风扇马达断电自动煞车之电路的制作方法

本发明有关于一种风扇马达断电自动煞车之电路，尤指一种具有自动煞车功能之风扇马达断电自动煞车之电路。

背景技术：

近年来，利用数位微控制器(Micro-Controller Unit,MCU)结合电力电子开关驱动电路，进行电子产品之设计，已是目前业界常用的技术。然而，在操作该电子产品时，该数位微控制器及该电力电子开关会因为操作在高频而导致该电子产品产生大量热量；因此，该电子产品之散热需求将成为相当重要的设计课题。

目前，较常见的散热方式以风扇系统之运转进行该电子产品之驱风散热，然而基于风扇控制及使用者安全操作之考量，该风扇系统通常会结合一煞车电路，以便在电源断电时，停止该风扇系统之运转，以确保风扇控制之精确性及使用者之操作安全。

参阅图1所示，一般已知风扇煞车电路1包含桥式驱动器11、一控制器13、一煞车电路14及一马达线圈L，一输入电源Vin连接至该桥式驱动器11、控制器13及该煞车电路14以提供上述该构件之电源所需，并该桥式驱动器11由二上臂开关M1、M2与二下臂开关M3、M4所构成，所以当风扇断电时，是透过该煞车电路14的控制，以进行即时停止运转之操作来达到煞车的效果。但由于已知风扇煞车电路1中需将该控制器13对二下臂开关M3、M4在做脉冲宽度调变信号(PULSE WIDTH MODULATION；PWM)切割控制，改为控制器13对二上臂开关M1、M2来做脉冲宽度调变信号切割控制，可是会使二上臂开关M1、M2与控制电阻温度上升，所以必须得增加电子元件(如电阻器)来处理解决上述温度上升的问题，且二下臂开关M3、M4是与该煞车电路14相电性连接，势必会因为该煞车电路14之设置，而导致成本增加与增加电路连接复杂度。

技术实现要素：

因此，为有效解决上述之问题，本发明之一目的在提供一种透过一电阻单元使电路带有煞车功能，且藉由一储能单元于断电时提供一操作电压给一马达驱动电路的复数上臂开关组件，令该上臂开关组件与一马达线圈形成一封闭回路而达到煞车的效果的风扇马达断电自动煞车之电路。

本发明之另一目的在提供一种具有达到节省成本的风扇马达断电自动煞车之电路。

为达上述目的，本发明在提供一种风扇马达断电自动煞车之电路，包括一储能单元、一马达驱动电路、一控制单元及一电阻单元，该储能单元接收并储存一操作电压，该马达驱动电路具有复数上臂开关组件、复数下臂开关组件、一第一驱动单元及一第二驱动单元，该上臂开关组件的一第一端电性连接该储能单元且接收该操作电压，其一第二端分别与相对该下臂开关组件的一第一端及该马达线圈相电性连接，该下臂开关组件的一第二端则连接至一接地端，并该第一、二驱动单元的一第一端分别电性连接相对该上臂开关组件的一第三端，而控制单元电性连接相对该下臂开关的一第三端与该第一、二驱动单元的一第二端，并该电阻单元的一端电性连接一输入电源，其另一端电性连接相对该第一、二驱动单元的一第三端及该下臂开关组件的第二端，其中当该风扇断电时，该上臂开关组件接收到该储能单元提供的该操作电压而导通，该下臂开关组件无接收到该操作电压而不导通，令该上臂开关组件与该马达线圈形成一封闭回路而达到煞车的效果，且还有效达到节省成本的效果。

在一实施，该上臂开关组件具有一第一上臂开关组件与一第二上臂开关组件，该第一、二上臂开关件的该第一端与该储能单元相电性连接，且该储能单元的另一端连接该接地端，该第一、二上臂开关组件的该第二端分别电性连接相对该马达线圈的两端，该第一、二上臂开关组件的该第三端分别电性连接相对该第一、二驱动单元的该第一端。

在一实施，该下臂开关组件具有一第一下臂开关组件与一第二下臂开关组件，该第一、二下臂开关组件的该第一端分别电性连接相对该马达线圈的两端，该第一、二下臂开关组件的第二端分别电性连接至该接地端，该第一、二下臂开关组件的第三端分别电性连接相对该控制单元。

在一实施，该电阻单元为一电阻器，该电阻单元的一端电性连接该输入电源，该电阻单元的另一端与相对该第一、二驱动单元的该第三端及该第一、二下臂开关组件的第二端相电性连接。

在一实施，该控制单元为一中央处理器或一微控制器。

在一实施，该第一驱动单元包含一第一电晶体、一第一电阻器、一第二电阻器、一第三电阻器、一第四电阻器及一第一电容器，该第一电晶体具有一基极、一射极及一集极， 该集极电性连接该第二电阻器的一端，该射极电性连接该第三电阻器的一端与该接地端，该第三电阻器的另一端与该第一电容器的一端、该第一电阻器的一端及该第二电阻器的另一端共同相电性连接，且该第一电阻器与第一电容器的另一端连接相对该电阻单元的另一端，该第四电阻器的一端电性连接该基极，其另一端电性连接相对该控制单元。

在一实施，该第二驱动单元包含一第二电晶体、一第五电阻器、一第六电阻器、一第七电阻器、一第八电阻器及一第二电容器，该第二电晶体具有一基极、一射极及一集极， 该第二电晶体的该集极电性连接该第七电阻器的一端，该第二电晶体的该射极电性连接该第六电阻器的一端与该接地端，该第六电阻器的另一端与该第二电容器的一端、该第五电阻器的一端及该第七电阻器的另一端共同相电性连接，且该第五电阻器与第二电容器的另一端连接相对该电阻单元的另一端，该第八电阻器的一端电性连接该第二电晶体的该基极，其另一端电性连接相对该控制单元。

在一实施，该电阻单元为0欧姆电阻器。

【附图说明】

图1为已知之风扇煞车电路电路示意图；

图2为本发明之一实施例之方块示意图；

图3为本发明之一实施例之电路示意图。

主要符号说明：

风扇马达断电自动煞车之电路…2

储能单元…21

马达驱动电路…22

第一上臂开关组件…221

第二上臂开关组件…222

第一端…2211、2221

第二端…2212、2222

第三端…2213、2223

第一下臂开关组件…223

第二下臂开关组件…224

第一端…2231、2241

第二端…2232、2242

第三端…2233、2243

第一驱动单元…225

第二驱动单元…226

第一端…2251、2261

第二端…2252、2262

第三端…2253、2263

控制单元…24

电阻单元…25

马达线圈…L

输入电源…Vin

操作电压…Vcc

工作电压…Vs

接地端…GND

第一上MOS电晶体…M1

第二上MOS电晶体…M2

第一下MOS电晶体…M3

第二下MOS电晶体…M4

第一电晶体…Q1

第二电晶体…Q2

第一电阻器…R1

第二电阻器…R2

第三电阻器…R3

第四电阻器…R4

第五电阻器…R5

第六电阻器…R6

第七电阻器…R7

第八电阻器…R8

第九电阻器…R9

第十电阻器…R10

第十一电阻器…R11

第十二电阻器…R12

第十三电阻器…R13

第一电容器…C1

第二电容器…C2

第三电容器…C3

第四电容器…C4。

【具体实施方式】

本发明之上述目的及其结构与功能上的特性，将依据所附图式之较佳实施例予以说明。

本发明提供一种风扇马达断电自动煞车之电路2，请参阅图2、3所示，显示本发明之较佳实施例之方块与电路示意图；该风扇马达断电自动煞车之电路2应用在一风扇(如轴流风扇或离心风扇；图中未示)上，该电路2包括一储能单元21、一马达驱动电路22、一控制单元24及一电阻单元25，该储能单元21在本实施例表示为一电容器，该储能单元21用以接收并储存一操作电压Vcc (如12伏特)，而该马达驱动电路22具有复数上臂开关组件、复数下臂开关组件、一第一驱动单元225及一第二驱动单元226，该上臂开关组件在本实施例表示为2个上臂开关组件，该上臂开关组件具有一第一上臂开关组件221与一第二上臂开关组件222，该第一、二上臂开关组件221、222各具有一第一端2211、2221、一第二端2212、2222及一第三端2213、2223，并该第一、二上臂开关件221、222的第一端2211、2221 (即该上臂开关组件的第一端2211、2221)与相对该储能单元21的相电性连接且接收该操作电压Vcc，该第一、二上臂开关组件221、222的第二端2212、2222(该上臂开关组件的第二端2212、2222)与相对该马达线圈L的两端相电性连接，该第一、二上臂开关组件221、222的第三端2213、2223(即该上臂开关组件的第三端2213、2223)分别电性连接相对该第一驱动单元225的一第一端2251与该第二驱动单元226的一第一端2261。

而该下臂开关组件在本实施例表示为2个下臂开关组件，该下臂开关组件具有一第一下臂开关组件223与一第二下臂开关组件224，该第一、二下臂开关组件223、224各具有一第一端2231、2241、一第二端2232、2242及一第三端2233、2243，该第一、二下臂开关组件223、224的第一端2231、2241 (该下开关组件的第一端2231、2241)分别电性连接相对该第一、二上臂开关组件221、222的第二端2212、2222，该第一、二下臂开关组件223、224的第二端2232、2242 (该下开关组件的第二端2232、2242)则连接至一接地端GND，并该第一、二下臂开关组件223、224的第三端2233、2243 (该下臂关组件的第三端2233、2243)分别电性连接相对该控制单元24。前述第一、二驱动单元225、226各具有前述第一端2251、2261、一第二端2252、2262及一第三端2253、2263，该第一、二驱动单元225、226的第一端2251、2261分别电性连接相对该上臂开关组件的第三端2213、2223，该第一、二驱动单元225、226的第二端2252、2262分别电性连接相对该控制单元24，该第一、二驱动单元225、226的第三端2253、2263电性连接相对该电阻单元25的另一端及该第一、二下臂开关组件223、224的第二端2232、2242及接地端GND，并该电阻单元25的一端电性连接一输入电源Vin，该输入电源Vin (如12伏特)用以提供电源。

另者，前述电阻单元25为一电阻器，在本实施例表示电阻单元25为0欧姆电阻器。前述控制单元24为一中央处理器(Central Processing Unit，CPU)或一微控制器(Micro control unit，MCU)，且该控制单元24具有复数接脚，其中该控制单元24的四只接脚分别连接对应该第一、二驱动单元225、226的第二端2252、2262及该第一、二下臂开关组件223、224的第三端2233、2243，且前述控制单元24的四只接脚用以输出一脉冲宽度调变(Pulse Width Modulation；PWM)信号控制该第一、二驱动单元225、226分别驱动对应的第一、二上臂开关组件221、222的开关动作(如开关为导通或开关为不导通)与控制该第一、二下臂开关组件223、224的开关动作(如开关为导通或开关为不导通)，而该控制单元24的另一接脚(如第五接脚)则电性连接一霍尔元件(图中未示)，用以接收霍尔元件传送的霍尔讯号，该控制单元24的另一接脚(如第六接脚)则接收一工作电压Vs (如5伏特)。所以透过本发明之前述电阻单元25使电路带有煞车功能，并藉由该储能单元21于断电时提供该操作电压Vcc给该马达驱动电路22的第一、二上臂开关组件221、222而导通，令该第一、二上臂开关组件221、222与马达线圈L的两端短路形成一封闭回路而达到煞车的效果。藉由本发明的电路2设计，当风扇断电后，风扇的扇叶会因本身之惯性作用而旋转(或运转)，且根据法拉第电磁感应定律(Faraday's law)，使封闭回路上的马达线圈L为闭合线圈而产生感应电流，此感应电流将使马达线圈L产生一个反向磁场阻止扇叶运转，让风扇可很快停止达到煞车的效果。

续请参阅图3所示，将就各结构详细说明：

前述第一驱动单元225包含一第一电晶体Q1、一第一电阻器R1、一第二电阻器R2、一第三电阻器R3、一第四电阻器R4及一第一电容器C1，该第一电晶体Q1在本实施例表示为BJT (Bipolar Junction Transistor)电晶体，该第一电晶体Q1具有一基极、一射极及一集极，该第一电晶体Q1之集极电性连接该第二电阻器R2的一端，该第一电晶体Q1之射极电性连接该第三电阻器R3的一端与该接地端GND，该第三电阻器R3的另一端与该第一电容器C1的一端、该第一电阻器R1的一端及该第二电阻器R2的另一端共同相电性连接，且该第一电阻器R1的另一端与第一电容器C1的另一端共同连接相对该电阻单元25的另一端，该第四电阻器R4的一端电性连接该第一电晶体Q1之基极，其另一端电性连接相对该控制单元24的一接脚(如第一接脚)。

并该第二驱动单元226包含一第二电晶体Q2、一第五电阻器R5、一第六电阻器R6、一第七电阻器R7、一第八电阻器R8及一第二电容器C2，该第二电晶体Q2具有一基极、一射极及一集极， 该第二电晶体Q2的集极电性连接该第七电阻器R7的一端，该第二电晶体Q2的射极电性连接该第六电阻器R6的一端与该接地端GND，该第六电阻器R6的另一端与该第二电容器C2的一端、该第五电阻器R5的一端及该第七电阻器R7的另一端共同相电性连接，且该第五电阻器R5的另一端与第二电容器C2的另一端共同连接相对前述电阻单元25的另一端，该第八电阻器R8的一端电性连接该第二电晶体Q2的基极，其另一端电性连接相对该控制单元24的另一接脚(如第二接脚)。

前述第一上臂开关组件221包含一第一上MOS电晶体M1，该第二上臂开关组件222包含一第二上MOS电晶体M2，该第一、二上MOS电晶体M1、M2在本实施例表示为一P型金氧半场效(PMOS) 电晶体，并该第一、二上MOS电晶体M1、M2的源极共同连接相对该储能单元21的一端(即该储能单元21的正极)，该储能单元21的另一端(即该储能单元21的负极)电性连接该接地端GND，其中该储能单元21电性连接一整流稳压电路(图中未示)，前述整流稳压电路将接收到的输入电源Vin (如12伏特)经整流稳压后输出该操作电压Vcc (如12伏特)给该储能单元21，而该第一、二上MOS电晶体M1、M2的闸极分别电性连接对应的该第一、二电容器的一端。而该第一下臂开关组件223包含一第一下MOS电晶体M3、一第九电阻器R9、一第十电阻器R10及一第三电容器C3，该第一下MOS电晶体M3在本实施例表示为一N型金氧半场效(NMOS) 电晶体，该第一下MOS电晶体M3的汲极电性连接对应该第一上MOS电晶体M1的汲极及该马达线圈L的一端，该第一下MOS电晶体M3的闸极电性连接该第九、十电阻器R9、R10的一端及第三电容器C3的一端，该第三电容器C3的另一端与该第十电阻的另一端及该接地端GND共同电性连接一起，该第九电阻器R9的另一端连接对应该控制单元24的另一接脚(如第三接脚)。

另者，前述该第二下臂开关组件224包含一第二下MOS电晶体M4、一第十一电阻器R11、一第十二电阻器R12及一第四电容器C4，该第二下MOS电晶体M4在本实施例表示为一N型金氧半场效(NMOS) 电晶体，该第二下MOS电晶体M4的汲极电性连接对应该第二上MOS电晶体M2的汲极及马达线圈L的另一端，该第二下MOS电晶体M4的闸极电性连接该第十一、十二电阻器R11、R12的一端及第四电容器C4的一端，该第四电容器C4的另一端与该第十二电阻的另一端及该接地端GND共同电性连接一起，该第十一电阻器R11的另一端连接对应该控制单元24的另一接脚(如第四接脚)，并该第一、二下MOS电晶体M3、M4的源极与一第十三电阻器R13的一端相电性连接，该第十三电阻器R13的另一端电性连接该接地端GND。

所以当风扇要启动时，该马达驱动电路22可接收到输入电源Vin，并藉由该控制单元24输出的PWM信号控制该第一、二驱动单元225、226分别驱动对应的第一、二上MOS电晶体M1、M2的开关动作以及控制该第一、二下MOS电晶体M3、M4的开关动作，藉以达到控制风扇运转与风扇转速，同时该储能单元21会将接收到的操作电压Vcc储存(即储能单元21被充电)；若当风扇断电时，前述控制单元24未接收到该工作电压Vs而不能工作，相对该控制单元24中输出PWM信号的四只接脚电位为0伏特，使该第一、二驱动单元225、226的第一、二电晶体Q1、Q2、该第一、二下MOS电晶体M3、M4也均不导通，此时该第一、二上MOS电晶体M1、M2的闸极各自通过相对该第三、六电阻器R3、R6与储能单元的负极相连接而下拉为低电位(即0伏特)，并同时该储能单元21所储存的操作电压Vcc(即12伏特)会提供给该第一、二上MOS电晶体M1、M2的源极，使该第一、二上MOS电晶体M1、M2的源极电压经储能单元21放电为高电位为12伏特，此时该第一、二上MOS电晶体M1、M2的源极与闸极间的电压为负12伏特(-12V)，同时该第一、二上MOS电晶体M1、M2导通(即该第一、二上MOS电晶体M1、M2的源极与汲极导通)，使该第一、二上MOS电晶体M1、M2与马达线圈L两端短路形成封闭回路，因风扇断电后之扇叶本身惯性作用而运转，使封闭回路上的马达线圈L中产生感应电流，此感应电流将使马达线圈L产生一个反向磁场阻止扇叶运转，让风扇可很快停止达到煞车的效果。

因此，藉由本发明之输入电源Vin与第一电阻器R1的另一端间串联该电阻单元25及该第一电容器C1的另一端与操作电压Vcc间不串联一个电阻器的电路结构设计，使电路2带有煞车功能，且藉由该储能单元21于断电时提供操作电压Vcc给该马达驱动电路22的第一、二上臂开关组件221、222而导通，令该第一、二上臂开关组件221、222与马达线圈L形成封闭回路进而达到煞车的效果。另外，透过本发明此电路2的设计，使得可有效改善已知马达煞车电路的下臂开关组件需要额外加入更多电子元件来实现煞车，故本发明可有效达到节省成本的效果。