专利名称：一种用于风扇马达的线性转速控制电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种转速控制电路，特别是涉及一种用于风扇马达的线性转速控制电路。
背景技术：
在已知的风扇马达转速控制技术中，本领域的技术人员通常是利用各种晶体管及驱动集成电路(integrated circuit；IC)芯片所组成的控制电路以及一外部驱动信号，例如是脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation；PWM)信号，来控制风扇马达的转速。
请参见图1A，在一已知风扇马达转速控制技术中，通常是利用一PWM信号输入电路2来驱动驱动IC4，进而控制风扇马达(图中以M表示)1的端电压，而霍尔组件(图中以H表示)3是用来检测风扇马达1的转子(未显示)的磁极以使风扇马达1的定子线圈(未显示)的电流方向配合转子磁极的位置。
请参见图1B，亦可再利用一数字/模拟转换电路(图中以D→A表示)5来将一PWM信号转换成模拟信号，作为驱动IC4控制风扇马达1的转速的参考。如此一来，可有效降低在低频PWM信号时，因风扇马达停止/激活的切换过程中所产生的振动而造成的噪音问题。
然而，如图1C的曲线(a)或(b)所示，在上述已知技术中，一PWM信号与风扇马达转速之间的工作曲线始终为非线性化，换言之，在不同应用模式下所输入PWM信号的高低电平工作周期(duty cycle)与风扇马达转速比并不成线性比例。举例而言，在图1C中，当所输入PWM信号的高(或低)电平的工作周期为50％时，所获致的风扇马达转速比不会是50％。如此一来，将使得所获致的风扇马达转速无法合乎需求，而造成风扇马达转速的减落及风扇效率的降低。
一已知风扇马达的转速控制电路无法避免一输入脉冲宽度调制(pulsewidth modulation；PWM)信号与一输出转速之间的非线性关系，因而造成风扇马达转速的减落而降低风扇效率。
发明内容
为解决此问题，本发明提出一种用于风扇马达的线性转速控制电路，其能让风扇马达的输出转速与所输入脉冲宽度调制信号之间维持一线性关系，而满足各种不同输入脉冲宽度调制信号以及各种不同风扇马达承载的需求。
本发明提供一种用于风扇马达的线性转速控制电路，其藉由一数字模拟信号转换处理及一三角波参考信号比较，来实现风扇马达的线性转速控制。
依本发明一实施例的用于风扇马达的线性转速控制电路，包含了一数字模拟转换单元、一方波产生单元、一积分单元及一比较单元。数字模拟转换单元接收一脉冲宽度调制信号并转换成一模拟信号，而通过方波产生单元及积分单元产生一三角波信号。模拟信号及三角波信号由比较单元接收而输出一控制风扇马达转速的数字信号，使得风扇马达转速与脉冲宽度调制信号的工作周期成正比。
由于本发明的风扇马达转速变化与所输入的脉冲宽度调制信号之间具有一线性比例关系，因此本发明的优点是便于使用者控制马达转速以及适应使用者的需求获致确实的转速输出而免除风扇效率降低的弊端。此外，由于数字模拟转换单元的配置，本发明亦有降低已知直接藉由一低频脉冲宽度调制信号驱动的一控制电路对于风扇马达所引起的振动及噪音问题。
为使本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并结合附图详细说明如下。
图1A是一方块图，显示一已知风扇马达的转速控制电路的基本架构。
图1B是一方块图，显示另一已知风扇马达的转速控制电路的基本架构。
图1C是一曲线图，显示已知风扇马达的转速及其脉冲宽度调制信号的工作周期的关系。
图2A是一方块图，显示本发明的用于风扇马达的线性转速控制电路的基本架构。
图2B是一示意图，显示依本发明一实施例的用于风扇马达的线性转速控制电路。
图2C是一曲线图，显示本发明的用于风扇马达的线性转速控制电路所产生的参考用三角波形的电压电平随时间的变化。
图2D是一曲线图，显示本发明的风扇马达的转速及其脉冲宽度调制信号的工作周期的关系。
附图符号说明1、40马达；2PWM信号输入电路；3、20霍尔组件；4、30驱动IC；5、101数字模拟信号转换单元；10线性转速控制电路；102方波产生单元；103积分单元；104～比较单元；105三角波产生单元；11脉冲宽度调制信号；12模拟信号；13方波信号；14、230三角波信号；15、231数字信号；220、34、41直流电压源；221晶体管；222、42、43二极管；223、44电容器；224a～224c、33a～33e、46、47、48、53a、53b电阻器；225脉冲宽度调制信号输入端；226、31、32、45、49外加电压连接端；227模拟信号输出端；228脉冲宽度调制信号；229模拟信号；50三角波信号输出端；51a、51b信号输入端；52电压控制电压源；54信号输出端；55、56P通道MOSFET。
具体实施例方式
请参见图2A，本发明的用于风扇马达(图中以M表示)40的线性转速控制电路10包含一数字/模拟转换单元(图中以D/A表示)101、一方波产生单元102、一积分单元103、一比较单元104。风扇马达40还与一驱动IC30及一霍尔组件(图中以H表示)20连接，其连接关系为已知，在此不再赘述。
数字/模拟转换单元101用来将所接收的PWM信号11转换为模拟信号12，方波产生单元102用来产生参考用方波信号13及积分单元103用以将此参考用方波信号13转换成参考用三角波信号14。比较单元104则用来接收模拟信号12与三角波信号14，并在比较两者的电压电平(voltage level)后输出一控制风扇马达转速的数字信号15。另外，方波产生单元102与积分单元103可以直接以三角波产生单元105取代。
本发明一实施例的用于风扇马达的线性转速控制电路10如图2B所示。在本实施例中，数字模拟信号转换单元101由晶体管221、二极管222、电容器223、数个电阻器224a～224c、PWM信号输入端225、外加电压输入端226及模拟信号输出端227组成，而方波产生单元102由外加电压输入端31、电压控制电压源32、数个电阻器33a～33e组成，其中电阻器33d及33e的电阻值分别为R1及R2。积分单元103由二极管42及43、电容器44、电压控制电压源45、数个电阻器46～48、外加电压输入端49及信号输出端50组成，而比较单元104由信号输入端51a及51b、电压控制电压源52、电阻器53a及53b及数字信号输出端54组成。
数字模拟信号转换单元101的外加电压输入端226连接至直流电压源220，其电压值以V1表示。数字模拟信号转换单元101的模拟信号输出端227连接至比较单元104的信号输入端51a。方波产生单元102的外加电压输入端31连接至直流电压源34，其电压值以VR表示。方波产生单元102与积分单元103连接，积分单元103的外加电压输入端49连接至直流电压源41，其电压值以V+表示，信号输出端50连接至比较单元104的信号输入端51b。比较单元104的数字信号输出端54还与两个独立的P通道金属-氧化物-半导体场效晶体管(P channel Metal-0xide-Semiconductor Ficld EffectTransistor；PMOSFET)55及56的栅极连接，而PMOSFET55及56的漏极端A及B则分别连接至图2A中驱动IC30与马达40之间的二连接线路。其中，PMOSFET 55、56也可以视实际的需求变更为N通道空乏型金属-氧化物-半导体场效晶体管或其它类型的晶体管。
请参见图2B及图2C，本实施例的用于风扇马达的线性转速控制电路10的工作原理如下首先，输入的脉冲宽度调制信号228会通过数字模拟信号转换电路101而被转换成一模拟信号229，进而经由信号输入端51a为比较单元104所接收，此模拟信号229的电压电平以VA表示。在此同时，通过方波产生单元102及积分单元103的作用，可在信号输出端50产生一三角波信号230，并经由信号输入端51b为比较单元104所接收，三角波信号230的电压电平以Vx表示。
其次，比较单元104会比较模拟信号229的电压电平VA及三角波信号230的电压电平Vx，当Vx大于Vx的最小值Vmin且小于VA时输出一低电平数字信号，当Vx大于VA且小于Vx的最大值Vmax时输出一高电平数字信号。因此，在数字信号输出端54会有一数字信号231的输出。
接着，此一数字信号231被利用来驱动PMOSFET 55及56，进而驱动风扇马达40以控制转速。
请参照图2C，由于上述三角波信号230的周期T(包括T1及T2)、电压电平峰值Vmax及电压电平谷值Vmin可藉由调整VR、R1、R2及V+来改变，因而可适应不同应用模式下脉冲宽度调制信号228的变化，调整VR、R1、R2及V+来改变三角波信号230的波形，进而补偿非线性变量的部分而达到线性控制风扇马达40的转速的目的。
本实施例中，脉冲宽度调制信号228的工作周期与风扇马达10的转速比的关系如图2D所示，为一线性的正比关系。
综上所述，本发明已藉由上述的实施例及变化例来详加描述。然而，本领域的技术人员应当了解的是，本发明的所有的实施例在此仅为例示性而非为限制性，亦即，在不脱离本发明实质精神及范围的前提下，上述用于风扇马达的线性转速控制电路的其它变化及修正均为本发明所涵盖。因此，本发明的保护范围是由本发明的权利要求来界定。
权利要求
1.一种用于风扇马达的线性转速控制电路，包含一数字模拟转换单元，其接收一脉冲宽度调制信号，且将该脉冲宽度调制信号转换成一模拟信号；一方波产生单元，其产生一方波信号；一积分单元，连接该方波产生单元，接收该方波信号并转换成一三角波信号；及一比较单元，连接该积分单元与该数字模拟转换单元，接收并比较该模拟信号及该三角波信号且输出一数字信号；其中该风扇马达转速与该脉冲宽度调制信号的工作周期成正比。
2.如权利要求1所述的用于风扇马达的线性转速控制电路，其中该数字模拟转换单元包含一晶体管、一二极管及一电容器，且连接至一直流电压源。
3.如权利要求1所述的用于风扇马达的线性转速控制电路，其中该方波产生单元包含一电压控制电压源、一第一电阻器及一第二电阻器，且连接至一第一直流电压源。
4.如权利要求3所述的用于风扇马达的线性转速控制电路，其中该积分单元包含至少一二极管、一电容器、一电压控制电压源及至少一电阻器，且连接至一第二直流电压源，其中该三角波信号的电压电平决定于该第一电阻器的电阻值、该第二电阻器的电阻值、该第一直流电压源的电压值及该第二直流电压源的电压值。
5.如权利要求1所述的用于风扇马达的线性转速控制电路，其中该比较单元包含一电压控制电压源、至少一电阻器及一信号输出端，该数字信号经由该信号输出端输出。
6.如权利要求5所述的用于风扇马达的线性转速控制电路，其中该信号输出端还连接到至少二金属-氧化物-半导体场效晶体管的栅极，且各该金属-氧化物-半导体场效晶体管的漏极是与一驱动IC及该风扇马达的一晶体管开关连接，其中该金属-氧化物-半导体场效晶体管为P通道金属-氧化物-半导体场效晶体管或N通道金属-氧化物-半导体场效晶体管。
7.一种用于风扇马达的线性转速控制电路，包含一数字模拟转换单元，其接收一脉冲宽度调制信号，且将该脉冲宽度调制信号转换成一模拟信号；一三角波产生单元，其产生一三角波信号；及一比较单元，连接该三角波产生单元与该数字模拟转换单元，接收并比较该模拟信号及该三角波信号且输出一数字信号。
8.如权利要求7所述的用于风扇马达的线性转速控制电路，其中该数字信号用以控制该风扇马达转速。
9.如权利要求7所述的用于风扇马达的线性转速控制电路，其中该风扇马达转速与该脉冲宽度调制信号的工作周期成正比。
10.如权利要求7所述的用于风扇马达的线性转速控制电路，其中该三角波产生单元包括一电压控制电压源、一第一电阻器及一第二电阻器，且连接至一第一直流电压源及一第二直流电压源，其中该三角波信号的电压电平决定于该第一电阻器的电阻值、该第二电阻器的电阻值、该第一直流电压源的电压值及该第二直流电压源的电压值。
11.如权利要求7所述的用于风扇马达的线性转速控制电路，其中该比较单元包含一电压控制电压源、至少一电阻器及一信号输出端，该数字信号经由该信号输出端输出。
12.如权利要求11所述的用于风扇马达的线性转速控制电路，其中该信号输出端还连接到至少二金属-氧化物-半导体场效晶体管的栅极，且各该金属-氧化物-半导体场效晶体管的漏极与一驱动IC及该风扇马达的一晶体管开关连接，其中该金属-氧化物-半导体场效晶体管为P通道金属-氧化物-半导体场效晶体管或N通道金属-氧化物-半导体场效晶体管。
全文摘要
本发明披露了一种用于风扇马达的线性转速控制电路。此一控制电路包含了一数字模拟转换单元、一方波产生单元、一积分单元及一比较单元。数字模拟转换单元接收一脉冲宽度调制信号并转换成一模拟信号，而通过方波产生单元及积分单元产生一三角波信号。模拟信号及三角波信号由比较单元接收而输出一控制风扇马达转速的数字信号，使得风扇马达转速与脉冲宽度调制信号的工作周期成正比。
文档编号H02P6/10GK1741364SQ20041005766
公开日2006年3月1日 申请日期2004年8月23日 优先权日2004年8月23日
发明者黄跃龙, 卓义杰, 萧东宏, 吴嘉煌 申请人:台达电子工业股份有限公司