TWI382624B

TWI382624B - 馬達驅動裝置及其驅動方法

Info

Publication number: TWI382624B
Application number: TW98125290A
Authority: TW
Inventors: Teng Hui Lee; Chen Pin Lo
Original assignee: Amtek Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2009-07-28
Filing date: 2009-07-28
Publication date: 2013-01-11
Also published as: TW201104992A

Description

馬達驅動裝置及其驅動方法

本發明是有關於一種單相馬達之驅動裝置，特別是有關於一種具有防止雜訊造成錯誤啟動的驅動裝置，係藉由一雜訊濾波電路來控制馬達之啟動訊號，以防止雜訊造成錯誤啟動的驅動裝置。

近年來，個人電腦(Personal Computer，PC)、可攜式電腦(Portable Computer/Note-Boob，NB)或是工作站(Work Station)之快速化發展，使得運算晶片之運作速度急遽上升，例如：中央處理單元(Central Processor Unit，CPU)、數位信號處理器(Digital Signal Processor，DSP)。因此，隨著晶片動作速度的增加，亦使得時脈頻率變高，造成晶片產生大量的熱。然而，高熱會引起以下問題：導致晶片運算不正常，或者對周圍電路產生影響。因此，晶片之散熱功能成為極其重要之技術。

一般而言，用來作為這類型運算晶片散熱之方法，均會選擇以技術成熟的風扇(Fan)進行散熱。例如，藉由控制風扇之轉速將涼空氣送至晶片表面將熱量帶走。然而，在驅動風扇進行散熱之馬達在轉動時，會有如下兩種情形造成馬達停止轉動；其中之一為：當有異物夾入到風扇或馬達中，而使得風扇或馬達因卡住而無法正常轉動(即所謂鎖死-locked)時，馬達線圈與半導體元件中會有過大的電流流過，從而可使得馬達損壞。為了處理上述問題，美國公開案第20080315808號即揭露一種藉由鎖定保護電路32來監視霍爾元件之磁滯輸出狀態，以便能在確定馬達鎖死後，能夠立即停止對馬達線圈通電，如第1圖所示。另一方面，會造成馬達停止轉動的另一個原因為系統(例如：可攜式電腦之中央處理單元)提供一個要求”馬達停止轉動”的控制訊號(V_cnt)，例如：將控制馬達轉動的PWM訊號變成低電位訊號(Low)，即控制輸出級24立即停止對馬達線圈通電；此方式之目的在節省能量之耗費。因此當鎖定保護電路偵測到PWM訊號為低電位訊號並保持一段時間後，由於經過系統提供之控制”馬達停止轉動”的控制訊號(V_cnt)中，可能會有外來的雜訊，使得晶片產生錯誤動作而造成馬達又再次轉動，使得系統無法達到節約能源之目的。為解決先前技術中因為雜訊造成晶片產生錯誤動作之問題，本發明提供一種配置有雜訊濾波功能之裝置，用以判斷控制訊號是否為雜訊。

依據先前技術之缺點，本發明提供一種配置有雜訊濾波裝置之馬達驅動晶片，藉由雜訊濾波裝置判斷控制訊號是否為雜訊，以降低晶片產生錯誤動作。

本發明之另一主要目的在提供一種配置有雜訊濾波裝置之馬達驅動晶片，用以達到節約能源之目的。

本發明之再一主要目的在提供一種配置有雜訊濾波裝置之馬達驅動晶片，使得馬達驅動晶片根據控制信號之指示而停止對馬達之驅動。

本發明之還有一主要目的在提供一種配置有雜訊濾波裝置之馬達驅動晶片，其可以根據控制信號之指示進行驅動馬達，使得風扇轉動以達到散熱之目的。

依據上述之各項目的，本發明提供一種馬達驅動裝置，包含一控制單元及一輸出單元，而控制單元與一控制訊號連接並將控制訊號處理後，送至輸出單元，其中馬達驅動裝置之特徵在於：控制單元包括一雜訊濾波裝置，雜訊濾波裝置依據一第二設定時間來使該控制單元進入再啟動狀態，並且再依據一第三設定時間來使控制單元將控制訊號送至該出單元，用以驅動一馬達。

本發明提供一種馬達驅動方法，其特徵在於：提供一控制訊號至一馬達驅動裝置，控制訊號為一PWM訊號；提供一振盪裝置，該振盪裝置配置於馬達驅動裝置中，用以產生一初始時間及一雜訊判斷時間；提供一雜訊濾波裝置，用以接收控制訊號並判斷PWM訊號之低電位之持續時間是否大於初始時間；初始化一控制裝置，當該PWM訊號之低電位持續時間大於初始時間後，控制裝置依據雜訊濾波裝置之輸出訊號進入一等待啟動狀態；判斷一啟動訊號狀態，係由雜訊濾波裝置判斷啟動訊號之脈波周期，當啟動訊號之脈波周期大於雜訊判斷時間後，將啟動訊號輸出至一輸出單元。

由於本發明係揭露一種配置有雜訊濾波裝置之馬達驅動晶片及其驅動方法，特別是馬達驅動晶片中配置有雜訊濾波裝置，藉由雜訊濾波裝置判斷控制訊號是否為雜訊，以降低晶片產生錯誤動作。然由於本發明中所提及之馬達輸出單元電路與先前技術所使用者相同，故對馬達輸出單元的詳細電路並未表示於圖中。此外，下述內文中之圖式，亦並未依據實際之相關尺寸完整繪製，其作用僅在表達與本創作特徵有關之示意圖。

首先請參考第2圖，係本發明之馬達驅動裝置之示意圖。如第2圖所示，馬達驅動裝置10包括一控制單元100及一輸出單元200；其中控制單元100係由一霍爾偏壓110、一磁滯裝置120、一控制裝置130、一防鎖死判斷裝置140、一計數裝置150、一振盪裝置160及一雜訊濾波裝置170所組成。當控制訊號30提供一個高電位之PWM驅動訊號時，此高電位之PWM驅動訊號會經過控制單元100中的控制裝置130，以將此PWM驅動訊號送至輸出單元200中，藉由從PWM驅動訊號輸出之驅動電壓來控制輸出單元200中線圈電流(即通入電流)，以控制馬達40開始轉動；接著，位於馬達40上的霍爾元件20會將馬達40之換相訊號送到磁滯裝置120及輸出單元200中，用以判斷馬達40是否持續的在轉動。在此要說明的是，本發明所述之馬達40可以是一種單相全波馬達，然而其也可以是一種三相馬達；當本發明所述之馬達40為三相馬達時，第2圖中僅為三相馬達中的其中一個相位之示意圖。

接著，依據第2圖及第3圖來詳細說明本發明之馬達驅動裝置之操作過程。

首先，請同時參考第2圖及第3圖。當控制訊號(V_cnt)30提供一個PWM驅動訊號時；此PWM驅動訊號即為高位準(high level)與低位準(low level)交互變換之脈波所形成，如第3圖之V_cnt所示；則此PWM驅動訊號會經過控制單元100中的控制裝置130，以將此PWM驅動訊號送至輸出單元200中，藉由從PWM驅動訊號輸出之高位準電壓來控制輸出單元200輸出電流至馬達40的中線圈(未顯示於圖中)，以控制馬達40開始轉動。接著，霍爾元件20之第1端子經由電阻21與施加有霍爾偏壓110之電源線相連接，其第2端子經由電阻22接地。霍爾元件20可藉由第1輸出端輸出霍爾信號V_H1及第2輸出端輸出霍爾信號V_H2，此兩輸出信號之位準隨著馬達40轉子之位置而改變。當馬達40旋轉時，霍爾信號V_H1及霍爾信號V_H2係相互逆相且週期隨著馬達40之轉速而形成類弦波；而當此類弦波經過磁滯裝置120後，會形成矩形波，例如，當磁滯裝置120將從霍爾元件20輸出之霍爾信號V_H1與霍爾信號V_H2行比較，當V_H1>V_H2，磁滯裝置120輸出為高位準之矩形波信號，當V_H1<V_H2，磁滯裝置120輸出為低位準之矩形波信號。[與第三圖描述衝突]

接著，將磁滯裝置120輸出之矩形波信號(如第3圖之NODE A所示)連接至計數裝置150，藉由此計數裝置150來計數矩形波信號之高位準與低位準之變換狀態。當計數裝置150在一第一設定之時間內(例如500us-500ms)有高位準與低位準之變換時，則表示馬達40處在正常運轉之狀態；此時，計數裝置150會將此狀態之訊號(例如送出一低位準之訊號)送到防鎖死判斷裝置140中，使得防鎖死判斷裝置140也送出一低位準之訊號至控制裝置130。此時，控制裝置130會將高電位之PWM驅動訊號送至輸出單元200中，藉由從PWM驅動訊號輸出之高位準驅動電壓來控制輸出電路210及輸出電路220提供電流至馬達40上的線圈，以驅動馬達40轉動。

此外，當計數裝置150在此第一設定之時間內只能數到高位準或是低位準時(即表示磁滯裝置120輸出之矩形波信號為高位準或是低位準)，則表示馬達40之相位沒有變換，如第3圖之OUT1、OUT2在”馬達鎖死”至”鎖死偵測”期間所示。很明顯地，這時馬達40是處在停止轉動之狀態。此時，計數裝置150會將此狀態之訊號(例如送出一高位準之訊號)送到防鎖死判斷裝置140中，使得防鎖死判斷裝置140也送出一高位準之訊號至控制裝置130；接著，控制裝置130會送出一低位準之訊號至輸出單元200中，使得輸出電路210及輸出電路220關閉，因此不會提供電流至馬達40上的線圈，故可以使馬達立即停止，以防止馬達40在鎖死狀態下，輸出電路210及輸出電路220仍通入過多電流，而造成馬達產生不可恢復之故障。

當經過系統之處理後，若計數裝置150又能在第一設定之時間內數到位準有變換時，則表示馬達40已經處在正常運轉之狀態，則控制裝置130會再將高電位之PWM驅動訊號送至輸出單元200中，以驅動馬達40繼續轉動。

再接著，若當系統為了達到節省能源之目的，可以選擇將控制訊號(V_cnt)30提供之PWM訊號改變成低電位(low voltage)，如第4圖之V_cnt波形圖。因此，控制裝置130也會送出一低位準之訊號至輸出單元200中，使得輸出電路210及輸出電路220關閉，因此不會提供電流至馬達40上的線圈，故馬達40立即停止轉動。

接著，馬達40會一直保持在停止轉動之狀態，直到系統選擇性地將控制訊號(V_cnt)30提供之PWM訊號改變成高電位。此時，此一高電位之PWM訊號會將電流提供至馬達40上的線圈，以使得馬達40重新轉動。當馬達40重新轉動後，計數裝置150在第一設定之時間內判斷馬達40處在正常運轉之狀態；此時，計數裝置150會將此狀態之訊號(例如送出一低位準之訊號)送到防鎖死判斷裝置140中，使得防鎖死判斷裝置140也送出一低位準之訊號至控制裝置130。接著，控制裝置130會將高電位之PWM驅動訊號送至輸出單元200中，藉由從PWM驅動訊號輸出之高位準驅動電壓來控制輸出電路210及輸出電路220提供電流至馬達40上的線圈，以控制馬達40轉動。

同樣地，若在重新啟動馬達轉動後的一段時間，計數裝置 150又在第一設定之時間內只能數到高位準或是低位準時，則表示馬達40之相位沒有變換，接著，會如同前述之處理過程，防鎖死判斷裝置140送出一高位準之訊號至控制裝置130；而控制裝置130則會送出一低位準之訊號至輸出單元200中，使得輸出電路210及輸出電路220關閉，因此不會提供電流至馬達40上的線圈，故可以使馬達立即停止，以防止馬達40在鎖死狀態下，輸出電路210及輸出電路220仍通入過多電流，而造成馬達產生不可恢復之故障。

很明顯地，在上述之過程中，控制訊號(V_cnt)30所提供之PWM驅動訊號，是控制馬達40轉動或是停止的主要訊號；當控制訊號(V_cnt)30所提供之PWM驅動訊號為高電位時(即實際上為高位準與低位準交互變換之脈波所形成，如第3圖之V_cnt)，則控制裝置130會將高電位之PWM驅動訊號送至輸出單元200中，藉由從PWM驅動訊號輸出之高位準驅動電壓來控制輸出電路210及輸出電路220提供電流至馬達40上的線圈，以控制馬達40轉動。而當控制訊號(V_cnt)30所提供之PWM驅動訊號改為低電位時(如第4圖之V_cnt)，則控制裝置130會將輸出單元200中的輸出電路210及輸出電路220關閉，因此不會提供電流至馬達40上的線圈，故馬達40保持在停止轉動之狀態。當控制訊號(V_cnt)30所提供之PWM驅動訊號再次改變為高電位時，則控制裝置130會將高電位之PWM驅動訊號送至輸出單元200中，使得電流可以流過馬達40上的線圈，以重新再啟動馬達40旋轉。

接著，請參考如第4圖所示，當控制訊號(V_cnt)30所傳送之PWM驅動訊號保持低準位超過一特定時間後，例如：一個第二設定時間(T_ini)，控制訊號(V_cnt)30所傳送之PWM 驅動訊號才會進入雜訊濾波裝置170。當控制訊號(V_cnt)30傳送之PWM驅動訊號進入雜訊濾波裝置170後，雜訊濾波裝置170會依據此第二設定時間(例如0.05秒)來判斷PWM驅動訊號為高電位或低電位；此第二設定時間也可以稱為初始時間(T_ini)。再接著，當控制訊號(V_cnt)30所提供之PWM驅動訊號持續為低電位時，很明顯地，雜訊濾波裝置170在初始時間(T_ini)內均沒有數到高電位之高位準與低位準交互變換之脈波，則雜訊濾波裝置170會判斷PWM驅動訊號為一低電位訊號；換句話說，當時間超過初始時間(T_ini)後，仍無高電位訊號時，此刻的馬達已經停止轉動。此時，系統即會將控制裝置130初始化，所謂初始化即將控制裝置130預設在等待再啟動之狀態。控制裝置130進入初始狀態後的時序圖如第4圖所示，電源(V_cc)會在高電位，同時霍爾偏壓(HB)會被充電至預設電位，此時系統會等待PWM驅動訊號變成高電位後，隨即再啟動馬達40。

當控制訊號(V_cnt)30所提供之PWM驅動訊號由低電位改變成高電位時，此高電位訊號會同時傳送至雜訊濾波裝置170。此時，雜訊濾波裝置170會進入另一計數時間(或稱第三設定時間)，此第三設定時間可以選擇設定為小於PWM驅動訊號之每一高位準或低位準之脈波寬度(例如：20us)，並且雜訊濾波裝置170會依據此第三設定時間來判斷進入之高電位訊號為雜訊或是為PWM驅動訊號。當高電位訊號進入雜訊濾波裝置170之脈波寬度小於第三設定時間時，則雜訊濾波裝置170會判斷其為一雜訊並且濾除；當高電位訊號進入雜訊濾波裝置170之脈波寬度大於第三設定時間時，則雜訊濾波裝置170會判斷其為PWM驅動訊號，因此隨即會輸出一訊號(例如送出一低位準之訊號)到控制裝置130。此時，控制裝置130會依前述之操作方式將高電位之PWM驅動訊號送至輸出單元200中，藉由從PWM驅動訊號輸出之驅動電壓來控輸出電路210及輸出電路220提供電流至馬達40上的線圈，以控制馬達40再啟動。在此要強調，當系統進入再啟動之狀態時，很明顯地，雜訊濾波裝置170會先判斷進入之高電位訊號是否為雜訊，並且會在判斷PWM驅動訊號為高電位後，才會送出訊號至控制裝置130；因此，在系統進入初始化並進入等待再啟動之狀態後，當高電位訊號進入雜訊濾波裝置170後，控制裝置130會延遲一個第三設定時間時後，才會再重新啟動馬達40，如第4圖之OUT1/OUT2所示。此一先由雜訊濾波裝置170判斷高電位是否為雜訊之功能，可以有效避免控制訊號(V_cnt)30受到異常雜訊干擾而誤啟動馬達40。而此雜訊干擾可能是由外部因素或是控制訊號使用導線過長等等因素造成。

在如第4圖所示，當控制訊號(V_cnt)30所提供之PWM驅動訊號又由高電位改變成低電位，並且當此低電位時間超過第二設定時間之初始時間(T_ini)後，系統即會再將控制裝置130初始化，以等待再啟動。

此外，要再次說明，第2圖中的計數裝置150與雜訊濾波裝置170均會與一振盪裝置160連接；很明顯地，此振盪裝置160是用來作為計數裝置150與雜訊濾波裝置170計時之基準。因此振盪裝置160可以提供上述之第一設定時間、第二設定時間及第三設定時間。

此外，在本發明之馬達驅動裝置10中可以進一步地包括一熱截斷(Thermal Shut Down；TSD)電路180；或是一過電流(over-current)電路180，以使得馬達驅動晶片10有更好的保護功能。由於熱截斷(TSD)電路及過電流(over-current)電路均為習知之技術，故不再加以敘述。

再者，本發明之馬達驅動裝置10是可以積體化於一個晶片。然而，本發明之馬達驅動裝置10也可由控制單元100所形成之晶片及輸出單元200所形成之晶片所組成。

綜合上述之說明，本發明接著提供一種馬達驅動方法，首先，由系統提供一控制訊號(V_cnt)30至一馬達驅動裝置10，此控制訊號30可以為一PWM訊號；然後，提供一振盪裝置160，振盪裝置160配置於馬達驅動裝置10中，並與一雜訊濾波裝置170連接，用以產生一第二設定時間(或稱初始時間-T_ini)及一第三設定時間(或稱雜訊判斷時間)；然後，提供一雜訊濾波裝置170，此雜訊濾波裝置170配置於馬達驅動裝置10中，用以接收控制訊號(V_cnt)30並判斷控制訊號(V_cnt)30之PWM訊號之低電位的持續時間是否大於初始時間；當雜訊濾波裝置170判斷PWM訊號之低電位持續時間大於初始時間後，則控制裝置130會被初始化，使得控制裝置130依據雜訊濾波裝置170之輸出訊號進入一等待啟動狀態；再接著，在控制裝置130進入啟動狀態後，當控制訊號(V_cnt)30之PWM訊號由低電位轉變為高電位時，雜訊濾波裝置170會對高電位之脈波周期進行判斷，當啟動訊號之脈波周期大於雜訊判斷時間後，將啟動訊號輸出至一輸出單元200，以便驅動馬達40旋轉；若當啟動訊號之脈波周期小於雜訊判斷時間，則將此高電位訊號視為雜訊並濾除。

如前所述，本發明已詳細描述了馬達驅動晶片10之較佳實施例，其主要目的為闡明本發明之實施例，以使得熟悉此技術領域者得以實施，其無意限定本發明之精確應用形式。故熟悉此技術領域者由上述之教導、建議或由本發明的實施例學習而作某種程度修改是可能的。因此，本發明的技術思想將由以下的申請專利範圍及其均等來決定之。

10‧‧‧馬達驅動裝置

100‧‧‧控制單元

110‧‧‧霍爾偏壓

120‧‧‧磁滯裝置

130‧‧‧控制裝置

140‧‧‧防鎖死判斷裝置

150‧‧‧計數裝置

160‧‧‧振盪裝置

170‧‧‧雜訊濾波裝置

180‧‧‧TSD/過電流電路

200‧‧‧輸出單元

210/220‧‧‧輸出電路

20‧‧‧霍爾元件

21/22‧‧‧電阻

30‧‧‧控制訊號(V_cnt)

40‧‧‧馬達

第1圖係一先前技術之電路方塊示意圖；第2圖係本發明之一較佳實施例之電路方塊示意圖；第3圖係本發明之第2圖各節點之波形示意圖；第4圖係本發明之再啟動的波形示意圖。