TWM348423U - Driving circuit for driving motors - Google Patents

Description

M348423 八、新型說明： 【新型所屬之技術領域】 本新型係提供一種馬連驅動裝 .^ ^ ^ 勒衮置，尤指一種可用以避 免迴&電流之軟切式直流馬達驅動裝置。 . 【先前技術】 . «電子元件的功率越來越高，其所散發的熱量也越 泰來越大’因此，漸漸發展出各式各樣的散熱設備，而其中 最普遍的方式就是利用馬達控制散熱風扇來進行散熱。 =下說明單相馬達的運作原理，請參閱第i圖以及第2 圖、’第1圖為-般單相直流馬達驅動裝置之示意圖。第2 圖為-般馬達驅動裝置之訊號波形圖。如第i圖以及第2 圖所示’-般常見的單相直流馬達驅動裝置W包含有一霍 爾感知器(HallS_r)12、一檢測裝置14、一控制電路16 及-全橋式驅動電路18。霍爾感知器12用以摘測馬達轉 子轉動之位置，產生一第一感測訊號&以及一第二感測 •訊號Sd2。檢測裴置14用以根據第一感測訊號SDI及第二 感測訊號產生一時序訊號ScLK。控制電路16用以利用 時序訊號SCLK來分別產生四組驅動訊號A、B、c、D。全 橋式驅動電路18包含有一第一開關SWi、一第二開關 SW2、一第二開關SW3、一第四開關gw*以及一電感[。 全橋式驅動電路18係耦接於一供應電壓Vcc。第一開關 sw】以及第二開關SWz是分別藉由控制電路16所產生的驅 5 M348423 ，A、D所控制；第三開關SW3以及第四開關SW4則 疋刀別藉由控制電路16所產生的驅動訊號C、b所控制。 電感乙之—端耦接於第一開關SW2與第四開關SW4的接點 N1另—端耦接於第三開關SW3與第二開關SW2的接點 N2 ° jiL 中，哲 0_ '、 弟一開關SW1、第二開關SW2以及第三開關 SW3第四開關SW4是互補地導通以及不導通。當第一開 關與第二開關SW2導通而第三開關請3、第四開關 不^通日寸，一電感電流〗L將會由端點N1經過電感L· =向端點N2 ’相反地當第一開_ %與第二開關μ不 ^通而第4關SW3、第四開關SW4導通時，則流經電感 L的電感電流IL將會由端點N2流向端點別。因此，藉由 適當地改變電感L的驅動電流之方向及大小，即可控制馬 達旋轉的方向及轉速。而第-開關SWl、第二開關SW2、 第三開關sw3、第四開關SW4係可分別由電晶體所組成。 當馬達快速的切換時，由於全橋式驅動電路18所包含 的開關（SWl〜SW4)的非理想效應會產生高頻的電麼脈 衝’因此會使馬達轉動時的噪音增加。此外，在馬達切換 2過程中，如果通過馬達的電流無法在短時間内完全的釋 %則此電感電流lL會迴流至供應電壓I，而產生電壓 大波，造成馬達驅動裝置10的毀損。 第2圖係用以表示—般單相馬達驅動裝置⑺所產生之 感測訊號SD1減去第二感測訊號^所生成之訊號、時 序訊號SCLK、分別流入端點N1以及N2之驅動訊、 M348423 SC2以及電感電流IL。當霍爾感知器32所產生之第一感測 訊號SD1大於第二感測訊號SD2時，第一感測訊號Sdi減去 第二感測訊號SD2所生成的訊號(Sd〗-SD2)為正’而檢测裝 置34為一遲滯比較器，所以其產生的時序訊號ScLK與第 一感測訊號SD1減去第二感測訊號SD2所生成的訊號(sdi . -SD2)相較係具有一時間差（如圖示中所標示的 .t(de-glitch))。當馬達進行切換時，所對應之時序訊號ScLK _ 之準位也跟著改變，時序訊號SCLK即會經由控制電路16 來改變全橋式驅動電路18之開關（SWi-SW^進行切換’ 此即為馬達之軟切式切換技術，然而，即使加入軟切式之 切換技術，當開關（SWi-SW#)完全軟切換完但電感電流IL 的方向還是來不及跟著改變時，則此電流會經由耦接於供 應電壓Vcc且為導通之開關（SWi〜SW4)迴流至供應電壓 Vcc’則可在輸出端明顯看到電壓突波的產生，如第2圖中 週期（d)、（e)、（f)所示。 • 因此，如何利用軟切換的技術來驅動馬達以降低馬達 。喿音’並且利用保護裝置來避免馬達的電流迴流至供應電 壓Vcc以增加馬達驅動裝置1〇的操作範圍及可靠度，已成 為今日馬達驅動裝置發展的重要課題。 【新型内容】 因此’本新蜜的目的之一 ’在於提供一種馬達驅動裝 置，可以達成軟式切換馬達的功能，並且有效避免馬達迴 7 M348423 流電流至供應電壓，以解決習知技術所面臨的問題。 本新型的實施例揭露一種馬達驅動裝置，用以根據一 時序訊號產生至少一驅動訊號，並利用該至少一驅動訊號 來控制一馬達進行轉動。馬達驅動裝置包含有一正反器、 一第一處理單元、一第二處理單元、一第一緩衝單元以及 - 一第二缓衝單元。正反器用以將該時序訊號進行反相，產 . 生一反相訊號。第一處理單元耦接於正反器，用以根據反 Φ 相訊號產生一第一處理訊號。第二處理單元用以根據時序 訊號產生一第二處理訊號。第一缓衝單元耦接於第一處理 單元，用以根據該第一處理訊號，產生一第一驅動訊號。 第二缓衝單元耦接於第二處理單元，用以根據該第二處理 訊號，產生一第二驅動訊號。其中該至少一驅動訊號係包 含有該第一驅動訊號以及該第二驅動訊號，該馬達驅動裝 置係藉由該第一驅動訊號以及該第二驅動訊號控制該馬達 進行轉動。 馨 ' - 為讓本新型之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 _ 顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式作詳細 說明。 【實施方式】 請參閱第3圖，第3圖為本新型之馬達驅動裝置之示 意圖。如第3圖所示，本新型為一種馬達驅動裝置30，用 以根據一時序訊號SCLK產生至少一驅動訊號Sc 1、Sc2 ’ 並 8 M348423 進一步利用該至少一驅動訊號Sci、Sc2控制一馬達31進行 轉動。於一實施例中，時序訊號SCLK係為一數位型態之訊 號。馬達驅動裝置30包含有一正反器36、一第一處理單 元381、一第二處理單元382、一第一緩衝單元401以及一 第二缓衝單元402。正反器36用以將時序訊號SCLK進行反 - 相，產生一反相訊號SIV。第一處理單元381耦接於正反器 - 36，用以根據該反相訊號SIV產生一第一處理訊號SP1。第 φ 二處理單元382用以根據該時序訊號SCLK產生一第二處理 訊號SP2。第一缓衝單元401耦接於第一處理單元381，用 以根據該第一處理訊號SP1，產生一第一驅動訊號Sci。第 二缓衝單元402耦接於第二處理單元382,用以根據該第 二處理訊號SP2，產生一第二驅動訊號SC2。其中，該至少 一驅動訊號SC1、SC2係包含該第一驅動訊號Sci以及該第 二驅動訊號SC2,馬達驅動裝置30係藉由第一驅動訊號SC1 I 以及第二驅動訊號SC2控制馬達31進行旋轉或停止。其 . 中，馬達驅動裝置30係設置於一積體電路内。 於一實施例中，馬達動裝置30另包含一霍爾感知器 (Hall Sensor) 32以及一檢測裝置34。霍爾感知器32用以 摘測馬達31轉動或停止，產生一第一感測訊號SD1以及一 第二感測訊號SD2。檢測裝置34耦接於霍爾感知器32，用 以根據第 ' —感測訊號Sd 1以及弟二感測訊號Sd2產生該時序 訊號SCLK。於一實施例中，檢測裝置34係為一遲滯比較器 (hysteresis comparator )，用以比較第一感測訊號SD]以及 9 M348423 弟二感測訊?虎Sd2 ’以產生該時序訊號ScLK。 第一處理單元381包含一第一第一電壓源VDD1、一第 一第一電流源Iu、一第一第一電晶體Μη、一第一第二電 晶體Μ12、一第一第二電流源112以及一第一第一電容Cu。 第一第一電流源Iu耦接於第一電壓源VDD1。第一第一電晶 ‘ 體Μη具有一第一第一端、一第一第二端以及一第一第三 - 端，其第一第一端耦接於第一第一電流源Iu，其第一第二 φ 端耦接於正反器36之輸出端，用以於第一第二端接收反相 訊號SIV。第一第二電晶體M12具有一第二第一端、一第二 第二端以及一第二第三端，其第二第一端耦接於第一第一 電晶體M„之第一第三端，其第二第二端耦接於正反器36 之輸出端，其第二第二端係用以接收反相訊號SIV。第一第 一電流源112輛接於弟一弟二電晶體M!2之該第二第二端以 及一接地端Vss之間。第一第一電容Cu具有一第一端及一 ^ 第二端，其第一端耦接於第一第一電晶體M„之第一第三 . 端以及第一第二電晶體M12之第二第一端，其第二端係耦 接於接地端Vss，第一第一電容Cn係用以進行充電及放電 以產生該第一處理訊號SP1。 第二處理單元裝置382則包含一第二第一電壓源 VDD2、一第二第一電流源Ι2ι、一第二第一電晶體M2i、一 第二第二電晶體M22、一第二第二電流源122以及一第二第 一電容C21。第二第一電流源121耦接於第二第一電壓源 VDD2。第二第一電晶體M21具有一第一第一端、一第一第 10 M348423 二端以及一第一第三端，其第一第一端耦接於第二第一電 流源122，其第一第二端耦接於檢測裝置34，用以於該第一 第二端接收時序訊號SCLK。第二第二電晶體M22具有一第 二第一端、一第二第二端以及一第二第三端，其第二第一 端耦接於第二第一電晶體M2]2該第一第三端，其第二第 • 二端耦接於檢測裝置34，其第二第二端係用以接收時序訊 - 號SCLK。第二第二電流源122耦接於第二第二電晶體M22 φ 之該第二第三端以及該接地端Vss之間。第二第一電容C21 具有一第一端及一第二端，其第一端耦接於二第一電晶體 M21之第一第三端以及第二第二電晶體M22之第二第一 端，其第二端係耦接於該接地端vss，該第二第一電容C21 係用以進行充電及放電以產生該第二處理訊號SP2。 第一缓衝單元401具有一正輸入端(+)、一負輸入端㈠ 以及一輸出端，其正輸入端（+)耦接於第一處理單元381， 其負輸入端㈠則耦接於該輸出端，第一緩衝單元401用以 . 根據該第一處理訊號sP1產生該第一驅動訊號SC1，並進一 步根據該第一驅動訊號SC1相對應的控制該馬達31旋轉或 該停止。而，第二缓衝單元402亦具有一正輸入端（+)、一 負輸入端㈠以及一輸出端，第二緩衝單元402之正輸入端 (+)耦接於第二處理單元382,第二緩衝單元402之負輸入 端㈠耦接於輸出端，用以根據第二處理訊號SP2產生該第 二驅動訊號SC2，並進一步根據該第二驅動訊號SC2相對應 的控制馬達31旋轉或停止。其中，第一緩衝單元401以及 M348423 第二缓衝單元402係分別為一單位增益缓衝器（Unity Gain Buffer)，且第一緩衝單元401以及第二緩衝單元402之輸 出級則可視為一全橋式驅動電路。 請參閱第4圖，第4圖為本新型之馬達驅動裝置之訊 號波形圖。如第4圖所示，第4圖係用以表示本新型之第 - ' —感測訊號Sdi減去第二感測訊號Sd2所生成之訊號 - (Sdi-Sd2)、時序訊號Sclk以及驅動訊號Sci、Sc2。本新型 φ 之馬達驅動裝置30分別採用電荷泵(Charge Pump)作為第 一處理模組381以及第二處理模組382，並且利用時序訊 號ScLK來控制電荷果充電或放電，並可措由改變電荷果之 充放電電流(111、Il2、〗21、〗22)及電容(Cii、Ci2)的大小來控 制其輸出之第一處理訊號sP1以及第二處理訊號SP2的大小 以控制對電容(C„、C12)之充/放電時間，如第4圖之週期 (a)、（b)、⑷所示。最後再經由單位增益缓衝器401、402 來驅動馬達31，以達到軟切換之目的。此外，本新型之馬 • 達驅動裝置30將單位增益緩衝器401、402分別耦接於電 荷泵（處理單元381、382)之後，當迴流電流產生時，利用 負回授的機制可以同時把兩個單位增益緩衝器輸出級 401、402内所各自包含耦接於接地端的元件導通，即可將 電感電流II釋放，有效地將馬達31的輸出電壓控制在與電 荷泵（處理單元381、382)的輸出電壓相同的準位，如第4 圖中週期（d)、（e)、⑴所示。因此，本新型之馬達驅動裝置 30所採用的單位增益緩衝器401、402可以有效避免馬達 M348423 31在換相時，電感電流IL迴流至供應電壓Vcc。 本新型的馬達驅動裝置利用電荷泵電路以及單位增益 緩衝器相互串接（Cascade)的方式，可以達成軟切式驅動馬 達的控制方式，並且有效地鎮定馬達的輸出電壓，以避免 迴流電流的生成，有效防止迴流電流迴流至供應電壓，而 , 造成馬達控制驅動電路損壞的問題。所以，本新型的馬達 . 驅動裝置，不僅可以軟切換馬達，有效防止電壓突波的產 _ 生，達成降低馬達的噪音的目的，更可有效避免馬達的電 流迴流至供應電壓，增加系統的可靠度以及操作範圍，有 效的解決習知技術所面臨的問題。 以上所述僅為本創作之較佳實施例，凡依本創作申請 專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本創作之涵蓋範 圍。 13 M348423 【圖式簡單說明】 第1圖為習知單相馬達驅動裝置之電路圖。 第2圖為習知單相馬達驅動裝置之訊號波形圖 第3圖為本新型之馬達驅動裝置之示意圖。 第4圖為本新型之馬達驅動裝置之訊號波形圖 【主要元件符號說明】 開關 單相線圈 馬達驅動裝置 馬達 控制裴置 檢測裝置 處理裝置 驅動裝置 正反器 處理單元 緩衝單元 電晶體 電容 電壓源 電流源 感測訊號 時序訊號 處理訊號 SWi〜SW4

6 30 31 32 34 36 38 36 381 ' 382 401 、 402 Μπ ' Μΐ2 ' Μ21 ' Μ22

Cll、C21 V〇di ' V〇D2 I11 、 I12 、 I21 、 I22 SdI ' Sd2 ScLK

Spi、Sp2 M348423 A、B、C、D、Sc]、Sc2 驅動訊號 II 電感電流 Siv 反相訊號 Vcc 電源 Vss 接地端 N1、N2 端點

15

Claims (1)

1. ^34842¾ 修正日期：97.10.23 148號申請專利範圍修正本 九、申請專利範圍： ”丨"》 1 . 種馬達驅動裝置，用丨、,Lg . X 用以根據一時序訊號產生至少 一驅動訊號，並利用該至小 ^ ^ π用β至^ —驅動訊號來控制一馬達進行 動，其中該馬達驅動裝置包含有： ，用以將該時序訊號進行反相，產 生一反相訊號； ^第-處理單元，_於該正反^以根據該反相 φ 吼號產生一第一處理訊號； -第二處理單元，用以根據該時序訊號產生一第二處 用以根據 用以根據 一第一缓衝單元，耦接於該第一處理單元， 該第-纽訊號’產生-第—驅動訊號；以及 一第二缓衝單元，耦接於該第二處理單元， 該第二處理訊號，產生一第二驅動訊號； 其中該至少一驅動訊號包含該第—

   _ ， 驅動訊號以及該」 二驅動訊號，該馬達驅動裝置係蕤出 _ 衣置你猎由該弟一驅動訊號以人 5玄弟二驅動訊號控制該馬達進行轉動。 項所述之馬達驅動裝置，其中 2·如申請專利範圍第 該馬達驅動裝置另包含： -霍爾感知器(Hall Sensor) ’用以偵測該馬達轉動或佟 止’產生-第-感測訊號以及一第二感測訊號；以及7 -檢測裝置，接於該霍爾感知器，Μ _該第― 感測訊號以及該第二感測訊號產生該時序訊號。 3.如申請專利範圍第2項所述之馬達驅動裝置，其中 16 M348423 97 ί〇 2} 該時序訊號係為一數位型態之訊號。 t 4.如申請專利範圍第2項所述之馬達驅動裝置，其中 該檢測裝置係為一遲滯比較器（hysteresis comparator )，用 以比較該第一感測訊號以及該第二感測訊號，產生該時序 訊號。 5.如申請專利範圍第2項所述之馬達驅動裝置，其中 該第一處理單元裝置包含： 一第一第一電壓源； 一第一第一電流源，躺接於該第一第一電壓源’； 一第一第一電晶體，具有一第一第一端、一第一第二 端以及一第一第三端，其第一第一端耦接於該第一第一電 流源，其第一第二端耦接於該正反器之輸出端，用以於該 第一第二端接收該反相訊號； 一第一第二電晶體，具有一第二第一端、一第二第二 端以及一第二第三端，其第二第一端耦接於該第一第一電 晶體之該第一第三端，其第二第二端耦接於該正反器之輸 出端，其第二第二端係用以接收該反相訊號； 一第一第二電流源，耦接於該第一第二電晶體之該第 二第三端以及一接地端之間；以及 一第一第一電容，具有一第一端及一第二端，其第一 端耦接於該第一第一電晶體之第一第三端以及該第一第二 電晶體之第二第一端，其第二端係耦接於該接地端，該第 一第一電容係用以進行充電及放電以產生該第一處理訊 號。 17 M348423 竹I" 6. 如申請專利範圍第5項所述之馬達驅動裝置，其中 該第二處理單元裝置包含： 一第二第一電壓源； 一第二第一電流源，辆接於該第二第一電壓源； 一第二第一電晶體，具有一第一第一端、一第一第二 端以及一第一第三端，其第一第一端耦接於該第二第一電 流源，其第一第二端耦接於該檢測裝置，用以於該第一第 二端接收該時序訊號； 一第二第二電晶體，具有一第二第一端、一第二第二 端以及一第二第三端，其第二第一端耦接於該第二第一電 晶體之該第一第三端，其第二第二端耦接於該檢測裝置， 其第二第二端係用以接收該時序訊號； 一第二第二電流源，耦接於該第二第二電晶體之該第 二第三端以及該接地端之間；以及 一第二第一電容，具有一第一端及一第二端，其第一 端耦接於該二第一電晶體之第一第三端以及該第二第二電 晶體之第二第一端，其第二端係耦接於該接地端，該第二 第一電容係用以進行充電及放電以產生該第二處理訊號。 7. 如申請專利範圍第6項所述之馬達驅動裝置，其中 該第一缓衝單元具有一正輸入端、一負輸入端以及一輸出 端，其正輸入端耦接於該第一處理單元，其負輸入端耦接 於輸出端，用以根據該第一處理訊號產生該第一驅動訊 號，並進一步根據該第一驅動訊號相對應的控制該馬達旋 轉或停止。 18 M348423 該二項所述之馬-動裝置9::: :輸二用端输該第二處理單元，其負輸入端輕: 於輸“，用以根據該第二處理 ：接 步根據該第二驅動訊號相對應二= 9. ^申請專利範圍第8項所述之馬達驅動裝置， =弟Γ緩衝單元以及該第二緩衝單元係分別為-單位⑹ 緩衝器（Unity Gain Buffer)。 ‘、、、 曰显 ι〇·如申請專利範圍第8項賴之馬達驅動裝置， 該弟―缓衝單元以及該第二緩衝單元 、 式驅動電路。 '^之輪出級係為一全橋 让如申請專利範圍第1項所述之馬 該馬達驅動袭置係設置於一積體電路。〃、，八中 19