JP5312770B2 - 折れ線状のファン回転速度特性曲線を設計する回路 - Google Patents

Description

本発明はファン回転速度特性曲線を設計する回路に関し、特に外部電圧の設定によって折れ線状のファン回転速度特性曲線を設計する回路に関する。

現在、ファンモータの回転速度の制御構造は、ファンモータの駆動素子の特性によって、入力された制御電源が低レベルのとき、ファンは全速回転して放熱効果を高め、入力された制御電源が高レベルのとき、ファンは最低速度で回動する。即ち、ファンの回転速度は入力された制御電源の高低レベルに応じて直線的に変化して調整される（一般にＩＣが出力する制御電源は逆方向の設計がなされ、制御電圧が大きいほど回転速度は低く、電圧が小さいほど回転速度は高く設定される）。

また、従来技術におけるファン回転速度特性曲線の設計はその大部分がファン制御ＩＣ内の２本のＰＩＮによって行われ、その一つは外部からの制御信号を受信して回転速度制御信号（一般に電圧制御）に変換し、もう一つは最低回転速度の設定機能を有する。ファンを運転させるとき、先ず二つの電圧を比較した後、回転速度の制御を行う。
図１を例とすると、ファンの回転速度の制御の設定：Ａ−control電圧が、ファンの設定最低速度：Ａ−minより小さいとき、ファンはＡ−control電圧での回転速度を主とし、このときファンは外部の制御信号によって制御される。Ａ−control電圧がＡ−minより大きいとき、ファンは、Ａ−minの回転速度を主として、回転速度電圧に比例して回転が上昇し、最高回転速度値Ｓ２でファンの回転速度は固定される。
同様に、ＰＷＭ制御信号が入力されたとき、図２の曲線となる。図１でのＶ１はファンの最低回転速度電圧であり、Ｖ２はファンの最高回転速度電圧であり、図２でのＤ１はファンの最低回転速度ＰＷＭデューティサイクルであり、Ｄ２はファンの最高回転速度ＰＷＭデューティサイクルであり、Ｓ１はファンの最低回転速度であり、Ｓ２はファンの最高回転速度である。

上述の従来技術の欠点は、ファン回転速度特性曲線の設計が難しい点にあり、大部分のファン制御ＩＣは電圧制御の範囲Ｖ１／Ｖ２またはＰＷＭデューティサイクルＶ１／Ｄ１およびＶ２／Ｄ２に対応する最低回転速度Ｓ１および最高回転速度Ｓ２を固定するので、ファンの特性曲線の設計が困難となっている。

そこで、上述の従来技術における各欠点に鑑み、本発明の発明者は長年の経験および弛まぬ研究を通じてついに本発明であるファンの回転速度制御回路を案出した。
特許３９４０７１９号公報

本発明の第１の目的は、電力を分圧ユニットに提供することによって基準信号を生成し、比較ユニットによって分圧ユニットの基準信号と信号生成ユニットによって生成された制御信号とを比較してパルス信号を出力し、制御ユニットに比較ユニットのパルス信号に基づいてモータの最低回転速度、最高回転速度および特性曲線転換点を制御させ、折れ線状のファン回転速度特性曲線を設計する回路を提供することにある。
本発明の第２の目的は、任意の二点から構成される曲線を設計でき、ターミナルの要求を満たすことができる折れ線状のファン回転速度特性曲線を設計する回路を提供することにある。
本発明の第３の目的は、特性曲線の設定に変換回路が必要なく、設計コストを低減できる折れ線状のファン回転速度特性曲線を設計する回路を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１の発明は、電力を受信して分圧し、前記電力のレベルに基づいてレベルが変動する基準信号を出力し、ファンモータの最高回転速度を設定する電圧信号を生成する最高回転速度分圧設定部、ファンモータの最低回転速度を設定する電圧信号を生成する最低回転速度分圧設定部、ファンモータの回転速度特性曲線の高回転速度での転換点を生成する高回転速度特性曲線転換点の分圧設定部および低回転速度での転換点を生成する低回転速度特性曲線転換点の分圧設定部を備える分圧ユニットと、
制御信号を出力する信号生成ユニットと、
前記分圧ユニットおよび前記信号生成ユニットと接続され、前記基準信号と前記制御信号との対比結果に基づいてパルス信号を生成する比較ユニットと、
前記比較ユニットと接続される制御ユニットであって前記比較ユニットが出力するパルス信号に基づいて接続されたファンモータの回転速度を制御する制御ユニットと、を備え、
前記分圧ユニットの四つの分圧設定に基づいて設定される前記ファンモータの回転速度を縦軸とし、且つ供給される電圧またはＰＷＭデューティーサイクルを横軸とし、前記高回転速度特性曲線転換点は、使用者が要求する最高回転速度値に対応する前記供給される電圧又はＰＷＭデューティーサイクルに転換する点で、前記低回転速度特性曲線転換点は、使用者が要求する低回転速度初期値に対応する前記供給される電圧もしくはＰＷＭデューティーサイクル、又は前記ファンモータが停止する前記供給される電圧もしくはＰＷＭデューティーサイクルに転換する点とした折れ線状のファンモータ回転速度特性曲線を設計することを特徴とする折れ線状のファン回転速度特性曲線を設計する回路である。

請求項２の発明は、信号生成ユニットが生成する制御信号は、電圧信号であることを特徴とする請求項１記載の折れ線状のファン回転速度特性曲線を設計する回路である。

請求項３の発明は、信号生成ユニットが生成する制御信号は、ＰＷＭ信号であることを特徴とする請求項１記載の折れ線状のファン回転速度特性曲線を設計する回路である。

請求項４の発明は、分圧ユニット中の各分圧設定部は、少なくとも第１の分圧素子および第２の分圧素子を備えることを特徴とする請求項１記載の折れ線状のファン回転速度特性曲線を設計する回路である。

請求項５の発明は、第１の分圧素子および第２の分圧素子は、抵抗であることを特徴とする請求項４記載の折れ線状のファン回転速度特性曲線を設計する回路である。

請求項６の発明は、第１の分圧素子および第２の分圧素子は、ツェナーダイオードであることを特徴とする請求項４記載の折れ線状のファン回転速度特性曲線を設計する回路である。

請求項７の発明は、制御ユニットは、ダイオードおよびそれに接続された周辺素子であることを特徴とする請求項１記載の折れ線状のファン回転速度特性曲線を設計する回路である。

請求項８の発明は、制御ユニットは、ＩＣであることを特徴とする請求項１記載の折れ線状のファン回転速度特性曲線を設計する回路である。

請求項９の発明は、比較ユニットは、演算増幅器であることを特徴とする請求項１記載の折れ線状のファン回転速度特性曲線を設計する回路である。

本発明によれば、電力を分圧ユニットに提供することによって基準信号を生成し、比較ユニットによって分圧ユニットの基準信号と信号生成ユニットによって生成された制御信号とを比較してパルス信号を出力し、制御ユニットに比較ユニットのパルス信号に基づいてモータの最低回転速度、最高回転速度および特性曲線転換点を制御させ、折れ線状のファン回転速度特性曲線を設計することによって任意の二点から構成されるファンの回転速度特性曲線を容易に設計でき、特性曲線の設定に変換回路が必要ないので設計コストを低減できる。

本発明の目的、特徴および効果を示す好適な実施例を図に沿って詳細に説明する。
図３に示すように、本発明の実施例の折れ線状のファン回転速度特性曲線を設計する回路は、主に、分圧ユニット１０、信号生成ユニット２０、比較ユニット３０、制御ユニット４０を備える。

図４に示すように、簡素化された分圧ユニット１０’は電力を受信して分圧することができ、その電力のレベルに基づいて基準信号Ｖrefを出力し、簡素化された分圧ユニット１０’はその電力の電圧レベルの高低に基づいて出力する基準信号のレベルにＶ、Ｖ’の高低変化を生成させることができる。信号生成ユニット２０は高低レベルＶＨ、ＶＬのオシレータ信号（図４に示すような三角波または鋸波などであり、これらに制限されない）を出力することができ、オシレータ信号レベルの変動範囲は固定されている。

前記比較ユニット３０は、簡素化された分圧ユニット１０’および信号生成ユニット２０と接続され、簡素化された分圧ユニット１０’の出力レベルと信号生成ユニット２０の出力レベル（即ち、簡素化された分圧ユニット１０’の基準信号Ｖrefと信号生成ユニット２０のオシレータ信号）との対比結果に基づいてパルス信号を生成する。

前記制御ユニット４０は、比較ユニット３０と接続され、比較ユニット３０が出力するパルス信号に基づいてファンモータの回転速度を制御する。例えば、簡素化された分圧ユニット１０’が出力する基準信号と電力レベルとの比率設定（即ち、分圧）を利用して基準信号が最低レベルのとき制御信号より大きくならない確率を調整し、比較ユニット３０の出力状態を変更し（例えば、高レベルを低レベルに変換したり、低レベルを高レベルに変換したりする）、パルス信号を形成することによって制御ユニット４０はパルス幅が形成したデューティサイクルに基づいて電気的に接続されたモータ（図示せず）を所定の最低回転速度で回動させる。このように、最低回転速度分圧設定部は分圧方式で、ファンモータの最低回転速度を設定する電圧信号を生成するが、この最低回転速度が図６〜９に示す(Ｓ１)であり、これによって使用者が要求した任意の最低回転速度初期値を達成する。同様の原理で、最高回転速度分圧設定部は分圧方式で、ファンモータの最高回転速度を設定する電圧信号を生成し、この最高回転速度が図６〜９に示す(Ｓ２)であるが、高回転速度特性曲線転換点の分圧設定部および最高回転速度分圧設定部によって最高回転速度値を設計することができる。
なお、回転速度特性曲線は、図６〜９に示すように、前記分圧ユニット１０,１０’の四つの分圧設定に基づいて設定される前記ファンモータの回転速度を縦軸とし、且つ供給される電圧またはＰＷＭデューティーサイクルを横軸とし、前記高回転速度特性曲線転換点は使用者が要求する最高回転速度値に対応する前記供給される電圧又はＰＷＭデューティーサイクルに転換する点で、前記低回転速度特性曲線転換点は使用者が要求する任意の低回転速度初期値に対応する前記供給される電圧もしくはＰＷＭデューティーサイクル、又は前記ファンモータが停止する前記供給される電圧もしくはＰＷＭデューティーサイクルに転換する点とした折れ線状のファンモータ回転速度特性曲線を設計することを特徴とする折れ線状のファンモータ回転速度特性曲線を設計することができる。

実施可能な実施例において、簡素化された分圧ユニット１０’の各分圧設定部は、少なくとも第１の分圧素子１１および第２の分圧素子１２を備え、お互いに電気的に接続されて分圧作用を形成する（図４を参照、しかしこれに制限されない）。第１の分圧素子１１および第２の分圧素子１２は、抵抗、ツェナーダイオードまたはその他の同等効果の素子とすることができる。比較ユニット３０は演算増幅器である（必要なときは周辺素子を電気的に接続可能）。制御ユニット４０は演算増幅器、トランジスタまたはＩＣなどから構成することができる。また、必要に応じて周辺素子を電気的に接続することができる。

図５は本発明の一実施例を示し、電源ＶＳＳが入力されたとき、逆圧ダイオード５１を通じて駆動ユニット５０（即ち、比較ユニット３０および制御ユニット４０）に伝送される。駆動ユニット５０にはホール素子５２が接続され、ホール素子５２は出力ユニット６０の回転子の磁極変化を検知し、正電圧Ｈ＋および負電圧Ｈ−を生成して出力する。分圧ユニット１０は基準電圧１３、高回転速度特性曲線転換点の分圧設定部(高回転速度時のＰＷＭdutycycleの値等)１４、最高回転速度分圧設定部１５、最低回転速度分圧設定部１６および低回転速度特性曲線転換点の分圧設定部(低回転速度時のＰＷＭdutycycleの値等）１７を備える。

このような構成により、低レベル電力（電源）が供給されたとき、分圧ユニット１０の基準信号は信号生成ユニット２０の制御信号２１より小さいので、比較ユニット３０の出力は信号生成ユニット２０の制御信号２１の影響を受けず、制御ユニット４０は電気的に接続された少なくとも一つのモータ（図示せず）を全速回転させ、高回転速度特性曲線転換点の分圧設定部１４および最高回転速度分圧設定部１５によって使用者が要求する最高回転速度値Ｓ２およびそれに対応する最高回転速度電圧Ｖ２またはＰＷＭデューティサイクルＤ２を決定することができる（図６を参照）。

最低回転速度分圧設定部１６の設定によって上述の供給電力レベルが上昇し、分圧ユニット１０の基準信号が信号生成ユニット２０の制御信号２１より大きくなるとき、比較ユニット３０の出力は信号生成ユニット２０の制御信号２１の影響を受け（逆相信号を出力）、制御ユニット４０は電気的に接続されたモータ（図示せず）を最低速回転させ、使用者が要求する最低回転速度初期値Ｓ１およびそれに対応する最低回転速度電圧Ｖ１またはＰＷＭデューティサイクルＤ１を決定することができる（図６を参照）。同様の原理で、低回転(特性曲線)転換点の分圧設定部によって特性曲線転換点７０を決定し、図６に示すような、折れ線状のファン回転速度特性曲線を設計することができる。

また、高回転速度特性曲線転換点の分圧設定部がＩＣ内部に設計された高回転速度電圧のとき、またはＰＷＭデューティサイクルが１００％入力のとき、三つの分圧設計によって折れ線状のファン回転速度特性曲線を設計が達成される。
このように、最高回転速度値Ｓ２およびそれに対応する最高回転速度電圧Ｖ２またはＰＷＭデューティサイクルＤ２と、最低回転速度初期値Ｓ１およびそれに対応する最低回転速度電圧Ｖ１またはＰＷＭデューティサイクルＤ１との間は、図６に示すように、回転速度電圧Ｖとファン回転速度とは比例して直線となり、折れ線状のファン回転速度特性曲線となるが、分圧設定部がＩＣ内部に設計される場合はコントロールＩＣの１００％内部設定にり外部設定の必要がない。

図６から９は、本発明の四種の実施可能な特性曲線を示すものであり、ターミナルの要求に基づいて任意の二点から構成される曲線の設計が達成される。
図７の場合は、低レベル電力（電源）が供給されたとき、分圧ユニット１０の基準信号は信号生成ユニット２０の制御信号２１より小さいので、比較ユニット３０の出力は信号生成ユニット２０の制御信号２１の影響を受けず、制御ユニット４０は電気的に接続された少なくとも一つのモータを全速回転させ、高回転速度特性曲線転換点の分圧設定部１４および最高回転速度分圧設定部１５によって使用者が要求する最高回転速度値Ｓ２およびそれに対応する最高回転速度電圧Ｖ２またはＰＷＭデューティサイクルＤ２を決定する。

最低回転速度分圧設定部１６の設定によって、供給電力レベルが上昇し、分圧ユニット１０の基準信号が信号生成ユニット２０の制御信号２１より大きくなるとき、比較ユニット３０の出力は信号生成ユニット２０の制御信号２１の影響を受け（逆相信号を出力）、制御ユニット４０は電気的に接続されたモータを最低速回転させ、設定された最低回転速度初期値Ｓ１およびそれに対応する最低回転速度電圧Ｖ１またはＰＷＭデューティサイクルＤ１を決定することができ、この場合には特性曲線転換点７０はない。
同様に、図８の場合には、最低回転速度電圧Ｖ１またはＰＷＭデューティサイクルＤ１とファン速度とが共に零に設定した場合であり、図９の場合には、使用者が要求する最低回転速度初期値Ｓ１が零、即ち、ファンが停止する最低回転速度電圧Ｖ１またはＰＷＭデューティサイクルＤ１を決定するようした場合である。

このように、電力を受信して分圧し、その電力のレベルに基づいてレベルが変動する基準信号を出力し、最高回転速度分圧設定部１５、最低回転速度分圧設定部１６、高回転速度特性曲線転換点の分圧設定部１４および低回転速度特性曲線転換点の分圧設定部１７を備える分圧ユニット１０と、制御信号２１を出力する信号生成ユニット２０と、分圧ユニット１０および信号生成ユニット２０と接続され、基準信号と制御信号２１との対比結果に基づいてパルス信号を生成する比較ユニット３０と、比較ユニット３０と接続される制御ユニット４０であって、比較ユニット３０が出力するパルス信号に基づいて接続されたファンモータの回転速度を制御する制御ユニット４０とを備えたもので、図５に示すように、分圧ユニット１０の四つの分圧設定に基づいて折れ線状のファン回転速度特性曲線を設計する回路で、IC内部参考電圧が安定した電圧に至らない状態では、ファンは最高速度の運転を確保して放熱効果を高め、入力された制御電源が高レベルとなった時は、簡単にファンを最低速度で回転するようしたものである。

以上の説明は本発明の実施例を示すものであり、本発明を制限するものではなく、例えば構成または設置形態の変換、各種変更、修飾および応用等による効果等の本発明の主旨に基づく変更は全て本発明の権利範囲に含まれる。

従来技術によるファン回転速度特性曲線を示す図である。 従来技術によるファン回転速度特性曲線を示す図である。 本発明によるファン回転速度特性曲線の構造を示すブロック図である。 図３における波形を示した図である。 本発明の一実施例を示す図である。 本発明の実施可能なファン回転速度特性曲線を示す図である。 本発明の実施可能なファン回転速度特性曲線を示す図である。 本発明の実施可能なファン回転速度特性曲線を示す図である。 本発明の実施可能なファン回転速度特性曲線を示す図である。

符号の説明

１０、１０’ 分圧ユニット
１１ 第１の分圧素子
１２ 第２の分圧素子
１３ 基準電圧
１４ 高回転速度特性曲線転換点の分圧設定部
１５ 最高回転速度分圧設定部
１６ 最低回転速度分圧設定部
１７ 低回転速度特性曲線転換点の分圧設定部
２０ 信号生成ユニット
２１ 制御信号
３０ 比較ユニット
４０ 制御ユニット
５０ 駆動ユニット
５１ 逆圧ダイオード
５２ ホール素子
６０ 出力ユニット
７０ 特性曲線転換点

Claims (9)

1. 電力を受信して分圧し、前記電力のレベルに基づいてレベルが変動する基準信号を出力し、ファンモータの最高回転速度を設定する電圧信号を生成する最高回転速度分圧設定部、ファンモータの最低回転速度を設定する電圧信号を生成する最低回転速度分圧設定部、ファンモータの回転速度特性曲線の高回転速度での転換点を生成する高回転速度特性曲線転換点の分圧設定部および低回転速度での転換点を生成する低回転速度特性曲線転換点の分圧設定部を備える分圧ユニットと、
   制御信号を出力する信号生成ユニットと、
   前記分圧ユニットおよび前記信号生成ユニットと接続され、前記基準信号と前記制御信号との対比結果に基づいてパルス信号を生成する比較ユニットと、
   前記比較ユニットと接続される制御ユニットであって前記比較ユニットが出力するパルス信号に基づいて接続されたファンモータの回転速度を制御する制御ユニットと、を備え、
   前記分圧ユニットの四つの分圧設定に基づいて設定される前記ファンモータの回転速度を縦軸とし、且つ供給される電圧またはＰＷＭデューティーサイクルを横軸とし、前記高回転速度特性曲線転換点は、使用者が要求する最高回転速度値に対応する前記供給される電圧又はＰＷＭデューティーサイクルに転換する点で、前記低回転速度特性曲線転換点は、使用者が要求する低回転速度初期値に対応する前記供給される電圧もしくはＰＷＭデューティーサイクル、又は前記ファンモータが停止する前記供給される電圧もしくはＰＷＭデューティーサイクルに転換する点とした折れ線状のファンモータ回転速度特性曲線を設計することを特徴とする折れ線状のファン回転速度特性曲線を設計する回路。
2. 前記信号生成ユニットが生成する制御信号は、電圧信号であることを特徴とする請求項１記載の折れ線状のファン回転速度特性曲線を設計する回路。
3. 前記信号生成ユニットが生成する制御信号は、ＰＷＭ信号であることを特徴とする請求項１記載の折れ線状のファン回転速度特性曲線を設計する回路。
4. 前記分圧ユニット中の各分圧設定部は、少なくとも第１の分圧素子および第２の分圧素子を備えることを特徴とする請求項１記載の折れ線状のファン回転速度特性曲線を設計する回路。
5. 前記第１の分圧素子および第２の分圧素子は、抵抗であることを特徴とする請求項４記載の折れ線状のファン回転速度特性曲線を設計する回路。
6. 前記第１の分圧素子および第２の分圧素子は、ツェナーダイオードであることを特徴とする請求項４記載の折れ線状のファン回転速度特性曲線を設計する回路。
7. 前記制御ユニットは、ダイオードおよびそれに接続された周辺素子であることを特徴とする請求項１記載の折れ線状のファン回転速度特性曲線を設計する回路。
8. 前記制御ユニットは、ＩＣであることを特徴とする請求項１記載の折れ線状のファン回転速度特性曲線を設計する回路。
9. 前記比較ユニットは、演算増幅器であることを特徴とする請求項１記載の折れ線状のファン回転速度特性曲線を設計する回路。
   

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