JP6718287B2 - モータ駆動装置、モータ駆動回路、モータ駆動icおよびそれを用いた冷却装置、電子機器 - Google Patents
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Description
特許文献3(特開2009−296839号公報)には、関連技術が開示される。この文献には、PWM信号を読み取り、補償演算を行い補償信号を求め、補償信号から補償値を加減算し、得られた補償後のPWM信号に基づき、ファンの回転数を制御する。
第1電流源、第2電流源をイネーブル状態とする第2モードでは、オシレータ電圧のスロープの傾きを直線とすることができ、従来のプラットフォームで使用することができる。
「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。
回路を1つのICとして集積化することにより、回路面積を削減することができるとともに、回路素子の特性を均一に保つことができる。
この態様によると、使用される状況に応じて第1パラメータαを与えることにより最適な補正特性を設定することができ、回転数制御信号に対する回転数の線形性を改善できる。
「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。回路を1つのICとして集積化することにより、回路面積を削減することができるとともに、回路素子の特性を均一に保つことができる。
図4は、第1の実施の形態に係る駆動IC200aを備える冷却装置2aの構成を示す回路図である。冷却装置2aは、たとえばデスクトップ型、あるいはラップトップ型のコンピュータ、ワークステーション、ゲーム機器、オーディオ機器、映像機器などに搭載され、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)、電源装置などの冷却対象(不図示)を冷却する。冷却装置2aは、冷却対象に対向して設けられたファンモータ6と、ファンモータ6を駆動する駆動装置9aを備える。
(i) R21=10kΩ、R22=100kΩ
(ii) R21=10kΩ、R22=10kΩ
(iii) R21=10kΩ、R22=100kΩ//470kΩ
100kΩ//470kΩは、100kΩと470kΩの並列接続である。この例では、(i)の組み合わせが最も目標特性に近づいている。
図9は、第2の実施の形態に係る駆動IC200bの回路図である。駆動IC200bは、図4の駆動IC200aに加えて、第1電流源CS1、第2電流源CS2、論理ゲート259をさらに備える。
駆動IC200bは、使用されるプラットフォームに応じて、第1モード、第2モードを切りかえて使用可能である。第1モードは、SELO端子にローレベルを入力することで選択される。第1モードでは、第1電流源CS1、第2電流源CS2はディセーブルであり、第1の実施の形態と同様に動作する。
最後に、冷却装置2の用途を説明する。図10は、冷却装置2を備えるPCの斜視図である。PC500は、筐体502、CPU504、マザーボード506、ヒートシンク508、および複数の冷却装置2を備える。
駆動IC200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。反対に、実施の形態において駆動IC200に外付けされる回路素子の一部は、駆動IC200に集積化されてもよい。図11(a)〜(c)は、第1変形例に係る駆動IC200の回路図である。図11(a)においては、キャパシタC21が駆動IC200に集積化される。これにより外付けのキャパシタが不要となり、コスト、実装面積を低減できる。
実施の形態では、R21<R22として、オシレータ電圧VOSCの下りスロープが長い場合を説明したがR21>R22として上りスロープの時間を長くしてもよい。この場合、制御パルスS3の論理を反転するか、もしくはTH端子の電圧VTHの極性を反転すればよい。
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、本発明はこれに限定されるものではなく、その他のモータの駆動にも利用可能である。
駆動段230の構成、駆動方式、実施の形態で説明したそれには限定されない。実施の形態では、ホール信号H+,H−に応じてOUT1端子、OUT2端子の出力電圧の振幅(包絡線)を変化させたが、振幅を一定としてもよい。
実施の形態で説明した各信号の極性、論理レベルは例示であり、適宜反転してもよい。
図12は、第3の実施の形態に係る駆動IC200を備える冷却装置2の構成を示す回路図である。冷却装置2は、たとえば図10に示したように、デスクトップ型、あるいはラップトップ型のコンピュータ、ワークステーション、ゲーム機器、オーディオ機器、映像機器などに搭載され、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)、電源装置などの冷却対象(不図示)を冷却する。冷却装置2は、冷却対象に対向して設けられたファンモータ6と、ファンモータ6を駆動する駆動装置9を備える。
図13は、図12の駆動IC200の構成を示すブロック図である。なお図13には、駆動信号S5を生成するための構成のみを示し、その他の構成は適宜省略する。
図16(a)は、駆動IC200の入力デューティ比DINと出力デューティ比DOUTの関係を示す図であり、図16(b)は、入力デューティ比DINとファンモータ6の回転数の関係を示す図である。(i)は目標特性を、(ii)は補正関数f(x)を用いずにy=axにもとづいて出力デューティ比を演算したときの特性を、(iii)は図12の駆動IC200の特性を示す。
図17(a)は、第1変形例に係る駆動IC200aのブロック図である。この変形例において第1パラメータαを示す第1情報は、デジタルデータとしてADJ端子に入力される。インタフェース回路280はADJ端子に入力されるデジタルデータを受信し、第1パラメータαを取得する。第1メモリ282は、第1パラメータαを保持する。同様に、第2パラメータβを示す第2情報、第3パラメータγを示す第3情報も、デジタルデータとしてSLOPE端子、MIN端子に入力される。インタフェース回路280は、デジタルデータから、第2パラメータβ、第3パラメータγを取得し、第2メモリ284、第3メモリ286に格納する。たとえばインタフェース回路280は、I2Cバスのレシーバであってもよい。なお各デジタルデータが時分割多重で伝送される場合、ADJ端子、SLOPE端子、MIN端子は、共通化することができる。またメモリ282,284,286は、不揮発性メモリであってもよいし、揮発性メモリであってもよい。
実施の形態では、PWM端子に対して、パルス幅変調された回転数制御信号SPWMが入力されたが、本発明はそれには限定されない。図17(b)は、第2変形例に係る駆動IC200bのブロック図である。駆動IC200bは、PWM端子に変えて、アナログ電圧VTHである回転数制御信号SINを受けるTH端子を備える。また入力回路201として、TH端子の電圧を入力デジタル値xに変換するA/Dコンバータ288を備える。
実施の形態では、図14のxCを、DIN=50%に対応する値としたが、本発明はそれには限定されず、DIN=33〜66%である範囲に対応する値に定めてもよい。あるいは、xCを設定する第4パラメータを外部から入力可能としてもよい。
実施の形態では、第2パラメータβ、第3パラメータγが外部から設定可能としたが、それらの一方あるいは両方は駆動IC200においてあらかじめ規定されてもよい。この場合、端子の数および外付けの抵抗の個数を減らすことができる。
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、本発明はこれに限定されるものではなく、その他の二相や三相モータの駆動にも利用可能である。
実施の形態はホールセンサ8が駆動IC200に外付けされる場合を説明したが、ホールセンサ8はホールに内蔵されてもよい。あるいはホールセンサ8を省略し、逆起電力にもとづいてロータの位置を検出するセンサレス駆動にも本発明は利用可能である。
Claims (32)
- ファンモータをPWM(Pulse Width Modulation)駆動するモータ駆動装置であって、
回転数を指示するアナログの制御電圧を受ける回転数制御端子と、
第1プラットフォームにおいて、それ自身と対接地間に、キャパシタおよび放電抵抗が並列に接続される第1オシレータ端子と、
その電圧が安定化される基準電圧ラインと前記第1オシレータ端子の間に直列に設けられる充電抵抗および第1スイッチと、
前記第1オシレータ端子に生ずるオシレータ電圧が上側しきい値に達すると、前記第1スイッチをターンオフし、前記オシレータ電圧が下側しきい値まで低下すると、前記第1スイッチをターンオンする切替回路と、
前記回転数制御端子の電圧をオシレータ電圧と比較し、制御パルスを生成するPWMコンパレータと、
少なくとも前記制御パルスにもとづきファンモータを駆動する出力回路と、
を備えることを特徴とするモータ駆動装置。 - 第2オシレータ端子をさらに備え、
前記第1プラットフォームにおいて前記充電抵抗は、前記第2オシレータ端子と前記第1オシレータ端子の間に外付けされ、
前記第1スイッチは、前記第2オシレータ端子と前記基準電圧ラインの間に設けられることを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動装置。 - 前記切替回路は、
前記基準電圧ラインと接地の間に順に直列に接続される第1抵抗、第2抵抗、第3抵抗と、
前記第3抵抗と並列に設けられた第2スイッチと、
前記第1抵抗と前記第2抵抗の接続点の電圧を、前記オシレータ電圧と比較するコンパレータと、
を含み、前記コンパレータの出力に応じて、前記第1スイッチおよび前記第2スイッチのオン、オフが制御され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。 - イネーブル状態において前記オシレータ端子に所定の充電電流をソースする第1電流源と、
イネーブル状態において前記オシレータ端子から所定の放電電流をシンクする第2電流源と、
をさらに含み、前記第1電流源、前記第2電流源の少なくとも一方は、前記切替回路によってオン、オフが制御可能に構成され、
前記切替回路は、(i)前記第1電流源および前記第2電流源をディセーブル状態として、前記第1スイッチのオン、オフを制御する第1モードと、(ii)前記第1スイッチをオフとし、前記第1電流源および前記第2電流源をイネーブル状態とし、前記第1電流源および前記第2電流源の少なくとも一方のオン、オフを制御する第2モードとが切りかえ可能であ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。 - イネーブル状態において前記オシレータ端子に所定の充電電流をソースする第1電流源と、
イネーブル状態において前記オシレータ端子から所定の放電電流をシンクする第2電流源と、
をさらに含み、
前記切替回路は、前記第1電流源および前記第2電流源をディセーブル状態として、前記第1スイッチを制御する第1モードと、前記第1スイッチをオフとして、前記第2電流源のオン、オフを制御する第2モードとが切りかえ可能であ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。 - 前記切替回路は、
前記基準電圧ラインと接地の間に順に直列に接続される第1抵抗、第2抵抗、第3抵抗と、
前記第3抵抗と並列に設けられた第2スイッチと、
前記第1抵抗と前記第2抵抗の接続点の電圧を、前記オシレータ電圧と比較するコンパレータと、
を含み、(i)前記第1モードにおいて、前記コンパレータの出力に応じて、前記第1スイッチおよび前記第2スイッチのオン、オフが制御され、(ii)前記第2モードにおいて、前記コンパレータの出力に応じて、前記第2電流源および前記第2スイッチのオン、オフが制御されることを特徴とする請求項5に記載のモータ駆動装置。 - 前記第2モードは、前記オシレータ端子に前記放電抵抗が接続されない第2プラットフォームにおいて選択されることを特徴とする請求項4から6のいずれかに記載のモータ駆動装置。
- 前記第1モードと前記第2モードを指示する選択信号を受けるセレクタ端子をさらに備えることを特徴とする請求項4から7のいずれかに記載のモータ駆動装置。
- ひとつの半導体基板に一体集積化されることを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載のモータ駆動装置。
- 前記回転数制御端子には、フィルタを介して、目標回転数に応じたデューティ比を有する入力パルス変調信号が入力されることを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載のモータ駆動装置。
- ファンモータと、
前記ファンモータを駆動する請求項1から10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。 - プロセッサと、
前記プロセッサを冷却する請求項11に記載の冷却装置と、
を備えることを特徴とする電子機器。 - ファンモータをPWM(Pulse Width Modulation)駆動するモータ駆動IC(Integrated Circuit)であって、
回転数を指示するアナログの制御電圧を受ける回転数制御端子と、
第1プラットフォームにおいて、それ自身と対接地間に、キャパシタおよび放電抵抗が並列に外付けされる第1オシレータ端子と、
前記第1プラットフォームにおいて、それ自身と前記第1オシレータ端子の間に充電抵抗が外付けされる第2オシレータ端子と、
その電圧が安定化される基準電圧ラインと前記第1オシレータ端子の間に設けられる第1スイッチと、
前記第1オシレータ端子に生ずるオシレータ電圧が上側しきい値に達すると、前記第1スイッチをターンオフし、前記オシレータ電圧が下側しきい値まで低下すると、前記第1スイッチをターンオンする切替回路と、
前記回転数制御端子の電圧をオシレータ電圧と比較し、制御パルスを生成するPWMコンパレータと、
少なくとも前記制御パルスにもとづきファンモータを駆動する出力回路と、
を備えることを特徴とするモータ駆動IC。 - イネーブル状態において前記オシレータ端子に所定の充電電流をソースする第1電流源と、
イネーブル状態において前記オシレータ端子から所定の放電電流をシンクする第2電流源と、
をさらに備え、
前記切替回路は、(i)前記第1電流源および前記第2電流源をディセーブル状態として、前記第1スイッチのオン、オフを制御する第1モードと、(ii)前記第1スイッチをオフ、前記第1電流源および前記第2電流源をイネーブル状態とし、前記第2電流源のオン、オフを制御する第2モードとが切りかえ可能であることを特徴とする請求項13に記載のモータ駆動IC。 - ファンモータと、
前記ファンモータを駆動する請求項13または14に記載のモータ駆動ICと、
を備えることを特徴とする冷却装置。 - プロセッサと、
前記プロセッサを冷却する請求項15に記載の冷却装置と、
を備えることを特徴とする電子機器。 - ファンモータをPWM(Pulse Width Modulation)駆動するモータ駆動回路であって、
前記ファンモータの回転数を指示する回転数制御信号が入力される回転数制御入力部と、
第1パラメータαを指示する第1情報が入力される第1設定入力部と、
下に凸に湾曲する補正関数y=f(x)が定義されており、かつ前記第1パラメータαにもとづいて、前記補正関数f(x)の湾曲の程度が変更可能であり、前記回転数制御信号および前記補正関数f(x)に応じた出力デューティ比を有する制御パルスを生成するデジタルパルス幅変調器と、
少なくとも前記制御パルスにもとづき前記ファンモータを駆動する出力回路と、
第2パラメータβを指示する第2情報が入力される第2設定入力部と、
を備え、
前記回転数制御信号の最小値に対応する値をx 0 、前記回転数制御信号の最大値に対応する値をx 100 とするとき、y=axなる直線に対応して、f(x 0 )=ax 0 、f(x 100 )=ax 100 を満たすように、前記補正関数y=f(x)が定義され、前記第2パラメータβは、aを規定することを特徴とするモータ駆動回路。 - 前記第1情報はアナログ電圧として前記第1設定入力部に入力されることを特徴とする請求項17に記載のモータ駆動回路。
- 前記第1情報はデジタルデータとして前記第1設定入力部に入力され、
前記第1設定入力部は、前記第1情報を保持する第1メモリを含むことを特徴とする請求項17または18に記載のモータ駆動回路。 - 前記第1設定入力部は、デジタルデータの前記第1情報を受信するI2C(Inter IC)バスインタフェース回路を含むことを特徴とする請求項17から19のいずれかに記載のモータ駆動回路。
- ファンモータをPWM(Pulse Width Modulation)駆動するモータ駆動回路であって、
前記ファンモータの回転数を指示する回転数制御信号を受ける回転数制御端子と、
前記回転数制御信号を入力デジタル値xに変換する入力回路と、
第1パラメータαを指示する第1情報を受ける第1設定端子と、
前記回転数制御信号の最小値に対応する入力デジタル値をx0、前記回転数制御信号の最大値に対応する入力デジタル値をx100とするとき、y=axなる直線に対応して、f(x0)=ax0、f(x100)=ax100を満たす下に凸に湾曲する補正関数y=f(x)が定義されており、かつ前記第1パラメータαにもとづいて、前記補正関数f(x)の湾曲の程度が変更可能であり、前記入力デジタル値xに対応するデューティ指令値yを演算するデューティ演算部と、
前記デューティ指令値yに応じた出力デューティ比を有する制御パルスを生成するデジタルパルス幅変調器と、
少なくとも前記制御パルスにもとづき前記ファンモータを駆動する出力回路と、
を備え、
axとf(x)の差が最大となる前記入力デジタル値をx C とするとき、前記第1パラメータαは、ax C とf(x C )の差分を規定することを特徴とするモータ駆動回路。 - 前記第1情報はアナログ電圧として前記第1設定端子に入力され、
前記モータ駆動回路は、前記第1設定端子のアナログ電圧をデジタルの前記第1パラメータαに変換する第1A/Dコンバータをさらに備えることを特徴とする請求項21に記載のモータ駆動回路。 - ファンモータをPWM(Pulse Width Modulation)駆動するモータ駆動回路であって、
前記ファンモータの回転数を指示する回転数制御信号を受ける回転数制御端子と、
前記回転数制御信号を入力デジタル値xに変換する入力回路と、
第1パラメータαを指示する第1情報を受ける第1設定端子と、
前記回転数制御信号の最小値に対応する入力デジタル値をx0、前記回転数制御信号の最大値に対応する入力デジタル値をx100とするとき、y=axなる直線に対応して、f(x0)=ax0、f(x100)=ax100を満たす下に凸に湾曲する補正関数y=f(x)が定義されており、かつ前記第1パラメータαにもとづいて、前記補正関数f(x)の湾曲の程度が変更可能であり、前記入力デジタル値xに対応するデューティ指令値yを演算するデューティ演算部と、
前記デューティ指令値yに応じた出力デューティ比を有する制御パルスを生成するデジタルパルス幅変調器と、
少なくとも前記制御パルスにもとづき前記ファンモータを駆動する出力回路と、
第2パラメータβを指示する第2情報を受ける第2設定端子と、
を備え、
前記第2パラメータβは、aを規定することを特徴とするモータ駆動回路。 - 前記第2情報はアナログ電圧として前記第2設定端子に入力され、
前記モータ駆動回路は、前記第2設定端子のアナログ電圧をデジタルの前記第2パラメータβに変換する第2A/Dコンバータをさらに備えることを特徴とする請求項23に記載のモータ駆動回路。 - 前記第1情報はデジタルデータとして前記第1設定端子に入力され、
前記モータ駆動回路は、
前記第1設定端子に入力されるデジタルデータを受信し、前記第1パラメータαを取得するインタフェース回路と、
前記第1パラメータαを保持する第1メモリと、
をさらに備えることを特徴とする請求項21から24のいずれかに記載のモータ駆動回路。 - 前記第2情報はデジタルデータとして前記第2設定端子に入力され、
前記モータ駆動回路は、前記第2設定端子に入力されるデジタルデータを受信し、前記第2パラメータβを取得するインタフェース回路と、
前記第2パラメータβを保持する第2メモリと、
をさらに備えることを特徴とする請求項24に記載のモータ駆動回路。 - 第3パラメータγを指示する第3情報を受ける第3設定端子をさらに備え、
前記デューティ演算部は、前記デューティ指令値yを、前記第3パラメータγを下限としてクランプすることを特徴とする請求項21から26のいずれかに記載のモータ駆動回路。 - 前記回転数制御端子には、前記回転数制御信号として入力デューティ比を有する入力パルス変調信号が入力され、
前記入力回路は、前記入力パルス変調信号を受け、前記入力デューティ比に応じた入力デジタル値xに変換するデューティ/デジタル変換器を含むことを特徴とする請求項21から27のいずれかに記載のモータ駆動回路。 - 基準電圧を生成する基準電圧源と、
前記基準電圧を外部に出力する基準電圧端子と、
をさらに備え、
前記基準電圧端子と接地の間に直列に接続される2個の抵抗の接続点の電圧が、前記第1設定端子に入力されることを特徴とする請求項23に記載のモータ駆動回路。 - ひとつの半導体基板に一体集積化されたことを特徴とする請求項17から29のいずれかに記載のモータ駆動回路。
- ファンモータと、
前記ファンモータを駆動する請求項17から30のいずれかに記載のモータ駆動回路と、
を備えることを特徴とする冷却装置。 - プロセッサと、
前記プロセッサを冷却する請求項31に記載の冷却装置と、
を備えることを特徴とする電子機器。
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