回転速度を一意的かつ線形に変化させるとともに、Ｐ−Ｑ特性が悪化する範囲においては、オープン制御が選択され、Ｐ−Ｑ特性を改善することができる。

なお、上記実施例は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物も含まれる。また、本実施形態においては、基準電圧Ｖｒｅｆ、速度電圧Ｖｖ及び比較電圧Ｖｃは、電圧信号であるが、これに限られるものでは無い。例えば、基準電圧Ｖｒｅｆ及び速度電圧Ｖｖをデジタル値とし、デジタル値を演算することによりＰＷＭ信号を生成しても良い（例えば、特開２００３−２５９６２９号公報、特開２００４−２８２８４２号公報参照）。また、本実施形態における三角波は、図７に示す様に、上昇している期間と、下降している期間が等しい波形であるが、これに限られるものでは無い。例えば、のこぎり波の様に、所定電圧レベルと他の所定電圧レベルとの間を変化する期間が、上昇する場合と下降する場合で異なる波形も含まれる。

本発明の一実施形態であるファンモータ速度制御回路１０の構成を示す図である。基準電圧回路２０の一実施形態を示す図である。速度電圧出力回路２１の一実施形態を示す図である。速度比較回路２２の一実施形態を示す図である。選択回路２３及び駆動回路２４の一実施形態を示す図である。速度電圧出力回路２１における主要な信号の波形を示す図である。駆動回路２４における主要な信号の波形を示す図である。所定デューティ比のＰＷＭ信号が入力された場合のファンモータ速度制御回路１０のオープン制御及びフィードバック制御におけるＰ−Ｑ特性、風量とファンモータの回転速度、風量とシステムインピーダンスとの関係を示す図である。オープン制御された従来のモータ速度制御回路のブロック図の一例を示す図である。フィードバック制御された従来のモータ速度制御回路のブロック図の一例を示す図である。ＰＷＭ信号のデューティ比に対するファンモータ回転速度の要求特性及びオープン制御の回転速度の一例を示す図である。所定デューティ比のＰＷＭ信号が入力された場合のファンモータ速度制御回路のオープン制御及びフィードバック制御における場合のＰ−Ｑ特性、風量とファンモータの回転速度との関係を示した図である。

符号の説明

１０ファンモータ速度制御回路
１１ファンモータ
２０基準電圧回路
２１速度電圧回路
２２速度比較回路
２３選択回路
２４駆動回路
６０エッジ回路
７０積分回路
８０積分回路
９０三角波発振回路
１００出力回路

Claims

駆動信号に応じた回転速度とすべくファンモータを駆動する駆動回路と、
前記ファンモータの目標回転速度に応じた基準信号と前記ファンモータの回転速度に応じた速度信号とに基づいて、前記ファンモータの前記回転速度を前記目標回転速度に一致させるための比較信号を出力する比較回路と、
前記基準信号及び前記比較信号のうち、前記ファンモータがより高い回転速度で駆動される信号に応じた前記駆動信号を前記駆動回路に出力する選択回路と、
を備えることを特徴とするファンモータ速度制御回路。
前記基準信号及び前記比較信号は電圧信号であり、
前記選択回路は、
前記基準信号が制御電極に入力される第１トランジスタと、
前記比較信号が制御電極に入力される第２トランジスタと、
前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタの前記制御電極と異なる二つの電極のうち、前記制御電極と共に導通状態を制御する一方の電極から、前記基準信号及び前記比較信号のうち、前記ファンモータが高い回転速度で駆動される信号に応じた電圧が出力されるよう、前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタに直列に接続されたバイアス電流源と、
を含み、
前記駆動信号は、
前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタの前記一方の電極に出力される前記電圧に応じた電圧信号であること、
を特徴とする請求項１に記載のファンモータ速度制御回路。
前記駆動回路は、
所定周波数で発振する三角波を出力する発振回路と、
前記三角波と前記駆動信号とに基づいてＰＷＭ信号を生成するコンパレータと、
前記ＰＷＭ信号に基づいて前記ファンモータを駆動する出力回路と、
を含むこと、
を特徴とする請求項２に記載のファンモータ速度制御回路。
ファンと、
前記ファンを駆動するファンモータと、
駆動信号に応じた回転速度とすべく前記ファンモータを駆動する駆動回路と、
前記ファンモータの目標回転速度に応じた基準信号と前記ファンモータの回転速度に応じた速度信号とに基づいて、前記ファンモータの前記回転速度を前記目標回転速度に一致させるための比較信号を出力する比較回路と、
前記基準信号及び前記比較信号のうち、前記ファンモータがより高い回転速度で駆動される信号に応じた前記駆動信号を前記駆動回路に出力する選択回路と、
を備えること、
を特徴とするファン装置。
ファンと、
前記ファンにより冷却される部品と、
前記ファンを駆動するファンモータと、
駆動信号に応じた回転速度とすべく前記ファンモータを駆動する駆動回路と、
前記ファンモータの目標回転速度に応じた基準信号と前記ファンモータの回転速度に応じた速度信号とに基づいて、前記ファンモータの前記回転速度を前記目標回転速度に一致させるための比較信号を出力する比較回路と、
前記基準信号及び前記比較信号のうち、前記ファンモータがより高い回転速度で駆動される信号に応じた前記駆動信号を前記駆動回路に出力する選択回路と、
を備えること、
を特徴とする電子機器。