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

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 Download PDF

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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 Processing 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したりするという問題がある。したがってLSIをはじめとする発熱体の適切な熱冷却はきわめて重要な技術となっている。
多くの電子機器において、LSIを冷却するために、冷却ファンによる空冷式の冷却方法が採用される。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置し、冷たい空気を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。
図1は、本発明者らが検討したファンモータの駆動IC(Integrated Circuit)を備える冷却装置の回路図である。なお図1のいかなる構成をも公知技術と認定してはならない。
冷却装置2rは、ファンモータ6、およびファンモータ6を駆動する駆動装置9rを備える。駆動装置9rは、駆動IC200rと、その周辺部品で構成される。駆動装置9rの構成部品は、共通のプリント基板上に搭載される。
ファンモータ6は、ブラシレスDCモータである。ホールセンサ8は、ファンモータ6の近傍に、ロータの位置を検出するために設けられる。駆動IC200rの1番ピンおよび16番ピンの接地端子(GND)は接地される。3番ピンの電源端子(VCC)には、逆流防止用のダイオードD1を介して電源電圧VDDが入力される。駆動段230の出力は、2番ピン(OUT2)、15番ピン(OUT1)を介してファンモータ6と接続される。なお、本明細書においてピンの番号は便宜的なものであり、ピンのレイアウト等とは無関係である。
ホールバイアス回路204は、ホールバイアス電圧VHBを生成し、10番ピンのホールバイアス端子(HB)を介してホールセンサ8に供給する。9番ピン、11番ピンのホール入力端子(H+、H−)には、ホールセンサ8が生成するホール信号H+,H−が入力される。ホールコンパレータ202は、ホール信号H−、H+を比較し、ロータの位置を示すパルス信号S1を生成し、コントロールロジック回路208に出力する。コントロールロジック回路208は、このパルス信号S1と同期して、転流制御を行う。
基準電圧源214は、所定の電圧レベルに安定化された基準電圧VREFを生成する。基準電圧VREFは、12番ピンの基準電圧端子(REF)を介して外部に出力される。
6番ピンのオシレータ端子(OSC)には、キャパシタC1が外付けされる。オシレータ220は、キャパシタC1を充放電することにより、三角波のオシレータ電圧VOSCを生成する。
4番ピンの最低回転数設定端子(MIN)には、ファンモータ6の最低回転数を指示する電圧VMINが入力される。MIN端子の電圧VMINは、基準電圧VREFを抵抗R11,R12によって分圧することにより生成される。
PWMコンパレータ216は、MIN端子の電圧VMINを、オシレータ電圧VOSCと比較する。PWMコンパレータ216の出力S2は、MIN端子の電圧VMINに応じたデューティ比を有する。
PWMコンパレータ218は、5番ピンの回転数制御端子(TH)の電圧VTHをオシレータ電圧VOSCと比較する。PWMコンパレータ218の出力S3は、TH端子の電圧VTHに応じたデューティ比を有する。
PWM入力には、ファンモータ6の目標回転数に応じたデューティ比(入力デューティ比)を有する入力PWM信号が与えられる。入力PWM信号は、インバータ10で反転された後に、RCフィルタ12で平滑化されて、TH端子に入力される。
コントロールロジック回路208は、PWMコンパレータ216および218の出力パルスS2,S3を論理合成し、パルス信号S4を生成する。パルス信号S4のデューティ比は、PWMコンパレータ216と218の出力パルスS2,S3のデューティ比のうち、大きい方となる。
駆動段230は、ホールアンプ232、234を含む。ホールアンプ232は、ホール信号H+,H−の差分を第1極性で増幅し、OUT2端子から出力する。ホールアンプ234は、ホール信号H+,H−の差分を第2極性で増幅し、OUT15端子から出力する。ホールアンプ232、234それぞれは、プッシュプル形式の出力段を有している。ホールアンプ232、234それぞれの出力段は、コントロールロジック回路208からのパルス信号S4に応じてスイッチングする。OUT1端子、OUT2端子の出力電圧は、ホールコンパレータ202の出力S1に応じて交互にアクティブとなる(転流制御)。また、アクティブである一方の出力電圧は、ホール信号を増幅して得られる包絡線を有し、またPWMコンパレータ218(もしくは216)の出力パルスS3(もしくはS2)に応じたデューティ比で、オン状態とハイインピーダンス状態がスイッチングされる。
ロック保護回路240は、ファンモータ6のロック状態を検出する。TSD回路242は、過熱状態を検出する。信号出力回路244は、異常を示すアラート信号を生成し、8番ピンのアラート端子(AL)から出力する。また信号出力回路244は、ファンモータ6の回転数に応じた周期を有するFG(Frequency Generator)信号を生成し、7番ピンのFG端子から出力する。
図2は、図1の駆動IC200rの動作波形図である。本明細書における波形図やタイムチャートの縦軸および横軸は、理解を容易とするために適宜拡大、縮小したものであり、また示される各波形も、理解の容易のために簡略化され、あるいは誇張もしくは強調されている。図2は、ホール信号H+,H−の周期に対して十分に短い時間スケールを拡大して示すため、ホール信号H+,H−は実質的に一定の電圧レベルを示している。出力OUT1は、VMINとVTHのうち低い方と、オシレータ電圧VOSCの比較結果に応じたデューティ比を有する。これにより、入力PWM信号のデューティ比が大きくなるほど、ファンモータ6のトルク(回転数)は増大する。また最小トルクすなわち最低回転数が、MIN端子の電圧VMINに応じて設定可能である。
特開2005−224100号公報 特開2004−166429号公報 特開2009−296839号公報
本発明者らは、図1の駆動IC200rについて検討した結果、以下の課題を認識するに至った。
課題1. 図3(a)〜(c)は、図1の駆動装置9rにおける、入力デューティ比、TH端子の電圧VTH、出力OUT1(OUT2)の出力デューティ比、および回転数の関係を示す図である。図3(a)に示すように、TH端子の電圧VTHは、入力PWM信号の入力デューティ比に対して線形に変化し、したがって図3(b)に示すように、出力OUT1,OUT2のデューティ比(出力デューティ比)も、入力デューティ比に対して線形に変化する。
図3(c)には、入力デューティ比とファンモータ6の回転数の関係が示される。図3(c)には、無負荷、無損失を想定した場合の理想特性(i)が示される。現実的な実特性(i)は、モータコイルの発熱、軸受けの摩擦損失、ロータの回転にともなう風損、モータの各種部品の発熱の影響で、理想特性(i)に比べて低くなり、回転数が高くなるほど、その影響を顕著となる。回転数を上げるに従って、入力デューティ比に対する回転数が圧縮されること自体は不可避である。
課題2.
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。
ところで駆動ICは、さまざまなファンモータと組み合わせて使用される。図3(c)に示すファンモータの回転特性は、ファンモータ6の種類、羽の形状や大きさ、ファンモータ6や駆動IC200rの放熱性に応じて変化する。したがって駆動IC200rごとに、それが使用される状況に対して最適な補正特性を設定できれば便宜である。
本発明のある態様は課題1に鑑みてなされたものであり、その例示的な目的のひとつは、制御入力に対する回転数の線形性が改善されたモータ駆動装置の提供にある。また本発明の別の態様は、課題2に鑑みてなされたものであり、その例示的な目的のひとつは、使用される状況に対して最適な補正特性を設定して、回転数制御信号に対する回転数の線形性を改善することができるモータ駆動装置の提供にある。
1. 本発明のある態様は、ファンモータをPWM(Pulse Width Modulation)駆動するモータ駆動装置に関する。モータ駆動装置は、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、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、第1スイッチをターンオフし、オシレータ電圧が下側しきい値まで低下すると、第1スイッチをターンオンする切替回路と、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。
オシレータ電圧のスロープは直線ではなくCR時定数にしたがって変化する。これにより、回転数制御端子の電圧と出力デューティ比の線形を改善することができる。加えて、充電、放電の傾き、ひいてはオシレータ電圧の周波数を充電電流と放電抵抗によって規定することができる。
ある態様においてモータ駆動装置は、第2オシレータ端子をさらに備えてもよい。第1プラットフォームにおいて充電抵抗は、第2オシレータ端子と第1オシレータ端子の間に外付けされ、第1スイッチは、第2オシレータ端子と基準電圧源の出力の間に設けられてもよい。
ある態様において切替回路は、基準電圧源の出力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、第3抵抗と並列に設けられた第2スイッチと、第1抵抗と第2抵抗の接続点の電圧を、オシレータ電圧と比較するコンパレータと、を含み、コンパレータの出力に応じて、第1スイッチおよび第2スイッチのオン、オフが制御されてもよい。
ある態様においてモータ駆動装置は、イネーブル状態において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、第1電流源、第2電流源の少なくとも一方は、切替回路によってオン、オフが制御可能に構成されてもよい。切替回路は、第1電流源および第2電流源をディセーブル状態として第1スイッチのオン、オフを制御する第1モードと、第1スイッチをオフ、第1電流源および第2電流源をイネーブル状態として、第1電流源および第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ってもよい。
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。
ある態様においてモータ駆動装置は、イネーブル状態において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、オン、オフが制御可能であり、オン期間に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、をさらに含んでもよい。切替回路は、第1電流源および第2電流源をディセーブル状態として第1スイッチのオン、オフを制御する第1モードと、第1スイッチをオフとして第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ってもよい。
ある態様において切替回路は、基準電圧源の出力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、第3抵抗と並列に設けられた第2スイッチと、第1抵抗と第2抵抗の接続点の電圧を、オシレータ電圧と比較するコンパレータと、を含み、(i)第1モードにおいて、コンパレータの出力に応じて、第1スイッチおよび第2スイッチのオン、オフが制御され、(ii)第2モードにおいて、コンパレータの出力に応じて、第2電流源および第2スイッチのオン、オフが制御されてもよい。
ある態様においてモータ駆動装置は、第1モードと第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てもよい。
ある態様においてモータ駆動装置は、ひとつの半導体基板に一体集積化されてもよい。
「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。
回転数制御端子には、フィルタを介して入力パルス変調信号が入力されてもよい。
本発明の別の態様は冷却装置に関する。冷却装置は、ファンモータと、ファンモータを駆動する上述のいずれかのモータ駆動装置と、を備える。
本発明の別の態様は、ファンモータをPWM(Pulse Width Modulation)駆動するモータ駆動IC(Integrated Circuit)に関する。モータ駆動ICは、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、第1プラットフォームにおいて、それ自身と第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第1オシレータ端子の間に設けられる第1スイッチと、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、第1スイッチをターンオフし、オシレータ電圧が下側しきい値まで低下すると、第1スイッチをターンオンする切替回路と、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。
ある態様のモータ駆動ICは、イネーブル状態において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、をさらに備えてもよい。切替回路は、(i)第1電流源および第2電流源をディセーブル状態として第1スイッチのオン、オフを制御する第1モードと、(ii)第1スイッチをオフ、第1電流源、第2電流源をイネーブル状態として、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ってもよい。
2. 本発明の別の態様は、ファンモータをPWM(Pulse Width Modulation)駆動するモータ駆動回路に関する。モータ駆動回路は、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、かつ第1パラメータαにもとづいて、補正関数f(x)の湾曲の程度が変更可能であり、回転数制御信号および補正関数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。
回転数制御信号の最小値に対応する値をx、回転数制御信号の最大値に対応する値をx100とするとき、y=axなる直線に対応して、f(x)=ax、f(x100)=ax100を満たすように、補正関数y=f(x)が定義されてもよい。
第1情報はアナログ電圧として第1設定入力部に入力されてもよい。
第1情報はデジタルデータとして第1設定入力部に入力されてもよい。第1設定入力部は、第1情報を保持する第1メモリを含んでもよい。
第1設定入力部は、デジタルデータの第1情報を受信するIC(Inter IC)バスインタフェース回路を含んでもよい。
ある態様においてモータ駆動回路は、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設定入力部をさらに備えてもよい。第2パラメータβは、aを規定してもよい。
本発明の別の態様もモータ駆動回路に関する。モータ駆動回路は、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、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、回転数制御信号の最小値に対応する入力デジタル値をx、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(x)=ax、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、かつ第1パラメータαにもとづいて、補正関数f(x)の湾曲の程度が変更可能であり、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、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。
ある態様において、axとf(x)の差が最大となる入力デジタル値をxとするとき、第1パラメータαは、axとf(x)の差分を規定してもよい。
ある態様において、xは、入力デューティ比が33〜66%である範囲に対応する値に定められてもよい。xは、入力デューティ比50%に対応する値に定められてもよい。
ある態様において、第1情報はアナログ電圧として第1設定端子に入力され、モータ駆動回路は、第1設定端子のアナログ電圧をデジタルの第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てもよい。
ある態様において、第2パラメータβを指示する第2情報を受ける第2設定端子をさらに備えてもよい。第2パラメータβは、aを規定してもよい。
ある態様において、第2情報はアナログ電圧として第2設定端子に入力され、モータ駆動回路は、第2設定端子のアナログ電圧をデジタルの第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てもよい。
ある態様において、第1情報はデジタルデータとして第1設定端子に入力され、モータ駆動回路は、第1設定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を取得するインタフェース回路と、第1パラメータαを保持する第1メモリと、をさらに備えてもよい。
ある態様において、第2情報はデジタルデータとして第2設定端子に入力され、モータ駆動回路は、第2設定端子に入力されるデジタルデータを受信し、第2パラメータβを取得するインタフェース回路と、第2パラメータβを保持する第2メモリと、をさらに備えてもよい。
ある態様において、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てもよい。デューティ演算部は、デューティ指令値yを、第3パラメータγを下限としてクランプしてもよい。
ある態様において、回転数制御端子には、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てもよい。入力回路は、入力パルス変調信号を受け、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んでもよい。
モータ駆動回路は、ひとつの半導体基板に一体集積化されてもよい。
「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。
本発明の別の態様は冷却装置に関する。冷却装置は、ファンモータと、ファンモータを駆動する上述のモータ駆動ICと、を備える。
本発明の別の態様は電子機器に関する。電子機器は、プロセッサと、プロセッサを冷却する上述の冷却装置と、を備えてもよい。
なお、以上の構成要素の任意の組み合わ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。
本発明のある態様によれば、制御入力に対する回転数の線形性を改善できる。
本発明者らが検討したファンモータの駆動IC(Integrated Circuit)を備える冷却装置の回路図である。 図1の駆動ICの動作波形図である。 図3(a)〜(c)は、図1の駆動装置における、入力デューティ比、TH端子の電圧、出力OUT1(OUT2)の出力デューティ比、および回転数の関係を示す図である。 第1の実施の形態に係る駆動ICを備える冷却装置の構成を示す回路図である。 切替回路の構成例を示す回路図である。 図4の駆動装置の動作波形図である。 図7(a)は、図1のオシレータ電圧VOSC’と図4のオシレータ電圧VOSCを示す波形図であり、図7(b)は、TH端子の電圧と制御パルスのデューティ比の関係を示す図である。 充電抵抗、放電抵抗の組み合わせを変えたときの制御特性を示す図である。 第2の実施の形態に係る駆動ICの回路図である。 冷却装置を備えるPCの斜視図である。 図11(a)〜(c)は、第1変形例に係る駆動ICの回路図である。 第3の実施の形態に係る駆動ICを備える冷却装置の構成を示す回路図である。 図12の駆動ICの構成を示すブロック図である。 補正関数f(x)を示す図である。 図15(a)、(b)は、デューティ演算部の入出力特性の、パラメータ依存性を説明する図である。 図16(a)は、駆動IC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とファンモータの回転数の関係を示す図である。 図17(a)は、第1変形例に係る駆動ICのブロック図であり、図17(b)は、第2変形例に係る駆動ICのブロック図である。
(第1の実施の形態)
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。
駆動装置9aは、実施の形態に係る駆動IC200aと、その周辺部品で構成される。以下、駆動装置9aの構成について、図1の駆動装置9との相違点を中心に説明する。駆動IC200aは、ひとつの半導体基板に集積化された機能ICである。
回転数制御端子(TH)端子には、ファンモータ6の回転数を指示するアナログの制御電圧VTHが入力される。このプラットフォームにおいてTH端子には、入力デューティ比を有する入力パルス変調信号PWMが、インバータ10およびRCフィルタ12を介して入力される。別のプラットフォームにおいて、TH端子にはサーミスタなどにより生成されるアナログ電圧が入力されてもよい。
6番ピンの第1オシレータ端子(OSC)には、それ自身OSCと対接地間に、キャパシタC21および放電抵抗R22が並列に外付けされる。13番ピンの第2オシレータ端子(OSCH)とOSC端子の間には、充電抵抗R21が外付けされる。
駆動IC200aは、図1のオシレータ220に代えて、切替回路250、第1スイッチ252を備える。図1を参照して説明したように、基準電圧源214は、基準電圧VREFを生成する。基準電圧ライン254は、基準電圧源214の出力と接続されており、その電圧が安定化されている。基準電圧ライン254を介して、駆動IC200aの内部の各ブロックに基準電圧VREFが供給される。
第1スイッチ252は、基準電圧ライン254とOSCH端子の間に設けられる。つまり、第1スイッチ252および充電抵抗R21は、基準電圧ライン254とOSC端子の間に直列に設けられる。
切替回路250は、OSC端子に生ずるオシレータ電圧VOSCが所定の上側しきい値V(たとえば3.5V)に達すると、第1スイッチ252をターンオフし、オシレータ電圧VOSCが下側しきい値V(たとえば1.5V)まで低下すると、第1スイッチ252をターンオンする。
PWMコンパレータ218は、TH端子の電圧VTHをオシレータ電圧VOSCと比較し、制御パルスS3を生成する。
コントロールロジック回路208および駆動段230は、少なくとも制御パルスS8にもとづきファンモータ6を駆動する出力回路260を構成する。コントロールロジック回路208、駆動段230については、図1を参照して説明した通りである。
本発明は、図4のブロック図や回路図として把握され、あるいは上述の説明から導かれるさまざまな装置、回路に及ぶものであり、特定の構成に限定されるものではない。以下、本発明の範囲を狭めるためではなく、発明の本質や回路動作の理解を助け、またそれらを明確化するために、より具体的な構成例を説明する。
図5は、切替回路250の構成例を示す回路図である。第1抵抗R31、第2抵抗R32、第3抵抗R33は、基準電圧ライン254と接地の間に順に直列に接続される。第2スイッチ256はNチャンネルMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)であり、第3抵抗R33と並列に設けられる。第2スイッチ256はNPN型バイポーラトランジスタであってもよい。
コンパレータ258は、第1抵抗R31と第2抵抗R32の接続点N1の電圧VN1を、オシレータ電圧VOSCと比較する。第1スイッチ252および第2スイッチ256は、コンパレータ258の出力S5に応じて相補的にオン、オフが制御される。
具体的にはコンパレータ258の出力S5は、VN1>VOSCのときハイレベル、VN1<VOSCのときローレベルである。出力S5がハイレベルのとき第1スイッチ252はオフ、第2スイッチ256はオンであり、放電状態となる。
放電状態においてキャパシタC21は放電抵抗R22を介して放電され、したがってオシレータ電圧VOSCの下りスロープの区間となる。放電状態において第2スイッチ256はオンであるから第3抵抗R33は短絡され、VN1=VREF×R32/(R31+R32)となり、これは下側しきい値Vに相当する。
出力S5がローレベルのとき第1スイッチ252はオン、第2スイッチ256はオフであり、充電状態となる。充電状態においてキャパシタC21は充電抵抗R21を介して充電され、したがってオシレータ電圧VOSCの上りスロープの区間となる。充電状態において第2スイッチ256はオフであるから、VN1=VREF×(R32+R33)/(R31+R32+R33)となり、これは上側しきい値Vに相当する。
なお切替回路250は、ヒステリシスコンパレータと把握される。したがって切替回路250は、図5の構成以外に、公知のヒステリシスコンパレータを用いて構成してもよい。あるいはV,Vそれぞれに対して独立したコンパレータを用意してもよい。
以上が駆動IC200aの構成である。続いてその動作を説明する。
図6は、図4の駆動装置9aの動作波形図である。OSC端子のオシレータ電圧VOSCは、第1スイッチ252がオンである充電期間において、充電抵抗R21を介して充電され、大きな傾きで増大する。オシレータ電圧VOSCが上側しきい値Vに達すると、第1スイッチ252がターンオフし、キャパシタC21は放電抵抗R22を介して緩やかに充電される。そしてオシレータ電圧VOSCが下側しきい値Vまで低下すると、第1スイッチ252がターンオンする。この動作を繰り返すことにより、オシレータ電圧VOSCは、図6に示すように、非線形な上りスロープ、下りスロープを有するのこぎり波形となる。
非線形なのこぎり波形と、電圧VTHを比較すると、その結果得られる制御パルスS3のデューティ比は、電圧VTHの電圧レベルに対して、非線形で変化する。図7(a)は、図1のオシレータ電圧VOSC’と図4のオシレータ電圧VOSCを示す波形図である。ここでは、比較を容易とするため便宜的に、図1のオシレータ電圧VOSC’の上りスロープと、図4のオシレータ電圧VOSCの上りスロープの傾きを合わせている。図7(b)は、TH端子の電圧VTHと制御パルスS3のデューティ比の関係を示す図である。(i)は、図4の駆動IC200aの、(ii)は、図1の駆動IC200rの特性を示す。図7(b)から明らかなように、図4の駆動IC200aにおいては、制御パルスS3が、電圧VTHに対して非線形に弓なりに変化する。この弓なりの特性(補正特性と称する)によって、入力デューティ比と回転数の関係を補正することができ、図3(c)の目標特性(iii)に近づけることができる。
図8は、充電抵抗R21、放電抵抗R22の組み合わせを変えたときの制御特性を示す図である。ここではC21=100pFとした。
(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3(c)に示す実特性は、ファンモータ6の種類、羽の形状や大きさ、ファンモータ6や駆動IC200の放熱性に応じて変化する。実施の形態に係る駆動IC200aによれば、図8に示すように、充電抵抗R21、放電抵抗R22の組み合わせに応じて、制御特性のカーブを変化させることができるため、実特性に応じて、最適な組み合わせを選択することで、目標特性に近づけることができる。
このように、実施の形態に係る駆動IC200aによれば、制御入力VTH(つまりPWM入力信号のデューティ比)に対する回転数の線形性を改善することができる。
(第2の実施の形態)
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。
第1電流源CS1、第2電流源CS2は、イネーブル、ディセーブルが切りかえ可能に構成される。第1電流源CS1は、イネーブル状態において、OSC端子に所定量の充電電流IC1をソースする。第2電流源CS2はイネーブル状態において、OSC端子から所定量の放電電流IC2をシンクする。
またイネーブル、ディセーブルの切りかえとは別に、第1電流源CS1、第2電流源CS2の少なくとも一方は、切替回路250によってオン、オフが制御可能に構成される。図9では、第2電流源CS2のみが、コンパレータ258の出力S5に応じて、オン、オフが制御可能となっている。
駆動IC200bは、オシレータのモードを設定するためのセレクタ端子(SELO)を有する。SELO端子は、ハイレベルまたはローレベルの電圧が入力される。第1電流源CS1、第2電流源CS2は、SELO端子の電圧が第1レベル(たとえばハイレベル)であるときにイネーブル、SELO端子の電圧が第2レベル(たとえばローレベル)であるときにディセーブルとなる。SELO端子を設けるかわりに、ICバスなどのインタフェースを経由して、モードを設定するための信号を入力するようにしてもよい。あるいは駆動IC200bに不揮発性メモリを内蔵し、不揮発性メモリのデータに応じて、モードを選択してもよい。
論理ゲート259は、第1スイッチ252をオフするために設けられる。論理ゲート259は、SELO端子が第1レベル(ハイレベル)のときに、第1スイッチ252をオフに固定する。また論理ゲート259は、SELO端子が第2レベル(ローレベル)のときに、コンパレータ258の出力S5を通過させ、第1スイッチ252のオン、オフを切り替える。なおここでは理解の容易化のため、論理ゲート259をORゲートのシンボルで示すが、実際の構成はORゲートには限定されず、同じ機能を有する別の構成としてもよい。
以上が駆動IC200bの構成である。
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。
第2モードは、SELO端子にハイレベルを入力することで選択される。第2モードでは、第1スイッチ252はオフに固定され、第1電流源CS1、第2電流源CS2がイネーブルとなる。第2モードを選択するプラットフォームでは、充電抵抗R21、放電抵抗R22は不要である。そしてコンパレータ258の出力S5に応じて、第2電流源CS2がオンすると、キャパシタC21がIC2−IC1で放電され、第2電流源CS2がオフすると、キャパシタC21がIC1で充電される。第2モードでは、オシレータ電圧VOSCは三角波となる。したがって図1の駆動IC200rと同じ動作を行うことができる。第2モードでは充電抵抗R21、放電抵抗R22が不要であるため、回路部品を減らすことができる。
(用途)
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。
CPU504は、マザーボード506上にマウントされる。ヒートシンク508は、CPU504の上面に密着されている。冷却装置2_1は、ヒートシンク508と対向して設けられ、ヒートシンク508に空気を吹き付ける。冷却装置2_2は、筐体502の背面に設置され、筐体502の内部に外部の空気を送り込む。
冷却装置2は、図10のPC500の他、ワークステーション、ノート型PC,テレビ、冷蔵庫、などの様々な電子機器に搭載可能である。
以上、第1および第2の実施の形態について説明した。これら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み合わ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。以下、第1、第2の実施の形態に関連する変形例について説明する。
(第1変形例)
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。
図11(b)においては、充電抵抗R21が駆動IC200に集積化される。これにより外付けの抵抗を1個減らせるため、コスト、実装面積を低減できる。またOSCH端子が不要となるため、駆動IC200のチップサイズを低減できる場合もある。
図11(c)においては、充電抵抗R21、放電抵抗R22が両方、駆動IC200に集積化される。これにより外付けの抵抗を1個減らせるため、コスト、実装面積を低減できる。またOSCH端子が不要となるため、駆動IC200のチップサイズを低減できる場合もある。図11(c)では、充電抵抗R21、放電抵抗R22の少なくとも一方、好ましくは両方を、可変抵抗とすることが望ましい。これにより、プラットフォームごとに補正特性を微調節することが可能となる。
(第2変形例)
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。
(第3変形例)
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。
(第4変形例)
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。
(第5変形例)
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。
(第3の実施の形態)
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。
駆動装置9は、第3の実施の形態に係る駆動IC200と、その周辺部品で構成される。駆動装置9の構成部品は、共通のプリント基板上に搭載される。図12には、駆動IC200に関して、本発明の関連する部分のみを示し、関係のない構成は省略している。
ファンモータ6は、ブラシレスDCモータである。ホールセンサ8は、ファンモータ6の近傍に、ロータの位置を検出するために設けられる。駆動IC200は、ひとつの半導体基板に集積化された機能ICである。
駆動IC200の5番ピンである回転数制御端子(PWM)には、外部から、ファンモータ6の回転数を指示する回転数制御信号SINが入力される。駆動IC200は、回転数制御信号SINに応じてファンモータ6をPWM(Pulse Width Modulation)駆動する。
本実施の形態において、5番ピンの回転数制御端子(PWM)には、回転数制御信号SINとして入力デューティ比DINを有する入力パルス変調信号(入力PWM信号)SPWMが入力される。入力回路201は、入力パルス変調信号SPWMを受け、入力デューティ比DINに応じた入力デジタル値xを生成する。入力回路201は、デジタルフィルタで構成してもよいし、アナログフィルタとA/Dコンバータの組み合わせで構成してもよい。PWM端子と入力回路201を回転数制御入力部とも称する。
駆動IC200の16番ピンの接地端子(GND)は接地される。10番ピンの電源端子(VCC)には、逆流防止用のダイオードD1を介して電源電圧VDDが入力される。駆動段230の出力は、9番ピン(OUT1)、7番ピン(OUT2)を介してファンモータ6と接続される。なお、本明細書においてピンの番号は便宜的なものであり、ピンのレイアウト等とは無関係である。
2番ピン、3番ピンのホール入力端子(H−、H+)には、ホールセンサ8が生成するホール信号H−,H+が入力される。ホールコンパレータ202は、ホール信号H−、H+を比較し、ロータの位置を示すパルス信号S1を生成し、コントロールロジック回路100に出力する。コントロールロジック回路100は、このパルス信号S1と同期して、転流制御を行う。
基準電圧源214は、所定の電圧レベルに安定化された基準電圧VREFを生成する。基準電圧VREFは、11番ピンの基準電圧端子(REF)を介して外部に出力される。基準電圧VREFは、ホールセンサ8にホールバイアス信号VHBとして供給される。
13番ピンである第1設定端子(ADJ)には、第1パラメータαを指示する第1情報が入力される。本実施の形態では、第1情報はアナログ電圧VADJとしてADJ端子に与えられる。たとえば駆動IC200には抵抗R11,R12が外付けされ、基準電圧VREFを分圧することにより、アナログ電圧VADJが生成される。この場合、抵抗R11,R12の分圧比に応じて、第1パラメータαを設定可能である。第1A/Dコンバータ270は、ADJ端子のアナログ電圧VADJをデジタルの第1パラメータαに変換する。ADJ端子と第1A/Dコンバータ270を、第1設定入力部とも称する。
15番ピンである第2設定端子(SLOPE)には、第2パラメータβを指示する第2情報が入力される。本実施の形態では、第2情報はアナログ電圧VSLOPEとしてSLOPE端子に与えられる。たとえば駆動IC200には抵抗R21,R22が外付けされ、基準電圧VREFを分圧することにより、アナログ電圧VSLOPEが生成される。この場合、抵抗R21,R22の分圧比に応じて、第2パラメータβを設定可能である。第2A/Dコンバータ272は、SLOPE端子のアナログ電圧VSLOPEをデジタルの第2パラメータβに変換する。SLOPE端子と第2A/Dコンバータ272を、第2設定入力部とも称する。
12番ピンである第3設定端子(MIN)には、第3パラメータγを指示する第3情報が入力される。本実施の形態では、第3情報はアナログ電圧VMINとしてMIN端子に与えられる。たとえば駆動IC200には抵抗R31,R32が外付けされ、基準電圧VREFを分圧することにより、アナログ電圧VMINが生成される。この場合、抵抗R31,R32の分圧比に応じて、第3パラメータγを設定可能である。第3A/Dコンバータ274は、MIN端子のアナログ電圧VMINをデジタルの第3パラメータγに変換する。MIN端子と第3A/Dコンバータ274を、第3設定入力部とも称する。
コントロールロジック回路100は、入力デジタル値x、第1パラメータα、第2パラメータβ、第3パラメータγにもとづいて、出力デューティ比DOUTを演算する。そして演算した出力デューティ比DOUTを有する制御パルスを生成する。コントロールロジック回路100は、ホールコンパレータ202の出力S1と制御パルスを合成し、駆動信号S5を生成する。
駆動段209は、プリドライバ210およびHブリッジ回路212を含む。プリドライバ210は、駆動信号S5に応じてHブリッジ回路212を駆動する。これにより、ホールコンパレータ202の出力S1と同期して出力OUT1、OUT2が交互にアクティブとなり(転流制御)、アクティブである出力が、制御パルスに応じてスイッチングする(PWM駆動)。なお駆動段209は、図1の駆動段230の構成を有してもよい。
8番ピンであるRNF端子はHブリッジ回路212の下側端子と接続される。RNF端子と外部の接地の間には、電流検出用抵抗RNFが挿入される。抵抗RNFには、ファンモータ6に流れる電流に比例した検出電圧VNFが発生する。検出電圧VNFは、6番ピンである電流検出端子(CS)に入力される。電流クランプコンパレータ206は、検出電圧VNFを所定の電圧VCLと比較する。電圧VCLは、ファンモータ6に流れる電流の上限を規定する。電流クランプコンパレータ206の出力(カレントリミット信号)S6がアサート(ハイレベル)されると、コントロールロジック回路100は、ファンモータ6への通電を停止するように駆動信号S5の論理値を変化させる。
TSD回路242は、過熱状態を検出する。信号出力回路244は、ファンモータ6の回転数に応じた周期を有するFG(Frequency Generator)信号を生成し、1番ピンのFG端子から出力する。
以上が駆動IC200の全体構成である。続いてその内部構成を説明する。
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。
コントロールロジック回路100は、デューティ演算部108、デジタルパルス変調器110、出力ロジック部112を備える。コントロールロジック回路100は、ハードウェアロジックで構成されてもよいし、プロセッサとソフトウェアの組み合わせで構成されてもよい。
デューティ演算部108は、補正関数f(x)を保持しており、補正関数を用いてデューティ指令値y=f(x)を演算する。図14は、補正関数f(x)を示す図である。横軸はxを、縦軸はyを示す。回転数制御信号SPWMの最小値(つまりデューティ比0%)に対応する入力デジタル値をx、回転数制御信号SPWMの最大値(つまりデューティ比100%)に対応する入力デジタル値をx100とする。本実施の形態では、入力デジタル値xは6ビットであり、したがってx=0,x100=64である。
図14には、y=axなる直線が示される。ここではa=1とする。補正関数f(x)は、f(x)=ax、f(x100)=ax100を満たし、かつ下に凸に湾曲する。この弓形の補正関数f(x)は、理論的な解析から導かれる曲線を用いてもよいし、図3(c)の圧縮特性をフィッティングから求めて圧縮特性を逆演算することにより求めてもよいし、それらを近似したものを用いてもよい。補正関数y=f(x)は、第1パラメータαにもとづいて、湾曲の程度が変更可能である。
ここで各種パラメータについて説明する。axとf(x)の差が最大となる入力デジタル値をxとする。図14では、xは入力デューティ比DIN=50%に対応する値(すなわち32)である。第1パラメータαは、axとf(x)の差分Δを規定する。また第2パラメータβは、y=axの傾きaを規定する。またデューティ演算部108は、デューティ指令値yを、第3パラメータγを下限としてクランプする。つまり第3パラメータγは、出力デューティ比DOUTの最低値、言い換えればファンモータ6の最低回転数を規定する。図14ではγ=0の例が示される。
図15(a)、(b)は、デューティ演算部108の入出力特性の、パラメータの依存性を説明する図である。図15(a)は、第2パラメータβを変更したときの入出力特性である。(i)〜(iii)はそれぞれa=1,0.5,1.33としたときの特性が示される。図15(b)は、第3パラメータγを変更したときの入出力特性である。
図13に戻る。デジタルパルス変調器110は、デューティ指令値yに応じた出力デューティ比DOUTを有する制御パルスS4を生成する。デジタルパルス変調器110は、デジタルカウンタを用いて構成することができる。
出力回路120は、少なくとも制御パルスS4にもとづき、ファンモータ6を駆動する。出力回路120は、コントロールロジック回路100の出力ロジック部112、駆動段209、ホールコンパレータ202、電流クランプコンパレータ206を備える。
出力ロジック部112は、ホールコンパレータ202からのパルス信号S1、電流クランプコンパレータ206からのカレントリミット信号S6および制御パルスS4にもとづいて、駆動信号S5を生成する。出力ロジック部112は公知技術を用いればよい。
以上が駆動IC200の構成である。続いてその動作を説明する。
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。
このように、第3の実施の形態に係る駆動IC200によれば、実際の回転特性(iii)を目標特性(i)に近づけることができ、回転数制御信号SPWMに対する回転数の線形性を改善できる。
特に第3の実施の形態に係る駆動IC200では、AJD端子に与える第1情報VADJに応じて、補正関数f(x)の湾曲の程度を調節できる。したがって、駆動対象のファンモータ6の種類や特性、ファンの形状、冷却装置2が使用される環境に応じて、補正のカーブを変化させることにより、さまざまな状況下で、高い線形性を実現できる。
また、SLOPE端子に与える第2情報VSLOPEに応じて、補正関数f(x)の傾きを調節でき、MIN端子に与える第3情報VMINに応じて最低回転数を設定できる。
第3の実施の形態も例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わ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。以下、第3の実施の形態に関連する変形例について説明する。
(第1変形例)
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、IC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。
(第2変形例)
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。
(第3変形例)
実施の形態では、図14のx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、x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。
(第4変形例)
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。
(第5変形例)
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。
(第6変形例)
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。
2…冷却装置、6…ファンモータ、8…ホールセンサ、9…駆動装置、10…インバータ、12…RCフィルタ、R21…充電抵抗、R22…放電抵抗、C21…キャパシタ、R31…第1抵抗、R32…第2抵抗、R33…第3抵抗、100…コントロールロジック回路、108…デューティ演算部、110…デジタルパルス変調器、112…出力ロジック部、120…出力回路、200…駆動IC、201…入力回路、202…ホールコンパレータ、204…ホールバイアス回路、206…電流クランプコンパレータ、208…コントロールロジック回路、209…駆動段、210…プリドライバ、212…Hブリッジ回路、214…基準電圧源、216,218…PWMコンパレータ、220…オシレータ、230…駆動段、232,234…ホールアンプ、240…ロック保護回路、242…TSD回路、244…信号出力回路、250…切替回路、252…第1スイッチ、254…基準電圧ライン、256…第2スイッチ、258…コンパレータ、259…論理ゲート、CS1…第1電流源、CS2…第2電流源、260…出力回路、270…第1A/Dコンバータ、272…第2A/Dコンバータ、274…第3A/Dコンバータ、280…インタフェース回路、282…第1メモリ、284…第2メモリ、286…第3メモリ、288…A/Dコンバータ、500…PC、502…筐体、504…CPU、506…マザーボード、508…ヒートシンク。

Claims (32)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 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。
  10. 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。
  11. 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。
  12. 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。
  13. 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。
  14. 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。
  15. 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。
  16. 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。
  17. 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 、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 )=ax 、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。
  18. 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。
  19. 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。
  20. 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IC(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。
  21. 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x、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(x)=ax、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 とするとき、前記第1パラメータαは、ax とf(x )の差分を規定することを特徴とするモータ駆動回路。
  22. 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。
  23. 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x、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(x)=ax、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。
  24. 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。
  25. 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。
  26. 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。
  27. 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。
  28. 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。
  29. 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。
  30. 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。
  31. 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。
  32. 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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