TW201246778A - Start-up circuit and motor driving IC - Google Patents

Description

201246778 六、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發聽^種啟動電軌馬達蝴W，尤指― ^腳位進行控制，即可自行判斷馬達驅動晶片之操作模式以調 整啟動訊號進行啟動的啟動電路及馬達驅動晶片。 、 11 【先前技術】 近年來_電職躺發展，巾鱗㈣（_ip_ ::越ΓΓ械大幅_^ 散熱上的需求也越顯重要，在目前所使用的眾多 :熱=仍以散熱風扇為主。在中央處理器所使用的散熱風扇 其馬達驅動晶片具有賴調賴如及脈波寬度調變（帅e

WldthmGdulatiGn，PWM)調賴式兩_速模式。

Jt參考第1A圖及第1B圖，第1A圖及第m圖分別為習知且 ㈣賴式舰波寬度調_速赋之騎鶴晶片10、12 3意圖。須注意，馬達驅動晶片1〇、12實際上可為相同馬達驅動 日日，唯透過調整其系統電遷腳位vcc—p與脈波寬度調變卿位 PWM—P之輸人峨來切換其調速模式。 詳細來說，如第1A圖所示，於電壓調速模式時，馬達驅動晶 片1 〇係透侧整-纽缝職vcc_p離收之n輕vcc

201246778 之大小，以改變輸出腳位〇UTl_P、OUT2_P所輸出之一驅動電流 IL之大小，進而改變一馬達1〇2及相對應風扇之轉速。 另方面，如第1Β圖所示，於脈波寬度調變調速模式時，馬 達驅動晶ϋ 10 _定—祕電麟位VCCJ)所魏之系統電壓 VCC之大】、，然後透過調整一脈波寬度調變腳位pwM p所接收之 脈波寬度調變訊號之脈寬，以改變輸th腳位ουτι p、 OUT2—P所輪出之驅動電流IL之大小，進而改變馬達及相對應 風扇之轉速。 舉例來說，請參考第1C圖，第lc圖為第1B圖中馬達驅動晶 片12之一驅動電路1〇4之示意圖。如第1B圖所示，馬達驅動晶片 12可利料同於脈波寬度觀職pWM之—脈寬調變輸出訊號 PWMout控制驅動電路1〇4中一上橋開關1〇6及一下橋開關⑽之 開啟與關閉，以改變驅動馬達102之驅動電流IL，進而改變馬達ι〇2 及相對應風扇之轉速。須注意，馬達驅動晶片1()中亦可包含如第 1C圖所示之驅動電路104以對馬達102進行驅動，唯馬達驅動晶片 10可視為馬達驅動晶片I2之脈波寬度調變腳位pWM_p不外接脈 波寬度調變tft號PWM (flGating)，而等同於所輸人之脈波寬度調變 訊號PWM之脈寬為全脈寬（funduty)之情形。 然而，對脈寬調變驅動晶片I2而言，若所接收之脈波寬度調變 訊號PWM之脈寬過小’騎產生之‘_電流1£過小，因此無法克 201246778 服靜摩擦力以啟動馬達102。在此情形下’習知脈寬調變驅動晶片 12係於啟動馬達102時，脈寬調變輸出訊號PWMout先以較大之脈 寬（如50%之脈寬）產生驅動電流IL以強制啟動馬達102，等到馬 達102開始轉動後，再換回具有較小脈寬之脈波寬度調變訊號 PWM ° 如此一來，請參考第1D圖’第1D圖為有無習知強制啟動機制 下，於不同脈寬之脈波寬度調變訊號PWM時第1B圖所示之馬達 102之轉速之示意圖。如第1D圖所示，無強制啟動（如50%之脈寬） 機制時’脈波寬度調變訊號PWM之脈寬約需20%才能啟動馬達 102 ;而有強制啟動機制時，脈波寬度調變訊號PWM之脈寬僅需 10%即能啟動馬達102。 然而，由於馬達驅動晶片1〇、12實際上可為相同馬達驅動晶 片，唯透過調整其系統電壓腳位vcc_p與脈波寬度調變腳位 PWM—P之輸人訊絲切換其操賴式，因此若將上述強制啟動機 制内建於馬達驅動晶片10、12中’則會造成馬達驅動晶片 10於啟 動馬達102時’脈寬調變輸出訊號pWM〇m以非全脈脈寬 50%之脈寬）產生驅動電流IL以啟動馬$ 1〇2，而非以電壓調速模 式應有之全脈寬之脈寬·輸出職!>侧。料行鷄。如此一 來’馬達驅動晶片10操作於電壓調速模式下日夺，若系統電壓vcc 為低電壓，則馬達驅動晶片1〇可能無法克服靜摩擦力以啟動馬達 102。

S 6 201246778 在此情形下，請參考第1E圖，第1E圖為習知另包含一致能腳 位EN之-馬達驅動晶片14之示意圖。如第圖所示，於致能腳 位EN之訊號為低準位時，不進行強制啟動機制，可適用於電壓調 速模式；於致能腳位EN之訊號為高準位時，進行強制啟動機制， 可適用於脈波寬度調變調速模式。 然而’由於-般馬達驅動晶片腳位有限，因此習知以致能腳位 EN來控縦否贱強做賴制之方式會造成馬達驅動晶片功能 受限。有鑑於此，習知技術實有改進之必要。 【發明内容】 因此，本發明之主要目的即在於提供一種不需設置致能腳位進 行控制’即可自行判斷馬達驅動晶片之操作模式，以調整啟動訊號 進行啟動的啟動電路及馬達驅動晶片。 本發明揭露-種啟動電路，用於—馬達驅動晶片中，啟動電 路包含有-判斷單it，用來根據—外部脈寬調變職，產生一判斷 結果指示該馬達驅動晶片之-操作模式；以及—輸出單元，用來根 據該判斷結果及-脈寬啟動訊號，輪出―啟動訊號；其中，該 脈寬調變啟動訊狀-脈寬大_外部脈寬調魏狀一脈寬/ 本發明另揭露-種馬達驅動晶片，用來驅動一風扇。該馬達驅 201246778 動晶片包含有一選擇器，用來根據一選擇訊號，選擇一外部脈寬調 變訊號與一啟動訊號當中一者做為一脈寬調變輸出訊號輸出，以及 一啟動電路，用來產生該啟動訊號。該啟動電路包含有一判斷單元， 用來根據該外部脈寬調變訊號，產生一判斷結果指示該馬達驅動晶 片之一操作模式；以及一輸出單元，用來根據該判斷結果及一脈寬 調變啟動訊號’輸出一啟動訊號；其中，該脈寬調變啟動訊號之一 脈寬大於該外部脈寬調變訊號之一脈寬。 【實施方式】 請參考第2A圖，第2A圖為本發明實施例之一馬達驅動晶片 20之操作示意圖。如第2A圖所示，馬達驅動晶片2〇包含有一系統 電壓腳位VCCJP，、一脈波寬度調變腳位PWM_P，以及輸出腳位 OUT1一P， 、〇UT2_P，。馬達驅動晶片2〇與馬達驅動晶片16之主 要差別在於，馬達驅動晶片20可根據脈波寬度調變腳位pWM_p， 所接收之外部脈寬調變（pUlse width modulation，PWM)訊號 EXT一PWM之訊號種類，自行判斷馬達驅動晶片2〇之操作模式， 以決定是否啟動強制啟動卿，因此*需設置如第1E圖所示之致 能腳位EN。其中’馬達驅動晶片2〇,驅動馬達部分之運作可參 1C圖所示之驅動電路104。 舉例來說，馬達驅動晶片20於判斷外部脈寬調變訊號Εχτ 一PWM具有全脈寬⑽duty)時，判斷騎驅動晶片2〇之 式為電壓調速模式’因此侦動_啟動機制，仍料部脈㈣變 201246778 訊號EXT_PWM之全减驅麟達：秘酬外她寬調變訊號 EXT—PWM具有準仙換時，满馬達轉⑼2()之操作模^ 脈寬調變調速模式，因此會啟動強制啟動機制，先以具有尹大"财‘寬 之-脈寬職啟動訊號C2 (如具有大於外部脈寬調㈣號^^ 一PWM之脈寬之5〇%之脈寬）啟動馬達，直到確認馬達已轉動後再 切換成以具有較小脈寬之外部脈寬調變訊號EXT—PWM驅動馬 達。如此-來’馬達驅動晶片20不需設置致能腳位防即可根據外 部脈寬調變訊號EXT—PWM，自行決定是否啟動強制啟動機制，而 可增加整合性。 具體而言’請參考第2B圖，第沈圖為第2八圖所示之 動晶片2〇之方塊示意圖。如第2B圖所示，馬達驅動晶片2〇包含 -選擇器202、-啟動電路2〇4以及一計數器2%。簡單來說，計數 器206可根據-轉動訊號贿對馬達驅動風扇轉動時的磁性轉態進 仃植，以產生-選擇訊號SEL指示風扇是否已轉動（如已旋轉兩 圈或四圈則判定風扇已轉動）。啟動電路2〇4可產生—啟 ACT。選擇器202可接收外部 ^ 、 職W脈寬調變訊號Εχτ—pWM及啟動訊號 ACT」後根據選擇喊狐，選擇外部脈寬調變訊號

EXT—PWM 與啟動减ACT當中-者做為—脈寬調變輸出訊號p觀⑽，輸 出’然後以如第1C圖所示之驅動電路1G4對馬達進行驅動。 在此it化下’於選擇讯號SEL指示風扇未轉動時，選擇器 以啟動訊就ACT做祕寬調變細職剛綱，触，即以啟動 201246778 訊號ACT啟動馬達；而於選擇訊號seL指示風扇已轉動時，選擇 器202以外部脈寬調變訊號EXT_PWM做為脈寬調變輸出訊號 PWMout’輸出，即以外部脈寬調變訊號EXTJ>WM驅動馬達。如 此一來，馬達驅動晶片20可根據風扇是否轉動來變換驅動馬達之訊 號’以於風扇未轉動時以啟動訊號ACT啟動馬達。 更進一步地，請參考第3圖，第3圖為第2B圖所示之啟動電 路204之示意圖。如第2C圖所示，啟動電路204包含有一判斷單 兀302以及一輸出單元3〇4。判斷單元3〇2可根據外部脈寬調變訊 號EXT—PWM，產生-判斷結果pwM_〇指示馬達驅動晶片2〇之 操作模式，而輸出單元3〇4可根據判斷結果PWM_〇及脈寬調變啟 動訊號C2 ’輸出啟動訊號ACh其中，脈寬調變啟動訊號C2之脈 寬大於外部脈寬調變訊號EXT—pWM之脈寬。 在此情形下，於觸結果PWM_0指示馬達驅動晶片20之操 作模式為電壓調速模式時，輸出單元3()4輸出具有全脈寬之啟動訊 號ACT;而於判斷結spWM—〇指示馬達驅動晶片 2〇之操作模式 為脈寬調變調速模式時，輸出單元綱以脈寬調變啟動訊號〇2做 為啟動Λ號ACT輸出。如此一來，輸出單元3〇4可於馬達驅動晶片 2〇操作於㈣模鱗，自行輸出適當啟動訊號 ACT以啟動馬達， 因此可於不需設置致能腳位EN之情形下，克服啟動時靜摩擦力 镅。 201246778 詳細來說’輸出單元304可為—或問（〇Rgate)，肖來根據判 斷結果PWM—O及脈寬調變啟動崎C2，輸出啟動訊號ACT。判 斷單7〇302可包含-反向器306以及正反器恤娜）3()8、31〇。 反向器306接收外部脈寬調變訊號EXT—pwM，以產生一重置訊號 RES。正反Θ 3G8、310彼此φ軸接，用來根據系統電壓vcc、 控制時脈Cl以及重置讯號咖，輸出判斷結果pwM-〇，分別 包含輸入端D、D’、時脈端CLK、CLK，、重置端r、r，、輸出 端Q、Q’以及端點QB、QB，。其中，正反器之輸入端D、 時脈端CLK以及重置端R可分_來接收系統電壓 VCC、控制時 脈α以及4置訊號res，而輸出利可用來輸出_輸出訊號 M—R’而正反器31〇之輸入端D’、時脈端，以及重置端 R’可分別用來接收輸出訊號PWM_R、控制時脈〇以及重置訊號 而-輸出端q’可用來輸出判斷結果p购〇。 在此配置下，請參考第4A圖及第4B圖，第4A圖及第4b圖 :第2B圖所不之馬達驅動晶片2〇之操作模式為電壓調速模式 寬調魏賴柄，«__XTJ>WM、控制時脈 '，娜咖號C2、輸出訊號pWM〜R、判斷結果p觀。 以及啟動訊號ACT之示意圖。 -:第4A圖所不’馬達驅動晶片2〇操作於電壓調速模式時，外 ==變訊雜TJ>WM具有全脈寬（即皆為高準位），因此重 ^ s為低準位而正反器道、31〇不進行重置動作。在此情 201246778 上緣時，正反器308、310會分別將輸 結果PWM-〇轉換蝴電壓vcc與輸出 =PWM〜R之準位’因此於控制時脈ci之第—次上緣觸發時， =减PWM—R會先轉魅系統輕vcc的高準位， ^寺脈α之第二次上緣觸發時（兩次上緣間隔中正反_、31〇 作）’雜果PWM-〇靖馳輸出訊號 M R的向準位。接著’輸出單元3〇4於輸出訊號簡R轉換 =:右可由原本以脈寬調變啟動訊號C2做為啟動_逍 ㈣咖η 需控制時脈C1之一個週期之時間進行偵測（如 1之頻率為8KHZ時，僅需125 8進行偵測），即可產 使得輸騎鶴⑼2G操作於賴調速模式， j早疋4可輸出具有全脈寬之啟動訊號ACT。 觸速描-ν·主如第4B圖所不’馬達驅動晶片20操作於脈寬調變 調逮模式時，外部脈寬調變訊 位切換，_會1脈寬進行高低準 陳寬調變訊號EXT-PWM為低準位時，重置m

L情^準位，使得正反器3G8、31G分別重置輸_聰R =日纟果驗_〇至鮮位。減情軒，由於_時的 PWM o'JT1"3〇8、310會分別將輸出訊號PWM-R與判斷結果 、至系統電壓vcc與輸出訊號PWM—R之準位 :^C1之第一次上緣觸發，且外部脈寬調變訊號财—歷 —位而正反器308不對輸出訊號PWM_R進行重置時，輸出訊 201246778 號PWM一R會先轉換至系統電遷vcc的高準位。接著 凋變訊號EXT—PWM依魏寬_至鮮辦，正 = 訊號讀―R_置至鱗位，^出 '^!： ^ 〇 亦為輸出訊號PWM_R的低準位。 一 在此情形下，由於控制時脈〇之一個週期之時間内 會進行高低準位切換，因此即使輸出訊號 沖射、Α摘發時切換至系統賴VCC的高準位，仍會 =辦脈α之第二次上緣觸發前受重置訊號咖控制而切換Γ 低準位，使得判斷結果PWM一0皆處於低準位狀態，因此輸出單元 304 7脈寬調變啟動訊號C2做為啟純號act輸出。如此一來， 於脈寬調變調速模式下，輸出單元3〇4可皆以具有較大脈寬之 調變啟動訊號C2做為啟動訊號ACT輸出，以於強制啟動馬達 值得注意的是’本發明之主要精神在於馬達驅動晶片 =之外概調變職T_PWM之訊號種類，判斷馬達驅動康 日日片20之操作模式’以決定是否啟動強制啟動機制，因此 == 騎示之錢職心本賴具财知财當可依此進行 修飾或變化，而不限於此。舉例來說，判斷單元302與輸出單元3〇4 之電路實施方式並不限於第3圖所示之電路，只要能分別達到判斷 馬達驅動晶>| 20之操作模式，以及切換啟動訊號act之功能即可， 例如第3圖所示之判斷單元迎係包含兩個正反器迎、31 13 201246778 上正反器可為任意數量’，、要制來顺外雜寬喔訊號Εχτ· PWM之娜卩可；此外，控制時脈〇之鮮較佳為小於外部脈 寬調變訊號EXT_PWM之頻率之應用範圍（如小於麵z的8 KHz)’以確保_時間大於外部脈寬調變訊號Εχτ p鹽之週期； 另外儀觀啟動滅C2之辭可為33版且财篇之脈寬 以作為強制啟動訊號，但不限於此。 ，習知技術中’以致能腳位_控制是否致能強制啟動機制 ^方式會耻-般馬達驅動晶片腳位有限，而造成馬達驅動晶片功 2限她之下，本發明之馬達驅動晶片可根據外部脈寬調變 自行躺馬辆動晶# 2G讀傾式，並於判 :、驅動日日>；20之操作模式為電壓調速模式時不啟動強制啟動 热#!而於靖馬物動晶#2G之猶料為脈寬調魏速模式時 強制啟動機制’因此不需設置致能腳位en，而可增加整合性。 曰综上所述’本發明不需設置致能腳位，即可自行判斷馬達驅動 晶片之操作模式以織啟動訊號進行啟動。 以上所述僅林發明之較佳實補，凡依本發日种請專利範圍 *之均等變化娜飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。 【圖式簡單說明】

Jttf 1 . 圖及第1B圖分別為習知具有電壓調速模式以及脈波寬度 201246778 調變調速模式之馬達驅動晶片之示意圖。 第ic圖為第1B圖中脈寬調變驅動晶片之一驅動電路之示竟 圖。 第1D圖為有無習知強制啟動機制下，於不同脈寬之脈波寬度 調變訊號時第1B圖所示之一馬達之轉速之示意圖。 第1E圖為習知另包含一致能腳位之一馬達驅動晶片之示意圖。 第2A圖為本發明實施例之一馬達驅動晶片之操作示意圖。 第2B圖為第2A圖所示之馬達驅動晶片之方塊示意圖。 第3圖為第2B圖所示之〆啟動電路之示意圖。 第4A圖及第4B圖分別為第2B圖所示之馬達驅動晶片之操作 模式為電壓調速模式及脈寬調變調速模式時，一外部脈寬調變訊 號、一控制時脈、一脈寬調變啟動讯號、一輸出訊號、一判斷結果 以及一啟動訊號之示意圖。 【主要元件符號說明】 10、12、14、2〇 馬達驅動晶片 102 馬達 104 驅動電路 106 上橋開關 108 下橋開關 202 選擇器 204 啟動電路 15 201246778 206 302 304 306 308 、 310 VCC一P、VCC_P， vcc OUTl_P、OUT2_P、OUT1 OUT2_P’

IL PWM一P、PWM_P，

PWM PWMout、PWMout’

EN

EXT—PWM C2

ROT

SEL

ACT PWM_0

Cl

RES 計數器 判斷單元 輸出單元 反向器 正反器 系統電壓腳位 系統電壓 .P’ 、 輸出腳位 驅動電流 脈波寬度調變腳位 脈波寬度調變訊號 脈寬調變輸出訊號 致能腳位 外部脈寬調變訊號 脈寬調變啟動訊號 轉動訊號 選擇訊號 啟動訊號 判斷結果 控制時脈 重置訊號

S 16 201246778 D、D’ 輸入端 CLK、CLK， 時脈端 R、R， 重置端 Q、Q’ 輸出端 QB ' QB' 端點 PWM_R 輸出訊號 17

Claims (1)

1. 201246778 七、申請專利範圍： 1. 一種啟動電路，用於一馬達驅動晶片中，包含有： 一判斷單元，用來根據一外部脈寬調變（pulse width modulation，PWM)訊號’產生一判斷結果指示該馬達驅 動晶片之一操作模式；以及 一輸出單元’用來根據該判斷結果及一脈寬調變啟動訊號，輸 出一啟動訊號； 其中’該脈寬調變啟動訊號之一脈寬大於該外部脈寬調變訊號 之一脈寬。 2. 如請求項1所述之啟動電路，其中於該判斷結果指示該馬達驅 動晶片之該操作模式為一電壓調速模式時，該輸出單元輸出具 有全脈寬（full duty)之該啟動訊號。 3·如請求項1所述之啟動電路，其中於該判斷結果指示該馬達驅 動晶片之該操作模式為一脈寬調變調速模式時，該輸出單元以 該脈寬調變啟動訊號做為該啟動訊號輸出。 4.如請求項1所述之啟動電路，其中該判斷單元包含有： 一反向器，用來接收該外部脈寬調變訊號，以產生一重置气號. 以及 ~ ’ 複數個正反器（flip-flop)，該複數個正反器彼此串聯耦接，用 來根據一系統電壓、一控制時脈以及該重置訊號，輪出 201246778 判斷結果。 5. 如清求項4所述之啟動電路，其中該複數個正反器包含有： 第—正反器，其-輸人端、—時脈端以及—重置端分別用來 接收該系統電壓、該控制時脈以及該重置訊號，一輸出端 用來輸出一第一輸出訊號；以及 第-正反n ’其-輸人端、—時脈端以及—重置端分別用來 接收該第一輸出訊號、該控制時脈以及該重置訊號，一輸 出端用來輸出該判斷結果。 6. 如請求項5所述之啟動電路，其中於該控制時脈之上緣時，該 第一正反器及該第二正反器分別將該第一輸出訊號與該判斷結 果轉換至該系統電壓與該第一輸出訊號之準位；而於該重置訊 號指示重置時，該第一正反器及該第二正反器分別重置該第一 輪出訊號與該判斷結果。 7 .如請求項1所述之啟動電路，其中該輸出單元包含有一或閘（〇R gate) ’用來根據該判斷結果及該脈寬調變啟動訊號，輸出該啟 動訊號。 Ο '一種馬達驅動晶片，用來驅動一風扇，包含有： 一選擇器’用來根據一選擇訊號，選擇一外部脈寬調變（pulse width modulation，PWM)訊號與一啟動訊號當中一者做為 201246778 一脈寬調變輸出訊號輸出；以及 一啟動電路，用來產生該啟動訊號，包含有： 一判斷單元，用來根據該外部脈寬調變訊號，產生一判斷 結果指示該馬達驅動晶片之一操作模式；以及 一輸出單元，用來根據該判斷結果及一脈寬調變啟動訊 號’輸出該啟動訊號； 其中’該脈寬調變啟動訊號之一脈寬大於該外部脈寬調變訊號 之一脈寬。 9. 10. 11. 如清求項8所述之馬達麟晶# ’其巾於闕擇訊號指示該風 扇未轉動時’該獅器⑽啟動峨做為鎌寬調變輸出訊號 輸出。 如清求項8所述之馬達购晶#，其巾_辦喊指示該風 扇已轉動時’該轉H㈣外雜寬機峨做為該脈寬調變 輸出訊號輸出。 如請求項8所述之馬達鶴“，其中於該觸結果指示該馬 達驅動晶片之該操作模式為—電壓調迷模式時，該輸出單元輸 出具有全脈寬（ftill duty)之該啟動訊號。 如請求項8所述之馬達驅動“，其t於該判斷結果指示 達驅動晶片之該操作模式為—脈寬調變調速模式時，該輪出"單 12. 201246778 元以該脈寬調變啟動訊號做為該啟動訊號輸出。 13. 如請求項8所述之馬達驅動晶片，其中該判斷單元包含有： 一反向器，用來接收該外部脈寬調變訊號，以產生一重置訊號； 以及 複數個正反器（flip-flop)，該複數個正反器彼此串聯輕接，用 來根據一系統電壓、一控制時脈以及該重置訊號，輸出— 判斷結果。 14. 如請求項12所述之馬達驅動晶片，其中該複數個正反器包含 有： 3 一第一正反器，其一輸入端、一時脈端以及一重置端分別用來 接收該系統電壓、該控制時脈以及該重置訊號，一輸出端 用來輸出一第一輸出訊號；以及 場楚一 一正反器，其一輸入端、一時脈端以及一重置端分別用來 接收該第一輸出訊號、該控制時脈以及該重置訊 一 I 干月 出端用來輸出該判斷結果。 士明求項14所述之馬達驅動晶片，其中於該控制時脈之上緣 寺j第一正反器及該第二正反器分別將該第一輸出訊號與該 "斷。果轉換至該系統電壓與該第—輸出訊號之準位；而於該 重置錢指不重置時，該第一正反器及該第二正反器分別重置 忒第一輪出訊號與該判斷結果。 201246778 16.如請求項8所述之馬達驅動晶片，其中該輸出單元包含有一或 閘（ORgate)，用來根據該判斷結果及該脈寬調變啟動訊號， 輸出該啟動訊號。 、圖式： S 22