TW201824730A

TW201824730A - 風扇馬達斷電自動煞車之電路

Info

Publication number: TW201824730A
Application number: TW105142892A
Authority: TW
Inventors: 張虎; 蔣喜生
Original assignee: 奇鋐科技股份有限公司
Priority date: 2016-12-23
Filing date: 2016-12-23
Publication date: 2018-07-01
Also published as: TWI614984B

Abstract

本發明係一種風扇馬達斷電自動煞車之電路，包括一儲能單元、一馬達驅動電路、一控制單元及一連接一輸入電源的電阻單元，該儲能單元電性連接該馬達驅動電路，用以接收並儲存一操作電壓，該馬達驅動電路具有複數上、下臂開關組件與一第一、二驅動單元，該控制單元分別電性連接相對該等下臂開關組件與該第一、二驅動單元，透過儲能單元於斷電時提供該操作電壓給該等上臂開關組件而導通，令該等上臂開關組件與該馬達線圈形成一封閉迴路而煞車。

Description

風扇馬達斷電自動煞車之電路

本發明有關於一種風扇馬達斷電自動煞車之電路，尤指一種具有自動煞車功能之風扇馬達斷電自動煞車之電路。

近年來，利用數位微控制器(Micro-Controller Unit,MCU)結合電力電子開關驅動電路，進行電子產品之設計，已是目前業界常用的技術。然而，在操作該電子產品時，該數位微控制器及該電力電子開關會因為操作在高頻而導致該電子產品產生大量熱量；因此，該電子產品之散熱需求將成為相當重要的設計課題。目前，較常見的散熱方式係以風扇系統之運轉進行該電子產品之驅風散熱，然而基於風扇控制及使用者安全操作之考量，該風扇系統通常會結合一煞車電路，以便在電源斷電時，停止該風扇系統之運轉，以確保風扇控制之精確性及使用者之操作安全。參閱第1圖示，一般習知風扇煞車電路1包含橋式驅動器11、一控制器13、一煞車電路14及一馬達線圈L，一輸入電源Vin連接至該橋式驅動器11、控制器13及該煞車電路14以提供上述該等構件之電源所需，並該橋式驅動器11由二上臂開關M1、M2與二下臂開關M3、M4所構成，所以當風扇斷電時，是透過該煞車電路14的控制，以進行即時停止運轉之操作來達到煞車的效果。但由於習知風扇煞車電路1中需將該控制器13對二下臂開關M3、M4在做脈衝寬度調變信號(PULSE WIDTH MODULATION；PWM)切割控制，改為控制器13對二上臂開關M1、M2來做脈衝寬度調變信號切割控制，可是會使二上臂開關M1、M2與控制電阻溫度上升，所以必須得增加電子元件(如電阻器)來處理解決上述溫度上升的問題，且二下臂開關M3、M4是與該煞車電路14相電性連接，勢必會因為該煞車電路14之設置，而導致成本增加與增加電路連接複雜度。

爰此，為有效解決上述之問題，本發明之一目的在提供一種透過一電阻單元使電路帶有煞車功能，且藉由一儲能單元於斷電時提供一操作電壓給一馬達驅動電路的複數上臂開關組件，令該等上臂開關組件與一馬達線圈形成一封閉迴路而達到煞車的效果的風扇馬達斷電自動煞車之電路。本發明之另一目的在提供一種具有達到節省成本的風扇馬達斷電自動煞車之電路。為達上述目的，本發明係在提供一種風扇馬達斷電自動煞車之電路，係包括一儲能單元、一馬達驅動電路、一控制單元及一電阻單元，該儲能單元接收並儲存一操作電壓，該馬達驅動電路具有複數上臂開關組件、複數下臂開關組件、一第一驅動單元及一第二驅動單元，該等上臂開關組件的一第一端電性連接該儲能單元且接收該操作電壓，其一第二端分別與相對該等下臂開關組件的一第一端及該馬達線圈相電性連接，該等下臂開關組件的一第二端則連接至一接地端，並該第一、二驅動單元的一第一端分別電性連接相對該等上臂開關組件的一第三端，而控制單元係電性連接相對該等下臂開關的一第三端與該第一、二驅動單元的一第二端，並該電阻單元的一端電性連接一輸入電源，其另一端電性連接相對該第一、二驅動單元的一第三端，並該第一、二驅動單元的一第四端電性連接該接地端，其中當該風扇斷電時，該等上臂開關組件接收到該儲能單元提供的該操作電壓而導通，該等下臂開關組件無接收到該操作電壓而不導通，令該等上臂開關組件與該馬達線圈形成一封閉迴路而達到煞車的效果，且還有效達到節省成本的效果。在一實施，該等上臂開關組件具有一第一上臂開關組件與一第二上臂開關組件，該第一、二上臂開關件的該第一端與該儲能單元相電性連接，該第一、二上臂開關組件的該第二端分別電性連接相對該馬達線圈的兩端，該第一、二上臂開關組件的該第三端分別電性連接相對該第一、二驅動單元的該第一端。在一實施，該等下臂開關組件具有一第一下臂開關組件與一第二下臂開關組件，該第一、二下臂開關組件的該第一端分別電性連接相對該馬達線圈的兩端，該第一、二下臂開關組件的第二端分別電性連接至該接地端，該第一、二下臂開關組件的第三端分別電性連接相對該控制單元。在一實施，該電阻單元為一電阻器，該電阻單元的一端電性連接該輸入電源，該電阻單元的另一端與相對該第一、二驅動單元的該第三端相電性連接。在一實施，該控制單元為一中央處理器或一微控制器。在一實施，該第一驅動單元包含一第一電晶體、一第一電阻器、一第二電阻器、一第三電阻器、一第四電阻器及一第一電容器，該第一電晶體具有一基極、一射極及一集極，該集極電性連接該第二電阻器的一端，該射極電性連接該第三電阻器的一端與該接地端，該第三電阻器的另一端與該第一電容器的一端、該第一電阻器的一端、該第二電阻器的另一端及該第一上臂開關組件的該第三端共同相電性連接，且該第一電阻器與第一電容器的另一端連接相對該電阻單元的另一端，該第四電阻器的一端電性連接該基極，其另一端電性連接相對該控制單元。在一實施，該第二驅動單元包含一第二電晶體、一第五電阻器、一第六電阻器、一第七電阻器、一第八電阻器及一第二電容器，該第二電晶體具有一基極、一射極及一集極，該第二電晶體的該集極電性連接該第七電阻器的一端，該第二電晶體的該射極電性連接該第六電阻器的一端與該接地端，該第六電阻器的另一端與該第二電容器的一端、該第五電阻器的一端、該第七電阻器的另一端及該第二上臂開關組的該第三端共同相電性連接，且該第五電阻器與第二電容器的另一端連接相對該電阻單元的另一端，該第八電阻器的一端電性連接該第二電晶體的該基極，其另一端電性連接相對該控制單元。在一實施，該電阻單元為0歐姆電阻器。

本發明之上述目的及其結構與功能上的特性，將依據所附圖式之較佳實施例予以說明。本發明係提供一種風扇馬達斷電自動煞車之電路2，請參閱第2、3圖示，係顯示本發明之較佳實施例之方塊與電路示意圖；該風扇馬達斷電自動煞車之電路2係應用在一風扇(如軸流風扇或離心風扇；圖中未示)上，該電路2包括一儲能單元21、一馬達驅動電路22、一控制單元24及一電阻單元25，該儲能單元21在本實施例表示為一電容器，該儲能單元21用以接收並儲存一操作電壓Vcc (如12伏特)，而該馬達驅動電路22具有複數上臂開關組件、複數下臂開關組件、一第一驅動單元225及一第二驅動單元226，該等上臂開關組件在本實施例表示為2個上臂開關組件，該等上臂開關組件具有一第一上臂開關組件221與一第二上臂開關組件222，該第一、二上臂開關組件221、222各具有一第一端2211、2221、一第二端2212、2222及一第三端2213、2223，並該第一、二上臂開關件221、222的第一端2211、2221 (即該等上臂開關組件的第一端2211、2221)與相對該儲能單元21相電性連接且接收該操作電壓Vcc，該第一、二上臂開關組件221、222的第二端2212、2222(該等上臂開關組件的第二端2212、2222)與相對該馬達線圈L的兩端相電性連接，該第一、二上臂開關組件221、222的第三端2213、2223(即該等上臂開關組件的第三端2213、2223)分別電性連接相對該第一驅動單元225的一第一端2251與該第二驅動單元226的一第一端2261。而該等下臂開關組件在本實施例表示為2個下臂開關組件，該等下臂開關組件具有一第一下臂開關組件223與一第二下臂開關組件224，該第一、二下臂開關組件223、224各具有一第一端2231、2241、一第二端2232、2242及一第三端2233、2243，該第一、二下臂開關組件223、224的第一端2231、2241 (該等下開關組件的第一端2231、2241)分別電性連接相對該第一、二上臂開關組件221、222的第二端2212、2222，該第一、二下臂開關組件223、224的第二端2232、2242 (該等下開關組件的第二端2232、2242)則連接至一接地端GND，並該第一、二下臂開關組件223、224的第三端2233、2243 (該等下臂關組件的第三端2233、2243)分別電性連接相對該控制單元24。前述第一、二驅動單元225、226各具有前述第一端2251、2261、一第二端2252、2262、一第三端2253、2263及一第四端2254、2264，該第一、二驅動單元225、226的第一端2251、2261分別電性連接相對該等上臂開關組件的第三端2213、2223，該第一、二驅動單元225、226的第二端2252、2262分別電性連接相對該控制單元24，該第一、二驅動單元225、226的第三端2253、2263電性連接相對該電阻單元25的另一端，該第一、二驅動單元225、226的第四端2254、2264電性連接該接地端GND，並該電阻單元25的一端電性連接一輸入電源Vin，該輸入電源Vin (如12伏特)用以提供電源。另者，前述電阻單元25為一電阻器，在本實施例表示電阻單元25為0歐姆電阻器。前述控制單元24為一中央處理器(Central Processing Unit，CPU)或一微控制器(Micro control unit，MCU)，且該控制單元24具有複數接腳，其中該控制單元24的四隻接腳分別連接對應該第一、二驅動單元225、226的第二端2252、2262及該第一、二下臂開關組件223、224的第三端2233、2243，且前述控制單元24的四隻接腳用以輸出一脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation；PWM)信號控制該第一、二驅動單元225、226分別驅動對應的第一、二上臂開關組件221、222的開關動作(如開關為導通或開關為不導通)與控制該第一、二下臂開關組件223、224的開關動作(如開關為導通或開關為不導通)，而該控制單元24的另一接腳(如第五接腳)則電性連接一霍爾元件(圖中未示)，用以接收霍爾元件傳送的霍爾訊號，該控制單元24的另一接腳(如第六接腳)則接收一工作電壓Vs (如5伏特)。所以透過本發明之前述電阻單元25使電路帶有煞車功能，並藉由該儲能單元21於斷電時提供該操作電壓Vcc給該馬達驅動電路22的第一、二上臂開關組件221、222而導通，令該第一、二上臂開關組件221、222與馬達線圈L的兩端短路形成一封閉迴路而達到煞車的效果。藉由本發明的電路2設計，當風扇斷電後，風扇的扇葉會因本身之慣性作用而旋轉(或運轉)，且根據法拉第電磁感應定律(Faraday's law)，使封閉迴路上的馬達線圈L為閉合線圈而產生感應電流，此感應電流將使馬達線圈L產生一個反向磁場阻止扇葉運轉，讓風扇可很快停止達到剎車的效果。續請參閱第3圖示，將就各結構詳細說明：前述第一驅動單元225包含一第一電晶體Q1、一第一電阻器R1、一第二電阻器R2、一第三電阻器R3、一第四電阻器R4及一第一電容器C1，該第一電晶體Q1在本實施例表示為BJT (Bipolar Junction Transistor)電晶體，該第一電晶體Q1具有一基極、一射極及一集極，該第一電晶體Q1之集極電性連接該第二電阻器R2的一端，該第一電晶體Q1之射極電性連接該第三電阻器R3的一端與該接地端GND，該第三電阻器R3的另一端(即該第一驅動單元225的第一端2251)與該第一電容器C1的一端、該第一電阻器R1的一端、該第二電阻器R2的另一端及該第一上臂開關組件221的該第三端2213共同相電性連接，且該第一電阻器R1的另一端與第一電容器C1的另一端共同連接相對該電阻單元25的另一端，該第四電阻器R4的一端電性連接該第一電晶體Q1之基極，其另一端電性連接相對該控制單元24的一接腳(如第一接腳)。並該第二驅動單元226包含一第二電晶體Q2、一第五電阻器R5、一第六電阻器R6、一第七電阻器R7、一第八電阻器R8及一第二電容器C2，該第二電晶體Q2具有一基極、一射極及一集極，該第二電晶體Q2的集極電性連接該第七電阻器R7的一端，該第二電晶體Q2的射極電性連接該第六電阻器R6的一端與該接地端GND，該第六電阻器R6的另一端(即該第二驅動單元226的第一端2261)與該第二電容器C2的一端、該第五電阻器R5的一端、該第七電阻器R7的另一端及該第二上臂開關組222的該第三端2223共同相電性連接，且該第五電阻器R5的另一端與第二電容器C2的另一端共同連接相對前述電阻單元25的另一端，該第八電阻器R8的一端電性連接該第二電晶體Q2的基極，其另一端電性連接相對該控制單元24的另一接腳(如第二接腳)。前述第一上臂開關組件221包含一第一上MOS電晶體M1，該第二上臂開關組件222包含一第二上MOS電晶體M2，該第一、二上MOS電晶體M1、M2在本實施例表示為一P型金氧半場效(PMOS) 電晶體，並該第一、二上MOS電晶體M1、M2的源極(即該第一、二上臂開關組件221、222的第一端2211、2221)共同連接相對該儲能單元21的一端(即該儲能單元21的正極)，該儲能單元21的另一端(即該儲能單元21的負極)電性連接該接地端GND，其中該儲能單元21電性連接一整流穩壓電路(圖中未示)，前述整流穩壓電路將接收到的輸入電源Vin (如12伏特)經整流穩壓後輸出該操作電壓Vcc (如12伏特)給該儲能單元21，而該第一、二上MOS電晶體M1、M2的閘極(即該第一、二上臂開關組件的第三端2213、2223)分別電性連接對應的該第一、二電容器C1、C2的一端。而該第一下臂開關組件223包含一第一下MOS電晶體M3、一第九電阻器R9、一第十電阻器R10及一第三電容器C3，該第一下MOS電晶體M3在本實施例表示為一N型金氧半場效(NMOS) 電晶體，該第一下MOS電晶體M3的汲極(即該第一下臂開關組件223的第一端2231)電性連接對應該第一上MOS電晶體M1的汲極(即該第一上臂開關組件的第二端2212)及該馬達線圈L的一端，該第一下MOS電晶體M3的閘極電性連接該第九、十電阻器R9、R10的一端及第三電容器C3的一端，該第三電容器C3的另一端與該第十電阻的另一端及該接地端GND共同電性連接一起，該第九電阻器R9的另一端(即該第一下臂開關組件223的第三端2233)連接對應該控制單元24的另一接腳(如第三接腳)。另者，前述該第二下臂開關組件224包含一第二下MOS電晶體M4、一第十一電阻器R11、一第十二電阻器R12及一第四電容器C4，該第二下MOS電晶體M4在本實施例表示為一N型金氧半場效(NMOS) 電晶體，該第二下MOS電晶體M4的汲極(即該第二下臂開關組件224的第一端2241)電性連接對應該第二上MOS電晶體M2的汲極(即該第二上臂開關組件222的第二端2222)及馬達線圈L的另一端，該第二下MOS電晶體M4的閘極電性連接該第十一、十二電阻器R11、R12的一端及第四電容器C4的一端，該第四電容器C4的另一端與該第十二電阻的另一端及該接地端GND共同電性連接一起，該第十一電阻器R11的另一端(即該第二下臂開關組件224的第三端2243)連接對應該控制單元24的另一接腳(如第四接腳)，並該第一、二下MOS電晶體M3、M4的源極(即該第二下臂開關組件224的第二端2242)與一第十三電阻器R13的一端相電性連接，該第十三電阻器R13的另一端電性連接該接地端GND。所以當風扇要啟動時，該馬達驅動電路22可接收到輸入電源Vin，並藉由該控制單元24輸出的PWM信號控制該第一、二驅動單元225、226分別驅動對應的第一、二上MOS電晶體M1、M2的開關動作以及控制該第一、二下MOS電晶體M3、M4的開關動作，藉以達到控制風扇運轉與風扇轉速，同時該儲能單元21會將接收到的操作電壓Vcc儲存(即儲能單元21被充電)；若當風扇斷電時，前述控制單元24未接收到該工作電壓Vs而不能工作，相對該控制單元24中輸出PWM信號的四隻接腳電位為0伏特，使該第一、二驅動單元225、226的第一、二電晶體Q1、Q2、該第一、二下MOS電晶體M3、M4也均不導通，此時該第一、二上MOS電晶體M1、M2的閘極各自通過相對該第三、六電阻器R3、R6與儲能單元的負極相連接而下拉為低電位(即0伏特)，並同時該儲能單元21所儲存的操作電壓Vcc(即12伏特)會提供給該第一、二上MOS電晶體M1、M2的源極，使該第一、二上MOS電晶體M1、M2的源極電壓經儲能單元21放電為高電位為12伏特，此時該第一、二上MOS電晶體M1、M2的源極與閘極間的電壓為負12伏特(-12V)，同時該第一、二上MOS電晶體M1、M2導通(即該第一、二上MOS電晶體M1、M2的源極與汲極導通)，使該第一、二上MOS電晶體M1、M2與馬達線圈L兩端短路形成封閉迴路，因風扇斷電後之扇葉本身慣性作用而運轉，使封閉迴路上的馬達線圈L中產生感應電流，此感應電流將使馬達線圈L產生一個反向磁場阻止扇葉運轉，讓風扇可很快停止達到煞車的效果。因此，藉由本發明之輸入電源Vin與第一電阻器R1的另一端間串聯該電阻單元25及該第一電容器C1的另一端與操作電壓Vcc間不串聯一個電阻器的電路結構設計，使電路2帶有煞車功能，且藉由該儲能單元21於斷電時提供操作電壓Vcc給該馬達驅動電路22的第一、二上臂開關組件221、222而導通，令該第一、二上臂開關組件221、222與馬達線圈L形成封閉迴路進而達到煞車的效果。另外，透過本發明此電路2的設計，使得可有效改善習知馬達煞車電路的下臂開關組件需要額外加入更多電子元件來實現煞車，故本發明可有效達到節省成本的效果。

2‧‧‧風扇馬達斷電自動煞車之電路

21‧‧‧儲能單元

22‧‧‧馬達驅動電路

221‧‧‧第一上臂開關組件

222‧‧‧第二上臂開關組件

2211、2221‧‧‧第一端

2212、2222‧‧‧第二端

2213、2223‧‧‧第三端

223‧‧‧第一下臂開關組件

224‧‧‧第二下臂開關組件

2231、2241‧‧‧第一端

2232、2242‧‧‧第二端

2233、2243‧‧‧第三端

225‧‧‧第一驅動單元

226‧‧‧第二驅動單元

2251、2261‧‧‧第一端

2252、2262‧‧‧第二端

2253、2263‧‧‧第三端

2254、2264‧‧‧第四端

24‧‧‧控制單元

25‧‧‧電阻單元

L‧‧‧馬達線圈

Vin‧‧‧輸入電源

Vcc‧‧‧操作電壓

Vs‧‧‧工作電壓

GND‧‧‧接地端

M1‧‧‧第一上MOS電晶體

M2‧‧‧第二上MOS電晶體

M3‧‧‧第一下MOS電晶體

M4‧‧‧第二下MOS電晶體

Q1‧‧‧第一電晶體

Q2‧‧‧第二電晶體

R1‧‧‧第一電阻器

R2‧‧‧第二電阻器

R3‧‧‧第三電阻器

R4‧‧‧第四電阻器

R5‧‧‧第五電阻器

R6‧‧‧第六電阻器

R7‧‧‧第七電阻器

R8‧‧‧第八電阻器

R9‧‧‧第九電阻器

R10‧‧‧第十電阻器

R11‧‧‧第十一電阻器

R12‧‧‧第十二電阻器

R13‧‧‧第十三電阻器

C1‧‧‧第一電容器

C2‧‧‧第二電容器

C3‧‧‧第三電容器

C4‧‧‧第四電容器

第1圖係習知之風扇煞車電路電路示意圖。第2圖係本發明之一實施例之方塊示意圖。第3圖係本發明之一實施例之電路示意圖。

Claims

一種風扇馬達斷電自動煞車之電路，係包括：一儲能單元，係接收並儲存一操作電壓；一馬達驅動電路，具有複數上臂開關組件、複數下臂開關組件、一第一驅動單元及一第二驅動單元，該等上臂開關組件的一第一端電性連接該儲能單元且接收該操作電壓，其一第二端分別與相對該等下臂開關組件的一第一端及該馬達線圈相電性連接，該等下臂開關組件的一第二端則連接至一接地端，並該第一、二驅動單元的一第一端分別電性連接相對該等上臂開關組件的一第三端；一控制單元，電性連接相對該等下臂開關的一第三端與該第一、二驅動單元的一第二端；一電阻單元，其一端電性連接一輸入電源，其另一端電性連接相對該第一、二驅動單元的一第三端，並該第一、二驅動單元的一第四端電性連接該接地端；及其中當該風扇斷電時，該等上臂開關組件接收到該儲能單元提供的該操作電壓而導通，該等下臂開關組件未接收到該操作電壓而不導通，令該等上臂開關組件與該馬達線圈形成一封閉迴路而煞車。
如申請專利範圍第1項所述之風扇馬達斷電自動煞車之電路，其中該等上臂開關組件具有一第一上臂開關組件與一第二上臂開關組件，該第一、二上臂開關件的該第一端與該儲能單元相電性連接，該第一、二上臂開關組件的該第二端分別電性連接相對該馬達線圈的兩端，該第一、二上臂開關組件的該第三端分別電性連接相對該第一、二驅動單元的該第一端。
如申請專利範圍第2項所述之風扇馬達斷電自動煞車之電路，其中該等下臂開關組件具有一第一下臂開關組件與一第二下臂開關組件，該第一、二下臂開關組件的該第一端分別電性連接相對該馬達線圈的兩端，該第一、二下臂開關組件的第二端分別電性連接至該接地端，該第一、二下臂開關組件的第三端分別電性連接相對該控制單元。
如申請專利範圍第3項所述之風扇馬達斷電自動煞車之電路，其中該電阻單元為一電阻器，該電阻單元的一端電性連接該輸入電源，該電阻單元的另一端與相對該第一、二驅動單元的該第三端相電性連接。
如申請專利範圍第1項所述之風扇馬達斷電自動煞車之電路，其中該控制單元為一中央處理器或一微控制器。
如申請專利範圍第2項所述之風扇馬達斷電自動煞車之電路，其中該第一驅動單元包含一第一電晶體、一第一電阻器、一第二電阻器、一第三電阻器、一第四電阻器及一第一電容器，該第一電晶體具有一基極、一射極及一集極，該集極電性連接該第二電阻器的一端，該射極電性連接該第三電阻器的一端與該接地端，該第三電阻器的另一端與該第一電容器的一端、該第一電阻器的一端、該第二電阻器的另一端及該第一上臂開關組件的該第三端共同相電性連接，且該第一電阻器與該第一電容器的另一端連接相對該電阻單元的另一端，該第四電阻器的一端電性連接該基極，其另一端電性連接相對該控制單元。
如申請專利範圍第6項所述之風扇馬達斷電自動煞車之電路，其中該第二驅動單元包含一第二電晶體、一第五電阻器、一第六電阻器、一第七電阻器、一第八電阻器及一第二電容器，該第二電晶體具有一基極、一射極及一集極，該第二電晶體的該集極電性連接該第七電阻器的一端，該第二電晶體的該射極電性連接該第六電阻器的一端與該接地端，該第六電阻器的另一端與該第二電容器的一端、該第五電阻器的一端、該第七電阻器的另一端及該第二上臂開關組的該第三端共同相電性連接，且該第五電阻器與第二電容器的另一端連接相對該電阻單元的另一端，該第八電阻器的一端電性連接該第二電晶體的該基極，其另一端電性連接相對該控制單元。
如申請專利範圍第4項所述之風扇馬達斷電自動煞車之電路，其中該電阻單元為0歐姆電阻器。