专利名称：具有过电压保护的无刷风扇控制电路装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电学领域电机的控制或调节的控制电路装置，特别是涉及一种用以将无刷风扇线圈变换极性或电源瞬间通断时所生成反电动势过电压转移至另一作用中线圈，而兼具有过电压保护及提高运转效能等双重功效的具有过电压保护的无刷风扇控制电路装置。
请参阅图8所示，是一种现有的传统无刷风扇的控制电路装置，其包括有一霍尔感应器1、一与霍尔感应器1连接的放大电路2、一连接于放大电路2输出端的脉冲产生器3；又该脉冲产生器3的输出端分别设有两组互为反相的驱动单元4、5，该两组驱动单元4、5则分别由作达灵顿连接的两组晶体管Q11、Q12及晶体管Q13、Q14所组成，又该两组驱动单元4、5在其输入侧的晶体管Q11、Q13的集电极、基极之间设有一稽纳二极管Z1、Z2，再者，两驱动单元4、5的输出接点6、7，则供分别与风扇FAN的两组线圈L1、L2连接，该两线圈L1、L2的另端则经控制电路中所设的二极管连接电源VCC。
前述的无刷风扇的控制电路装置，是由其脉冲产生器3生成一组脉冲来令一驱动单元4导通，并使电流通过该驱动单元4对应的线圈L1以转动转子，在此同时，互为反相的另一驱动单元5则截止，当前述转子转动时将生成磁场变化，遂为霍尔感应器1所探知并输出电位信号，经放大电路2放大后送至脉冲产生器3改变输出脉冲相位，而改由另组驱动单元5导通，并使电流流经另一线圈L2，再令转子旋转一角度，如此交替驱动，使风扇转子持续运转。
由于线圈L1、L2在电流瞬间中断时将生成反电动势过电压，而前述的控制电路为了避免线圈L1、L2在变换极性时生成的反电动势过电压造成驱动单元4、5的损坏，即如前述般，在驱动单元4、5的输入侧晶体管Q11、Q13的集电极、基极之间设以稽纳二极管Z1、Z2，借以旁路消除该过电压。
前述作法虽可有效避免过电压损及驱动单元4、5，但是仅为一消极的防制措施，并无法产生进一步的积极功能。风扇线圈在变换极性时所生成的过电压虽对驱动单元4、5构成威胁，但如能加以妥善利用，不仅不致损坏驱动单元4、5，还可大幅增进风扇的运转效率；但前述的控制电路装置未见有该等积极功能。
又现有的无刷风扇控制电路装置均已集成化，其内部主要元件均在半导体制程中完成，而以当前标准的半导体制程技术尚无法在电路中有效地生成稽纳二极管，换言之，前述的控制电路装置中的稽纳二极管并无法在制程中被同时完成，而必须另外附加，如此作法势必提高成本，增加作业的难度并影响生产效率。由此可见，上述现有的无刷风扇控制电路装置仍存在有诸多的缺陷，而丞待加以改进。
有鉴于上述现有的无刷风扇控制电路装置存在的缺陷，本设计人基于丰富的实务经验及专业知识，积极加以研究创新，经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出本实用新型。
本实用新型的主要目的在于，克服现有的无刷风扇控制电路装置存在的缺陷，而提供一种具有过电压保护的无刷风扇控制电路装置，使其可将无刷风扇线圈变换极性或电源瞬间通断时所生成反电动势过电压转移至另一作用中线圈，而兼具有过电压保护及提高运转效能等双重功效。
本实用新型的目的是由以下技术方案实现的。依据本实用新型提出的一种具有过电压保护的无刷风扇控制电路装置，其特征在于其电路是在控制电路内部两驱动单元输出端分别连接有一开关元件，当风扇线圈因变换极性而生成反电动势过电压时，将使对应连接的开关元件导通，借以将瞬间过电压经开关元件转移予另一作用中的风扇线圈。
本实用新型的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现。
前述的具有过电压保护的无刷风扇控制电路装置，其中所述的两驱动单元的前端设有一脉冲产生电路，该脉冲产生电路与一放大电路连接，该放大电路输入端则与霍尔感应器(Hall sensor)连接。
前述的具有过电压保护的无刷风扇控制电路装置，其中所述的两驱动单元的前端设有一脉冲产生电路，该脉冲产生电路与一缓冲器连接，该缓冲器输入端是供与霍尔IC(Hall IC)连接。
前述的具有过电压保护的无刷风扇控制电路装置，其中所述的开关元件是由一二极管构成，其另端经电源节点与风扇线圈连接。
前述的具有过电压保护的无刷风扇控制电路装置，其中所述的开关元件是由集电极限流的晶体管构成，该晶体管基极则经电源节点与风扇线圈连接。
前述的具有过电压保护的无刷风扇控制电路装置，其中所述的开关元件是由一P通道场效应晶体管(PMOS)构成，其栅极经电源节点与风扇线圈连接，其漏极连接至驱动单元输出端，集电极则予以接地。
前述的具有过电压保护的无刷风扇控制电路装置，其中所述的开关元件是由电子开关构成，其另端经电源节点与风扇线圈连接。
本实用新型与现有技术相比具有明显的优点和积极效果。由以上技术方案可知，本实用新型因在无刷风扇控制电路装置的驱动单元输出端分别连接切换电流通道的开关元件，因此在线圈变换极性时，可将瞬间生成的反电动势过电压转移予作用中的线圈，而可达到过电压保护目的，并可显著提高风扇的运转效能。
本实用新型的另一优点是，前述赖以达成过电压保护目的的开关元件由二极管或晶体管构成时，其极容易由半导体电路的制程中生成，换言之，无刷风扇控制电路装置无须另外附加其他元件，仅需在制程中同时形成晶体管，并构成特定的接线关系，即可轻易的达成过电压保护的功效。
综上所述，本实用新型主要是在集成化的控制电路内设有两开关元件，两开关元件分别与驱动风扇线圈的驱动单元输出端连接，当风扇线圈因变换极性而生成反电动势过电压时，将使对应的开关元件导通，而将过电压经开关元件引导至另一作用中的风扇线圈，借此除可防止驱动单元受损外，且可进一步大幅提高风扇的运转效能。因此其可将无刷风扇线圈变换极性或电源瞬间通断时所生成反电动势过电压转移至另一作用中线圈，而兼具有过电压保护及提高运转效能等双重功效。其不论在结构上或功能上皆有较大改进，并产生了好用及实用的效果，而确实具有增进的功效，从而更加适于实用，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
本实用新型的具体结构由以下实施例及其附图详细给出。
图1是本实用新型使用霍尔感应器时的较佳实施例的电路图。
图2是本实用新型较佳实施例利用二极管作为开关元件时的电路及电流方向示意图。
图3是本实用新型较佳实施例利用电子开关作为开关元件时的电路及电流方向示意图。
图4是本实用新型较佳实施例利用晶体管作为开关元件时的电路及电流方向示意图。
图5是本实用新型在CMOS制造工艺中生成PNP晶体管的结构示意图。
图6是本实用新型又一较佳实施例使用霍尔IC时的电路图。
图7是本实用新型的工作波形图。
图8是现有的传统无刷风扇控制电路装置的电路图。
以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的具有过电压保护的无刷风扇控制电路装置其具体结构、特征及其功效，详细说明如后。
首先请参阅图1所示，本实用新型具有过电压保护的无刷风扇控制电路装置，其主要是以两组互为反相的驱动单元11、12的输出端OUT1、OUT2分别与风扇组FAN的两组线圈L1、L2连接，两线圈L1、L2的另端分别经一二极管与电源VCC连接。
又两驱动单元11、12的输出端分别连接有一开关元件K1、K2，用以将线圈L1、L2关闭(TURN OFF)后生成的过电压转移至作用(TURN ON)中的另一线圈L2、L1上，借以实现过电压保护以及提高运转效率的双重功效；又两组开关元件K1、K2另端通过电源节点VDD与风扇组FAN的两组线圈L1、L2连接。
再者，开关元件K1、K2可由二极管、电子开关或晶体管(PNP或PMOS)等构成。首先请参阅图2所示，前述开关元件K1、K2分别由一二极管D1、D2构成，其工作方式是当驱动单元11关闭，而另一驱动单元12打开时，线圈L2上有电流IL2通过，其路径由VCC→VDD→线圈L2→驱动单元12到GND。
又同时关闭的线圈L1则生成反电动势，而在其上通过电流IL1，其路径是由线圈L1→二极管D1→VDD→线圈L2→驱动单元12到接地端GND。
待驱动单元12关闭，而驱动单元11打开时，则线圈L1上有电流IL1通过，其路径由VCC→VDD→线圈L1→驱动单元11到GND。
同时关闭的线圈L2则生成反电动势，而在其上通过电流IL2，其路径是由线圈L2→二极管D2→VDD→线圈L1→驱动单元11到接地端GND。
由前述电路分析可明显看出，采用本实用新型的电路设计，线圈切断电源时所生成的反电动势电流不仅不会逆向侵袭对应的驱动单元，更可进一步转移至作用中的线圈，而可提高其工作效能。
请再参阅图3所示，该开关元件K1、K2亦可由电子开关S1、S2构成，其工作原理与采用二极管者相同，其仅需控制两电子开关S1、S2作交替导通，当驱动单元11关闭时，即使电子开关S1导通，使反电动势电流IL1通过并转移至另一线圈L2上；反之，当驱动单元12关闭时，则改由电子开关S2导通，使反电动势电流IL2通过并转移至另一线圈L1上。
另请参阅图4所示，该开关元件K1、K2为改由集电极限流的晶体管Q1、Q2构成，两晶体管Q1、Q2分别以发射极与两驱动单元11、12的输出端OUT1、OUT2连接，又其基极是连接至电源VDD，其集电极则分别串接电阻后接地，而作限流、保护用途，作用类似于二极管。再者，当开关元件是由P通道场效应晶体管构成时，其接线关系则以栅极连接电源VDD，又以漏极连接驱动单元11、12输出端，其集电极则予接地。
而当开关元件K1、K2由二极管或晶体管构成时，其可在控制电路的CMOS制造工艺中同时生成，如PNP晶体管在半导体制程中的形成，如图5所示。
有关控制电路装置的整体构造，请参阅图1所示，该两驱动单元11、12输入端是与一脉冲产生电路13连接，由该脉冲产生电路13产生两组相差180度的方波信号以分别驱动两驱动单元11、12，该脉冲产生电路13输入端是与一放大电路14或缓冲器连接，在本实施例中，脉冲产生电路13输入端与一放大电路14连接，以配合使用霍尔感应器15感应风扇的磁极极性。
又请参阅图6所示，是本实用新型另一较佳实施例，前述的脉冲产生电路13输入端改与一缓冲器16连接，用以配合使用霍尔IC17感应风扇的磁极极性。在本实施例中，该霍尔IC的型号为US1881UA SERIES，其功能是用来感应风扇转子内侧的磁铁极(N.S)，并产生对应的信号改变风扇线圈的电流方向，而使转子持续运转。
由上述说明可看出本实用新型的具体结构，以下将本实用新型的工作方式详细说明如下。请参阅图1所示，本实用新型主要是由脉冲产生电路13产生一组脉冲，令对应的驱动单元11导通，并使电流通过该驱动单元11对应的线圈L1，以转动风扇转子，在此同时，互为反相的另一驱动单元12则处在截止状态，当前述转子转动时将产生磁场变化，遂为霍尔感应器15所探知并输出电位信号，经放大电路14放大后送至脉冲产生电路13，由其生成另组相差180度的脉冲信号以使对应的另组驱动单元12导通，并使电流流经另一线圈L2，再令转子旋转一角度，并由霍尔感应器15再度感知磁场变化，以便通过前述过程交替驱动，使风扇转子持续运转。
而当通过线圈L1或线圈L2的电流中断时，将在该瞬间停止电流通过的线圈上生成反电动势过电压，并在对应的驱动单元11、12的输出端OUT1或输出端OUT2上造成过电压，此过电压随即令该对应的开关元件Q1或开关元件Q2导通，而使该瞬间过电压经开关元件Q1或开关元件Q2转移至另一作用中的线圈，借此不仅可有效防止驱动单元11、12受瞬间生成的反电动势过电压所毁损，且可进一步使作用中的线圈得到较大的能量，而可大幅提高运转效能。
由此可知，本实用新型在无刷风扇控制电路装置的驱动单元输出端分别连接切换电流通道的开关元件，因此在线圈变换极性时，可将瞬间生成的反电动势过电压转移予作用中的线圈，而可以达到过电压保护的目的，并可显著地提高风扇运转效能，有关过电压保护所达成的功效部分请参阅图7所示，图7中上、下两波形图分别代表未设本实用新型过电压保护电路及已设置过电压保护电路的工作波形V(OUT1)、V(OUT1)′，如无刷风扇控制电路装置未设过电压保护电路，其输出波形V(OUT1)的瞬间过电压可高达25伏特以上。又控制电路装置经设以过电压保护电路后，其输出波形V(OUT1)′的瞬间过电压则恒低于1伏特以下，由此可见，本实用新型对于过电压保护确有具体实效。
而该项设计的另一优异功效在于，前述赖以实现过电压保护目的的开关元件由二极管或晶体管构成时，其极容易在半导体电路的制造工艺中所生成，换言之，无刷风扇控制电路装置无须另外附加其他元件，仅需在工艺中同时形成晶体管，并构成特定的接线关系，即可轻易地实现过电压保护的目的，由此可见，该过电压保护电路亦具备降低成本、简化制程及提高产能等诸多的优点。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
权利要求1.一种具有过电压保护的无刷风扇控制电路装置，其特征在于其电路是在控制电路内部两驱动单元输出端分别连接有一开关元件，当风扇线圈因变换极性而生成反电动势过电压时，将使对应连接的开关元件导通，借以将瞬间过电压经开关元件转移予另一作用中的风扇线圈。
2.根据权利要求1所述的具有过电压保护的无刷风扇控制电路装置，其特征在于所述的两驱动单元的前端设有一脉冲产生电路，该脉冲产生电路与一放大电路连接，该放大电路输入端则与霍尔感应器(Hall sensor)连接。
3.根据权利要求1所述的具有过电压保护的无刷风扇控制电路装置，其特征在于所述的两驱动单元的前端设有一脉冲产生电路，该脉冲产生电路与一缓冲器连接，该缓冲器输入端是供与霍尔IC(Hall IC)连接。
4.根据权利要求1、2或3所述的具有过电压保护的无刷风扇控制电路装置，其特征在于所述的开关元件是由一二极管构成，其另端经电源节点与风扇线圈连接。
5.根据权利要求1、2或3所述的具有过电压保护的无刷风扇控制电路装置，其特征在于所述的开关元件是由集电极限流的晶体管构成，该晶体管基极则经电源节点与风扇线圈连接。
6.根据权利要求1、2或3所述的具有过电压保护的无刷风扇控制电路装置，其特征在于所述的开关元件是由一P通道场效应晶体管(PMOS)构成，其栅极经电源节点与风扇线圈连接，其漏极连接至驱动单元输出端，集电极则予以接地。
7.根据权利要求1、2或3所述的具有过电压保护的无刷风扇控制电路装置，其特征在于所述的开关元件是由电子开关构成，其另端经电源节点与风扇线圈连接。
专利摘要一种具有过电压保护的无刷风扇控制电路装置,其在控制电路内部两驱动单元输出端分别连接有一开关元件,即在集成化的控制电路内设有两开关元件,两开关元件分别与驱动风扇线圈的驱动单元输出端连接,当风扇线圈因变换极性而生成反电动势过电压时,将使对应连接的开关元件导通,借以将瞬间过电压经开关元件转移引导至另一作用中的风扇线圈,借此可防止驱动单元受损,且可进一步大幅提高风扇的运转效能。
文档编号H02P6/00GK2368220SQ99205258
公开日2000年3月8日 申请日期1999年3月24日 优先权日1999年3月24日
发明者泰旭沅 申请人:点晶科技股份有限公司