TWI360289B - Motor driving circuit, fan motor, electronic devic - Google Patents

Description

1360289 入 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於馬達驅動電路、風扇馬達、電子機器， 及筆記型個人電腦。 【先前技術】 在筆記型個人電腦等電子機器中，係例如使用風扇馬 達’用以冷卻處理器（processor)等之發熱零件。在風扇馬 達中，係藉由依據顯示馬達之旋轉位置之信號而控制施加 # 於馬達線圈之驅動電壓，來控制馬達進行所希望之旋轉。 如此，在控制施加於馬達線圈之驅動電壓時，會有以靜音 化或返馳（flyback)電壓之抑制等為目的，而進行使驅動電 塵之變化緩和之情形（例如專利文獻1)。 此外，在使用風扇馬達將零件冷卻時，雖可藉由提升 馬達之旋轉速度，亦即提升風扇之旋轉速度來提高冷卻效 果，惟若將風扇一直維持高速旋轉，.則會有消耗電力增大 • 及風扇噪音等之問題。因此，大多是依據冷卻對象之零件 之發熱里或處理Ϊ專來間歇俾驅動馬達，藉此而將風扇之 旋轉速度控制在所需之水準。 第6圖係為顯示驅動單相風扇馬達之馬遠驅動電路之 一構成例圖。在馬達驅動電路1〇〇中，係根據從霍爾（Hall) 元件110輸出，且與馬達之旋轉位置對應之彼此反相之電 壓Vh1、Vh2來控制施加於用以連接馬達線圈L之端子0UT1、 0UT2之驅動電壓V_、V_2。串聯連接之P通遺M0SFET112 及N通道M0SFET113之連接點之電壓係成為驅動電壓. 320773 4 1360289 ¥ • . . • 巩盯丨。再者，運算放大器（operati〇nal amplifier)115係 以驅動電壓Voim成為與從霍爾元件所輸出之電壓Vbi、 Vhz之差對應之電壓之方式來控制施加於P通道M0SFET112 及N通道M0SFET113之閘極之電壓。另外，關於驅動電壓 ； Voun係根據從霍爾元件110所輸出之電壓vH1、Vh2，以成為 ： 與驅動電壓VoilTl反相之方式進行控制。因此，在馬達驅動 .電路100中，即以驅動電壓V〇UT1、V_和緩變化之方式進行 控制’而實現靜音化及返馳電壓之抑制等。 鲁 此外’馬達線圈L係依據從pwM(pulse width modulation，脈衝寬度調變）信號輸出電路12〇所輸出之 PWM信號而間歇性控制。具體而言，係PWM信號為H位準 時，由於P通道M0SFET122、123關斷（off) ’因此驅動電 壓V〇im.係形成由運算放大器ι15來控制，惟pwM信號為L 位準時，由於P通道M0SFET122、123為導通（on) ?因此p 通道M0SFET112成為關斷’而通道M0SFET113成為導通， _ .不論運算放大器115之控制為何’驅動電壓vQUT1都成為七 位準。同樣地’驅動電壓VqUT2亦依據P丽信號來控制。因 此’ PWM信號為L位準之期間，係成為馬達線圈L未被驅 動4狀態、。換言之，在馬達驅動電路100中，係視狀況而 使PWM信號之工作比（duty)變化，藉此即可控制風扇之旋 轉連度。 (專利文獻1)日本特開2004-166379號公報 【發明内容】.

[發明欲解決之問題] 320773 5 第7圖係為顯示與p丽信號對應之驅動電壓Vguti之一 化例圖。當PWM信號從Η位準成為L位準時，則P通道 FET112成為關斷，而Ν通道M0SFET113成為導通，驅 遽Vtum立即成為L位準。另一方面，當Ρ·信號從L &準成為Η位準時，則由於驅動電壓Vmm因運算放大器115 授控制而變化，故到達與從霍爾元件11〇所輸出之電 之差對應之目標位準為止，會花費與運算放大器 壓Vh丨、 115之頻率特性對應之時間 此外，在冷卻筆記型個人電腦之處理器等之風扇馬達 中） ’雖係依據狀況來變化風扇之旋轉速度，惟在例如待機 and by)狀態或睡眠（s 1 eep)模式等之發熱較少之狀況 中 > ’為了抑制消耗電力，係儘可能使風扇以較低速旋轉為 較佳。因此’只要是馬達驅動電路100之情形，為了使風 扇為低迷旋轉，須將PWM信號中之η位準之工作比，亦即 信號之脈衝寬度設為較小。

然而’如第7圖所例示，.在馬達驅動電路100中，PWM 信號從L位準成為Η位準後到驅動電壓Voim成為目標位準 . · . 為止’要花費與運算放大器115之頻率特性對應之時間。 因此’若將PWM信號之脈衝寬度減小，則亦會有在驅動電 壓Vouti到達目標位準之前，P.WM信鍊變化為L位準，且驅 動電壓Vom成為L位準之情形。因此，尤其在低旋轉域中， 無法依據PWM信號之工作比來線性控制風扇之旋轉速度， 而難以將風扇之旋轉速度設為所需充分之低速旋轉。 本發明係有鑑於上述問題而研創者，其目的在使間歇 6 320773 1360289 驅動馬達線圈之際之開關間隔可以縮短。 [解決問題之方案] 為了達成上述目的，本發明之馬達驅動電路係具備： 串聯連接之第1及第2電晶體，其連接點之電壓成為施加 • 於馬達線圈之一端之驅動電壓；運算放大器，以使前述驅 : 動電壓成為與用以控制前述馬達線圈之驅動之第1及第2 控制電壓之差對應之電壓之方式，來控制前述第1及第2 電晶體；開關電路，於用以間歇驅動前述馬達線圈之脈衝 • 信號為一方邏輯位準時，不論前述運算放大器是否控制， 均以使前述馬達線圈成為不被驅動之狀態之方式來驅動前 述第1及第2電晶體，且於前述脈衝信號為另一方邏輯位 準時，根據前述運算放大器之控制來驅動前述第1及第2 電晶體；以及驅動輔助電路，當前述脈衝信號從前述一方 邏輯位準變化為另一方邏輯位準時，則不論前述運算放大 器之控制為何，均以較前述脈衝信號為前述另一方邏輯位 Φ 準之時間為短之預定時間，來驅動用以使前述驅動電壓上 升之前述第1及第2電晶體。 (發明之功效） 可使間歇驅動馬達線圈時之開關間隔縮短。 【實施方式】 第1圖係為顯示本發明一實施形態之馬達驅動電路之 構成圖。馬達驅動電路10係在例如筆記型個人電腦等之 電子機器中，組入於用以冷卻處理器等發熱零件（被冷卻裝 置）之風扇馬達内，用來驅動使冷卻用風扇旋轉所需之馬 7 320773 1360289 達。 本貫施形態之馬達驅動電路10係為驅動單相風扇馬 達之電路，包括下述構成：運算放大器（11A、11B)、p通 道 M0SFET(12A 至 14A、12B 至 14B)、N 通道 m〇SFET(15A、 ;15B)、電阻（17A、17B、、18B)、反轉電路（2〇A、20B、 : 21A、21B)、PWM 波輸出電路％、及驅動輔助電政％。 在本貫施形態中，馬達驅動電路10係經積體化，而於端子 OUT1、OUT.2間連接有馬達線圈l，且於端子H1、H2間連接 # 有用以輸出與馬達之旋轉位置對應之電壓vH1(第1控制電 壓）及電壓VB2(第2控制電壓）之霍爾元件3〇。另外，電壓 Vhi、Vh2係變化為彼此反相之正弦波狀電壓。 另外，關於設於輸出端子0UT2侧之運算放大器11B、 P 通道MOSFET(12B至14B)、N通道MOSFET15B、電阻（ΠB、 18B)、反轉電路（20B、21B) ’除了從霍爾元件3〇所輸出之 電壓Vbi、Vh2輸入於運算放大器UB之輸入關係與運算放大 鲁器11A相反以外’均與端子ουτί側為相同之構成。 運异放大器11A係於+輸入端子輸入電壓yB1，且經介 電阻ΠΑ(第1電阻）對一輸入端子輸入電壓Vh2。此外，運 算放大器11A係包括經由電阻18A(第2電阻）而連接端子 OUT1與一輸入端子之回授電路所構成。亦即，運算放大器 11A係以施加於端子OUT1之驅動龛壓yQUT1，係成為以與電 阻17A、18A之電阻比對應之增益放大電壓Vhi、Vh2的量之 電壓之方式來進行回授控制。另外，施加於藉由運算放大 器11B所控制之端子OUT2之驅動電壓v〇UT2係驅動電壓V〇UT1 320773 1360289 反相。

P通道M0SFET12A(第1電晶體）及N通道M0SFET15A(第 :2電晶體）係串聯連接在電源電壓Vdd與接地電壓之間’且 連接點係與端子0UT1連接。再者，在P通道MOSFET12A及 N通道M0SFET15A之閘極，係經由反轉電路20A、21A輸入 : 有運算放大器11A.之輸出電壓。另外，反轉電路20A、21A 係為以中點電壓（例如Vdd/2)為邊界使運算放大器11A之 輸出電壓反轉而加以輸出之電路。因此，電壓Vni>電壓VH2 鲁 時，運算放大器11A之輸出電壓變高，而在P通道M0SFET12A 之電流增加之.同時，N通道M0SFET15A之電流會減少，而 驅動電壓Vmm則變高。另一方面，電壓VH1〈電壓Vh2時， 運算放大器11A之輸出電壓變低，而在P通道M0SFET12A 之電流減少之同時，N通道M0SFET15A之電流會增加，而 驅動電壓Vquti.則變低。藉由此種控制，而使驅動電壓Vouti 成為與電壓Vm、電壓VH2之差對應之電壓。 PWM信號輸出電硌25係輸出用以間歇驅動馬達線圈L 胃之ρ·信號（脈衝信號）。在本實施形態中，係於PWM信號 為L位準時，P通道M0SFET13A、13B、14A、14B(開關電路） 成為導通。再者，當P通道M0SFET13A、13B、14A、14B成 為導通時，則不輪運算放大器11A、11B之輸出電壓為何， p 通道 M0SFET12A、12B 均關斷，而 N 通道 M0SFET15A、15B 均導通，且驅動電壓Vquti、Vqut2均成為L位準，成為馬達線 圈L未被驅動之狀態。另一方面，PWM信號為Η位準時，P 通道M0SFET13A、13Β、14Α、14Β成為關斷，而驅動電壓 9 320773 P· 1360289

Voim、V〇UT2由運算放大器11A、11B所控制，而以電壓Vouti、 電壓Venn·2之電壓差來驅動馬達線圈L。亦即，藉由將PWM 信號之Η位準之工作比設為較大，即可使馬達之旋轉速度 上升，而藉由將工作比設為較小，即可使馬達之旋轉速度 •下降。 ； 驅動輔助電路26係輸出輔助脈衝，用以提高在PWM信 號從L位準成為Η位準而再度開始藉由運算放大器11Α、 11Β所進行之電壓Vouti、V〇l)T2之控制之際之驅動電壓Vquti、 _ Volin之響應性。亦即，若PWM信號變化為Η位準，則再度 開始藉由運算玫大器11Α、11Β將驅動電壓Voim、Vrn2從L 位準設為與電壓VH1、％2之差對應之電壓之控制，惟此際， 為了縮短電壓Vmm、Voi!T2到達目標之位準之時間，乃使用辅 助脈衝。在本實施形態中之輔助脈衝.，係為PWM信號從L 位準變化為Η位準後於預定時間成為Η位準之信號’輔助 脈衝之脈衝寬度係較PWM信號之脈衝寬度短。因此’於辅 φ 助脈衝為Η位準之期間，以Ρ通道M0SFET12A之電流增加， 而Ν通道M0SFET15A之電流減少之方式來控制ρ通道 M0SFET12A及Ν通道M0SFET15A ’藉此而使驅動電壓V〇im 較僅有運算放大器11A之控制時更快速上升。關於驅動電 壓V〇UT2亦相同。 第2圖係為顯示驅動輔助電路2之構成例圖。驅動輔 助電路26係包括下述構成：P通道·SFET(40、41)、N通 道 M0SFET(42、43)、電阻 46、電容（caPacitor)48、Ν〇τ 電路 50、AAND^51_iiM0SFET4(^Nitit M0SFET42 320773 1360289 係構成反相器（inverter) β P通道M0SFET41及N通道 M0SFET43亦構成反相器。 如第3圖所例示，若PWM信號從L位準變化為Η位準， 則藉由Ρ通道MOSFET40及Ν通道M0SFET42所構成之反相 .器之輸出即成為L位準，因此Α點之電壓會以與電阻46之 * . • 電阻值及電容48之電容量對應之時間常數下降。再者，若 .A點之電壓達到由P通道M0SFET41及N通道M0SFET43所 構成之反相.器之臨限值電壓，則B點之電壓就變化為Η位 • 準。此外，若PWM信號從Η位準變化為L位準，則Α點之 電壓就依據時間常數而上升，且若達到由ρ通道M0SFET41 及N通道M0SFET43所構成之反相器之臨限值電壓，b點之 電壓就變化為L位準。亦即’ P通道MOSFET40、41、N通 道M0SFET42、43、電阻46、及電容48係構成延遲電路， 而使PWM信號延遲預定時間之信號係從b點輸出。再者， Ν〇τ電路50及人仙電路^係構成輔助脈衝輪出電路’藉 由將在.NOT電路50使從B點輸出之信號反轉之信號、及 • P靠信號輸入於AND電路51，而產生PWM信號從L位準成 為Η位準後之預定時間成為Η位準之辅助脈衝。 第4圖係為顯示馬達驅動電路1 〇之一動作例圖。在 PWM信號維持為Η位準之期間中，施加於馬達線圈L之兩 端之驅動電壓Vmi ' Vqut2係以成為與從霍爾元件所輸出 I電壓Vm、VH2之差對應之電壓之方式藉由運算放大器 llA、11B來控制’而驅動馬達線圈L。再者，在pwm信穿 變化為脈衝狀之期間中，右P丽彳§號從Η位準成為l .位準， 320773 11 13.60289 ’則不論運算放大器11A、11B之控制為何，驅動電壓Voim、 V〇UT2均成為L位準，而成為馬達線圈L未被驅動之狀態。 此外，在PWM信號變化為脈衝狀之期間中，若PWM信號從 L位準成為Η位準，則藉由運算放大器11A、11B之控制， ； 驅動電壓VoiJTl、V〇UT2係回到與電壓VH1、VH2之差對應之目標 ； 位準。亦即，與PWM信號之Η位準之工作比對應而間歇驅 動馬達線圈L· 〇 第5圖係為顯示與PWM信號及辅助脈衝對應之驅動電 • 壓之一變化例圖。如前所述，若PWM信號從L位準成為Η 位準，則從驅動輔助電路26輸出輔助脈衝。輔助脈衝為Η 位準之較短之期間，以在Ρ通道M0SFET12A之電流增加之 同時，Ν通道M0SFET15A之電流減少之方式，來控制Ρ通 道M0SFET12A及Ν通道M0SFET15A，而使驅動電壓Vquti相 較於僅以運算放大器11A來控制之情形更快上升。再者， 若輔助脈衝成為L位準，則驅動電壓Voim係以從藉輔助脈 ^ 衝上升之位準成為目標位準之方式藉由運算放大器11A來 控制。關於驅動電壓V0UT2亦相同。如此，在間歇驅動馬達 線圈L時，於將馬達線圈L從未被驅動之狀態切換至被驅 動之狀態時，可藉由輔助脈衝將驅動電壓Vquti、Vqut2到達目 標位準之時間縮短。 以上係就本實施形態之馬達驅動電路10進行說明。在 馬達驅動電路10中，若P丽信號從L位準成為Η位準，則 產生較短之脈衝寬度之輔助脈衝，而進行使驅動電壓 Vmm、Vout2到達目標位準用之辅助。因此，可使驅動電壓 12 320773 1360289

VoUTl、V〇l)T2相較於僅以運算放大器11A、11B來控制驅動電 壓VoiJTl、V〇lJT2之情形更快到達目·標位準。因此，即可將PWM 信號之脈衝寬度，亦即間歇驅動馬達線圈L時之開關間隔 縮短，即使在低速域中亦可線性控制馬達之旋轉速度。此 外，驅動電壓VoiiTl、V〇UT2到達目標之位準為止之期間，由於 •消耗電力較高，因此藉由此期間之變短，而可抑制電力消 耗量。 另外，關於輔助脈衝，係如第2圖所例示，可根據使 • PWM信號延遲預定時間之信號、及P丽信號來產生。 再者，藉由使用此種馬達驅動電鉍100，在筆記型個 人電腦等之電子機器，於處理器等發熱零件之發熱量較小 時，可使風扇之旋轉速度充分低速旋轉，.而可抑制電力消 耗量。 另外，上述實施形態係為使本發明易於明暸者，並非 用以限定解釋本發明者。本發明在不脫離其要旨之範圍 Φ 下，均可作變更、改良，並且本發明亦包含其等效物。例 如，在本實施形態中，雖係將馬達驅動電路10設為單相風 扇馬達.之驅動用，惟驅動對象之馬達並不限定於風扇馬 .達，關於相數亦不限定於單相。 【圖式簡單說明】 第1圖係為顯示本發明一實施形態之馬達驅動電路之 構成圖。 第2圖係為顯示驅動輔助電路之構成例圖。. 第3圖係為顯示驅動辅助電路之動作之一例圖。 13 320773 1360289 第4圖係為顯示馬達驅動電路之動作之一例圖。 第5圖係為顯示與PWM信號及輔助脈衝對應之驅動電 壓之變化之一例圖。 第6圖係為顯示驅動單相風扇馬達之馬達驅動電路之 構成之一例圖。 1 第7圖係為顯示與P丽信號對應之驅動電壓之變化之 一例圖。 【主要元件符號說明】 • 10、100 馬達驅動電路 11A、11B、115 運算放大器

12A 至 14A、12B 至 14B、40、4卜 112、122、123 P 通 道 MOSFET 15A、15B、42、43、113 N 通道 MOSFET 17A、17B、18A、18B、46 電阻 20A、20B、21A、21B 反轉電路 25、120 P丽信號輸出電路 26 驅動輔助電路 3.0、110 霍爾元件 48 電容 50 NOT電路 51 AND 電路 ΙΠ、H2、01ΓΠ、0UT2 端子 L 馬達線圈 VhI ' Vh2 電壓

Vdd 電源電壓 V〇UTl、VdUT2 驅動電壓 14 320773

Claims (1)

1360289 ‘七、申請專利範圍·· 1. 一種馬達驅動電路，其特徵為具備： 串聯連接之第1及第2電晶體，其連接點之電壓係 為施加於馬達線圈之一端之驅動電壓； - 運算放大器，以使前述驅動電壓成為與用以控制前 述馬達線圈之驅動之第1及第2控制電壓之差相對應之 電壓之方式來控制前述第1及第2電晶體；. 開關電路，於用以間歇驅動前述馬達線圈之脈衝信 • 號為一方邏輯位準時，不論前述運算放大器之控制為 何，均以使前述馬達線圈成為不被驅動之狀態之方式來 驅動前述第1及第2電晶體，且於前述脈衝信號為另一 方邏輯位準時，根據前述運算放大器之控制來驅動前述 第1及第2電晶體；以及 驅動輔助電路，當前述脈衝信號從前述一方邏輯位 準變化為另一方邏輯位準時，則不論前述運算放大器之 控制為何，均以較前述脈衝信號為前述另一方邏輯位準 之時間為短之預定時間，來驅動使前述驅動電壓上升之 • . 前述第1及第2電晶體。 2. 如申請專利範圍第1項之馬達驅動電路，其中，前述驅 動輔助電路係包括下述構成： 延遲電路，用以產生使前述脈衝信號延遲前述預定 時間之延遲脈衝信號；及. . 輔助脈衝輸出電路，根據前述脈衝信號及前述延遲 脈衝信號，在前述脈衝信號從前述一方邏輯位準變化為 15 320773 1360289 前述另一方邏輯位準後之前述預定時間，將用以使前述 驅動電壓上升之輔助脈衝信號予以輸出。 3. 如申請專利範圍第2項之驅動電路，其中，前述運算放 大器係包括下述構成： 一方輸入端子，用於輸入前述第1控制電壓； 另一方輸入端子，用於經由第1電阻輸入前述第2 控制電壓； 回授電路，經由第2電阻連接前述另一方輸入端子 與前述第1及第2電晶體之前述連接點；及 輸出端子’用於輸入從前述輔助脈衝輸出電路所輸 出之前述輔助脈衝信號。 4. 一種風扇馬達，其特徵為具備： 風扇；_ . 馬達，用以驅動前述風扇；及 馬達驅動電路，用以驅動前述馬達； 前述馬達驅動電路係包括下述構成： 串聯連接之第1及第2電晶體，其連接點之電壓係 為施加於馬達線圈之一端之驅動電壓； 運算放大器，以使前述驅動電壓成為與用以控制前 .述馬達線圈之驅動之第1及第2控制電壓之差相對應之 電壓之方式來控制前述第1及第2電晶體； 開關電路，於用以間歇驅動前述馬達線圈之脈衝信 號為一方之邏輯位準時，不論前述運算放大器之控制為 何，均以使前述馬達線圈成為不被驅動之狀態之方式來 16 320773 1360289 . 驅動前述第1及第2電晶體，且於前述脈衝信號為另一 方邏輯位準時，根據前述運算放大器之控制來驅動前述 第1及第2電晶體；以及 驅動輔助電路，當前述脈衝信號從前述一方邏輯位 - 準變化為另一方邏輯位準時，則不論前述運算放大器之 [ 控制為何，均以較前述脈衝信號為前述另一方邏輯位準 之時間為短之預定時間，來驅動使前述驅動電壓上升之 前述第1及第2電晶體。 • 5. —種電子機器，其特徵為具備： 風扇； 馬達’用以驅動前述風扇； 馬達驅動電路，用以驅動前述馬達；及 被冷卻裝置，藉由前述風扇冷卻； 前述馬達驅動電路係包括下述構成： 串聯連接之第1及第2電晶體，其連接點之電壓係 ^ 為施加於馬達線圈之一端之驅動電壓； 運算放大器，以使前述驅動電壓成為與用以控制前 述馬達線圈之驅動之第1及第2控制電壓之差相對應之 電壓之方式來控制前述第1及第2電晶體； 開關電路，於用以間歇驅動前述馬達線圈之脈衝信 號為一方之邏輯位準時，不論前述運算放大器之控制為 何，均以使前述馬達線圈成為不被驅動之狀態之方式， 來驅動前述第1及第2電晶體，且於前述脈衝信號為另 一方邏輯位準時，根據前述運算放大器之控制來驅動前 17 320773 1360289 述第1及第2電晶體；以及 驅動辅助電路，當前述脈衝信號從前述一方之邏輯 位準變化為另一方之邏輯位準時，則不論前述運算放大 器之控制為何，均以較前述脈衝信號為前述另一方邏輯 位準之時間為短之預定時間，來驅動使前述驅動電壓上 升之前遠第1及第2電晶體。 6. —種筆記型個人電腦，其特徵為具備： 風扇； 馬達，用以驅動前述風扇； 馬達驅動電路，用以驅動前述馬達；及 處理器，藉由前述風扇冷卻； 前述馬達驅動電路係包括下述構成： 串聯連接之第1及第2電晶體，其連接點之電壓係 為施加於馬達線圈之一端之驅動電壓； 運算放大器，以使前述驅動電聲成為與用以控制前 述馬達線圈之驅動之第1及第2控制電壓之差相對應之 電壓之方式來控制前述第1及第2電晶體； 開關電路，於用以間歇驅動前述馬達線圈之脈衝信 號為一方之邏輯位準時，不論前述運算放大器之控制為 何，均以使前述馬達線圈成為不被驅動之狀態之方式來 驅動前述第1及第2電晶體，且於前述脈衝信號為另一 方邏輯位準時，根據前述運算放大器之控制來驅動前述 第1及第2電晶體；以及 驅動輔助電路，當前述脈衝信號從前述一方之邏輯 18 320773 1360289

位準變化為另一方邏輯位準時，則不論前述運算放大器 4控制為何，丨句以較前述脈衝信號為前述另一方邏輯位 準之時間為短之預定時間，來驅動使前述驅動電壓上升 之前述第1及第2電晶體。 19 320773