TWI623167B - 風扇驅動電路 - Google Patents

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Abstract

本發明提供了一種風扇驅動電路，風扇驅動電路包括一處理模組以及一轉速訊號提供模組。轉速訊號提供模組包括一第一二極體、一第一阻抗元件、一第一開關元件、一第二開關元件以及一第三開關元件。第一開關元件的第二端接收風扇相位訊號；第二開關元件的第一端電性連接第一阻抗元件的第一端，第二開關元件的第二端電性連接第一阻抗元件的第二端以及第一二極體的第二端，第二開關元件的第三端電性連接第一開關元件的第一端；第三開關元件的第一端電性連接一直流電壓源，第三開關元件的第三端電性連接第一二極體的第一端。

Description

風扇驅動電路
本發明涉及一種風扇驅動電路，特別是一種用於電壓反接時也不損壞電路的風扇驅動電路。
現今風扇驅動電路均會設置一轉速提供腳位(FG pin)，其設置的主要目的在於風扇被啟動後，系統端的控制模組可以通過轉速訊號提供腳位所提供的轉速訊號得知風扇馬達的轉速。然而，當使用者不小心將轉速訊號提供腳位接至一接地電位，而接地電位電性連接至一直流電壓時，由於轉速提供腳位(FG pin)內是以一金屬氧化物半導體場效電晶體作為電路設計，反接在轉速提供腳位的直流電壓，則會通過轉速提供腳位內部場效電晶體所具有的體二極體(Body Diode)，產生一個大電流值的直流電流，而使得轉速提供腳位(FG pin)的金屬氧化物半導體場效電晶體燒毀。
因此，如何提供一種出現反接狀態也不易燒毀的風扇驅動電路，已經成為業界的一個重要課題。
本發明實施例提供了一種風扇驅動電路，用於驅動一風扇，其中，風扇驅動電路具有一脈寬調變訊號腳位、至少一驅動腳位以及一轉速訊號提供腳位，風扇驅動電路包括：一處理模組以及一轉速訊號提供模組。處理模組，用於提供一風扇相位訊號。轉速訊號提供模組電性連接處理模組。轉速提供模組包括一第一二極體，具有一第一端以及一第二端；一第一阻抗元件，具有一第一端以及一第二端；一第一開關元件，具有一第一端、一第二端 以及一第三端，其中，第一開關元件的第三端電性連接一接地電位，第一開關元件的第二端接收風扇相位訊號；一第二開關元件，具有一第一端、一第二端以及一第三端，其中，第二開關元件的第一端電性連接風扇驅動電路的轉速訊號提供腳位以及第一阻抗元件的第一端，第二開關元件的第二端電性連接第一阻抗元件的第二端以及第一二極體的第二端，第二開關元件的第三端電性連接第一開關元件的第一端；以及一第三開關元件，具有一第一端、一第二端以及一第三端，其中，第三開關元件的第一端電性連接一直流電壓源，第三開關元件的第二端電性連接一偏壓電壓，第三開關元件的第三端電性連接第一二極體的第一端。
其中，還包括一控制訊號處理模組，電性連接風扇驅動電路的脈寬調變訊號腳位，以接收一脈寬調變控制訊號。
其中，還包括一驅動模組，電性連接處理模組以及風扇驅動電路的驅動腳位，處理模組根據脈寬調變控制訊號，控制驅動模組提供一風扇驅動訊號以驅動風扇。
其中，還包括一霍爾偵測模組，用於偵測風扇的相位變化，提供處理模組一霍爾偵測訊號。
其中，第三開關元件分別是一P型金屬氧化物半導體場效電晶體。
其中，第一開關元件以及第二開關元件是一N型金屬氧化物半導體場效電晶體。
本發明實施例提供了一種風扇驅動電路，用於驅動一風扇，其中，風扇驅動電路具有一脈寬調變訊號腳位、至少一驅動腳位以及一轉速訊號提供腳位，風扇驅動電路包括一處理模組以及一轉速訊號提供模組。處理模組用於提供一風扇相位訊號。轉速訊號提供模組電性連接處理模組。轉速提供模組包括一第一二極體，具有一第一端以及一第二端；一第一阻抗元件，具有一第一端以及一第二端；一第一開關元件，具有一第一端、一第二端以 及一第三端，其中，第一開關元件的第三端電性連接一接地電位，第一開關元件的第二端接收風扇相位訊號；一第二開關元件，具有一第一端、一第二端以及一第三端，其中，第二開關元件的第一端電性連接風扇驅動電路的轉速訊號提供腳位以及第一阻抗元件的第一端，第二開關元件的第二端電性連接第一阻抗元件的第二端以及第一二極體的第二端，第二開關元件的第三端電性連接第一開關元件的第一端；以及一電流源，電性連接第一二極體的第一端。其中，風扇驅動電路的一接地腳位電性連接至一高準位電壓以及風扇驅動電路的轉速訊號提供腳位電性連接至一接地電位時，電流源不作動。
其中，電流源包括一第三開關元件，其具有一第一端、一第二端以及一第三端，其中，第三開關元件的第一端電性連接一直流電壓源，第三開關元件的第二端電性連接一偏壓電壓，第三開關元件的第三端電性連接第一二極體的第一端。
其中，還包括一控制訊號處理模組，電性連接風扇驅動電路的脈寬調變訊號腳位，以接收一脈寬調變控制訊號。
其中，還包括一驅動模組，電性連接處理模組以及風扇驅動電路的驅動腳位，處理模組根據脈寬調變控制訊號，控制驅動模組提供一風扇驅動訊號以驅動風扇。
其中，當風扇驅動電路的一接地腳位電性連接至一高準位電壓以及風扇驅動電路的轉速訊號提供腳位電性連接至一接地電位時，第二開關元件不作動。
其中，第一開關元件是一N型金屬氧化物半導體場效電晶體。
其中，第二開關元件是一N型金屬氧化物半導體場效電晶體。
其中，第三開關元件是一P型金屬氧化物半導體場效電晶體。
綜上所述，本發明之風扇驅動電路，其轉速訊號提供模組由於加入一第二開關元件、一第三開關元件(或一電流源)、一第一阻抗元件以及一第一二極體，而使得正常運作狀態下，可以正常 輸出轉速訊號，而在反接狀態下，轉速訊號提供模組的第一開關元件也不會因此而燒毀，除可有效降低量產時產線誤接接線而造成損毀的情況，更有效降低成本以及提升使用安全。
1‧‧‧風扇驅動電路
2‧‧‧風扇
10‧‧‧處理模組
11‧‧‧控制訊號處理模組
12‧‧‧驅動模組
14‧‧‧轉速訊號提供模組
BD1、BD2、BD3‧‧‧體二極體
M1‧‧‧第一開關元件
M2‧‧‧第二開關元件
M3‧‧‧第三開關元件
PWM‧‧‧脈寬調變訊號腳位
FG‧‧‧轉速訊號提供腳位
GND‧‧‧接地腳位
VIN‧‧‧輸入電壓腳位
R1‧‧‧第一阻抗元件
D1‧‧‧第一二極體
VDD‧‧‧直流電壓源
VB‧‧‧偏壓電壓
圖1為本發明實施例之風扇驅動電路之示意圖。
圖2為本發明實施例之風扇驅動電路腳位之示意圖。
圖3為本發明實施例之轉速訊號提供模組之示意圖。
圖4為本發明實施例反接時之轉速訊號提供模組之示意圖。
在下文將參看隨附圖式更充分地描述各種例示性實施例，在隨附圖式中展示一些例示性實施例。然而，本發明概念可能以許多不同形式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例示性實施例。確切而言，提供此等例示性實施例使得本發明將為詳盡且完整，且將向熟習此項技術者充分傳達本發明概念的範疇。在諸圖式中，可為了清楚而誇示層及區之大小及相對大小。類似數字始終指示類似元件。
應理解，雖然本文中可能使用術語第一、第二、第三等來描述各種元件，但此等元件不應受此等術語限制。此等術語乃用以區分一元件與另一元件。因此，下文論述之第一元件可稱為第二元件而不偏離本發明概念之教示。如本文中所使用，術語「及/或」包括相關聯之列出項目中之任一者及一或多者之所有組合。
以下將以至少一種實施例配合圖式來說明所述風扇驅動電路，然而，下述實施例並非用以限制本揭露內容。
〔本發明風扇驅動電路的實施例〕
在本實施例中，為方便敘述，具有三個腳位以上的電子元件，其各端點係以各端標號進行敘述，若是具有兩個腳位的電子元 件，其設置方向若為水平方向，則其右側為第一端，其左側為第二端，若是具有兩個腳位的電子元件，其設置方向若是垂直方向，則其上方為第一端，其下方為第二端。
請參照圖1以及圖2，圖1為本發明第一實施例之風扇驅動電路之示意圖。圖2為本發明實施例之風扇驅動電路腳位之示意圖。
風扇驅動電路1包括一處理模組10、一控制訊號處理模組11、一驅動模組12以及一轉速訊號提供模組14。
在本實施例中，控制訊號處理模組11、驅動模組12、霍爾偵測模組13以及轉速訊號提供模組14都是電性連接處理模組10。
在本實施例中，控制訊號處理模組11電性連接一脈寬調變訊號腳位PWM。驅動模組12則是電性連接至少一驅動腳位(圖未示)。轉速訊號提供模組14電性連接一轉速訊號提供腳位FG。在本實施例中，風扇驅動電路1還包括一輸入電壓腳位VIN以及一接地腳位GND，分別接至一直流電壓(圖未示)以及一接地電位(圖未示)，以使風扇驅動電路1正常作動。
控制訊號處理模組11通過脈寬調變訊號腳位PWM接收一控制電路(圖未示)傳送的一風扇控制訊號以進行分析處理，並且將風扇控制訊號轉換為一處理訊號。控制訊號處理模組11會將處理訊號傳送至處理模組10。處理模組10根據控制訊號處理模組11所傳送的處理訊號，提供複數個控制訊號至驅動模組12。
驅動模組12是根據處理模組10傳送的多個控制訊號，提供多個風扇驅動訊號至風扇2以驅動風扇2。在本實施例中，驅動模組12可以是一H橋驅動電路(H-Bridge)或是橋式驅動電路或是一三相橋式驅動電路。其中，H-Bridge驅動電路包括四個金屬氧化半導體場效電晶體(MOSFET)或是雙載子接面電晶體(BJT)。在本實施例中，驅動模組12是一個單相馬達的驅動電路，在其他實施例中，驅動模組12可以是雙相馬達或是三相馬達的驅動電路，在本發明中不作限制。此外，在本實施例中，驅動模組12電 性連接風扇驅動電路1的驅動腳位(圖未示)以傳送風扇驅動訊號，在其他實施例中，驅動模組12可以電性連接多個腳位，以傳送多組驅動訊號至風扇2，在本發明中不作限制。
轉速訊號提供模組14是根據一外部的霍爾偵測模組(圖未示)所偵測的風扇相位變化以產生對應於風扇相位變化的一個轉速訊號。在本實施例中，轉速訊號提供模組14電性連接風扇驅動電路1的轉速訊號提供腳位FG，並通過風扇驅動電路1的轉速訊號提供腳位FG傳送對應於風扇相位變化的轉速訊號至控制電路(圖未示)。在其他實施例中，霍爾偵測模組還可內建在風扇驅動電路1中，在本發明中不作限制。
請參照圖3，圖3為本發明第一實施例之轉速訊號提供模組之示意圖。
轉速訊號提供模組14包括一第一開關元件M1、一第二開關元件M2、一第三開關元件M3、一第一阻抗元件R1以及一第一二極體D1。第一開關元件M1、第二開關元件M2以及第三開關元件M3分別具有一第一體二極體BD1、第二體二極體BD2以及第三體二極體BD3。
在本實施例中，第一開關元件M1、第二開關元件M2以及第三開關元件M3分別具有一第一端、一第二端以及一第三端。其中，第一開關元件M1的第一端電性連接第二開關元件M2的第三端，第一開關元件M1的第二端接收處理模組10傳送的一風扇相位訊號，第一開關元件M1根據風扇相位訊號進行導通或關閉的作動，以從第一開關元件M1的第一端傳送一轉速訊號。
第二開關元件M2的第一端電性連接風扇驅動電路1的轉速訊號提供腳位FG以及第一阻抗元件R1的第一端。第二開關元件M2的第二端電性連接第一阻抗元件R1的第二端以及第一二極體D1的第二端(陰極端)。第三開關元件M3的第一端電性連接一直流電壓源VDD。第三開關元件M3的第二端電性連接一偏壓電壓 VB。第三開關元件M3的第三端電性連接第一二極體D1的第一端(陽極端)。在本實施例中，風扇驅動電路1正常作動時，偏壓電壓VB就會持續提供一穩定電壓給第三開關元件M3的第二端，以使第三開關元件M3導通，以提供一足以第二開關元件M2導通的電壓至第二開關元件M2的第二端，使第二開關元件M2導通。此時，第一開關元件M1根據風扇相位訊號進行導通或關閉的作動，會產生一轉速訊號，而此一轉速訊號就可以通過第二開關元件M2的第一端以及風扇動電路1的轉速訊號提供腳位FG傳送。在本實施例中，第一阻抗元件是一電阻。在其他實施例中，可根據其他需求進行調整，本發明中不作限制。在本實施例中，第一二極體D1之類別在本發明中不作限制。
在一些特殊應用情況中，轉速訊號提供腳位FG會電性連接一外部拉高電壓(例如12V直流電壓)，此時為了避免在風扇驅動電路1的轉速訊號提供腳位FG的外部電壓高於直流電壓源VDD的狀況下，風扇驅動電路1的內部具有任何電流路徑在轉速訊號提供腳位FG以及直流電壓VDD之間，而使風扇驅動電路1以及外部電路燒毀。因此，第一二極體D1是設置在第三開關元件M3的第三端以及第二開關元件M2的第二端之間，以阻斷從轉速訊號提供腳位FG至直流電壓VDD之間任何可能的電流路徑。此外，還可避免轉速訊號提供腳位FG的外部拉高電壓因為風扇驅動電路1的內部電流路徑而產生的壓降。
在本實施例中，第三開關元件M3分別是一P型金屬氧化物半導體場效電晶體(P-MOSFET)，第一開關元件M1以及第二開關元件M2則是一N型金屬氧化物半導體場效電晶體(N-MOSFET)。
在本實施例中，可以設置一靜電放電防護元件(ESD component)在第三開關元件M3的第三端以及接地電位之間。也就是設置在第三開關元件M3的第三端與第一二極體D1，以及接 地電位之間。另外，還可以設置一靜電放電防護元件(ESD component)在直流電壓源VDD與接地電位之間。再者，還可在風扇驅動電路的轉速訊號提供腳位FG與接地電位之間設置一靜電放電防護元件(ESD component)。更進一步地說，還可在第二開關元件M2的第三端與接地電位之間設置一靜電放電防護元件(ESD component)，也就是在第二開關元件M2的第三端與第一開關元件M1的接點，以及接地電位之間設置一靜電放電防護元件(ESD component)。上述靜電放電防護元件的設置可根據實際需求進行調整，在本發明中不作限制。
請參照圖4，圖4為本發明實施例反接時之轉速訊號提供模組之示意圖。
在本實施例中，風扇驅動電路1反接的狀態是指轉速訊號提供腳位FG接至一接地電位(0V)，而風扇驅動電路1的接地腳位(圖未示)接至一直流電壓源VDD，在本實施例中，直流電壓源VDD的電壓值為5V。圖3所示的電壓值則是在反接狀態下各點的電壓值。
其中，第三開關元件M3的第二端為4.7V，第三開關元件M3的第三端為0~0.7V，其差值為4.7V~4V，在本實施例中，第三開關元件M3為一P型金屬氧化物半導體場效電晶體(P-MOSFET)。其第一端以及第二端的差值需要小於一臨界電壓，此一臨界電壓一般為0.5V~1V，第三開關元件M3才會導通，因此，在反接的狀況下，第三開關元件M3的第一端以及第二端的差值遠大於臨界電壓，因此在反接的狀況下，第三開關元件M3是不作動的，也就是第三開關元件M3是關閉的狀態。而第二開關元件M2的第一端是電性連接至風扇驅動電路1的轉速訊號提供腳位FG，在反接狀態下是接至0V。而第二開關元件M2的第二端則是通過第一阻抗元件R1串接至第二開關元件M2的第一端，因此其電壓也是0V。在此情況下，第二開關元件M2也是不作動的，也就是第二開關元 件M2是關閉的。也就是，當風扇驅動電路1反接時，第一二極體D1可以將直流電壓VDD以及第二開關元件M2的驅動訊號進行隔離，以避免第二開關元件M2作動。
此時，不管第一開關元件M1是作動或是不作動的狀態，由於第一開關元件M1的第一端電性連接的第二開關元件M2為關閉的狀態(也就是阻抗極大)，而且第二開關元件M2的第二體二極體BD2不會使直流電壓VDD通過，因此直流電壓VDD不會通過第一開關元件M1的第一體二極體BD1以及第二開關元件M2的第二體二極體BD2，與反接狀態下轉速訊號提供腳位FG的接地電位產生一個通路，而產生一個大電流，所以，第一開關元件M1也就不會因此而燒毀。
綜上所述，本發明之風扇驅動電路，其轉速訊號提供模組由於加入一第二開關元件、一第三開關元件(或一電流源)、一第一阻抗元件以及一第一二極體，而使得正常運作狀態下，可以正常輸出轉速訊號，而在反接狀態下，轉速訊號提供模組的第一開關元件也不會因此而燒毀，除可有效降低量產時產線誤接接線而造成損毀的情況，更有效降低成本以及提升使用安全。
以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。

Claims (16)

  1. 一種風扇驅動電路，用於驅動一風扇，其中，該風扇驅動電路具有至少一驅動腳位以及一轉速訊號提供腳位，該風扇驅動電路包括：一處理模組，提供一風扇相位訊號；一轉速訊號提供模組，電性連接該處理模組，該轉速提供模組包括：一第一二極體，具有一第一端以及一第二端；一第一阻抗元件，具有一第一端以及一第二端；一第一開關元件，具有一第一端、一第二端以及一第三端，其中，該第一開關元件的該第三端電性連接一接地電位，該第一開關元件的該第二端接收該風扇相位訊號；一第二開關元件，具有一第一端、一第二端以及一第三端，其中，該第二開關元件的該第一端電性連接該風扇驅動電路的該轉速訊號提供腳位以及該第一阻抗元件的該第一端，該第二開關元件的該第二端電性連接該第一阻抗元件的該第二端以及該第一二極體的該第二端，該第二開關元件的該第三端電性連接該第一開關元件的該第一端；以及一第三開關元件，具有一第一端、一第二端以及一第三端，其中，該第三開關元件的該第一端電性連接一直流電壓源，該第三開關元件的該第二端電性連接一偏壓電壓，該第三開關元件的該第三端電性連接該第一二極體的該第一端。
  2. 如申請專利範圍第1項之風扇驅動電路，還包括：一控制訊號處理模組，電性連接該風扇驅動電路的一脈寬調變訊號腳位，以接收一脈寬調變控制訊號。
  3. 如申請專利範圍第2項之風扇驅動電路，還包括：一驅動模組，電性連接該處理模組以及該風扇驅動電路的該驅動腳位，該處理模組根據該脈寬調變控制訊號，控制該驅動模組提供一風扇驅動訊號以驅動該風扇。
  4. 如申請專利範圍第1項之風扇驅動電路，還包括：一霍爾偵測模組，用於偵測該風扇的相位變化，提供該處理模組一霍爾偵測訊號。
  5. 如申請專利範圍第1項之風扇驅動電路，其中，該第三開關元件分別是一P型金屬氧化物半導體場效電晶體。
  6. 如申請專利範圍第1項之風扇驅動電路，其中，該第一開關元件以及該第二開關元件是一N型金屬氧化物半導體場效電晶體。
  7. 如申請專利範圍第1項之風扇驅動電路，其中，該風扇驅動電路的一接地腳位電性連接至一高準位電壓以及該風扇驅動電路的該轉速訊號提供腳位電性連接至一接地電位時，該第三開關元件的第一端以及該第三開關元件的該第二端的一電壓差值大於一臨界電壓，該第三開關元件不作動。
  8. 一種風扇驅動電路，用於驅動一風扇，其中，該風扇驅動電路具有至少一驅動腳位以及一轉速訊號提供腳位，該風扇驅動電路包括：一處理模組，提供一風扇相位訊號；一轉速訊號提供模組，電性連接該處理模組，該轉速提供模組包括：一第一二極體，具有一第一端以及一第二端；一第一阻抗元件，具有一第一端以及一第二端；一第一開關元件，具有一第一端、一第二端以及一第三端，其中，該第一開關元件的該第三端電性連接一接地電位，該第一開關元件的該第二端接收該風扇相位訊號；一第二開關元件，具有一第一端、一第二端以及一第三端，其中，該第二開關元件的該第一端電性連接該風扇驅動電路的該轉速訊號提供腳位以及該第一阻抗元件的該第一端，該第二開關元件的該第二端電性連接該第一阻抗元件的該第二端以及該第一二極體的該第二端，該第二開關元件的該第三端電性連接該第一開關元件的該第一端；以及一電流源，電性連接該第一二極體的該第一端；其中，該風扇驅動電路的一接地腳位電性連接至一高準位電壓以及該風扇驅動電路的該轉速訊號提供腳位電性連接至一接地電位時，該電流源不作動。
  9. 如申請專利範圍第8項之風扇驅動電路，其中，該電流源包括：一第三開關元件，其具有一第一端、一第二端以及一第三端，其中，該第三開關元件的該第一端電性連接一直流電壓源，該第三開關元件的該第二端電性連接一偏壓電壓，該第三開關元件的該第三端電性連接該第一二極體的該第一端。
  10. 如申請專利範圍第8項之風扇驅動電路，還包括：一控制訊號處理模組，電性連接該風扇驅動電路的一脈寬調變訊號腳位，以接收一脈寬調變控制訊號。
  11. 如申請專利範圍第10項之風扇驅動電路，還包括：一驅動模組，電性連接該處理模組以及該風扇驅動電路的該驅動腳位，該處理模組根據該脈寬調變控制訊號，控制該驅動模組提供一風扇驅動訊號以驅動該風扇。
  12. 如申請專利範圍第8項之風扇驅動電路，其中，當該風扇驅動電路的一接地腳位電性連接至一高準位電壓以及該風扇驅動電路的該轉速訊號提供腳位電性連接至一接地電位時，該第二開關元件不作動。
  13. 如申請專利範圍第8項之風扇驅動電路，其中，該第一開關元件是一N型金屬氧化物半導體場效電晶體。
  14. 如申請專利範圍第8項之風扇驅動電路，其中，該第二開關元件是一N型金屬氧化物半導體場效電晶體。
  15. 如申請專利範圍第9項之風扇驅動電路，其中，該第三開關元件是一P型金屬氧化物半導體場效電晶體。
  16. 如申請專利範圍第9項之風扇驅動電路，其中，該風扇驅動電路的一接地腳位電性連接至一高準位電壓以及該風扇驅動電路的該轉速訊號提供腳位電性連接至一接地電位時，該第三開關元件的第一端以及該第三開關元件的該第二端的一電壓差值大於一臨界電壓，該第三開關元件不作動。
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