專利名稱：電動機的驅(qū)動電路、驅(qū)動方法及冷卻裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及利用了脈沖寬度調(diào)制(PWM)的電動機的驅(qū)動技術，特別涉及起動時的 控制技術。
背景技術：
伴隨近年來的個人計算機或者工作站的高速化，CPU (Central Processing Unit(中央處理單元))或DSP(Digital Signal Processing(數(shù)字信號處理))等的運算 處理用LSI (Large Scale Integration (大規(guī)模集成電路))的工作速度不斷上升。這樣的 LSI，隨著其工作速度亦即時鐘頻率升高發(fā)熱量也增大。來自LSI的發(fā)熱，有使該LSI自身 誘發(fā)熱逸潰，或者對于周圍的電路產(chǎn)生影響這樣的問題。因此，LSI的適當?shù)臒崂鋮s成為極 為重要的技術。作為冷卻LSI的技術的一例，有通過冷卻風扇的空冷式的冷卻方法。在該方法中， 例如面對LSI的表面設置冷卻風扇，通過冷卻風扇向LSI表面噴吹冷空氣。在驅(qū)動構成冷卻風扇的電動機(也稱風扇電動機)的情況下，有時通過脈沖寬度 調(diào)制控制電動機的通電時間(占空比)來控制電動機的轉(zhuǎn)矩即轉(zhuǎn)速的情況。專利文獻1特開2005-6405號公報專利文獻2特開平10-234130號公報專利文獻3特開2008-263733號公報專利文獻4特開2006-180608號公報

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明人研究這樣的PWM方式的電動機驅(qū)動電路，認識到以下的課題。圖1是表示風扇電動機的轉(zhuǎn)速和占空比的關系的圖。在電動機停止的狀態(tài)下，在 使占空比從0%向100%增加時，在占空比比某個閾值(例如15% )低的區(qū)域內(nèi)，得不到足 夠使電動機開始轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)矩，電動機的轉(zhuǎn)速為0。在占空比比閾值高的區(qū)域內(nèi)，隨著占空比 上升，轉(zhuǎn)速也增加(加速特性(I))。反之，在電動機轉(zhuǎn)動的狀態(tài)下，在使占空比向0%減小 時，當占空比在圖1的例子中低于9%時，電動機停止(制動特性(II))。為了使處于停止狀態(tài)的電動機平穩(wěn)地起動，只要以低的占空比驅(qū)動而得到低的電 動機轉(zhuǎn)速即可。但是，如圖1所示，當占空比過低時，有時轉(zhuǎn)矩不足，電動機不起動。反之， 為使電動機可靠地起動，只要以高的占空比驅(qū)動即可，但是當占空比過高時風扇電動機的 風切聲過大。特別在要求靜音性的筆記本PC等中，風扇電動機的聲音對于產(chǎn)品的價值有很 大的影響。從這樣的事情出發(fā)，在以往，需要搭載風扇電動機的裝置的設計者通過嘗試來改 變起動時的占空比。這樣的問題不限于風扇電動機，是適合于全部其他電動機的問題。本發(fā)明在這樣的狀況下完成，其某一形式的例示的目的在于，提供通過可靠而且 簡易的控制能夠起動電動機的驅(qū)動技術。
本發(fā)明的某一形式涉及一種驅(qū)動電路，用于接受根據(jù)目標轉(zhuǎn)速進行了脈沖寬度調(diào) 制的控制脈沖信號，根據(jù)該控制脈沖信號驅(qū)動電動機。該驅(qū)動電路具有產(chǎn)生規(guī)定的占空比 的起動脈沖信號的起動脈沖信號生成單元；將起動脈沖信號和控制脈沖信號的一方作為驅(qū) 動脈沖信號輸出的控制單元；和根據(jù)驅(qū)動脈沖信號，通過脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動電動機的驅(qū)動 單元?？刂茊卧陔妱訖C的停止狀態(tài)下，將控制脈沖信號的占空比從零轉(zhuǎn)變到非零作為契 機開始電動機的驅(qū)動，在從電動機的驅(qū)動開始的某一起動期間中，將起動脈沖信號作為驅(qū) 動脈沖信號輸出，在經(jīng)過起動期間后，將控制脈沖信號作為驅(qū)動脈沖信號輸出。根據(jù)這樣的形式，即使在控制脈沖信號的占空比過低，達不到電動機開始起動的 轉(zhuǎn)矩的情況下，也可以按在驅(qū)動電路內(nèi)部生成的起動脈沖信號的占空比可靠地起動電動 機。控制單元也可以在起動期間中，在控制脈沖信號的占空比比規(guī)定的閾值低時將起 動脈沖信號作為驅(qū)動脈沖信號輸出，在控制脈沖信號的占空比比閾值高時，將控制脈沖信 號作為驅(qū)動脈沖信號輸出。根據(jù)該形式，可以犧牲靜音性，從而在短時間內(nèi)起動電動機，例如在希望通過風扇 電動機急速地冷卻對象物時是有效的。起動脈沖信號生成單元也可以是以規(guī)定的頻率振蕩的振蕩器。起動脈沖信號生成單元也可以生成這樣的起動脈沖信號該信號在從控制脈沖信 號的正邊沿或者負邊沿的一方的邊沿起規(guī)定的時間內(nèi)取第一電平，其后，在到下一個該一 方的邊沿的期間內(nèi)取與第一電平互補的第二電平。在這種情況下，能夠生成與控制脈沖信號同步的起動脈沖信號，能夠簡化生成驅(qū) 動脈沖信號時的信號處理。起動期間也可以是從電動機的驅(qū)動開始至經(jīng)過規(guī)定時間為止的期間。起動期間也可以是從電動機的驅(qū)動開始至電動機的轉(zhuǎn)速達到規(guī)定值為止的期間。起動期間也可以是從電動機的驅(qū)動開始至電動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動規(guī)定的角度為止的 期間。本發(fā)明的某一形式的驅(qū)動電路還可以具有鎖定保護電路，用于在電動機停止時 使停止對電動機的通電；和鎖定控制單元，用于在控制脈沖信號指示了將電動機連續(xù)停止 規(guī)定的第一時間以上時，使鎖定保護電路成為非激活的(non-active)。根據(jù)該形式，因為鎖定控制單元在控制脈沖信號指示了將電動機連續(xù)停止第一時 間以上的情況下，使鎖定保護電路成為非激活的，所以能夠通過來自控制脈沖信號的指示 迅速進行電動機停止后的再起動。驅(qū)動電路也可以一體集成在一個半導體基板上。所謂“一體集成”，包含電路的所 有構成元件形成在半導體基板上的情況，或者電路的主要構成元件被一體集成的情況，電 路常數(shù)的調(diào)節(jié)用的一部分電阻或者電容等也可以設置在半導體基板的外部。通過將電動機 驅(qū)動電路作為一個LSI來集成，能夠削減電路面積。本發(fā)明的另外的形式涉及冷卻裝置。該冷卻裝置具有風扇電動機、和驅(qū)動風扇電 動機的上述的任何一種形式的驅(qū)動電路。因為能夠可靠地起動風扇電動機，所以能夠合適地冷卻對象物。本發(fā)明的再一另外的形式涉及一種驅(qū)動方法，用于根據(jù)進行了脈沖寬度調(diào)制的控制脈沖信號驅(qū)動電動機。該方法具有將控制脈沖信號的占空比從零轉(zhuǎn)變?yōu)榉橇阕鳛槠鯔C而 開始電動機的驅(qū)動的第一步驟；在從電動機的驅(qū)動開始的起動期間中不依存控制脈沖信號 的占空比而以規(guī)定的占空比驅(qū)動電動機的第二步驟；和經(jīng)過起動期間后以控制脈沖信號的 占空比驅(qū)動電動機的第三步驟。在第二步驟中，也可以在起動期間中，在控制脈沖信號的占空比比規(guī)定的閾值低 時，以規(guī)定的占空比驅(qū)動電動機，在控制脈沖信號的占空比比閾值高時，以控制脈沖信號的 占空比驅(qū)動電動機。再有，在方法、裝置、系統(tǒng)等之間變換了以上的構成元件的任意的組合、本發(fā)明的 表現(xiàn)所得到的，作為本發(fā)明的形式也是有效的。根據(jù)本發(fā)明的某一種形式，能夠以可靠而且簡易的控制來起動電動機。


圖1是表示風扇電動機的轉(zhuǎn)速和占空比之間的關系的圖。圖2是表示具有實施形式的電動機驅(qū)動電路的冷卻系統(tǒng)的結構的電路圖。圖3是表示圖2的電動機驅(qū)動電路的動作的時間圖(time chart)。圖4是表示圖2的冷卻系統(tǒng)中的風扇電動機的轉(zhuǎn)速和控制脈沖信號的占空比的關 系的圖。圖5是表示第一變形例中的起動脈沖信號生成單元的結構的電路圖。圖6是表示第一變形例的電動機驅(qū)動電路的動作的時間圖。圖7是表示可切換起動輔助功能的有效和無效的控制單元的結構例的電路圖。標號說明100電動機驅(qū)動電路、102第一輸入端子、104第二輸入端子、106控制輸入端子、 108第一輸出端子、110第二輸出端子、2冷卻系統(tǒng)、4風扇電動機、6外部控制器、8霍爾元 件、10驅(qū)動單元、AMPl第一放大器、AMP2第二放大器、OAl第一運算放大器、Ril第一輸入電 阻、Ri2第二輸入電阻、Rfl第一反饋電阻、Rf2第二反饋電阻、0A2第二運算放大器、14控制 單元、16起動脈沖信號生成單元、30保護電路、31滯后比較器、32鎖定保護電路、34鎖定控 制單元、36計數(shù)器、38振蕩器、40備用控制單元、42偏置電壓源、44起動電路、VHl第一霍爾 信號、VH2第二霍爾信號、CNTl控制脈沖信號、SPl起動脈沖信號、DRVl驅(qū)動脈沖信號
具體實施例方式下面根據(jù)合適的實施形式參照

本發(fā)明。對在各附圖中表示的同一或者同 等的結構元件、構件、處理附加同一標號，適當省略重復的說明。另外，實施形式不限定發(fā)明 而是例示，實施形式中記述的所有特征或其組合，未必是發(fā)明的本質(zhì)。在本說明書中，所謂“構件A與構件B進行了連接的狀態(tài)”，包含除了構件A和構件 B被直接物理地連接的情況之外，也包含構件A和構件B通過不影響電氣連接狀態(tài)的其他構 件被間接地連接的情況。同樣，所謂“構件C被設置在構件A和構件B之間的狀態(tài)”，包含除了構件A和構件 C、或者構件B和構件C被直接連接的情況外，也包含通過不影響電氣連接狀態(tài)的其他構件 被間接地連接的情況。
本實施形式涉及用于冷卻CPU等冷卻對象物(簡稱對象物)的風扇電動機的驅(qū)動電路。圖2是表示具有實施形式的電動機驅(qū)動電路100的冷卻系統(tǒng)2的結構的電路圖。冷卻系統(tǒng)2主要包含風扇電動機4、外部控制器6、霍爾元件8、電動機驅(qū)動電路 100、對象物9。風扇電動機4是單相全波電動機，面對對象物9配置。對象物9在某一形式中是 在冷卻對象的CPU上連接的散熱管(散熱器)，在某一形式中，是CPU自身。該風扇電動機 4，其線圈電流即通電狀態(tài)通過從電動機驅(qū)動電路100輸出的驅(qū)動電壓而受到控制，從而該 電動機的轉(zhuǎn)動受到控制。外部控制器6控制冷卻系統(tǒng)2全體。外部控制器6對于電動機驅(qū)動電路100的控 制輸入端子106，輸出根據(jù)風扇電動機4的目標轉(zhuǎn)速進行了脈沖寬度調(diào)制的控制脈沖信號 CNTl0控制脈沖信號CNTl的占空比也稱為外部占空比DREXT?；魻栐?的第一端子通過電阻R12與施加霍爾偏置電壓HB的電源線連接，其第 二端子通過電阻Rll接地。通過電阻R12以及電阻R11，調(diào)節(jié)從霍爾元件8輸出的信號的振 幅。因此，根據(jù)后述的滯后比較器31的同相輸入范圍，也可以使電阻Rll或者電阻R12的 任何一方或者雙方被短路。順便說，霍爾偏置電壓HB通過電動機驅(qū)動電路100的偏置電壓 源42生成?；魻栐?根據(jù)風扇電動機4的轉(zhuǎn)子的位置輸出電平(level)變化的第一霍爾信 號VH1、第二霍爾信號VH2。在風扇電動機4轉(zhuǎn)動時，第一霍爾信號VHl和第二霍爾信號VH2 互相反相，其周期(頻率)是根據(jù)風扇電動機4的轉(zhuǎn)速變化的正弦波。電動機驅(qū)動電路100分別在第一輸入端子102、第二輸入端子104上接受第一霍爾 信號VH1、第二霍爾信號VH2。電動機驅(qū)動電路100根據(jù)霍爾信號VH1、VH2檢測風扇電動機 4的轉(zhuǎn)子的位置，根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置一邊反轉(zhuǎn)供給風扇電動機4的電壓的極性，同時根據(jù)控制 脈沖信號CNTl PWM驅(qū)動風扇電動機4。亦即在風扇電動機4的兩端有正弦波狀的包絡線， 而且施加被脈沖寬度調(diào)制后的開關信號。再有，PWM驅(qū)動的方法沒有受到特別限定。亦即在冷卻系統(tǒng)2中，風扇電動機4的轉(zhuǎn)速根據(jù)外部控制器6生成的控制脈沖信 號CNTl的占空比DREXT受到控制，其結果，對象物的溫度被調(diào)節(jié)。以上是冷卻系統(tǒng)2的全體的結構。以下說明電動機驅(qū)動電路100的結構。電動機驅(qū)動電路100具有驅(qū)動單元10、控制單元14、起動脈沖信號生成單元16、保 護電路30、備用控制單元40、偏置電壓源42、起動電路44，被集成在一個半導體基板上。驅(qū)動單元10接受從控制單元14輸出的驅(qū)動脈沖信號DRV1，利用該驅(qū)動脈沖信號 DRVl，通過脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動風扇電動機4。例如驅(qū)動單元10包含第一放大器AMP1、第二放大器AMP2。第一放大器AMP1、第二 放大器AMP2分別是反轉(zhuǎn)放大第一霍爾信號VH1、第二霍爾信號VH2的反轉(zhuǎn)放大器。具體地說，第一放大器AMPl包含第一運算放大器0A1、第一輸入電阻Ril、第一反 饋電阻Rfl。第一輸入電阻Ril設置在第一輸入端子102和第一運算放大器OAl的反轉(zhuǎn)輸 入端子之間。第一反饋電阻Rfl設置在第一運算放大器OAl的輸出端子和反轉(zhuǎn)輸入端子之 間。第一運算放大器OAl的非反轉(zhuǎn)輸入端子與第二放大器AMP2側的第二運算放大器0A2 的反轉(zhuǎn)輸入端子連接。第二放大器AMP2與第一放大器AMPl同樣地構成。第一運算放大器 0A1、第二運算放大器0A2的非反轉(zhuǎn)輸入端子，也可以輸入基準偏置電壓。
第一放大器AMPl的輸出電壓OUTl通過第一輸出端子108供給風扇電動機4的一 端，第二放大器AMP2的輸出電壓0UT2通過第二輸出端子110供給風扇電動機4的另一端。
就第一放大器AMPl以及第二放大器AMP2來說，輸入驅(qū)動脈沖信號DRVl，各自的 輸出電壓0UT1、0UT2與驅(qū)動脈沖信號DRVl同步，交互重復(PWM驅(qū)動)取與霍爾電壓VH1、 VH2對應的值的狀態(tài)、和雙方同時成為低電平的狀態(tài)(稱為雙輸出L狀態(tài))。例如在第一運 算放大器0A1、第二運算放大器0A2各自的輸出級以包含高側(high side)晶體管和低側 晶體管的推挽形式構成的情況下，變成在風扇電動機4上連接H橋電路。在雙輸出L狀態(tài) 下，H橋的兩個低側晶體管被導通。當利用雙輸出L狀態(tài)時，因為能夠使電流在包含一方的 高側晶體管的導通電阻以及體二極管的一方、電動機、和另一方的晶體管的溝道的環(huán)狀路 徑中再生，所以在消耗電力的觀點上是有利的。代替雙輸出L狀態(tài)，也可以作為高阻抗狀態(tài)。在這種情況下，在應該成為高阻抗的 期間中，只要構成H橋電路的所有的晶體管全部截止即可。起動脈沖信號生成單元16產(chǎn)生具有規(guī)定的占空比(也稱為內(nèi)部占空比)DRINT的 起動脈沖信號SP1。內(nèi)部占空比DRINT設定為能夠使停止的風扇電動機4旋轉(zhuǎn)的最小值以 上。更理想的是希望占空比DRINT的值設定為圖1的滯后的分支點以上。具體地說，在風 扇電動機4具有圖1表示的輸入輸出特性的情況下，起動脈沖信號SPl的占空比DRINT設 定為20%以上的值，例如50%。在占空比DRINT為50%的情況下，起動脈沖信號生成單元 16可以用以規(guī)定的頻率振蕩的振蕩器構成。期望起動脈沖信號SPl的頻率與控制脈沖信 號CNTl的頻率相等，或者比它高，在控制脈沖信號CNTl的頻率為20k 30kHz的情況下， 起動脈沖信號SPl的頻率設定為數(shù)十kHz?？刂茊卧?4將起動脈沖信號SPl和控制脈沖信號CNTl的一方作為驅(qū)動脈沖信號 DRVl輸出?？刂茊卧?4在風扇電動機4的停止狀態(tài)下，將來自外部控制器6的控制脈沖信號 CNTl的占空比DREXT從零轉(zhuǎn)變?yōu)榉橇?，換言之，從低電平轉(zhuǎn)變到高電平，再換言之，控制脈 沖信號CNTl的正邊沿，作為契機開始風扇電動機4的驅(qū)動?？刂茊卧?4在從風扇電動機4 的驅(qū)動開始的規(guī)定的期間(稱為起動期間)Ts中，將起動脈沖信號SPl作為驅(qū)動脈沖信號 DRVl輸出。將這種輸出稱為起動輔助功能。在經(jīng)過起動期間Ts后，控制單元14將控制脈 沖信號CNTl作為驅(qū)動脈沖信號DRVl輸出。起動期間Ts也可以是從風扇電動機4的驅(qū)動開始至經(jīng)過規(guī)定時間TCl為止的期 間。例如規(guī)定時間TCl為50 300ms左右?；蛘咂饎悠陂gTs也可以是從風扇電動機4的 驅(qū)動開始至風扇電動機4的轉(zhuǎn)速達到規(guī)定值為止的期間。或者起動期間Ts也可以是從風扇電動機4的驅(qū)動開始至其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動規(guī)定的角度 為止的期間。可以通過監(jiān)視霍爾信號VH1、VH2或者re信號獲得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動多少度。例如也 可以檢測re信號的邊沿，從風扇電動機4的驅(qū)動開始，將檢測到規(guī)定數(shù)目的邊沿作為契機 結束起動期間Ts。通過起動脈沖信號SPl實現(xiàn)的起動輔助功能，希望通過來自外部的控制信號可切 換有效、無效地構成。下面說明其理由。電動機驅(qū)動電路100，根據(jù)控制脈沖信號CNTl進行設計，以對風扇電動機4進行 PWM驅(qū)動，但因電動機驅(qū)動電路100所使用的平臺(platform)，有時使用被稱為電源PWM的方法。所謂電源PWM，是開關對電動機驅(qū)動電路100的電源端子101供給的電源電壓Vdd， 通過該開關的占空比控制風扇電動機4的轉(zhuǎn)速的方法。在進行電源PWM時，使控制脈沖信 號CNTl成為恒定電平。如果在進行PWM時起動輔助功能有效，則產(chǎn)生以下的問題。即通過開關對電動機 驅(qū)動電路100的電源電壓Vdd，起動脈沖信號生成單元16每周期被復位，每次開關電源電壓 Vdd就重復產(chǎn)生起動脈沖SP1，并供給到風扇電動機4。其結果，風扇電動機4的轉(zhuǎn)速，不是 通過電源PWM的占空比、而是通過起動脈沖SPl的占空比而被支配性地控制，有得不到希望 的轉(zhuǎn)速這樣的問題。從這樣的事情出發(fā)，電動機驅(qū)動電路100的起動輔助功能具有選擇端子SEL，用于 向電動機驅(qū)動電路100輸入用于設定驅(qū)動功能的有效、無效的選擇信號SEL。在選擇信號SEL指示許可起動輔助功能的情況下，如上述那樣，在起動期間Ts期 間，控制單元14輸出起動脈沖信號SP1，接著輸出控制脈沖信號CNT1。與此相反，在選擇信號SEL指示禁止起動輔助功能的情況下，控制單元14即使在 起動期間Ts也不選擇起動脈沖信號SP1，而輸出將第一運算放大器0A1、第二運算放大器 0A2導通的具有恒定電平的驅(qū)動脈沖信號DRV。圖7是表示可切換起動輔助功能的有效、無效的控制單元14的結構例的電路圖。 控制單元14具有計數(shù)器50、選擇器52、無效化信號生成單元54。無效化信號生成單元54接受選擇信號SEL，產(chǎn)生與其對應的電平的無效化信號 S2。無效化信號生成單元54包括在電源端子和接地端子之間串聯(lián)連接的晶體管56、電阻 R1、R2。晶體管56的柵極被輸入備用信號STB。在備用期間中，晶體管56截止，降低電阻 R1、R2的電力消耗。電阻Rl和R2的連接點與選擇端子連接。設計電阻值，以滿足R1>>R2。在選擇 端子SEL是高阻抗時，或者被施加高電平時，電阻Rl和R2的連接節(jié)點成為高電平，無效化 信號S2成為低電平，起動輔助功能成為有效。相反，在選擇端子被輸入低電平時，無效化信 號S2成為高電平，使起動輔助功能無效。順便說，各信號的邏輯電平的分配是設計事項，沒 有被限定。計數(shù)器50通過將備用復原、電源接入、來自鎖定保護的復原中的任何一種事件作 為契機，對時鐘CLK計數(shù)，測定規(guī)定的長度的起動期間Ts。從計數(shù)器50輸出的控制信號Sl 在起動期間Ts的期間被認定(assert)，其后被否認(negate)。對選擇器52來說，輸入控制信號Sl和無效化信號S2。在無效化信號S2被否認 (例如低電平)時，在控制信號Sl被認定的期間，選擇器52選擇起動脈沖信號SP1，在控制 信號Sl被否認的期間，選擇控制脈沖信號CNT1。相反，在無效化信號S2被認定(例如高電平)時，選擇器52固定地選擇控制脈沖 信號CNT1。在進行電源PWM時，因為控制脈沖信號CNTl取恒定值，所以驅(qū)動脈沖信號DRVl 取使第一運算放大器0A1、第二運算放大器0A2導通的電平。這樣通過能夠使起動輔助功能無效化，即使在進行電源PWM的平臺中也可以使用 電動機驅(qū)動電路100。電動機驅(qū)動電路100具有在風扇電動機4中夾有異物、停止了轉(zhuǎn)動時防止在風扇 電動機4中流過大電流的鎖定保護功能。
除了鎖定保護功能，電動機驅(qū)動電路100還具有在通過控制脈沖信號CNTl指示了 風扇電動機4停止規(guī)定時間以上的情況下，取消(非激活化)鎖定保護功能的功能(快速 起動功能)。1.鎖定保護功能
不管驅(qū)動脈沖信號DRVl重復高電平和低電平，在停止了風扇電動機4的轉(zhuǎn)動的情 況下，亦即風扇電動機4因被異物夾住等的不可抗力而鎖定了的情況下，保護電路30對于 驅(qū)動單元10指示停止對風扇電動機4通電。由此能夠防止對電動機線圈的過電流。2.快速起動功能在控制脈沖信號CNTl表示了規(guī)定時間以上低電平的情況下，亦即在有意地使風 扇電動機4停止的情況下，與上述情況不同，保護電路30許可通過驅(qū)動單元10對風扇電動 機4的通電。由此，有意地停止了風扇電動機4后的再起動動作變得平滑。保護電路30包含滯后比較器31、鎖定保護電路32、和鎖定控制單元(也稱為快速 起動電路)34。另外，還可以包含TSD(Thermal Shut Down(熱關斷))電路等。滯后比較器31比較第一霍爾信號VHl和第二霍爾信號VH2，輸出在VHl > VH2時 為高電平、在VHl <VH2時為低電平的方形波信號(re信號)。在風扇電動機4轉(zhuǎn)動時，re 信號有與風扇電動機4的轉(zhuǎn)速對應的頻率，在風扇電動機4停止時成為恒定電平。鎖定保護電路32在后述的使能信號EN被認定(轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖?時為激活的 (active)，在被否認(轉(zhuǎn)移到低電平)時為非激活的。在鎖定保護電路32為激活的情況下，監(jiān)視TO信號等檢測風扇電動機4有無轉(zhuǎn)動。 當檢測到風扇電動機4停止轉(zhuǎn)動(鎖定)時，鎖定保護電路32認定對于控制單元14的STOP 信號(轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖?。當STOP信號被認定時，控制單元14使第一放大器AMP1、第二放大 器AMP2的輸出在一定期間τ 2成為高阻抗，強制地停止對于風扇電動機4的通電。停止通電的期間τ 2，優(yōu)選為數(shù)百ms 數(shù)秒。當STOP信號被認定時，不管控制脈 沖信號CNTl或者起動脈沖信號SPl的占空比如何，都停止對風扇電動機4的電流供給。由 此防止風扇電動機4鎖定時流入過電流。此外，在從風扇電動機4停止起至該停止被鎖定 保護電路32確認為止設定有驗證期間。驗證期間例如為0. 5s左右，可以根據(jù)鎖定保護電 路32的內(nèi)部結構適宜決定。另一方面，在鎖定保護電路32為非激活的時，不管re信號的狀態(tài)如何，都否認 STOP信號。鎖定控制單元34在控制脈沖信號CNTl超過規(guī)定時間而表示了低電平的情況下， 否認使能信號EN(轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖?，使鎖定保護電路32成為非激活的。規(guī)定時間可以比控 制脈沖信號CNTl的周期充分長，也可以比風扇電動機4的鎖定被鎖定保護電路32確認為 止的驗證期間短。規(guī)定時間在實施形式中例如被設定為60ms。該60ms是根據(jù)設想的控制 脈沖信號CNTl的下限頻率中的關斷占空比的期間(低電平期間)?；蛘咴隍?qū)動靜摩擦更大 的風扇電動機4時，也可以使規(guī)定時間為250ms左右。鎖定控制單元34包含計數(shù)器36和時鐘生成器38。時鐘生成器38是生成規(guī)定的頻率的時鐘的振蕩器。規(guī)定的頻率要符合上述設定 了的規(guī)定時間而適宜決定。計數(shù)器36在控制脈沖信號CNTl表示低電平的期間，對時鐘生成 器38生成的時鐘的數(shù)目進行計數(shù)。亦即計數(shù)器36使用控制脈沖信號CNTl的下降沿復位計數(shù)值而開始計數(shù)，對時鐘進行計數(shù)至通過控制脈沖信號CNTl的下降沿再次被復位為止。 計數(shù)的結果，在檢測到控制脈沖信號CNTl超過上述的規(guī)定時間而表示了低電平時，計數(shù)器 36否認使能信號EN。鎖定保護電路32在使能信號EN被否認時為非激活的，輸出到控制單元14的STOP 信號也被否認。此時，因為控制脈沖信號CNTl連續(xù)地表示低電平，所以盡管STOP信號被否 認，但風扇電動機4也不被通電。另外，因使能信號EN被否認而成為了非激活的鎖定保護電路32，以后在控制脈沖 信號CNTl轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖綍r再次為激活的。備用控制單元40接受使能信號EN。備用控制單元40在使能信號EN被否認時開 始時間測定。這里，使能信號EN被否認的事實，意味著控制脈沖信號CNTl指示了將風扇電 動機4連續(xù)停止第一時間τ 1以上。然后，在控制脈沖信號CNTl被固定為低電平的狀態(tài)下，當從時間測定開始起經(jīng)過 第二時間τ 2時，電動機驅(qū)動電路100被設定為備用模式，電動機驅(qū)動電路100的至少一部 分動作停止，謀求節(jié)省電力。備用控制單元40，當控制脈沖信號CNTl持續(xù)低電平連續(xù)(τ 1+τ 2)的期間時，認 定備用信號STB，使電動機驅(qū)動電路100轉(zhuǎn)移到備用模式。備用信號STB在備用模式和通常 的動作模式中被供給執(zhí)行不同的處理的電路塊，或者在備用模式中被供給進行關機的電路 塊。下面說明有關備用處理。起動電路44是生成電動機驅(qū)動電路100的基準電壓的電壓源。備用控制單元40 在備用模式中使起動電路44停止。通過關閉基準電壓，基于該基準電壓生成的基準電流斷 路，所以停止對電動機驅(qū)動電路100內(nèi)的各塊供給基準電流，謀求降低電力消耗。另外，電動機驅(qū)動電路100包含生成要對霍爾元件8供給的霍爾偏置電壓HB的偏 置電壓源42。當備用信號STB成為高電平時，偏置電壓源42關閉從而停止對關機的霍爾元 件8供給霍爾偏置電壓ΗΒ。由此能夠減低霍爾元件8、電阻Rll、R12的電力消耗。進而在備用模式中，也可以關閉以驅(qū)動單元10為首的其他不需要的電路。備用控制單元40接受控制脈沖信號CNTl。備用控制單元40在備用模式中將控制 脈沖信號CNTl指示了驅(qū)動風扇電動機4作為契機，否認備用信號STB (轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖?，使 電動機驅(qū)動電路100從備用模式恢復為通常模式。例如，備用控制單元40也可以通過監(jiān)視 控制脈沖信號CNTl的邊沿，從而恢復到通常模式。當恢復為通常模式時，起動電路44起動而生成基準電壓。由此，對電動機驅(qū)動電 路100的各塊供給電流，重新開始動作。以上是電動機驅(qū)動電路100的結構。接著說明其動作。圖3是表示圖2的電動機驅(qū)動電路100的動作的時間圖。在時刻t0以前，風扇電 動機4停止，電動機驅(qū)動電路100為備用模式。在時刻t0以后，當從外部控制器6輸出具有非零的占空比的控制脈沖信號CNTl 時，以此為契機，電動機驅(qū)動電路100從備用模式恢復到通常模式，開始驅(qū)動風扇電動機4。 當電動機驅(qū)動電路100起動時，起動脈沖信號生成單元16開始產(chǎn)生起動脈沖信號SPl。在從起動開始的起動期間Ts的期間，控制單元14選擇起動脈沖信號SP1，作為驅(qū)動脈沖信號DRVl供給驅(qū)動單元10。因為起動脈沖信號SPl的占空比被設定為足以使風扇 電動機4從停止狀態(tài)轉(zhuǎn)動的值，所以風扇電動機4迅速地開始轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)速向與起動脈沖信號SPl的占空比對應的轉(zhuǎn)速開始上升。
其后，在經(jīng)過起動期間Ts后的時刻tl，控制單元14將驅(qū)動脈沖信號DRVl從起動 脈沖信號SPl切換到控制脈沖信號CNTl。其結果，通過外部控制器6進行風扇電動機4的 轉(zhuǎn)速控制變得有效，風扇電動機4以通過外部控制器6設定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動。以上是電動機驅(qū)動電路100的動作。根據(jù)圖2的電動機驅(qū)動電路100，即使在從外 部控制器6輸出的控制脈沖信號CNTl的占空比DREXT小的情況下，也能夠使風扇電動機4 可靠地轉(zhuǎn)動，在開始轉(zhuǎn)動后，能夠?qū)⑵滢D(zhuǎn)速設定為與控制脈沖信號CNTl的占空比DREXT對 應的值。亦即，因為冷卻系統(tǒng)2的設計者不用意識到使停止的風扇電動機4能夠轉(zhuǎn)動的最 小占空比，而僅需考慮風扇電動機4的目標轉(zhuǎn)速來設計控制脈沖信號CNTl的占空比DREXT 即可，所以能夠比以往減輕設計的負擔。圖4是表示圖2的冷卻系統(tǒng)2中的風扇電動機4的轉(zhuǎn)速和控制脈沖信號CNTl的占 空比DREXT之間的關系的圖。在圖2的電動機驅(qū)動電路100中，在起動期間Ts中，不管外 部占空比DREXT如何，都將風扇電動機4的驅(qū)動占空比設定為在IC內(nèi)部已決定的占空比， 例如50%。因此，在控制脈沖信號CNTl的占空比DREXT低的情況下，成為與使占空比降低 并施加制動等價，能夠?qū)崿F(xiàn)圖1的制動特性(H)。例如在現(xiàn)有技術中，為使風扇電動機4以500rpm轉(zhuǎn)動，將控制脈沖信號CNTl的占 空比DREXT設定為12%的情況下，不能使停止狀態(tài)的風扇電動機4轉(zhuǎn)動(參照圖1)。與此 相反，在圖2的電動機驅(qū)動電路100中，如果將控制脈沖信號CNTl的占空比DREXT設定為 12%,則能夠以500rpm使風扇電動機4轉(zhuǎn)動(圖4)。進而，根據(jù)實施形式的電動機驅(qū)動電路100，因為在控制脈沖信號CNTl表示超過 規(guī)定時間的低電平的情況下，鎖定控制單元34使鎖定保護電路32非激活的，所以能夠區(qū)別 因控制脈沖信號CNTl造成的電動機的停止和因不可抗力造成的電動機的鎖定。因此，電動 機驅(qū)動電路100在因控制脈沖信號CNTl停止了風扇電動機4的轉(zhuǎn)動后，能夠迅速地重新開 始其轉(zhuǎn)動，例如在風扇電動機4的停止中需要急劇冷卻設備等情況下，可得到極快的冷卻 效果。這意味著，與在上述的驅(qū)動期間Ts中以內(nèi)部占空比DRINT驅(qū)動風扇電動機4相結合， 能夠急速地冷卻對象物9。下面說明實施形式的進一步的效果。當將使能信號EN切換為低電平時，備用控制 單元40測定控制脈沖信號CNTl為低電平的時間，當該時間持續(xù)第二時間τ 2時，將備用信 號STB切換為高電平，使電動機驅(qū)動電路100的各塊的動作停止。其結果，電動機驅(qū)動電路 100的電路電流降低至OmA附近，實現(xiàn)低電力消耗。其后，當控制脈沖信號CNTl成為高電平時，備用控制單元40將備用信號STB切換 為低電平，使電動機驅(qū)動電路100的各塊恢復到動作狀態(tài)。如果在經(jīng)過第二時間τ 2前，驅(qū) 動脈沖信號DRVl成為高電平，則不轉(zhuǎn)移到備用模式，而重新開始風扇電動機4的轉(zhuǎn)動。順 便說，計數(shù)器36的設定次序，也可以是τ2>0。這樣，根據(jù)本實施形式的電動機驅(qū)動電路100，當不指示風扇電動機4轉(zhuǎn)動的狀態(tài) 持續(xù)規(guī)定時間(τ1+τ2)時，通過切換到備用模式，能夠比以往降低電路的消耗電流。進而，向備用模式的轉(zhuǎn)移，因為根據(jù)使能信號EN執(zhí)行，所以在向備用模式轉(zhuǎn)移時，必然保證鎖 定保護電路32的功能被無效。因此，在下次指示了重新開始風扇電動機4的轉(zhuǎn)動時，能夠 立即從備用模式恢復為通常模式，使風扇電動機4轉(zhuǎn)動。以上，根據(jù)實施形式說明了本發(fā)明。該實施形式是例示，本領域技術人員應該理 解，在它們的各結構元件或者各處理過程的組合中能夠有各種各樣的變形例，而那樣的變 形例也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。下面說明這樣的變形例。(第一變形例)在第一變形例中，起動脈沖信號生成單元16不是振蕩器，而是別的結構。圖5 表示第一變形例中的起動脈沖信號生成單元16a的結構的電路圖。起動脈沖信號生成單元 16a包含電流源CSl、比較器CMPl、RS鎖存器、開關SWl以及電容器Cl。電容器Cl設置在 電動機驅(qū)動電路100的外部，一端被接地。電流源CSl在激活的狀態(tài)下對電容器Cl以恒定電流Ic充電。開關SWl在RS鎖存 器的反轉(zhuǎn)輸出#Q(#表示邏輯反轉(zhuǎn))成為高電平時導通，對電容器Cl的電荷進行放電。比 較器CMP1比較電容器C1的電位Vc 1與規(guī)定的閾值Vth 1，在Vc 1 > Vth 1時輸出作為高電平 的比較信號Sc。RS鎖存器通過比較信號Sc的正邊沿被復位，通過控制脈沖信號CNTl的負 邊沿被置位。RS鎖存器的輸出Q是高電平時電流源CSl為激活的。該起動脈沖信號生成單元16a生成起動脈沖信號SPl，該起動脈沖信號在從控制 脈沖信號CNTl的正邊沿(或者負邊沿)起規(guī)定的導通時間Ton期間，取第一電平(高電 平)，其后，在到下一正邊沿為止的期間，取與第一電平互補的第二電平(低電平)。圖6是表示第一變形例的電動機驅(qū)動電路的動作的時間圖。使用第一變形例的起 動脈沖信號生成單元16a時，能夠使控制脈沖信號CNTl和起動脈沖信號SPl同步。另外通 過調(diào)節(jié)閾值電壓Vthl，能夠?qū)⑵饎用}沖信號SPl的占空比DRINT調(diào)節(jié)為任意的值。另外在第一變形例中，在起動期間Ts中，控制單元14也可以將起動脈沖信號SPl 與控制脈沖信號CNTl的邏輯和作為驅(qū)動脈沖信號DRVl輸出。亦即，根據(jù)第一變形例，能夠 簡化生成驅(qū)動脈沖信號DRINT時的信號處理。進而，因為通過調(diào)整電容器Cl的電容值，能 夠改變頻率和占空比，所以能夠應對各種各樣的電動機。(第二變形例)在第二變形例中，控制單元14在從風扇電動機4的驅(qū)動開始的起動期間Ts，僅在 控制脈沖信號CNTl的占空比DREXT比規(guī)定的閾值DRTH低時，才將起動脈沖信號SPl作為 驅(qū)動脈沖信號DRVl輸出。在控制脈沖信號CNTl的占空比DREXT比規(guī)定的閾值DRTH高時， 控制單元14將控制脈沖信號CNTl作為驅(qū)動脈沖信號DRVl輸出。第二變形例在要急速地冷卻在風扇電動機4的停止中溫度已非常高的對象物9的 情況下是有效的。在圖2中的電動機驅(qū)動電路100中，即使假定將控制脈沖信號CNTl的占空比 DREXT已為100%的情況下，也因為在起動期間Ts中，風扇電動機4的驅(qū)動占空比被強制地 限制為DRINT，所以風扇電動機4開始慢慢轉(zhuǎn)動。與此相對，在第二變形例中，通過產(chǎn)生占空 比DREXT比閾值DRTH高的控制脈沖信號CNT1，即使在起動期間Ts中，也因為風扇電動機4 基于控制脈沖信號CNTl被驅(qū)動，所以能夠使風扇電動機4的轉(zhuǎn)速急速上升。(其他的變形例)
在實施形式中，說明了驅(qū)動單元10在風扇電動機4的兩端施加具有正弦波的包絡線的驅(qū)動電壓的情況，但是本發(fā)明不限于那種情況。例如在專利文獻3記載的那樣，也可以 利用H橋電路對風扇電動機4施加具有矩形波(脈沖狀)的包絡線的開關信號從而對于通 電時間進行PWM控制。另外，在實施形式中，說明了風扇電動機4是單相電動機的情況，但是本發(fā)明不限于此。風扇電動機4也可以是多相電動機。另外，在實施形式中，通過霍爾元件8檢測出風扇電動機4的轉(zhuǎn)動，但是本發(fā)明不限于此。風扇電動機4的轉(zhuǎn)動也可以通過監(jiān)視風扇電動機4的線圈中產(chǎn)生的感應電壓來檢 測。另外，在實施形式中，鎖定控制單元34通過使用計數(shù)器36計數(shù)由時鐘生成器38 生成的時鐘來監(jiān)視控制脈沖信號CNTl表示低電平的時間，但是本發(fā)明不限于此?？刂泼}沖 信號CNTl表示低電平的時間也可以通過使用了電容器和電阻的時間常數(shù)電路來測定。在實施形式中，鎖定保護電路32監(jiān)視TO信號，但是本發(fā)明不限于此。鎖定保護電 路32也可以監(jiān)視第一霍爾信號VHl或者第二霍爾信號VH2，也可以監(jiān)視在風扇電動機4的 線圈中產(chǎn)生的感應電壓。根據(jù)實施形式，使用特定的語句說明了本發(fā)明，但是實施形式不過表示本發(fā)明的 原理、應用，在實施形式中，在不脫離權利要求的范圍內(nèi)規(guī)定的本發(fā)明的思想的范圍內(nèi)，可 實現(xiàn)多種變形例或者配置的變更。
權利要求
一種驅(qū)動電路，用于接受根據(jù)目標轉(zhuǎn)速進行了脈沖寬度調(diào)制的控制脈沖信號，基于該控制脈沖信號驅(qū)動電動機，其特征在于，具有產(chǎn)生規(guī)定的占空比的起動脈沖信號的起動脈沖信號生成單元；將所述起動脈沖信號和所述控制脈沖信號的一方作為驅(qū)動脈沖信號輸出的控制單元；和基于所述驅(qū)動脈沖信號，通過脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動所述電動機的驅(qū)動單元，所述控制單元在所述電動機的停止狀態(tài)下，將所述控制脈沖信號的占空比從零轉(zhuǎn)變?yōu)榉橇阕鳛槠鯔C而開始所述電動機的驅(qū)動，在從所述電動機的驅(qū)動開始的某一起動期間中，將所述起動脈沖信號作為所述驅(qū)動脈沖信號輸出，在經(jīng)過所述起動期間后，將所述控制脈沖信號作為所述驅(qū)動脈沖信號輸出。
2.根據(jù)權利要求1所述的驅(qū)動電路，其特征在于，所述控制單元在所述起動期間中，在 所述控制脈沖信號的占空比比規(guī)定的閾值低時，將所述起動脈沖信號作為所述驅(qū)動脈沖信 號輸出，在所述控制脈沖信號的占空比比所述閾值高時，將所述控制脈沖信號作為所述驅(qū) 動脈沖信號輸出。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的驅(qū)動電路，其特征在于，所述起動脈沖信號生成單元是以 規(guī)定的頻率振蕩的振蕩器。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的驅(qū)動電路，其特征在于，所述起動脈沖信號生成單元生成 這樣的起動脈沖信號該信號在從所述控制脈沖信號的正邊沿或者負邊沿的一方的邊沿起 規(guī)定的時間內(nèi)取第一電平，其后，在到下一個所述一方的邊沿的期間內(nèi)取與所述第一電平 互補的第二電平。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的驅(qū)動電路，其特征在于，所述起動期間是從所述電動機的 驅(qū)動開始至經(jīng)過規(guī)定時間為止的期間。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的驅(qū)動電路，其特征在于，所述起動期間是從所述電動機的 驅(qū)動開始至所述電動機的轉(zhuǎn)速達到規(guī)定值為止的期間。
7.根據(jù)權利要求1或2所述的驅(qū)動電路，其特征在于，還具有鎖定保護電路，用于在所述電動機停止的情況下，停止對所述電動機的通電；和 鎖定控制單元，用于在所述控制脈沖信號指示了將所述電動機連續(xù)停止規(guī)定的第一時 間以上時，使所述鎖定保護電路成為非激活的。
8.—種冷卻裝置，其特征在于，具有 風扇電動機；和驅(qū)動所述風扇電動機的權利要求1或2所述的驅(qū)動電路。
9.一種驅(qū)動方法，用于根據(jù)進行了脈沖寬度調(diào)制的控制脈沖信號驅(qū)動電動機，其特征 在于，具有第一步驟，用于將所述控制脈沖信號的占空比從零轉(zhuǎn)變?yōu)榉橇阕鳛槠鯔C而開始所述電 動機的驅(qū)動；第二步驟，用于在從所述電動機的驅(qū)動開始的某一起動期間中，不依存所述控制脈沖 信號的占空比而以規(guī)定的占空比驅(qū)動所述電動機；和第三步驟，用于在經(jīng)過所述起動期間后，以所述控制脈沖信號的占空比驅(qū)動所述電動機。
10.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于，在所述第二步驟中，在所述起動期間中， 在所述控制脈沖信號的占空比比規(guī)定的閾值低時，以所述規(guī)定的占空比驅(qū)動所述電動機， 在所述控制脈沖信號的占空比比所述閾值高時，以所述控制脈沖信號的占空比驅(qū)動所述電 動機。
11.根據(jù)權利要求1所述的驅(qū)動電路，其特征在于，還具有選擇端子，用于接受基于所 述起動脈沖信號指示驅(qū)動的有效、無效的選擇信號。
12.根據(jù)權利要求11所述的驅(qū)動電路，其特征在于，所述控制單元具有計數(shù)器，用于通過將備用復原、電源接入、來自鎖定保護的復原的至少一個事件作為契 機，對時鐘進行計數(shù)，從而測定規(guī)定的長度的起動期間；和選擇器，用于在所述計數(shù)器的輸出表示所述起動期間時，選擇所述起動脈沖信號，在所 述計數(shù)器的輸出表示所述起動期間以外時，選擇所述控制脈沖信號，所述選擇器在所述選擇信號基于所述起動脈沖信號指示驅(qū)動無效時，固定地選擇所述 控制脈沖信號。
13.根據(jù)權利要求12所述的驅(qū)動電路，其特征在于，所述控制單元還具有在電源端子和所述選擇端子之間串聯(lián)設置的P溝道金屬氧化物半導體場效應晶體管 以及第一電阻；和在所述選擇端子和接地端子之間設置的第二電阻，所述選擇器根據(jù)在所述選擇端子上產(chǎn)生的電位，根據(jù)所述起動脈沖信號判定驅(qū)動的有 效、無效。
全文摘要
本發(fā)明的電動機驅(qū)動電路(100)接受根據(jù)目標轉(zhuǎn)速進行了脈沖寬度調(diào)制的控制脈沖信號(CNT1)，驅(qū)動風扇電動機(4)。起動脈沖信號生成單元(16)產(chǎn)生規(guī)定的占空比的起動脈沖信號(SP1)。驅(qū)動單元(10)基于來自控制單元(14)的驅(qū)動脈沖信號(DRV1)，通過脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動風扇電動機(4)。控制單元(14)在風扇電動機(4)的停止狀態(tài)下，將控制脈沖信號(CNT1)的占空比從零轉(zhuǎn)變到非零作為契機開始風扇電動機(4)的驅(qū)動。控制單元(14)在從驅(qū)動開始的某一起動期間(Ts)中，將起動脈沖信號(SP1)作為驅(qū)動脈沖信號(DRV1)輸出，在經(jīng)過起動期間(Ts)后，將控制脈沖信號(CNT1)作為驅(qū)動脈沖信號(DRV1)輸出。
文檔編號H02P6/20GK101807873SQ201010148969
公開日2010年8月18日 申請日期2010年2月20日 優(yōu)先權日2009年2月17日
發(fā)明者三島智文 申請人:羅姆股份有限公司