KR101009515B1 - 팬 모터 속도 제어 회로, 팬 장치, 및 전자 기기 - Google Patents

팬 모터 속도 제어 회로, 팬 장치, 및 전자 기기 Download PDF

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산요 세미컨덕터 컴퍼니 리미티드
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Abstract

팬 모터의 회전 속도를, 팬 모터의 목표 회전 속도에 대하여 일의적이고 선형으로 변화시킴과 함께, 팬 및 팬 모터의 P-Q 특성을 개선한다. 구동 신호에 따른 회전 속도로 하기 위해 팬 모터를 구동하는 구동 회로와, 팬 모터의 목표 회전 속도에 따른 기준 신호와 팬 모터의 회전 속도에 따른 속도 신호에 기초하여, 팬 모터의 회전 속도를 목표 회전 속도에 일치시키기 위한 비교 신호를 출력하는 비교 회로와, 기준 신호 및 비교 신호 중, 팬 모터가 보다 높은 회전 속도에서 구동되는 신호에 따른 구동 신호를 구동 회로에 출력하는 선택 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 팬 모터 속도 제어 회로를 구성한다.
팬 모터, 전자 기기, 속도 제어 회로, 집적 회로, 기준 신호, 비교 신호

Description

팬 모터 속도 제어 회로, 팬 장치, 및 전자 기기{FAN MOTOR SPEED CONTROL CIRCUIT, FAN APPARATUS, AND ELECTRONIC DEVICE}
본 발명은, 팬 모터 속도 제어 회로, 팬 장치, 전자 기기에 관한 것이다．
서버 등에 이용되는 CPU(Central Processing Unit) 등의 집적 회로는, 그 동작 속도의 상승에 수반하여 발열량이 증가되고 있다. CPU의 발열량이 증가함으로써, CPU에는 열 폭주 등의 문제가 생기기 때문에, 서버에는 일반적으로 CPU를 냉각하기 위한 팬이 설치되어 있다. 팬의 회전 속도, 즉 팬 모터의 회전 속도는, 일반적으로 마이크로컴퓨터 등에 의해 제어되고 있으며, 팬 모터의 회전 속도의 제어 방식으로서는, 오픈 제어 방식(예를 들면, 특허 문헌 1 참조)과, 피드백 제어 방식(예를 들면, 특허 문헌 2 참조)이 알려져 있다.
오픈 제어 방식(이하, 오픈 제어)은, 도 9에 도시한 바와 같이, 마이크로컴퓨터 등으로부터 입력되는 모터(510)의 속도 제어 신호에 기초하여, 구동 회로(500)가 팬 모터(510)를 구동하는 방식이다. 속도 제어 신호는, 예를 들면, PWM(Pulse Wide Modulation) 신호이며, PWM 신호의 H 레벨(하이 레벨)의 듀티비에 따라서 모터의 회전 속도가 증가한다.
피드백 제어 방식(이하, 피드백 제어)은, 도 10에 도시한 바와 같이, 팬 모터(530)의 회전 속도가 목표 회전 속도에 일치하도록, 팬 모터(530)가 구동되는 방식이다. 도 10을 상세히 설명하면，기준 전압 회로(600)에는, 마이크로컴퓨터 등으로부터 속도 제어 신호로서, 예를 들면, 팬 모터(530)의 목표 회전 속도에 따른 듀티비의 PWM 신호가 입력되고, H 레벨의 듀티비에 따른 기준 전압 Vref이 출력된다. 또한，속도 전압 회로(601)에는, 팬 모터(530)의 회전 속도에 따른 FG(Frequency Generator) 신호가 입력되고, FG 신호에 따른 속도 전압 Vv이 출력된다. 비교 회로(602)는, 기준 전압 Vref과 속도 전압 Vv을 비교하여, 비교 결과인 구동 전압 Vdr을 출력한다. 구동 회로(603)는, 구동 전압 Vdr에 기초하여 속도 전압 Vv이 기준 전압 Vref에 일치하도록, 모터(530)를 구동한다.
최근에는, CPU의 열 폭주 등을 방지할 뿐만 아니라, 예를 들면, CPU의 가동율에 따라서 팬 모터의 회전 속도를 제어함으로써, 팬 모터 및 팬 모터 속도 제어 회로의 소비 전력의 삭감이나, 팬의 소음을 저하시키고 있다. 전술한 바와 같이, CPU의 가동율에 따라서 팬 모터의 회전 속도를 제어하는 경우, 팬 모터의 회전 속도는, 예를 들면 도 11의 요구 특성에 나타내는 바와 같이, PWM 신호의 H 레벨의 듀티비에 대하여 일의적이고 선형으로 결정되는 것이, 팬 모터의 회전 속도를 제어하는 마이크로컴퓨터에는 바람직하다.
오픈 제어에서는，도 11에 도시한 바와 같이, 예를 들면 팬 모터에서의 소비 전력의 영향으로, PWM 신호의 듀티비 D1로부터 D2의 범위에서, 팬 모터의 회전 속도는, 듀티비에 대하여 선형으로 변화되지 않는다. 또한，오픈 제어에서의, 팬 모 터의 전원 전압 변동이나, 팬 및 팬 모터의 제조 변동에 의해 팬 모터의 회전 속도는, 변동된다. 또한，팬 및 팬 모터와 냉각되는 대상물이 설치된 장치의 환경이 변화됨으로써, 팬이 실장된 기기 내에서의 공기의 흐름에 대한 압력 손실을 나타내는 시스템 임피던스가 변화되어, 결과적으로 팬 모터의 회전 속도는 변화된다. 즉, 오픈 제어에서는，PWM 신호의 H 레벨의 듀티비에 대하여 팬 모터의 회전 속도가 일의적이고 선형으로는 변화되지 않는다.
따라서, 팬 모터의 제어 방식으로서는, 주변의 환경 변화의 영향을 받기 어려워, 팬 모터의 회전 속도가 팬 모터의 목표 회전 속도, 즉, 입력되는 PWM 신호의 듀티비에 대하여 일의적이고 선형으로 변화되는 피드백 제어가 바람직하다.
[특허 문헌 1] 특허 공개 2005-151792호 공보
[특허 문헌 2] 특허 공개 2007-68344호 공보
그런데，팬 및 팬 모터의 중요한 특성으로서는, P-Q 특성(풍량-정압 특성)이 있다. 도 12는, 횡축에 풍량, 종축에 정압 또는 팬 모터의 회전 속도를 취하고, 소정 듀티비의 PWM 신호가 입력된 경우의 오픈 제어 및 피드백 제어인 경우의 P-Q 특성, 풍량과 팬 모터의 회전 속도의 관계를 나타낸 도면이다. 도 12에 도시한 바와 같이, 오픈 제어된 경우에는, 일부의 범위에서, 팬 모터의 회전 속도가 상승된다. 이것은, 팬이 보내는 공기의 공기 저항의 영향에 의한 것이다.
한편，피드백 제어된 경우에는, 팬 모터의 회전 속도는 일정하게 되기 때문 에, 전술한 일부의 범위에서는，팬 모터의 회전 속도가 오픈 제어되어 있는 경우와 비교하면 저하되고, 동일한 풍량에서는, 오픈 제어와 비교하면 정압이 저하된다. 또한, 피드백 제어되는 경우보다도, 오픈 제어되는 경우의 팬 모터의 회전 속도가 고속인 범위를 범위 A로 한다.
피드백 제어된 팬 모터에서, 전술한 범위 A에서의 정압의 저하를 방지하는 방법으로서는, 특허 공개 2004-120980호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 정압이 악화하는 범위에서, 팬 모터의 회전 속도가 고속화되도록, 미리 마이크로컴퓨터를 프로그램하고, P-Q 특성의 악화를 방지하는 방법이 있다. 단，P-Q 특성은, 팬의 종류, 팬 및 팬 모터의 제조 변동, 속도 제어 신호인 PWM 신호의 듀티비 등에 의해 변화된다. 따라서, 피드백 제어된 팬 모터에서, P-Q 특성의 개선을, 미리 마이크로컴퓨터에 의해 프로그램함으로써 보정하는 방법에서는，P-Q 특성이 예상되어 있던 특성으로부터 변화된 경우에, 적절하게 P-Q 특성을 개선할 수 없다고 하는 과제가 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 팬 모터 속도 제어 회로는, 구동 신호에 따른 회전 속도로 하기 위해 팬 모터를 구동하는 구동 회로와, 상기 팬 모터의 목표 회전 속도에 따른 기준 신호와 상기 팬 모터의 회전 속도에 따른 속도 신호에 기초하여, 상기 팬 모터의 상기 회전 속도를 상기 목표 회전 속도에 일치 시키기 위한 비교 신호를 출력하는 비교 회로와, 상기 기준 신호 및 상기 비교 신호 중, 상기 팬 모터가 보다 높은 회전 속도에서 구동되는 신호에 따른 상기 구동 신호를 상기 구동 회로에 출력하는 선택 회로를 구비하는 것으로 한다.
팬 모터의 회전 속도를 팬 모터의 목표 회전 속도에 대하여 일의적이고 선형으로 변화시킴과 함께，P-Q 특성을 개선 가능한 팬 모터 속도 제어 회로, 팬 장치, 전자 기기를 제공할 수 있다．
본 명세서 및 첨부 도면의 기재에 의해, 적어도 이하의 사항이 명백하게 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태인 팬 모터 속도 제어 회로(10)의 구성을 도시하는 도면이다．
팬 모터 속도 제어 회로(10)는, 마이크로컴퓨터부터 입력되는 팬 모터(11)의 목표 회전 속도에 따른 속도 제어 신호와, 팬 모터(11)의 실제 회전 속도에 따른 속도 신호에 기초하여, 팬 모터(11)의 회전 속도를 제어하는 회로이며, 기준 전압 회로(20), 속도 전압 회로(21), 속도 비교 회로(22), 선택 회로(23) 및 구동 회로(24)로 구성된다.
팬 모터(11)는, CPU 등을 냉각하기 위한 팬을 회전시키는 모터이며, 브러시리스 모터 등을 채용 가능하다. 또한, 본 실시 형태의 팬 모터(11)는, 예를 들면, 서버(전자 기기)에 이용되는 CPU(전자 부품)를 냉각하는 팬을 구동하는 것으로 한다.
먼저, 도 1에 도시한, 팬 모터 속도 제어 회로(10)를 구성하는 각 회로의 개 요를 설명한다. 기준 전압 회로(20)는, 속도 제어 신호가 입력됨으로써, 목표 회전 속도에 따른 기준 전압 Vref(기준 신호)를 출력하는 회로이다. 본 실시 형태에서의 속도 제어 신호는, PWM 신호이며, 입력되는 속도 제어 신호인 PWM 신호의 H 레벨(하이 레벨)의 듀티비가 큰 경우에 기준 전압 Vref은 저하되고, PWM 신호의 H 레벨의 듀티비가 작은 경우에 상승하는 것으로 한다.
속도 전압 회로(21)는, 속도 신호에 따른 속도 전압 Vv(속도 신호)를 출력하는 회로이다. 또한, 본 실시 형태에서, 속도 신호는, 모터의 회전 속도에 따른 주파수를 갖는 FG 신호로 하고, 팬 모터(11)의 회전 속도가 고속인 경우, 속도 전압 Vv은 저하되고, 팬 모터(11)의 회전 속도가 저속인 경우, 속도 전압 Vv은 상승하는 것으로 한다.
속도 비교 회로(22)는, 기준 전압 Vref과 속도 전압 Vv을 비교하여, 팬 모터의 회전 속도를 목표 회전 속도에 일치시키기 위한 비교 전압 Vc(비교 신호)를 출력하는 회로이다.
선택 회로(23)는, 기준 전압 Vref과 비교 전압 Vc 중，팬 모터(11)의 회전 속도를 보다 고속으로 하는 전압을 선택하고, 선택한 전압에 따른 구동 전압 Vdr(구동 신호)을 출력하는 회로이다. 본 실시 형태에서는, 기준 전압 Vref과 비교 전압 Vc 중, 낮은 전압 레벨의 전압을 선택한다. 비교 전압 Vc이 기준 전압Vref보다 낮은 경우에는, 팬 모터 속도 제어 회로(10)는, 팬 모터(11)를 피드백 제어하고, 기준 전압 Vref이 비교 전압 Vc보다 낮은 경우에는, 팬 모터 속도 제어 회로(1O)는, 팬 모터(11)를 오픈 제어하게 된다.
구동 회로(24)는, 구동 전압 Vdr에 따라서 팬 모터(11)를 구동하는 회로이다. 또한, 본 실시 형태에서는, 피드백 제어되어 있는 경우에서, 속도 전압 Vv이 기준 전압 Vref보다 높은 경우에 모터(11)를 가속하는 가속 제어 상태로 하고, 속도 전압 Vv이 기준 전압 Vref보다 낮은 경우에는 모터(11)를 감속하는 감속 제어 상태로 한다.
다음으로, 본 실시 형태의 팬 모터 속도 제어 회로(10)를 구성하는 각 회로의 동작에 대하여 설명한다.
도 2는, 기준 전압 회로(20)의 일 실시 형태를 나타내는 도면이다. 기준 전압 회로(20)는, PNP 트랜지스터 Q1, Q2, NPN 트랜지스터 Q3∼Q5, 저항 R1∼R3, 컨덴서 C1, 바이어스 전류원 I1, I2으로 구성된다. 기준 전압 회로(20)에서, PNP 트랜지스터 Q1, Q2, NPN 트랜지스터 Q3, Q4, 바이어스 전류원 I1은, 컴퍼레이터를 구성하고 있으며, PNP 트랜지스터 Q1의 베이스 전극이 비반전 입력에, PNP 트랜지스터 Q2의 베이스 전극이 반전 입력에 각각 대응한다. 또한，PNP 트랜지스터 Q2의 베이스 전극에는, 전원 VDD과 그라운드 GND의 사이에 직렬로 접속된 저항 R1, R2에 의해 분압된 분압 전압 V1이 인가되어 있다.
H 레벨의 PWM 신호가 PNP 트랜지스터 Q1의 베이스 전극에 입력된 경우, 즉, PNP 트랜지스터 Q1의 베이스 전극의 전위가 분압 전압 V1보다 높은 경우, NPN 트랜지스터 Q4의 콜렉터 전극의 전위는 H 레벨로 되고, NPN 트랜지스터 Q5는 온 상태로 된다. NPN 트랜지스터 Q5가 온 상태로 됨으로써, 저항 R3과 컨덴서 C1가 접속된 노드의 전위는, 거의 제로로 된다.
한편，L 레벨(로우 레벨)의 PWM 신호가 PNP 트랜지스터 Q1에 입력된 경우, 즉, PNP 트랜지스터 Q1의 베이스 전극의 전위가 분압 전압 V1보다 낮은 경우, 전술한 동작과는 반대의 동작 으로 되어, 바이어스 전류원 I2으로부터의 바이어스 전류가 컨덴서 C1에 유입되고, 컨덴서 C1는 충전된다.
저항 R3과 컨덴서 C1는 LPF(Low Pass Filter)를 구성하고 있으며, LPF에 입력되는 전압, 즉 NPN 트랜지스터 Q5의 온 및 오프에 의해 변화되는 NPN 트랜지스터Q5의 콜렉터 전극의 전압을 평활화한다. 이것에 의해，LPF의 출력인 저항 R3과 컨덴서 C1가 접속된 노드에는, 평활화된 기준 전압 Vref이 출력된다. 이 전압 Vref은, PWM 신호의 H 레벨 듀티비가 큰 경우에 저하되고, PWM 신호의 H 레벨의 듀티비가 작은 경우에 상승된다.
도 3은, 속도 전압 출력 회로(21)의 일 실시 형태를 나타내는 도면이다. 속도 전압 출력 회로(21)는, PNP 트랜지스터 Q31, Q32, NPN 트랜지스터 Q30, Q33∼Q38, 저항 R5∼R8, 컨덴서 C2, 바이어스 전류원 I3∼I6, 엣지 회로(60), 적분 회로(70)로 구성된다. 속도 전압 회로(21)에서의 엣지 회로(60)는, 입력된 펄스 신호의 엣지를 검출함으로써, 출력되는 엣지 신호 VED를 짧은 펄스로 변화시킨다. 또한, 도 6은 속도 전압 회로(21)에서의 주요한 신호의 파형을 나타내는 도면으로, 적절히 참조한다. 엣지 회로(6O)는, FG 신호가 입력되면, 전술한 바와 같이, FG 신호의 엣지에서 엣지 신호 VED는 짧은 펄스로 변화된다. 또한，NPN 트랜지스터Q30의 베이스 전극에는, 엣지 신호 VED가 입력되기 때문에, NPN 트랜지스터 Q30는, 엣지 신호의 레벨에 의해 온 또는 오프한다.
엣지 신호 VED가 L 레벨인 경우에는, NPN 트랜지스터 Q30가 오프 상태이며, 컨덴서 C2는 충전된다. PNP 트랜지스터 Q31, Q32, NPN 트랜지스터 Q33, Q34, 바이어스 전류원 I3은 컴퍼레이터를 구성한다. 컨덴서 C2가 충전됨으로써, PNP 트랜지스터 Q31의 베이스 전극의 전위가, 전원 VDD과 그라운드 GND사이에 직렬로 접속된 저항 R6∼R8에서의 분압 전압 V2보다도 높아지면，NPN 트랜지스터 Q33의 콜렉터 전극의 전위는 L 레벨로 된다. 따라서, NPN 트랜지스터 Q35는 오프 상태로 되고, NPN 트랜지스터 Q37는 온 상태로 되며, NPN 트랜지스터 Q38는 오프 상태로 된다. 따라서, 출력 전압 Vo1은 H 레벨로 된다.
한편, 엣지 신호 VED가 H 레벨인 경우에는, 전술한 동작과 반대의 동작으로 되어, 최종적으로 NPN 트랜지스터 Q38가 온 상태로 된다. 따라서, 출력 전압 Vo1은 L 레벨로 된다. 또한, 출력 전압 Vo1이 L 레벨로 되는 폭은, 저항 R5, 컨덴서 C2의 시상수에 의해 정해진다. 따라서, 팬 모터(11)의 회전 속도가 변화된 때이더라도, 전술한 시상수가 고정되어 있으면, 출력 전압 Vo1이 L 레벨로 되는 폭은 일정하다. 그러나, 출력 전압 Vo의 주기는, 팬 모터(11)의 회전 속도, 즉 엣지 신호VED의 주기에 의해 변화된다. 이 때문에, 팬 모터(11)의 회전 속도가 고속인 경우에는, 출력 전압 Vo의 1주기에 점유되는 L 레벨의 폭은 커지고, 팬 모터(11)의 회전 속도가 저속인 경우에는, 출력 전압 Vo1의 1주기로 나타내는 L 레벨의 폭은 작아진다. 적분 회로(70)는, 출력 전압 Vo1을 적분함으로써 출력 전압 Vo1의 H 레벨에 따른 속도 전압 Vv를 출력한다. 따라서, 팬 모터(11)의 회전 속도가 고속인 경우, 속도 전압 Vv은 저하되고, 팬 모터(11)의 회전 속도가 저속인 경우, 속도 전압 Vv은 상승된다.
도 4는, 속도 비교 회로(22)의 일 실시 형태를 나타내는 도면이다. 속도 비교 회로(22)는, PNP 트랜지스터 Q43∼Q45, Q48, NPN 트랜지스터 Q41, Q42, Q46, Q47, 바이어스 전류원 I7 및 적분 회로(80)로 구성된다. 속도 비교 회로(22)에는, 전술한 기준 전압 Vref과 속도 전압 Vv이 입력된다. 또한, 전술한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 속도 전압 Vv이 기준 전압 Vref보다 높은 경우에 팬 모터(11)를 가속하는 가속 제어 상태로 하고, 속도 전압 Vv이 기준 전압 Vref보다 낮은 경우에는 팬 모터(11)를 감속하는 감속 제어 상태로 한다.
PNP 트랜지스터 Q43, Q44, Q45, Q48, NPN 트랜지스터 Q41, Q42, Q46, Q47, 바이어스 전류원 I7은 컴퍼레이터를 구성한다. 또한，NPN 트랜지스터(41)의 베이스 전극은, 컴퍼레이터의 비반전 입력에 상당하며, NPN 트랜지스터(42)의 베이스 전극은, 컴퍼레이터의 반전 입력에 상당한다. 따라서, 가속 제어 상태에서는，NPN트랜지스터 Q47는 온 상태로 되고, 출력 전압 Vo2은 L 레벨로 된다. 한편, 감속 제어 상태에서는, 가속 제어 상태와 반대의 동작을 하기 때문에, 최종적으로 출력 전압 Vo2은 H 레벨로 된다. 적분 회로(80)는, 출력 전압 Vo2을 적분함으로써 출력 전압 Vo2에 따른 비교 전압 Vc를 출력하고, 가속 제어 상태에서는, 비교 전압 Vc의 전압 레벨은 저하되고, 감속 제어 상태에서는 상승된다.
도 5는, 선택 회로(23) 및 구동 회로(24)의 일 실시 형태를 나타내는 도면이다． 선택 회로(23)는, PNP 트랜지스터 Q60, Q61, 바이어스 전류원 I11으로 구성된다. 또한，PNP 트랜지스터 Q60, Q61가 본 발명의 제1 트랜지스터, 제2 트랜지스터 에 각각 상당하며, 바이어스 전류원 I11이 본 발명의 바이어스 전류원에 상당한다. 선택 회로(23)는, PNP 트랜지스터 Q60, Q61의 각각의 에미터 전극이 바이어스 전류원 I11에 접속됨으로써, 각각의 트랜지스터에 대하여 에미터 팔로워 회로가 구성되어 있다. 따라서, PNP 트랜지스터 Q60, Q61의 각각 베이스 전극에 인가되는 전압 중, 전압 레벨이 낮은 전압에 따른 전압이, 구동 전압 Vdr으로서 PNP 트랜지스터Q60, Q61의 에미터 전극으로부터 출력된다.
구동 회로(24)는, PNP 트랜지스터 Q65∼Q67, NPN 트랜지스터 Q68, Q69, 바이어스 전류원 I12,I13, 삼각파 발진 회로(90) 및 출력 회로(100)로 구성된다. 또한, 출력 회로(100)는, 예를 들면 H 브릿지 회로를 이용하는 것이 가능하다. 구동 회로(24)는, 선택 회로(23)로부터의 구동 전압 Vdr에 따라서 출력 회로(100)를 구동하는 회로이다. 또한, 도 7은, 구동 회로(24)에서의 주요한 신호의 파형을 도시한 도면으로, 적절히 참조한다. 삼각파 발진 회로(90)로부터의 삼각파 출력 Vosc은, PNP 트랜지스터 Q67와 바이어스 전류원 I13으로 이루어지는 에미터 팔로워에 의해 시프트되고, PNP 트랜지스터 Q67의 에미터 전극으로부터 전압 Ve으로서 출력된다. 전압 Ve과 선택 회로(23)로부터의 출력인 구동 전압 Vdr을, PNP 트랜지스터Q65, Q66, NPN 트랜지스터 Q68, Q69, 바이어스 전류원 I12으로 이루어지는 컴퍼레이터에 의해 비교함으로써, 출력 회로(100)를 구동하기 위한 PWM 구동 신호 Vpwm를 출력한다. 출력 회로(100)는, PWM 구동 신호 Vpwm에 기초하여 팬 모터(11)를 구동한다. 또한, PNP 트랜지스터 Q65, Q66, NPN 트랜지스터 Q68, Q69, 바이어스 전류원 I12으로 이루어지는 컴퍼레이터가 본 발명에서의 컴퍼레이터에 상당한다.
여기서, 비교 전압 Vc이 기준 전압 Vref보다 낮고, 구동 전압 Vdr으로서 비교 전압 Vc이 선택된 경우에서의 팬 모터 속도 제어 회로(10)의 동작을 설명한다.구동 전압 Vdr으로서 비교 전압 Vc이 선택되면, 팬 모터 속도 제어 회로(1O)는, 팬 모터(11)를 피드백 제어하게 된다. 상세히 설명하면, 가속 제어 상태에서는, 팬 모터(11)의 회전 속도는 가속되기 때문에, 팬 모터(11)의 회전 속도에 따른 FG 신호의 펄스 주기도 짧아져서, 속도 전압 회로(21)에서의 출력 전압 Vo1에서의 L 레벨이 점유하는 기간이 증가된다. 따라서, 속도 전압 Vv은 기준 전압 Vref에 일치하도록 저하된다. 한편, 감속 제어 상태에서는, 팬 모터(11)의 회전 속도가 감속되기 때문에, 팬 모터(11)의 회전 속도에 따른 FG 신호의 펄스 주기는 길어져서, 속도 전압 회로(21)에서의 출력 전압 Vo1의 L 레벨이 점유하는 기간이 저하된다. 따라서, 속도 전압 Vv은 기준 전압 Vref에 일치하도록 상승된다. 이와 같이, 팬 모터 속도 제어 회로(1O)는, 팬 모터(11)의 회전 속도에 따른 속도 전압 Vv을 귀환하고, 기준 전압 Vref의 레벨과 일치하도록 팬 모터(11)의 회전 속도를 제어하고 있기 때문에, 팬 모터(11)의 회전 속도는 기준 전압 Vref, 즉, PWM 신호의 H 레벨의 듀티비에 대하여 일의적이고 선형의 관계를 갖는다.
다음으로, 기준 전압 Vref이 비교 전압 Vc보다 낮고, 구동 전압 Vdr으로서 기준 전압 Vref이 선택된 경우에서의 팬 모터 속도 제어 회로(1O)의 동작을 설명한다.
선택 회로(23)로부터는, 구동 전압 Vdr으로서, 기준 전압 Vref이 출력되게 되기 때문에, 구동 회로(24)는, 기준 전압 Vref에 기초하여 팬 모터(11)를 구동한 다. 즉, 팬 모터(11)의 회전 속도는, 오픈 제어되고, PWM 신호의 H 레벨의 듀티비에 따라서 변화된다.
상기한 바와 같이, 팬 모터 속도 제어 회로(10)가, 피드백 제어된 경우와 오픈 제어된 경우의 각각의 동작에 대하여 설명하였다.
본 실시 형태의 팬 모터 속도 제어 회로(10)가, 실제로 서버 등의 기기에 이용되는 경우에서의 동작에 대하여 설명한다. 여기서, 프리 에어, 즉, 정압 제로의 환경에서, 소정의 듀티비의 PWM 신호를 입력한 경우에, 비교 전압 Vc이 기준 전압 Vref보다도 낮아진다고 하는 일반적인 팬 특성이 있다. 따라서, 본 실시 형태의 팬 모터 속도 제어 회로(10)는, 프리 에어에서, 팬 모터의 회전 속도가, PWM 신호의 듀티비에 대하여 선형으로 변화되도록 피드백 제어된다.
여기서, 실제로 서버 등의 기기에 팬 모터 속도 제어 회로(10)가 이용된 경우의 동작을 설명하기 위해 중요하게 되는, P-Q 특성 및 팬 모터의 회전 속도에 관하여 설명한다. 도 8에, 소정 듀티비의 PWM 신호가 입력된 경우의 오픈 제어 및 피드백 제어에서의 P-Q 특성, 풍량과 팬 모터의 회전 속도, 풍량과 시스템 임피던스의 관계를 나타낸다. 또한, 도 8에서의 P-Q 특성 및 팬 모터의 회전 속도는, 팬 모터(11)가, 오픈 제어만으로 구동된 경우와, 피드백 제어만으로 구동된 경우를 도시한 도면이다. 팬 모터(11)가 피드백 제어된 경우, 팬 모터의 회전 속도는 일정하게 되지만, 오픈 제어된 경우, 팬이 보내는 공기의 공기 저항의 영향에 의해, 일부의 범위에서 팬 모터의 회전 속도가 상승된다. 여기서, 피드백 제어된 경우보다도, 오픈 제어되는 경우의 팬 모터의 회전 속도가 고속인 범위를 범위 B라고 하면, 본 실시 형태의 팬 모터 속도 제어 회로(10)의 동작은, 범위 B 내에서 동작하고 있는 경우와, 범위 B 이외의 범위에서 동작하고 있는 경우로 나눌 수 있다. 따라서, 본 실시 형태의 팬 모터 속도 제어 회로(10)의 동작을, 범위 B의 내에서 동작하고 있는 경우와, 범위 B 이외의 범위에서 동작하고 있는 경우로 나누어 설명한다.
먼저, 범위 B 이외의 범위에서 동작하고 있는 경우에서는，팬 및 팬 모터(11)의 회전 속도는, 프리 에어의 경우에서의 회전 속도와 동일하다. 따라서, 팬 및 팬 모터에 대한 공기 저항 등의 영향도, 프리 에어와 동일하기 때문에, 피드백 제어되어 있는 경우의 비교 전압 Vc도, 프리 에어의 경우와 동일한 비교 전압 Vc이 출력되게 된다. 전술한 바와 같이, 본 실시 형태의 팬 모터 속도 제어 회로(10)는, 프리 에어의 상태에서는, 비교 전압 Vc의 전압 레벨이 기준 전압 Vref의 전압 레벨보다도 낮다. 따라서, 예를 들면, 범위 B 이외의 범위에서의 대표예로서, 시스템 임피던스 P1의 경우, 팬 및 팬 모터(11)는, 동작점 A에서 동작하며, 피드백 제어가 선택되어 있다. 또한, 여기에서는, 시스템 임피던스 P1의 경우를 예로 설명하였지만, 오픈 제어에서의 회전 속도가 피드백 제어에서의 회전 속도보다도 고속으로 되는 범위 B 이외에 범위에서는, 팬 모터의 회전 속도는 프리 에어인 경우와 동일하기 때문에, 마찬가지로 피드백 제어가 선택된다.
다음으로, 범위 B에서 동작하고 있는 경우에 대하여, 시스템 임피던스 P2를 대표예로 설명한다. 범위 B에서는, 오픈 제어되어 있는 경우에, 팬이 보내는 공기의 공기 저항의 영향에 의해, 팬 모터(11)의 회전 속도가 오픈고 있다. 따라서, 범위 B에서 피드백 제어에 의해 일정한 회전 속도를 얻기 위해서는, 범위 B 이외의 범위와 비교하여, 팬 모터(11)의 회전 속도를 저하시키도록 구동할 필요가 있다. 이 때문에, 범위 B에서는, 범위 B 이외의 경우와 비교하여, 비교 전압 Vc의 전압 레벨이 상승된다. 비교 전압 Vc의 전압 레벨이 상승됨으로써, 기준 전압 Vref의 전압 레벨보다도 높아지면, 선택 회로(23)로부터는, 기준 전압 Vref이 구동 전압 Vdr으로서 출력되게 된다. 이 결과, 팬 모터 속도 제어 회로(10)에서는 오픈 제어가 선택되게 되어, 팬 모터(11)의 회전 속도가 고속화된다. 환언하면, 시스템 임피던스 P2에서의 팬 및 팬 모터(11)의 동작점이, 동작점 B로부터 동작점 C로 변경되게 되어, 팬 및 팬 모터(11)의 P-Q 특성이 개선된다.
이와 같이, 본 실시 형태에서의 팬 모터 속도 제어 회로(10)는, 팬 모터의 회전 속도의 하한을 규정하고 있으며, 팬 모터(11)의 회전 속도가 높아지게 되는 제어가 선택된다. 또한, 도 8에서는, 서로 다른 시스템 임피던스의 경우에서의 팬 모터 속도 제어 회로(10)의 동작을 설명하였지만, 본 실시 형태의 팬 모터 속도 제어 회로(10)는, 시스템 임피던스가 고정되고, P-Q 특성이 변화된 경우에서도, 오픈 제어에서의 팬 모터의 회전 속도가 피드백 제어에서의 팬 모터의 회전 속도보다 고속인 범위에서는, 오픈 제어가 선택되게 된다. 따라서, 시스템 임피던스가 고정되고, 서로 다른 종류의 팬 및 팬 모터를 이용한 경우나, PWM 신호의 듀티비가 변화됨으로써, P-Q 특성이 변화된 경우에서도 P-Q 특성은 개선된다.
이상으로 설명한 구성으로 이루어지는 본 실시 형태를 적용한 팬 모터 속도 제어 회로(10)는, 피드백 제어에 의해, PWM 신호의 H 레벨의 듀티비에 대하여 모터(11)의 회전 속도를 일의적이고 선형으로 변화시킴과 함께，P-Q 특성이 악화되는 범위에서는, 오픈 제어가 선택되어, P-Q 특성을 개선할 수 있다.
또한, 상기 실시예는 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것으로, 본 발명을 한정하여 해석하기 위한 것은 아니다. 본 발명은, 그 취지를 일탈하지 않고, 변경, 개량될 수 있음과 함께, 본 발명에는 그 등가물도 포함된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 기준 전압 Vref, 속도 전압 Vv 및 비교 전압 Vc은, 전압 신호이지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 기준 전압 Vref 및 속도 전압 Vv을 디지털값으로 하고, 디지털 값을 연산함으로써 PWM 신호를 생성하여도 된다(예를 들면, 특허 공개 2003-259629호 공보, 특허 공개 2004-282842호 공보 참조). 또한, 본 실시 형태에서의 삼각파는, 도 7에 도시한 바와 같이, 상승하고 있는 기간과, 하강하고 있는 기간이 동일한 파형이지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 톱니파와 같이, 소정 전압 레벨과 다른 소정 전압 레벨의 사이를 변화하는 기간이, 상승하는 경우와 하강하는 경우에서 서로 다른 파형도 포함된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태인 팬 모터 속도 제어 회로(10)의 구성을 도시하는 도면．
도 2는 기준 전압 회로(20)의 일 실시 형태를 나타내는 도면．
도 3은 속도 전압 출력 회로(21)의 일 실시 형태를 나타내는 도면．
도 4는 속도 비교 회로(22)의 일 실시 형태를 나타내는 도면．
도 5는 선택 회로(23) 및 구동 회로(24)의 일 실시 형태를 나타내는 도면.
도 6은 속도 전압 출력 회로(21)에서의 주요한 신호의 파형을 도시하는 도면.
도 7은 구동 회로(24)에서의 주요한 신호의 파형을 도시하는 도면.
도 8은 소정 듀티비의 PWM 신호가 입력된 경우의 팬 모터 속도 제어 회로(10)의 오픈 제어 및 피드백 제어에서의 P-Q 특성, 풍량과 팬 모터의 회전 속도, 풍량과 시스템 임피던스와의 관계를 나타내는 도면.
도 9는 오픈 제어된 종래의 모터 속도 제어 회로의 블록도의 일례를 나타내는 도면.
도 10은 피드백 제어된 종래의 모터 속도 제어 회로의 블록도의 일례를 나타내는 도면.
도 11은 PWM 신호의 듀티비에 대한 팬 모터 회전 속도의 요구 특성 및 오픈 제어의 회전 속도의 일례를 나타내는 도면.
도 12는 소정 듀티비의 PWM 신호가 입력된 경우의 팬 모터 속도 제어 회로의 오픈 제어 및 피드백 제어에서의 경우의 P-Q 특성, 풍량과 팬 모터의 회전 속도의 관계를 나타내는 도면.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 팬 모터 속도 제어 회로
11: 팬 모터
20: 기준 전압 회로
21: 속도 전압 회로
22: 속도 비교 회로
23: 선택 회로
24: 구동 회로
60: 엣지 회로
70: 적분 회로
80: 적분 회로
90: 삼각파 발진 회로
100: 출력 회로

Claims (5)

  1. 구동 신호에 따른 회전 속도로 하기 위해 팬 모터를 구동하는 구동 회로와,
    상기 팬 모터의 목표 회전 속도에 따른 기준 신호와 상기 팬 모터의 회전 속도에 따른 속도 신호에 기초하여, 상기 팬 모터의 상기 회전 속도를 상기 목표 회전 속도에 일치시키기 위한 비교 신호를 출력하는 비교 회로와,
    상기 기준 신호에 따라 팬 모터가 구동되는 경우의 회전 속도가 상기 비교 신호에 따라 팬 모터가 구동되는 경우의 회전 속도보다 높은 경우에는 상기 기준 신호에 따른 구동 신호를 상기 구동 회로에 출력하고, 상기 기준 신호에 따라 팬 모터가 구동되는 경우의 회전 속도가 상기 비교 신호에 따라 팬 모터가 구동되는 경우의 회전 속도보다 낮은 경우에는 상기 비교 신호에 따른 구동 신호를 상기 구동 회로에 출력하는 선택 회로
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 팬 모터 속도 제어 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기준 신호 및 상기 비교 신호는 전압 신호이며,
    상기 선택 회로는,
    상기 기준 신호가 제어 전극에 입력되는 제1 트랜지스터와,
    상기 비교 신호가 제어 전극에 입력되는 제2 트랜지스터와,
    상기 제1 트랜지스터 및 상기 제2 트랜지스터의 상기 제어 전극과 다른 2개의 전극 중, 상기 제어 전극과 함께 도통 상태를 제어하는 한쪽의 전극으로부터, 상기 기준 신호에 따라 팬 모터가 구동되는 경우의 회전 속도가 상기 비교 신호에 따라 팬 모터가 구동되는 경우의 회전 속도보다 높은 경우에는 상기 기준 신호에 따른 전압이 출력되고, 상기 기준 신호에 따라 팬 모터가 구동되는 경우의 회전 속도가 상기 비교 신호에 따라 팬 모터가 구동되는 경우의 회전 속도보다 낮은 경우에는 상기 비교 신호에 따른 전압이 출력되도록, 상기 제1 트랜지스터 및 상기 제2 트랜지스터에 직렬로 접속된 바이어스 전류원
    을 포함하고,
    상기 구동 신호는,
    상기 제1 트랜지스터 및 상기 제2 트랜지스터의 상기 한쪽의 전극에 출력되는 상기 전압에 따른 전압 신호인 것을 특징으로 하는 팬 모터 속도 제어 회로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 구동 회로는,
    소정 주파수에서 발진하는 삼각파를 출력하는 발진 회로와,
    상기 삼각파와 상기 구동 신호에 기초하여 PWM 신호를 생성하는 컴퍼레이터와,
    상기 PWM 신호에 기초하여 상기 모터를 구동하는 출력 회로
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 팬 모터 속도 제어 회로.
  4. 팬과,
    상기 팬을 구동하는 팬 모터와,
    구동 신호에 따른 회전 속도로 하기 위해 상기 팬 모터를 구동하는 구동 회로와,
    상기 팬 모터의 목표 회전 속도에 따른 기준 신호와 상기 팬 모터의 회전 속도에 따른 속도 신호에 기초하여, 상기 팬 모터의 상기 회전 속도를 상기 목표 회전 속도에 일치시키기 위한 비교 신호를 출력하는 비교 회로와,
    상기 기준 신호에 따라 팬 모터가 구동되는 경우의 회전 속도가 상기 비교 신호에 따라 팬 모터가 구동되는 경우의 회전 속도보다 높은 경우에는 상기 기준 신호에 따른 구동 신호를 상기 구동 회로에 출력하고, 상기 기준 신호에 따라 팬 모터가 구동되는 경우의 회전 속도가 상기 비교 신호에 따라 팬 모터가 구동되는 경우의 회전 속도보다 낮은 경우에는 상기 비교 신호에 따른 구동 신호를 상기 구동 회로에 출력하는 선택 회로
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 팬 장치.
  5. 팬과,
    상기 팬에 의해 냉각되는 부품과,
    상기 팬을 구동하는 팬 모터와,
    구동 신호에 따른 회전 속도로 하기 위해 상기 팬 모터를 구동하는 구동 회로와,
    상기 팬 모터의 목표 회전 속도에 따른 기준 신호와 상기 팬 모터의 회전 속도에 따른 속도 신호에 기초하여, 상기 팬 모터의 상기 회전 속도를 상기 목표 회전 속도에 일치시키기 위한 비교 신호를 출력하는 비교 회로와,
    상기 기준 신호에 따라 팬 모터가 구동되는 경우의 회전 속도가 상기 비교 신호에 따라 팬 모터가 구동되는 경우의 회전 속도보다 높은 경우에는 상기 기준 신호에 따른 구동 신호를 상기 구동 회로에 출력하고, 상기 기준 신호에 따라 팬 모터가 구동되는 경우의 회전 속도가 상기 비교 신호에 따라 팬 모터가 구동되는 경우의 회전 속도보다 낮은 경우에는 상기 비교 신호에 따른 구동 신호를 상기 구동 회로에 출력하는 선택 회로
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
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