TWI288998B - Driving circuit of a fan - Google Patents

Description

1288998 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係指一種用來控制一風扇的驅動電路’尤指一種可降 低高頻噪音、保護馬達、延長風扇之使用壽命的驅動電路。 【先前技術】 電腦系統為現代資訊社會最重要的硬體基礎之一，隨著電腦 _ 系統運算速度的日益提升，電腦系統中各電路（尤其是中央處理 器）在高速運作下所產生的熱能也就越高。要有效地逸散這些熱 能，才能維持電腦系統穩定地持續運作。因此，在電腦系統中， 免不了需設置多個散熱風扇，以減低中央處理器、顯示卡等装置 的温度。這些散熱風扇雖然能有效將電腦系統之機殼内的熱排至 機殼外，但散熱風扇運轉時所產生的噪音卻是非常惱人的。為了 減低散熱風扇的運轉噪音，習知技術提供一種以脈波寬度調變 (Pulse Width Modulation)技術控制散熱風扇轉速的驅動電路，用 & 以根據溫度的高低，控制散熱風扇的轉速。 請參考第1圖，第1圖為習知一散熱風扇之驅動電路1〇的示 意圖。驅動電路10係以脈波寬度調變技術驅動散熱風扇，其包含 有一磁極位置感測器100、一時序控制器102、一三角波產生器 104、一控制訊3虎產生106、及一驅動級108。磁極位置感測哭 100可為一雈爾感測器（Hall Sensor)’用來感測散熱風扇之馬達 轉子的磁極位置，並將感測結果傳送至時序控制器1〇2。控制訊费 5 1288998

產生器106用以根據三角波產生器104產生之三角波訊號Vtri及 ，一外部訊號VpwM，產生控制訊號Vpwmc。時序控制器102則根據 、 磁極位置感測器1〇0輸出的磁極位置感測訊號，將控制訊號VPWMC 依序輸出至驅動級108之電晶體vip、viN、V2P、V2N的閘極。 驅動級108為一全橋驅動電路，其可透過切換電晶體yip、viN、 V2P、V2N關啟與咖，由端點Q卜Q2輸料同方向的電流 至馬達定子之線圈110，從而透過電磁感應，由線圈11〇所纏繞的 • 石夕鋼片產生不同方向的磁極，以推動馬達轉子旋轉。 為了風扇變速操作，驅動電路1〇可根據溫度的高低，透過訊 號VpwM調整控制訊號VPWMC的工作週期，以控制散熱風扇的轉 速。睛參考第2圖，第2圖為第1圖中訊號Vtri、VpwM、VpwMc 之波形不思圖。由第2圖可知，訊號VpwM可調整控制訊號％覽 =工作，來控制輸出電流的_，達到控賴扇轉速。另外， _當献内溫度太高時，鱗⑽1G可概熱風作於全轉賴 式亦即供應至線圈110的電流為全波形電流；而當溫度較低時， 則將散熱風扇操作於控速模式。請參考第3圖及第4圖，第3圖 j第4圖分別為驅動電路1G將散熱風扇操作於控速模式及全轉速 模式寺柒點01、〇2的訊號波形示意圖。由第3圖可知，當操 作於控速模式時，驅動電路1〇可調整端點〇ι、〇2的訊號V〇ia、 V〇2A缸作職，以控概熱顯的轉速。然而，由於訊號V〇IA、 ，的頻率翻定，因此當改變散熱風扇哺速時，很容易產生 ’回頻木曰。另外’在第4圖中，當驅動電路1〇將散熱風扇轉速切 1288998 的驅動電路50之示意圖。驅動電路5〇包含有一磁極位置感測器 • 500、一第一波形產生器502、一第二波形產生器504、一比較電 路5〇6、一控制訊號產生器508、及一電流產生器51〇。磁極位置 感測器500可根據風扇之馬達轉子的磁性變化，產生磁極位置感 測訊號Vmag。第一波形產生器502可根據磁極位置感測器5〇〇產 生之磁極位置感測訊號Vmag，輸出訊號VW1至比較電路506 ,而 第二波形產生器504則產生訊號VW2至比較電路506及控制訊號 幾| 產生裔5⑽。其中’訊號VW1與訊號VW2較佳地分別為梯形波及 二角波’且訊號VW2的週期遠小於訊號vWi的週期。比較電路506 用來比較訊號VW1與訊號VW2，並輸出調變訊號vMS至控制訊號 產生器508，控制訊號產生器508可據以產生控制訊號^觀^ 控制訊號VPWMC，係由一外部訊號VPWM，所控制，其工作週期係與 外部訊號Vpwm，的電壓位準相關。電流產生器510包含一時序控制 器512及一可調增益驅動級514，用以根據磁極位置感測器5〇〇 _^產生之磁極位置感測訊號VmaG及控制訊號產生器5〇8產生之控制 訊號Vpwmc，，輸出電流至風扇之馬達定子的線圈。 請繼續參考第6圖，第6圖為一可調增益放大器6〇之示意 圖。可調增益放大器60用以實現第5圖中可調增益驅動級514， 其可透過端點01’、02,輸出電流至風扇之馬達定子的線圈6〇〇。 可調增益放大器60包含有運算放大器ορι、〇p2，運算放大器 OP卜OP2的增益係根據控制訊號產生器508所產生之控制訊號 ， Vgc而改變。當驅動電路50操作於全轉速模式時，運算放大器 1288998 、巧上所述’ §操作於控速模式時，比較電路5〇6輸出之調變 _訊號I的工作週期翻定，而是隨著訊號Vwi與訊號Vw2之間 的關係而改變。因此，當操作於控速模式時，傳送至馬達定子的 電流Ια_近於雜改變，因此可降健速模式時的高頻噪音。 另外，當操作於全轉速模式時，本發明透過降低運算放大器〇1>卜 OP2的增益，使得触至馬達定仅細的減不會產生脈衝 (Impulse)，@此可降低嚷音並保護騎，延長使用壽命。特別注 鬌意的是，第5圖之驅動電路5〇於此供說明之用，用以控制風扇的 轉速，本領域具通常知識者當可做出各種可能變化，而不跳脫本 發明之精神範疇。 以上所述僅為本明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範 圍所做之均專變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。 【圖式簡單說明】 _ 第1圖為習知一散熱風扇之驅動電路的示意圖。 第2圖為第1圖中相關訊號之波形示意圖。 第3圖為第1圖之驅動電路將散熱風扇操作於控速模式時，相關 訊號之波形示意圖。 苐4圖為弟1圖之驅動電路將散熱風扇操作於全轉速模气日夺相 關訊號之波形示意圖。’ 第5圖為本發明一較佳實施例用來控制風扇的驅動電路之示音固。 第6圖為本發明一可調增益放大器之示意圖。 〜 12.88998 第7圖為第5圖中磁極位置感測訊號與第一波形產生器所輪出之 訊號的波形示意圖。 第8圖為第5圖之驅動電路操作於控速模式時，比較電路之輸入 與輪出訊號的波形示意圖。 第9圖為第5圖之驅動電路操作於控速模式時，輸出訊號的波形示意圖。 第10圖為第5圖之驅動電路操作於全轉速模式時，輸出訊號的波形示意圖。 【主要元件符號說明】 10、50 驅動電路 100、500 磁極位置感測器 102 時序控制器 104 三角波產生器 106 控制訊號產生器 108 驅動級 110 線圈 VIP、V1N、V2P、 V2N電晶體 0 卜 02、01，、02, 端點 502 第一波形產生器 504 第二波形產生器 506 比較電路 508 控制訊號產生器 510 電流產生器 1288998 512 時序控制器 514 可調增益驅動級 0P卜0P2 運算放大器 60 可調增益放大器 600 線圈 ICL 電流

Vwi、 ‘ V卜

VjRI、VpwM、VpwMC、V〇ia、V^A、V〇ib、V〇2B、VMAG、

Vw2、VpwM，、VpwMC，、V〇ia，、V〇2A，、V〇ib，、V〇2B，、V〇C ’

V2、V3、V4、V

MS 訊號

12

Claims (1)

1288998 各乂作 Λ 十、申請專利範圍： 1· 一種用來控制一風扇的驅動電路，包含有： 一磁極位置感測器，用來根據該風扇之一馬達轉子的磁性變 化，產生磁極位置感測訊號； 一第一波形產生器，電連於該磁極位置感測器，用來根據該磁 極位置感測器產生之磁極位置感測訊號，產生一第一波 ，形； 一第二波形產生器，用來產生一第二波形； 一比較電路，電連於該第一波形產生器及該第二波形產生器， 用來比較該第一波形及該第二波形以產生一第三波形； 一控制訊號產生器，電連於該比較電路，用來根據該比較電路 產生之第三波形及一外部訊號，產生控制訊號；以及 一電流產生器，電連於該磁極位置感測器及該控制訊號產生 _ 器，用來根據該磁極位置感測器產生之磁極位置感測訊 號及該控制訊號產生器產生之控制訊號，輸出電流至該 風扇之馬達定子的線圈。 2·如請求項1所述之驅動電路，其中該控制訊號產生器另電連 於該第二波形產生器，該控制訊號產生器係用來根據該第二 波形產生器所產生之第二波形、該比較電路產生之第三波 形、及該外部訊號，產生控制訊號至該電流產生器。 13 1288998 ^ k % i \ * 3.如請求項1所述之驅動電路，其巾該電流產生ϋ包含有·· 一驅動級，電連於該風扇之馬達定子的線圈，用來輸出電流； 以及 一時序控制器，t連於該磁極位置感測器、該控制訊號產生 器、及該驅動級，用來根據該磁極位置感測器產生之磁 極位置感測訊號，將該控制訊號產生器產生之控制訊號 傳送至該驅動級。 I 4·如請求項3所述之驅動電路，其中該驅動級係一全橋驅動電路。 5·如請求項1所述之驅動電路，其中該電流產生器包含有： 一可调增盈驅動級，包含有一第一運算放大器及一第二運算 放大器，電連於該風扇之馬達定子的線圈的兩端，用來 輸出電流，該第一運算放大器及該第二運算放大器的增 益可根據該控制訊號產生器產生之控制訊號而改變；以 ’及 一時序控制器，電連於該磁極位置感測器、該控制訊號產生 裔、及d亥可5周增益驅動級’用來根據該磁極位置感測器 產生之磁極位置感測訊號，依序將該控制訊號產生器產 生之控制訊號傳送至該第一運算放大器及該第二運算放 大器。 6. 如請求項5所述之驅動電路，其中該風扇全速運轉時該第一 1288998 · / / ^ C if \ 運算放大器及該第二運算放大器的增益係小於該風扇非全速 - 運轉時該第一運算放大器及該第二運算放大器的增益。 十一、圖式： 15