JP6301380B2

JP6301380B2 - 高電圧保護システム

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Publication number: JP6301380B2
Application number: JP2016028623A
Authority: JP
Inventors: ▲わん▼揚陳; 治世楊; 家駿劉
Original assignee: 旺玖科技股▲ふん▼有限公司
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Filing date: 2016-02-18
Publication date: 2018-03-28
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Description

本発明は、高電圧保護システム（High Voltage Protection System）に関し、特に、モータコイルの回転速度を調整するための高電圧保護システムに関する。

科学技術の日進月歩に伴い、各種の高性能の電子製品も幅広く応用されている。今のところ、電子製品は、高処理速度、低反応時間、及び高規格処理器の他に、携帯性及び小型化を具備する体積も要し、これにより、使用者は、随時に高効率の方式で製品を使用することができる。例えば、アイフォン(i-phone)のiPhone 5s規格では、A7の処理器が用いられているが、iPhone 6 Plus規格では、A8の処理器が用いられている。また、家庭用パソコンの中央処理装置も、Intel Core i5からIntel Core i7にアップデートされている。電子製品内の処理器のクロック周波数が増加するにつれて、消費されるパワー及び生成される温度も上昇する。よって、多くの放熱ファン、水冷システム、放熱ゴム及び放熱片の放熱品質も益々使用者に重要視されている。これらの放熱メカニズムでは、水冷システムは、放熱効果が最も良いが、体積が大きく、価格が高く、噪音が高いなどの欠点もある。放熱ゴム及び放熱片は、体積が最も小さいが、熱伝導が比較的良い媒体のみ用いて熱を空気へ導出するので、放熱効果が限られている。よって、今のところ、大多数の電子製品は、その放熱方式が依然として放熱ファンを主流としている。

一般的な電子製品は、使用時に、電圧が不安定になったり、瞬時的高電圧が侵入したりすることがある。例えば、家庭用パソコンを使用する時に、外の雷により交流電圧が不安定になり、ノートパソコン使用時に電池がまもなく切れる時に、電池の出力電圧が不安定になり、また、使用者の誤操作によりプラグが規格外ソケットに挿入されるなどのことがある。よって、従来の放熱ファン回路は、放熱ファンを高電圧による破壊から保護するために、２種類の設計がある。一つは、従来の放熱ファン回路に過電圧保護回路(Over Voltage Protection Circuit)が含まれており、異常な高電圧が入力された時に、ファン電源をオフさせてファンの運転を停止させることで、回路保護の機能を実現することができる。しかしながら、ファンは、運転を停止している間に、その放熱機能も失ってしまう。言い換えれば、このような従来の放熱ファン回路は、異常な高電圧が入力された時に、放熱する必要がある素子(例えば、CPU)が過熱で損壊することをもたらす可能性がある。もう一つは、従来の放熱ファン回路に電圧レギュレータ(Voltage Regulator)が含まれており、異常な高電圧が入力された時に、該電圧を安定な電圧に変換することで、ファン回路を保護することができる。しかしながら、ファン回路が比較的大きい稼働電流下で作動する時に、電圧レギュレータのパワーが上がらなければならないので、電圧レギュレータのサイズもそれに伴って大きくなってしまう。

Taiwan（台湾）No.201332261（2013/08/01） Taiwan（台湾）No.201308875（2013/02/16） Taiwan（台湾）No.M272301（2005/08/01）

本発明の目的は、高電圧保護システム（High Voltage Protection System）を提供することにある。

本発明の一実施例によれば、高電圧保護システムが提供され、それは、高電圧処理回路、パルス幅変調信号出力回路、駆動回路、及びコイルモジュールを含む。高電圧処理回路は、高電圧を受信して処理するために用いられ、パルス幅変調信号出力回路は、高電圧処理回路にカップリングされ、パルス幅変調信号を生成するために用いられる。駆動回路は、パルス幅変調信号出力回路にカップリングされ、パルス幅変調信号を受信してこれに基づいて駆動電圧を生成するために用いられる。コイルモジュールは、駆動回路にカップリングされ、駆動電圧に基づいて運転する。パルス幅変調信号出力回路は、高電圧処理回路により、高電圧の電圧強度（大小）に基づいて、対応するパルス幅変調信号を生成することで、コイルモジュールを保護することができる。

本発明の他の実施例によれば、高電圧保護システムが提供され、それは、高電圧処理回路、駆動チップ、及びコイルモジュールを含む。高電圧処理回路は、高電圧を受信して処理することで、パルス幅変調電圧を生成するために用いられる。駆動チップは、高電圧処理回路にカップリングされ、少なくとも一つの駆動電圧を生成するために用いられる。コイルモジュールは、駆動チップにカップリングされ、少なくとも一つの駆動電圧に基づいて運転する。駆動チップは、高電圧処理回路により、高電圧の電圧強度に基づいて、対応する少なくとも一つの駆動電圧を生成することで、コイルモジュールを保護することができる。

本発明の他の実施例によれば、高電圧保護システムが提供され、それは、電圧レギュレータ、高電圧処理回路、駆動チップ、及びコイルモジュールを含む。電圧レギュレータは、高電圧を受信し、該高電圧を降圧して降圧後の高電圧を生成するために用いられる。高電圧処理回路は、電圧レギュレータにカップリングされ、降圧後の高電圧を受信して処理することで、パルス幅変調電圧を生成するために用いられる。駆動チップは、高電圧処理回路にカップリングされ、少なくとも一つの駆動電圧を生成するために用いられる。コイルモジュールは、駆動チップにカップリングされ、少なくとも一つの駆動電圧に基づいて運転する。そのうち、駆動チップは、高電圧処理回路及び電圧レギュレータにより、高電圧の電圧強度に基づいて、対応する少なくとも一つの駆動電圧を生成することで、コイルモジュールを保護することができる。

本発明の第一実施例による高電圧保護システムの回路図である。本発明の第二実施例による高電圧保護システムの回路図である。本発明の第三実施例による高電圧保護システムの回路図である。本発明の第四実施例による高電圧保護システムの回路図である。本発明の第五実施例による高電圧保護システムの回路図である。本発明の第六実施例による高電圧保護システムの回路図である。

以下、添付した図面を参照しながら、本発明の各実施例を詳しく説明する。

第1図は、本実施例の高電圧保護システム100の回路図である。高電圧保護システム100は、高電圧処理回路10、パルス幅変調信号出力回路11、駆動回路12、及びコイルモジュール13を含む。

高電圧処理回路10は、高電圧VCCを受信して処理するために用いられ、パルス幅変調信号出力回路11は、高電圧処理回路10にカップリングされ、パルス幅変調信号PWMを生成するために用いられる。駆動回路12は、パルス幅変調信号出力回路11にカップリングされ、パルス幅変調信号PWMを受信してそれに従って駆動電圧を生成するために用いられる。コイルモジュール13は、駆動回路12にカップリングされ、駆動電圧に基づいて運転（ワーキング）する。

高電圧保護システム100では、高電圧処理回路10は、抵抗R1、抵抗R2、及び比較器CMP3を含む。抵抗R1は、高電圧VCCを受信するための第一端、及び第二端を含む。抵抗R2は、抵抗R1の第二端にカップリングされる第一端、及び接地端にカップリングされる第二端を含む。比較器CMP3は、基準電圧VREFを受信するための第一端、抵抗R2の第一端にカップリングされる第二端、及び比較信号Sをパルス幅変調信号出力回路11に出力するための出力端を含む。

以下、高電圧処理回路10の動作モードについて説明する。高電圧VCCは、抵抗R1及び抵抗R2により分圧され、分圧電圧VRを生成する。続いて、比較器CMP3は、分圧電圧VRと基準電圧VREFとの電圧強度（大小）を比較する。分圧電圧VRが基準電圧VREFよりも大きい(VR＞VREF)場合、比較器CMP3は、第一電圧レベルを有る比較信号Sを出力する。分圧電圧VRが基準電圧VREFよりも小さい(VR＜VREF)場合、比較器CMP3は、第二電圧レベルを有する比較信号Sを出力する。なお、ここで定義されている第一電圧レベルの比較信号S及び第二電圧レベルの比較信号Sは、二つの極性が同じである比較信号(Bipolar Signal)又は二つの極性が異なる比較信号(Unipolar Signal)であっても良い。基準電圧VREFは、システムにより設定されている又は使用者により設定されている直流電圧であっても良い。以下、前者の場合は、システム設定電圧とも言い、後者の場合は、使用者設定電圧とも言う。また、比較信号Sは、パルス幅変調信号出力回路11により受信される。

高電圧保護システム100では、パルス幅変調信号出力回路11は、マルチプレクサMUXを含む。マルチプレクサMUXは、比較信号Sを受信するための制御端、第一信号OVPを受信するための第一端、第二信号DPWMを受信するための第二端、及びパルス幅変調信号PWMを駆動回路12に出力するための出力端を含む。本実施例では、第一信号OVPは、使用者により設定されているファン回転速度過電圧保護設定(Over Voltage Protection Fan Rotation Speed Setting)のパルス幅変調信号であっても良い。第二信号DPWMは、システムにより予め設定されているパルス幅変調信号であっても良い。

以下、パルス幅変調信号出力回路11の動作モードについて説明する。マルチプレクサMUXの制御端が第一電圧レベルの比較信号Sを受信した時に(VR＞VREF)、マルチプレクサMUXは、第一信号OVPを選択して駆動回路12に出力し、言い換えると、駆動回路12が受信したパルス幅変調信号PWMは、第一信号OVPである。マルチプレクサMUXの制御端が第二電圧レベルの比較信号Sを受信した時に(VR＜VREF)、マルチプレクサMUXは、第二信号DPWMを選択して駆動回路12に出力し、言い換えると、駆動回路12が受信したパルス幅変調信号PWMは、第二信号DPWMである。

駆動回路12は、パルス幅変調信号PWM(第一信号OVP又は第二信号DPWM)を受信した後に、コイルモジュール13のために駆動電圧を生成する。なお、駆動回路12が生成した駆動電圧は、任意の形式の駆動電圧、例えば、非差動型(Non-Differential)駆動電圧又は差動型(Differential)駆動電圧であっても良く、或いは、コイルモジュール13がブリッジ型コイルモジュールである時に、駆動回路12は、複数のコイルモジュール13の端点に対応する駆動電圧を生成することができる。

高電圧保護システム100では、高電圧VCCの分圧電圧VRと基準電圧VREFとの比較により、マルチプレクサMUXの出力モードを制御することができる。よって、高電圧VCCが正常な動作電圧の区間にある時に、高電圧VCCの分圧電圧VRがVR＜VREFという条件を満たすため、マルチプレクサMUXが第二信号DPWM(システムにより予め設定されているパルス幅変調信号)を出力するように制御することができる。第二信号DPWMが比較的大きなデューティサイクル(Duty Cycle)に対応し、これにより、コイルモジュール13は高速運転を行うことができる。一方、高電圧VCCが異常な高電圧である時に、高電圧VCCの分圧電圧VRがVR＞VREFという条件を満たすため、マルチプレクサMUXは、第一信号OVP(使用者により設定されているパルス幅変調信号)を出力する。第一信号OVPは、比較的小さいデューティサイクル(Duty Cycle)に対応する。言い換えると、高電圧保護システム100は、高電圧時に、コイルモジュール13の動作モードを、比較的小さいデューティサイクルに対応する動作モードに自動で切り替えることができるので、高電圧保護の機能を有する。

第2図は、本実施例の高電圧保護システム200の回路図である。高電圧保護システム200は、高電圧処理回路10、パルス幅変調信号出力回路11、駆動回路12、及びコイルモジュール13を含む。

高電圧処理回路10は、高電圧VCCを受信して処理するために用いられ、パルス幅変調信号出力回路11は、高電圧処理回路10にカップリングされ、パルス幅変調信号PWMを生成するために用いられる。駆動回路12は、パルス幅変調信号出力回路11にカップリングされ、パルス幅変調信号PWMを受信してそれに従って駆動電圧を生成するために用いられる。コイルモジュール13は、駆動回路12にカップリングされ、駆動電圧に基づいて運転する。

高電圧保護システム200では、高電圧処理回路10は、抵抗R1、抵抗R2、抵抗R3、抵抗R4、抵抗R5、抵抗R6、及び加算器ADD1を含む。抵抗R1は、高電圧VCCを受信するための第一端、及び第二端を含む。抵抗R2は、抵抗R1の第二端にカップリングされる第一端、及び接地端にカップリングされる第二端を含む。抵抗R3は、抵抗R2にカップリングされる第一端、及び第二端を含む。抵抗R4は、直流電圧VDC1を受信するための第一端、及び抵抗R3の第二端にカップリングされる第二端を含む。抵抗R5は、第一端、及び接地端にカップリングされる第二端を含む。加算器ADD1は、抵抗R4の第二端にカップリングされる第一端、抵抗R5の第一端にカップリングされる第二端、及び重ね合わせ電圧V0をパルス幅変調信号出力回路11に出力するための出力端を含む。抵抗R6は、加算器ADD1の第二端にカップリングされる第一端、及び加算器ADD1の出力端にカップリングされる第二端を含む。高電圧処理回路10中の加算器ADD1は、非反転加算器であっても良い。

以下、高電圧処理回路10の動作モードについて説明する。高電圧VCCは、抵抗R1及び抵抗R2により分圧され、分圧電圧VRを生成する。分圧電圧VR及び直流電圧VDC1は、加算器ADD1(非反転加算器)により線形的に累加され、重ね合わせ電圧V0を生成する。重ね合わせ電圧V0と、直流電圧VDC1及び分圧電圧VRとの関係は、V0=α*(β*VR+γ*VDC1)であっても良く、そのうち、定数αは、(R5+R6)/R5であっても良く、定数βは、R4/(R3+R4)であっても良く、且つ定数γは、R3/(R3+R4)であっても良い。言い換えると、高電圧VCCが大きくなる時に、分圧電圧VRもそれに伴って大きくなるため、重ね合わせ電圧V0も大きくなり、且つ線形的な関係である。重ね合わせ電圧V0は、パルス幅変調信号出力回路11に入力される。

パルス幅変調信号出力回路11は、比較器CMP1、比較器CMP2、及びマルチプレクサMUXを含む。比較器CMP1は、加算器ADD1の出力端にカップリングされ且つ重ね合わせ電圧V0を受信するための第一端、鋸歯状波信号VSAWを受信するための第二端、及び、比較信号H1を出力するための出力端を含む。比較器CMP2は、直流電圧VDC1を受信するための第一端、直流電圧VDC2を受信するための第二端、及び比較信号Sを出力するための出力端を含む。マルチプレクサMUXは、比較信号Sを受信するための制御端、所定パルス幅変調信号H0を受信するための第一端、比較信号H1を受信するための第二端、及びパルス幅変調信号PWMを駆動回路12に出力するための出力端を含む。

以下、パルス幅変調信号出力回路11の動作モードについて説明する。パルス幅変調信号出力回路11では、直流電圧VDC1及び直流電圧VDC2は、使用者自らが設定している二つの直流電圧（即ち、使用者設定電圧）であっても良く、所定パルス幅変調信号H0は、使用者自らが設定しているパルス幅変調信号（即ち、使用者設定信号）であっても良い。直流電圧VDC1が直流電圧VDC2よりも大きい時(VDC1＞VDC2)に、比較器CPM2は、第一電圧レベルの比較信号Sを出力し、直流電圧VDC1が直流電圧VDC2よりも小さい時(VDC1＜VDC2)に、比較器CPM2は、第二電圧レベルの比較信号Sを出力する。マルチプレクサMUXの制御端が第一電圧レベルの比較信号Sを受信した時(VDC1＞VDC2)に、マルチプレクサMUXは、比較信号H1を選択して駆動回路12に出力する。言い換えると、駆動回路12が受信したパルス幅変調信号PWMは、比較信号H1である。マルチプレクサMUXの制御端が第二電圧レベルの比較信号Sを受信した時(VDC1＜VDC2)に、マルチプレクサMUXは、所定パルス幅変調信号H0を選択して駆動回路12に出力する。言い換えると、駆動回路12が受信したパルス幅変調信号PWMは、所定パルス幅変調信号H0である。所定パルス幅変調信号H0は、使用者自らが設定するパルス幅変調信号であっても良い。なお、比較信号H1、重ね合わせ電圧V0、及び鋸歯状波信号VSAWの間の関係については後述する。

駆動回路12は、パルス幅変調信号PWMを受信した後に(所定パルス幅変調信号H0又は比較信号H1)、コイルモジュール13のために駆動電圧を生成する。なお、駆動回路12が生成する駆動電圧は、任意の形式の駆動電圧、例えば、非差動型(Non-Differential)駆動電圧又は差動型(Differential)駆動電圧であっても良く、或いは、コイルモジュール13がブリッジ型コイルモジュールである時に、駆動回路12は、複数のコイルモジュール13の端点に対応する駆動電圧を生成することができる。

より詳しく説明するために、ここでは、高電圧保護システム200における比較信号H1、重ね合わせ電圧V0、及び鋸歯状波信号VSAWの間の関係を説明する。高電圧VCCが大きくなる時に、対応する分圧電圧VRも大きくなる。よって、重ね合わせ電圧V0は、前述の公式、即ちV0=α*(β*VR+γ*VDC1)に基づいて、分圧電圧VRと共に線形的に増加する。重ね合わせ電圧V0は、その後、鋸歯状波信号VSAWと共に比較器CPM1により出力される。また、鋸歯状波信号VSAWは、固定の信号である。よって、重ね合わせ電圧V0が増加する時に、鋸歯状波信号VSAWの電圧よりも大きい時間区間もそれに伴って下降する。よって、比較器CPM1が出力した、パルス幅変調信号特徴を有する比較信号H1におけるパルス幅もそれに伴って下降する。言い換えると、高電圧VCCが大きくなる時に、比較的小さいパルス幅の比較信号H1が生じる。また、鋸歯状波信号VSAWが一定の勾配の波形を有する信号であるため、高電圧VCCの電圧の変化は、比較信号H1のパルス幅と線形的な関係を有する。即ち、高電圧VCCが大きくなる時に、比較信号H1のパルス幅が比例して小さくなるため、コイルモジュール13は、比較的小さいデューティサイクル(Duty Cycle)で運転する。

また、高電圧保護システム200では、高電圧VCCが一つの閾値を超えた時に、比較器CPM1が飽和動作電圧に達するため、重ね合わせ電圧V0の値は、飽和動作電圧に限定される。言い換えると、高電圧VCCが一つの閾値よりも大きい時に、比較器CPM1が出力した比較信号H1のパルス幅は固定値であるので、コイルモジュール13は、アイドルデューティサイクル(Duty Cycle)で運転するようになる。言い換えると、高電圧保護システム200は、比較信号H1下で運作する場合、高電圧が大き過ぎて閾値を超えた時に、コイルモジュール13は、運転を停止せず、アイドルデューティサイクル(Duty Cycle)で運転することができる。

簡単に言うと、高電圧保護システム200は、次のような幾つかの動作モードを有する。(A)使用者の設定がVDC1＜VDC2を満足した時に、マルチプレクサMUXは、所定パルス幅変調信号H0を選択して駆動回路12に出力することで、コイルモジュール13は、使用者自らが設定しているデューティサイクルで運転することができる。(B)使用者の設定がVDC1＞VDC2を満足した時に、マルチプレクサMUXは、比較信号H1を選択して駆動回路12に出力し、比較信号H1のパルス幅は、高電圧VCCと線形的な関係を有する。高電圧VCCの電圧が大きいほど、比較信号H1のパルス幅が小さい。よって、コイルモジュール13は、高電圧VCCの電圧に基づいて、対応するデューティサイクルを自動で比例して調整し、運転することができる。(C)使用者の設定がVDC1＞VDC2を満足し且つ高電圧VCCが一つの閾値よりも大きい時に、コイルモジュール13は、アイドルデューティサイクル(Duty Cycle)で運転することができる。高電圧保護システム200は、異なる高電圧VCCについて、手動又は自動で適切なデューティサイクルを選択して、コイルモジュール13が運転するようにさせることができるので、高電圧の保護機能を有する。

第3図は、本実施例の高電圧保護システム300の回路図である。高電圧保護システム300は、高電圧処理回路10、パルス幅変調信号出力回路11、駆動回路12、及びコイルモジュール13を含む。

高電圧保護システム300では、高電圧処理回路10の回路及び機能は、高電圧保護システム200の高電圧処理回路10と同様であるため、ここでは説明が省略される。

高電圧保護システム300のパルス幅変調信号出力回路11は、高電圧保護システム200のパルス幅変調信号出力回路11と比べ、比較器CMP2及びマルチプレクサMUXが省略されている。言い換えると、高電圧保護システム300では、パルス幅変調信号出力回路11が比較器CMP1のみ含む。比較器CMP1は、高電圧処理回路10の加算器ADD1の出力端にカップリングされ且つ重ね合わせ電圧V0を受信するための第一端、鋸歯状波信号VSAWを受信するための第二端、及び比較信号H1を出力するための出力端を含む。比較信号H1は、駆動回路12に入力されるパルス幅変調信号PWNと見なされる。

駆動回路12は、比較信号H1を受信した後に、コイルモジュール13のために駆動電圧を生成することができる。

言い換えると、高電圧保護システム300は、高電圧保護システム200と比べ、手動機能が省略されている。即ち、高電圧保護システム300では、コイルモジュール13は、高電圧保護システム200中の(B)モード及び(C)モードに類似したモードに基づいて動作する。高電圧VCCが大きいほど、比較信号H1のパルス幅が小さい。よって、コイルモジュール13は、高電圧VCCに基づいて、対応するデューティサイクルを自動で比例して調整し、運転することができる。高電圧VCCが一つの閾値よりも大きい時に、コイルモジュール13は、アイドルデューティサイクル(Duty Cycle)で運転することができる。高電圧保護システム300は、異なる高電圧VCCについて、適切なデューティサイクルを自動で選択してコイルモジュール13を運転させることができるので、高電圧の保護機能を有する。

上述の高電圧保護システム100〜300は、集積回路(Integrated Circuit)に統合される高電圧保護システムであっても良い。しかしながら、一般性を失わないように、以下、外部回路としての高電圧保護システムの実現方式についても説明する。

第4図は、本実施例の高電圧保護システム400の回路図である。高電圧保護システム400は、高電圧処理回路14、駆動チップ15、及びコイルモジュール16を含む。

高電圧処理回路14は、高電圧VCC’(ノードAの電圧)を受信して処理し、パルス幅変調電圧VPWMを生成するために用いられる。駆動チップ15は、高電圧処理回路14にカップリングされ、少なくとも一つの駆動電圧を生成するために用いられる。コイルモジュール16は、駆動チップ15にカップリングされ、少なくとも一つの駆動電圧に基づいて運転する。

また、高電圧信号VCC’の棘波（Spike Wave）による干渉を緩和するために、高電圧保護システム400は更に、スナバ回路17(Snubber Circuit)を含んでも良く、スナバ回路17は、高電圧処理回路14にカップリングされる。

高電圧保護システム400における高電圧VCCは、ダイオードD0の陽極により受信され、ダイオードD0の陰極は、高電圧信号VCC’を出力することができる。しかしながら、このダイオードD0の機能は逆電流の防止であり、順方向電流の場合、ダイオードD0は、一つの金属導体に等しい（等価）。言い換えると、一般的な順方法電流の操作下で、高電圧VCCの電圧強度は、高電圧信号VCC’の電圧強度にほぼ等しい(ノードAの電圧VCC’は高電圧VCCにほぼ等しい)。なお、他の実施例では、ダイオードD0を省略しても良い。

スナバ回路17は、抵抗R7及びコンデンサC0を含む。抵抗R7は、ダイオードD0の陰極にカップリングされる第一端、及び第二端を含む。コンデンサC0は、抵抗R7の第二端にカップリングされる第一端、及び接地端にカップリングされる第二端を含む。本実施例では、抵抗R7は、コンデンサC0を保護し、棘波による干渉を低減するために、4.7オームよりも小さいものと設定されても良い。なお、他の実施例では、スナバ回路17を省略しても良い。

高電圧処理回路14は、ツェナーダイオードZD及び抵抗R8を含む。ツェナーダイオードZDは、高電圧VCC’を受信するための陰極、及び陽極を含む。抵抗R8は、ツェナーダイオードZDの陽極にカップリングされ、パルス幅変調電圧VPWMを駆動チップ15に出力するための第一端、及び接地端にカップリングされる第二端を含む。

高電圧処理回路14の動作モードは、次のようであり、即ち、ツェナーダイオードZDの崩れ電圧がVZ(例えば、15V)で且つ高電圧VCC’(高電圧VCCにほぼ等しい電圧)が正常な稼働電圧範囲内にある時に、高電圧VCC’がVCC’＜VZ(15V)を満足すると仮定する場合、ツェナーダイオードZDが順方向の域に動作する。よって、出力パルス幅変調電圧VPWMの電圧は0である。逆に、ツェナーダイオードZDの崩れ電圧がVZ(15V)で且つ高電圧VCC’(高電圧VCCにほぼ等しい)が異常な高圧である時に、高電圧VCC’がVCC’＞VZ(15V)を満足すると仮定する場合、ツェナーダイオードZDが崩れの域に動作する。よって、出力パルス幅変調電圧VPWMの電圧はVCC’-VZである。出力パルス幅変調電圧VPWMは、駆動チップ15により受信される。

高電圧保護システム400の駆動チップ15は、抵抗8の第一端にカップリングされ且つパルス幅変調電圧VPWNを受信する第一端、接地端にカップリングされる第二端、及び駆動電圧をコイルモジュール16に出力する出力端O1及びO2を含む。

駆動チップ15の動作モードについては、次のように説明する。駆動チップ15が受信した出力パルス幅変調電圧VPWMの電圧が0である時(高電圧VCC’が正常な稼働電圧であることを示す)に、駆動チップ15は、大きいデューティサイクルの駆動電圧をコイルモジュール16に出力し、コイルモジュール16を全速で運転させる。高電圧VCC’が崩れ電圧VZを超えた時に、VCC’が異常な高圧であることを示し、駆動チップ15は、対応する駆動電圧をコイルモジュール16に出力し、且つ、出力パルス幅変調電圧VPWMは、高電圧VCC’の電圧と比例(VCC’-VZであり、VZはオフセットと見なされても良い)するので、コイルモジュール16は、高電圧VCC’の電圧に従って比例して速度を落とし運転する。

また、高電圧保護システム400は、アイドル機能を導入することができ、例えば、高電圧処理回路14を適切に設計する(例えば、もう一つのツェナーダイオードを導入する)ことにより、駆動チップ15は、かなり大きい高電圧VCC’の下でも依然としてコイルモジュール16を駆動してアイドル運転を維持させることができる。高電圧保護システム400は、異なる高電圧VCC’について、自動で適切なデューティサイクルを選択してコイルモジュール16を運転させることができるので、高電圧の保護機能を有する。

第5図は、本実施例の高電圧保護システム500の回路図である。高電圧保護システム500は、高電圧処理回路14、駆動チップ15、及びコイルモジュール16を含む。

また、高電圧信号VCC’の棘波(Spike Wave)による干渉を緩和するために、高電圧保護システム500は、スナバ回路17(Snubber Circuit)を含んでも良く、スナバ回路17は、高電圧処理回路14にカップリングされる。なお、高電圧保護システム500における高電圧VCCは、ダイオードD0の陽極により受信され、ダイオードD0の陰極は、高電圧信号VCC’を出力する。しかしながら、このダイオードD0の機能は、逆電流の防止であり、順方向電流の時に、ダイオードD0は、一つの金属導体と等価する。言い換えると、一般的な順方向電流の操作下で、高電圧VCCの電圧強度は、高電圧信号VCC’の電圧強度にほぼ等しくなる(ノードAの電圧VCC’は、高電圧VCCにほぼ等しい)。なお、他の実施例では、ダイオードD0を省略しても良い。

スナバ回路17の回路及び機能は、高電圧保護システム400のスナバ回路17と同様であるため、ここではその説明が省略される。なお、他の実施例では、スナバ回路17を省略しても良い。

また、高電圧処理回路14内の抵抗R1、抵抗R2及び比較器CMP3の回路及び機能は、高電圧保護システム100の高電圧処理回路10と同様であるため、ここではその説明が省略される。

本実施例では、高電圧処理回路14は分圧回路Pも含み、それは、高電圧処理回路14内の比較器CMP3が出力した比較信号(比較的高い電圧を持つ)を降圧するために用いられる。本実施例では、分圧回路Pは抵抗Ra及び抵抗Rbを含み、抵抗Ra及び抵抗Rbの抵抗値は使用者自らが設定しても良い。なお、他の実施例では、分圧回路Pは三つ以上の抵抗の組み合わせにより形成されても良い。

本実施例では、駆動チップ15は、高電圧処理回路14が出力した、パルス幅変調電圧VPWNを有する信号を受信した時に、使用者自らが設定した電圧パラメータ(例えば、抵抗Ra及び抵抗Rbの（使用者により設定されている）抵抗値)に対応して異なる操作を行うことができる。より詳細に言えば、高電圧保護システム500の駆動チップ15は、分圧回路Pにカップリングされ且つパルス幅変調電圧VPWNを受信するための第一端、接地端にカップリングされる第二端、及び、駆動電圧をコイルモジュール16に出力するための出力端O1及びO2を含む。

駆動チップ15の動作モードは、次のように説明する。比較器CMP3が出力した比較信号(比較的高い電圧を有する)が分圧回路Pにより降圧された後に、その電圧は、パルス幅変調電圧VPWMである。駆動チップ15が受信した出力パルス幅変調電圧VPWMの電圧が第一レベルである時に、高電圧VCC’の分圧電圧VRが基準電圧VREFよりも大きい(VR＞VREF)ことを示し、駆動チップ15は、デューティサイクルが比較的小さいモードを採用してコイルモジュール16を運転させる。逆に、駆動チップ15が受信した出力パルス幅変調電圧VPWMの電圧が第二レベルである時に、高電圧VCC’の分圧電圧VRが基準電圧VREFよりも小さい(VR＜VREF)ことを示し、駆動チップ15は、デューティサイクルが比較的大きいモード、ひいては、全速モードを採用してコイルモジュール16を運転させる。しかしながら、高電圧保護システム500内の高電圧処理回路14が分圧回路Pを使用しているため、駆動チップ15の２種類の駆動モード(デューティサイクルが比較的大きいモード、及びデューティサイクルが比較的小さいモード)は、使用者自らが設定している方式で柔軟に調整することができる。

言い換えると、高電圧保護システム500では、高電圧VCC’が一つの閾値よりも低い時に、コイルモジュール16は、使用者自らが設定した、デューティサイクルが比較的大きいモード、ひいては、全速模式で運転することができ、これは、高電圧VCC’が正常な動作電圧範囲内にあることを表す。しかし、高電圧VCC’が一つの閾値よりも高い時に、コイルモジュール16は、使用者自らが設定した、デューティサイクルが比較的小さいモードで運転することができ、これは、高電圧VCC’が異常な動作電圧範囲にあることを表す。

なお、他の実施例では、高電圧保護システム500内の高電圧処理回路14の分圧回路Pが省略されても良い。言い換えると、高電圧保護システム500内の駆動チップ15の第一端は、比較器CMP3の出力端に直接カップリングされても良い。比較器CMP3は、パルス幅変調電圧VPWNを有する信号を駆動チップ15に直接出力しても良い。このような構成では、駆動チップ15の２種類の駆動模式(デューティサイクルが比較的大きいモード、及びデューティサイクルが比較的小さいモード)は、システムにより予め設定されている電圧パラメータを使用して、駆動を行っても良い。高電圧保護システム500は、異なる高電圧VCC’に対して、異なるデューティサイクルを選択し、コイルモジュール16を運転させることができるので、高電圧の保護機能を有する。

第6図は、本実施例の高電圧保護システム600の回路図である。高電圧保護システム600は、電圧レギュレータ18、高電圧処理回路14、駆動チップ15、及びコイルモジュール16を含む。

電圧レギュレータ18は、高電圧VCC’を受信し、高電圧VCC’を降圧して一つの降圧後の高電圧VCCA(ノードAの電圧)を生成するために用いられる。高電圧処理回路14は、電圧レギュレータ18にカップリングされ、降圧後の高電圧VCCAを受信して処理し、パルス幅変調電圧VPWMを生成するために用いられる。駆動チップ15は、高電圧処理回路14にカップリングされ、少なくとも一つの駆動電圧を生成するために用いられる。コイルモジュール16は、駆動チップ15にカップリングされ、少なくとも一つの駆動電圧に基づいて運転する。

降圧後の高電圧VCCAの棘波(Spike Wave)による干渉を緩和するために、高電圧保護システム600は、スナバ回路17(Snubber Circuit)も含んでも良く、スナバ回路17は、高電圧処理回路14にカップリングされる。なお、高電圧保護システム600中の高電圧VCCはダイオードD0の陽極により受信され、ダイオードD0の陰極は高電圧信号VCC’を出力する。しかしながら、このダイオードD0の機能は逆電流の防止であり、順方向電流の時に、ダイオードD0は一つの金属導体と等価する。言い換えると、一般的な順方向電流の操作下で、高電圧VCCの電圧強度は、高電圧信号VCC’の電圧強度にほぼ等しい。なお、他の実施例では、ダイオードD0を省略しても良い。

スナバ回路17の回路及び機能は、高電圧保護システム400のスナバ回路17と同様であるため、ここではその説明が省略される。なお、他の実施例では、スナバ回路17も省略しても良い。

高電圧処理回路14の回路及び機能は、高電圧保護システム400の高電圧処理回路14と同様であるため、ここではその説明が省略される。駆動チップ15の回路及び機能も、高電圧保護システム400駆動チップ15と同様であるため、ここではその説明が省略される。

高電圧保護システム600では、電圧レギュレータ18は、抵抗R9、抵抗R10、NPN型トランジスタQ1、コンデンサC1、及びツェナーダイオードZD1を含む。なお、本実施例の電圧レギュレータ18はこのような回路構造に限定されず、電圧安定機能を有する任意の回路は、高電圧保護システム600に応用されても良い。なお、各回路素子は、最大の耐圧極限（リミット）があり、高電圧VCCが極高の電圧であり、回路素子の耐圧極限を超えた場合、回路素子は、正常な機能を失い、高電圧保護システムの保護機能を失わせる可能性がある。よって、極高の高電圧VCCを考慮すると、電圧レギュレータ18は、その存在する必要性がある。

ここでは、一例を挙げて高電圧保護システム600の動作モードについて説明する。回路素子(例えば、IC素子)の耐圧極限が18Vであるとすると、高電圧保護システム600中の電圧レギュレータ18内のツェナーダイオードZD1の崩れ電圧は16Vと選択されても良い。よって、高電圧VCC(例えば、27V)は、電圧レギュレータ18により16V以下に降圧される。即ち、ノードAが対応する降圧後の高電圧VCCAは、16V以下の電圧である。しかしながら、16Vの電圧VCCAがコイルモジュール16にとって依然として異常な高圧である時に、高電圧処理回路14内のツェナーダイオードZDの崩れ電圧を14Vと選択し、コイルモジュール16の保護点としても良い。言い換えると、高電圧VCCを電圧レギュレータにより降圧した後に、その後の回路素子の正常な動作を保証することができる。しかしながら、降圧後の高電圧VCCAがツェナーダイオードZDの崩れ電圧よりも小さい場合、駆動チップ15は、全速モードでコイルモジュール16を運転させることができる。降圧後の高電圧VCCAが依然としてツェナーダイオードZDの崩れ電圧よりも大きい場合、駆動チップ15は、コイルモジュール16を、降圧後の高電圧VCCAの電圧に基づいて比例して運転させることができる。高電圧保護システム400の機能と同様に、高電圧保護システム600は、降圧後の高電圧VCCAに対して、自動で適切な比のデューティサイクルを選択してコイルモジュール16を運転させることができるので、高電圧の保護機能を有する。また、高電圧保護システム600は、電圧レギュレータ18が導入されているため、高電圧保護システム400と比べ、より高い高電圧VCCに耐えることができる。また、高電圧保護システム600の保護メカニズムは、電圧レギュレータ18及び高電圧処理回路14を同時に利用するため、電圧レギュレータ18内のトランジスタQ1の体積への要求も低くなる。

本発明の高電圧保護システム400、500及び600内の駆動チップ15は、パルス幅変調電圧VPWMを受信した時に、内部の論理回路、多項式回路、又は、ルックアップテーブルを用いるなどの任意の方式で、対応する駆動電圧を生成し、コイルモジュール16を駆動することができる。言い換えると、パルス幅変調電圧VPWMを駆動電圧に変換する機能を有する任意の駆動チップ15は、本発明の開示範囲に属する。

以上を纏めると、本発明は高電圧保護システムを提供し、該高電圧保護システムは、各種の異なる実施例を有することで、高電圧保護の機能を実現することができる。高電圧保護の方法としては、(A)異常な高電圧がある時に、コイルモジュールは、使用者自らが設定したパルス幅変調信号に従って、使用者自らが設定したデューティサイクルで運転し、(B)異常な高電圧がある時に、コイルモジュールは、高電圧と線形的な関係になるデューティサイクル下で運転し、(C)異常な高電圧がある時に、コイルモジュールはアイドルモードに入って下運転し、(D)異常な高電圧がある時に、電圧レギュレータを用いて降圧して電子素子を保護し、そして、コイルモジュールは、降圧後の電圧に従って、対応するモードで運転する。よって、本発明の高電圧保護システムは、異常な高電圧発生時に、放熱ファンのモータを運転保護ワーキングモードに切り替えることができる。よって、本発明の高電圧保護システムは、異常な高電圧によって駆動モータのパワーが増加した場合に、駆動素子が過大のパワーに耐えず壊れることが無いので、電源を直接オフする方式の従来の高電圧保護システムの保護回路と比べ、より優れた耐圧性、適応性、操作柔軟及び信頼性を有する。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこの実施形態に限定されず、本発明の趣旨を離脱しない限り、本発明に対するあらゆる変更は本発明の技術的範囲に属する。

100、200、300、400、500、600 高電圧保護システム
R1〜R10 抵抗
ADD1〜加算器
CMP1、CMP3 比較器
VDC1、VDC2 直流電圧
VR 分圧
V0 重ね合わせ電圧
VSAW 鋸歯状波信号
H1、H0、PWM、OVP、DPWM パルス幅変調信号
S 比較信号
10、14 高電圧処理回路
11 パルス幅変調信号出力回路
12 駆動回路
13、16 コイルモジュール
VCC、VCC’、VCCA 高電圧
VREF 基準電圧
D0 ダイオード
ZD、ZD1 ツェナーダイオード
C0、C1 コンデンサ
15 駆動チップ
17 スナバ回路
18 電圧レギュレータ
A ノード
Q1 トランジスタ
MUX マルチプレクサ
VPWM パルス幅変調電圧

Claims

高電圧保護システムであって、
高電圧を受信して処理するための高電圧処理回路；
前記高電圧処理回路にカップリングされ、パルス幅変調信号を生成するためのパルス幅変調信号出力回路；
前記パルス幅変調信号出力回路にカップリングされ、前記パルス幅変調信号を受信してそれに従って駆動電圧を生成するための駆動回路；及び
前記駆動回路にカップリングされ、前記駆動電圧に基づいて作動するコイルモジュールを含み、
前記パルス幅変調信号出力回路は、前記高電圧処理回路により、前記高電圧の電圧強度に基づいて前記パルス幅変調信号を生成して前記コイルモジュールを保護し、
前記高電圧処理回路は、第一抵抗、第二抵抗、第三抵抗、第四抵抗、第五抵抗、加算器、及び第六抵抗を含み
前記第一抵抗は、前記高電圧を受信するための第一端、及び、第二端を含み
前記第二抵抗は、前記第一抵抗の前記第二端にカップリングされる第一端、及び、接地端にカップリングされる第二端を含み
前記第三抵抗は、前記第二抵抗の前記第一端にカップリングされる第一端、及び、第二端を含み、
前記第四抵抗は、使用者設定電圧である第一直流電圧を受信するための第一端、及び、前記第三抵抗の前記第二端にカップリングされる第二端を含み、
前記第五抵抗は、第一端、及び、接地端にカップリングされる第二端を含み
前記加算器は、前記第四抵抗の前記第二端にカップリングされる第一端、前記第五抵抗の前記第一端にカップリングされる第二端、及び、重ね合わせ電圧を前記パルス幅変調信号出力回路に出力するための出力端を含み、
前記第六抵抗は、前記加算器の前記第二端にカップリングされる第一端、及び、前記加算器の出力端にカップリングされる第二端を含み、
前記パルス幅変調信号出力回路は、
第一比較器を含み、
前記第一比較器は、
前記加算器の出力端にカップリングされ、前記重ね合わせ電圧を受信するための第一端；
鋸歯状波信号を受信するための第二端；及び
前記パルス幅変調信号を前記駆動回路に出力するための出力端を含み、
前記重ね合わせ電圧は、前記高電圧と前記第一直流電圧とが線形的な関係に従って生成したものであり、前記パルス幅変調信号のパルス幅と前記重ね合わせ電圧の電圧強度とは線形的な関係がある、システム。
請求項１に記載のシステムであって、
前記パルス幅変調信号出力回路は、第一比較器、第二比較器、及びマルチプレクサを含み、
前記第一比較器は、
前記加算器の出力端にカップリングされ、前記重ね合わせ電圧を受信するための第一端；
鋸歯状波信号を受信するための第二端；及び
第一比較信号を出力するための出力端を含み、
前記第二比較器は、
前記第一直流電圧を受信するための第一端；
使用者設定電圧である第二直流電圧を受信するための第二端；及び
第二比較信号を出力するための出力端を含み、
前記マルチプレクサは、
前記第二比較信号を受信するための制御端；
所定パルス幅変調信号を受信するための第一端；
前記第一比較信号を受信するための第二端；及び
前記パルス幅変調信号を前記駆動回路に出力するための出力端を含み、
前記重ね合わせ電圧は、前記高電圧と前記第一直流電圧とが線形的な関係に従って生成したものであり、前記第一直流電圧が前記第二直流電圧よりも小さい時に、前記マルチプレクサは前記所定パルス幅変調信号を前記パルス幅変調信号として選択して前記駆動回路に出力し、前記第一直流電圧が前記第二直流電圧よりも大きい時に、前記マルチプレクサは、前記第一比較信号を前記パルス幅変調信号として選択して前記駆動回路に出力する、システム。