专利名称：风扇用直流无刷马达的驱动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种驱动装置，特别是涉及一种具有交换式电源转换单元的风扇用直流无刷马达的驱动装置。
背景技术：
请参阅图1所示，其为一种现有的直流无刷马达1及其驱动装置2。其中，驱动装置2具有一整流元件21、一滤波元件22、一电压箝位电路23及一控制元件M。整流元件21接收一交流电源AC并将其整流为脉动直流电源。滤波元件22针对脉动直流电源进行滤波而获得较为平稳的直流电源DC以驱动直流无刷马达1。另外，直流电源并输入电压箝位电路23而输出一低压辅助电源至控制元件24。其中，驱动装置2藉由调整控制元件M所输出的PWM讯号，进而调节直流无刷马达1的转速。虽然，现有的驱动装置2具有较简易的电路设计的优点，但是，由于驱动装置2是藉由整流元件21与滤波元件22对交流电源进行整流与滤波，并直接输出直流电源至直流无刷马达1，因此，当交流电源产生不稳定的状况时，将影响提供直流无刷马达的电源的稳定度。此外，驱动装置2仅能将交流电源转换为直流电源，而无法依据需求而改变电压的电平。换句话说，驱动装置2并无法应用于电压范围较广的交流电源，且直流无刷马达1只能应用于高电压的操作模式，而无法应用于低电压的操作模式。再者，驱动装置2是通过电压箝位电路23而将高压直流电源降低为一低压辅助电源。然而，电压箝位电路23将造成很大的功率耗损。因此，如何提供一种风扇用直流无刷马达的驱动装置，使其能够稳定地提供驱动直流无刷马达所需的电源，并增加驱动装置的操作电压范围，同时又能够避免功率的损耗， 已成为重要课题之一。
发明内容
有鉴于上述课题，本发明的目的为提供一种能够稳定地提供驱动直流无刷马达所需的电源，并增加驱动装置的操作电压范围，同时又能够避免功率的损耗的风扇用直流无刷马达的驱动装置。为实现上述目的，依据本发明的一种直流无刷马达的驱动装置，电性连接一交流电源与一直流无刷马达，驱动装置包括一整流单元、一滤波单元、一交换式电源转换单元及一控制单元。整流单元接收交流电源并对交流电源进行整流。滤波单元与整流单元电性连接，且滤波单元对整流后的交流电源进行滤波并产生一直流电源。交换式电源转换单元分别与滤波单元及直流无刷马达电性连接，交换式电源转换单元接收直流电源，并输出一驱动电源至直流无刷马达。控制单元分别与交换式电源转换单元及直流无刷马达电性连接。本发明的一实施例中，其中交换式电源转换单元为一单级式电源转换单元或一双级式电源转换单元。本发明的一实施例中，其中交换式电源转换单元包括一升压转换器、一降压转换器、一回扫式转换器和/或一正向式转换器。如上所述，因依据本发明的一种直流无刷马达的驱动装置是藉由交换式电源转换单元将直流电源转换为一预设的驱动电源以驱动直流无刷马达，从而实现能够稳定地提供驱动直流无刷马达所需的电源，并增加驱动装置的操作电压范围，同时又能够避免功率的损耗的直流无刷马达的驱动装置。
图1为现有的一种直流无刷马达及其驱动装置的示意图；图2A及图2B为依据本发明较佳实施例的一种直流无刷马达及其驱动装置的示意图；图3A至图3D为本实施例的交换式电源转换单元具有不同变化态样的示意图；以及图4为依据本发明较佳实施例的一种直流无刷马达及其驱动装置的示意图。附图符号说明1、3:直流无刷马达2、4A、4B、4C 驱动装置21 整流元件22 滤波元件23:电压箝位电路24 控制元件41 整流单元42 滤波单元43:交换式电源转换单元43A:双级式电源转换单元431 开关元件432 电感器433 整流元件434 电容器435:输出电压检测元件436 :P丽控制元件437:辅助电源438:第一电容器439:第二电容器44 控制单元441 马达驱动元件442 转速检测元件443 微控制器45 电磁干扰滤波单元AC:交流电源CN 102468792 A说明书3/7 页DC:直流电源Fl 第一滤波元件F2 第二滤波元件OC 光耦合器PS 交流电源产生单元RECl 第一整流元件REC2 第二整流元件REC3 第三整流元件REC4:第四整流元件动电源Sdt 检测讯号Spwm PWM 讯号Sv 电压讯号TR1、TR2、TR3 电气隔离单元VAU:辅助电压
具体实施例方式以下将参照相关附图，说明依据本发明较佳实施例的一种风扇用直流无刷马达的驱动装置。首先，请参照图2A，其为依据本发明较佳实施例的一种直流无刷马达的驱动装置 4A。驱动装置4A电性连接一交流电源AC与一直流无刷马达3，其中直流无刷马达3可再连接一组扇叶(图中未显示)。驱动装置4A包括一整流单元41、一滤波单元42、一交换式电源转换单元43及一控制单元44。整流单元41接收交流电源AC，并对交流电源AC进行整流。在实际操作上，整流单元41可为一桥式整流器。滤波单元42与整流单元41电性连接。其中，滤波单元42对整流单元41所输出的整流后的交流电源进行滤波，并产生一直流电源DC。在本实施例中，滤波单元42为一电容器。交换式电源转换单元43，分别与滤波单元42及直流无刷马达3电性连接。交换式电源转换单元43接收直流电源DC，并输出一驱动电源SD至直流无刷马达3。在本实施例中，交换式电源转换单元43将可依据设计者的规划或产品的实际需求，而为一单级式电源转换单元或一双级式电源转换单元。其中，当交换式电源转换单元43为单级式电源转换单元时，其可为一升压转换器(boost converter)、一降压转换器 (buck converter)、一回扫式转换器(flyback converter)或一正向式转换器(forward converter)。另外，当交换式电源转换单元43为双级式电源转换单元时，其为升压转换器与降压转换器、回扫式转换器或正向式转换器的组合。控制单元44分别与交换式电源转换单元43及直流无刷马达3电性连接。在本实施例中，控制单元44包括一马达驱动元件441、一转速检测元件442及一微控制器443。其中，马达驱动元件441分别与交换式电源转换单元43及直流无刷马达3电性连接，并产生一 PWM讯号SPWM。转速检测元件442与直流无刷马达3电性连接，并检测该直流无刷马达 3的转速。微控制器443与马达驱动元件441、转速检测元件442及交换式电源转换单元43 电性连接。在实际运用上，微控制器443接收藉由转速检测元件442所检测的直流无刷马达 3的转速，并依据该转速而提供一电压讯号SV至交换式电源转换单元43，以调整交换式电源转换单元43所输出的驱动电源SD。另外，微控制器443亦可以依据直流无刷马达3的转速调整马达驱动元件441的P丽讯号SP丽，或是同时调整驱动电源SD以及P丽讯号SP丽。藉由上述的硬件架构，本发明可藉由交换式电源转换单元而将滤波单元所输出的直流电源转换为一预设电压电平的驱动讯号。如此一来，本发明的驱动装置将可不受交流电源的影响，而可以提供一稳定的驱动电源至直流无刷马达，且驱动装置将可依据交换式电源转换单元的设计，而应用于较大的操作电压范围。接着，请参照图2B，其为依据本发明较佳实施例的另一种直流无刷马达的驱动装置4B。驱动装置4B与驱动装置4A的差异在于，驱动装置4B还包括一电磁干扰滤波单元 45。电磁干扰滤波单元45分别与一交流电源产生单元PS及整流单元41电性连接，并将交流电源产生单元PS所产生的交流电源AC进行滤波，并输出至整流单元41。其中，电磁干扰滤波单元45用以消除共模杂讯(common mode noise)以及差模杂讯(differential mode noise)。此外，在实际运用上，电磁干扰滤波单元45可为共模扼流线圈、被动式滤波器或是主动式滤波器。如上所述，在实际运用上，交换式电源转换单元43的架构可以依据不同的需求而有不同的变化态样，以下请参照图3A至图3D，举例说明当交换式电源转换单元43为单级式电源转换单元时的四种应用架构。如图3A所示，交换式电源转换单元43为一升压转换器。其中，升压转换器包括一开关元件431、一电感器432、一整流元件433、一电容器434、一输出电压检测元件435、一 PWM控制元件436及一辅助电源437。在实施上，开关元件431可为一金属氧化物半导体场效应晶体管，且开关元件431用以进行连续周期性的0N/0FF切换，而切换频率为一预先设定值。电感器432的一端接收由滤波元件所输出的直流电源DC，而电感器432的另一端则与开关元件431电性连接。整流元件433具有一第一端及一第二端。其中，整流元件433 的第一端电性连接电感器432的另一端及开关元件431，而整流元件433的第二端与直流无刷马达电性连接。在本实施例中，整流元件433为一二极管。 电容器434的一端电性连接整流元件433的第二端及直流无刷马达，而电容器434 的另一端接地。输出电压检测元件435分别与整流元件433的第二端、电容器434的另一端及直流无刷马达电性连接，并依据驱动电源SD输出一检测讯号SDT。PWM控制元件436与开关元件431及输出电压检测元件435电性连接，并依据检测讯号SDT调整开关元件431的工作周期(duty cycle)，以使开关元件431进行0N/0FF的切换动作。辅助电源437与PWM控制元件436电性连接，并提供一辅助电压VAU至PWM控制元件436。另外，值得一提的是，升压转换器将可使输出的驱动讯号的电压电平高于所接收CN 102468792 A说明书5/7 页
的直流电源的电压电平，且升压转换器同时具有功因修正(power factor correction)的功能。接着，请参照图:3B所示，交换式电源转换单元43为一降压转换器。其中，降压转换器包括一开关元件431、一电气隔离单元TR1、一第一整流元件REC1、一第一电容器438、 一第二整流元件REC2、一第二电容器439、一输出电压检测元件435、一 PWM控制元件436及一辅助电源437。在本实施例中，开关元件431接收由滤波元件所输出的直流电源DC。电气隔离单元TRl具有一非电气隔离侧(non-electric-isolatingside)及与其耦接的一电气隔离侧(electric-isolating side)。其中，非电气隔离侧的输入端与开关元件431电性连接。第一整流元件RECl的一端电性连接开关元件431及电气隔离单元TRl的非电气隔离侧的输入端，且第一整流元件RECl的另一端接地。第一电容器438的一端电性连接电气隔离单元TRl的非电气隔离侧的输出端及直流无刷马达，而第一电容器438的另一端接地。在本实施例中，第一整流元件RECl为一二极管。第二整流元件REC2的一端与电气隔离单元TRl的电气隔离侧电性连接。第二电容器439的一端与第二整流元件REC2电性连接，而第二电容器439的另一端接地。在本实施例中，第二整流元件REC2为一二极管。输出电压检测元件435分别与电气隔离单元TRl的非电气隔离侧的输出端、第一电容器438的一端及直流无刷马达电性连接。输出电压检测元件435并依据驱动电源SD 输出一检测讯号SDT。PWM控制元件436分别与开关元件431及输出电压检测元件435电性连接，并依据检测讯号SDT调整开关元件431的工作周期，进而调整直流无刷马达的转速。辅助电源437分别与第二整流元件REC2的另一端、第二电容器439的一端及PWM 控制元件436电性连接，并提供一辅助电压VAU至PWM控制元件436。接着，请参照图3C所示，交换式电源转换单元43为一回扫式转换器。其中，回扫式转换器包括一开关元件431、一电气隔离单元TR2、一第一整流元件REC1、一第一电容器 438、一第二整流元件REC2、一第二电容器439、一输出电压检测元件435、一 PWM控制元件 436及一辅助电源437。在本实施例中，电气隔离单元TR2具有一非电气隔离侧及与其耦接的一第一电气隔离侧及一第二电气隔离侧。其中，非电气隔离侧的输入端接收直流电源DC，而非电气隔离侧的输出端与开关元件431电性连接。第一整流元件RECl的一端与电气隔离单元TR2的第一电气隔离侧电性连接。第一电容器438的一端分别与第一整流元件RECl及直流无刷马达电性连接，而第一电容器438 的另一端接地。第二整流元件REC2的一端与电气隔离单元TR2的第二电气隔离侧电性连接。第二电容器439的一端与第二整流元件REC2电性连接，且第二电容器439的另一端接地。在本实施例中，第一整流元件RECl及第二整流元件REC2分别为一二极管。输出电压检测元件435分别与第一整流元件RECl的另一端、第一电容器438的一端及直流无刷马达电性连接，并依据驱动电源SD输出一检测讯号SDT。PWM控制元件436 与开关元件431电性连接，并与输出电压检测元件435耦接。PWM控制元件436依据检测讯号SDT调整开关元件431的工作周期。在实施上，输出电压检测元件435可藉由一光耦合器OC与PWM控制元件436耦接。其中，输出电压检测元件435与光耦合器OC的输入端电性连接，而PWM控制元件436与光耦合器OC的输出端电性连接。辅助电源437分别与第二整流元件REC2的另一端、第二电容器439的一端及PWM 控制元件436电性连接，并提供一辅助电压VAU至PWM控制元件436。接着，请参照图3D所示，交换式电源转换单元43为一正向式转换器。正向式转换器包括一开关元件431、一电气隔离单元TR3、一第一整流元件REC1、一第二整流元件REC2、 一第一滤波元件Fl、一第三整流元件REC3、一第四整流元件REC4、一第二滤波元件F2、一输出电压检测元件435、一 PWM控制元件436及一辅助电源437。在本实施例中，电气隔离单元TR3具有一非电气隔离侧及与其耦接的一第一电气隔离侧及一第二电气隔离侧。非电气隔离侧的输入端接收直流电源DC，而非电气隔离侧的输出端与开关元件431电性连接。第一整流元件RECl的一端与电气隔离单元TR3的第一电气隔离侧电性连接。第二整流元件REC2的一端与第一整流元件RECl的另一端电性连接，且第二整流元件REC2的
另一端接地。第一滤波元件Fl分别与第一整流元件RECl的另一端、第二整流元件REC2的一端及直流无刷马达电性连接。第三整流元件REC3的一端与电气隔离单元TR3的第二电气隔离侧电性连接。第四整流元件REC4的一端与第二整流元件REC2的另一端电性连接，且第四整流元件REC4的另一端接地。第二滤波元件F2分别与第三整流元件REC3的另一端及第四整流元件REC4的一端电性连接。在本实施例中，第一整流元件RECl、第二整流元件REC2、第三整流元件REC3及第四整流元件REC4分别为一二极管。此外，第一滤波元件Fl及第二滤波元件F2分别包括一电感器及一电容器。输出电压检测元件435分别与第一滤波元件Fl及直流无刷马达电性连接，并依据驱动电源SD输出一检测讯号SDT。PWM控制元件436与开关元件431电性连接，并与输出电压检测元件435耦接，且PWM控制元件436依据检测讯号SDT调整开关元件431的工作周期。辅助电源437与第二滤波元件F2及PWM控制元件436电性连接，并提供一辅助电压 VAU至PWM控制元件436。另外，当交换式电源转换单元43为双级式电源转换单元时，其为升压转换器与降压转换器、回扫式转换器或正向式转换器的组合。换句话说，交换式电源转换单元43中的第一级交换式电源转换单元需为升压转换器，而第二级交换式电源转换单元则不限定为降压转换器、回扫式转换器或正向式转换器。请参照图4，其为依据本发明较佳实施例的一种直流无刷马达的驱动装置4C。在本实施例中，驱动装置4C包括一双级式电源转换单元43A。其中，双级式电源转换单元43A 包括一升压转换器及一回扫式转换器。藉由上述的硬件架构，将可藉由第一级交换式电源转换单元作为功因修正之用， 并藉由第二级交换式电源转换单元进行调节直流无刷马达的转速。如此一来，本发明的驱动装置将提供一稳定的驱动电源至直流无刷马达，并避免功率的损耗。综上所述，因依据本发明的一种风扇用直流无刷马达的驱动装置藉由交换式电源转换单元将直流电源转换为一预设的驱动电源以驱动直流无刷马达，从而实现能够稳定地提供驱动直流无刷马达所需的电源，并增加驱动装置的操作电压范围，同时又能够避免功率的损耗的直流无刷马达的驱动装置。 以上所述仅为举例，而非为对本发明的限制。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于本发明的权利要求中。
1权利要求
1.一种直流无刷马达的驱动装置，电性连接一交流电源与一直流无刷马达，该驱动装置包括一整流单元，接收该交流电源，并对该交流电源进行整流；一滤波单元，与该整流单元电性连接，该滤波单元对整流后的交流电源进行滤波并产生一直流电源；一交换式电源转换单元，分别与该滤波单元及该直流无刷马达电性连接，该交换式电源转换单元接收该直流电源，并输出一驱动电源至该直流无刷马达；以及一控制单元，分别与该交换式电源转换单元及该直流无刷马达电性连接。
2.如权利要求1所述的驱动装置，其中该整流单元为一桥式整流器。
3.如权利要求1所述的驱动装置，其中该滤波单元具有一电容器。
4.如权利要求1所述的驱动装置，其中该交换式电源转换单元为一单级式电源转换单元或一双级式电源转换单元。
5.如权利要求1所述的驱动装置，其中该交换式电源转换单元包括一升压转换器、一降压转换器、一回扫式转换器和/或一正向式转换器。
6.如权利要求5所述的驱动装置，其中该升压转换器包括 一开关元件；一电感器，其一端接收该直流电源，另一端电性连接该开关元件； 一整流元件，具有一第一端及一第二端，该第一端电性连接该电感器的另一端及该开关元件，该第二端与该直流无刷马达电性连接；一电容器，其一端电性连接该整流元件的第二端及该直流无刷马达，且该电容器的另一端接地；一输出电压检测元件，分别与该整流元件的第二端、该电容器的另一端及该直流无刷马达电性连接，并依据该驱动电源输出一检测讯号；一 PWM控制元件，与该开关元件及该输出电压检测元件电性连接，并依据该检测讯号调整该开关元件的工作周期；以及一辅助电源，电性连接该PWM控制元件，并提供一辅助电压至该PWM控制元件。
7.如权利要求6所述的驱动装置，其中该开关元件为一金属氧化物半导体场效应晶体管。
8.如权利要求6所述的驱动装置，其中该开关元件的切换频率为一预先设定值。
9.如权利要求5所述的驱动装置，其中该降压转换器包括 一开关元件，接收该直流电源；一电气隔离单元，具有一非电气隔离侧及与其耦接的一电气隔离侧，该非电气隔离侧的输入端与该开关元件电性连接；一第一整流元件，其一端电性连接该开关元件及该电气隔离单元的非电气隔离侧的输入端，该第一整流元件的另一端接地；一第一电容器，其一端电性连接该电气隔离单元的非电气隔离侧的输出端及该直流无刷马达，该第一电容器的另一端接地；一第二整流元件，其一端与该电气隔离单元的电气隔离侧电性连接； 一第二电容器，其一端与该第二整流元件电性连接，该第二电容器的另一端接地；一输出电压检测元件，分别与该电气隔离单元的非电气隔离侧的输出端、该第一电容器的一端及该直流无刷马达电性连接，并依据该驱动电源输出一检测讯号；一 PWM控制元件，分别与该开关元件及该输出电压检测元件电性连接，并依据该检测讯号调整该开关元件的工作周期；以及一辅助电源，分别与该第二整流元件的另一端、该第二电容器的一端及该PWM控制元件电性连接，并提供一辅助电压至该PWM控制元件。
10.如权利要求5所述的驱动装置，其中该回扫式转换器包括 一开关元件；一电气隔离单元，具有一非电气隔离侧及与其耦接的一第一电气隔离侧及一第二电气隔离侧，该非电气隔离侧的输入端接收该直流电源，该非电气隔离侧的输出端与该开关元件电性连接；一第一整流元件，其一端与该电气隔离单元的第一电气隔离侧电性连接； 一第一电容器，其一端分别与该第一整流元件及该直流无刷马达电性连接，该第一电容器的另一端接地；一第二整流元件，其一端与该电气隔离单元的第二电气隔离侧电性连接； 一第二电容器，其一端与该第二整流元件电性连接，该第二电容器的另一端接地； 一输出电压检测元件，分别与该第一整流元件的另一端、该第一电容器的一端及该直流无刷马达电性连接，并依据该驱动电源输出一检测讯号；一 PWM控制元件，与该开关元件电性连接，并与该输出电压检测元件耦接，该PWM控制元件依据该检测讯号调整该开关元件的工作周期；以及一辅助电源，分别与该第二整流元件的另一端、该第二电容器的一端及该PWM控制元件电性连接，并提供一辅助电压至该PWM控制元件。
11.如权利要求10所述的驱动装置，其中该输出电压检测元件与一光耦合器的输入端电性连接，该PWM控制元件与该光耦合器的输出端电性连接。
12.如权利要求5所述的驱动装置，其中该正向式转换器包括 一开关元件；一电气隔离单元，具有一非电气隔离侧及与其耦接的一第一电气隔离侧及一第二电气隔离侧，该非电气隔离侧的输入端接收该直流电源，该非电气隔离侧的输出端与该开关元件电性连接；一第一整流元件，其一端与该电气隔离单元的第一电气隔离侧电性连接； 一第二整流元件，其一端与该第一整流元件的另一端电性连接，该第二整流元件的另一端接地；一第一滤波元件，分别与该第一整流元件的另一端、该第二整流元件的一端及该直流无刷马达电性连接；一第三整流元件，其一端与该电气隔离单元的第二电气隔离侧电性连接； 一第四整流元件，其一端与该第二整流元件的另一端电性连接，该第四整流元件的另一端接地；一第二滤波元件，分别与该第三整流元件的另一端及该第四整流元件的一端电性连接；一输出电压检测元件，分别与该第一滤波元件及该直流无刷马达电性连接，并依据该驱动电源输出一检测讯号；一 PWM控制元件，与该开关元件电性连接，并与该输出电压检测元件耦接，该PWM控制元件依据该检测讯号调整该开关元件的工作周期；以及一辅助电源，与该第二滤波元件及该PWM控制元件电性连接，并提供一辅助电压至该 PWM控制元件。
13.如权利要求12所述的驱动装置，其中该第一滤波元件及该第二滤波元件分别包括一电感器及一电容器。
14.如权利要求1所述的驱动装置，更包括一电磁干扰滤波单元，其分别与一交流电源产生单元及该整流单元电性连接，并将该交流电源产生单元所产生的该交流电源经滤波后输出至该整流单元。
15.如权利要求1所述的驱动装置，其中该控制单元包括一马达驱动元件，分别与该交换式电源转换单元及该直流无刷马达电性连接，并产生一 PWM讯号；一转速检测元件，与该直流无刷马达电性连接，并检测该直流无刷马达的转速；以及一微控制器，与该马达驱动元件、该转速检测元件及该交换式电源转换单元电性连接。
16.如权利要求15所述的驱动装置，其中该微控制器依据该直流无刷马达的转速调整该交换式电源转换单元所输出的该驱动电源及或该马达驱动元件的该PWM讯号。
17.如权利要求15所述的驱动装置，其中该微控制器提供一电压讯号至该交换式电源转换单元，以调整该交换式电源转换单元所输出的该驱动电源。
全文摘要
一种风扇用直流无刷马达的驱动装置，电性连接一交流电源与一直流无刷马达。驱动装置包括一整流单元、一滤波单元、一交换式电源转换单元及一控制单元。整流单元接收交流电源，并对交流电源进行整流。滤波单元与整流单元电性连接，滤波单元对整流后的交流电源进行滤波并产生一直流电源。交换式电源转换单元分别与滤波单元及直流无刷马达电性连接，交换式电源转换单元接收直流电源，并输出一驱动电源至直流无刷马达。控制单元分别与交换式电源转换单元及直流无刷马达电性连接。
文档编号H02P6/08GK102468792SQ20101053220
公开日2012年5月23日 申请日期2010年11月2日 优先权日2010年11月2日
发明者曾伟硕, 李毓伟, 魏佳宾 申请人:台达电子工业股份有限公司