风扇刹车电路的制作方法

本发明有关于一种风扇刹车电路，尤指一种可达到风扇断电快速刹停及降低成本的风扇刹车电路。

背景技术：

请参阅图1a，现有风扇断电刹车电路1，主要通过一电容器11(常用为铝电解电容)电性连接一输入电源vin，该电容器11是用以接收储存该输入电源vin，并在风扇断电时该电容器11释放所储存的电压直接给该电机12内的上桥(上臂)mos晶体管121开关导通，让电机线圈122形成短路回路，进而得到体现出风扇电机刹车的现象，同时在刹车的过程会产生反电动势再回充给到该电容器11，以此通过将动能转换为电能再去产生出刹车功能，直到风扇扇叶转动动能或所储存电压其中一方先被消耗完毕，如转动动能先被消耗完毕，代表扇叶先被剎停，反之所储存电压先被消耗完毕，则扇叶持续转动至惯性力消灭(接续会被摩擦力消耗)。

而风扇断电刹车功能的主要诉求是要能快速让扇叶完全刹停下来，以避免操作人员不小心误触扇叶而产生安全性问题，但现有的原始设计在电容器11都是先被消耗完毕的一方，故较难有效达到风扇断电快速(或急停)刹停的需求。在图1b中，为现有的该输入电源vin、电容器11电压、电机线圈122电压与风扇电流的实际测量波形图，图中该输入电源vin波形符号为v，且该输入电源vin波形v中箭头vup代表为该输入电源vin上电(即风扇通电)与箭头vdown代表为输入电源vin下电(即风扇断电)，该电容器11电压波形符号为c，且该电容器11电压波形c中箭头cv代表为风扇断电后，该电容器11释放储存电压很快被电机线圈122消耗完毕且低于上臂mos晶体管开关121的导通电压，故无法有效快速刹车停止；该电机线圈电压波形符号为m，该电机线圈电压波形m中虚框区域moff呈现倾斜下滑线代表为风扇电机仍运转中(即风扇扇叶仍转动中)且持续有反电应势电压产生；该风扇电流波形符号为f，所以根据上述实际测量波形结果显示，现有的电容器11只能让风扇电机12短暂刹车一下便失去刹车功能，使得必须等到该风扇扇叶自身转动至惯性力消灭后才有办法完全静止，且在该扇叶自身转动至惯性力消灭的过程中还会产生反应电势的问题。所以目前业者如要改善此部份，一般则是将电容器11的电容规格尺寸放大来增加电容量，但风扇的设计空间往往又有其限制，所以要在有限空间规格内去选用较大尺寸/较大电容值的电容器11或采用并联多颗电容器11去使用，但却无法去选用可让风扇快速刹停的更大尺寸且体积大的电容器11，由于上述这些因素使得会造成整体成本提升及风扇断电刹车电路1、风扇整体无法达到小型化，且改善的效益不彰。

技术实现要素：

本发明的一目的在提供一种可达到风扇断电快速刹停及降低成本的风扇刹车电路。

本发明的另一目的在提供一种可达到风扇刹车电路小型化的效果的。

为达上述目的，本发明提供一种风扇刹车电路，包括一半导体开关单元、一电机、一电机驱动电路、一隔离单元、一充放电单元及一控制单元，其中该半导体开关单元具有一第一端及一第二端，该第一端用以接收一输入电源，该电机电性连接该输入电源与该第一端，该电机驱动电路电性连接该电机，该电机驱动电路用以输出一驱动信号至该电机，该隔离单元电性连接于该半导体开关单元与该电机驱动电路之间，该隔离单元具有多个电阻，所述多个电阻分别电性连接该电机驱动电路与该第二端，该充放电单元电性连接所述多个电阻，用以接收并储存一操作电压，该控制单元电性连接该输入电源与该电机驱动电路及该电机，该控制单元用以输出多个控制信号分别控制该电机驱动电路与该电机，其中当该风扇断电时，该半导体开关单元断开该第一端与该电机的连接，该电机驱动电路接收到该充放电单元提供的该操作电压传送该驱动信号至该电机，令该电机形成一短路回路而刹车，通过本发明此风扇刹车电路的设计，使得可有效达到风扇断电快速刹停、小型化及降低成本的效果。

其中，所述多个电阻具有一第一电阻、一第二电阻、一第三电阻及一第四电阻，该第一、二、三、四电阻的一端电性连接对应该电机驱动电路，该第一、三电阻的另一端电性连接该半导体开关单元的该第二端，该第二、四电阻的另一端彼此相电性连接。

其中，该充放电单元包含一电容件与一充放电阻，该充放电阻分别电性连接该第二电阻的另一端与该电容件的一端，该电容件的另一端电性连接至一接地端。

其中，该半导体开关单元为一二极管，该半导体开关单元的一阳极端为该第一端，该半导体开关单元的一阴极端为该第二端。

其中，该半导体开关单元具有一第三端、一第一半导体开关与一第二半导体开关，该第一、二半导体开关各具有一第一极端、一第二极端及一第三极端，该半导体开关单元的该第三端为该第一半导体开关的该第一极端电性连接该控制单元与该输入电源，该第一半导体开关的该第三极端电性连接该第二半导体开关的该第一极端，该第一、二半导体开关的该第二极端分别电性连接该接地端与该输入电源，且该第二半导体开关的该第二极端为该半导体开关单元的该第一端，该半导体开关单元的该第二端为该第二半导体开关的该第三极端电性连接该第一、三电阻的另一端。

其中，该第一、二半导体开关分别为一n型金属氧化物半导体晶体管与一p型金属氧化物半导体晶体管，且该第一、二半导体开关的该第一极端皆为栅极端，该第一、二半导体开关的该第二极端皆为源极端，该第一、二半导体开关的该第三极端皆为漏极端。

其中，该第一、二半导体开关为半导体晶体管，该半导体晶体管为场效应晶体管或igbt晶体管。

其中，该控制单元具有多个接脚，该电机驱动电路包含一第一电机驱动单元与一第二电机驱动单元，该第一、二电机驱动单元的一端分别电性连接所述多个接脚中一第二接脚与一第三接脚，该第一电机驱动单元的另一端分别电性连接该第一、二电阻的一端与该电机，该第二电机驱动单元的另一端分别电性连接该第三、四电阻的一端与该电机，并所述多个接脚中一第一接脚与一第四接脚分别电性连接至该电机。

其中，该电机具有多个上臂开关、多个下臂开关与一电机线圈，所述多个上臂开关对应连接所述多个下臂开关，所述多个上臂开关与所述多个下臂开关间的连接点连接至该电机线圈，该第一电机驱动单元的另一端电性连接所述多个下臂开关其中一下臂开关，该第二电机驱动单元的另一端电性连接所述多个下臂开关其中另一下臂开关。

其中，该控制单元为一中央处理器或一微控制器或一数字信号处理器。

附图说明

图1a为现有的风扇断电刹车电路方框示意图。

图1b为现有的输入电源、电容器电压、电机线圈电压与风扇电流的实际测量波形图。

图2a为本发明的一实施例的风扇刹车电路方框图。

图2b为本发明图2a的风扇刹车电路的电路图。

图2c为本发明的在一可行实施例的风扇刹车电路的电路图。

图3a为本发明的一替代实施例的风扇刹车电路方框图。

图3b为本发明图3a的风扇刹车电路的电路图。

图4为本发明的一实施例的输入电源、充放电单元的电容件电压、电机线圈电压与风扇电流的实际测量波形图。

附图标记列表：2-风扇刹车电路；21-半导体开关单元；211、212、213-第一、二、三端；21a、21b-第一、二半导体开关；211a、211b-第一极端；212a、212b-第二极端；213a、213b-第三极端；22-电机；221-上臂开关；222-下臂开关；223-电机线圈；23-电机驱动电路；231-第一电机驱动单元；232-第二电机驱动单元；24-隔离单元；241、242、243、244-第一、二、三、四电阻；25-充放电单元；251、28-电容件；252-充放电阻；26-控制单元；261-第一接脚；262-第二接脚；263-第三接脚；264-第四接脚；265-第五接脚；27-保护单元；271-断路器；272、273-第一、二二极管；gnd-接地端；vin-输入电源；vc-操作电压。

具体实施方式

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

本发明提供一种风扇刹车电路，请参阅图2a为本发明的一实施例的风扇刹车电路方框图；图2b为本发明图2a的风扇刹车电路的电路图；图2c为本发明的在一可行实施例的风扇刹车电路的电路图；图3a为本发明的一替代实施例的风扇刹车电路方框图；图3b为本发明图3a的风扇刹车电路的电路图；图4为本发明的一实施例的输入电源、充放电单元的电容件电压、电机线圈电压与风扇电流的实际测量波形图。如图2a、2b所示，该风扇刹车电路2包括一半导体开关单元21、一电机22、一电机驱动电路23、一隔离单元24、一充放电单元25及一控制单元26，在图2b实施例中该半导体开关单元21可选择一二极管做说明，该半导体开关单元21具有一第一端211及一第二端212，该半导体开关单元21的一阳极端为该第一端211接收一输入电源vin(如电源供应器输出的输入电源vin为10伏特)，该半导体开关单元21的一阴极端为该第二端212，且该半导体开关单元21与该输入电源vin之间电性连接一保护单元27，该保护单元27设有一断路器271与一第一二极管272，该断路器271为如保险丝，该断路器271的一端电性连接输入电源vin，该断路器271用以在风扇正常时供该输入电源vin通过，若在风扇异常(如过载或线路故障)时则断路保护，该第一二极管272的一阳极端与一阴极端分别电性连接该断路器271的另一端及该半导体开关单元21的阳极端(即第一端211)。

该电机22电性连接该输入电源vin与该半导体开关单元21的第一端211，该电机22可为如三相电机或单相电机，在本实施例中该电机22为单相电机说明，该电机22包含多个上臂开关221、多个下臂开关222与一电机线圈223，所述多个上、下臂开关221、222在本实施例分别表示为二个上臂开关221为如pmos晶体管，及二个下臂开关222为nmos晶体管，但并不局限于此。所述多个上臂开关221对应连接所述多个下臂开关222，就是二个上臂开关221的漏极端与该输入电源vin及该半导体开关单元21的阳极端(即第一端211)共同电性连接，且二个上臂开关221的漏极端则为该电机电源端，二个上臂开关221的源极端分别与对应二个下臂开关222的漏极端电性连接，且二个上臂开关221与二个下臂开关222间的连接点连接至该电机线圈223，二个下臂开关222的源极端与一接地端gnd相电性连接一起。

该电机驱动电路23电性连接该电机22与该控制单元26，该电机驱动电路23用以输出一驱动信号至该电机22，并该电机驱动电路23包含一第一电机驱动单元231与一第二电机驱动单元232，在本实施例中该第一、二电机驱动单元231、232各包含多个电阻与至少一晶体管(如nmos晶体管)所组成，且该第一、二电机驱动单元231、232的另一端分别电性连接该电机22的所述多个下臂开关222的栅极端，且该第一、二电机驱动单元231、232各自传送驱动信号给该电机22的多个下臂开关222。在本发明实际实施时，该电机驱动单元及所述多个上、下臂开关221、222的数量是搭配该电机22的相数作调整改变，例如该电机22为三相电机，前述电机驱动单元数量调整为3个电机驱动单元搭配该3个上臂开关221与3个下臂开关222，依此类推。

该隔离单元24电性连接于该半导体开关单元21与该电机驱动电路23之间，该隔离单元24具有多个电阻，所述多个电阻分别电性连接该电机驱动电路23与该第二端212，在本实施例中所述多个电阻表示有4个电阻，就是所述多个电阻具有一第一电阻241、一第二电阻242、一第三电阻243及一第四电阻244，该第一、二电阻241、242的一端电性连接对应该第一电机驱动单元231的另一端与该电机22的第一个下臂开关222的栅极端，该第三、四电阻243、244的一端电性连接对应该第二电机驱动单元232的另一端与该电机22的第二个下臂开关222的栅极端，该第一、三电阻241、243的另一端电性连接该半导体开关单元21的该第二端212与一操作电压vc(如5伏特)，该第二、四电阻242、244的另一端彼此相电性连接，所以通过所述多个电阻(即第一、二、三、四电阻241、242、243、244)做为区隔在正常驱动风扇电机22(单相电机或三相电机)的驱动信号。于本发明实际实施时，所述多个电阻的数量是搭配该电机驱动单元的数量，例如3个电机驱动单元搭配3组电阻，每一组电阻为如2个电阻或2个以上电阻组成。

该充放电单元25电性连接该隔离单元24的所述多个电阻，用以接收并储存该操作电压vc，该充放电单元25包含一电容件251与一充放电阻252，该充放电阻252的一端分别电性连接该第二电阻242的另一端与该第四电阻244的另一端，该充放电阻252的另一端电性连接该电容件251的一端，该电容件251的另一端电性连接至该接地端gnd，且该第一、二电机驱动单元231、232接收该充放电单元25释放高压的操作电压vc以传送各自驱动信号给所述多个下臂开关222导通，所以通过调整该充放电单元25其内电容件251的电容值搭配该充放电阻252的电阻值，使得可控制调整电位充放的时间长短，进而便能控制驱动所述多个下臂开关222的导通时间长短及风扇刹停的时间，藉以有效达到调整弹性佳。

另外，通过本发明该半导体开关单元21可防止风扇断电后，该充放电单元25的电容件251的电压(电位)不会从该第一端211与该电机电源端之间的连接路径被泄放掉，以保留该充放电单元25的电容件251的电压可长时间持续提供给该第一、二电机驱动单元231、232，使该第一、二电机驱动单元231、232各传送该驱动信号驱动对应所述多个下臂开关222导通以与该电机线圈223两端形成一短路回路，让风扇电机22达到快速刹车完全停止的效果。在参阅图4所示，为本发明的一实施例的该输入电源vin、该充放电单元25的电容件251电压、电机线圈223电压与风扇电流的实际测量波形图，图中该输入电源vin波形符号为v，且该输入电源vin波形v中箭头vup代表为该输入电源vin上电(即风扇通电)与箭头vdown代表为输入电源vin下电(即风扇断电)，该电容件251电压波形符号为c，且该电容件251电压波形c中箭头cv代表为风扇断电后，该电容件251释放储存的操作电压vc可维持在所述多个下臂开关222导通电压以上且下臂开关222导通时间较长；该电机线圈223电压波形符号为m，该电机线圈223电压波形m中虚框区域moff呈现水平平滑线代表为风扇电机已经快速刹车停止(即风扇扇叶已急停完全静止不动)且无反电应势电压；该风扇电流波形符号为f，所以根据上述实际测量波形结果显示，本发明确实可达到风扇快速刹停的效果。在一实施例中，该充放电单元25包含多个电容件251与多个充放电阻252。

该控制单元26为一中央处理器(cpu)或一微控制器(mcu)或一数字信号处理器(dsp)，该控制单元26连接该输入电源vin与该电机22，用以输出多个控制信号(如pwm信号)分别控制该电机驱动电路23与该电机22，且在本实施例中该控制单元26与输入电源vin之间设有一第二二极管273，该第二二极管273的阳极端电性连接该输入电源vin，该第二二极管273的阴极端电性连接该控制单元26。并该控制单元26具有多个接脚，其中一第一、四接脚261、264电性连接该电机22的多个上臂开关221的栅极端，一第二、三接脚262、263电性连接该第一、二电机驱动单元231、232的一端，一第五接脚265电性连接该第二二极管273的阴极端，且该控制单元26的四只接脚(即第一、二、三、四接脚261、262、263、264)各输出控制信号(pulsewidthmodulation；pwm信号)控制所述多个上臂开关221的开关动作(如开关为导通或不导通)和控制该第一、二电机驱动单元231、232分别驱动对应所述多个下臂开关222的开关动作(如开关为导通或不导通)，以让风扇电机22运转。

所以当风扇断电时，该半导体开关单元21会断开该第一端211与该电机22的连接(即断开第一端211与该电机电源端之间的连接)，同时该半导体开关单元21会防止后端的充放电单元25的电容件251的电压(电位)被反向消耗掉，此时该充放电单元25会释放储存的操作电压vc给该第一、二电机驱动单元231、232，使该第一、二电机驱动单元231、232驱动对应该第一、二个下臂开关222维持导通以与该电机线圈223两端形成该短路回路，使该电机22可达到快速刹停的效果。

在一可行实施例中，参阅图2c，该第一二极管272与该半导体开关单元21之间设有一电容件28，该电容件28的一端与该第一二极管272的阴极端与该半导体开关单元21的阳极端及电机22的电源端相电性连接，该电容件28接收且储存该输入电源vin，通过该电容件28于风扇断电时提供该输入电源vin给所述多个上臂开关221导通，让所述多个上臂开关221与该电机线圈223短路而刹车，由于电机线圈223会快速将电容件28提供的输入电源vin消耗掉，使所述多个上臂开关221呈不导通，同时该充放电单元25会提供该操作电压vc给该第一、二电机驱动单元231、232以驱动所述多个下臂开关222维持导通(开通)，以持续让电机线圈223短路而达到风扇快速刹停与双重刹车的效果。

在一替代实施例中，参阅第3a、3b图，该半导体开关单元21为一半导体晶体管，该半导体晶体管为场效应晶体管(如mos晶体管)或igbt晶体管，在此实施例中该半导体开关单元21为一具有开关功能的mos晶体管，用于风扇断电时断开该半导体开关单元21的第一端211与该电机电源端之间的连接作说明，但并不局限于此，凡是于风扇断电时可断开第一端与该电机电源端之间的连接的半导体晶体管，即为本发明所称的半导体开关单元21。并该半导体开关单元21具有至少一半导体开关，于本替代实施例的该半导体开关单元21表示为二个半导体开关所组成做说明，亦即该半导体开关单元21具有一第一半导体开关21a与一第二半导体开关21b，该第一、二半导体开关21a、21b于此实施例分别表示为一n型金属氧化物半导体(mos)晶体管与一p型金属氧化物半导体(mos)晶体管，且该第一、二半导体开关21a、21b各具有一第一极端211a、211b、一第二极端212a、212b及一第三极端213a、213b，该第一半导体开关21a的第一极端211a(即该半导体开关单元21的第三端213)为栅极端电性连接该控制单元26与该输入电源vin，该第一半导体开关21a的第三极端213a为漏极端电性连接该第二半导体开关21b的该第一极端211b为栅极端，该第一半导体开关21a的第二极端212a为源极端电性连接该接地端gnd，该第二半导体开关21b的第二极端212b(即该半导体开关单元21的第一端211)为源极端电性连接该输入电源vin及电机电源端，该第二半导体开关21b的第三极端213b(即该半导体开关单元21的第二端212)为漏极端电性连接该第一、三电阻241、243的另一端，当风扇断电时，该第一半导体开关21a的第一极端(栅极端)电压小于第二极端212a(源极端)电压呈断路(不导通)，该第二半导体开关21b的第一极端211b(栅极端)电压大于该第二极端212b(源极端)电压，且该第二极端212b至该第三极端213b电阻很大使该第二半导体开关21b呈断路(不导通)，故通过本发明该第一、二半导体开关21a、21b可防止风扇断电后，该充放电单元25的电容件251的电压(电位)不会从该第一端211与该电机电源端的路径被泄放掉的效果。

因此，通过本发明此风扇刹车电路2的设计，使得有效达到风扇断电快速刹停及降低成本的效果，且还能让该充放电单元25内的电容值可不必选用电容尺寸大的大容值且也不需要一直加大电容，所以本案该充放电单元25的电容件251可选用小型电容(例如0402、0603、0805尺寸的小型陶瓷晶片电容，但并不引以为限)，以有利于装设在风扇的电路板(pcb)上较无空间限制，或是在电路板上有限空间下可空出更多的空间供给其他电子零件(如ic晶片、散热元件或晶体管)设置使用，使得有效达到风扇刹车电路2小型化，且本案风扇整体也会随着电容尺寸小且体积小的设计下也能达到小型化的效果。