TW201631880A - 馬達控制方法及應用其之馬達模組及散熱裝置 - Google Patents

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Abstract

馬達控制方法包括以下步驟。首先，提供一馬達模組。然後，調變器調整一控制電壓為一驅動電壓，其中包括以下步驟：首先，電壓控制器判斷一特定轉速是否大於一預設轉速；然後，當特定轉速等於或大於預設轉速，馬達控制器將直流電壓調整成對應特定轉速之一第一對應直流電壓給馬達；然後，當特定轉速小於該預設轉速，馬達控制器將該直流電壓調整成對應該特定轉速之一第二對應直流電壓，且輸出對應於特定轉速之調變訊號給調變器，調變器以調變訊號調變第二對應直流電壓，並輸出驅動電壓給馬達，其中調變訊號的工作週期小於100%。

Description

馬達控制方法及應用其之馬達模組及散熱裝置
本發明是有關於一種馬達控制方法及應用其之馬達模組及散熱裝置，且特別是有關於一種使用調變訊號的馬達控制方法及應用其之馬達模組及散熱裝置。
為了解決散熱問題，傳統上都會使用風扇降低熱點溫度。一般而言，風扇通常會以高轉速啟動，此雖可快速降溫，但卻衍生運轉噪音過大問題。
以風扇的操作模式來說，一般可分為直流電壓模式(DC mode)及脈衝寬度調變模式(PWM mode)，二者共同的缺點在於無法讓轉速降到低速。因此，產生二種模式共用的方法。
例如，中華民國專利公開號TW201134083 A1揭露一種直流馬達雙電源供電的調速方法。在該專利中，如第1圖所示，其揭露第一電壓源Source 1經過脈波調變電路調變後，與第二電壓源Source 2疊加構成一複合式電壓。
本發明係有關於一種馬達控制方法及應用其之馬達模組及散熱裝置，可降低運轉噪音。
根據本發明一實施例，提出一種馬達控制方法。馬達控制方法包括以下步驟。提供一馬達模組，馬達模組包括一直流電源、一馬達控制器、一調變器、一馬達及一電壓控制器；直流電源提供一直流電壓給馬達控制器；電壓控制器控制馬達控制器調整直流電壓為一控制電壓；以及，馬達控制器輸出控制電壓給調變器；電壓控制器控制調變器調整控制電壓為一驅動電壓給馬達，其中包括以下步驟：電壓控制器接收一對應一特定轉速之轉速訊號，並判斷特定轉速是否大於一預設轉速；當特定轉速等於或大於預設轉速，電壓控制器控制馬達控制器將直流電壓調整成對應特定轉速之一第一對應直流電壓，且輸出一調變訊號給該調變器，並控制調變訊號之一工作周期(duty cycle)等於100%的方式產生驅動電壓給馬達；以及，當特定轉速小於該預設轉速，該電壓控制器控制該馬達控制器將該直流電壓調整成對應該特定轉速之一第二對應直流電壓，且輸出對應於該特定轉速之該調變訊號給該調變器，控制該調變器以該調變訊號調變該第二對應直流電壓，並輸出該驅動電壓給該馬達，其中該調變訊號的該工作週期小於100%。
根據本發明另一實施例，提出一種馬達模組。馬達模組包括一馬達、一馬達控制器、一調變器、一直流電源及一電壓控制器。直流電源提供一直流電壓給馬達控制器。其中，電壓控制器用以控制馬達控制器調整直流電壓為一控制電壓；馬達控制器用以輸出控制電壓給調變器；電壓控制器用以控制調變器調整控制電壓為一驅動電壓給馬達，其中包括：電壓控制器用以接收一對應一特定轉速之轉速訊號，並判斷特定轉速是否大於一預 設轉速；當特定轉速等於或大於預設轉速，電壓控制器控制馬達控制器將直流電壓調整成對應特定轉速之一第一對應直流電壓，且輸出一調變訊號給調變器，並控制調變訊號之一工作周期等於100%的方式產生驅動電壓給馬達；以及，當特定轉速小於預設轉速，電壓控制器控制馬達控制器將直流電壓調整成對應特定轉速之一第二對應直流電壓，且輸出對應於特定轉速之調變訊號給調變器，控制調變器以調變訊號調變控制電壓，並輸出驅動電壓給馬達，其中調變訊號的工作週期小於100%。
根據本發明另一實施例，提出一種散熱裝置。散熱裝置包括一風扇及一馬達模組。馬達模組包括一馬達、一馬達控制器、一調變器、一直流電源及一電壓控制器。馬達用以驅動風扇轉動。直流電源提供一直流電壓給馬達控制器。其中，電壓控制器用以控制馬達控制器調整直流電壓為一控制電壓；馬達控制器用以輸出控制電壓給調變器；電壓控制器用以控制調變器調整控制電壓為一驅動電壓給馬達，其中包括：電壓控制器用以接收一對應一特定轉速之轉速訊號，並判斷特定轉速是否大於一預設轉速；當特定轉速等於或大於預設轉速，電壓控制器控制馬達控制器將直流電壓調整成對應特定轉速之一第一對應直流電壓，且輸出一調變訊號給調變器，並控制調變訊號之一工作周期等於100%的方式產生驅動電壓給馬達；以及，當特定轉速小於預設轉速，電壓控制器控制馬達控制器將直流電壓調整成對應特定轉速之一第二對應直流電壓，且輸出對應於特定轉速之調變訊號給調變器，控制調變器以調變訊號調變控制電壓，並輸出驅動電壓給馬達，其中調變訊號的工作週期小於100%。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
10‧‧‧溫度感測器
100‧‧‧散熱裝置
110‧‧‧直流電源
120‧‧‧馬達控制器
130‧‧‧調變器
140‧‧‧電壓控制器
150‧‧‧馬達
200‧‧‧散熱裝置
210‧‧‧風扇
C1‧‧‧轉速與電壓關係
C2‧‧‧溫度與轉速關係
H1‧‧‧熱點
R1‧‧‧預設轉速
RS‧‧‧特定轉速
S11、S12‧‧‧調變訊號
S110至S160‧‧‧步驟
T1‧‧‧熱點溫度
V0‧‧‧直流電壓
V1‧‧‧預設電壓
Vc1‧‧‧第一對應直流電壓
Vc2‧‧‧第二對應直流電壓
Vd‧‧‧驅動電壓
VS‧‧‧特定電壓
Vc‧‧‧控制電壓
第1圖繪示習知控制風扇運轉的運作波形圖。
第2圖繪示依照本發明一實施例之馬達控制方法的流程圖。
第3圖繪示依照本發明一實施例之散熱裝置的功能方塊圖。
第4圖繪示依照本發明一實施例的一轉速與電壓關係圖。
第5圖繪示依照本發明一實施例的一溫度與轉速關係圖。
第6圖繪示第1圖之散熱裝置的另一種運作模式示意圖。
第2圖繪示依照本發明一實施例之馬達控制方法的流程圖。
在步驟S110中，提供一如第3圖所示的馬達模組。第3圖繪示依照本發明一實施例之散熱裝置的功能方塊圖。散熱裝置200包括馬達模組100及風扇210。馬達模組100包括直流電源110、馬達控制器120、調變器130、電壓控制器140及馬達150。馬達模組100用以控制風扇210運轉，以降低熱點H1的溫度。馬達150例如是直流馬達。
在步驟S120中，直流電源110提供一直流電壓V0給馬達控制器120。一實施例中，直流電壓V0例如是12伏特。
在步驟S130中，電壓控制器140控制馬達控制器120調整直流電壓V0為一控制電壓Vc，其中控制電壓Vc介於直流電 壓與預設電壓V1之間。控制電壓Vc可以是第一對應直流電壓Vc1(如第3圖所示)或第二對應直流電壓Vc2(如第6圖所示)。一實施例中，預設電壓V1可以是風扇210在純直流模式(DC mode)下可操作運轉的一下限電壓值。另一實施例中，預設電壓V1不限於是該下限電壓值，也可以是介於該下限電壓值與直流電壓V0之間的一數值。一實施例中，控制電壓Vc可介於6伏特至12伏特之間。
在步驟S140中，馬達控制器120輸出控制電壓Vc給調變器130。
在步驟S150中，電壓控制器140控制調變器130調整控制電壓Vc為一驅動電壓Vd給馬達150。步驟S150可包括以下步驟。
在步驟S151中，請同時參照第4圖，其繪示依照本發明一實施例的一轉速與電壓關係圖。電壓控制器140接收一對應一特定轉速RS之轉速訊號，並判斷特定轉速RS是否大於預設轉速R1。請同時參照第5圖，其繪示依照本發明一實施例的一溫度與轉速關係圖。於實施例中，電壓控制器140可先依據一溫度與轉速關係C2，決定熱點H1的熱點溫度T1所對應的特定轉速RS(當熱點溫度T1愈高，所需要的特定轉速RS也要愈高，如此才能降低熱點H1的溫度)；然後再依據第4圖之轉速與電壓關係C1決定特定轉速RS所對應的特定電壓VS。於實施例中，一溫度感測器10(如第3圖所示)可設於熱點H1上，以感測熱點H1的熱點溫度T1。
在步驟S152中，若特定轉速RS等於或大於預設轉 速R1，電壓控制器140可控制馬達控制器120將直流電壓V0調整成對應特定轉速RS之第一對應直流電壓Vc1(如第3圖所示)，且輸出一工作周期(duty cycle)等於100%之調變訊號S11(如第3圖所示)給調變器130，產生驅動電壓Vd給馬達150，也就是調變器130不調變第一對應直流電壓Vc1，直接將第一對應直流電壓Vc1輸出。
在步驟S160，以驅動電壓Vd驅動馬達150並帶動風扇160運轉，以降低熱點H1的熱點溫度。
在步驟S153中，請同時參照第6圖，其繪示第1圖之散熱裝置的另一種運作模式示意圖。若特定轉速RS小於預設轉速R1，電壓控制器140控制馬達控制器120將直流電壓V0調整成對應特定轉速RS之一第二對應直流電壓Vc2(如第6圖所示)，且輸出對應於特定轉速RS之調變訊號S12給調變器130，控制調變器130以調變訊號S12調變第二對應直流電壓Vc2，並輸出調變後的驅動電壓Vd給馬達150，其中調變訊號S12的工作週期小於100%，其中調變訊號S12的工作週期與特定電壓VS(或說是特定轉速RS)呈正比。進一步地說，當熱點溫度T1愈高，特定電壓VS(或特定轉速RS)需要愈高才能降低熱點H1的溫度，此可藉由增加調變訊號S12的工作週期來增加實現。一實施例中，調變訊號S12的工作週期的下限值例如是30%，然亦可更低或更高。
本步驟中，雖然第二對應直流電壓Vc2維持在預設電壓V1，但透過調變第二對應直流電壓Vc2來產生被調變的驅動電壓Vd輸出至馬達150。如此一來，馬達模組100可以以較V1電壓更低轉速轉動來帶動風扇210，以降低啟動及/或運轉噪音。
綜上可知，馬達模組100可依據熱點H1的熱點溫度 T1控制風扇210的轉速，以降低熱點H1的溫度。當熱點溫度T1一超過一預設溫度(如熱點H1的容許溫度)，馬達模組100啟動散熱機制。當散熱所需的特定轉速RS等於或大於預設轉速R1時，視熱點溫度T1而定，控制電壓可介於預設電壓V1(對應預設轉速R1)與直流電壓V0之間的一電壓值；當散熱所需的特定轉速RS小於預設轉速R1時，控制電壓可維持在預設電壓V1且調變訊號S12小於100%，此時，調變訊號S12的工作週期可視熱點溫度T1所對應的散熱轉速而定(如調變訊號S12的工作週期與熱點溫度T1呈正比)。由於本發明實施例的調變設計，可使馬達模組100以低轉速運轉，以降低風扇的啟動噪音。此外，本發明實施例的馬達模組100可只包含單一電源，如直流電源110。由於本發明實施例的調變設計，透過單一電源即能選擇性地輸出低於預設電壓V1或高於預設電壓V1的驅動電壓Vd給馬達150。
綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
S110至S160‧‧‧步驟

Claims (14)

  1. 一種馬達控制方法，包括：提供一馬達模組，該馬達模組包括一直流電源、一馬達控制器、一調變器、一馬達及一電壓控制器；該直流電源提供一直流電壓給該馬達控制器；該電壓控制器控制該馬達控制器調整該直流電壓為一控制電壓；該馬達控制器輸出該控制電壓給該調變器；以及該電壓控制器控制該調變器調整該控制電壓為一驅動電壓給該馬達，其中包括：該電壓控制器接收一對應一特定轉速之轉速訊號，並判斷該特定轉速是否大於一預設轉速；當該特定轉速等於或大於該預設轉速，該電壓控制器控制該馬達控制器將該直流電壓調整成對應該特定轉速之一第一對應直流電壓，且輸出一調變訊號給該調變器，並控制該調變訊號之一工作周期(duty cycle)等於100%的方式產生該驅動電壓給該馬達；及當該特定轉速小於該預設轉速，該電壓控制器控制該馬達控制器將該直流電壓調整成對應該特定轉速之一第二對應直流電壓，且輸出對應於該特定轉速之該調變訊號給該調變器，控制該調變器以該調變訊號調變該第二對應直流電壓，並輸出該驅動電壓給該馬達，其中該調變訊號的該工作週期小於100%。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制方法，其中該控制電壓介於一預設電壓與該直流電壓之間，該預設電壓對應該預設轉速。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制方法，其中該第一對應直流電壓介於一預設電壓與該直流電壓之間，該預設電壓對應該預設轉速。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制方法，其中該第二對應直流電壓維持在一設預電壓，該預設電壓對應該預設轉速。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制方法，其中於該電壓控制器控制該馬達控制器調整該直流電壓為該控制電壓之步驟中之步驟包括：依據一溫度與轉速關係，決定一熱點的一熱點溫度所對應的該特定轉速；以及依據一轉速與電壓關係，決定該特定轉速所對應的一特定電壓。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之馬達控制方法，其中該調 變訊號的該工作週期與該特定電壓呈正比。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制方法，更包括：該馬達以該驅動電壓驅動一風扇轉動。
  8. 一種馬達模組，包括：一馬達；一馬達控制器；一調變器；一直流電源，提供一直流電壓給該馬達控制器；以及一電壓控制器；其中，該電壓控制器用以控制該馬達控制器調整該直流電壓為一控制電壓；該馬達控制器用以輸出該控制電壓給該調變器；該電壓控制器用以控制該調變器調整該控制電壓為一驅動電壓給該馬達，其中包括：該電壓控制器用以接收一對應一特定轉速之轉速訊號，並判斷該特定轉速是否大於一預設轉速；當該特定轉速等於或大於該預設轉速，該電壓控制器控制該馬達控制器將該直流電壓調整成對應該特定轉速之一第一對應直流電壓，且輸出一調變訊號給該調變器，並控制該調變訊號之一工作周期等於100%的方式產生該驅動電壓給該馬達；及當該特定轉速小於該預設轉速，該電壓控制器控制該馬達控 制器將該直流電壓調整成對應該特定轉速之一第二對應直流電壓，且輸出對應於該特定轉速之該調變訊號給該調變器，控制該調變器以該調變訊號調變該控制電壓，並輸出該驅動電壓給該馬達，其中該調變訊號的該工作週期小於100%。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之馬達模組，其中該控制電壓介於一預設電壓與該直流電壓之間，該預設電壓對應該預設轉速。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之馬達模組，其中該第一對應直流電壓介於一預設電壓與該直流電壓之間，該預設電壓對應該預設轉速。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之馬達模組，其中該第二對應直流電壓維持在一設預電壓，該預設電壓對應該預設轉速。
  12. 如申請專利範圍第8項所述之馬達模組，其中該電壓控制器更用以操作於：依據一溫度與轉速關係，決定一熱點的一熱點溫度所對應的該特定轉速；以及依據一轉速與電壓關係，決定該特定轉速所對應的一特定電壓。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之馬達模組，其中該調變訊號的該工作週期與該特定電壓呈正比。
  14. 一種散熱裝置，包括：一風扇；以及一馬達模組，包括：一馬達，用以驅動該風扇轉動；一馬達控制器；一調變器；一直流電源，提供一直流電壓給該馬達控制器；以及一電壓控制器；其中，該電壓控制器用以控制該馬達控制器調整該直流電壓為一控制電壓；該馬達控制器用以輸出該控制電壓給該調變器；該電壓控制器用以控制該調變器調整該控制電壓為一驅動電壓給該馬達，其中包括：該電壓控制器用以接收一對應一特定轉速之轉速訊號，並判斷該特定轉速是否大於一預設轉速；當該特定轉速等於或大於該預設轉速時，該電壓控制器控制該馬達控制器將該直流電壓調整成對應該特定轉速之一第一對應直流電壓，且輸出一調變訊號給該調變器，並控制該調變訊號之一工作周期等於100%的方式產生該驅動電壓給該馬達；及 當該特定轉速小於該預設轉速時，該電壓控制器控制該馬達控制器將該直流電壓調整成對應該特定轉速之一第二對應直流電壓，且輸出對應於該特定轉速之該調變訊號給該調變器，控制該調變器以該調變訊號調變該控制電壓，並輸出該驅動電壓給該馬達，其中該調變訊號的該工作週期小於100%。
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