TW201412011A - 可調整馬達轉速的馬達驅動裝置及其驅動方法 - Google Patents

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Abstract

一種可調整馬達轉速的馬達驅動裝置及其驅動方法，其係由一PWM轉換電路、振盪電路、比較器、控制單元所組成，透過PWM轉換電路將輸入的可調最高設定電壓訊號(VH)、可調最低設定電壓訊號(VL)與控制訊號轉換成一類比訊號(VTH)，再將此類比訊號與經由振盪電路所產生之一三角波訊號(TRI)，藉由比較器作比較，使其輸出一驅動訊號至控制單元以控制馬達的轉速。藉由本發明透過調整不同的可調最高設定電壓訊號(VH)、可調最低設定電壓訊號(VL)與三角波訊號(TRI)，可調整不同的轉速曲線，進而達到改變馬達轉速的功能，以增加對馬達轉速控制的靈活度。

Description

可調整馬達轉速的馬達驅動裝置及其驅動方法
本發明係有關於一種馬達驅動裝置及其驅動方法，特別是有關於一種可以調整馬達轉速的馬達驅動裝置及其驅動方法；藉由本發明之可調整馬達轉速的馬達驅動電路及其驅動方法能夠調整不同的馬達轉速曲線，以達到改變馬達轉速的功能。
傳統以脈寬調變(Pulse Width Modulation，PWM)控制馬達驅動的方式，無法達到轉速曲線可調的功能，都是以輸入的工作週期(Duty cycle)是多少，相對應到馬達輸出的轉速就是多少。舉例來說，請參閱圖1，係為習知之脈寬調變控制馬達驅動的輸出曲線示意圖，如圖1所示，PWM之工作週期為0%至100%，當PWM之工作週期為50%時，則相對應馬達會輸出50%的轉速，因此在馬達轉速的控制曲線就會呈現出一種線性之曲線。
然而，當使用者想要依據實際操作狀態而改變馬達之轉速時，通常會透過改變輸入的PWM工作週期，或是改變馬達的線圈設計。但上述兩種方式都有實際操作上的困難處。例如：當想要隨著實際操作狀況來改變控制器輸入的PWM工作週期時，就必須改變整個系統的控制方式；而若要改變馬達的線圈時，則必須更換馬達。
因此，本發明提供一種可調整馬達轉速的馬達驅動裝置及其驅動方法，透過調整不同的可調最高設定電壓訊號(VH)、可調最低設定電壓訊號(VL)與三角波訊號(TRI)之間的電壓設定，使馬達驅動裝置能夠調整不同的馬達轉速曲線，使其具有改變馬達轉速之功能，以增加PWM對馬達轉速控制的應用靈活度。
為了解決上述有關的問題，本發明之一主要目的在於提供一種可調整馬達轉速的馬達驅動裝置，透過PWM轉換電路將輸入的可調最高設定電壓訊號(VH)、可調最低設定電壓訊號(VL)與控制訊號轉換成類比訊號(VTH)，再將此類比訊號與振盪電路所產生的三角波訊號(TRI)經由比較器作比較後，以產生一個輸出驅動訊號，再將此輸出驅動訊號送至控制單元以控制馬達的轉速。故本發明可藉此馬達驅動裝置來調整不同的馬達轉速曲線，進而達到改變馬達轉速的功能，並增加對馬達轉速控制的靈活度。
本發明又一主要目的在於提供一種可調整馬達轉速的馬達驅動方法，是透過調整不同的最高設定電壓訊號(VH)、最低設定電壓訊號(VL)與三角波訊號(TRI)，能夠調整不同的馬達轉速曲線，以達到改變馬達轉速的功能。
依據上述之各項目的，本發明提供一種可調整馬達轉速的馬達驅動裝置，包括:一PWM轉換電路，具有一第一輸入端、一第二輸入端、一第三輸入端以及一輸出端，其中第一輸入端與一控制訊號連接，第二輸入端與一可調最高設定電壓訊號(VH)連接，第三輸入端與一可調最低設定電壓訊號(VL)連接，並由輸出端輸出一類比訊號(VTH)，其中，該類比訊號可藉由調整該控制訊號、該可調最高設定電壓訊號(VH)或該可調最低設定電壓訊號(VL)來改變；一振盪電路，係用以產生一三角波訊號(TRI)；一比較器，其一第一輸入端與振盪電路所產生的三角波訊號連接，其一第二輸入端與PWM轉換電路所輸出的類比訊號連接，係用以比較三角波訊號與類比訊號以產生一驅動訊號；以及一控制單元，係用以接收驅動訊號以控制一馬達。
本發明提供一種可調整馬達轉速的馬達驅動方法，包括：提供一PWM轉換電路，其具有一第一輸入端、一第二輸入端、一第三輸入端以及一輸出端，其中第一輸入端與一PWM訊號連接，第二輸入端與一可調最高設定電壓訊號(VH)連接，第三輸入端與一可調最低設定電壓訊號(VL)連接，並由該輸出端輸出一類比訊號(VTH)；提供一振盪電路，用以產生一三角波訊號；提供一比較器，用以比較類比訊號與三角波訊號以產生一驅動訊號；以及提供一控制單元，用以接收驅動訊號以控制一馬達；其中，藉由調整可調最高設定電壓訊號(VH)或可調最低設定電壓訊號(VL)來改變類比訊號(VTH)的曲線。
經由本發明所提供之可調整馬達轉速的馬達驅動裝置及其驅動方法，使得馬達驅動裝置藉由調整控制訊號、可調最高設定電壓訊號(VH)、可調最低設定電壓訊號(VL)以產生一類比訊號後，再將此一類比訊號與三角波訊號(TRI)進行比較並產生一驅動訊號，藉由此驅動訊號來控制不同的馬達轉速曲線，使得本發明的馬達驅動裝置可以達到改變馬達轉速的功能，進一步增加馬達應用的靈活度。
由於本發明主要係揭露一種馬達驅動裝置及其驅動方法，是透過PWM轉換電路將輸入的可調最高設定電壓訊號(VH)、可調最低設定電壓訊號(VL)與控制訊號轉換成類比訊號(VTH)，再將此類比訊號與振盪電路所產生的三角波訊號(TRI)，經由比較器作比較後，以產生一個輸出驅動訊號，再將此輸出驅動訊號送至控制單元以控制馬達的轉速。而與本發明有關之馬達的基本原理與功能，已為相關技術領域具有通常知識者所能明瞭，故以下文中之說明，僅針對與本發明馬達驅動裝置及其驅動方法其特徵處進行詳細說明。此外，於下述內文中之圖式，亦並未依據實際之相關尺寸完整繪製，其作用僅在表達與本發明特徵有關之示意圖。
首先，請參閱圖2，係為本發明之馬達驅動裝置架構圖。如圖2所示，馬達驅動裝置包括：一PWM轉換電路10，具有一第一輸入端、一第二輸入端、一第三輸入端以及一輸出端，其中第一輸入端與一控制訊號101連接，第二輸入端與一可調最高設定電壓訊號(VH)102連接，第三輸入端與一可調最低設定電壓訊號(VL)103連接，並由輸出端輸出一類比訊號(VTH)，其中控制訊號為一PWM訊號（例如：一個由個人電腦系統所提供之PWM訊號），且該類比訊號可藉由調整該控制訊號、該可調最高設定電壓訊號(VH)或該可調最低設定電壓訊號(VL)來改變；一振盪電路12，係用以產生一三角波訊號(TRI)，其中三角波訊號可於一高電壓準位與一低電壓準位之間調整；一比較器14，其一第一輸入端與振盪電路12所產生的三角波訊號(TRI)連接，其一第二輸入端與PWM轉換電路10所輸出的類比訊號(VTH)連接，係用以比較三角波訊號(TRI)與類比訊號(VTH)以產生一驅動訊號(S_DR)；以及一控制單元16，係用以接收驅動訊號(S_DR)以控制一馬達18，其中馬達係為一單相馬達或一三相馬達。
接著，請參閱圖3，係為本發明之PWM轉換電路圖。如圖3所示，PWM轉換電路10具有一第一輸入端、一第二輸入端、一第三輸入端以及一輸出端，其中第一輸入端與一控制訊號101連接，第二輸入端與一可調最高設定電壓訊號(VH)102連接，第三輸入端與一可調最低設定電壓訊號(VL)103連接，並由輸出端輸出一類比訊號(VTH)，其中該控制訊號係為一PWM訊號（例如：一個由個人電腦系統所提供之PWM訊號），且該類比訊號可藉由調整該控制訊號、該可調最高設定電壓訊號(VH)或該可調最低設定電壓訊號(VL)來改變；而PWM轉換電路進一步包含一第一運算放大器(OP1)，具有一正輸入端電性連接於可調最高設定電壓訊號102、一負輸入端，以及一輸出端電性連接於負輸入端；一第二運算放大器(OP2)，具有一正輸入端電性連接於可調最低設定電壓訊號103、一負輸入端，以及一輸出端電性連接於負輸入端；一第一開關元件(TG1)，具有接收一第一輸入訊號之一輸入端耦接至第一運算放大器(OP1)、耦接至一輸出節點(VA)之一輸出端、耦接至控制訊號101之一控制端以及耦接至一公共節點(N)之一連接端，第一開關元件(TG1)會根據控制訊號101而決定是否導通第一輸入訊號，其中第一開關元件(TG1)係為一傳輸閘；一第二開關元件(TG2)，具有接收一第二輸入訊號之一輸入端耦接至第二運算放大器(OP2)、耦接至輸出節點(VA)之一輸出端、耦接至控制訊號101之一控制端以及耦接至該公共節點(N)之一連接端，第二開關元件(TG2) 會根據控制訊號101而決定是否導通第二輸入訊號，其中第二開關元件(TG2)係為一傳輸閘；一反相器20，具有一輸入端係用以接收控制訊號101，而其輸出端相連於公共節點(N)；以及一低通濾波電路22，其係用以將輸出節點(VA)所產生之一電壓轉換成類比訊號(VTH)，其中低通濾波電路22係為一二階低通濾波電路，進一步包含一第一電阻(R1)，具有一第一端，耦接至輸出節點(VA)，以及一第二端；一第二電阻(R2)，具有一第一端，耦接至第一電阻(R1)之第二端，以及一第二端；一第一電容(C1)，具有一第一端，耦接至第二電阻(R2)，以及一第二端耦接至接地端；一第三運算放大器(OP3)，具有一正輸入端電性連接於第二電阻(R2)與第一電容(C1)間的接點、一負輸入端，以及一輸出端電性連接於負輸入端，用以輸出類比訊號(VTH)；以及一第二電容(C2)，具有一第一端，耦接至第一電阻(R1)與第二電阻(R2)間的接點，以及一第二端耦接至第三運算放大器(OP3)之輸出端。
當控制訊號101經由PWM轉換電路10之第一輸入端輸入至PWM轉換電路10後，可藉由PWM轉換電路10之第二輸入端輸入之可調最高設定電壓訊號(VH)102與PWM轉換電路10之第三輸入端輸入之可調最低設定電壓訊號(VL)103來轉換成一類比訊號(VTH)，其中控制訊號101係為一PWM訊號，其工作週期(Duty cycle)可由0%至100%變化，而可調最高設定電壓訊號(VH)102與可調最低設定電壓訊號(VL)103則可經由外部輸入設定之。當經由外部輸入設定完成後，可調最高設定電壓訊號(VH) 102會輸入至第一運算放大器(OP1)之正輸入端，經第一運算放大器(OP1)運算後經輸出端輸出第一輸入訊號至第一開關元件(TG1)之輸入端；可調最低設定電壓訊號(VL)103會輸入至第二運算放大器(OP2)之正輸入端，經第二運算放大器(OP2)運算後經輸出端輸出第二輸入訊號至第二開關元件(TG2)之輸入端；而控制訊號101會與反相器20之輸入端、第一開關元件(TG1)之控制端以及第二開關元件(TG2)之控制端連接，利用控制訊號101將可調最高設定電壓訊號(VH)102透過第一運算放大器(OP1)運算後輸出到輸出節點(VA)或是將可調最低設定電壓訊號(VL)103透過第二運算放大器(OP2)運算後輸出到輸出節點(VA)，之後再經由一低通濾波電路22將輸出節點(VA)取樣到的可調最高設定電壓訊號(VH)102或可調最低設定電壓訊號(VL)103轉換成一類比訊號(VTH)輸出至比較器14，進而控制馬達18。
再接著，請參閱圖4並配合圖3，圖4係為本發明之轉換後類比訊號(VTH)輸出結果示意圖。如圖4所示，類比訊號(VTH)係透過控制訊號101控制可調最高設定電壓訊號(VH)或可調最低設定電壓訊號(VL)輸出至輸出節點(VA)並將其轉換輸出，其中類比訊號(VTH)係透過一轉換公式轉換之，轉換公式如下式(1)所示：
VTH=(VH－VL)×控制訊號其工作週期(Duty cycle)+VL (1)
然而，設定不同的可調最高設定電壓(VH)或可調最低設定電壓訊號(VL)經轉換公式轉換後會產生不同的類比訊號(VTH)結果。舉例來說，若將輸入之控制訊號其工作週期(Duty cycle)固定為20%，亦即將PWM訊號其工作週期(Duty cycle)固定為20%，觀察設定不同的可調最高設定電壓訊號(VH)或可調最低設定電壓訊號(VL)所產生的類比訊號(VTH)；例如：當設定可調最高設定電壓訊號(VH)＝5V、可調最低設定電壓訊號(VL)=0V時，經轉換公式轉換後可產生類比訊號(VTH)=1V；當設定可調最高設定電壓訊號(VH)＝3.75V、可調最低設定電壓訊號(VL)=1.25V時，經轉換公式轉換後可產生類比訊號(VTH)=1.75V；而當設定可調最高設定電壓訊號(VH)＝3V、可調最低設定電壓訊號(VL)=1.5V時，經轉換公式轉換後可產生類比訊號(VTH)=1.8V。若將輸入之控制訊號(亦即PWM訊號)其工作週期(Duty cycle)固定為60%，觀察設定不同的可調最高設定電壓訊號(VH)或可調最低設定電壓訊號(VL)所產生的類比訊號(VTH)，例如：當設定可調最高設定電壓訊號(VH)＝5V、可調最低設定電壓訊號(VL)=0V時，經轉換公式轉換後可產生類比訊號(VTH)=3V；當設定可調最高設定電壓訊號(VH)＝3.75V、可調最低設定電壓訊號(VL)=1.25V時，經轉換公式轉換後可產生類比訊號(VTH)= 2.75V；而當設定可調最高設定電壓訊號(VH)＝3V、可調最低設定電壓訊號(VL)=1.5V時，經轉換公式轉換後可產生類比訊號(VTH)=2.4V。經由上面所述，當控制訊號(亦即PWM訊號)其工作週期(Duty cycle)由0%至100%變化時，設定不同的可調最高設定電壓訊號(VH)或可調最低設定電壓訊號(VL)，經轉換公式轉換後所產生的類比訊號(VTH)的結果會呈現一種線性的變化。然而，藉由調整控制訊號、可調最高設定電壓訊號(VH)或可調最低設定電壓訊號(VL)可用來改變類比訊號，再將產生之類比訊號與振盪電路12所產生的三角波訊號(TRI)做比較會產生一驅動訊號，其驅動訊號係用以產生不同輸出轉速比(Duty %)以控制馬達轉動，可達到改變馬達轉速的功能。
因此，請先參閱圖5A，係為本發明之第一實施例之波形示意圖。如圖5A所示，第一實施例係先將三角波訊號(TRI)的高電壓固定為3.75V、低電壓固定為1.25V，並將可調最高設定電壓訊號(VH)固定在3.75V去調整可調最低設定電壓訊號(VL)，經轉換公式轉換後所產生的類比訊號(VTH)將其與三角波訊號(TRI)比較，並且觀察其輸出轉速比(Duty %)；因此進一步分成三種狀態來說明比較之結果：ORG(VH=3.75V、VL=1.25V)、CASE1(VH=3.75V、VL=0V)、CASE2(VH=3.75V、VL=2.25V)；首先，假設於ORG之狀態下，其三角波訊號(TRI)的高電壓固定為3.75V、低電壓固定為1.25V，將可調最高設定電壓訊號(VH)固定在3.75V，而可調最低設定電壓訊號(VL)設為1.25V，經轉換公式轉換後所產生的類比訊號(VTH)之結果會在1.25V至3.75V間變化，將其與三角波訊號(TRI)之高電壓及低電壓比較並觀察其輸出轉速比(Duty %)，所產生之結果如圖5A之ORG波形圖，由於類比訊號(VTH)之結果與三角波訊號(TRI)之高電壓及低電壓一致，因此其輸出轉速比(Duty %)會呈一線性變化；其次，假設於CASE1之狀態下，其三角波訊號(TRI)的高電壓固定為3.75V、低電壓固定為1.25V，將可調最高設定電壓訊號(VH)固定在3.75V，而可調最低設定電壓訊號(VL)改設為0V，經轉換公式轉換後所產生的類比訊號(VTH)之結果會在0V至3.75V間變化，將其與三角波訊號(TRI)之高電壓及低電壓比較並觀察其輸出轉速比(Duty %)，所產生之結果如圖5A之CASE1波形圖，由於類比訊號(VTH)係由0V開始變化，當類比訊號(VTH)變化至1.25V時才會與三角波訊號(TRI)接觸，此時才開始會有輸出轉速比(Duty %)，因此類比訊號(VTH)於0V至1.25V時沒有輸出轉速比(Duty %)；再其次，假設於CASE2之狀態下，其三角波訊號(TRI)的高電壓固定為3.75V、低電壓固定為1.25V，將可調最高設定電壓訊號(VH)固定在3.75V，而可調最低設定電壓訊號(VL)改設為2.25V，經轉換公式轉換後所產生的類比訊號(VTH)之結果會在2.25V至3.75V間變化，將其與三角波訊號(TRI)之高電壓及低電壓比較並觀察其輸出轉速比(Duty %)，所產生之結果如圖5A之CASE2波形圖，當類比訊號(VTH)為2.25V時即與三角波訊號(TRI)接觸，此時之電位亦高於三角波訊號(TRI)之低電壓1.25V，因此於CASE2狀態一開始就有輸出轉速比(Duty %)。
之後，將ORG(VH=3.75V、VL=1.25V)、CASE1(VH=3.75V、VL=0V)、CASE2(VH=3.75V、VL=2.25V) 此三種狀態之輸出轉速比(Duty %)依據控制訊號(亦即PWM訊號)其工作週期比(Duty cycle)轉換成轉速曲線，請參閱圖5B並配合圖5A，如圖5B所示，係為本發明之第一實施例之轉速曲線圖，橫軸係為控制訊號(亦即PWM訊號)其工作週期(Duty cycle%)，縱軸係為馬達輸出轉速比(Duty %)，觀察ORG狀態下之轉速曲線在工作週期(Duty cycle)由0%至100%的變化，依據圖5A所述，類比訊號(VTH)之結果會與三角波訊號(TRI)之高電壓及低電壓一致，因此其馬達輸出轉速曲線會呈一線性的變化；接著，觀察其CASE1狀態下之轉速曲線在工作週期(Duty cycle)由0%至100%的變化，依據圖5A所述，由於類比訊號(VTH)係由0V開始變化，當類比訊號(VTH)變化至1.25V時才會與三角波訊號(TRI)接觸，此時才開始會有輸出轉速比(Duty %)，因此類比訊號(VTH)於0V至1.25V時是沒有輸出轉速比(Duty %)，如圖5B之CASE1轉速曲線，在工作週期(Duty cycle)為33%時馬達才開始有轉速的輸出；再觀察其CASE2狀態下之轉速曲線在工作週期(Duty cycle)由0%至100%的變化，依據圖5A所述，當類比訊號(VTH)為2.25V時即與三角波訊號(TRI)接觸，此時之電位亦高於三角波訊號(TRI)之低電壓1.25V，因此於一開始就有馬達轉速的輸出，如圖5B之CASE2轉速曲線，在工作週期(Duty cycle)為0%時就有40%的馬達輸出轉速比(Duty %)；綜合以上所述，第一實施例可用於當馬達轉速降低到某種程度後，可因應不同馬達及不同系統需求來做調整，當馬達需要維持最低散熱能力時，就可以調整到CASE2的設定；若是系統在此時不需要做散熱，並且要求節能模式時，則可以調整到CASE1的設定，當PWM信號小於33%後(可依系統需求調整)，馬達就不會輸出信號。以上這兩種系統需求，可透過調整可調最低設定電壓訊號(VL)即可調整馬達於低轉速時之輸出(如圖5B之虛線所示)。
接著，請繼續參閱圖6A，係為本發明之第二實施例之波形圖。如圖6A所示，第二實施例係先將三角波訊號(TRI)的高電壓固定為3.75V、低電壓固定為1.25V，並將可調最低設定電壓訊號(VL)固定在1.25V去調整可調最高設定電壓訊號(VH)，經轉換公式轉換後所產生的類比訊號(VTH)將其與三角波訊號(TRI)比較並且觀察其輸出轉速比(Duty %)；因此進一步分成三種狀態來說明比較結果：ORG(VH=3.75V、VL=1.25V)、CASE1(VH=2.9V、VL=1.25V)、CASE2(VH=5V、VL=1.25V)；首先，假設於ORG(VH=3.75V、VL=1.25V)之狀態下，其三角波訊號(TRI)的高電壓固定為3.75V、低電壓固定為1.25V，將可調最高設定電壓訊號(VH)設為3.75V，而可調最低設定電壓訊號(VL)固定在1.25V，經轉換公式轉換後所產生的類比訊號(VTH)之結果會在1.25V至3.75V間變化，將其與三角波訊號(TRI)之高電壓及低電壓比較並觀察其輸出轉速比(Duty %)，所產生之結果如圖6A之ORG波形圖，由於類比訊號(VTH)之結果與三角波訊號(TRI)之高電壓及低電壓一致，因此其輸出轉速比(Duty %)會呈一線性變化；其次，假設於CASE1(VH=2.9V、VL=1.25V) 之狀態下，其三角波訊號(TRI)的高電壓固定為3.75V、低電壓固定為1.25V，將可調最高設定電壓訊號(VH)設為2.9V，而可調最低設定電壓訊號(VL)一樣固定在1.25V，經轉換公式轉換後所產生的類比訊號(VTH)之結果會在1.25V至2.9V間變化，將其與三角波訊號(TRI)之高電壓及低電壓比較並觀察其輸出轉速比(Duty %)，所產生之結果如圖6A之CASE1波形圖，當類比訊號(VTH)為1.25V時即與三角波訊號(TRI)接觸，此時之電位與三角波訊號(TRI)之低電壓1.25V一致，因此於一開始就有輸出轉速比(Duty %)，但由於類比訊號(VTH)之最高變化為2.9V較三角波訊號(TRI)之高電壓3.75V低，因此所輸出轉速比(Duty %)會比ORG狀態下於類比訊號(VTH)為3.75V時之輸出轉速比(Duty %)小；再其次，假設於CASE2(VH=5V、VL=1.25V)之狀態下，其三角波訊號(TRI)的高電壓固定為3.75V、低電壓固定為1.25V，將可調最高設定電壓訊號(VH)設為5V，而可調最低設定電壓訊號(VL)一樣固定在1.25V，經轉換公式轉換後所產生的類比訊號(VTH)之結果會在1.25V至5V間變化，將其與三角波訊號(TRI)之高電壓及低電壓比較並觀察其輸出轉速比(Duty %)，所產生之結果如圖6A之CASE2波形圖，當類比訊號(VTH)為1.25V時即與三角波訊號(TRI)接觸，此時之電位與三角波訊號(TRI)之低電壓1.25V一致，因此於一開始就有輸出轉速比(Duty %)，但由於類比訊號(VTH)之最高變化為5V較三角波訊號(TRI)之高電壓3.75V高，因此所輸出轉速比(Duty %)會比ORG狀態下於類比訊號(VTH)為3.75V時之輸出轉速比(Duty %)大。之後，將ORG(VH=3.75V、VL=1.25V)、CASE1(VH=2.9V、VL=1.25V)、CASE2(VH=5V、VL=1.25V)此三種狀態之輸出轉速比(Duty %)依據控制訊號(亦即PWM訊號)其工作週期比(Duty cycle)轉換成轉速曲線，請參閱圖6B並配合圖6A，如圖6B所示，係為本發明之第二實施例之轉速曲線圖，橫軸係為控制訊號(亦即PWM訊號)其工作週期(Duty cycle%)，縱軸係為馬達輸出轉速比(Duty %)，觀察ORG狀態下之轉速曲線在工作週期(Duty cycle)由0%至100%的變化，依據圖6A所述，類比訊號(VTH)之結果會與三角波訊號(TRI)之高電壓及低電壓一致，因此其馬達輸出轉速曲線會呈線性的變化；接著，觀察其CASE1狀態下之轉速曲線在工作週期(Duty cycle)由0%至100%的變化，依據圖6A所述，當類比訊號(VTH)為1.25V時即與三角波訊號(TRI)接觸，此時之電位與三角波訊號(TRI)之低電壓1.25V一致，因此於一開始就有輸出轉速比(Duty %)，但由於類比訊號(VTH)之最高變化為2.9V較三角波訊號(TRI)之高電壓3.75V低，因此所輸出轉速比(Duty %)會比ORG狀態下於類比訊號(VTH)為3.75V時之輸出轉速比(Duty %)小，如圖6B之CASE1轉速曲線，在工作週期(Duty cycle)為100%時只有67%的馬達輸出轉速比(Duty %)；再觀察其CASE2狀態下之轉速曲線在工作週期(Duty cycle)由0%至100%的變化，依據圖6A所述，當類比訊號(VTH)為1.25V時即與三角波訊號(TRI)接觸，此時之電位與三角波訊號(TRI)之低電壓1.25V一致，因此於一開始就有輸出轉速比(Duty %)，但由於類比訊號(VTH)之最高變化為5V較三角波訊號(TRI)之高電壓3.75V高，因此所輸出轉速比(Duty %)會比ORG狀態下於類比訊號(VTH)為3.75V時之輸出轉速比(Duty %)大，如圖6B之CASE2轉速曲線，在工作週期(Duty cycle)為67%時就達到100%的馬達輸出轉速比(Duty %)；綜合以上所述，第二實施例可用於不同系統需求對應馬達散熱能力的設定，如系統所需的散熱能力，不需要很大時，可調整到CASE1的設定，如系統所需的散熱能力，需要提早輸出到最大，則可調整到CASE2的設定，因此當VGA或是CPU等散熱風扇溫度過高時，為了有效調節溫度可透過調整可調最高設定電壓訊號(VH)即調整馬達於高轉速時之輸出(如圖6B之虛線所示是代表可調整的範圍)，藉以快速降低散熱風扇的溫度。
接著，請繼續參閱圖7A，係為本發明之第三實施例之波形圖。如圖7A所示，第三實施例係先將三角波訊號(TRI)的高電壓固定為3.75V、低電壓固定1.25V，並同時去調整可調最低設定電壓訊號(VL)與可調最高設定電壓訊號(VH)，經轉換公式轉換後所產生的類比訊號(VTH)將其與三角波訊號(TRI)比較並且觀察其輸出轉速比(Duty %)；因此進一步分成三種狀態來說明比較結果：ORG(VH=3.75V、VL=1.25V)、CASE1(VH=3V、VL=2V)、CASE2(VH=5V、VL=0V)；首先，假設於ORG(VH=3.75V、VL=1.25V)之狀態下，其三角波訊號(TRI)的高電壓固定為3.75V、低電壓固定為1.25V，將可調最低設定電壓訊號(VL)設為1.25V，而可調最高設定電壓訊號(VH)設為3.75V，經轉換公式轉換後所產生的類比訊號(VTH)之結果會在1.25V至3.75V間變化，將其與三角波訊號(TRI)之高電壓及低電壓比較並觀察其輸出轉速比(Duty %)，所產生之結果如圖7A之ORG波形圖，由於類比訊號(VTH)之結果與三角波訊號(TRI)之高電壓及低電壓一致，因此其輸出轉速比(Duty %)會呈一線性變化；其次，假設於CASE1(VH=3V、VL=2V)之狀態下，其三角波訊號(TRI)的高電壓固定為3.75V、低電壓固定為1.25V，將可調最高設定電壓訊號(VH)設為3V，而可調最低設定電壓訊號(VL)設為2V，經轉換公式轉換後所產生的類比訊號(VTH)之結果會在2V至3V間變化，將其與三角波訊號(TRI)之高電壓及低電壓比較並觀察其輸出轉速比(Duty %)，所產生之結果如圖7A之CASE1波形圖，當類比訊號(VTH)為2V時即與三角波訊號(TRI)接觸，因此於一開始就有輸出轉速比(Duty %)，且此時之電位會高於三角波訊號(TRI)之低電壓1.25V，因而所輸出轉速比(Duty %)會比ORG狀態下於類比訊號(VTH)為1.25V時之輸出轉速比(Duty %)大，再者由於類比訊號(VTH)之最高變化為3V較三角波訊號(TRI)之高電壓3.75V低，因而所輸出轉速比(Duty %)會比ORG狀態下於類比訊號(VTH)為3.75V時之輸出轉速比(Duty %)小；接著，再假設於CASE2(VH=5V、VL=0V)之狀態下，其三角波訊號(TRI)的高電壓固定為3.75V、低電壓固定為1.25V，將可調最高設定電壓訊號(VH)設為5V，而可調最低設定電壓訊號(VL)設為0V，經轉換公式轉換後所產生的類比訊號(VTH)之結果會在0V至5V間變化，將其與三角波訊號(TRI)之高電壓及低電壓比較並觀察其輸出轉速比(Duty %)，所產生之結果如圖7A之CASE2波形圖，由於類比訊號(VTH)係由0V開始變化，當類比訊號(VTH)為1.25V時才會與三角波訊號(TRI)接觸，此時才開始會有輸出轉速比(Duty %)，但由於類比訊號(VTH)之最高變化為5V較三角波訊號(TRI)之高電壓3.75V高，因此所輸出轉速比(Duty %)會比ORG狀態下於類比訊號(VTH)為3.75V時之輸出轉速比(Duty %)大。之後，將ORG(VH=3.75V、VL=1.25V)、CASE1(VH=3V、VL=2V)、CASE2(VH=5V、VL=0V)此三種狀態之輸出轉速比(Duty %)依據控制訊號(亦即PWM訊號)其工作週期比(Duty cycle)轉換成轉速曲線，請參閱圖7B並配合圖7A，如圖7B所示，係為本發明之第三實施例之轉速曲線圖，橫軸係為控制訊號(亦即PWM訊號)其工作週期(Duty cycle%)，縱軸係為馬達輸出轉速比(Duty %)，觀察ORG狀態下之轉速曲線在 工作週期(Duty cycle)由0%至100%的變化，依據圖7A所述，類比訊號(VTH)之結果會與三角波訊號(TRI)之高電壓及低電壓一致，因此其馬達輸出轉速會呈一線性的變化；接著，觀察其CASE1情況下之轉速曲線在工作週期(Duty cycle)由0%至100%的變化，依據圖7A所述，當類比訊號(VTH)為2V時即與三角波訊號(TRI)接觸，因此於一開始就有輸出轉速比(Duty %)，且此時之電位會高於三角波訊號(TRI)之低電壓1.25V，因而所輸出轉速比(Duty %)會比ORG狀態下於類比訊號(VTH)為1.25V時之輸出轉速比(Duty %)大，再者由於類比訊號(VTH)之最高變化為3V較三角波訊號(TRI)之高電壓3.75V低，因而所輸出轉速比(Duty %)會比ORG狀態下於類比訊號(VTH)為3.75V時之輸出轉速比(Duty %)小，如圖7B之CASE1轉速曲線，在工作週期(Duty cycle)為0%就有30%的馬達輸出轉速比(Duty %)，而當工作週期(Duty cycle)為100%時則只有70%的馬達輸出轉速比(Duty %)；再觀察其CASE2狀態下之轉速曲線在工作週期(Duty cycle)由0%至100%的變化，依據圖7A所述，由於類比訊號(VTH)係由0V開始變化，當類比訊號(VTH)為1.25V時才會與三角波訊號(TRI)接觸，此時才開始會有輸出轉速比(Duty %)，但由於類比訊號(VTH)之最高變化為5V較三角波訊號(TRI)之高電壓3.75V高，因此所輸出轉速比(Duty %)會比ORG狀態下於類比訊號(VTH)為3.75V時之輸出轉速比(Duty %)大，如圖6B之CASE2轉速曲線，在工作週期(Duty cycle)為25%時馬達才開始有轉速的輸出，而在工作週期(Duty cycle)為67%時馬達輸出轉速比(Duty %)就達100%；綜合以上所述，第三實施例透過同時調整可調最高設定電壓訊號(VH)與可調最低設定電壓訊號(VL)即可藉以同時調整馬達於高轉速與低轉速時之輸出(如圖7B之虛線所示)，藉以能滿足不同馬達的需求並可適用於不同應用場合，增加馬達應用的靈活度。
最後，請參閱圖8，係為本發明之馬達驅動方法流程圖。如圖8所示，馬達驅動方法，係包含以下步驟：
步驟800：提供一PWM轉換電路；其PWM轉換電路具有一第一輸入端、一第二輸入端、一第三輸入端以及一輸出端，其中第一輸入端與一PWM訊號連接，第二輸入端與一可調最高設定電壓訊號(VH)連接，第三輸入端與一可調最低設定電壓訊號(VL)連接，並由輸出端輸出一類比訊號(VTH)，其中藉由調整PWM訊號、可調最高設定電壓訊號(VH)或可調最低設定電壓訊號(VL)可改變類比訊號(VTH)，接著進入步驟801。
步驟801：提供一振盪電路；其振盪電路係用以產生一三角波訊號，而三角波訊號可於一高電壓準位與一低電壓準位之間調整，接著進入步驟802。
步驟802：提供一比較器；其比較器係用以比較類比訊號(VTH)與三角波訊號(TRI)以產生一驅動訊號(S_DR)，最後進入步驟803。
步驟803：提供一控制單元；其控制單元係用以接收比較器所產生之驅動訊號以控制一馬達。
雖然本發明以前述之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。
10．．．PWM轉換電路
VTH．．．類比訊號
12．．．振盪電路
TRI．．．三角波訊號
14．．．比較器
OP1．．．第一運算放大器
16．．．控制單元
OP2．．．第二運算放大器
18．．．馬達
OP3．．．第三運算放大器
20．．．反相器
TG1．．．第一開關元件
101．．．控制訊號
TG2．．．第二開關元件
102．．．可調最高設定電壓訊號
VA．．．輸出節點
103．．．可調最低設定電壓訊號
N．．．公共節點
R1．．．第一電阻
R2．．．第二電阻
C1．．．第一電容
C2．．．第二電容
S_DR．．．驅動訊號
800、801、802、803．．．步驟
圖1 係為本發明之習知脈寬調變控制馬達驅動的輸出曲線示意圖；
圖2 係為本發明之馬達驅動裝置架構圖；
圖3 係為本發明之PWM轉換電路圖；
圖4 係為本發明之轉換後類比訊號輸出結果示意圖；
圖5A 係為本發明之第一實施例波形圖；
圖5B 係為本發明之第一實施例之轉速曲線圖；
圖6A 係為本發明之第二實施例波形圖；
圖6B 係為本發明之第二實施例之轉速曲線圖；
圖7A 係為本發明之第三實施例波形圖；
圖7B 係為本發明之第三實施例之轉速曲線圖；
圖8 係為本發明之馬達驅動方法流程圖。
10．．．PWM轉換電路
12．．．振盪電路
14．．．比較器
16．．．控制單元
18．．．馬達
20．．．反相器
101．．．控制訊號
102．．．可調最高設定電壓訊號
103．．．可調最低設定電壓訊號
S_DR．．．驅動訊號
VTH．．．類比訊號
TRI．．．三角波訊號

Claims (17)

  1. 一種可調整馬達轉速的馬達驅動裝置，包括：
    一PWM轉換電路，具有一第一輸入端、一第二輸入端、一第三輸入端以及一輸出端，其中該第一輸入端與一控制訊號連接，該第二輸入端與一可調最高設定電壓訊號(VH)連接，該第三輸入端與一可調最低設定電壓訊號(VL)連接，並由該輸出端輸出一類比訊號，其中，該類比訊號可藉由調整該控制訊號、該可調最高設定電壓訊號(VH)或該可調最低設定電壓訊號(VL)來改變；
    一振盪電路，係用以產生一三角波訊號；
    一比較器，其一第一輸入端與該振盪電路所產生的該三角波訊號連接，其一第二輸入端與該PWM轉換電路所輸出的該類比訊號連接，係用以比較該三角波訊號與該類比訊號以產生一驅動訊號；以及
    一控制單元，係用以接收該驅動訊號以控制一馬達。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之可調整馬達轉速的馬達驅動裝置，其中該PWM轉換電路進一步包括：
    一第一運算放大器，具有一正輸入端電性連接於該可調最高設定電壓訊號、一負輸入端，以及一輸出端電性連接於該負輸入端；
    一第二運算放大器，具有一正輸入端電性連接於該可調最低設定電壓訊號、一負輸入端，以及一輸出端電性連接於該負輸入端；
    一第一開關元件，具有接收一第一輸入訊號之一輸入端耦接至該第一運算放大器、耦接至一輸出節點之一輸出端、耦接至該控制訊號之一控制端以及耦接至一公共節點之一連接端，該第一開關元件根據該控制訊號而決定是否導通該第一輸入訊號；
    一第二開關元件，具有接收一第二輸入訊號之一輸入端耦接至該第二運算放大器、耦接至該輸出節點之一輸出端、耦接至該控制訊號之一控制端以及耦接至該公共節點之一連接端，該第二開關元件根據該控制訊號而決定是否導通該第二輸入訊號；
    一反相器，具有一輸入端係用以接收該控制訊號，以及一輸出端相連於該公共節點；以及
    一低通濾波電路，其係用以將該第一節點所產生之一電壓轉換成該類比訊號。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述之可調整馬達轉速的馬達驅動裝置，其中該控制訊號為一PWM訊號。
  4. 根據申請專利範圍第1項所述之可調整馬達轉速的馬達驅動裝置，其中該三角波訊號可於一高電壓準位與一低電壓準位之間調整。
  5. 根據申請專利範圍第1項所述之可調整馬達轉速的馬達驅動裝置，其中該馬達係為一單相馬達。
  6. 根據申請專利範圍第1項所述之可調整馬達轉速的馬達驅動裝置，其中該馬達係為一三相馬達。
  7. 根據申請專利範圍第2項所述之可調整馬達轉速的馬達驅動裝置，其中該第一開關元件與該第二開關元件係為一傳輸閘。
  8. 根據申請專利範圍第2項所述之可調整馬達轉速的馬達驅動裝置，其中該低通濾波電路進一步包括：
    一第一電阻(R1)，具有一第一端，耦接至該第一節點，以及一第二端；
    一第二電阻(R2)，具有一第一端，耦接至該第一電阻之該第二端，以及一第二端；
    一第一電容(C1)，具有一第一端，耦接至該第二電阻，以及一第二端耦接至接地端；
    一第三運算放大器，具有一正輸入端電性連接於該第二電阻與該第一電容間的接點、一負輸入端，以及一輸出端電性連接於該負輸入端，用以輸出該類比訊號；以及
    一第二電容(C2)，具有一第一端，耦接至該第一電阻與該第二電阻間的接點，以及一第二端耦接至該第三運算放大器之輸出端。
  9. 根據申請專利範圍第8項所述之可調整馬達轉速的馬達驅動裝置，其中該低通濾波電路係為一二階低通濾波電路。
  10. 一種可調整馬達轉速的馬達驅動方法，包括：
    提供一PWM轉換電路，其具有一第一輸入端、一第二輸入端、一第三輸入端以及一輸出端，其中該第一輸入端與一PWM訊號連接，該第二輸入端與一可調最高設定電壓訊號(VH)連接，該第三輸入端與一可調最低設定電壓(VL)訊號連接，並由該輸出端輸出一類比訊號；
    提供一振盪電路，用以產生一三角波訊號；
    提供一比較器，用以比較該類比訊號與該三角波訊號以產生一驅動訊號；以及
    提供一控制單元，用以接收該驅動訊號以控制一馬達；
    其中，藉由調整該PWM訊號、該可調最高設定電壓訊號(VH)或該可調最低設定電壓訊號(VL)來改變該類比訊號。
  11. 根據申請專利範圍第10項所述之可調整馬達轉速的馬達驅動方法，其中該PWM轉換電路進一步包括：
    一第一運算放大器，具有一正輸入端電性連接於該可調最高設定電壓訊號、一負輸入端，以及一輸出端電性連接於該負輸入端；
    一第二運算放大器，具有一正輸入端電性連接於該可調最低設定電壓訊號、一負輸入端，以及一輸出端電性連接於該負輸入端；
    一第一開關元件，具有接收一第一輸入訊號之一輸入端耦接至該第一運算放大器、耦接至一第一節點之一輸出端、耦接至該控制訊號之一控制端以及耦接至一公共節點之一連接端，該第一開關元件根據該控制訊號而決定是否導通該第一輸入訊號；
    一第二開關元件，具有接收一第二輸入訊號之一輸入端耦接至該第二運算放大器、耦接至該第一節點之一輸出端、耦接至該控制訊號之一控制端以及耦接至該公共節點之一連接端，該第二開關元件根據該控制訊號而決定是否導通該第二輸入訊號；
    一反相器，具有一輸入端係用以接收該控制訊號，以及一輸出端相連於該公共節點；以及
    一低通濾波電路，其係用以將該第一節點所產生之一電壓轉換成該類比訊號。
  12. 根據申請專利範圍第10項所述之可調整馬達轉速的馬達驅動方法，其中該三角波訊號可於一高電壓準位與一低電壓準位之間調整。
  13. 根據申請專利範圍第10項所述之可調整馬達轉速的馬達驅動方法，其中該馬達係為一單相馬達。
  14. 根據申請專利範圍第10項所述之可調整馬達轉速的馬達驅動方法，其中該馬達係為一三相馬達。
  15. 根據申請專利範圍第11項所述之可調整馬達轉速的馬達驅動方法，其中該第一開關元件與該第二開關元件係為一傳輸閘。
  16. 根據申請專利範圍第11項所述之可調整馬達轉速的馬達驅動方法，其中該低通濾波電路進一步包括：
    一第一電阻，具有一第一端，耦接至該該第一節點，以及一第二端；
    一第二電阻，具有一第一端，耦接至該第一電阻之該第二端，以及一第二端；
    一第一電容，具有一第一端，耦接至該第二電阻，以及一第二端耦接至接地端；
    一第三運算放大器，具有一正輸入端電性連接於該第二電阻與該第一電容間的接點、一負輸入端，以及一輸出端電性連接於該負輸入端，用以輸出該類比訊號；以及
    一第二電容，具有一第一端，耦接至該第一電阻與該第二電阻間的接點，以及一第二端耦接至該第三運算放大器之輸出端。
  17. 根據申請專利範圍第16項所述之可調整馬達轉速的馬達驅動方法，其中該低通濾波電路係為一二階低通濾波電路。
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