专利名称：马达控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种马达控制装置，特别涉及散热风扇的马达控制技术。
背景技术：
随着晶体电路微型化发展，电子装置内部各种元件所包含的晶体管数量剧增，导致元件运转时所制造的热能相当可观。因此，设计电子产品时一定要考虑到散热问题。散热风扇即其中一种常见的解决方式。散热风扇通常为马达驱动，马达上的驱动电流则决定风扇的转速。然而，为了节能省电，风扇转速最好能配合环境温度有所调整。如何产生适当的驱动电流，使风扇得以对应环境温度转动，为现今风扇散热领域一项重要课题。
发明内容
本发明提供一种马达控制装置，用以控制一马达的转速。所述马达可应用于散热风扇上。在一种实施方式中，所公开的马达控制装置包括一热感测元件、一第一电容、一第一运算放大器、一充放电电路、一触发器以及一逻辑电路。该热感测元件用于感测马达的环境温度，以供动态决定一第一参考电位。该第一电容具有一第一端点以及一第二端点，其中，该第一端点耦接至一第二参考电位，该第二端点则耦接至该第一运算放大器，以供应该第一运算放大器一第三参考电位。由于充放电电路会根据一脉冲宽度调制信号对该第一电容进行充放电，因此上述第三参考电位会上下变动。第一运算放大器会将该第三参考电位与上述第一参考电位进行比较，比较结果将输入该触发器一设定端。该触发器一重置端则接收一时钟信号，且其输出端的信号应用于生成上述脉冲宽度调制信号。除了用于控制上述充放电电路，该脉冲宽度调制信号更由该逻辑电路使用，据以决定该马达上一驱动电流的一工作区间，进而决定该马达的转速。在散热风扇的应用中，上述马达控制装置的设计使得散热风扇得以精确地随着环境温度变化其转速，达到最好的功率使用。前述内容概略地叙述本发明的主要特征与技术优势；本发明尚有其他多种实施方式，将于以下内容讨论。
图1图解马达控制装置的一种实施方式；图2举波形图为例，帮助说明图1马达控制装置的操作；图3图解图1中第一与第二电流源Il与12的一种实施方式；图4图解本发明于散热风扇的应用中，散热风扇转速与环境温度的相对关系；以及图5图解一无刷直流马达与相关的驱动电流设定电路、以及热感测元件的连结状态。主要元件符号说明100 马达控制装置；102 马达；104 热感测元件； 106 充放电电路；108 触发器；110 逻辑电路；112 驱动电流设定电路；114 时钟信号产生电路；116 霍尔效应感测器；302、304 第一、第二电流源；402 标示环境温度与散热风扇转速的关系；404 线条402的最低点；502 马达；504,506 第一、第二方向的驱动电流；508 热敏电阻；A…D 第七…第十开关的控制信号；Cl、C2 第一、第二电容；CLK 时钟信号；^ZZ 反相时钟信号；CS 控制信号；GND 接地；HE 感测到的霍尔效应；I 马达上的驱动电流；IL··· 13 第----第三电流源；OPU 0P2 第一、第二运算放大器；PWM 脉冲宽度调制信号；^^ 反相脉冲宽度调制信号；1 1 1 3 第----第三电阻；RrefU Rref2 第一、第二参考电阻；Sffl-SfflO 第----第十开关；tl...t3 三个时间点；TPl 脉冲宽度调制信号PWM的致能区间；TP2 脉冲宽度调制信号PWM的周期；Vl (T) 环境温度相关的第一参考电位；V2…V5 第四…第五参考电位；Vbg 带隙参考电位；VDD 电源。
具体实施例方式以下详细讨论本发明多种实施方式的要件与使用。然而，所讨论的特定实施方式仅为本发明的实现与使用的一些特定方式，并非意图限定本发明范围。参阅图1，其中图解本发明马达控制装置的一种实施方式。马达控制装置100用于控制一马达102的转速。关于马达控制装置100的基础结构，其中包括一热感测元件104、一第一电容Cl、 一第一运算放大器0P1、一充放电电路106、一触发器108以及一逻辑电路110。热感测元件 104用于感测马达102的环境温度，以供动态决定一第一参考电位Vl(T)；参数‘T’代表环境温度，且该热感测元件104可为热敏电阻、或任何根据环境温度改变电子特性的装置。第一参考电位Vl (T)将耦接至第一运算放大器0P1，例如，耦接该第一运算放大器 OPl的反相输入端(标号‘_’)。关于第一电容Cl，其一端耦接一第二参考电位V2，另一端耦接根据一脉冲宽度调制信号PWM动作的充放电电路106、且供应一第三参考电位V3。充放电电路106对第一电容Cl的充放电操作将使第三参考电位V3随之变动。第三参考电位V3将耦接至第一运算放大器0P1，例如，耦接第一运算放大器OPl的非反相输入端(标号‘ + ’)。在第一运算放大器OPl作用下，变动的第三参考电位V3将被拿来与环境温度相关的第一参考电位Vl (T)进行比较，比较结果会送入触发器108的一设定端(如SR触发器的‘S’输入端)。此外，触发器108更具有一重置端(如SR触发器‘R’输入端)接收一时钟信号CLK、以及一输出端(如SR触发器‘Q’输出端)。在图1所示实施例，触发器108输出端(‘Q’ )信号标号为声·-即上述脉冲宽度调制信号PWM的反相信号。触发器108的输出端(‘Q’ )除了耦接充放电电路106控制充放电电路106对第一电容Cl的充放电外，更耦接至逻辑电路110，使逻辑电路110得以依照脉冲宽度调制信号PWM决定马达102上一驱动电流I的工作区间(duty cycle)。以图1 实施方式为例，逻辑电路110可通过控制信号CS控制耦接该马达102的一驱动电流设定电路112，使马达102上驱动电流I的工作区间得以符合脉冲宽度调制信号PWM的工作区间。由于马达102的转速与其上驱动电流I的工作区间有关，所公开的马达控制装置基础架构使得马达102的转速乃根据环境温度所设定，使该马达102所致动的散热风扇可在环境温度较高时转动较快，环境温度较低时转动较慢，达到良好的功率使用。图1更有公开充放电电路106的详细实施方式。如图所示，充放电电路106包括 一第一电流源II、一第一开关SWl以及一第二开关SW2。第一电流源Il供应一第一电流 (之后讨论同样标号为’ ΙΓ )。第一开关SWl于脉冲宽度调制信号PWM除能时导通(即由反相脉冲宽度调制信号:控制)，以短路第一电容Cl的两个端点。第二开关SW2于脉冲宽度调制信号PWM致能时导通，使第一电容Cl得由第一电流Il充电。图2举波形图为例，帮助说明上述结构的操作，其中波形包括时钟信号CLK、第三参考电位V3、反相脉冲宽度调制信号、以及脉冲宽度调制信号PWM。图中假设环境温度变化平稳，第一参考电位Vl (T)维持在定值，且第三参考电位V3的起始值为第二参考电位V2。以下以三个时间点tl、t2与t3说明各波形的变化。时间点tl，时钟信号CLK致能；触发器108于重置端(’ R’ )感应到时钟信号CLK的致能变化，令输出端(‘Q’ )信号
重置为低电平，脉冲宽度调制信号PWM因而为高电平状态。在低电平的声·与高电平的PWM操作下，第一开关SWl不导通且第二开关SW2导通，第一电流Il对第一电容Cl充电，第三参考电位V3的电位渐升。时间点t2，第一运算放大器OPl检测出第三参考电位V3 超越第一参考电位Vl (T)，输出一高电平信号给触发器108的设定端(‘S’)，触发器180随即将输出端(‘Q’ )信号声·切换到高电平，脉冲宽度调制信号PWM因而切换为低电平。在高电平的7 与低电平的PWM操作下，第一开关SWl导通且第二开关SW2不导通，第三参考电位V3拉回第二参考电位V2。时间点t3，时钟信号CLK再度切换为高电平，触发器 108重置端(‘R’ )感测到后令输出端(‘Q’ )信号^7重置为低电平，脉冲宽度调制信号PWM因而切换为高电平。总结之，脉冲宽度调制信号PWM的致能区间TPl与第三参考电位V3上拉至第一参考电位Vl (T)的时间有关；与环境温度相关的第一参考电位Vl (T)的大小会影响脉冲宽度调制信号PWM的工作区间(TP1/TP2)，进而影响马达102的转速。例如，第一参考电位Vl (T) 可与环境温度为正相关。环境温度愈高，第一参考电位Vl (T)愈高，第三参考电位V3充电至第一参考电位Vl (T)的时间愈长，时钟宽度调制信号PWM的工作区间TPl愈长，马达102 转速愈快，所致动的散热风扇转速愈快。反之，环境温度愈低，第一参考电位Vl (T)愈低，第三参考电位V3充电至第一参考电位Vl⑴的时间愈短，时钟宽度调制信号PWM的工作区间 TPl愈短，马达102转速愈慢，所致动的散热风扇转速愈慢。如此一来，散热风扇可视环境温度调整其转速，达到最好的功率使用。除了上面讨论的变量TP1，脉冲宽度调制信号PWM的工作区间(TP1/TP2)的另一项可调整参数为脉冲宽度调制信号PWM的周期TP2。由于TP2的值是与时钟信号CLK的周期相关，因此，本发明还公开一时钟产生电路，藉以调整脉冲宽度调制信号PWM的周期TP2的长度。马达控制装置100的一时钟产生电路114包括一第二运算放大器0P2、一第一电阻R1、一第二电阻R2、一第三电阻R3、一第三开关SW3、一第四开关SW4、一第二电容C2、一第二电流源12、一第三电流源13、一第五开关SW5、以及一第六开关SW6。第一、第二以及第三电阻Rl、R2以及R3依序串接于一电源VDD与一地线之间形成一分压器；第一电阻Rl与第二电阻R2的连结端点提供一第四参考电位V4，第二电阻R2与第三电阻R3的连结端点提供一第五参考电位V5。第三与第四开关SW3与SW4轮流耦接第四或第五参考电位V4或 V5至第二运算放大器0P2的一反相输入端(标号‘_’ )。至于第二运算放大器0P2的一非反相输入端(标号‘ + ’ )则耦接第二电容C2。第二电流源12负责产生一第二电流(以下同样标号为‘12’)，由第五开关SW5导向第二电容C2负责其充电操作。第三电流源13负责产生一第三电流(以下同样标号为’ 13’ )，由第六开关SW6与第二电容C2连结，以负责其放电操作。第二运算放大器0P2将比较其非反相输入端(‘ + ’) 与反相输入端(‘_’)的电位，据以输出时钟信号CLK给触发器108。为了使时钟信号CLK 振荡，上述第三、第四、第五与第六开关SW3、SW4、SW5与SW6的操作乃由时钟信号CLK反馈控制。第三开关SW3与第五开关SW5于时钟信号CLK除能时导通(即由反相时钟信号⑩ 控制)，且第四开关SW4与第五开关SW5于时钟信号CLK致能时导通(即由时钟信号CLK控制)。上述时钟信号产生电路114的设计所产生的时钟信号CLK的振荡周期TCLK可由以下方程式表示
…T R2 「 C2. VDD--TCLK =_R\ + R2 + R3
一/2///3由于脉冲宽度调制信号PWM的周期TP2近似时钟信号CLK的周期TCLK(rP2srOJ0，因此，通过设计时钟信号产生电路114内的元件一如C2、R1 R3、 12、13-的值，即可调整脉冲宽度调制信号PWM的周期TP2的长度，改变脉冲宽度调制信号 PWM的工作区间(TP1/TP2)，进而影响马达102的转速。此外，关于图1所示的实施方式，更可将第一与第二电容Cl与C2设计为相同的电容值(Cl = C2)，将第一与第三电阻Rl与R3的电阻值总合设计为与第二电阻R2的电阻值相同(例如，Rl = R3 = 0. 5R2，R1+R3 = R2)，并且将第二与第三电流12与13设计为相同的大小(12 = 13)。由于第三参考电位V3自第二参考电位V2充电到第一参考电位Vl (T) 的时间TPl可由以下方程式表示
权利要求
1.一种马达控制装置，用以控制一马达，其中包括一热感测元件，感测该马达的环境温度，以供动态决定一第一参考电位； 一第一电容，具有一第一端以及一第二端，其中，该第一端耦接至一第二参考电位； 一第一运算放大器，耦接该第一电容上述第二端以获得一第三参考电位，并将该第三参考电位与该第一参考电位进行比较；一充放电电路，根据一脉冲宽度调制信号对该第一电容充放电，以改变该第三参考电位；一触发器，具有一设定端接收该第一运算放大器一输出端的信号，一重置端接收一时钟信号，一输出端耦接该充放电电路以供应该脉冲宽度调制信号至该充放电电路；以及一逻辑电路，耦接该触发器的该输出端，以根据该脉冲宽度调制信号决定该马达上的一驱动电流的一工作区间。
2.如权利要求1所述的马达控制装置，其中该第一参考电位耦接该第一运算放大器的一反相输入端； 该第三参考电位耦接该第一运算放大器的一非反相输入端；并且该触发器的该输出端的信号为该脉冲宽度调制信号的反相信号。
3.如权利要求2所述的马达控制装置，其中上述充放电电路包括 一第一电流源，供应一第一电流；一第一开关，耦合于该第一电容的该第一与第二端点之间，在该脉冲宽度调制信号除能时导通；以及一第二开关，耦合于该第一电流源与该第一开关之间，在该脉冲宽度调制信号致能时导通，使该第一电容通过该第一电流充电。
4.如权利要求1所述的马达控制装置，还包括一时钟产生电路，该时钟产生电路包括 一第二运算放大器，具有一非反相输入端、一反相输入端、以及一输出端输出该时钟信号；一第一电阻、一第二电阻以及一第三电阻，依序串接于一电源与一地线之间，以于该第一与该第二电阻的连结端点提供一第四参考电位，并且于该第二与该第三电阻的连结端点提供一第五参考电位；一第三开关，在该时钟信号除能时导通，以耦接该第四参考电位至该第二运算放大器的该反相输入端；一第四开关，在该时钟信号致能时导通，以耦接该第五参考电位至该第二运算放大器的该反相输入端；一第二电容，耦接该第二运算放大器的该非反相输入端； 一第二电流源以及一第三电流源，分别提供一第二电流与一第三电流； 一第五开关，在该时钟信号除能时导通，使该第二电容得通过该第二电流充电；以及一第六开关，在该时钟信号致能时导通，使该第二电容得通过该第三电流放电。
5.如权利要求4所述的马达控制装置，其中 该第一与该第二电容的电容值相同；该第一与该第三电阻的电阻值的总合与该第二电阻的电阻值相同；且该第二与该第三电流的电流值相同。
6.如权利要求4所述的马达控制装置，其中该第一电流源包括一第一参考电阻，根据该第一参考电阻的电阻值以决定该第一电流的大小；且该第二电流源包括一第二参考电阻，根据该第二参考电阻的电阻值，以决定该第二电流的大小。
7.如权利要求6所述的马达控制装置，其中该第一与该第二参考电阻制作于芯片外， 方便使用者替换。
8.如权利要求1所述的马达控制装置，还包括一霍尔效应感测器，感测该马达的状态，藉以决定该马达上该驱动电流的方向。
9.如权利要求1所述的马达驱动装置，还包含一驱动电流设定电路，该电路具有 一第七开关，耦合于该马达的一第一端与一电源端之间；一第八开关，耦合于该马达的一第二端与一地线之间； 一第九开关，耦合于该马达的该第二端与该电源端之间； 一第十开关，耦合于该马达的该第一端与该地线之间；其中当该第七开关与第八开关导通时，该马达的该驱动电流呈一第一方向；以及其中当该第九开关与第十开关导通时，该马达的该驱动电流呈一第二方向。
10.如权利要求9所述的马达控制装置，其中该逻辑电路的操作包括在该霍尔效应感测器的感测结果显示该马达的驱动电流应为该第一方向时，令该第七与第八开关根据该脉冲宽度调制信号导通；以及在该霍尔效应感测器的感测结果显示该马达的驱动电流应为该第二方向时，令该第九与第十开关根据该脉冲宽度调制信号导通。
全文摘要
马达控制装置，用以控制一马达的转速，其中包括热感测元件、电容、运算放大器、充放电电路、触发器以及逻辑电路。热感测元件用于感测马达的环境温度，以供动态决定第一参考电位。电容一端耦接第二参考电位，一端耦接由脉冲宽度调制信号动作的充放电电路、且提供第三参考电位。运算放大器比较第一与第三参考电位，将比较结果提供给触发器一设定端。触发器还以一重置端接收一时钟信号，其输出端信号则应用于产生上述脉冲宽度调制信号。除了供应给充放电电路，脉冲宽度调制信号还是逻辑电路决定马达上驱动电流的工作区间的依据。
文档编号H02P6/16GK102457221SQ20101052792
公开日2012年5月16日 申请日期2010年10月21日 优先权日2010年10月21日
发明者许齐麟 申请人:普诚科技股份有限公司