TW201935841A - 風扇馬達驅動電路、驅動方法及利用其之冷卻裝置及電子機器 - Google Patents

風扇馬達驅動電路、驅動方法及利用其之冷卻裝置及電子機器 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種可抑制線圈電流之應變及/或可減小噪音之馬達驅動電路。
控制電路係基於霍耳信號切換H橋電路之輸出相，並且於歷經切換前後之軟切換期間Tss，使H橋電路之一支路之輸出電壓VOUT1之工作比DUTY1隨時間經過緩慢地變化，與此同時使H橋電路之另一支路之輸出電壓VOUT2之工作比DUTY2相對於一支路之輸出電壓VOUT1之工作比DUTY1朝反方向變化。

Description

風扇馬達驅動電路、驅動方法及利用其之冷卻裝置及電子機器
本發明係關於一種風扇馬達驅動技術。
於以伺服器、筆記型個人電腦、桌上型電腦、可攜式電腦、遊戲機、投影儀、VR(Virtual Reality，虛擬實境)設備為代表之多種電子機器中搭載有風扇馬達。又，風扇馬達亦被搭載於冰箱或汽車、工業機械等。
於搭載CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)或MPU(Micro-Processing Unit，微處理單元)等處理器之平台中，風扇馬達之轉數可根據來自處理器之指令進行控制。具體而言，將表示目標轉數之控制信號自處理器供給至風扇馬達驅動器。風扇馬達驅動器產生具有與控制信號相應之工作比之PWM(Pulse Width Modulation，脈寬調變)信號，從而驅動風扇馬達。
又，為了提高靜音性，利用於輸出相之切換之前後緩慢地切換線圈電流之PWM(Pulse Width Modulation)軟切換(soft switching)。
圖1(a)、(b)係表示PWM驅動時之H橋電路之狀態轉變之圖。於先前之PWM驅動中，在將一輸出(OUT2)固定為低位準(low)之狀態下，根據PWM信號將另一輸出(OUT1)進行切換。於PWM信號為高位準(high)之區間，如圖1(a)所示，電晶體MH1、ML2導通，線圈電流ICOIL 流經包含電晶體MH1、馬達線圈L及電晶體ML2之第1路徑。於PWM信號為低位準之區間，如圖1(b)所示，電晶體ML1、ML2導通，線圈電流ICOIL 流經包含電晶體ML1、馬達線圈L及電晶體ML2之第2路徑。
圖2係說明PWM軟切換之波形圖。時刻t0 係線圈電流之朝向反轉之電流零交叉點。以包含該電流零交叉點之方式設置軟切換期間Tss。如圖1(a)、(b)所示，軟切換期間Tss中電流零交叉點t0 之前之期間之輸出電壓VOUT1 經脈寬調變，其工作比隨時間經過緩慢地變化。電流零交叉點t0 之後之期間之輸出電壓VOUT2 經脈寬調變。藉此，可使線圈電流ICOIL 緩慢地變化，且可減小噪音。
[發明所欲解決之問題]
本發明者等人對軟切換進行了研究，結果認識到以下問題。
近年來，馬達之超小型化、薄型化推進，該等馬達無法使線圈之匝數變大，故而電感較小。
圖3(a)、(b)係將電感不同之馬達以相同之PWM頻率驅動時之波形圖(實測)。最上段之FG(Frequency Generator，頻率產生器)信號係基於由霍耳效應感測器檢測出之轉子位置之信號。圖3(a)表示驅動L＝0.57 mH之筆記型個人電腦用風扇馬達時之波形，圖3(b)表示驅動L＝0.15 mH之超小型風扇馬達時之波形。
由圖3(a)、(b)之對比可知，為了藉由PWM軟切換使線圈電流ICOIL 平穩地變化，線圈之電感必須某種程度上變大，當以20 kHz～60k Hz左右之PWM頻率驅動電感較小之馬達時，線圈電流產生應變，且產生噪音。
為了獲得風量，超小型、薄型之風扇馬達以高轉數旋轉。因此，於50 kHz左右之PWM頻率下，PWM軟切換之工作週期變化變得離散，從而導致FG抖動(旋轉不均)。
為了解決該等問題，可採取使PWM頻率變高之方法，但因受輸出段之H橋電路之切換速度制約，故而並不那麼容易。
再者，不可將該問題理解為業者之一般性認知。
本發明係鑒於該問題而完成者，其某一態樣之目的之一在於提供一種可抑制線圈電流之應變及/或可減小噪音之馬達驅動電路。
[解決問題之技術手段]
本發明之某一態樣係關於一種控制單相風扇馬達之風扇馬達驅動電路。風扇馬達驅動電路具備：驅動信號產生部，其於歷經與單相風扇馬達連接之H橋電路之輸出相之切換前後的軟切換期間，產生第1 PWM信號及第2 PWM信號，該第1 PWM信號其工作比隨時間經過朝第1方向變化，該第2 PWM信號其工作比於第1 PWM信號之工作比變化之同時，朝與第1方向相反之第2方向變化；以及預驅動器，其基於第1 PWM信號驅動H橋電路之一支路，且基於第2 PWM信號驅動H橋電路之另一支路。
本發明之另一態樣係一種冷卻裝置。該冷卻裝置具備：單相風扇馬達；H橋電路，其輸出與單相風扇馬達連接；霍耳元件，其產生表示單相風扇馬達之轉子位置之霍耳信號；以及驅動電路，其基於霍耳信號切換H橋電路之輸出相，並且於歷經切換前後之軟切換期間，使H橋電路之一支路之輸出電壓之工作比隨時間經過緩慢地變化，與此同時使H橋電路之另一支路之輸出電壓之工作比相對於一支路之輸出電壓之工作比朝反方向變化。
再者，將以上構成要素之任意組合、或者本發明之構成要素或表現於方法、裝置、系統等之間相互置換所得之態樣，作為本發明之態樣亦有效。
[發明之效果]
根據本發明之某一態樣，可抑制線圈電流之應變及/或減小噪音。
(實施形態之概要)
本說明書中所揭示之一實施形態係關於一種控制單相風扇馬達之風扇馬達驅動電路。驅動電路具備：驅動信號產生部，其於歷經與單相風扇馬達連接之H橋電路之輸出相之切換前後的軟切換期間，產生第1 PWM信號及第2 PWM信號，該第1 PWM信號之工作比係隨時間經過朝第1方向發生變化，該第2 PWM信號之工作比係於第1 PWM信號之工作比發生變化之同時，朝與第1方向相反之第2方向發生變化；以及預驅動器，其基於第1 PWM信號驅動H橋電路之一支路，且基於第2 PWM信號驅動H橋電路之另一支路。
根據上述態樣，藉由同時切換H橋電路之2個支路之輸出，可於表觀上將施加至馬達線圈之電壓之切換頻率設為PWM頻率之2倍。藉此，可抑制線圈電流之應變及/或減小噪音。反之，可使獲得相同線圈驅動特性所需之PWM頻率與先前相比降低為1/2。
於軟切換期間中，第1 PWM信號與第2 PWM信號之工作比之合計亦可為固定。即，藉由使2個工作比互補地變化，可利用共通之波形控制圖案，因此可簡化用以產生該等波形控制圖案之硬體，或者可減少記憶體容量。
驅動信號產生部亦可包含：第1週期信號產生器，其產生第1週期信號；第2週期信號產生器，其產生與第1週期信號反相之第2週期信號；圖案產生器，其於軟切換期間，產生隨時間經過增大或隨時間經過減小之波形控制圖案；第1比較器，其將波形控制圖案與第1週期信號進行比較，產生基於比較結果之第1 PWM信號；以及第2比較器，其將波形控制圖案與第2週期信號進行比較，產生基於比較結果之第2 PWM信號。
於通常驅動期間，第1 PWM信號及第2 PWM信號之工作比之差量亦可相應於單相風扇馬達之目標轉數為可變。藉此，可兼顧轉數控制與軟切換控制。
第1 PWM信號及第2 PWM信號之工作比之合計亦可為100%。藉此，可使通常驅動期間之驅動電壓之有效PWM頻率與軟切換期間之驅動電壓之有效PWM頻率一致。
於通常驅動期間，第1 PWM信號及第2 PWM信號之工作比之一者亦可為0%。
驅動信號產生部亦可包含：第1週期信號產生器，其產生第1週期信號；第2週期信號產生器，其產生與第1週期信號為反相之第2週期信號；圖案產生器，其於軟切換期間，產生自第1值向第2值隨時間經過而增大或自第2值向第1值隨時間經過而減小之波形控制圖案；定標器，其以與目標轉數相應之係數將波形控制圖案定標；第1比較器，其將定標器之輸出與第1週期信號進行比較，產生基於比較結果之第1 PWM信號；以及第2比較器，其將定標器之輸出與第2週期信號進行比較，產生基於比較結果之第2 PWM信號。
第1週期信號及第2週期信號亦可為三角波。藉此，可將第2 PWM信號設為與第1 PWM信號反相。
驅動信號產生部亦可基於表示單相風扇馬達之轉子位置之霍耳信號，設定軟切換期間。
風扇馬達驅動電路亦可進而具備產生霍耳信號之霍耳元件。
風扇馬達驅動電路亦可集成於一個半導體基板。所謂「一體集成」，包含電路之所有構成要素均形成於半導體基板上之情形、及電路之主要構成要素經一體集成之情形，亦可將一部分電阻及電容器等設置於半導體基板之外部，以供電路常數調節之用。藉由將電路集成於1個晶片上，可削減電路面積，並且可均一地保持電路元件之特性。
亦可於風扇馬達驅動電路進而集成H橋電路。
(實施形態)
以下，一面參照圖式，一面基於較佳之實施形態說明本發明。對各圖式所示之相同或同等之構成要素、構件及處理附上相同之符號，適當省略重複之說明。又，實施形態僅為例示，並不限定發明，實施形態中所記述之所有特徵或其組合未必為本發明之本質內容。
於本說明書中，所謂「構件A與構件B連接之狀態」，除包含構件A與構件B物理地直接連接之情形以外，亦包含構件A與構件B經由不會對其等之電性連接狀態產生實質性影響或者不會損害藉由其等之結合所發揮之功能或效果之其他構件間接連接之情形。
同樣地，所謂「構件C設置於構件A與構件B之間之狀態」，除包含構件A與構件C、或者構件B與構件C直接連接之情形以外，亦包含經由不會對其等之電性連接狀態產生實質性影響或者不會損害藉由其等之結合所發揮之功能或效果之其他構件間接連接之情形。
為了易於理解，本說明書中所參照之波形圖或時序圖之縱軸及橫軸被適當放大或縮小，又，為了易於理解，所示出之各波形亦被簡化、或者被誇大或強調。
圖4係實施形態之冷卻裝置100之方塊圖。冷卻裝置100具備風扇馬達102、H橋電路104、霍耳元件106及控制電路108。
H橋電路104之輸出與單相風扇馬達102連接。H橋電路104具有2個支路110、112。第1支路110包含作為上臂之高側電晶體MH1及作為下臂之低側電晶體ML1。同樣地，第2支路112包含作為上臂之高側電晶體MH2及作為下臂之低側電晶體ML2。將第1支路110之輸出表述為電壓VOUT1 ，將第2支路112之輸出表述為電壓VOUT2 。
霍耳元件106產生表示風扇馬達102之轉子位置之霍耳信號H+、H-。控制電路108基於霍耳信號H+、H-，切換H橋電路102之輸出相。
控制電路108具備PWM軟切換功能。控制電路108於歷經輸出相之切換前後之軟切換期間Tss，使H橋電路102之一支路110之輸出電壓VOUT1 之工作比隨時間經過緩慢地變化。與此同時，控制電路108使H橋電路102之另一支路112之輸出電壓VOUT2 之工作比相對於一支路之輸出電壓之工作比朝反方向變化。2個支路110、112之輸出電壓VOUT1 、VOUT2 之工作比能以其等之合計成為固定之方式互補地變化。
以上為冷卻裝置100之基本構成。繼而，說明其動作。
圖5係圖4之冷卻裝置100之動作波形圖。時刻t0 係線圈電流之朝向反轉之電流零交叉點。以與該電流零交叉點一致之方式或者於其附近設定輸出相之切換時刻，以包含該切換時刻之方式設置軟切換期間Tss。DUTY1表示輸出電壓VOUT1 之工作比，DUTY2表示輸出電壓VOUT2 之工作比。
與先前之軟切換(圖2)之不同點在於，於軟切換期間Tss之前半部分，並非僅VOUT1 之工作比DUTY1發生變化，VOUT2 之工作比DUTY2亦發生變化。又，於軟切換期間Tss之後半部分，並非僅VOUT2 之工作比DUTY2發生變化，VOUT1 之工作比DUTY1亦發生變化。本說明書中將上述動作稱為WPWM(Wide Pulse Width Modulation，寬脈寬調變)驅動。
換言之，輸出電壓VOUT1 之工作比DUTY1於整個軟切換期間Tss內，自最大值(此處為100%)變化至0%為止。輸出電壓VOUT2 之工作比DUTY2亦於整個軟切換期間Tss內，自0%變化至最大值(100%)為止。
圖6係H橋電路104之動作波形圖。此處表示於連續之2個週期內工作比變化為80%、70%時之示例。實際上，針對每個週期，工作比以更細小之步長減小(增加)。驅動電壓VOUT1 －VOUT2 係表示施加至馬達線圈之電壓。
圖7(a)～(c)係表示於1切換週期中H橋電路104可獲得之狀態之圖。
於圖6、圖7(a)～(c)中雖未圖示，但實際上，為了防止貫通電流，插入有使各支路之高側電晶體與低側電晶體同時截止之空載時間。
以上為冷卻裝置100之動作。
根據該冷卻裝置100，藉由對H橋電路102之2個支路之兩者進行PWM驅動，可使圖5所示之線圈之兩端間電壓(驅動電壓)VCOIL ＝VOUT1 －VOUT2 之有效切換頻率提高為PWM頻率之2倍。藉此，可抑制線圈電流ICOIL 之應變。藉由抑制線圈電流ICOIL 之應變，可進一步減小風扇馬達之噪音。
圖8(a)係利用先前之驅動方式驅動電感較小之馬達時之波形圖，圖8(b)係利用實施形態之驅動方式驅動相同馬達時之波形圖。於圖8(a)中，使用50 kHz之PWM信號，線圈電流ICOIL 產生應變。
於圖8(b)中，使用200 kHz之PWM信號，因此，線圈之兩端間電壓VCOIL 之有效頻率為400 kHz。於此情形時，線圈電流ICOIL 之應變消除。
即，若欲利用先前之驅動方式抑制線圈電流之應變，必須將PWM頻率提高至400 kHz為止，就實施形態之驅動方式而言，PWM頻率為其一半之200 kHz便足夠。只要可降低PWM頻率，便可減少驅動電路之動作頻率，進而可減少耗電。
本發明涉及由上述說明引出之多種裝置、電路及方法，且並不限定於特定之構成。以下，說明更具體之構成例或變化例，以助理解發明之本質或電路動作，並使上述內容明確化，而非縮小本發明之範圍。
(第1實施例)
圖9係具備第1實施例之風扇馬達驅動IC 200之冷卻裝置100之電路圖。風扇馬達驅動IC 200係集成有圖4之H橋電路104、霍耳元件106及控制電路108之功能IC。
風扇馬達驅動IC 200具備H橋電路210、預驅動器220、位置檢測電路230及驅動信號產生部240。
H橋電路210包含第1支路212及第2支路214。第1支路212之輸出係經由第1輸出(OUT1)接腳與風扇馬達102之一端連接，第2支路214之輸出係經由第2輸出(OUT2)接腳與風扇馬達102之另一端連接。
位置檢測電路230產生表示風扇馬達102之轉子位置之FG信號。位置檢測電路230例如亦可包含霍耳元件、霍耳放大器及霍耳比較器。具體而言，亦可將霍耳元件產生之互補之2個霍耳信號放大，且將放大後之霍耳信號進行比較，產生矩形波之FG信號。霍耳元件既可集成於風扇馬達驅動IC 200上，亦可使用外置元件。
預驅動器220與FG信號同步地切換H橋電路210之輸出相。例如，FG信號為第1位準(例如低位準)之區間係使第1支路之輸出電壓VOUT1 有效，且使第2支路之輸出為零。又，FG信號為第2位準(例如高位準)之區間係使第2支路之輸出電壓VOUT2 有效，且使第1支路之輸出為零。
驅動信號產生部240係基於FG信號設定軟切換期間Tss。軟切換期間Tss之設定方法並無特別限定，只要使用先前技術便可。例如亦可利用計數器測定FG信號之週期TFG ，且對所測定出之週期TFG 乘上特定之係數α，而決定軟切換期間Tss之長度。
驅動信號產生部240係於所設定之軟切換期間Tss中，產生第1 PWM信號SPWM1 及第2 PWM信號SPWM2 ，該第1 PWM信號SPWM1 之工作比係隨時間經過朝第1方向發生變化，該第2 PWM信號SPWM2 之工作比係於第1 PWM信號SPWM1 之工作比發生變化之同時，朝與第1方向相反之第2方向變化。
例如，於FG信號自高位準轉變為低位準時，第1 PWM信號SPWM1 之工作比自0%向100%增大，第2 PWM信號SPWM2 之工作比自100%向0%減小。於FG信號自低位準轉變為高位準時，第1 PWM信號SPWM1 之工作比自100%向0%減小，第2 PWM信號SPWM2 之工作比自0%向100%增大。
預驅動器220係基於第1 PWM信號SPWM1 驅動H橋電路210之第1支路212。例如於第1 PWM信號SPWM1 為高位準之區間，OUT1接腳產生高位準(VCC )之輸出電壓VOUT1 ，於第1 PWM信號SPWM1 為低位準之區間，OUT1接腳產生低位準(VGND )之輸出電壓VOUT1 。具體而言，預驅動器220於SPWM1 ＝H時，使高側電晶體MH1導通且使低側電晶體ML1截止，於SPWM1 ＝L時，使高側電晶體MH1截止且使低側電晶體ML1導通。
又，預驅動器220係基於第2 PWM信號SPWM2 驅動H橋電路210之第2支路214。例如於第2 PWM信號SPWM2 為高位準之區間，OUT2接腳產生高位準(VCC )之輸出電壓VOUT2 ，於第2 PWM信號SPWM2 為低位準之區間，OUT2接腳產生低位準(VGND )之輸出電壓VOUT2 。具體而言，預驅動器220於SPWM2 ＝H時，使高側電晶體MH2導通且使低側電晶體ML2截止，於SPWM2 ＝L時，使高側電晶體MH2截止且使低側電晶體ML2導通。
繼而，說明驅動信號產生部240之具體構成例。驅動信號產生部240包含圖案產生器242、第1週期信號產生器244、第2週期信號產生器246、第1比較器248及第2比較器250。圖案產生器242於軟切換期間Tss，產生隨時間經過而增大或隨時間經過而減小之波形控制圖案SPTN 。第1週期信號產生器244產生第1週期信號SOSC1 。第2週期信號產生器246產生與第1週期信號SOSC1 為反相之第2週期信號SOSC2 。較佳為，週期信號SOSC1 、SOSC2 為三角波，亦可使用斜坡波等其他波形。
第1比較器248將波形控制圖案SPTN 與第1週期信號SOSC1 進行比較，產生基於比較結果之第1 PWM信號SPWM1 。第2比較器250將波形控制圖案SPTN 與第2週期信號SOSC2 進行比較，產生基於比較結果之第2 PWM信號SPWM2 。
以上為驅動信號產生部240之構成。繼而，說明圖9之風扇馬達驅動IC 200之動作。
圖10係圖9之風扇馬達驅動IC 200之動作波形圖。圖案產生器242亦可測定FG信號之週期Tp，且將與該週期Tp成正比之時間設為軟切換期間Tss。第i個週期之軟切換期間Tssi 之長度係基於其之前之週期Tp(i-1) 而決定。
Tssi ＝Tp(i-1) ×K
K係K＜1之特定之係數。
軟切換開始期間Tssi 之開始點可設為自FG信號之最近之邊緣經過某一延遲時間Td後。該延遲時間Tdi 與1週期前之FG信號之週期Tp(i-1) 成正比。
Tdi ＝Tp(i-1) ×(1－K/2)
驅動信號產生部240於軟切換期間Tss中，使控制圖案SPTN 於最大值與最小值之間變化。控制圖案SPTN 變化之方向與FG信號之位準相應。於該例中，於FG信號自低位準轉變為高位準時，使控制圖案SPTN 增加，於FG信號自高位準轉變為低位準時，使控制圖案SPTN 減少。
將該控制圖案SPTN 與反相之2個週期信號SOSC1 、SOSC2 進行比較，產生工作比互補地變化之2個PWM信號SPWM1 、SPWM2 。
(第2實施例)
圖11係具備第2實施例之風扇馬達驅動IC 200A之冷卻裝置100A之電路圖。
於圖9之風扇馬達驅動IC 200中，第1 PWM信號SPWM1 、第2 PWM信號SPWM2 之工作比之最大值被固定為100%，因此，風扇馬達102之轉數固定。與此相對，圖11之風扇馬達驅動IC 200A構成為使風扇馬達102之轉數可變。具體而言，於圖11之風扇馬達驅動IC 200A中，於除軟切換期間以外之通常驅動期間，PWM信號SPWM1 、SPWM2 之工作比之差量｜DUTY1－DUTY2｜相應於風扇馬達之目標轉數為可變。
風扇馬達驅動IC 200A具備接收表示風扇馬達102之目標轉數之指令信號之控制端子。於該實施例中，控制端子係被輸入具有與目標轉數成正比之工作比之PWM信號之PWM端子。驅動工作比產生部252產生與輸入至PWM端子之PWM信號之工作比相應之工作週期指令值SDUTY 。工作週期指令值SDUTY 可於0～100%之範圍內變化。
驅動信號產生部240進而具備驅動工作比設定部252及定標器254。驅動工作比設定部252產生與目標轉數相應之係數(工作週期指令值)SDUTY 。定標器254對波形控制圖案SPTN 乘上工作週期指令值SDUTY ，予以定標。對第1比較器248、第2比較器250供給定標後之波形控制圖案SPTN '。
圖12係圖11之風扇馬達驅動IC 200A之動作波形圖。此處表示工作週期指令值SDUTY 為50%時之動作。
根據圖11之風扇馬達驅動IC 200A，可控制風扇馬達之轉數，且於軟切換期間使工作比緩慢地變化。
於本實施例中，第1 PWM信號SPWM1 及第2 PWM信號SPWM2 之工作比之合計保持為100%。即，於通常驅動期間Tnorm，H橋電路之兩支路之電壓VOUT1 、VOUT2 切換，可實現WPWM驅動。藉此，即使於通常動作期間Tnorm，亦可抑制線圈電流之應變。又，可使通常驅動期間Tnorm與軟切換期間Tss之驅動電壓(VOUT1 －VOUT2 )之有效切換頻率一致。
以上，基於實施形態對本發明進行說明。業者理解該實施形態為例示，其等之各構成要素或各處理製程之組合可存在各種變化例，又，該等變化例亦處於本發明之範圍內。以下，對此種變化例進行說明。
(第1變化例)
於圖12之波形圖中，於除軟切換期間Tss以外之通常驅動期間Tnorm，2個PWM信號SPWM1 、SPWM2 之兩者為非零，但不限定於此。圖13係表示第1變化例之控制之波形圖。於第1變化例中，於通常驅動期間Tnorm，2個PWM信號SPWM1 、SPWM2 之一工作比被固定為零。
通常驅動期間Tnorm中，線圈電流實質上固定，因此，波形應變、進而由此引起之噪音不易成為問題。因此，通常期間Tnorm中，可與先前同樣地PWM驅動2個支路中之僅一者。
用以實現圖13所示之波形圖之硬體之構成並無特別限定，業者可理解只要將圖9之構成適當進行修正便可。
(第2變化例)
圖14(a)、(b)係表示變化例之工作比控制之波形圖。於第1、第2實施例中，使2個PWM信號SPWM1 、SPWM2 之工作比DUTY1、DUTY2互補地變化，但並不限定於此。如圖14(a)所示，亦可使一工作比先行變化，使另一工作比推遲變化。
又，如圖14(b)所示，一工作比之變化時間與另一工作比之變化時間亦可不同。
(第3變化例)
再者，當於通常驅動期間停止一支路之切換時，亦可將停止之支路之輸出固定為高位準，即，將工作比固定為100%。
(第4變化例)
於圖9或圖11中對用以設定轉數之控制端子輸入PWM信號，但並不限定於此。例如，亦可對控制端子輸入表示轉數之數位控制信號或類比控制信號，基於控制信號產生工作比指令值SDUTY 。
或者，亦可將熱敏電阻或正溫度係數熱敏電阻等溫度感測器連接於控制端子，基於控制端子產生之電壓，產生工作比指令值SDUTY 。於此情形時，可根據溫度控制轉數。
(第5變化例)
又，本實施形態之驅動方法並不限定於風扇馬達之驅動，亦可應用於其他線圈電感較小之小型、薄型之馬達之驅動。
(用途)
圖15係表示具備實施形態之冷卻裝置之電子機器之圖。例如，電子機器500係以伺服器、筆記型個人電腦、桌上型電腦、可攜式電腦、遊戲機、投影儀、VR(Virtual Reality)設備為代表之多種電子機器。電子機器500具備殼體502、CPU504、母板506、散熱器508及多個冷卻裝置510。
CPU504安裝於母板506上。散熱器508與CPU504之上表面密接。冷卻裝置510_1與散熱器508對向地設置，對散熱器508吹送空氣。冷卻裝置510_2設置於殼體502之背面，且對殼體502之內部送入外部之空氣。
冷卻裝置500除可搭載於圖15之電子機器500以外，亦可搭載於冰箱或汽車、工業機械等。
基於實施形態，使用具體之用語說明了本發明，但實施形態僅示出本發明之原理、應用，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，實施形態允許多個變化例或配置之變更。
100‧‧‧冷卻裝置
100A‧‧‧冷卻裝置
102‧‧‧風扇馬達
104‧‧‧H橋電路
106‧‧‧霍耳元件
108‧‧‧控制電路
110‧‧‧第1支路
112‧‧‧第2支路
200‧‧‧風扇馬達驅動IC
200A‧‧‧風扇馬達驅動IC
210‧‧‧H橋電路
212‧‧‧第1支路
214‧‧‧第2支路
220‧‧‧預驅動器
230‧‧‧位置檢測電路
240‧‧‧驅動信號產生部
242‧‧‧圖案產生器
244‧‧‧第1週期信號產生器
246‧‧‧第2週期信號產生器
248‧‧‧第1比較器
250‧‧‧第2比較器
252‧‧‧驅動工作比產生部
254‧‧‧定標器
500‧‧‧電子機器
502‧‧‧殼體
504‧‧‧CPU
506‧‧‧母板
508‧‧‧散熱器
510_1‧‧‧冷卻裝置
510_2‧‧‧冷卻裝置
DUTY1‧‧‧工作比
DUTY2‧‧‧工作比
FG‧‧‧ 頻率產生器
ICOIL‧‧‧線圈電流
MH1‧‧‧高側電晶體
MH2‧‧‧高側電晶體
ML1‧‧‧低側電晶體
ML2‧‧‧低側電晶體
SDUTY‧‧‧工作週期指令值
SOSC1‧‧‧第1週期信號
SOSC2‧‧‧第2週期信號
SPTN‧‧‧波形控制圖案
SPTN'‧‧‧波形控制圖案
SPWM1‧‧‧第1 PWM信號
SPWM2‧‧‧第2 PWM信號
t0‧‧‧電流零交叉點
Tdi‧‧‧延遲時間
Tnorm‧‧‧通常驅動期間
Tp‧‧‧週期
Tp(i-1)‧‧‧週期
Tss‧‧‧ 軟切換期間
Tssi‧‧‧軟切換期間
VCC‧‧‧高位準
VGND‧‧‧低位準
VOUT1‧‧‧輸出電壓
VOUT2‧‧‧輸出電壓
圖1(a)、(b)係表示PWM驅動時之H橋電路之狀態轉變之圖。
圖2係說明PWM軟切換之波形圖。
圖3(a)係表示驅動L＝0.57 mH之筆記型個人電腦用風扇馬達時之波形之圖，圖3(b)係表示驅動L＝0.15 mH之超小型風扇馬達時之波形之圖。
圖4係實施形態之冷卻裝置之方塊圖。
圖5係圖4之冷卻裝置之動作波形圖。
圖6係H橋電路之動作波形圖。
圖7(a)～(c)係表示於1切換週期中H橋電路可獲得之狀態之圖。
圖8(a)係利用先前之驅動方式驅動電感較小之馬達時之波形圖，圖8(b)係利用實施形態之驅動方式驅動相同馬達時之波形圖。
圖9係具備第1實施例之風扇馬達驅動IC之冷卻裝置之電路圖。
圖10係圖9之風扇馬達驅動IC之動作波形圖。
圖11係具備第2實施例之風扇馬達驅動IC之冷卻裝置之電路圖。
圖12係圖11之風扇馬達驅動IC之動作波形圖。
圖13係表示第1變化例之控制之波形圖。
圖14(a)、(b)係表示變化例之工作比控制之波形圖。
圖15係表示具備實施形態之冷卻裝置之電子機器之圖。

Claims (19)

  1. 一種風扇馬達驅動電路，其特徵在於：其係控制單相風扇馬達者，且具備： 驅動信號產生部，其於歷經與上述單相風扇馬達連接之H橋電路之輸出相之切換前後的軟切換期間，產生第1 PWM(Pulse Width Modulation，脈寬調變)信號及第2 PWM信號，該第1 PWM信號其工作比隨時間經過朝第1方向變化，該第2 PWM信號其工作比於上述第1 PWM信號之工作比變化之同時，朝與上述第1方向相反之第2方向變化；以及 預驅動器，其基於上述第1 PWM信號驅動上述H橋電路之一支路，且基於上述第2 PWM信號驅動上述H橋電路之另一支路。
  2. 如請求項1之風扇馬達驅動電路，其中於上述軟切換期間中，上述第1 PWM信號與上述第2 PWM信號之工作比之合計為固定。
  3. 如請求項1或2之風扇馬達驅動電路，其中上述驅動信號產生部包含： 第1週期信號產生器，其產生第1週期信號； 第2週期信號產生器，其產生與上述第1週期信號為反相之第2週期信號； 圖案產生器，其於上述軟切換期間，產生隨時間經過而增大或隨時間經過而減小之波形控制圖案； 第1比較器，其將上述波形控制圖案與上述第1週期信號進行比較，產生基於比較結果之上述第1 PWM信號；以及 第2比較器，其將上述波形控制圖案與上述第2週期信號進行比較，產生基於比較結果之上述第2 PWM信號。
  4. 如請求項1或2之風扇馬達驅動電路，其中於通常驅動期間，上述第1 PWM信號及上述第2 PWM信號之工作比之差量相應於上述單相風扇馬達之目標轉數為可變。
  5. 如請求項4之風扇馬達驅動電路，其中上述第1 PWM信號及上述第2 PWM信號之工作比之合計為100%。
  6. 如請求項4之風扇馬達驅動電路，其中於上述通常驅動期間，上述第1 PWM信號及上述第2 PWM信號之工作比之一者為0%或100%。
  7. 如請求項4之風扇馬達驅動電路，其中上述驅動信號產生部包含： 第1週期信號產生器，其產生第1週期信號； 第2週期信號產生器，其產生與上述第1週期信號為反相之第2週期信號； 圖案產生器，其於上述軟切換期間，產生隨時間經過而增大或隨時間經過而減小之波形控制圖案； 定標器，其以與上述目標轉數相應之係數將上述波形控制圖案定標； 第1比較器，其將上述定標器之輸出與上述第1週期信號進行比較，產生基於比較結果之上述第1 PWM信號；以及 第2比較器，其將上述定標器之輸出與上述第2週期信號進行比較，產生基於比較結果之上述第2 PWM信號。
  8. 如請求項3之風扇馬達驅動電路，其中上述第1週期信號及上述第2週期信號為三角波。
  9. 如請求項1或2之風扇馬達驅動電路，其中上述驅動信號產生部基於表示上述單相風扇馬達之轉子位置之霍耳信號，設定上述軟切換期間。
  10. 如請求項9之風扇馬達驅動電路，其進而具備產生上述霍耳信號之霍耳元件。
  11. 如請求項1或2之風扇馬達驅動電路，其被集成於一個半導體基板。
  12. 如請求項11之風扇馬達驅動電路，其進而集成上述H橋電路。
  13. 一種冷卻裝置，其特徵在於具備： 單相風扇馬達；以及 如請求項1至12中任一項之風扇馬達驅動電路，其驅動上述單相風扇馬達。
  14. 一種電子機器，其特徵在於具備如請求項13之冷卻裝置。
  15. 一種冷卻裝置，其特徵在於具備： 單相風扇馬達； H橋電路，其輸出與上述單相風扇馬達連接； 霍耳元件，其產生表示上述單相風扇馬達之轉子位置之霍耳信號；以及 控制電路，其基於上述霍耳信號切換上述H橋電路之輸出相，並且於歷經切換前後之軟切換期間，使上述H橋電路之一支路之輸出電壓之工作比隨時間經過緩慢地變化，與此同時使上述H橋電路之另一支路之輸出電壓之工作比相對於上述一支路之輸出電壓之工作比朝反方向變化。
  16. 如請求項15之冷卻裝置，其中於通常驅動期間，上述H橋電路之2個支路之輸出電壓之工作比的差量相應於上述單相風扇馬達之目標轉數為可變。
  17. 如請求項16之冷卻裝置，其中上述H橋電路之2個支路之輸出電壓之工作比的合計為100%。
  18. 如請求項16之冷卻裝置，其中於上述通常驅動期間，上述H橋電路之一支路之輸出電壓之一工作比為0%或100%。
  19. 一種驅動方法，其特徵在於：其係單相風扇馬達之驅動方法，且具備如下步驟： 產生表示上述單相風扇馬達之轉子位置之霍耳信號； 基於上述霍耳信號，切換H橋電路之輸出相； 歷經上述輸出相之切換之前後設置軟切換期間；以及 於上述軟切換期間，使上述H橋電路之一支路之輸出電壓之工作比隨時間經過緩慢地變化，與此同時使上述H橋電路之另一支路之輸出電壓之工作比相對於上述一支路之輸出電壓之工作比朝反方向變化。
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