CN100454750C - 无霍尔组件的直流无刷马达驱动装置 - Google Patents

Abstract

一种无霍尔组件的直流无刷马达驱动装置，包括一驱动电路、一断电与自动恢复电路，以及一直流电平比较电路。驱动电路用以驱动一转子转动，当转子被卡住不转时，断电与自动恢复电路系透过直流电平比较电路立即测知，并相对应地使驱动电路断电。一旦转子被异物卡住时，本发明的无霍尔组件的直流无刷马达驱动装置可自动断电以保护转子，可避免现有驱动电路中主动组件以及线圈因异常电流而引起过热甚至烧毁的现象。当故障排除后，断电与自动恢复电路可触发驱动电路，使转子恢复正常运转。

Description

无霍尔组件的直流无刷马达驱动装置

技术领域

本发明系关于一种无霍尔组件的直流无刷马达驱动装置，特别是关于一种具有断电与自动恢复功能的无霍尔组件的直流无刷马达驱动装置。

背景技术

在许多的电子产品中，为了避免整体***不会因为温度过高而烧毁，通常会于***中加装一散热风扇加以保护，当***温度过高时，风扇即会激活以降低整体***温度，达到散热目的。

风扇主要系利用马达带动来使其运转。一般而言，直流无刷马达(brushless DC motor，BLDC)由于好保养，控制性佳，性能与效率优异，早已经成为工业界的宠儿，其中小功率的应用如硬盘机与光驱内部的马达，大功率的应用如电动车的马达装置，都可以利用直流无刷马达得到高效率、转速稳定、高扭力、耐用、容易保养的特性。

请参照第1图，其绘示乃现有无霍尔组件的直流无刷马达驱动电路的电路图。现有一种不采用霍尔组件(hall sensor)的直流无刷马达的驱动电路100包含一第一线圈绕组L1、一第二线圈绕组L2、一电容器C1、晶体管Q1、Q2、Q3、济纳二极管(Zener Diode)ZD1、ZD2、ZD3、与电阻R1、R2、R3。第一线圈绕组L1例如是辅助线圈，而第二线圈绕组L2系动力线圈，两者可受驱动电路产生的开关作动及交替改变电流方向，而激磁驱动马达转子转动。

第一状态

当自一固定电压源输入一电流时，在通电的瞬间，于第一线圈绕组L1的两端，接点a为High电位，而接点b相对为low电位，故晶体管Q2的基极为Low电位，晶体管Q2截止，第一线圈绕组L1无电流通过。

晶体管Q3的基极为High电位，晶体管Q3导通。当晶体管Q3导通时，电流从第二线圈绕组L2流经晶体管Q3后接地，故第二线圈绕组L2产生作用，控制定子产生感应磁场，以驱动转子旋转一特定角度，例如是逆时针旋转90度。

第二状态

当转子旋转一特定角度后，第一线圈绕组L1会感应到发电状态而产生反感应信号(例如是反转电压)，使得接点a为low电位，而接点b相对为High电位，正电压使晶体管Q2的基极为High电位，则晶体管Q2导通。当晶体管Q2导通时，电流由流经电阻R2与晶体管Q2后接地，故晶体管Q3的基极为low电位，晶体管Q3截止，则第二线圈绕组L2无电流通过。此时，定子的感应磁场随之消失，且转子继续朝同一方向转动。接着，返回第一状态，尔后，便持续于第一状态与第二状态间运转。

然而，一旦风扇遭遇异物入侵，例如是小石头或杆状物，转子被异物卡住，则转子瞬间从运转的状态变成不转动，在磁场没有切割的状态下，第一线圈绕组L1不作用，晶体管Q2截止，第一线圈绕组L1无电流通过。但由于现有的无霍尔组件的直流无刷马达驱动电路无法相对应地进行断电的动作，在电源不断供给的情况下，晶体管Q3持续导通，导致电流不断由第二线圈绕组L2流经晶体管Q3后接地，造成第二线圈绕组L2不断发热，甚至产生起火的危险。

再者，一旦异物移除之后，现行电路亦无法自动使转子恢复运转，必须将电源完全关闭后，再将无刷直流马达耦接至电源，始能继续正常运转，造成使用者极大的不便。

发明内容

因此，为解决上述问题，本发明系提出一种无霍尔组件的直流无刷马达驱动装置，具有断电与自动恢复功能，一旦风扇被异物入侵卡住时，可自动断电以保护风扇，避免起火，并且当异物移除后，不需将电源完全关闭后再重新开启的动作，可自动触发，驱动马达再次正常运转。

根据本发明的目的，提出一种直流无刷马达驱动装置，包括一驱动电路、一断电与自动恢复电路，以及一直流电平比较电路。驱动电路用以驱动一转子转动，当转子被卡住不转时，断电与自动恢复电路系透过直流电平比较电路立即测知，并相对应地使驱动电路断电。

驱动电路包括一第一线圈绕组、一第二线圈绕组、一第一晶体管、第二晶体管，第一线圈绕组系一辅助线圈，而第二线圈绕组系一动力线圈。当驱动电路通电时，第二晶体管截止时，第一线圈绕组无电流通过，第一晶体管导通，电流从第二线圈绕组流经第一晶体管后接地，故产生感应磁场，驱动转子旋转一特定角度；其中当转子旋转后，第一线圈绕组产生感应使第二晶体管导通，第一晶体管截止，则第二线圈绕组无电流通过；第一线圈绕组与第二线圈绕组系受驱动电路的开关作动及交替改变电流方向，而激磁驱动转子转动。

断电与自动恢复电路更包括一驱动集成电路，断电与自动恢复电路与直流电平比较电路电性连接，由直流电平比较电路输出的讯号系于驱动集成电路中比较后，由驱动集成电路输出讯号以决定使断电与自动恢复电路作用与否。当转子正常转动时，断电与自动恢复电路不作用；当转子被卡住不转时，断电与自动恢复电路系透过直流电平比较电路立即测知，并相对应地使驱动电路断电。

断电与自动恢复电路包括一第三晶体管，其中当第三晶体管截止时，断电与自动恢复电路不作用，驱动电路正常驱动转子转动。当第三晶体管导通时，第一晶体管截止，使第二线圈绕组无电流通过，断电与自动恢复电路使驱动电路断电。

断电与自动恢复电路更包括一电容器，当驱动电路断电后，电容器系提供一电压导通第四晶体管，并使第三晶体管截止，以使驱动电路能正常驱动转子转动。

根据本发明的再一目的，再提出一种无霍尔组件的直流无刷马达驱动装置，包括一驱动装置、一断电与自动恢复电路，以及一直流电平比较电路。驱动装置用以驱动一转子转动，当转子被卡住不转时，断电与自动恢复电路系透过直流电平比较电路立即测知，并相对应地使驱动装置断电。

为让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，并配合所附图式，作详细说明如下：

附图说明

第1图绘示乃现有无霍尔组件的直流无刷马达驱动电路的电路图。

第2A图绘示乃依照本发明较佳实施例的无霍尔组件的直流无刷马达驱动装置的架构方块图。

第2B图与第2C图绘示乃依照本发明较佳实施例的无霍尔组件的直流无刷马达驱动装置的二示意图。

第3图绘示乃依照本发明较佳实施例的无霍尔组件的直流无刷马达驱动装置的电路图。

【主要组件符号说明】

100、110、120：直流无刷马达驱动电路

200：直流无刷马达驱动装置

210：断电与自动恢复电路

211：驱动集成电路

220：直流电平比较电路

230：驱动电路

具体实施方式

请参照第2A图，其绘示乃依照本发明较佳实施例的无霍尔组件的直流无刷马达驱动装置的架构方块图。如第2A图所示，本发明的直流无刷马达驱动装置200中包括有一断电与自动恢复电路(currentshutdown and auto-restart circuit)210以及一直流电平比较电路220。断电与自动恢复电路210与直流无刷马达驱动装置200电性连接，在正常状态下，直流无刷马达驱动装置200激磁驱动马达转子转动，而当转子一旦遭遇异物入侵，转子被异物卡住时，断电与自动恢复电路210透过直流电平比较电路220可立即得知此突发状况，并相对应地输出讯号至直流无刷马达驱动装置200并使其断电。如此一来，可避免直流无刷马达驱动装置200的主动组件以及线圈因异常电流而引起过热甚至烧毁的现象。当故障排除后，断电与自动恢复电路210可触发直流无刷马达驱动装置200，使马达转子恢复正常运转。

请参照第2B图与第2C图，其绘示乃依照本发明较佳实施例的无霍尔组件的直流无刷马达驱动装置的二示意图。如第2B图所示，本发明的直流无刷马达驱动装置200主要包括有一驱动电路110、一断电与自动恢复电路210以及一直流电平比较电路220。驱动电路110可以例如是现有的驱动电路，主要系以二组线圈绕组产生开关作动，以激磁驱动马达的转子旋转。而除了驱动电路110之外，更加上了断电与自动恢复电路210以及一直流电平比较电路220，以共同组成一具断电与自动恢复功能的无霍尔组件的直流无刷马达驱动装置200。断电与自动恢复电路210系利用接点C与驱动电路110电性连接，进而控制整体直流无刷马达驱动装置200的通电与断电状态。

然而，本较佳实施例的无霍尔组件的直流无刷马达驱动装置200并不限定必须完全采用现有的驱动电路110。或者，驱动电路110中的晶体管Q1、以及济纳二极管ZD1、ZD2，亦可使用单个二极管D1来取代，以达到维持一固定偏压的作用，如第2C图所示的驱动电路120。再者，为符合电路设计者所欲的分压及避免发生过电流的情形，也可以在驱动电路110、120中加设电阻R1、R2、R3以达到分压的效果。另外，电容器C1的个数亦可藉由多个电容器并联后而达成，便于调整至使用者所欲达到电容值，而非仅限于必须使用具有特定电容值的电容器才能达成使用者的要求，增加了设计的弹性。

以下将根据第2A图中所揭露的本发明的精神，对本发明的无霍尔组件的直流无刷马达驱动装置做进一步的揭露。请参照第3图，其绘示乃依照本发明较佳实施例的无霍尔组件的直流无刷马达驱动装置的电路图。无霍尔组件的直流无刷马达的驱动装置200包含一驱动电路230、一断电与自动恢复电路210、一直流电平比较电路220。驱动电路230包括一第一线圈绕组L1、一第二线圈绕组L2、电容器C1、C3、晶体管Q1、Q2、二极管D1、济纳二极管(Zener Diode)ZD1、与电阻R1、R2。在正常运转情况下，第一线圈绕组L1例如是辅助线圈，而第二线圈绕组L2系动力线圈，两者可受驱动电路230产生的开关作动及交替改变电流方向，而激磁驱动马达转子转动。

断电与自动恢复电路210主要包括一驱动集成电路(driveintegrated circuit，drive IC)211、二极管D2、D3、晶体管Q3、Q4，以及电容器C2。直流电平比较电路220主要包括电阻R1、R2、R3、R4，位于R3、R4之间的接点d系为一固定电压值，而位于R1、R2之间的接点e，则因驱动装置200产生的开关作动及交替改变的电流方向而使其电压值产生变化。

断电与自动恢复电路210主要系利用接点c来与整个驱动电路230作电性连接，且利用由驱动集成电路211中的第2针脚与第4针脚，分别将接点d与接点e处的电压值输入驱动集成电路211中加以做比较，并根据接点e处的电压值大于或小于接点d处的固定电压值，而分别相对应地由第8针脚或第7针脚输出方波讯号至二极管D2、D3。

在此，需特别注意的是，连结于驱动集成电路211与晶体管Q4之间的二极管D2、D3与电阻12，亦可以不使用，或是以其它组件取代，端视所使用的驱动集成电路型号以及使用者所需而增减或调整。

当转子正常运转时，接点d处与接点e处具有一压差存在，使得第8针脚或第7针脚交替输出方波讯号。由于第8针脚或第7针脚所输出的切换讯号互补，使晶体管Q4的基极持续为High电位状态，则晶体管Q4导通。当晶体管Q4导通时，电流由流经电阻R7与晶体管Q4后接地，故晶体管Q3的基极为low电位，晶体管Q3截止，则可被视为整个断电与自动恢复电路210无作用，第一线圈绕组L1与第二线圈绕组L2受驱动装置产生的开关作动及交替改变电流方向，持续激磁驱动马达转子转动。

第一状态

当自一固定电压源输入一电流时，在通电的瞬间，于第一线圈绕组L1的两端，接点a为High电位，而接点b相对为low电位，故晶体管Q2的基极为Low电位，晶体管Q2截止，第一线圈绕组L1无电流通过。

晶体管Q1的基极为High电位，晶体管Q1导通。当晶体管Q1导通时，电流从第二线圈绕组L2流经晶体管Q1后接地，故第二线圈绕组L2产生作用，控制定子产生感应磁场，以驱动转子旋转一特定角度，例如是逆时针旋转90度。

第二状态

当转子旋转一特定角度后，第一线圈绕组L1会感应到发电状态而产生反感应信号(例如是反转电压)，使得接点a为low电位，而接点b相对为High电位，正电压使晶体管Q2的基极为High电位，则晶体管Q2导通。当晶体管Q2导通时，电流由流经电阻R2与晶体管Q2后接地，故晶体管Q1的基极为low电位，晶体管Q1截止，则第二线圈绕组L2无电流通过。此时，定子的感应磁场随之消失，且转子继续朝同一方向转动。接着，返回第一状态，尔后，便持续于第一状态与第二状态间运转。

一旦风扇遭遇异物入侵，例如是小石头或杆状物，转子被异物卡住，则转子瞬间从运转的状态变成不转动，在磁场没有切割的状态下，位于R1、R2之间的接点e则没有电流方向的交替变化，故驱动集成电路211的第8针脚或第7针脚便没有输出方波讯号至二极管D2、D3。此时，晶体管Q4的基极持续为low电位状态，晶体管Q4截止，而晶体管Q3的基极为High电位，则晶体管Q3导通，电流由流经电阻R7、R9与晶体管Q3后接地。此时晶体管Q1的基极为low电位，晶体管Q1截止，故第二线圈绕组L2无电流通过，第二线圈绕组L2不发电。也就是说，当转子被异物卡住时，断电与自动恢复电路210透过直流电平比较电路220可立即得知此突发状况，并相对应地使驱动电路230断电，可确保第二线圈绕组L2不会在电流持续供给下不断发热，避免起火。

驱动集成电路211利用电容C2的自动充放电，而每隔一段时间使第8针脚或第7针脚产生一个高的电压，进而尝试导通晶体管Q4，若此时异物已移除，则晶体管Q3截止，晶体管Q1导通，使得驱动电路230恢复正常运作。若异物仍未移除，则驱动集成电路211则每隔一固定时间进行此触发动作。如此一来，断电与自动恢复电路210除了可以在转子被异物入侵卡住时，可自动断电以保护驱动装置的主动组件以及线圈，避免起火，并且当异物移除后，可自动触发以驱动马达使的再次正常运转，与现有相较，本发明较佳实施例所揭露的直流无刷马达驱动装置200不需要将电源完全关闭后再重新开启的动作，对使用者而言极为便利。

上述所提出的无霍尔组件的直流无刷马达驱动装置，具有断电与自动恢复功能，然本发明并非限定于此，例如，除了使用上述晶体管Q1、Q2、Q3、Q4作为开关作动之外，亦可以使用互补金氧半导体(complementarymetal-oxide semiconductor，CMOS)替代，而所使用的电阻与电容的个数亦不限定，可随使用者所需来作添设与减少。再者，为了方便使用者可立即得知整个无霍尔组件的直流无刷马达驱动装置的运作状态，可以加上一输出接点(O/P)，例如是电性连接于驱动集成电路211的第三接脚处，再透过此输出接点即可外接至一显示屏幕，直接将运作状态显示于屏幕上。另外，驱动集成电路的使用亦不限定于某特定型号，且接点亦不限定于必须由上述的第8针脚或第7针脚交替输出方波讯号，只要能达到本发明所述功能者的任何型号的驱动集成电路均适用于本发明。

虽然本发明已以一较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (20)

1.一种无霍尔组件的直流无刷马达驱动装置，用以驱动一转子转动，该直流无刷马达驱动装置包括：

一驱动电路，用以驱动该转子转动，该驱动电路包括一第一线圈绕组、一第二线圈绕组、一第一晶体管、一第二晶体管，其中当该驱动电路通电时，该第二晶体管截止时，该第一线圈绕组无电流通过，该第一晶体管导通，电流从该第二线圈绕组流经该第一晶体管后接地，故产生感应磁场，驱动该转子旋转一特定角度；当该转子旋转后，该第一线圈绕组产生感应使该第二晶体管导通，该第一晶体管截止，则第二线圈绕组无电流通过；该第一线圈绕组与该第二线圈绕组系受该驱动电路的开关作动及交替改变电流方向，而激磁驱动该转子转动；

一断电与自动恢复电路，该断电与自动恢复电路包括一第三晶体管；当该第三晶体管截止时，该断电与自动恢复电路不作用，该驱动电路正常驱动该转子转动；当该第三晶体管导通时，该第一晶体管截止，使该第二线圈绕组无电流通过，该断电与自动恢复电路使该驱动电路断电；以及

一直流电平比较电路；

其中，当该转子被卡住不转时，该断电与自动恢复电路系透过该直流电平比较电路立即测知，并相对应地使该驱动电路断电，当该转子正常转动时，该断电与自动恢复电路不作用，而使转子恢复正常转动。

2.如权利要求1所述的无霍尔组件的直流无刷马达驱动装置，其中该第一线圈绕组与该第二线圈绕组系缠绕于该转子，用以激磁驱动该转子转动。

3.如权利要求1所述的无霍尔组件的直流无刷马达驱动装置，其中该第一线圈绕组系一辅助线圈，而该第二线圈绕组系一动力线圈。

4.如权利要求1所述的无霍尔组件的直流无刷马达驱动装置，其中该断电与自动恢复电路更包括一驱动集成电路，该断电与自动恢复电路与该直流电平比较电路电性连接，该断电与自动恢复电路还包括一第四晶体管，利用该驱动集成电路输出讯号决定该第四晶体管的导通与否；当该第四晶体管截止时，则该第三晶体管导通，该断电与自动恢复电路使该驱动电路断电；当该第四晶体管导通时，则该第三晶体管截止，该断电与自动恢复电路不作用。

5.如权利要求4所述的无霍尔组件的直流无刷马达驱动装置，其中该断电与自动恢复电路更包括一电容器，当该驱动电路断电后，该电容器系提供一电压导通该第四晶体管，并使该第三晶体管截止，以使该驱动电路再次驱动该转子转动。

6.如权利要求4所述的无霍尔组件的直流无刷马达驱动装置，其中该断电与自动恢复电路更包括至少一二极管，电性连接于该驱动集成电路与该第四晶体管之间，以调变该驱动集成电路输出的讯号。

7.如权利要求1所述的无霍尔组件的直流无刷马达驱动装置，其中该断电与自动恢复电路更包括一驱动集成电路，该断电与自动恢复电路与该直流电平比较电路电性连接，由该直流电平比较电路获得的二电压值系于该驱动集成电路中比较后，由该驱动集成电路输出讯号以决定该断电与自动恢复电路是否作用。

8.如权利要求7所述的无霍尔组件的直流无刷马达驱动装置，更包括一输出接点，系与该驱动集成电路电性连接，透过该输出接点以外接一显示屏幕，用以将该直流无刷马达驱动装置的运作状态直接显示于该显示屏幕上。

9.如权利要求7所述的无霍尔组件的直流无刷马达驱动装置，其中该直流电平比较电路包括一第一电阻、一第二电阻、一第三电阻以及一第四电阻、该二电压值系分别得自位于该第一电阻与该第二电阻间，以及位于该第三电阻与该第四电阻间。

10.如权利要求9所述的无霍尔组件的直流无刷马达驱动装置，其中位于该第一电阻与该第二电阻间的该电压值系受该第一线圈绕组影响而改变，而位于该第三电阻与该第四电阻间的该电压值则相对为一固定值。

11.一种无霍尔组件的直流无刷马达驱动装置，用以驱动一转子转动，该直流无刷马达驱动装置包括：

一驱动电路，用以驱动该转子转动，该驱动电路包括一第一线圈绕组、一第二线圈绕组、一第一互补金氧半导体、一第二互补金氧半导体，其中当该驱动电路通电时，该第二互补金氧半导体截止时，该第一线圈绕组无电流通过，该第一互补金氧半导体导通，电流从该第二线圈绕组流经该第一互补金氧半导体后接地，故产生感应磁场，驱动该转子旋转一特定角度；当该转子旋转后，该第一线圈绕组产生感应使该第二互补金氧半导体导通，该第一互补金氧半导体截止，则第二线圈绕组无电流通过；该第一线圈绕组与该第二线圈绕组系受该驱动电路的开关作动及交替改变电流方向，而激磁驱动该转子转动；

一断电与自动恢复电路，该断电与自动恢复电路包括一第三互补金氧半导体；当该第三互补金氧半导体截止时，该断电与自动恢复电路不作用，该驱动电路正常驱动该转子转动；当该第三互补金氧半导体导通时，该第一互补金氧半导体截止，使该第二线圈绕组无电流通过，该断电与自动恢复电路使该驱动电路断电；以及

一直流电平比较电路；

其中，当该转子被卡住不转时，该断电与自动恢复电路系透过该直流电平比较电路立即测知，并相对应地使该驱动电路断电，当该转子正常转动时，该断电与自动恢复电路不作用，而使转子恢复正常转动。

12.如权利要求11所述的无霍尔组件的直流无刷马达驱动装置，其中该第一线圈绕组与该第二线圈绕组系缠绕于该转子，用以激磁驱动该转子转动。

13.如权利要求11所述的无霍尔组件的直流无刷马达驱动装置，其中该第一线圈绕组系一辅助线圈，而该第二线圈绕组系一动力线圈。

14.如权利要求11所述的无霍尔组件的直流无刷马达驱动装置，其中该断电与自动恢复电路更包括一驱动集成电路，该断电与自动恢复电路与该直流电平比较电路电性连接，该断电与自动恢复电路还包括一第四互补金氧半导体，利用该驱动集成电路输出讯号决定该第四互补金氧半导体的导通与否；当该第四互补金氧半导体截止时，则该第三互补金氧半导体导通，该断电与自动恢复电路使该驱动电路断电；当该第四互补金氧半导体导通时，则该第三互补金氧半导体截止，该断电与自动恢复电路不作用。

15.如权利要求14所述的无霍尔组件的直流无刷马达驱动装置，其中该断电与自动恢复电路更包括一电容器，当该驱动电路断电后，该电容器系提供一电压导通该第四互补金氧半导体，并使该第三互补金氧半导体截止，以使该驱动电路再次驱动该转子转动。

16.如权利要求14所述的无霍尔组件的直流无刷马达驱动装置，其中该断电与自动恢复电路更包括至少一二极管，电性连接于该驱动集成电路与该第四互补金氧半导体之间，以调变该驱动集成电路输出的讯号。

17.如权利要求11所述的无霍尔组件的直流无刷马达驱动装置，其中该断电与自动恢复电路更包括一驱动集成电路，该断电与自动恢复电路与该直流电平比较电路电性连接，由该直流电平比较电路获得的二电压值系于该驱动集成电路中比较后，由该驱动集成电路输出讯号以决定该断电与自动恢复电路是否作用。

18.如权利要求17所述的无霍尔组件的直流无刷马达驱动装置，更包括一输出接点，系与该驱动集成电路电性连接，透过该输出接点以外接一显示屏幕，用以将该直流无刷马达驱动装置的运作状态直接显示于该显示屏幕上。

19.如权利要求17所述的无霍尔组件的直流无刷马达驱动装置，其中该直流电平比较电路包括一第一电阻、一第二电阻、一第三电阻以及一第四电阻、该二电压值系分别得自位于该第一电阻与该第二电阻间，以及位于该第三电阻与该第四电阻间。

20.如权利要求19所述的无霍尔组件的直流无刷马达驱动装置，其中位于该第一电阻与该第二电阻间的该电压值系受该第一线圈绕组影响而改变，而位于该第三电阻与该第四电阻间的该电压值则相对为一固定值。

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