TWI410040B - 改變輸出電壓以調整一馬達之轉速的馬達驅動電路 - Google Patents

改變輸出電壓以調整一馬達之轉速的馬達驅動電路 Download PDF

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Description

改變輸出電壓以調整一馬達之轉速的馬達驅動電路
本發明係指一種馬達驅動電路，尤指一種用以驅動一馬達且可減少功率消耗的馬達驅動電路。
近年來電腦運算技術的發展，帶動了3C產品朝更人性化、更多功能的方向發展；而資料運算能力提高的同時，運算晶片所發出的熱能也越來越高，因此散熱上的需求也越顯重要。目前所使用的眾多散熱方式中仍以散熱風扇為主，但使用風扇來散熱容易產生噪音的問題，因此仍有改善的空間。
請參考第1圖，第1圖為習知技術用以驅動一風扇馬達12的一驅動電路10之示意圖。如第1圖所示，驅動電路10係耦接於一輸入電壓源VIN與風扇馬達12之間，主要包含有一控制單元100、一電阻102及一功率開關元件104。電阻102及功率開關元件104兩者係並聯，且跨壓為VIN1。控制單元100係耦接於功率開關元件104之基極，用來選擇驅動電路10的導通路徑是由電阻102導通或由功率開關元件104導通，以改變跨壓VIN1，從而改變風扇馬達12間的跨壓VIN2，以改變風扇馬達12的轉速。換句話說，當控制單元100導通功率開關元件104時，跨壓VIN1相對較低，因此風扇馬達12的跨壓VIN2變高，使得風扇馬達12的轉速增快，以增加散熱；當控制單元100關閉功率開關元件104時， 此時電路的導通路徑係經由電阻102，跨壓VIN1相對較高，因此風扇馬達12的跨壓VIN2變低，使得風扇馬達12的轉速減慢，如此降低了風扇產生的噪音。
習知驅動電路10雖可順利解決散熱風扇的噪音問題，但仍存在許多缺點，例如，由於驅動電路10係使用電阻102來降低跨壓VIN2，其缺點是降壓大小會隨著負載電流變化。在低壓時負載電流較小調降的電位較少，使得在低壓時調整轉速的能力受到負載電流的限制；在高壓時負載電流較大，調降的電位較大，調整轉速下降速度不線性。另外，不管電流是經過電阻102或功率開關元件104，都會產生很大的功率消耗，不但降低了電源的使用效率，而且使得驅動電路10不容易積體電路化。
因此，本發明之主要目的即在於提供一種改變輸出電壓以調整一馬達之轉速的馬達驅動電路，以改善前述先前技術之缺點。
本發明揭露一種改變輸出電壓以調整一馬達之轉速的馬達驅動電路，該馬達之一端耦接於一可變電壓源，該馬達驅動電路包含有一馬達驅動單元、一電路控制單元及一判斷單元。馬達驅動單元包含有一第一端耦接於該馬達之另一端、一第二端耦接於一接地端，及一第三端，用來驅動該馬達。電路控制單元係耦接於該馬達驅動單元之該第一端與該第三端之間，用以控制該馬達驅 動單元之該第一端與該第三端之間的電壓。判斷單元係耦接於該可變電壓源與該電路控制單元之間，用以根據該可變電壓源之電壓大小，控制該電路控制單元以改變該馬達驅動單元之該第一端與該第三端之間的電壓。
請參考第2圖，第2圖為本發明實施例改變輸出電壓以調整一馬達28之轉速的馬達驅動電路2之示意圖。馬達28可適用於一散熱風扇或其它裝置，其一端耦接於一可變電壓源VIN，另一端受控於馬達驅動電路2。馬達驅動電路2包含有一馬達驅動單元20、一電路控制單元22及一判斷單元24。
馬達驅動單元20為一N型雙截子接面電晶體(BJT)，且其集極200耦接於馬達28，射極202耦接於一接地端GND，及基極204耦接於電路控制單元22。
電路控制單元22耦接於馬達驅動單元20之集極200與基極204之間，用以控制馬達驅動單元20之集極200與基極204之間的電壓，其包含有一降壓元件220、一第一開關元件222及一第二開關元件224。降壓元件220為一N型雙截子接面電晶體(BJT)，其集極2200耦接於第一開關元件222及第二開關元件224之間；基極2204耦接於足以使降壓元件220導通之一電壓，使得降壓元件220保持導通的狀態以提供一導通壓降VCE2 ；而射極2202則耦 接於馬達驅動單元20之基極204，用來導通馬達驅動單元20，使得馬達驅動單元20提供一導通壓降VCE1 。第一開關元件222係耦接於馬達驅動單元20之集極200與降壓元件220之集極2200之間，第二開關元件224則耦接於降壓元件220之集極2200，第一開關元件222及第二開關元件224皆受控於判斷單元24。
判斷單元24係耦接於可變電壓源VIN與電路控制單元22之間，用以根據可變電壓源VIN之電壓大小，控制電路控制單元22以改變馬達驅動單元20之集極200與基極204之間的電壓。詳細來說，當可變電壓源VIN之電壓大於一預設值時，判斷單元24會開啟(turn on)第二開關元件224，並關閉(turn off)第一開關元件222，此時，馬達驅動單元20之集極200與射極202之間的電壓為VCE1 ，而橫跨馬達28兩端的輸出電壓VOUT 則為(VIN－VCE1 )。反之，當可變電壓源VIN之電壓小於該預設值時，判斷單元24會開啟第一開關元件222，並關閉第二開關元件224，使得馬達驅動單元20之集極200與基極204之間的電壓為(VSW1 ＋VCE2 )，再加上馬達驅動單元20之基極204與射極202之間的導通壓降VBE1 ，因此，集極200與射極202之間的電壓為(VSW1 ＋VCE2 ＋VBE1 )，在此情形下，橫跨馬達28兩端的輸出電壓VOUT 變成了(VIN－(VSW1 ＋VCE2 ＋VBE1 ))。由上可知，當可變電壓源VIN之電壓大於一預設值時，橫跨馬達28兩端的輸出電壓VOUT 較大，為(VIN－VCE1 )，因此此時馬達28的轉速較快；而當可變電壓源VIN之電壓小於該預設值時，橫跨馬達28兩端的輸出電壓VOUT 較小， 為(VIN－(VSW1 ＋VCE2 ＋VBE1 ))，因此此時馬達28的轉速較慢，可以減低馬達28所產生的噪音。所以，判斷單元24可根據可變電壓源VIN之電壓大小，切換第一開關元件222及第二開關元件224，以調整馬達驅動單元20之集極200與基極204之間的電壓，來改變馬達28的轉速快慢，適時地減低馬達28所產生的噪音。
相較於習知技術，本發明係藉由切換第一開關元件222及第二開關元件224以改變電路之路徑，從而改變馬達驅動單元20之集極200與基極204間的電壓，其所改變的電位差不易受到負載電流的影響，較為理想線性。請參考第3圖，第3圖為本發明實施例馬達驅動單元20之集極200與基極204之間的電壓相對於可變電壓源VIN之變化曲線之示意圖。由第3圖可看出，當可變電壓源VIN大於預設值時，馬達驅動單元20之集極200與射極202之間的電壓下降，之後隨著可變電壓源VIN的變大而線性變大；而當可變電壓源VIN小於預設值時，馬達驅動單元20之集極200與射極202之間的電壓上升，之後隨著可變電壓源VIN的變小而線性變小，因此，本發明馬達驅動單元20之集極200與射極202間的電壓變化為理想線性。請參考第4圖，第4圖為馬達28之轉速相對於可變電壓源VIN之變化曲線之示意圖。與第3圖相對應，當可變電壓源VIN大於預設值時，馬達28之轉速上升，之後隨著可變電壓源VIN的變大而線性變大；而當可變電壓源VIN小於預設值時，馬達28之轉速下降，之後隨著可變電壓源VIN的變小而線性變小，因此，對應著第3圖之電壓變化，馬達28之轉速之變 化也相當線性。
另外，相較於習知技術，本發明未使用電阻即可改變輸出電壓VOUT ，因此可以避免使用電阻會產生的較大的功率消耗，再加上流經降壓元件220之電流為小電流，更可減少功率消耗，提升電源的使用效率。再者，本發明不需使用功率元件，僅需使用小尺寸的開關元件，如此可節省元件面積，更適合積體電路化。
需要注意的是，在第2圖中，馬達驅動單元20為N型雙截子接面電晶體(BJT)，但亦可為N型金氧半導體場效電晶體(MOSFET)等元件；相同地，降壓元件220也可用N型金氧半導體場效電晶體或稽納二極體(Zener diode)等來取代之。另外，第一開關元件222及第二開關元件224則可用雙截子接面電晶體、金氧半導體場效電晶體或繼電器(relay)來實現。
綜上所述，本發明馬達驅動電路所改變的電位差不易受到負載電流的影響，較為理想線性，並且避免使用電阻會產生的較大的功率消耗，再加上流經降壓元件之電流為小電流，更可減少功率消耗，提升電源的使用效率；再者，本發明不需使用功率元件，僅需使用小尺寸的開關元件，如此可節省元件面積，更適合積體電路化，故確實能達成本發明之目的。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範 圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
2‧‧‧馬達驅動電路
20‧‧‧馬達驅動單元
200‧‧‧集極
202‧‧‧射極
204‧‧‧基極
22‧‧‧電路控制單元
220‧‧‧降壓元件
2200‧‧‧集極
2202‧‧‧射極
2204‧‧‧基極
222‧‧‧第一開關元件
224‧‧‧第二開關元件
24‧‧‧判斷單元
28‧‧‧馬達
GND‧‧‧接地端
VIN‧‧‧可變電壓源
VCE1 ‧‧‧導通壓降
VCE2 ‧‧‧導通壓降
VBE1 ‧‧‧導通壓降
VOUT ‧‧‧輸出電壓
第1圖為習知技術用以驅動一風扇馬達的驅動電路之示意圖。
第2圖為本發明實施例改變輸出電壓以調整一馬達之轉速的馬達驅動電路之示意圖。
第3圖為本發明實施例馬達驅動單元之第一端與第三端之間的電壓相對於可變電壓源之變化曲線之示意圖。
第4圖為馬達之轉速相對於可變電壓源之變化曲線之示意圖。
2‧‧‧馬達驅動電路
20‧‧‧馬達驅動單元
200‧‧‧集極
202‧‧‧射極
204‧‧‧基極
22‧‧‧電路控制單元
220‧‧‧降壓元件
2200‧‧‧集極
2202‧‧‧射極
2204‧‧‧基極
222‧‧‧第一開關元件
224‧‧‧第二開關元件
24‧‧‧判斷單元
28‧‧‧馬達
GND‧‧‧接地端
VIN‧‧‧可變電壓源
VCE1 ‧‧‧導通壓降
VCE2 ‧‧‧導通壓降
VBE1 ‧‧‧導通壓降
VOUT ‧‧‧輸出電壓

Claims (9)

  1. 一種改變輸出電壓以調整一馬達之轉速的馬達驅動電路，該馬達之一端耦接於一可變電壓源，該馬達驅動電路包含有：一馬達驅動單元，包含有一第一端耦接於該馬達之另一端、一第二端耦接於一接地端，及一第三端，用來驅動該馬達；一電路控制單元，耦接於該馬達驅動單元之該第一端與該第三端之間，用以控制該馬達驅動單元之該第一端與該第三端之間的電壓；以及一判斷單元，耦接於該可變電壓源與該電路控制單元之間，用以根據該可變電壓源之電壓大小，控制該電路控制單元以改變該馬達驅動單元之該第一端與該第三端之間的電壓；其中該電路控制單元包含有：一第一開關元件，耦接於該馬達驅動單元之該第一端與一降壓元件之一第一端之間；以及一第二開關元件，耦接於該降壓元件之該第一端。
  2. 如請求項1所述之馬達驅動電路，其中該電路控制單元包含有：該降壓元件，包含有該第一端及一第二端，該第二端耦接於該馬達驅動單元之該第三端，用來導通該馬達驅動單元並提供一導通壓降；其中，該判斷單元係根據該可變電壓源之電壓大小，切換該第 一開關元件及該第二開關元件，以控制該電路控制單元來改變該馬達驅動單元之第一端與第三端之間的電壓。
  3. 如請求項2所述之馬達驅動電路，其中該判斷單元係於該可變電壓源之電壓大於一預設值時，開啟該第二開關元件，並關閉該第一開關元件。
  4. 如請求項2所述之馬達驅動電路，其中該判斷單元係於該可變電壓源之電壓小於一預設值時，關閉該第二開關元件，並開啟該第一開關元件。
  5. 如請求項2所述之馬達驅動電路，其中該馬達驅動單元為一N型雙截子接面電晶體(BJT)，且該馬達驅動單元之該第一端係集極，該第二端係射極，及該第三端係基極。
  6. 如請求項2所述之馬達驅動電路，其中該馬達驅動單元為一N型金氧半導體場效電晶體(MOSFET)，且該馬達驅動單元之第一端為汲極，該第二端係源極，及該第三端係閘極。
  7. 如請求項2所述之馬達驅動電路，其中該降壓元件為一N型雙截子接面電晶體(BJT)、一N型金氧半導體場效電晶體(MOSFET)及一稽納二極體(Zener diode)的其中之一。
  8. 如請求項2所述之馬達驅動電路，其中該第一開關元件為一 雙截子接面電晶體(BJT)、一金氧半導體場效電晶體(MOSFET)及一繼電器(relay)的其中之一。
  9. 如請求項2所述之馬達驅動電路，其中該第二開關元件為一雙截子接面電晶體(BJT)、一金氧半導體場效電晶體(MOSFET)及一繼電器(relay)的其中之一。
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