专利名称：利用回圈技术抑制马达反应电动势的控制结构的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种「利用回圈技术抑制马达反应电动势的控制结构J , 是一种用于改善马达驱动时线圏蓄积能量后反向发出所产生的反应电动式的 抑制结构。
背景技术：
一般现有技术是无刷式风扇的电路架构是利用桥式驱动电路，其中有四颗场效电晶体(Field Effect Transistor)简称FET,四颗中有二颗P channel MOSFET场效电晶体(以下简称P MOS电晶体)，二颗N channel MOSFET场效电 晶体(以下筒称N MOS电晶体)完成马达驱动，马达驱动时所产生的反应电动式 突波为输入电源2 3倍，目前的做法为利用一大型电容器或是齐纳二极体 (ZenerDiode)或TVS零件来吸收突波，其会在吸收单元的元件产生大量的功率 消耗易造成元件过热及损坏，甚者更可能造成风扇无法运转。请参阅图1配合图2为现有技术的方块及电路示意图，其包括一控制单元 10、 一桥式驱动电路ll、 一马达线圈13及吸收单元12。无刷式风扇的电路架构是利用桥式驱动电路(内含二颗P MOS及二颗N MOS电晶体)完成马达驱动，马达驱动时第二P MOS电晶体112及第三N MOS 电晶体113导通(导通电流方向15如图2所示)，马达线圏灌满电流之后，供应电 源断电后，马达线圈把储存的能量反向发出所产生的反应电动势(反应电动势 方向140如图2所示)，导至吸收单元12由大型电容器122及齐納二才及体 121(Zener Diode)或TVS零件(图未示)吸收。突波为输入电源2 3倍(如图2所示)，此时要把此反应电动势突波消除，避 免损坏电路，目前的做法为利用一大型电容器或是齐纳二极体(ZenerDiode) 或TVS零件来吸收突波，其会在吸收突波端的元件产生大量的功率消耗易造成 元件过热及损坏，甚者更可能造成风扇无法运转。
据上所述，现有技术有以下几点问题1、 需外加高成本的TVS突波吸收零件，增加生产成本。2、 需外加容易发热且寿命短的大型电容器型元件，造成设计稳定度不佳。3、 需外加易产生噪音的齐纳二极体等元件，造成噪音。 因此，有必要针对上述现有技术的问题来加以改善。发明内容因此，为解决上述现有技术的问题，本发明的主要目的，在于提供一准 位抑制机制单元是当马达线圏产生反向的反应电动势时即起动，使第一 P MOS电晶体导通，而第一 P MOS电晶体及第二 P MOS电晶体之间形成一回 路，以令反应电动势产生的电流在此回路中回圈消耗，达到利用回圏技术抑 制马达反应电动势的目的。本发明的主要目的是利用桥式驱动电路中已有的元件，完成突波吸收的 目的，不需外加现有技术的吸收单元(大型电容器或是TSV零件或齐纳二极体) 吸收突波，以降低成本。本发明的次要目的是利用桥式驱动电路中已有的元件，完成突波吸收的 目的，不需外加大型电容器这一类的发热元件，使电路的稳定性更佳。本发明的又一次要目的是利用桥式驱动电路中已有的元件，完成突波吸 收的目的，不需外加齐纳二极体吸收突波，有效降低噪音。与现有技术相比，本发明具有以下优点据上所述，本发明的抑制准位机制单元直接利用已有的元件，设计控制P MOS电晶体的闸极准位设定，构成PMOS电晶体导通条件，不需像现有技术 外加高成本的TVS零件吸收突波，有降低生产成本的优点。如前述不需像现有技术外加容易发热及寿命短的大型电容器，有提升电 路的稳度性的优点。如前述不需像现有技术外加如齐纳二极体容易产生噪音的元件，有效降 低噪音的优点。
图l是现有的电路方块示意图； 图2是现有的电路示意图； 图3是反应电动势的突波曲线示意图； 图4是本发明电路方块示意图；图5是本发明在低电压应用时的实施例抑制回圈顺时钟方向的电路示意图；图6是本发明在低电压应用时的实施例抑制回圈逆时钟方向的电路示意图；图7是本发明在高电压应用时的实施例抑制回圈顺时钟方向的电路示意图；图8是本发明在高电压应用时的实施例抑制回圈逆时钟方向的电路示意图；图9是在回圏中消耗所剩余的反应电动势突波曲线示意图。图号i兌明
io控制单元 11桥式驱动电路12吸收单元13马达线圈20控制单元21抑制准位机制单元22桥式驱动电路23马达线圏25导通电流方向201第一脚位202第二脚位203第三脚位204第四脚位206第一电容207第二电容208第五电阻209第一电晶体211第一二极体212第二二极体214第一电阻215第二电阻216第三电阻217第四电阻218节点Va219节点Vb221第一PMOS电晶体222第二PMOS电晶体223第三NMOS电晶体224第四NMOS电晶体240反应电动势电流第一方向241反应电动势2010第六电阻2011第二电晶体2110节点Vc2111节点Vd具体实施方式
对于本发明的其他优点、目的、技术特征及功效，下面结合附图和实施 例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细描述本发明较佳实施例如图5、 6、 7及8所示，因不同使用需要配合不同设
在高输入电压时的应用电路(图7、 8)。图4、图5是本发明方块及电路示意图，显示本发明一种「利用回圈技术抑制马达反应电动势的控制结构J在低输入电压时的应用电路，因低电压输入不虞引起电流过大而损坏，所以将抑制准位机制单元21中的第一二极体与 第二二极体合并设计于一积体电路中。主要包括有 一控制单元20、 一抑制准位机制单元21、 一桥式驱动电路 22、 一马达线圈23;前述控制单元20为一积体电路，其至少有四个脚位分别 控制桥式驱动电路22中四颗场效电晶体，靠该桥式驱动电路22中的四颗场 效电晶体，来以控制马达线圈23的切换。前述该控制单元20至少四个脚位以控制该桥式驱动电路22，其第一脚位 201经第一控制组件(第一电阻214、第二电阻215及第一电容206)控制该桥 式驱动电路22中的第一PMOS电晶体221;该第二脚位202经第二控制组件 (第三电阻216、第四电阻217及第二电容207)控制该桥式驱动电路22中的第 二 P MOS电晶体222;该第三脚位203及第四脚位204分别控制该桥式驱动 电路22中的第三N MOS电晶体223及第四N MOS电晶体224。动作原理如下所述，当马达起动，控制单元20中的第二脚位202及第三 脚位203，控制该桥式驱动电路22中的第二PMOS电晶体222及第三NMOS 电晶体导通223(导通电流25如图5所示)，此时马达线圏23因充、放电产生 一2 3倍于输入电压的一反应电动势，此反应电动势由该第一PMOS电晶体 221中的二极体导至经一节点Va218至一节点Vb219(反应电动势电流第一方 向240如图5所示)，而此时反应电动势电压(Vemf)大于输入电压(Vss)，抑制 准位机制单元21(第一二极体211、第一电阻214及第二电阻215组成，组成 元件主为设计控制PMOS电晶体闸极的电压，任何等效电路元件其功能相仿 都在本发明范围内，并不以此为限)控制第一P MOS电晶体221的闸极(g)与 源极(s)之间的电压大于其电晶体的导通电压(Vemf-Vb[Rl/(Rl+R2)] > Vgs(on))，构成该第一P MOS电晶体221导通的条件；同时当反应电动势由 该第一PMOS电晶体221中的二极体导至经一节点Vc2110至一节点Vd2111 而此时反应电动势电压(Vemf)大于输入电压(Vss),抑制准位才几制单元21(第二
二极体212、第三电阻216及第四电阻217)控制第二P MOS电晶体222的闸 极(g)与源极(s)之间的电压大于其电晶体的导通电压(Vemf-Vb[R3/(R3+R4)] 〉Vgs(on))，构成该第二PMOS电晶体222导通的条件。则该第一 P MOS电晶体221导通后与第二 P MOS电晶体222之间形成一 回路，以令反应电动势电流走向第二方向241(如图5所示)，在该回路中顺时 钟方向回圈中消耗，直至下一次马达切换，第一PMOS电晶体221及第四N MOS电晶体224导通(导通电流方向25如图6所示)，将在该回^各中回圈消耗 剩余的反应电动势241(如图9所示)导至接地。请参阅图6，前述马达切换下一动作，控制单元20中的第一脚位201及 第四脚位204，控制该桥式驱动电路22中的第一PMOS电晶体221及第四N MOS电晶体导通224(导通电流25如图6所示)，此时马达线圈23因充、放电 产生一2 3倍于输入电压的一反应电动势，此反应电动势由该第二PMOS电 晶体222中的二极体导至经一节点Vc 2110至一节点Vd 2111(反应电动势电流 第一方向240如图6所示)，而此时反应电动势电压(Vemf)大于输入电压(Vss)， 抑制准位机制单元21(第二二极体212、第三电阻216及第四电阻217)控制第 二P MOS电晶体222的闸极(g)与源极(s)之间的电压大于其电晶体的导通电压 (Vemf-Vd[R3/(R3+R4)] 〉 Vgs(on)),构成该第二 P MOS电晶体222导通的条 件；同时当反应电动势由该第二PMOS电晶体222中的二才及体导至经一节点 Va218至一节点Vb219而此时反应电动势电压(Vemf)大于输入电压(Vss),抑 制准位机制单元21 (第一二极体211、第 一 电阻214及第二电阻215)控制第一 P MOS电晶体221的闸极(g)与源极(s)之间的电压大于其电晶体的导通电压 (Vemf-Vb[Rl/(Rl+R2)] 〉Vgs(on))，构成该第一P MOS电晶体221导通的条 件。则该第二 P MOS电晶体222导通后与第一 P MOS电晶体221之间形成一 回路，以令反应电动势电流走向第二方向241(如图6所示)，在该回路中逆时 钟方向回圈中消耗，直至下一次马达切换，第二PMOS电晶体222及第三N MOS电晶体223导通(导通电流方向25如图5所示)，将在该回路中回圏消耗 剩余的反应电动势241(如图9所示)导至接地。
前述两步动作周而复始的反复，用以控制反应电动势在该设计回路中逆 时钟及顺时钟方向反复回圈，来达到抑制马达反应电动势的目地。请参阅第4及7图为本发明在高电压应用时的方块及电路示意图。因高电压输入有电流过大而损坏之虞，所以将抑制准位机制单元21中的 第一二极体211与第二二极体212分开积体电^各设计于电^各中。主要包括有 一控制单元20、 一抑制准位机制单元21、 一桥式驱动电路 22、 一马达线圈23;前述控制单元20为一积体电^各，其至少有四个脚位分别 控制桥式驱动电3各22中四颗场效电晶体，靠该桥式驱动电i 各22中的四颗场 效电晶体，来控制马达线圈23的切换。前述该控制单元20至少四个脚位以控制该桥式驱动电i 各22,其第一脚位 201经第 一控制组件(第 一 电阻214 、第五电阻208第 一 电容206及第 一 电晶体 209)控制该桥式驱动电路22中的第一PMOS电晶体221;该第二脚位202经 第二控制组件(第四电阻217、第六电阻2010、第二电容207及第二电晶体2011) 控制该桥式驱动电路22中的第二PMOS电晶体222;该第三脚位203及第四 脚位204分别控制该桥式驱动电路22中的第三N MOS电晶体223及第四N MOS电晶体224。动作原理如下所述，当马达起动，控制单元20中的第二脚位202及第三 脚位203，控制该桥式驱动电路22中的第二PMOS电晶体222及第三NMOS 电晶体223导通(导通电流25如图7所示)，此时马达线圈23因充、放电产 生一2 3倍于输入电压的一反应电动势，此反应电动势由该第一PMOS电晶 体221中的二极体导至经一节点Va 218至一节点Vb 219(反应电动势电流第一 方向240如图7所示)，而此时反应电动势电压(Vem^)大于输入电压(Vss)，抑 制准位机制单元(第一二极体211、第一电阻214及第二电阻215)控制第一 P MOS电晶体221的闸极(g)与源极(s)之间的电压大于其P MOS电晶体的导通 电压(Vemf-Vb[Rl/(Rl+R2)] 〉 Vgs(on)),构成该第一 P MOS电晶体221导通 的条件；同时当反应电动势由该第一PMOS电晶体221中的二极体导至经一 节点Vc 2110至一节点Vd 2111而此时反应电动势电压(Vemf)大于输入电压 (Vss),抑制准位机制单元21(第二二极体212、第三电阻216及第四电阻217)
控制第二PMOS电晶体222的闸极(g)与源极(s)之间的电压大于其电晶体的导 通电压(Vemf-Vb[R3/(R3+R4)] 〉 Vgs(on)),构成该第二 P MOS电晶体222导通的条件。则该第一PMOS电晶体221导通后与第二PMOS电晶体222之间形成一 回路，以令反应电动势电流走向第二方向241，在该回路中顺时钟方向回圈中 消耗，直至下一次马达切换，第一P MOS电晶体221及第四N MOS电晶体 224导通(导通电流方向25如图8所示)，将在该回路中回圈消耗剩余的反应 电动势241(如图9所示)导至接地。请参阅图8，前述马达切换下一动作，控制单元20中的第一脚位201及 第四脚位204，控制该桥式驱动电路22中的第一 PMOS电晶体221及第四N MOS电晶体导通224(导通电流25如图8所示)，此时马达线圈23因充、放电 产生一2 3倍于输入电压的一反应电动势，此反应电动势由该第二PMOS电 晶体222中的二极体导至经一节点Vc 2110至一节点Vd 2H1(反应电动势电流 第一方向240如图6所示)，而此时反应电动势电压(Vemf)大于输入电压(Vss), 抑制准位机制单元21(第二二极体212、第四电阻216及第三电阻217)控制第 二PMOS电晶体222的闸极(g)与源极(s)之间的电压大于其电晶体的导通电压 (Vemf-Vd[R3/(R3+R4)] 〉 Vgs(on))，构成该第二 P MOS电晶体222导通的条 件；同时当反应电动势由该第二PMOS电晶体222中的二极体导至经一节点 Va218至一节点Vb219而此时反应电动势电压(Vemf)大于输入电压(Vss),抑 制准位机制单元21 (第二二极体212、第 一 电阻214及第二电阻215)控制第一 P MOS电晶体221的闸极(g)与源极(s)之间的电压大于其电晶体的导通电压 (Vemf-Vb[Rl/(Rl +R2)] > Vgs(on)),构成该第一 P MOS电晶体221导通的条 件。则该第二P MOS电晶体222导通后与第一PMOS电晶体221之间形成一 回路，以令反应电动势电流走向第二方向241(如图6所示)，在该回路中逆时 钟方向回圈消耗，直至下一次马达切换，第二P MOS电晶体222及第三N MOS 电晶体223导通(导通电流方向25如图7所示)，将在该回路中回圈消耗剩余 的反应电动势241(如图9所示)导至接地。
前述两步动作周而复始的反复，用以控制反应电动势在该设计回路中逆 时钟及顺时钟方向反复回圈，来达到抑制马达反应电动势的目地。
前述抑制准位机制单元21中的第 一 电阻214及第二电阻215与第三电阻 216及第四电阻217，改变电阻值即可获得不同比例的分压效果，达成不同的 PMOS电晶体的导通电压设定及变更抑制闸极准位的效果。
据上所述，本发明的抑制准位机制单元直接利用已有的元件，设计控制P MOS电晶体之闸极准位设定，构成PMOS电晶体导通条件，不需像现有技术 外加高成本的TVS零件吸收突波，有降低生产成本的优点。
如前述不需像现有技术外加如大型电容器容易发热及寿命短，有提升电 路的稳度性的优点。
如前述不需像现有技术外加如齐纳二极体容易产生噪音的元件，有效降 低噪音的优点。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此， 任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
权利要求
1、一种利用回圈技术抑制马达反应电动势的控制结构，其特征在于，主要包括有一控制单元有至少四个控制脚位，该第一脚位是电气连接一抑制准位机制单元，控制一桥式驱动电路中的一第一P MOS电晶体；该第二脚位是电气连接该抑制准位机制单元控制该桥式驱动电路中的一第二P MOS电晶体；该第三脚位是电气连接控制该桥式驱动电路中的一第三N MOS电晶体；该第四脚位是电气连接控制该桥式驱动电路中的一第四N MOS电晶体；前述桥式驱动电路是电气连接一马达线圈，以控制马达端切换；当马达切换时前述控制单元控制该桥式驱动电路中的该第二P MOS电晶体及第三N MOS电晶体导通，则该马达线圈，充、放电后产生一反应电动势；该反应电动势向上导至抑制准位机制单元，此时该抑制准位机制单元动作，使该桥式驱动电路的该第一P MOS电晶体及第二P MOS电晶体导通，使第一P MOS及第二P MOS电晶体形成一回路，使反应电动势在该回路中顺时钟方向回圈消耗，直至下一马达切换的第一P MOS电晶体及第四N MOS电晶体导通将剩余的反应电动势导至接地；及控制单元控制第一P MOS电晶体及第四N MOS电晶体导通后马达线圈产生反应电动势该反应电动势向上导至抑制准位机制单元抑制准位机制单元，此时该抑制准位机制单元动作，使该桥式驱动电路的该第二P MOS电晶体及第一P MOS电晶体导通，使第二P MOS及第一P MOS电晶体形成一回路，使反应电动势在该回路中逆时钟方向回圈消耗，直至下一马达切换的第二P MOS电晶体及第三N MOS电晶体导通将剩余的反应电动势导至接地，如此周而复始，来达到抑制马达反应电动势的目地。
2、 如权利要求1所述的利用回圈技术抑制马达反应电动势的控制结构， 其特征在于，抑制准位机制单元为一第一二极体、 一第一电阻及一第二电阻 组成，当反应电动势反向而来时，控制第一PMOS电晶体闸极与源极之间的 电压大于PMOS电晶体的导通电压，使第一PMOS电晶体导通。
3、 如权利要求1所述的利用回圈技术抑制马达反应电动势的控制结构， 其特征在于，抑制准位机制单元为一第二二极体、 一第三电阻及一第四电阻组成，当反应电动势反向而来时，控制第二PMOS电晶体闸极与源极之间的 电压大于PMOS电晶体的导通电压，使第二PMOS电晶体导通。
4、 如权利要求1所述的利用回圈技术抑制马达反应电动势的控制结构， 其特征在于，前述抑制准位机制单元中第一二极体及第二二极体可与控制单 元整合于一积体电路中。
5、 如权利要求1所述的利用回圈技术抑制马达反应电动势的控制结构， 其特征在于，前述抑制准位机制单元中第一二极体及第二二极体为一独立的 电路结构，可与前述积体电i 各分离。
6、 如权利要求2所述的利用回圈技术抑制马达反应电动势的控制结构， 其特征在于，前述抑制准位机制单元中的第一电阻及第二电阻，改变电阻值 即可获得不同比例的分压效果，达成不同的PMOS电晶体的导通电压设定及 变更抑制闸极准位的效果。
7、 如权利要求3所述的利用回圈技术抑制马达反应电动势的控制结构， 其特征在于，前述抑制准位才几制单元中的第三电阻及第四电阻，改变电阻值 即可获得不同比例的分压效果，达成不同的PMOS电晶体的导通电压设定及 变更抑制闸极准位的效果。
8、 如权利要求1所述的利用回圈技术抑制马达反应电动势的控制结构， 其特征在于，控制单元为一积体电路。
全文摘要
本发明是有关于一种「利用回圈技术抑制马达反应电动势的控制结构」，至少包括有一控制单元、一准位抑制机制单元、一桥式驱动电路、及一马达线圈，在马达端切换时马达线圈单元因充、放电，会产生比输入电压大2～3倍的反应电动势，利用前述的准位抑制机制单元，在桥式电路中两P MOS电晶体之间形成一回圈(looping)，反应电动势产生的电流会在此回圈中消耗，来达到抑制马达反应电动势的目地。
文档编号H02P6/00GK101399511SQ200710152049
公开日2009年4月1日 申请日期2007年9月28日 优先权日2007年9月28日
发明者曹正中, 林招庆, 林有康, 沈宗毅, 林 祝 申请人:升达科技股份有限公司