TWI784862B - 馬達電流保護電路 - Google Patents
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Abstract
本發明公開一種馬達電流保護電路。電壓計算電路判斷各下橋開關是否全開，接著判斷全開的各下橋開關的第一端和第二端的電壓差是否大於或等於零值，將大於或等於零值的所有電壓差相加以輸出電壓訊號。控制電路依據電壓訊號，以控制驅動電路驅動多個上橋開關以及下橋開關。
Description
本發明涉及馬達，特別是涉及一種馬達電流保護電路。
在電子設備中，風扇馬達用於冷卻處理器等發熱元件。在風扇馬達冷卻發熱元件的過程中，需要即時偵測馬達的電路的數據，才能依據數據精準地控制風扇馬達的轉速，使風扇馬達表現出最適當的冷卻性能，適當地冷卻發熱元件。馬達的傳統偵測電路包含一電阻。電阻連接馬達的橋式電路。控制電路依據電阻的電流值或電壓值，來切換橋式電路。然而，此電阻會造成額外的功耗。
本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種馬達電流保護電路，包含輸出級電路、電壓計算電路、控制電路以及驅動電路。輸出級電路包含多個開關元件。多個開關元件包含多個上橋開關以及多個下橋開關。各上橋開關的第一端耦接輸入電壓。多個下橋開關的第一端分別連接多個上橋開關的第二端。各下橋開關的第二端接地。各上橋開關的第二端與相連接的下橋開關的第一端之間的節點連接馬達。電壓計算電路連接各下橋開關的第一端和第二端。電壓計算電路配置以判斷各下橋開關是否全開，接著判斷全開的各下橋開關的第一端和第二端的電壓差是否大於或等於零值，依據大於或等於零值的所有電壓差以輸出電壓訊號。控制電路連接電壓計算電路的輸出端。控制電路配置以依據電壓訊號，以輸出多個控制訊號。驅動電路連接控制電路以及各開關元件的控制端。驅動電路配置以分別依據多個控制訊號以分別驅動多個開關元件。
在實施例中，所述電壓計算電路包含加法器。加法器配置以將大於或等於零值的多個電壓差相加，以輸出電壓訊號。
在實施例中，所述馬達電流保護電路更包含比較電路。比較電路連接電壓計算電路的輸出端以及控制電路的輸入端。比較電路配置以比較電壓訊號的電壓與參考電壓以輸出比較訊號至控制電路。控制電路依據電壓訊號以輸出多個控制訊號。
在實施例中，當控制電路接收到的比較訊號在第一準位並且馬達的電流大於一限電流門檻值時，控制電路控制驅動電路關閉所有多個上橋開關以及全開所有多個下橋開關或是隨馬達的每一相的反電動勢開啟一或多個下橋開關，或是控制電路控制驅動電路關閉所有多個下橋開關以及全開所有多個上橋開關或隨馬達的每一相的反電動勢開啟一或多個上橋開關。
在實施例中，當馬達的電流大於一過電流門檻值時，控制電路控制驅動電路關閉所有多個開關元件，其中過電流門檻值大於限電流門檻值。
在實施例中，所述馬達電流保護電路更包含位置偵測電路。位置偵測電路連接控制電路。位置偵測電路配置以偵測馬達的每一相的反電動勢以輸出一反電動勢訊號至控制電路。當控制電路接收到的比較訊號在第一準位並且馬達的電流大於限電流門檻值時，控制電路依據反電動勢訊號控制驅動電路開啟一或多個下橋開關。
在實施例中，多個上橋開關包含第一上橋開關、第二上橋開關以及第三上橋開關。多個下橋開關包含第一下橋開關、第二下橋開關以及第三下橋開關。第一上橋開關的第一端接耦輸入電壓。第一下橋開關的第一端連接第一上橋開關的第二端。第一下橋開關的第一端與第一上橋開關的第二端之間的節點連接馬達的第一端。第一下橋開關的第二端接地。第二上橋開關的第一端耦接輸入電壓。第二下橋開關的第一端連接第二上橋開關的第二端。第二下橋開關的第一端與第二上橋開關的第二端之間的節點連接馬達的第二端。第二下橋開關的第二端接地。第三上橋開關的第一端耦接輸入電壓。第三下橋開關的第一端連接第三上橋開關的第二端。第三下橋開關的第一端與第三上橋開關的第二端之間的節點連接馬達的第三端。第三下橋開關的第二端接地。
在實施例中，電壓計算電路包含第一運算放大器、第二運算放大器以及第三運算放大器。第一運算放大器的第一輸入端連接馬達的第一端。第一運算放大器的第二輸入端連接第一電晶體的第一端。第一運算放大器的輸出端連接第一電晶體的控制端。第一電晶體的第二端連接電壓計算電路的輸出端。第二運算放大器的第一輸入端連接馬達的第二端。第二運算放大器的第二輸入端連接第二電晶體的第一端。第二運算放大器的輸出端連接第二電晶體的控制端。第二電晶體的第二端連接電壓計算電路的輸出端。第三運算放大器。第三運算放大器的第一輸入端連接馬達的第三端。第三運算放大器的第二輸入端連接第三電晶體的第一端。第三運算放大器的輸出端連接第三電晶體的控制端。第三電晶體的第二端連接電壓計算電路的輸出端。
在實施例中，電壓計算電路更包含第一開關元件、第二開關元件以及第三開關元件。第一開關元件的第一端連接馬達的第一端。第一開關元件的第二端連接第一運算放大器的第一輸入端。第二開關元件的第一端連接馬達的第二端。第二開關元件的第二端連接第二運算放大器的第一輸入端。第三開關元件的第一端連接馬達的第三端。第三開關元件的第二端連接第三運算放大器的第一輸入端。
在實施例中，電壓計算電路更包含第一輸入電阻、第二輸入電阻以及第三輸入電阻。第一輸入電阻的第一端連接第一運算放大器的第一輸入端。第一輸入電阻的第二端接地。第二輸入電阻的第一端連接第二運算放大器的第一輸入端。第二輸入電阻的第二端接地。第三輸入電阻的第一端連接第三運算放大器的第一輸入端。第三輸入電阻的第二端接地。
在實施例中，電壓計算電路更包含第一電阻、第二電阻以及第三電阻。第一電阻的第一端連接第一電晶體的第一端。第一電阻的第二端接地。第二電阻的第一端連接第二電晶體的第一端。第二電阻的第二端接地。第三電阻的第一端連接第三電晶體的第一端。第三電阻的第二端接地。
在實施例中，電壓計算電路更包含第一電流鏡電路、第二電流鏡電路以及第三電流鏡電路。第一電流鏡電路包含第四電晶體以及第五電晶體。第四電晶體的第一端以及第五電晶體的第一端耦接共用電壓。第四電晶體的第二端連接第四電晶體的控制端、第一電晶體的第二端以及第五電晶體的控制端。第五電晶體的第二端連接電壓計算電路的輸出端。第二電流鏡電路包含第六電晶體以及第七電晶體。第六電晶體的第一端以及第七電晶體的第一端耦接共用電壓。第六電晶體的第二端連接第六電晶體的控制端、第二電晶體的第二端以及第七電晶體的控制端。第七電晶體的第二端連接電壓計算電路的輸出端。第三電流鏡電路包含第八電晶體以及第九電晶體。第八電晶體的第一端以及第九電晶體的第一端耦接共用電壓。第八電晶體的第二端連接第八電晶體的控制端、第三電晶體的第二端以及第九電晶體的控制端。第九電晶體的第二端連接電壓計算電路的輸出端。
在實施例中，電壓計算電路更包含輸出電阻。輸出電阻的第一端連接第一電流鏡電路的輸出端、第二電流鏡電路的輸出端、第三電流鏡電路的輸出端以及電壓計算電路的輸出端。輸出電阻的第二端接地。
在實施例中，所述的馬達電流保護電路更包含多個電壓調節電路。多個電壓調節電路的輸出端分別連接多個下橋開關的控制端。多個電壓調節電路分別配置以調節多個下橋開關。
在實施例中，各電壓調節電路包含運算放大器。運算放大器的第一輸入端連接其中一上橋開關的第二端與其中一下橋開關的第一端之間的節點。運算放大器的第二輸入端耦接輸入電壓。運算放大器的輸出端連接下橋開關的控制端。當馬達的電流大於一過電流門檻值時。多個電壓調節電路分別調節多個下橋開關關閉。
在實施例中，各電壓調節電路更包含第一分壓電阻以及第二分壓電阻。第一分壓電阻的第一端耦接輸入電壓。第一分壓電阻的第二端連接第二分壓電阻的第一端。第二分壓電阻的第二端接地。第一分壓電阻的第二端與第二分壓電阻的第一端之間的節點連接運算放大器的第二輸入端。
在實施例中，各電壓調節電路更包含第三分壓電阻以及第四分壓電阻。第三分壓電阻的第一端連接其中一上橋開關的第二端與其中一下橋開關的第一端之間的節點。第三分壓電阻的第二端連接第四分壓電阻的第一端。第四分壓電阻的第二端接地。第三分壓電阻的第二端與第四分壓電阻的第一端之間的節點連接運算放大器的第一輸入端。
另外，本發明提供一種馬達電流保護電路，包含輸出級電路、電壓計算電路、控制電路以及驅動電路。輸出級電路包含多個開關元件。多個開關元件包含多個上橋開關以及多個下橋開關。各上橋開關的第一端耦接輸入電壓。多個下橋開關的第一端分別連接多個上橋開關的第二端。各下橋開關的第二端接地。各上橋開關的第二端與相連接的下橋開關的第一端之間的節點連接馬達。電壓計算電路連接各上橋開關的第一端和第二端。電壓計算電路配置以判斷各上橋開關是否全開，接著判斷全開的各上橋開關的第一端和第二端的電壓差是否大於或等於零值，依據大於或等於零值的所有電壓差以輸出電壓訊號。控制電路連接電壓計算電路的輸出端。控制電路配置以依據電壓訊號以輸出多個控制訊號。驅動電路連接控制電路以及各開關元件的控制端。驅動電路配置以分別依據多個控制訊號以分別驅動多個開關元件。
在實施例中，所述的馬達電流保護電路更包含比較電路。比較電路連接電壓計算電路的輸出端以及控制電路。比較電路配置以比較電壓訊號的電壓與參考電壓以輸出比較訊號。控制電路依據電壓訊號以輸出多個控制訊號。
在實施例中，當控制電路接收到的比較訊號在第一準位並且馬達的電流大於一限電流門檻值時。控制電路控制驅動電路關閉所有多個下橋開關以及全開所有多個上橋開關或是隨馬達的每一相的反電動勢開啟一或多個上橋開關，或是控制電路控制驅動電路關閉所有多個下橋開關以及全開所有多個上橋開關或隨馬達的每一相的反電動勢開啟一或多個上橋開關。
如上所述，本發明提供一種馬達電流保護電路，其判斷各上橋開關或下橋開關是否全開，並計算全開的各上橋開關或各下橋開關的第一端和第二端的電壓差，將所有大於或等於零值的電壓差進行運算以輸出電壓訊號，並依據此電壓訊號以切換上橋開關與下橋開關。
為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。
以下是通過特定的具體實施例來說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不背離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包含相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。
請參閱圖1至圖4，其中圖1為本發明實施例的馬達電流保護電路與馬達的電路圖，圖2為本發明實施例的馬達電流保護電路的輸出級電路與馬達的電路圖，圖3至圖5為本發明實施例的馬達電流保護電路的輸出級電路的上橋開關以及下橋開關的啟閉狀態的示意圖。
本實施例的馬達電流保護電路可應用於適當控制馬達MT運作。本實施例的馬達電流保護電路可包含如圖1所示的控制電路100、驅動電路200、輸出級電路300、電壓計算電路400、比較電路(包含比較器CMP)以及位置偵測電路500。實務上，馬達電流保護電路的部分電路元件可省略設置。
如圖1所示，控制電路100可連接驅動電路200的輸入端、位置偵測電路500的輸出端以及比較電路(的比較器CMP)的輸出端。輸出級電路300可連接驅動電路200的輸出端以及馬達MT。電壓計算電路400可連接輸出級電路300以及比較電路(的比較器CMP)的輸入端。
如圖1所示的輸出級電路300可包含多個開關元件。多個開關元件可包含多個上橋開關(例如圖2所示的第一上橋開關HD1、第二上橋開關HD2以及第三上橋開關HD3)，並可包含多個下橋開關(例如圖2所示的第一下橋開關LD1、第二下橋開關LD2以及第三下橋開關LD3)。
如圖2所示，第一上橋開關HD1的第一端可耦接輸入電壓VM。第一下橋開關LD1的第一端連接第一上橋開關HD1的第二端。第一下橋開關LD1的第一端與第一上橋開關HD1的第二端之間的節點連接馬達MT的第一端U。第一下橋開關LD1的第二端接地。
第二上橋開關HD2的第一端可耦接輸入電壓VM。第二下橋開關LD2的第一端連接第二上橋開關HD2的第二端。第二下橋開關LD2的第一端與第二上橋開關HD2的第二端之間的節點連接馬達MT的第二端V。第二下橋開關LD2的第二端接地。
第三上橋開關HD3的第一端可耦接輸入電壓VM。第三下橋開關LD3的第一端連接第三上橋開關HD3的第二端。第三下橋開關LD3的第一端與第三上橋開關HD3的第二端之間的節點連接馬達MT的第三端W。第三下橋開關LD3的第二端接地。
電壓計算電路400可連接各下橋開關(如圖2所示的第一下橋開關LD1、第二下橋開關LD2以及第三下橋開關LD3)的第一端和第二端。電壓計算電路400可判斷各下橋開關是否全開，接著判斷全開的各下橋開關的第一端(例如汲極端)和第二端(例如源極端)的電壓差是否大於或等於零值。
在計算出所有全開的下橋開關的第一端和第二端的電壓差之後，電壓計算電路400將大於或等於零值的所有電壓差執行運算，以輸出電壓訊號Vlimit。舉例而言，電壓計算電路400可包含加法器，配置以將大於或等於零值的所有電壓差執行相加，以輸出電壓訊號Vlimit。
舉例而言，如圖3所示，第二下橋開關LD2以及第三下橋開關LD3全開。再者，第二下橋開關LD2的第一端與第二下橋開關LD2的第二端的電壓差大於零值。第三下橋開關LD3的第一端與第三下橋開關LD3的第二端的電壓差大於零值。在此情況下，電壓計算電路400可將第二下橋開關LD2的第一端和第二端的電壓差與第三下橋開關LD3的第一端和第二端的電壓差相加，以計算出一電壓值，並依據此電壓值輸出電壓訊號Vlimit。
如圖4所示，在多個下橋開關中，僅第二下橋開關LD2開啟。因此，電壓計算電路400輸出的電壓訊號Vlimit的電壓可等於第二下橋開關LD2的第一端和第二端的電壓差值。
如圖5所示，第一下橋開關LD1、第二下橋開關LD2以及第三下橋開關LD3皆全開。第二下橋開關LD2的第一端和第二端的電壓差以及第三下橋開關LD3的第一端和第二端的電壓差兩者皆大於零值，但第一下橋開關LD1的第一端和第二端的電壓差小於零值。在此情況下，電壓計算電路400將第二下橋開關LD2的第一端和第二端的電壓差與第三下橋開關LD3的第一端和第二端的電壓差相加，以計算出一電壓值，並依據此電壓值輸出電壓訊號Vlimit。
控制電路100可依據從電壓計算電路400接收的電壓訊號Vlimit以輸出多個控制訊號。驅動電路200可分別依據控制電路100輸出的多個控制訊號，以分別輸出多個驅動訊號至多個開關元件，以驅動多個開關元件例如圖2所示的第一上橋開關HD1、第二上橋開關HD2、第三上橋開關HD3、第一下橋開關LD1、第二下橋開關LD2以及第三下橋開關LD3。
更進一步，比較器CMP的第一輸入端例如非反相輸入端可連接電壓計算電路400的輸出端，並從電壓計算電路400接收電壓訊號Vlimit。比較器CMP的第二輸入端例如反相輸入端可耦接參考電壓Vref。比較器CMP可將從電壓計算電路400接收到的電壓訊號Vlimit與參考電壓Vref以輸出一比較訊號。控制電路100可依據從比較器CMP接收到的比較訊號以輸出多個控制訊號至驅動電路200。
當控制電路100從比較器CMP接收到的比較訊號在第一準位例如高準位並且馬達MT的電流大於一限電流門檻值(例如但不限於1.2A)時，控制電路100可控制驅動電路200關閉所有上橋開關，同時控制電路100可全開所有多個下橋開關，或是隨馬達MT的每一相的反電動勢開啟多個下橋開關中的一或多者。其結果為，不會產生反電動勢的反向電流。
替換地，電壓計算電路400可連接各上橋開關(如圖2所示的第一上橋開關HD1、第二上橋開關HD2以及第三上橋開關HD3)的第一端和第二端。電壓計算電路400可判斷各上橋開關是否全開且全開的各上橋開關的第一端(例如汲極端)和第二端(例如源極端)的電壓差是否大於或等於零值。電壓計算電路400將大於或等於零值的所有電壓差執行(加法)運算，以輸出電壓訊號Vlimit。
當控制電路100接收到的比較訊號在第一準位例如高準位並且馬達MT的電流大於一限電流門檻值時，控制電路100控制驅動電路200可關閉所有下橋開關，並全開所有多個上橋開關或是隨馬達MT的每一相的反電動勢開啟多個上橋開關中的一或多者。
更進一步，當馬達MT的電流大於一過電流門檻值(例如但不限於1.8A)時，控制電路100可控制驅動電路200關閉所有上橋開關以及下橋開關。
請參閱圖1和圖6，其中圖6為本發明實施例的馬達電流保護電路與馬達的電壓計算電路的電路圖。
舉例而言，如圖1所示的電壓計算電路400可包含一或多個如圖6所示的第一運算放大器OP1、第二運算放大器OP2、第三運算放大器OP3、第一開關元件SW1、第二開關元件SW2、第三開關元件SW3、第一輸入電阻Rin1、第二輸入電阻Rin2、第三輸入電阻Rin3、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第一電流鏡電路MR1、第二電流鏡電路MR2、第三電流鏡電路MR3、第一電晶體T1、第二電晶體T2、第三電晶體T3以及輸出電阻Rout。第一電阻R1、第二電阻R2以及第三電阻R3可為金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)的電阻，但本發明不以此為限。
第一輸入電阻Rin1可替換為彼此相連接的多個第一電阻。這些多個第一電阻的總電阻值可與第一輸入電阻Rin1的電阻值相同。第一輸入電阻Rin1可為電晶體本身的電阻。
類似地，第二輸入電阻Rin2可替換為彼此相連接的多個第二電阻。這些多個第二電阻的總電阻值可與第二輸入電阻Rin2的電阻值相同。第二輸入電阻Rin2可為電晶體本身的電阻。
類似地，第三輸入電阻Rin3可替換為彼此相連接的多個第三電阻。這些多個第三電阻的總電阻值可與第三輸入電阻Rin3的電阻值相同。第三輸入電阻Rin3可為電晶體本身的電阻。
如圖6所示的第一開關元件SW1的第一端可連接如圖1所示的馬達MT的第一端U。第一開關元件SW1的第二端可連接第一運算放大器OP1的第一輸入端例如非反相輸入端。第一輸入電阻Rin1的第一端可連接第一運算放大器OP1的第一輸入端例如非反相輸入端。第一輸入電阻Rin1的第二端可接地。
第一運算放大器OP1的第二輸入端例如反相輸入端可連接第一電晶體T1的第一端。第一電晶體T1的第一端可連接第一電阻R1的第一端。第一電阻R1的第二端可接地。第一運算放大器OP1的輸出端可連接第一電晶體T1的控制端。第一電晶體T1的第二端可連接第一電流鏡電路MR1的輸入端。
第一電流鏡電路MR1可包含第四電晶體T4以及第五電晶體T5。第四電晶體T4的第一端以及第五電晶體T5的第一端可耦接共用電壓VCC。第四電晶體T4的第二端(即第一電流鏡電路MR1的輸入端)可連接第四電晶體T4的控制端、第一電晶體T1的第二端以及第五電晶體T5的控制端。第五電晶體T5的第二端(即第一電流鏡電路MR1的輸出端)可連接電壓計算電路400的輸出端。電壓計算電路400的輸出端可連接如圖1所示的比較器CMP的第一輸入端例如非反相輸入端。
輸出電阻Rout的第一端可連接電壓計算電路400的輸出端。輸出電阻Rout的第二端可接地。
如圖6所示的第二開關元件SW2的第一端可連接如圖1所示的馬達MT的第二端V。第二開關元件SW2的第二端可連接第二運算放大器OP2的第一輸入端例如非反相輸入端。第二輸入電阻Rin2的第一端可連接第二運算放大器OP2的第一輸入端例如非反相輸入端。第二輸入電阻Rin2的第二端可接地。
第二運算放大器OP2的第二輸入端例如反相輸入端可連接第二電晶體T2的第一端。第二電晶體T2的第一端可連接第二電阻R2的第一端。第二電阻R2的第二端可接地。第二運算放大器OP2的輸出端可連接第二電晶體T2的控制端。第二電晶體T2的第二端可連接第二電流鏡電路MR2的輸入端。
第二電流鏡電路MR2可包含第六電晶體T6以及第七電晶體T7。第六電晶體T6的第一端以及第七電晶體T7的第一端可耦接共用電壓VCC。第六電晶體T6的第二端(即第二電流鏡電路MR2的輸入端)可連接第六電晶體T6的控制端、第二電晶體T2的第二端以及第七電晶體T7的控制端。第七電晶體T7的第二端(即第二電流鏡電路MR2的輸出端)可連接電壓計算電路400的輸出端。
如圖6所示的第三開關元件SW3可連接如圖1所示的馬達MT的第三端W。第三開關元件SW3的第二端可連接第三運算放大器OP3的第一輸入端例如非反相輸入端。第三輸入電阻Rin3的第一端可連接第三運算放大器OP3的第一輸入端例如非反相輸入端。第三輸入電阻Rin3的第二端可接地。
第三運算放大器OP3的第二輸入端例如反相輸入端可連接第三電晶體T3的第一端。第三電晶體T3的第一端可連接第三電阻R3的第一端。第三電阻R3的第二端可接地。第三運算放大器OP3的輸出端可連接第三電晶體T3的控制端。第三電晶體T3的的第二端可連接第三電流鏡電路MR3的輸入端。
第三電流鏡電路MR3可包含第八電晶體T8以及第九電晶體T9。第八電晶體T8的第一端以及第九電晶體T9的第一端耦接共用電壓VCC。第八電晶體T8的第二端(即第三電流鏡電路MR3的輸入端)可連接第八電晶體T8的控制端、第三電晶體T3的第二端以及第九電晶體T9的控制端。第九電晶體T9的第二端(即第三電流鏡電路MR3的輸出端)可連接電壓計算電路400的輸出端。
請參閱圖1、圖7和圖8，其中圖7為本發明實施例的馬達電流保護電路依據反電動勢切換下橋開關的示意圖；圖8為採用傳統驅動電路全開下橋開關的示意圖。
如圖1所示，本實施例的馬達電流保護電路可包含位置偵測電路500。位置偵測電路500可連接控制電路100。位置偵測電路500可偵測馬達MT的每一相(例如U相、V相和W相)的反電動勢EU、EV、EW，以輸出反電動勢訊號至控制電路100。
當控制電路100從比較器CMP接收到的比較訊號在第一準位例如高準位並且馬達MT的電流大於限電流門檻值時，控制電路100可全關所有上橋開關，依據反電動勢訊號的反電動勢，控制驅動電路200開啟多個下橋開關中的一或多者。其結果為，不會產生反電動勢的反向電流。如圖7所示，控制電路100全關第一上橋開關HD1、第二上橋開關HD2以及第三上橋開關HD3，同時依據馬達MT的反電動勢EU、EV、EW開啟第二下橋開關LD2以及第三下橋開關LD3。
相比之下，當判斷馬達的電流大於限電流門檻值時，傳統驅動電路全開所有下橋開關例如圖8所示的第一下橋開關LD1、第二下橋開關LD2、第三下橋開關LD3。其結果為，產生馬達MT三相的反電動勢EU、EV、EW的反向電流。
請參閱圖1和圖9，其中圖9為本發明實施例的馬達電流保護電路的電壓調節電路的電路圖。
本實施例的馬達電流保護電路可包含多個如圖9所示的電壓調節電路VRG。多個電壓調節電路VRG的輸出端可分別連接多個下橋開關的控制端，例如圖1所示的第一下橋開關LD1、第二下橋開關LD2以及第三下橋開關LD3的控制端。如圖9所示，其中一個多個電壓調節電路VRG的輸出端連接第一下橋開關LD1的控制端。
多個電壓調節電路VRG可分別調節第一下橋開關LD1、第二下橋開關LD2以及第三下橋開關LD3。
舉例而言，各電壓調節電路VRG可包含運算放大器OP4。若有需要，各電壓調節電路VRG可包含以下一或多者：第一分壓電阻R11、第二分壓電阻R12、第三分壓電阻R13以及第四分壓電阻R14。
第一分壓電阻R11的第一端可耦接輸入電壓VM。第一分壓電阻R11的第二端可連接第二分壓電阻R12的第一端。第二分壓電阻R12的第二端接地GND。運算放大器OP4的第二輸入端例如反相輸入端可連接第一分壓電阻R11的第二端與第二分壓電阻R12的第一端之間的節點。
多個電壓調節電路VRG分別的多個運算放大器OP4的輸出端可分別連接第一下橋開關LD1、第二下橋開關LD2以及第三下橋開關LD3的控制端。
如圖9所示，在第一下橋開關LD1的電壓調節電路VRG中，第三分壓電阻R13的第一端可連接第一上橋開關HD1與第一下橋開關LD1之間的節點。在第二下橋開關LD2的電壓調節電路VRG中，第三分壓電阻R13的第一端可連接第二上橋開關HD2與第二下橋開關LD2之間的節點(圖未示)。在第三下橋開關LD3的電壓調節電路VRG中，第三分壓電阻R13的第一端可連接第三上橋開關HD3與第三下橋開關LD3之間的節點(圖未示)。
第三分壓電阻R13的第二端可連接第四分壓電阻R14的第一端。第四分壓電阻R14的第二端可接地GND。運算放大器OP4的第一輸入端例如非反相輸入端可連接第三分壓電阻R13的第二端與第四分壓電阻R14的第一端之間的節點。
當馬達MT的電流大於過電流門檻值時，多個電壓調節電路VRG可分別調節多個下橋開關例如圖1所示的第一下橋開關LD1、第二下橋開關LD2以及第三下橋開關LD3關閉，以防止馬達MT的電流回灌至輸入電壓VM。
實務上，多個電壓調節電路VRG分別的多個運算放大器OP4的輸出端可分別連接多個上橋開關例如第一上橋開關HD1、第二上橋開關HD2以及第三上橋開關HD3的控制端。多個運算放大器OP4可分別配置以調節多個上橋開關，以防止馬達MT的電流回灌至輸入電壓VM。
當馬達MT的電流大於過電流門檻值時，多個電壓調節電路VRG可分別調節多個上橋開關例如圖1所示的第一上橋開關HD1、第二上橋開關HD2以及第三上橋開關HD3關閉。
綜上所述，本發明提供一種馬達電流保護電路，其判斷各上橋開關或下橋開關是否全開，並計算全開的各上橋開關或各下橋開關的第一端和第二端的電壓差，將所有大於或等於零值的電壓差進行運算以輸出電壓訊號，並依據此電壓訊號以切換上橋開關與下橋開關。
以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。
100:控制電路
200:驅動電路
300:輸出級電路
400:電壓計算電路
500:位置偵測電路
CMP:比較器
Vlimit:電壓訊號
Vref:參考電壓
MT:馬達
U:第一端
V:第二端
W:第三端
VM:輸入電壓
HD1:第一上橋開關
HD2:第二上橋開關
HD3:第三上橋開關
LD1:第一下橋開關
LD2:第二下橋開關
LD3:第三下橋開關
OP1:第一運算放大器
OP2:第二運算放大器
OP3:第三運算放大器
SW1:第一開關元件
SW2:第二開關元件
SW3:第三開關元件
Rin1:第一輸入電阻
Rin2:第二輸入電阻
Rin3:第三輸入電阻
R1:第一電阻
R2:第二電阻
R3:第三電阻
MR1:第一電流鏡電路
MR2:第二電流鏡電路
MR3:第三電流鏡電路
T1:第一電晶體
T2:第二電晶體
T3:第三電晶體
T4:第四電晶體
T5:第五電晶體
T6:第六電晶體
T7:第七電晶體
T8:第八電晶體
T9:第九電晶體
Rout:輸出電阻
Rin1:第一輸入電阻
Rin2:第二輸入電阻
Rin3:第三輸入電阻
VCC:共用電壓
EU、EV、EW:反電動勢
VRG:電壓調節電路
R11:第一分壓電阻
R12:第二分壓電阻
R13:第三分壓電阻
R14:第四分壓電阻
GND:地
OP4:運算放大器
IL:電流
圖1為本發明實施例的馬達電流保護電路與馬達的電路圖。
圖2為本發明實施例的馬達電流保護電路的輸出級電路與馬達的電路圖。
圖3為本發明實施例的馬達電流保護電路的輸出級電路的上橋開關以及下橋開關的啟閉狀態的示意圖。
圖4為本發明實施例的馬達電流保護電路的輸出級電路的上橋開關以及下橋開關的啟閉狀態的示意圖。
圖5為本發明實施例的馬達電流保護電路的輸出級電路的上橋開關以及下橋開關的啟閉狀態的示意圖。
圖6為本發明實施例的馬達電流保護電路與馬達的電壓計算電路的電路圖。
圖7為本發明實施例的馬達電流保護電路依據反電動勢切換下橋開關的示意圖。
圖8為採用傳統驅動電路全開下橋開關的示意圖。
圖9為本發明實施例的馬達電流保護電路的電壓調節電路的電路圖。
100:控制電路
200:驅動電路
300:輸出級電路
400:電壓計算電路
500:位置偵測電路
CMP:比較器
Vlimit:電壓訊號
Vref:參考電壓
MT:馬達
Claims (20)
- 一種馬達電流保護電路，包含： 一輸出級電路，包含多個開關元件，該多個開關元件包含： 多個上橋開關，各該上橋開關的第一端耦接一輸入電壓；以及 多個下橋開關，該多個下橋開關的第一端分別連接該多個上橋開關的第二端，各該下橋開關的第二端接地，各該上橋開關的第二端與相連接的該下橋開關的第一端之間的節點連接一馬達； 一電壓計算電路，連接各該下橋開關的第一端和第二端，配置以判斷各該下橋開關是否全開，接著判斷全開的各該下橋開關的第一端和第二端的一電壓差是否大於或等於零值，依據大於或等於零值的所有該電壓差以輸出一電壓訊號； 一控制電路，連接該電壓計算電路的輸出端，配置以依據該電壓訊號，以輸出多個控制訊號；以及 一驅動電路，連接該控制電路以及各該開關元件的控制端，配置以分別依據該多個控制訊號以分別驅動該多個開關元件。
- 如請求項1所述的馬達電流保護電路，其中該電壓計算電路包含一加法器，配置以將大於或等於零值的多個該電壓差相加，以輸出該電壓訊號。
- 如請求項1所述的馬達電流保護電路，更包含一比較電路，連接該電壓計算電路的輸出端以及該控制電路的輸入端，配置以比較該電壓訊號的電壓與一參考電壓以輸出一比較訊號至該控制電路，該控制電路依據該電壓訊號以輸出該多個控制訊號。
- 如請求項3所述的馬達電流保護電路，其中，當該控制電路接收到的該比較訊號在一第一準位並且該馬達的電流大於一限電流門檻值時，該控制電路控制該驅動電路關閉所有該多個上橋開關以及全開所有該多個下橋開關或是隨該馬達的每一相的反電動勢開啟一或多個該下橋開關，或是該控制電路控制該驅動電路關閉所有該多個下橋開關以及全開所有該多個上橋開關或隨該馬達的每一相的反電動勢開啟一或多個該上橋開關。
- 如請求項4所述的馬達電流保護電路，其中，當該馬達的電流大於一過電流門檻值時，該控制電路控制該驅動電路關閉所有該多個開關元件，其中該過電流門檻值大於該限電流門檻值。
- 如請求項4所述的馬達電流保護電路，更包含一位置偵測電路，連接該控制電路，配置以偵測該馬達的每一相的反電動勢以輸出一反電動勢訊號至該控制電路； 其中，當該控制電路接收到的該比較訊號在該第一準位並且該馬達的電流大於該限電流門檻值時，該控制電路依據該反電動勢訊號控制該驅動電路開啟一或多個該下橋開關。
- 如請求項3所述的馬達電流保護電路，其中該電壓計算電路包含： 一第一運算放大器，該第一運算放大器的第一輸入端連接該馬達的第一端，該第一運算放大器的第二輸入端連接一第一電晶體的第一端，該第一運算放大器的輸出端連接該第一電晶體的控制端，該第一電晶體的第二端連接該電壓計算電路的輸出端； 一第二運算放大器，該第二運算放大器的第一輸入端連接該馬達的第二端，該第二運算放大器的第二輸入端連接一第二電晶體的第一端，該第二運算放大器的輸出端連接該第二電晶體的控制端，該第二電晶體的第二端連接該電壓計算電路的輸出端；以及 一第三運算放大器，該第三運算放大器的第一輸入端連接該馬達的第三端，該第三運算放大器的第二輸入端連接一第三電晶體的第一端，該第三運算放大器的輸出端連接該第三電晶體的控制端，該第三電晶體的第二端連接該電壓計算電路的輸出端。
- 如請求項7所述的馬達電流保護電路，其中該電壓計算電路更包含： 一第一開關元件，該第一開關元件的第一端連接該馬達的第一端，該第一開關元件的第二端連接該第一運算放大器的第一輸入端； 一第二開關元件，該第二開關元件的第一端連接該馬達的第二端，該第二開關元件的第二端連接該第二運算放大器的第一輸入端；以及 一第三開關元件，該第三開關元件的第一端連接該馬達的第三端，該第三開關元件的第二端連接該第三運算放大器的第一輸入端。
- 如請求項7所述的馬達電流保護電路，其中該電壓計算電路更包含： 一第一輸入電阻，該第一輸入電阻的第一端連接該第一運算放大器的第一輸入端，該第一輸入電阻的第二端接地； 一第二輸入電阻，該第二輸入電阻的第一端連接該第二運算放大器的第一輸入端，該第二輸入電阻的第二端接地；以及 一第三輸入電阻，該第三輸入電阻的第一端連接該第三運算放大器的第一輸入端，該第三輸入電阻的第二端接地。
- 如請求項7所述的馬達電流保護電路，其中該電壓計算電路更包含： 一第一電阻，該第一電阻的第一端連接該第一電晶體的第一端，該第一電阻的第二端接地； 一第二電阻，該第二電阻的第一端連接該第二電晶體的第一端，該第二電阻的第二端接地；以及 一第三電阻，該第三電阻的第一端連接該第三電晶體的第一端，該第三電阻的第二端接地。
- 如請求項7所述的馬達電流保護電路，其中該電壓計算電路更包含： 一第一電流鏡電路，包含一第四電晶體以及一第五電晶體，該第四電晶體的第一端以及該第五電晶體的第一端耦接一共用電壓，該第四電晶體的第二端連接該第四電晶體的控制端、該第一電晶體的第二端以及該第五電晶體的控制端，該第五電晶體的第二端連接該電壓計算電路的輸出端； 一第二電流鏡電路，包含一第六電晶體以及一第七電晶體，該第六電晶體的第一端以及該第七電晶體的第一端耦接該共用電壓，該第六電晶體的第二端連接該第六電晶體的控制端、該第二電晶體的第二端以及該第七電晶體的控制端，該第七電晶體的第二端連接該電壓計算電路的輸出端；以及 一第三電流鏡電路，包含一第八電晶體以及一第九電晶體，該第八電晶體的第一端以及該第九電晶體的第一端耦接該共用電壓，該第八電晶體的第二端連接該第八電晶體的控制端、該第三電晶體的第二端以及該第九電晶體的控制端，該第九電晶體的第二端連接該電壓計算電路的輸出端。
- 如請求項11所述的馬達電流保護電路，其中該電壓計算電路更包含： 一輸出電阻，該輸出電阻的第一端連接該第一電流鏡電路的輸出端、該第二電流鏡電路的輸出端、該第三電流鏡電路的輸出端以及該電壓計算電路的輸出端，該輸出電阻的第二端接地。
- 如請求項5所述的馬達電流保護電路，更包含多個電壓調節電路，該多個電壓調節電路的輸出端分別連接該多個下橋開關的控制端，該多個電壓調節電路分別配置以調節該多個下橋開關。
- 如請求項13所述的馬達電流保護電路，其中各該電壓調節電路包含一運算放大器，該運算放大器的第一輸入端連接其中一該上橋開關的第二端與其中一該下橋開關的第一端之間的節點，該運算放大器的第二輸入端耦接該輸入電壓，該運算放大器的輸出端連接該下橋開關的控制端； 其中，當該馬達的電流大於一過電流門檻值時，該多個電壓調節電路分別調節該多個下橋開關關閉。
- 如請求項14所述的馬達電流保護電路，其中各該電壓調節電路更包含一第一分壓電阻以及一第二分壓電阻，該第一分壓電阻的第一端耦接該輸入電壓，該第一分壓電阻的第二端連接該第二分壓電阻的第一端，該第二分壓電阻的第二端接地，該第一分壓電阻的第二端與該第二分壓電阻的第一端之間的節點連接該運算放大器的第二輸入端。
- 如請求項15所述的馬達電流保護電路，其中各該電壓調節電路更包含一第三分壓電阻以及一第四分壓電阻，該第三分壓電阻的第一端連接其中一該上橋開關的第二端與其中一該下橋開關的第一端之間的節點，該第三分壓電阻的第二端連接該第四分壓電阻的第一端，該第四分壓電阻的第二端接地，該第三分壓電阻的第二端與該第四分壓電阻的第一端之間的節點連接該運算放大器的第一輸入端。
- 如請求項1所述的馬達電流保護電路，其中該多個上橋開關包含一第一上橋開關、一第二上橋開關以及一第三上橋開關，該多個下橋開關包含一第一下橋開關、一第二下橋開關以及第三下橋開關； 其中，該第一上橋開關的第一端接耦該輸入電壓，該第一下橋開關的第一端連接該第一上橋開關的第二端，該第一下橋開關的第一端與該第一上橋開關的第二端之間的節點連接該馬達的第一端，該第一下橋開關的第二端接地； 其中，該第二上橋開關的第一端耦接該輸入電壓，該第二下橋開關的第一端連接該第二上橋開關的第二端，該第二下橋開關的第一端與該第二上橋開關的第二端之間的節點連接該馬達的第二端，該第二下橋開關的第二端接地； 其中，該第三上橋開關的第一端耦接該輸入電壓，該第三下橋開關的第一端連接該第三上橋開關的第二端，該第三下橋開關的第一端與該第三上橋開關的第二端之間的節點連接該馬達的第三端，該第三下橋開關的第二端接地。
- 一種馬達電流保護電路，包含： 一輸出級電路，包含多個開關元件，該多個開關元件包含： 多個上橋開關，各該上橋開關的第一端耦接一輸入電壓；以及 多個下橋開關，該多個下橋開關的第一端分別連接該多個上橋開關的第二端，各該下橋開關的第二端接地，各該上橋開關的第二端與相連接的該下橋開關的第一端之間的節點連接該馬達； 一電壓計算電路，連接各該上橋開關的第一端和第二端，配置以判斷各該上橋開關是否全開，接著判斷全開的各該上橋開關的第一端和第二端的一電壓差是否大於或等於零值，依據大於或等於零值的所有該電壓差以輸出一電壓訊號； 一控制電路，連接該電壓計算電路的輸出端，配置以依據該電壓訊號，以輸出多個控制訊號；以及 一驅動電路，連接該控制電路以及各該開關元件的控制端，配置以分別依據該多個控制訊號以分別驅動該多個開關元件。
- 如請求項18所述的馬達電流保護電路，更包含一比較電路，連接該電壓計算電路的輸出端以及該控制電路的輸入端，配置以比較該電壓訊號的電壓與一參考電壓以輸出一比較訊號至該控制電路，該控制電路依據該電壓訊號以輸出該多個控制訊號。
- 如請求項19所述的馬達電流保護電路，其中，當該控制電路接收到的該比較訊號在一第一準位並且該馬達的電流大於一限電流門檻值時，該控制電路控制該驅動電路關閉所有該多個下橋開關以及全開所有該多個上橋開關或是隨該馬達的每一相的反電動勢開啟一或多個該上橋開關，或是該控制電路控制該驅動電路關閉所有該多個下橋開關以及全開所有該多個上橋開關或隨該馬達的每一相的反電動勢開啟一或多個該上橋開關。
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