TW201517501A - 馬達之驅動裝置、驅動方法及冷卻裝置、電子機器 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種能以低成本及/或簡單地進行提前角控制之馬達驅動裝置。電壓零交叉檢測部314檢測於風扇馬達202之特定相之線圈產生之感應電壓成為零的電壓零交叉點。檢測區間設定部316係與電壓零交叉點同步地設定至少一個檢測區間。線圈電壓檢測比較器302將於特定相之線圈之一端產生之端子電壓與閾值電壓進行比較，並產生表示比較結果之線圈電壓檢測信號S3。電流相位檢測部318基於檢測區間之線圈電壓檢測信號S3之位準，而產生表示流過特定相之線圈之線圈電流與感應電壓之相位之關係的相位檢測信號S8。驅動信號合成部308基於相位檢測信號S8而產生驅動控制信號S5。

Description

馬達之驅動裝置、驅動方法及冷卻裝置、電子機器
本發明係關於馬達驅動技術。
圖1係三相無刷DC(direct current，直流電)馬達500之模式圖。馬達500包括：U相、V相、W相各自之定子鐵芯502；定子，其包含捲裝於啟動器芯之定子線圈(以下簡單地稱作線圈)LU、LV、LW；及磁鐵轉子504，其具有永磁鐵。
藉由未圖示之驅動電路對線圈LU、LV、LW依序循環通電(亦稱作換相)，藉此定子產生之繞組磁場506旋轉。藉由該繞組磁場作用於磁鐵轉子504而使磁鐵轉子504旋轉。
眾所周知的是，馬達之轉矩於繞組磁場506與磁鐵轉子504大致處於圖1所示之位置關係時，更具體而言於繞組磁場506與磁鐵轉子504正交時成為最大。
若以電感L與電阻R之等效電路來考慮馬達，則於線圈電流i(t)、端子間電壓(亦稱作施加電壓、驅動電壓)V及感應電壓(亦稱作反電動勢)e之間，式(1)成立。
V-e=R‧i+L‧di/dt=(R+jωL)‧i...(1)
若對式(1)加以變化則獲得式(2)。
i=(V-e)/(R+jωL)=(V-e)‧(R-jωL)/(ω2L2+R2)...(2)
即，線圈電流i之相位根據驅動電壓V與感應電壓e之合成矢量(V-e)、及馬達之阻抗(jωL+R)而變化。具體而言，線圈電流之相位相 對於驅動電壓V與感應電壓e之合成矢量(V-e)而延遲θ=arctan(ωL/R)。
圖2(a)係表示某相之線圈之驅動電壓、感應電壓及流過該相之線圈之電流之關係的圖。圖2(a)之左圖表示以與感應電壓e相同之相產生驅動電壓V之狀態。該狀態下，線圈電流i之相位相對於感應電壓e延遲。
圖2(a)之右圖表示使驅動電壓V相對於感應電壓e而相提前之狀態。該狀態下，線圈電流i與感應電壓e為同相，從而獲得高轉矩。
圖2(b)係圖2(a)之右圖之相位關係成立時之矢量圖。為使感應電壓e與線圈電流i之相位一致，只要使感應電壓e與驅動電壓V之合成矢量(V-e)相對於線圈電流i延遲θ即可，且只要以成為如此之方式調節驅動電壓V之振幅及相位即可。
此處，感應電壓e與馬達之旋轉數ω成正比例，又馬達之阻抗所影響之相位提前角θ亦根據馬達之旋轉數ω而時時刻刻地變化。因此，為獲得最大轉矩，亦必須使驅動電壓V之振幅、相位根據馬達之旋轉數ω而時時刻刻地變化。由於驅動電壓V之相位較感應電壓e提前，因此亦稱作提前角控制。
為使驅動電壓V最佳化，而考慮以下之2種方法。
於第1方法中，檢測感應電壓e之相位與線圈電流i之相位。由於感應電壓e之相位與轉子之位置一一對應，因此感應電壓e之相位可藉由霍爾元件等轉子位置檢測器而檢測。而且，藉由電流互感器等電流檢測器檢測線圈電流i之相位，並基於該等資訊而調節驅動電壓V之相位。第1方法中，存在電流檢測器價格高之問題。
於第2方法中，預先規定驅動電壓V之頻率或大小等資訊與相位 角之關係，基於當前之驅動電壓V之頻率、大小而以開放式迴路調節相位角。該方法中，必須針對馬達之每一種類或者每一實體而個別地進行設定，因而較為複雜。又於精度方面亦存在問題。
本發明係於所述狀況下完成者，其一形態之例示性之目的之一在於提供一種能低成本及/或簡單地進行提前角控制之馬達驅動裝置。
本發明之一形態係關於具有至少一個線圈之無刷DC馬達之驅動裝置。驅動裝置包括：電壓零交叉檢測部，其檢測於無刷DC馬達之特定相之線圈產生之感應電壓成為零之電壓零交叉點；檢測區間設定部，其與電壓零交叉點同步地設定至少一個檢測區間；線圈電壓檢測比較器，其將於特定相之線圈之一端產生之端子電壓與閾值電壓進行比較，並產生表示比較結果之線圈電壓檢測信號；電流相位檢測部，其基於檢測區間之線圈電壓檢測信號之位準，而產生表示流過特定相之線圈之線圈電流與感應電壓之相位之關係的相位檢測信號；驅動信號合成部，其基於相位檢測信號而產生驅動控制信號；及驅動電路，其構成為基於驅動控制信號而驅動無刷DC馬達，並且於檢測區間中使特定相之線圈之一端為高阻抗狀態。
若於電壓零交叉點之附近、或者其之前、其之後使線圈之一端為高阻抗狀態，則於在自驅動電路向線圈流入之方向(稱作源出方向)流過線圈電流時，端子電壓成為接地電壓附近，而於自線圈向驅動電路流入之方向(汲入方向)流過線圈電流時，端子電壓成為電源電壓附近。即，可基於端子電壓而判定線圈電流之方向，即，可判定該線圈電流之相位，且可反映於驅動電壓之換相控制。
亦可為檢測區間設定部係與電壓零交叉點同步地，設定較該電壓零交叉點提前第1特定角之第1檢測區間，且設定較該電壓零交叉點 延遲第2特定角之第2檢測區間，電流相位檢測部基於第1檢測區間與第2檢測區間之各者中之線圈電壓檢測信號之位準之組合而產生相位檢測信號。
該情形時，當於第1檢測區間、第2檢測區間之兩者中線圈電流向源出方向流動時，可判定線圈電流之相位相對於感應電壓之相位延遲，當於第1檢測區間、第2檢測區間之兩者中線圈電流向汲入方向流動時，可判定線圈電流之相位相對於感應電壓之相位提前。
電流相位檢測部亦可判定(i)線圈電流零交叉之電流零交叉點位於較第1檢測區間更提前之第1狀態、(ii)電流零交叉點位於較第2檢測區間更延後之第2狀態、(iii)電流零交叉點位於較第1檢測區間更延後、且較第2檢測區間更提前之第3狀態中之任一者。驅動信號合成部於(i)第1狀態下，使換相之時序相對於當前之時序延遲特定之第1調節角；於(ii)第2狀態下，使換相之時序相對於當前之時序提前特定之第2調節角；及於(iii)第3狀態下，將換相之時序維持於當前之時序。
亦可為檢測區間設定部除設定第1檢測區間、第2檢測區間以外，還設定較第1檢測區間提前第3特定角之第3檢測區間、較第2檢測區間延遲第4特定角之第4檢測區間，電流相位檢測部基於自第1檢測區間至第4檢測區間之各者中之線圈電壓檢測信號之位準之組合，而判定(i)線圈電流零交叉之電流零交叉點位於較第3檢測區間更提前之第1狀態、(ii)電流零交叉點位於較第3檢測區間更延後、且較第1檢測區間更提前之第2狀態、(iii)電流零交叉點位於較第4檢測區間更延後之第3狀態、(iv)電流零交叉點位於較第2檢測區間更延後、且較第4檢測區間更提前之第4狀態、(v)電流零交叉點位於第1檢測區間與第2檢測區間之間之第5狀態中之任一者。驅動信號合成部於(i)第1狀態下使換相之時序相對於當前之時序延遲特定之第1調節角；於(ii)第2狀態下，使換相之時序相對於當前之時序延遲特定之第2調節角；於(iii) 第3狀態下，使換相之時序相對於當前之時序提前特定之第3調節角；於(iv)第4狀態下，使換相之時序相對於當前之時序提前特定之第4調節角；及於(iv)第5狀態下，將換相之時序維持於當前之時序。
該情形時，可更準確地獲取線圈電流之相位資訊。
亦可為第1調節角大於第2調節角，且第3調節角大於第4調節角大。
該情形時，當線圈電流之相位偏移量較大時，可使驅動電壓之相位以較大之角度變化，當線圈電流之相位偏移量較小時，可使驅動電壓之相位以較小之角度變化，因此可提高控制速度及/或控制精度。
驅動信號合成部於(i)相位檢測信號表示線圈電流之相位較感應電壓之相位延遲時，亦可使換相之時序相對於當前之時序相對性地提前特定角。
驅動信號合成部於(ii)相位檢測信號表示線圈電流之相位較感應電壓之相位提前時，使換相之時序相對於當前之時序相對性地延遲特定角。
閾值電壓亦可為多相線圈之中點電壓。閾值電壓亦可為對電源電壓與接地電壓進行分壓而得之電壓。
電壓零交叉檢測部亦可包含霍爾比較器，該霍爾比較器對來自霍爾元件之表示無刷DC馬達之轉子之位置之一對霍爾信號進行比較並產生霍爾檢測信號。
電壓零交叉檢測部亦可包含反電動勢檢測比較器，該反電動勢檢測比較器於使無刷DC馬達之特定相之線圈之端子為高阻抗之狀態下，對端子電壓與線圈之中點電壓進行比較。
無刷DC馬達亦可為風扇馬達。
本發明之另一形態係關於冷卻裝置。冷卻裝置亦可包括：風扇 馬達；及上述之任一驅動裝置，其驅動風扇馬達。
本發明之又一形態係關於電子機器。電子機器亦可包括上述之冷卻裝置。
再者，將以上構成要素之任意組合或本發明之構成要素或表述於方法、裝置、系統等之間相互置換而得者作為本發明之形態亦有效。
根據本發明之一形態，可低成本及/或簡單地進行提前角控制。
100‧‧‧電子機器
102‧‧‧CPU
200‧‧‧冷卻裝置
202‧‧‧風扇馬達
204‧‧‧霍爾元件
300‧‧‧驅動裝置
302‧‧‧線圈電壓檢測比較器
304‧‧‧霍爾比較器
308‧‧‧驅動信號合成部
310‧‧‧PWM信號產生部
312‧‧‧驅動電路
312a‧‧‧橋接電路
312b‧‧‧預驅動器
312U‧‧‧驅動電路
314‧‧‧電壓零交叉檢測部
316‧‧‧檢測區間設定部
318‧‧‧電流相位檢測部
500‧‧‧馬達
502‧‧‧定子鐵芯
504‧‧‧磁鐵轉子
506‧‧‧繞組磁場
COM‧‧‧共用端子
e‧‧‧感應電壓
eu‧‧‧感應電壓
i‧‧‧線圈電流
IU‧‧‧線圈電流
LU、LV、LW‧‧‧定子線圈
M1‧‧‧高壓側電晶體
M2‧‧‧低壓側電晶體
OUTU、OUTV、OUTW‧‧‧端子
S1‧‧‧控制信號
S2‧‧‧PWM信號
S3‧‧‧線圈電壓檢測信號
S4‧‧‧霍爾檢測信號
S5‧‧‧驅動控制信號
S6‧‧‧相位檢測信號
S7‧‧‧時序信號
S8‧‧‧相位檢測信號
t0‧‧‧電壓零交叉點
U、V、W‧‧‧相
V‧‧‧端子間電壓
VCC‧‧‧電源電壓
VCOM‧‧‧中點電壓
VGND‧‧‧接地電壓
VHB‧‧‧霍爾偏壓電壓
VU‧‧‧端子電壓
VU‧‧‧驅動電壓
1‧‧‧第1狀態
2‧‧‧第2狀態
3‧‧‧第3狀態
4‧‧‧第4狀態
5‧‧‧第5狀態
θ‧‧‧相位提前角
θADJ1‧‧‧第1調節角
θADJ2‧‧‧第2調節角
θADJ3‧‧‧第3調節角
θADJ4‧‧‧第4調節角
α1‧‧‧第1特定角
α2‧‧‧第2特定角
圖1係三相無刷DC馬達之模式圖。
圖2(a)係表示某相之線圈之驅動電壓、感應電壓及流過該相之線圈之電流之關係之圖，圖2(b)係圖2(a)之右圖之相位關係成立時之矢量圖。
圖3係表示具備實施形態之冷卻裝置之電子機器之框圖。
圖4(a)、(b)係表示檢測區間之驅動電路之狀態之電路圖，圖4(c)係表示線圈電流IU之相位與感應電壓eU之關係之波形圖。
圖5(a)~(d)係表示利用驅動裝置之電流相位之檢測之波形圖。
圖6係表示第1變化例之檢測區間之圖。
以下，基於較佳之實施形態並參照圖式對本發明進行說明。對各圖式中所示之相同或同等之構成要素、構件、處理附上相同符號，並適當地省略重複之說明。又，實施形態為例示而非限定發明，實施形態中所記述之所有特徵及其組合未必為發明之本質性者。
本說明書中，「構件A與構件B連接之狀態」係指除構件A與構件B物理上直接連接之情形以外，還包括構件A與構件B於不對該等之電性連接狀態帶來實質上之影響、或者不損及藉由該等之結合而發揮之 功能或效果之情況下隔著其他構件而間接連接之情形。
同樣地，「構件C設置於構件A與構件B之間之狀態」係指除構件A與構件C、或者構件B與構件C直接連接之情形以外，還包括於不對該等之電性連接狀態帶來實質上之影響、或者不損及藉由該等之結合而發揮之功能或效果之情況下隔著其他構件而間接連接之情形。
圖3係表示具備實施形態之冷卻裝置200之電子機器100之框圖。電子機器100為個人電腦、工作站等計算機、或者冰箱或電視等家電製品，冷卻對象具備例如CPU(central processing unit，中央處理單元)102。冷卻裝置200藉由送風而對CPU102進行冷卻。
冷卻裝置200包括風扇馬達202、霍爾元件204及驅動裝置300。風扇馬達202為三相無刷DC馬達，接近於冷卻對象之CPU102而配置。驅動裝置300基於用以指示風扇馬達202之轉矩(旋轉數、或者施加電壓)之控制輸入信號(以下，簡單地稱作控制信號)S1而驅動風扇馬達202。冷卻裝置200係形成模組而市售、流通。
風扇馬達202包括星形接線之U相、V相、L相之線圈LU、LV、LW、及未圖示之永磁鐵。霍爾元件204安裝於風扇馬達202之特定部位，且產生表示風扇馬達202之轉子之位置之一對霍爾信號VH+、VH-。霍爾元件204被供給來自驅動裝置300之霍爾偏壓電壓VHB。於本實施形態之冷卻裝置200中，霍爾元件204並非為三相之全部而準備，而是僅為1相而準備。
驅動裝置300為積體化於一個半導體基板上之功能IC(Integrated Circuit，積體電路)。對電源端子VCC供給電源電壓VCC，且對接地端子GND供給接地電壓。又，驅動裝置300之輸出端子OUTU~OUTW與風扇馬達202之線圈LU、LV、LW之一端連接，共用(COM)端子被輸入風扇馬達202之中點電壓VCOM。
驅動裝置300包括線圈電壓檢測比較器302、霍爾比較器304、驅 動信號合成部308、PWM(Pulse-Width Modulation，脈寬調變)信號產生部310、驅動電路312、檢測區間設定部316、及電流相位檢測部318。
霍爾比較器304與上述之霍爾元件204一同形成電壓零交叉檢測部314。霍爾比較器304亦可積體化於包含霍爾元件204之霍爾IC。電壓零交叉檢測部314檢測於風扇馬達202之特定相U之線圈LU產生之感應電壓e成為零之電壓零交叉點。具體而言，霍爾比較器304對來自霍爾元件204之表示轉子之位置之一對霍爾信號H+、H-進行比較並產生霍爾檢測信號S4。霍爾檢測信號S4針對每一電壓零交叉點使位準遷移。
檢測區間設定部316係與霍爾檢測信號S4同步地，於電壓零交叉點之前及/或其後、或者以包含電壓零交叉點之方式設定至少一個檢測區間。本實施形態中，檢測區間設定部316於電壓零交叉點之前設定第1檢測區間，且於電壓零交叉點之後設定第2檢測區間。檢測區間設定部316於第1檢測區間及第2檢測區間之各者產生生效(例如高位準)之時序信號S7。
線圈電壓檢測比較器302將於特定相U之線圈LU之一端產生之端子電壓VU與閾值電壓進行比較，並產生表示比較結果之線圈電壓檢測信號S3。本實施形態中，閾值電壓為風扇馬達202之中點電壓VCOM。
電流相位檢測部318接收時序信號S7。電流相位檢測部318基於在時序信號S7生效之區間、即檢測區間設定部316中設定之檢測區間之線圈電壓檢測信號S3之位準，而判定流過特定相U之線圈LU之線圈電流IU與感應電壓eU之相位之關係，並產生表示判定結果之相位檢測信號S8。
PWM信號產生部310自外部接收指示風扇馬達202之轉矩、旋轉 數或施加電壓之控制信號S1，並根據控制信號S1而產生經脈衝調變之脈寬調變(PWM)信號S2。PWM信號S2之占空比根據控制信號S1而變化。對PWM信號產生部310亦可自驅動裝置300之外部根據馬達之目標轉矩而輸入經脈寬調變之控制信號S1，並將該控制信號S1直接作為PWM信號S2輸出。或者，PWM信號產生部310亦可接收與利用熱敏電阻等而獲得之周圍溫度Ta對應之類比電壓，並產生具有與類比電壓對應之占空比之PWM信號S2。或者，PWM信號產生部310亦可自CPU等主處理器接收表示占空比之數位信號，並產生與數位信號對應之PWM信號S2。
驅動信號合成部308除基於PWM信號S2及霍爾檢測信號S4以外，還基於時序信號S7、相位檢測信號S8而產生對於U相、V相、V相之各者之驅動控制信號S5U、S5V、S5W。
又，驅動信號合成部308基於霍爾檢測信號S4及相位檢測信號S8而進行換相控制。即，驅動信號合成部308基於相位檢測信號S8而決定相提前角(或者相延遲角)，且相對於霍爾檢測信號S4所示之電壓零交叉點而以使相提前角(相延遲角)偏移之時序進行換相。即，驅動信號合成部308藉由使相位檢測信號S8反映於換相之時序，而使線圈電流IU與感應電壓e之相位關係趨近特定之關係(例如同相)。又，驅動信號合成部308於時序信號S7生效之檢測區間，以特定相之線圈LU之一端成為高阻抗狀態之方式產生驅動控制信號S5。
驅動電路312根據驅動控制信號S5U、S5V、S5W而對線圈LU、LV、LW各者之一端施加驅動電壓VU、VV、VW。圖3中僅表示U相之驅動電路312U，省略V相、W相。
驅動電路312亦可對風扇馬達202進行PWM(開關)驅動，亦可進行BTL(Bridged Transless，橋接式無變壓器)驅動。
於PWM驅動中，驅動電壓VU、VV、VW以電源電壓VCC與接地電 壓VGND之2值進行開關而實施脈寬調變。目標轉矩(目標旋轉數)反映於各驅動電壓之占空比。又，為抑制相切換時之雜訊，而於相遷移之區間，緩慢地切換各驅動電壓之占空比。PWM驅動之驅動電路312包含三相橋接電路。PWM驅動用之驅動電路312亦可包含橋接電路312a、及其前段之預驅動器312b。
於BTL驅動中，驅動電壓VU、VV、VW之包絡線係於電源電壓VCC與接地電壓VGND之間緩慢地遷移。使各相之驅動電壓之包絡線基於正弦波狀或者疑似正弦波、梯形波等遷移，藉此較PWM驅動實現更低雜訊化。包絡線之波形亦可藉由參照圖表而產生，亦可基於霍爾信號VH+、VH-而產生。各相之驅動電壓亦能以具有與目標轉矩(目標旋轉數)對應之占空比之方式進行脈寬調變。BTL驅動之驅動電路312包含設置於各U相、V相、W相之放大器312b。各放大器312b之輸出段包含推挽形式之橋接電路312a。
再者，驅動信號合成部308及驅動電路312只要利用周知技術即可，其構成、驅動方式並無特別限定。
又，驅動電路312於檢測區間使特定相之線圈LU之一端為高阻抗狀態。具體而言，使橋接電路312a之高壓側電晶體M1、及低壓側電晶體M2之兩者斷開。
以上為冷卻裝置200之整體構成。接下來對其動作進行說明。
圖4(a)、(b)係表示檢測區間之驅動電路312之狀態之電路圖。
於檢測區間中，高壓側電晶體M1及低壓側電晶體M2之兩者均斷開，輸出端子OUTU成為高阻抗狀態。圖4(a)中表示於檢測區間中，於自驅動電路312向線圈LU之流入之方向(稱作源出方向)流動線圈電流IU之狀態。此時，線圈電流IU經由低壓側電晶體M2之主體二極體流動，因此，端子電壓VU成為接地電壓VGND附近。
圖4(b)中表示於檢測區間中，於自線圈LU向驅動電路312流入之 方向(稱作汲入方向)流動線圈電流IU之狀態。此時，線圈電流IU經由高壓側電晶體M1之主體二極體流動，因此端子電壓VU成為電源電壓VCC附近。
利用該性質，線圈電壓檢測比較器302基於檢測區間之端子電壓VU而判定線圈電流IU之方向、即其相位。具體而言，藉由將端子電壓VU與閾值電壓VCOM進行比較，而於VU<VCOM時，判定線圈電流IU為正，且線圈電流之相位延遲，而於VU>VCOM時判定線圈電流IU為負，且線圈電流之相位提前。圖4(c)係表示線圈電流IU之相位與感應電壓eU之關係之波形圖。
若為容易理解而考慮檢測區間與電壓零交叉點一致之情形，則於在電壓零交叉點線圈電流為正、即向源出方向流動時，成為VU<VCOM，從而推測電流之相位延遲。反之，於在電壓零交叉點線圈電流為負、即向汲入方向流動時，成為VU>VCOM，從而推測電流之相位提前。
圖5(a)~(d)係表示利用驅動裝置300之電流相位之檢測之波形圖。圖5(a)中表示感應電壓eU及高壓側電晶體M1、低壓側電晶體M2之狀態。高壓側電晶體M1及低壓側電晶體M2根據PWM信號S2而相輔性地開關。將電壓零交叉點產生之時刻設為t0。
本實施形態中，檢測區間設定部316係與電壓零交叉點t0同步地，較電壓零交叉點t0提前第1特定角α1而設定第1檢測區間Td1，且較電壓零交叉點延遲第2特定角α2而設定第2檢測區間Td1。而且，電流相位檢測部318基於第1檢測區間Td1與第2檢測區間Td2之各者之線圈電壓檢測信號S3之位準之組合而產生相位檢測信號S8。
圖5(b)~(c)中表示線圈電流IU與端子電壓VU。圖5(b)表示線圈電流IU之相位延遲時之波形，圖5(c)表示線圈電流IU與感應電壓e為同相時之波形，圖5(d)表示線圈電流IU之相位提前時之波形。
電流相位檢測部318如圖5(b)所示，當於第1檢測區間Td1及第2檢測區間Td2之兩者中VU<VCOM時，由於線圈電流IU之零交叉點(以下，稱作電流零交叉點)位於較第2檢測區間Td2更延後，因此判定為線圈電流之相位延遲。
又，電流相位檢測部318如圖5(c)所示，當於第1檢測區間Td1中成為VU>VCOM，且於第2檢測區間Td2中成為VU<VCOM時，由於電流零交叉點位於第1檢測區間Td1與第2檢測區間Td2之間、即位於電壓零交叉點附近，因此判定線圈電流IU與感應電壓e為同相。
又，電流相位檢測部318如圖5(d)所示，當於第1檢測區間Td1、及第2檢測區間Td2之兩者中成為VU>VCOM時，由於電流零交叉點位於較第1檢測區間Td1更提前，因此判定線圈電流IU之相位提前。
即，電流相位檢測部318判定(i)如圖5(d)所示般電流零交叉點位於較第1檢測區間更提前之第1狀態1、(ii)如圖5(b)所示般電流零交叉點位於較第2檢測區間Td2更延後之第2狀態2、及(iii)電流零交叉點位於較第1檢測區間Td1更延後、且較第2檢測區間Td2更提前之第3狀態3中之任一者。
然後，驅動信號合成部308於如圖5(b)之第2狀態2般電流相位檢測部318判定出線圈電流IU之相位延遲之情形時，使換相之時序即驅動電壓之相位相對於當前之時序相對性地提前特定之第1調節角θADJ1。
又，驅動信號合成部308於如圖5(d)之第1狀態1般電流相位檢測部318判定出線圈電流IU之相位提前之情形時，使換相之時序即驅動電壓之相位相對於當前之時序相對性地延遲特定之第2調節角θADJ2。
又，驅動信號合成部308於如圖5(c)之第3狀態3般電流相位檢測部318判定出線圈電流IU與感應電壓eU為同相之情形時，將換相之時序即驅動電壓之相位維持於當前之狀態。
再者，第1特定角α1與第2特定角α2可相等，亦可不同，同樣地，第1調節角θADJ1與第2調節角θADJ2可相等，亦可不同。
藉由重複以上動作，而以使線圈電流IU之相位與感應電壓eU之相位一致之方式進行反饋，從而能以高效率及/或高轉矩驅動風扇馬達202。
以上為具備驅動裝置300之冷卻裝置200之動作。
根據該驅動裝置300，於電壓零交叉點之前後設置檢測區間，且參照檢測區間之端子電壓VU，藉此可檢測線圈電流IU之方向、即其相位，從而可使此反映於換相控制。
於該驅動裝置300中，與上述第1方法相比，不需要用以檢測線圈電流IU之相位之電流互感器等，因此可實現較以往之驅動裝置更低成本化、更小面積化。
又，與利用開放式迴路控制之第2方法相同，無須針對馬達之每一種類或者每一實體而個別地進行設定，因此可進行簡單且高精度之相提前控制。
尤其，於電壓零交叉點之前後設置2個檢測區間，藉此，可藉由各檢測區間之線圈電壓檢測信號S3之值之組合而準確地判定線圈電流之相位提前、相位延遲。
又，線圈電流IU之相位之穩定點位於第1特定角α1與第2特定角α2之間，因此可藉由第1特定角α1與第2特定角α2而調節其位置。
以上，基於實施形態對本發明進行了說明。該實施形態為例示，業者當理解可對該等各構成要素或各處理過程之組合實施各種變化例，又該變化例亦處於本發明之範圍。以下對該變化例進行說明。
(第1變化例)
實施形態中，說明了設定2個檢測區間之情形，但檢測區間之數量為任意。第1變化例中，設置有4個檢測區間。
圖6係表示第1變化例之檢測區間之圖。檢測區間設定部316除第1檢測區間Td1、第2檢測區間Td2以外，還較第1檢測區間Td1提前第3特定角α3而設定第3檢測區間Td3，且較第2檢測區間Td2延遲第4特定角α4而設定第4檢測區間Td4。
電流相位檢測部318基於自第1檢測區間Td1至第4檢測區間Td4之各者中之線圈電壓檢測信號S3之位準之組合，而判定(i)電流零交叉點位於較第3檢測區間Td3更提前之第1狀態1、(ii)電流零交叉點位於較第3檢測區間Td3更延後、且較第1檢測區間Td1更提前之第2狀態2、(iii)電流零交叉點位於較第4檢測區間Td4更延後之第3狀態3、及(iv)電流零交叉點位於較第2檢測區間Td2更延後、且較第4檢測區間Td4更提前之第4狀態4、(v)電流零交叉點位於第1檢測區間Td1與第2檢測區間Td2之間之第5狀態5中之任一者。
然後，驅動信號合成部308於(i)第1狀態1下，使換相之時序相對於當前之時序延遲特定之第1調節角θADJ1；於(ii)第2狀態2下，使換相之時序相對於當前之時序延遲特定之第2調節角θADJ2；於(iii)第3狀態3下，使換相之時序相對於當前之時序提前特定之第3調節角θADJ3；於(iv)第4狀態4下，使換相之時序相對於當前之時序提前特定之第4調節角θADJ4；及於(iv)第5狀態5下，將換相之時序維持於當前之時序。
根據該變化例，藉由增加檢測區間之個數而可準確地獲取線圈電流IU之相位資訊。
較佳為，以下之關係成立。
θADJ1>θADJ2
θADJ3>θADJ4
該情形時，於線圈電流IU之相位偏移量較大時，使驅動電壓VU之相位以較大之角度變化，且於線圈電流IU之相位偏移量較小時，使驅 動電壓之相位以較小之角度變化。藉此，可提高控制速度及控制精度。
(第2變化例)
檢測區間亦可僅於電壓零交叉點之前或其後之一者、或者以包含電壓零交叉點之方式配置一個或複數個。
(第3變化例)
實施形態中，於線圈電壓檢測比較器302中，將與端子電壓VU進行比較之閾值電壓設為多相線圈之中點電壓VCOM，但本發明並不限定於此。例如，線圈電壓檢測比較器302亦可利用對電源電壓VCC與接地電壓VGND進行分壓而得之電壓、即該等之中點電壓VCC/2作為閾值電壓。即，閾值電壓只要以可判定線圈電流之方向之方式規定即可。
(第4變化例)
實施形態中，說明了為檢測電壓零交叉點而利用霍爾元件204之情形，但本發明並不限定於此。例如電壓零交叉檢測部314亦可包含反電動勢檢測比較器，該反電動勢檢測比較器於使無刷DC馬達之特定相(例如U相)之線圈LU之端子為高阻抗之狀態下，對端子電壓VU與線圈之中點電壓VCOM進行比較。
再者，檢測區間與電壓零交叉點之檢測可於相位反轉180度之點進行，或可利用不同相之線圈而進行。於在同相進行之情形時，可於反電動勢檢測比較器與線圈電壓檢測比較器302分時共有單一之比較器。
或者，亦可利用線圈、編碼器或分解器等檢測轉子之位置即電壓零交叉點。
(第5變化例)
實施形態中，說明了使線圈電流IU之相位與感應電壓e之相位一致之情形，但本發明並不限定於此。根據馬達之種類或用途，亦設定 有較該等之相位完全一致時相位輕微偏移時自效率或者轉矩之觀點而言較佳之情形。該情形時，藉由使檢測區間相對於電壓零交叉點向前後偏移，而可任意設定線圈電流之相位之目標位置。
(第6變化例)
無刷DC馬達之相數並未特別限定，例如亦可為單相。
(第7變化例)
實施形態中，說明了將冷卻裝置200搭載於電子機器而對CPU進行冷卻之情形，但本發明之用途並未限定於此，可用於對發熱體進行冷卻之各種應用中。進一步而言，本實施形態之驅動裝置300之用途並不限定於風扇馬達之驅動，亦可用於其他各種馬達之驅動。
基於實施形態並使用具體之用語對本發明進行了說明，但實施形態只不過表示本發明之原理、應用，認為於實施形態中，可於不脫離申請專利範圍中所規定之本發明之思想之範圍內有多種變化例或配置之變更。
100‧‧‧電子機器
102‧‧‧CPU
200‧‧‧冷卻裝置
202‧‧‧風扇馬達
204‧‧‧霍爾元件
300‧‧‧驅動裝置
302‧‧‧線圈電壓檢測比較器
304‧‧‧霍爾比較器
308‧‧‧驅動信號合成部
310‧‧‧PWM信號產生部
312a‧‧‧橋接電路
312b‧‧‧預驅動器
312U‧‧‧驅動電路
314‧‧‧電壓零交叉檢測部
316‧‧‧檢測區間設定部
318‧‧‧電流相位檢測部
COM‧‧‧共用端子
M1‧‧‧高壓側電晶體
M2‧‧‧低壓側電晶體
LU、LV、LW‧‧‧定子線圈
OUTU、OUTV、OUTW‧‧‧端子
S1‧‧‧控制信號
S2‧‧‧PWM信號
S3‧‧‧線圈電壓檢測信號
S4‧‧‧霍爾檢測信號
S5‧‧‧驅動控制信號
S7‧‧‧時序信號
S8‧‧‧相位檢測信號
VCC‧‧‧電源電壓
VCOM‧‧‧中點電壓
VGND‧‧‧接地電壓
VHB‧‧‧霍爾偏壓電壓
VU‧‧‧端子電壓

Claims (16)

  1. 一種驅動裝置，其特徵在於：其係具有至少一個線圈之無刷DC馬達之驅動裝置，且包括：電壓零交叉檢測部，其檢測於上述無刷DC馬達之特定相之線圈產生之感應電壓成為零之電壓零交叉點；檢測區間設定部，其係與上述電壓零交叉點同步地設定至少一個檢測區間；線圈電壓檢測比較器，其將於上述特定相之線圈之一端產生之端子電壓與閾值電壓進行比較，並產生表示比較結果之線圈電壓檢測信號；電流相位檢測部，其基於上述檢測區間之上述線圈電壓檢測信號之位準，而產生表示流過上述特定相之線圈之線圈電流與上述感應電壓之相位之關係的相位檢測信號；驅動信號合成部，其基於上述相位檢測信號而產生驅動控制信號；及驅動電路，其構成為基於上述驅動控制信號而驅動上述無刷DC馬達，並且於上述檢測區間使上述特定相之線圈之一端為高阻抗狀態。
  2. 如請求項1之驅動裝置，其中上述檢測區間設定部係與上述電壓零交叉點同步地，設定較該電壓零交叉點提前第1特定角之第1檢測區間，且設定較該電壓零交叉點延遲第2特定角之第2檢測區間，且上述電流相位檢測部基於上述第1檢測區間與上述第2檢測區間之各者中之上述線圈電壓檢測信號之位準之組合而產生上述相位檢測信號。
  3. 如請求項2之驅動裝置，其中上述電流相位檢測部判定(i)上述線圈電流零交叉之電流零交叉點位於較上述第1檢測區間更提前之第1狀態、(ii)上述電流零交叉點位於較上述第2檢測區間更延後之第2狀態、(iii)上述電流零交叉點位於較上述第1檢測區間更延後、且較上述第2檢測區間更提前之第3狀態中之任一者，且上述驅動信號合成部於(i)上述第1狀態下，使換相之時序相對於當前之時序延遲特定之第1調節角；於(ii)上述第2狀態下，使換相之時序相對於當前之時序提前特定之第2調節角；及於(iii)上述第3狀態下，將換相之時序維持於當前之時序。
  4. 如請求項2之驅動裝置，其中上述檢測區間設定部除設定上述第1檢測區間、上述第2檢測區間以外，還設定較上述第1檢測區間提前第3特定角之第3檢測區間，且設定較上述第2檢測區間延遲第4特定角之第4檢測區間，且上述電流相位檢測部基於自上述第1檢測區間至上述第4檢測區間之各者中之上述線圈電壓檢測信號之位準之組合，而判定(i)上述線圈電流零交叉之電流零交叉點位於較上述第3檢測區間更提前之第1狀態、(ii)上述電流零交叉點位於較上述第3檢測區間更延後、且較上述第1檢測區間更提前之第2狀態、(iii)上述電流零交叉點位於較上述第4檢測區間更延後之第3狀態、(iv)上述電流零交叉點位於較上述第2檢測區間更延後、且較上述第4檢測區間更提前之第4狀態、(v)上述電流零交叉點位於上述第1檢測區間與上述第2檢測區間之間之第5狀態中之任一者，上述驅動信號合成部於(i)上述第1狀態下，使換相之時序相對於當前之時序延遲特定之第1調節角；於(ii)上述第2狀態下，使換相之時序相對於當前之時序延遲特定之第2調節角；於(iii)上述第3狀態下，使換相之時序相對於當前之時序提前特定之第3 調節角；於(iv)上述第4狀態下，使換相之時序相對於當前之時序提前特定之第4調節角；及於(iv)上述第5狀態下，將換相之時序維持於當前之時序。
  5. 如請求項4之驅動裝置，其中上述第1調節角大於上述第2調節角，且上述第3調節角大於上述第4調節角。
  6. 如請求項1之驅動裝置，其中上述驅動信號合成部於(i)上述相位檢測信號表示上述線圈電流之相位較上述感應電壓之相位延遲時，使換相之時序相對於當前之時序相對性地提前特定角。
  7. 如請求項1至6中任一項之驅動裝置，其中上述驅動信號合成部於(ii)上述相位檢測信號表示上述線圈電流之相位較上述感應電壓之相位提前時，使換相之時序相對於當前之時序相對性地延遲特定角。
  8. 如請求項1之驅動裝置，其中上述閾值電壓為多相線圈之中點電壓。
  9. 如請求項1之驅動裝置，其中上述閾值電壓係對電源電壓與接地電壓進行分壓而得之電壓。
  10. 如請求項1之驅動裝置，其中上述電壓零交叉檢測部包括霍爾比較器，該霍爾比較器對來自霍爾元件之表示上述無刷DC馬達之轉子之位置之一對霍爾信號進行比較，並產生霍爾檢測信號。
  11. 如請求項1之驅動裝置，其中上述電壓零交叉檢測部包括反電動勢檢測比較器，該反電動勢檢測比較器於使上述無刷DC馬達之上述特定相之線圈之端子為高阻抗之狀態下，對上述端子電壓與上述線圈之中點電壓進行比較。
  12. 如請求項1之驅動裝置，其中上述無刷DC馬達為風扇馬達。
  13. 一種冷卻裝置，其特徵在於包括： 風扇馬達；及如請求項1至11中任一項之驅動裝置，其驅動上述風扇馬達。
  14. 一種電子機器，其特徵在於包括如請求項13之冷卻裝置。
  15. 一種驅動方法，其特徵在於：其係具有至少一個線圈之無刷DC馬達之驅動方法，且包括：檢測於上述無刷DC馬達之特定相之線圈產生之感應電壓成為零之電壓零交叉點之步驟；與上述電壓零交叉點同步地設定至少一個檢測區間之步驟；將於上述特定相之線圈之一端產生之端子電壓與閾值電壓進行比較，並產生表示比較結果之線圈電壓檢測信號之步驟；基於上述檢測區間之上述線圈電壓檢測信號之位準而判定流過上述特定相之線圈之線圈電流與上述感應電壓之相位之關係，並產生表示判定結果之相位檢測信號之步驟；基於上述相位檢測信號而產生驅動控制信號之步驟；及基於上述驅動控制信號而驅動上述無刷DC馬達，並且於上述檢測區間使上述特定相之線圈之一端為高阻抗狀態之步驟。
  16. 如請求項15之驅動方法，其中上述設定至少一個檢測區間之步驟係與上述零交叉點同步地，較該零交叉點提前第1特定角而設定第1檢測區間，且較該零交叉點延遲第2特定角而設定第2檢測區間，且上述產生相位檢測信號之步驟，係基於上述第1檢測區間與上述第2檢測區間之各者中之上述線圈電壓檢測信號之位準之組合而產生上述相位檢測信號。
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