專利名稱：馬達(dá)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種馬達(dá)控制裝置，特別涉及散熱風(fēng)扇的馬達(dá)控制技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著晶體電路微型化發(fā)展，電子裝置內(nèi)部各種元件所包含的晶體管數(shù)量劇增，導(dǎo)致元件運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所制造的熱能相當(dāng)可觀。因此，設(shè)計(jì)電子產(chǎn)品時(shí)一定要考慮到散熱問題。散熱風(fēng)扇即其中一種常見的解決方式。散熱風(fēng)扇通常為馬達(dá)驅(qū)動，馬達(dá)上的驅(qū)動電流則決定風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。然而，為了節(jié)能省電，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速最好能配合環(huán)境溫度有所調(diào)整。如何產(chǎn)生適當(dāng)?shù)尿?qū)動電流，使風(fēng)扇得以對應(yīng)環(huán)境溫度轉(zhuǎn)動，為現(xiàn)今風(fēng)扇散熱領(lǐng)域一項(xiàng)重要課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種馬達(dá)控制裝置，用以控制一馬達(dá)的轉(zhuǎn)速。所述馬達(dá)可應(yīng)用于散熱風(fēng)扇上。在一種實(shí)施方式中，所公開的馬達(dá)控制裝置包括一熱感測元件、一第一電容、一第一運(yùn)算放大器、一充放電電路、一觸發(fā)器以及一邏輯電路。該熱感測元件用于感測馬達(dá)的環(huán)境溫度，以供動態(tài)決定一第一參考電位。該第一電容具有一第一端點(diǎn)以及一第二端點(diǎn)，其中，該第一端點(diǎn)耦接至一第二參考電位，該第二端點(diǎn)則耦接至該第一運(yùn)算放大器，以供應(yīng)該第一運(yùn)算放大器一第三參考電位。由于充放電電路會根據(jù)一脈沖寬度調(diào)制信號對該第一電容進(jìn)行充放電，因此上述第三參考電位會上下變動。第一運(yùn)算放大器會將該第三參考電位與上述第一參考電位進(jìn)行比較，比較結(jié)果將輸入該觸發(fā)器一設(shè)定端。該觸發(fā)器一重置端則接收一時(shí)鐘信號，且其輸出端的信號應(yīng)用于生成上述脈沖寬度調(diào)制信號。除了用于控制上述充放電電路，該脈沖寬度調(diào)制信號更由該邏輯電路使用，據(jù)以決定該馬達(dá)上一驅(qū)動電流的一工作區(qū)間，進(jìn)而決定該馬達(dá)的轉(zhuǎn)速。在散熱風(fēng)扇的應(yīng)用中，上述馬達(dá)控制裝置的設(shè)計(jì)使得散熱風(fēng)扇得以精確地隨著環(huán)境溫度變化其轉(zhuǎn)速，達(dá)到最好的功率使用。前述內(nèi)容概略地?cái)⑹霰景l(fā)明的主要特征與技術(shù)優(yōu)勢；本發(fā)明尚有其他多種實(shí)施方式，將于以下內(nèi)容討論。


圖1圖解馬達(dá)控制裝置的一種實(shí)施方式；圖2舉波形圖為例，幫助說明圖1馬達(dá)控制裝置的操作；圖3圖解圖1中第一與第二電流源Il與12的一種實(shí)施方式；圖4圖解本發(fā)明于散熱風(fēng)扇的應(yīng)用中，散熱風(fēng)扇轉(zhuǎn)速與環(huán)境溫度的相對關(guān)系；以及圖5圖解一無刷直流馬達(dá)與相關(guān)的驅(qū)動電流設(shè)定電路、以及熱感測元件的連結(jié)狀態(tài)。主要元件符號說明100 馬達(dá)控制裝置；102 馬達(dá)；104 熱感測元件； 106 充放電電路；108 觸發(fā)器；110 邏輯電路；112 驅(qū)動電流設(shè)定電路；114 時(shí)鐘信號產(chǎn)生電路；116 霍爾效應(yīng)感測器；302、304 第一、第二電流源；402 標(biāo)示環(huán)境溫度與散熱風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的關(guān)系；404 線條402的最低點(diǎn)；502 馬達(dá)；504,506 第一、第二方向的驅(qū)動電流；508 熱敏電阻；A…D 第七…第十開關(guān)的控制信號；Cl、C2 第一、第二電容；CLK 時(shí)鐘信號；^ZZ 反相時(shí)鐘信號；CS 控制信號；GND 接地；HE 感測到的霍爾效應(yīng)；I 馬達(dá)上的驅(qū)動電流；IL··· 13 第----第三電流源；OPU 0P2 第一、第二運(yùn)算放大器；PWM 脈沖寬度調(diào)制信號；^^ 反相脈沖寬度調(diào)制信號；1 1 1 3 第----第三電阻；RrefU Rref2 第一、第二參考電阻；Sffl-SfflO 第----第十開關(guān)；tl...t3 三個時(shí)間點(diǎn)；TPl 脈沖寬度調(diào)制信號PWM的致能區(qū)間；TP2 脈沖寬度調(diào)制信號PWM的周期；Vl (T) 環(huán)境溫度相關(guān)的第一參考電位；V2…V5 第四…第五參考電位；Vbg 帶隙參考電位；VDD 電源。
具體實(shí)施例方式以下詳細(xì)討論本發(fā)明多種實(shí)施方式的要件與使用。然而，所討論的特定實(shí)施方式僅為本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)與使用的一些特定方式，并非意圖限定本發(fā)明范圍。參閱圖1，其中圖解本發(fā)明馬達(dá)控制裝置的一種實(shí)施方式。馬達(dá)控制裝置100用于控制一馬達(dá)102的轉(zhuǎn)速。關(guān)于馬達(dá)控制裝置100的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其中包括一熱感測元件104、一第一電容Cl、 一第一運(yùn)算放大器0P1、一充放電電路106、一觸發(fā)器108以及一邏輯電路110。熱感測元件 104用于感測馬達(dá)102的環(huán)境溫度，以供動態(tài)決定一第一參考電位Vl(T)；參數(shù)‘T’代表環(huán)境溫度，且該熱感測元件104可為熱敏電阻、或任何根據(jù)環(huán)境溫度改變電子特性的裝置。第一參考電位Vl (T)將耦接至第一運(yùn)算放大器0P1，例如，耦接該第一運(yùn)算放大器 OPl的反相輸入端(標(biāo)號‘_’)。關(guān)于第一電容Cl，其一端耦接一第二參考電位V2，另一端耦接根據(jù)一脈沖寬度調(diào)制信號PWM動作的充放電電路106、且供應(yīng)一第三參考電位V3。充放電電路106對第一電容Cl的充放電操作將使第三參考電位V3隨之變動。第三參考電位V3將耦接至第一運(yùn)算放大器0P1，例如，耦接第一運(yùn)算放大器OPl的非反相輸入端(標(biāo)號‘ + ’)。在第一運(yùn)算放大器OPl作用下，變動的第三參考電位V3將被拿來與環(huán)境溫度相關(guān)的第一參考電位Vl (T)進(jìn)行比較，比較結(jié)果會送入觸發(fā)器108的一設(shè)定端(如SR觸發(fā)器的‘S’輸入端)。此外，觸發(fā)器108更具有一重置端(如SR觸發(fā)器‘R’輸入端)接收一時(shí)鐘信號CLK、以及一輸出端(如SR觸發(fā)器‘Q’輸出端)。在圖1所示實(shí)施例，觸發(fā)器108輸出端(‘Q’ )信號標(biāo)號為聲·-即上述脈沖寬度調(diào)制信號PWM的反相信號。觸發(fā)器108的輸出端(‘Q’ )除了耦接充放電電路106控制充放電電路106對第一電容Cl的充放電外，更耦接至邏輯電路110，使邏輯電路110得以依照脈沖寬度調(diào)制信號PWM決定馬達(dá)102上一驅(qū)動電流I的工作區(qū)間(duty cycle)。以圖1 實(shí)施方式為例，邏輯電路110可通過控制信號CS控制耦接該馬達(dá)102的一驅(qū)動電流設(shè)定電路112，使馬達(dá)102上驅(qū)動電流I的工作區(qū)間得以符合脈沖寬度調(diào)制信號PWM的工作區(qū)間。由于馬達(dá)102的轉(zhuǎn)速與其上驅(qū)動電流I的工作區(qū)間有關(guān)，所公開的馬達(dá)控制裝置基礎(chǔ)架構(gòu)使得馬達(dá)102的轉(zhuǎn)速乃根據(jù)環(huán)境溫度所設(shè)定，使該馬達(dá)102所致動的散熱風(fēng)扇可在環(huán)境溫度較高時(shí)轉(zhuǎn)動較快，環(huán)境溫度較低時(shí)轉(zhuǎn)動較慢，達(dá)到良好的功率使用。圖1更有公開充放電電路106的詳細(xì)實(shí)施方式。如圖所示，充放電電路106包括 一第一電流源II、一第一開關(guān)SWl以及一第二開關(guān)SW2。第一電流源Il供應(yīng)一第一電流 (之后討論同樣標(biāo)號為’ ΙΓ )。第一開關(guān)SWl于脈沖寬度調(diào)制信號PWM除能時(shí)導(dǎo)通(即由反相脈沖寬度調(diào)制信號:控制)，以短路第一電容Cl的兩個端點(diǎn)。第二開關(guān)SW2于脈沖寬度調(diào)制信號PWM致能時(shí)導(dǎo)通，使第一電容Cl得由第一電流Il充電。圖2舉波形圖為例，幫助說明上述結(jié)構(gòu)的操作，其中波形包括時(shí)鐘信號CLK、第三參考電位V3、反相脈沖寬度調(diào)制信號、以及脈沖寬度調(diào)制信號PWM。圖中假設(shè)環(huán)境溫度變化平穩(wěn)，第一參考電位Vl (T)維持在定值，且第三參考電位V3的起始值為第二參考電位V2。以下以三個時(shí)間點(diǎn)tl、t2與t3說明各波形的變化。時(shí)間點(diǎn)tl，時(shí)鐘信號CLK致能；觸發(fā)器108于重置端(’ R’ )感應(yīng)到時(shí)鐘信號CLK的致能變化，令輸出端(‘Q’ )信號
重置為低電平，脈沖寬度調(diào)制信號PWM因而為高電平狀態(tài)。在低電平的聲·與高電平的PWM操作下，第一開關(guān)SWl不導(dǎo)通且第二開關(guān)SW2導(dǎo)通，第一電流Il對第一電容Cl充電，第三參考電位V3的電位漸升。時(shí)間點(diǎn)t2，第一運(yùn)算放大器OPl檢測出第三參考電位V3 超越第一參考電位Vl (T)，輸出一高電平信號給觸發(fā)器108的設(shè)定端(‘S’)，觸發(fā)器180隨即將輸出端(‘Q’ )信號聲·切換到高電平，脈沖寬度調(diào)制信號PWM因而切換為低電平。在高電平的7 與低電平的PWM操作下，第一開關(guān)SWl導(dǎo)通且第二開關(guān)SW2不導(dǎo)通，第三參考電位V3拉回第二參考電位V2。時(shí)間點(diǎn)t3，時(shí)鐘信號CLK再度切換為高電平，觸發(fā)器 108重置端(‘R’ )感測到后令輸出端(‘Q’ )信號^7重置為低電平，脈沖寬度調(diào)制信號PWM因而切換為高電平?？偨Y(jié)之，脈沖寬度調(diào)制信號PWM的致能區(qū)間TPl與第三參考電位V3上拉至第一參考電位Vl (T)的時(shí)間有關(guān)；與環(huán)境溫度相關(guān)的第一參考電位Vl (T)的大小會影響脈沖寬度調(diào)制信號PWM的工作區(qū)間(TP1/TP2)，進(jìn)而影響馬達(dá)102的轉(zhuǎn)速。例如，第一參考電位Vl (T) 可與環(huán)境溫度為正相關(guān)。環(huán)境溫度愈高，第一參考電位Vl (T)愈高，第三參考電位V3充電至第一參考電位Vl (T)的時(shí)間愈長，時(shí)鐘寬度調(diào)制信號PWM的工作區(qū)間TPl愈長，馬達(dá)102 轉(zhuǎn)速愈快，所致動的散熱風(fēng)扇轉(zhuǎn)速愈快。反之，環(huán)境溫度愈低，第一參考電位Vl (T)愈低，第三參考電位V3充電至第一參考電位Vl⑴的時(shí)間愈短，時(shí)鐘寬度調(diào)制信號PWM的工作區(qū)間 TPl愈短，馬達(dá)102轉(zhuǎn)速愈慢，所致動的散熱風(fēng)扇轉(zhuǎn)速愈慢。如此一來，散熱風(fēng)扇可視環(huán)境溫度調(diào)整其轉(zhuǎn)速，達(dá)到最好的功率使用。除了上面討論的變量TP1，脈沖寬度調(diào)制信號PWM的工作區(qū)間(TP1/TP2)的另一項(xiàng)可調(diào)整參數(shù)為脈沖寬度調(diào)制信號PWM的周期TP2。由于TP2的值是與時(shí)鐘信號CLK的周期相關(guān)，因此，本發(fā)明還公開一時(shí)鐘產(chǎn)生電路，藉以調(diào)整脈沖寬度調(diào)制信號PWM的周期TP2的長度。馬達(dá)控制裝置100的一時(shí)鐘產(chǎn)生電路114包括一第二運(yùn)算放大器0P2、一第一電阻R1、一第二電阻R2、一第三電阻R3、一第三開關(guān)SW3、一第四開關(guān)SW4、一第二電容C2、一第二電流源12、一第三電流源13、一第五開關(guān)SW5、以及一第六開關(guān)SW6。第一、第二以及第三電阻Rl、R2以及R3依序串接于一電源VDD與一地線之間形成一分壓器；第一電阻Rl與第二電阻R2的連結(jié)端點(diǎn)提供一第四參考電位V4，第二電阻R2與第三電阻R3的連結(jié)端點(diǎn)提供一第五參考電位V5。第三與第四開關(guān)SW3與SW4輪流耦接第四或第五參考電位V4或 V5至第二運(yùn)算放大器0P2的一反相輸入端(標(biāo)號‘_’ )。至于第二運(yùn)算放大器0P2的一非反相輸入端(標(biāo)號‘ + ’ )則耦接第二電容C2。第二電流源12負(fù)責(zé)產(chǎn)生一第二電流(以下同樣標(biāo)號為‘12’)，由第五開關(guān)SW5導(dǎo)向第二電容C2負(fù)責(zé)其充電操作。第三電流源13負(fù)責(zé)產(chǎn)生一第三電流(以下同樣標(biāo)號為’ 13’ )，由第六開關(guān)SW6與第二電容C2連結(jié)，以負(fù)責(zé)其放電操作。第二運(yùn)算放大器0P2將比較其非反相輸入端(‘ + ’) 與反相輸入端(‘_’)的電位，據(jù)以輸出時(shí)鐘信號CLK給觸發(fā)器108。為了使時(shí)鐘信號CLK 振蕩，上述第三、第四、第五與第六開關(guān)SW3、SW4、SW5與SW6的操作乃由時(shí)鐘信號CLK反饋控制。第三開關(guān)SW3與第五開關(guān)SW5于時(shí)鐘信號CLK除能時(shí)導(dǎo)通(即由反相時(shí)鐘信號⑩ 控制)，且第四開關(guān)SW4與第五開關(guān)SW5于時(shí)鐘信號CLK致能時(shí)導(dǎo)通(即由時(shí)鐘信號CLK控制)。上述時(shí)鐘信號產(chǎn)生電路114的設(shè)計(jì)所產(chǎn)生的時(shí)鐘信號CLK的振蕩周期TCLK可由以下方程式表示
…T R2 「 C2. VDD--TCLK =_R\ + R2 + R3
一/2///3由于脈沖寬度調(diào)制信號PWM的周期TP2近似時(shí)鐘信號CLK的周期TCLK(rP2srOJ0，因此，通過設(shè)計(jì)時(shí)鐘信號產(chǎn)生電路114內(nèi)的元件一如C2、R1 R3、 12、13-的值，即可調(diào)整脈沖寬度調(diào)制信號PWM的周期TP2的長度，改變脈沖寬度調(diào)制信號 PWM的工作區(qū)間(TP1/TP2)，進(jìn)而影響馬達(dá)102的轉(zhuǎn)速。此外，關(guān)于圖1所示的實(shí)施方式，更可將第一與第二電容Cl與C2設(shè)計(jì)為相同的電容值(Cl = C2)，將第一與第三電阻Rl與R3的電阻值總合設(shè)計(jì)為與第二電阻R2的電阻值相同(例如，Rl = R3 = 0. 5R2，R1+R3 = R2)，并且將第二與第三電流12與13設(shè)計(jì)為相同的大小(12 = 13)。由于第三參考電位V3自第二參考電位V2充電到第一參考電位Vl (T) 的時(shí)間TPl可由以下方程式表示
權(quán)利要求
1.一種馬達(dá)控制裝置，用以控制一馬達(dá)，其中包括一熱感測元件，感測該馬達(dá)的環(huán)境溫度，以供動態(tài)決定一第一參考電位； 一第一電容，具有一第一端以及一第二端，其中，該第一端耦接至一第二參考電位； 一第一運(yùn)算放大器，耦接該第一電容上述第二端以獲得一第三參考電位，并將該第三參考電位與該第一參考電位進(jìn)行比較；一充放電電路，根據(jù)一脈沖寬度調(diào)制信號對該第一電容充放電，以改變該第三參考電位；一觸發(fā)器，具有一設(shè)定端接收該第一運(yùn)算放大器一輸出端的信號，一重置端接收一時(shí)鐘信號，一輸出端耦接該充放電電路以供應(yīng)該脈沖寬度調(diào)制信號至該充放電電路；以及一邏輯電路，耦接該觸發(fā)器的該輸出端，以根據(jù)該脈沖寬度調(diào)制信號決定該馬達(dá)上的一驅(qū)動電流的一工作區(qū)間。
2.如權(quán)利要求1所述的馬達(dá)控制裝置，其中該第一參考電位耦接該第一運(yùn)算放大器的一反相輸入端； 該第三參考電位耦接該第一運(yùn)算放大器的一非反相輸入端；并且該觸發(fā)器的該輸出端的信號為該脈沖寬度調(diào)制信號的反相信號。
3.如權(quán)利要求2所述的馬達(dá)控制裝置，其中上述充放電電路包括 一第一電流源，供應(yīng)一第一電流；一第一開關(guān)，耦合于該第一電容的該第一與第二端點(diǎn)之間，在該脈沖寬度調(diào)制信號除能時(shí)導(dǎo)通；以及一第二開關(guān)，耦合于該第一電流源與該第一開關(guān)之間，在該脈沖寬度調(diào)制信號致能時(shí)導(dǎo)通，使該第一電容通過該第一電流充電。
4.如權(quán)利要求1所述的馬達(dá)控制裝置，還包括一時(shí)鐘產(chǎn)生電路，該時(shí)鐘產(chǎn)生電路包括 一第二運(yùn)算放大器，具有一非反相輸入端、一反相輸入端、以及一輸出端輸出該時(shí)鐘信號；一第一電阻、一第二電阻以及一第三電阻，依序串接于一電源與一地線之間，以于該第一與該第二電阻的連結(jié)端點(diǎn)提供一第四參考電位，并且于該第二與該第三電阻的連結(jié)端點(diǎn)提供一第五參考電位；一第三開關(guān)，在該時(shí)鐘信號除能時(shí)導(dǎo)通，以耦接該第四參考電位至該第二運(yùn)算放大器的該反相輸入端；一第四開關(guān)，在該時(shí)鐘信號致能時(shí)導(dǎo)通，以耦接該第五參考電位至該第二運(yùn)算放大器的該反相輸入端；一第二電容，耦接該第二運(yùn)算放大器的該非反相輸入端； 一第二電流源以及一第三電流源，分別提供一第二電流與一第三電流； 一第五開關(guān)，在該時(shí)鐘信號除能時(shí)導(dǎo)通，使該第二電容得通過該第二電流充電；以及一第六開關(guān)，在該時(shí)鐘信號致能時(shí)導(dǎo)通，使該第二電容得通過該第三電流放電。
5.如權(quán)利要求4所述的馬達(dá)控制裝置，其中 該第一與該第二電容的電容值相同；該第一與該第三電阻的電阻值的總合與該第二電阻的電阻值相同；且該第二與該第三電流的電流值相同。
6.如權(quán)利要求4所述的馬達(dá)控制裝置，其中該第一電流源包括一第一參考電阻，根據(jù)該第一參考電阻的電阻值以決定該第一電流的大?。磺以摰诙娏髟窗ㄒ坏诙⒖茧娮?，根據(jù)該第二參考電阻的電阻值，以決定該第二電流的大小。
7.如權(quán)利要求6所述的馬達(dá)控制裝置，其中該第一與該第二參考電阻制作于芯片外， 方便使用者替換。
8.如權(quán)利要求1所述的馬達(dá)控制裝置，還包括一霍爾效應(yīng)感測器，感測該馬達(dá)的狀態(tài)，藉以決定該馬達(dá)上該驅(qū)動電流的方向。
9.如權(quán)利要求1所述的馬達(dá)驅(qū)動裝置，還包含一驅(qū)動電流設(shè)定電路，該電路具有 一第七開關(guān)，耦合于該馬達(dá)的一第一端與一電源端之間；一第八開關(guān)，耦合于該馬達(dá)的一第二端與一地線之間； 一第九開關(guān)，耦合于該馬達(dá)的該第二端與該電源端之間； 一第十開關(guān)，耦合于該馬達(dá)的該第一端與該地線之間；其中當(dāng)該第七開關(guān)與第八開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，該馬達(dá)的該驅(qū)動電流呈一第一方向；以及其中當(dāng)該第九開關(guān)與第十開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，該馬達(dá)的該驅(qū)動電流呈一第二方向。
10.如權(quán)利要求9所述的馬達(dá)控制裝置，其中該邏輯電路的操作包括在該霍爾效應(yīng)感測器的感測結(jié)果顯示該馬達(dá)的驅(qū)動電流應(yīng)為該第一方向時(shí)，令該第七與第八開關(guān)根據(jù)該脈沖寬度調(diào)制信號導(dǎo)通；以及在該霍爾效應(yīng)感測器的感測結(jié)果顯示該馬達(dá)的驅(qū)動電流應(yīng)為該第二方向時(shí)，令該第九與第十開關(guān)根據(jù)該脈沖寬度調(diào)制信號導(dǎo)通。
全文摘要
馬達(dá)控制裝置，用以控制一馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，其中包括熱感測元件、電容、運(yùn)算放大器、充放電電路、觸發(fā)器以及邏輯電路。熱感測元件用于感測馬達(dá)的環(huán)境溫度，以供動態(tài)決定第一參考電位。電容一端耦接第二參考電位，一端耦接由脈沖寬度調(diào)制信號動作的充放電電路、且提供第三參考電位。運(yùn)算放大器比較第一與第三參考電位，將比較結(jié)果提供給觸發(fā)器一設(shè)定端。觸發(fā)器還以一重置端接收一時(shí)鐘信號，其輸出端信號則應(yīng)用于產(chǎn)生上述脈沖寬度調(diào)制信號。除了供應(yīng)給充放電電路，脈沖寬度調(diào)制信號還是邏輯電路決定馬達(dá)上驅(qū)動電流的工作區(qū)間的依據(jù)。
文檔編號H02P6/16GK102457221SQ20101052792
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月21日
發(fā)明者許齊麟 申請人:普誠科技股份有限公司