CN102136819A

CN102136819A - 马达驱动电路

Info

Publication number: CN102136819A
Application number: CN2011100249843A
Authority: CN
Inventors: 中畑雅裕; 今井敏行
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd; System Solutions Co Ltd
Priority date: 2010-01-22
Filing date: 2011-01-21
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2031-01-21
Also published as: CN102136819B; US8384324B2; US20110181214A1; TW201136134A; JP2011151997A; TWI407681B

Abstract

本发明提供一种能够根据马达的转速来改***切换的期间的马达驱动电路。其中，第一电平移位电路对第一和第二位置检测信号中的至少一个电平进行移位，以使第一输出信号的电平高于第二输出信号的电平的期间比第二输出信号的电平高于第一输出信号的电平的期间长；第二电平移位电路对第一和第二位置检测信号中的至少一个电平进行移位，以使与第三输出信号的电平高于第四输出信号的电平的期间比第四输出信号的电平高于第三输出信号的电平的期间短；定时检测电路检测第一定时及第二定时；输出电路仅在包含第三定时的、第一定时与第二定时之间的期间，将用于使马达的线圈的驱动电流逐渐变化的指示信号输出给驱动线圈的驱动电路。

Description

马达驱动电路

技术领域

本发明涉及一种马达驱动电路。

背景技术

在笔记本型个人计算机等电子设备中，为了冷却例如处理器等发热部件而使用风扇马达。在驱动风扇马达时，有时为了降低风扇马达的噪音，而使用使马达线圈的驱动电流逐渐变化的、进行所谓的软切换的马达驱动电路(例如，参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开2004-153921号公报

发明内容

发明要解决的问题

另外，例如在专利文献1的马达驱动电路中，用于使马达线圈的驱动电流逐渐改变的软切换的期间是固定的。因此，例如即使在风扇马达的转速变化的情况下，软切换的期间也是不变的。在这种马达驱动电路中，例如当风扇马达的转速变快时，风扇马达被驱动期间中的软切换的期间所占的比例变大。因此，有时难以使风扇马达进行期望的旋转。另一方面，例如当风扇马达的转速变慢时，风扇马达被驱动期间中的软切换的期间所占的比例变小。因此，有时难以平缓地改变驱动电流，从而风扇马达的噪音变大。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够根据马达的转速来改***切换的期间的马达驱动电路。

用于解决问题的方案

为了达到上述目的，本发明的一个侧面所涉及的马达驱动电路根据具有与马达的转速相应的频率并表示上述马达的旋转位置的彼此反相的第一位置检测信号和第二位置检测信号，来驱动上述马达，该马达驱动电路具备：第一电平移位电路，其偏移上述第一位置检测信号和上述第二位置检测信号中的至少一个位置检测信号的电平使得与上述第一位置检测信号相应的第一输出信号的电平高于与上述第二位置检测信号相应的第二输出信号的电平的期间比上述第二输出信号的电平高于上述第一输出信号的电平的期间长；第二电平移位电路，其偏移上述第一位置检测信号和上述第二位置检测信号中的至少一个位置检测信号的电平使得与上述第一位置检测信号相应的第三输出信号的电平高于与上述第二位置检测信号相应的第四输出信号的电平的期间比上述第四输出信号的电平高于上述第三输出信号的电平的期间短；定时检测电路，其检测上述第一输出信号和第二输出信号相交叉的第一定时及上述第三输出信号和第四输出信号相交叉的第二定时；以及输出电路，其仅在包含第三定时的、上述第一定时与上述第二定时之间的期间，将用于使上述马达的线圈的驱动电流逐渐变化的指示信号输出给驱动上述线圈的驱动电路，其中，在该第三定时，上述第一位置检测信号和第二位置检测信号相交叉。

发明的效果

能够提供一种能够根据马达的转速来改***切换的期间的马达驱动电路。

附图说明

图1是表示作为本发明的一个实施方式的马达驱动IC 10的结构的图。

图2是表示软切换期间生成电路21的一个实施方式的图。

图3是表示偏置电流生成电路50以及电平移位电路51、52的一个实施方式的图。

图4是用于说明软切换期间生成电路21的动作的图。

图5是用于说明PWM信号生成电路90的动作的图。

图6是用于说明马达驱动IC 10的动作的图。

附图标记说明

10：马达驱动IC；11：单相马达；12：霍尔元件；20、53、54：比较器；21：软切换期间生成电路；22：驱动电路；25A、25B：NMOS晶体管；26A、26B：PMO S晶体管；30～34：端子；50：偏置电流生成电路；51、52：电平移位电路；55：反相器；56：AND电路(与电路)；60～62、74、84：电阻；63：电流源；64：NPN晶体管；65、66、70～73、80～83：PNP晶体管；90：PWM信号生成电路；91：切换电路。

具体实施方式

根据本说明书以及所附附图的记载，至少明确了以下事项。

图1是表示作为本发明的一个实施方式的马达驱动IC 10的结构的图。例如，在笔记本型个人计算机等电子设备中，马达驱动IC 10安装在用于冷却处理器等发热部件的风扇马达中。

马达驱动IC 10例如是驱动用于使冷却用的风扇旋转的单相马达11的电路，包括比较器20、软切换期间生成电路21、驱动电路22、NMO S晶体管25A、25B、PMO S晶体管26A、26B以及端子30～34。

霍尔元件12输出与单相马达11中的转子(未图示)的旋转位置相应的霍尔信号VH 1(第一位置检测信号)、VH2(第二位置检测信号)。此外，霍尔元件12输出频率根据风扇马达的转速而变化且彼此反相的霍尔信号VH 1、VH2。另外，本实施方式的霍尔信号VH 1、VH2是振幅为规定的电压电平的正弦波的信号，被分别输出到端子30和31。

比较器20对霍尔信号VH 1、VH2的电平进行比较，并生成信号Vfg，该信号Vfg的频率根据单相马达11的转速而变化。此外，信号Vfg是所谓的FG信号，当霍尔信号VH1的电平高于霍尔信号VH2的电平时，信号Vfg变为低电平(以下称为“L”电平)，当霍尔信号VH 1的电平低于霍尔信号VH2的电平时，信号Vfg变为高电平(以下称为“H”电平)。

软切换期间生成电路21根据在软切换期间生成电路21的内部生成的电压Vb以及被输入的霍尔信号VH 1、VH2来生成信号Vssw，该信号Vssw用于指示使驱动电路22对单相马达11进行软切换的期间。

图2是表示软切换期间生成电路21的结构例的图。软切换期间生成电路21包括偏置电流生成电路50、电平移位电路51、52、比较器53、54、反相器55以及AND电路56。

偏置电流生成电路50是生成与电压Vb相应的偏置电流Ib的电路，例如图3所示那样包括电阻60～62、电流源63、NPN晶体管64以及PNP晶体管65、66。

电阻60、61例如串联连接在马达驱动IC 10的电源电压Vcc与接地端GND之间，生成将电源电源Vcc分压得到的电压Vb。另外，将电阻60和电阻61连接的节点与端子32和PNP晶体管65的基极相连接。因此，例如通过在马达驱动IC 10的外部将电阻(未图示)与端子32相连接，能够改变电压Vb。

由于在PNP晶体管65的发射极上连接电流源63，因此PNP晶体管65和电流源63构成发射极跟随器。因而，从PNP晶体管65的发射极输出与电压Vb相应的电压Vx。向NPN晶体管64的基极施加电压Vx，在NPN晶体管64的发射极上连接电阻62作为发射极电阻。并且，在NPN晶体管64的集电极上连接PNP晶体管66，该PNP晶体管66连接有二极管。因此，在NPN晶体管64中生成与电压Vx和电阻62的电阻值相应的偏置电流Ib。

当生成了偏置电流Ib时，电平移位电路51(第一电平移位电路)分别对霍尔信号VH1、VH2各自的电平进行移位，来生成与霍尔信号VH1相应的输出信号V1和与霍尔信号VH2相应的输出信号V2。电平移位电路51包括PNP晶体管70～73以及电阻74。

PNP晶体管70、73各自的基极连接在连接有二极管的PNP晶体管66的基极上，因此PNP晶体管66、70、73构成电流镜。因而，PNP晶体管70、73分别生成与偏置电流Ib相应的电流I1、I2。此外，在本实施方式中，设将PNP晶体管70、73的大小设计成相等，以使电流I1、I2的电流值都为IA。

向PNP晶体管71(第一晶体管)的基极输入霍尔信号VH1，在PNP晶体管71的发射极上连接有电阻74(第一电阻)的一端。另外，在电阻74的另一端上连接PNP晶体管70(第一偏置电流源)的集电极，因此经由电阻74向PNP晶体管71提供电流I1。其结果，PNP晶体管70、71以及电阻74构成所谓的发射极跟随器。在此，例如当将PNP晶体管71的基极-发射极电压设为0.7V时，PNP晶体管71的发射极电压Ve1为Ve1＝VH1+0.7。另外，当将电阻74的电阻值设为RA时，在连接PNP晶体管70和电阻74的节点处产生的输出信号V1为

V1＝Ve1+RA×IA＝VH 1+0.7+RA×IA…(1)。

向PNP晶体管72(第二晶体管)的基极输入霍尔信号VH2，在PNP晶体管72的发射极上连接有PNP晶体管73(第二偏置电流源)的集电极。因此，向PNP晶体管72提供电流I2，PNP晶体管72、73构成发射极跟随器。例如，当将PNP晶体管72的基极-发射极电压设为0.7V时，在连接PNP晶体管72和PNP晶体管73的节点处产生的输出信号V2为

V2＝VH2+0.7…(2)。

如上所述，霍尔信号VH1、VH2是振幅为规定的电压电平的正弦波的信号。因此，电平移位电路51对霍尔信号VH1、VH2的电平进行移位，以使输出信号V 1的直流电平比输出信号V2的直流电平高RA×IA。

当生成了偏置电流Ib时，电平移位电路52(第二电平移位电路)分别对霍尔信号VH1、VH2各自的电平进行移位，来生成与霍尔信号VH 1相应的输出信号V3和与霍尔信号VH2相应的输出信号V4。电平移位电路52包括PNP晶体管80～83以及电阻84。与PNP晶体管70、73同样地，PNP晶体管80、83与PNP晶体管66构成电流镜。因此，PNP晶体管80、83分别生成与偏置电流Ib相应的电流I3、I4。此外，在本实施方式中，设将PNP晶体管80、83的大小设计成相等，以使电流I3、I4的电流值为上述的IA。

PNP晶体管80、81的结构与PNP晶体管72、73的结构相同。因此，例如当将PNP晶体管81的基极-发射极电压设为0.7V时，在连接PNP晶体管80(第三偏置电流源)和PNP晶体管81(第三晶体管)的节点处产生的输出信号V3为

V3＝VH1+0.7…(3)。

另外，PNP晶体管82、83以及电阻84的结构与PNP晶体管70、71以及电阻74的结构相同。因此，例如当将PNP晶体管82(第四晶体管)的基极-发射极电压设为0.7V时，PNP晶体管82的发射极电压Ve2为Ve2＝VH2+0.7。另外，当将电阻84的电阻值设为RA时，在连接PNP晶体管83(第四偏置电流源)和电阻84(第二电阻)的节点处产生的输出信号V4为

V4＝Ve2+RA×IA＝VH2+0.7+RA×IA…(4)。

因此，电平移位电路52对霍尔信号VH1、VH2的电平进行移位，以使输出信号V4的直流电平比输出信号V3的直流电平高RA×IA。

比较器53(第一比较电路)应检测输出信号V1、V2相交叉的定时，比较输出信号V1、V2的电平。具体地说，当输出信号V1的电平高于输出信号V2的电平时，输出L电平的比较信号Vc1，当输出信号V1的电平低于输出信号V2的电平时，输出H电平的比较信号Vc1。

比较器54(第二比较电路)应检测输出信号V3、V4相交叉的定时，比较输出信号V3、V4的电平。具体地说，当输出信号V3的电平高于输出信号V4的电平时，输出L电平的比较信号Vc2，当输出信号V3的电平低于输出信号V4的电平时，输出H电平的比较信号Vc2。此外，比较器53、54相当于定时检测电路。

反相器55将比较信号Vc1的逻辑电平反转。AND电路56运算比较信号Vc2与反相器55的输出的逻辑积，将运算结果作为信号Vssw进行输出。此外，反相器55、AND电路56相当于输出电路。

在此，参照图4说明软切换期间生成电路21的动作。此外，在此设为偏置电流生成电路50生成了偏置电流Ib。

当如图4的最上部所示的霍尔信号VH1、VH2被输入到电平移位电路51时，霍尔信号VH1、VH2被移位，以使输出信号V1的直流电平比输出信号V2的直流电平高RA×IA。同样地，在电平移位电路52中，霍尔信号VH1、VH2被移位，以使输出信号V4的直流电平比输出信号V3的直流电平高RA×IA。

其结果，在输出信号V1的电平高于输出信号V2的电平的定时t10，比较信号Vc1变为L电平，在输出信号V1的电平低于输出信号V2的电平的定时t11，比较信号Vc1变为H电平。另外，在输出信号V3的电平高于输出信号V4的电平的定时t20，比较信号Vc2变为L电平，在输出信号V3的电平低于输出信号V4的电平的定时t21，比较信号Vc2变为H电平。另外，信号Vssw只在比较信号Vc1为L电平且比较信号Vc2为H电平的情况下变为H电平。因此，例如在定时t10～t20的期间TA和定时t21～t11的期间TB，信号Vssw为H电平。此外，根据图4可知，信号Vssw在霍尔信号VH1、VH2相交叉的定时t30、t31的前后成为H电平。也就是说，信号Vssw为H电平的期间包含霍尔信号VH1、VH2相交叉的定时。

图1示出的驱动电路22根据信号Vfg、Vssw，驱动构成所谓的H桥电路的NMOS晶体管25A、25B以及PMO S晶体管26A、26B。具体地说，驱动电路22控制H桥电路的各MOS晶体管，改变驱动单相马达11的马达线圈L的驱动电流Idr。此外，驱动电路22以及构成H桥电路的NMOS晶体管25A、25B、PMOS晶体管26A、26B相当于驱动电路。

驱动电路22包括PWM(Pulse Width Modulation：脉宽调制)信号生成电路90和切换电路91。

PWM信号生成电路90根据信号Vfg、Vssw生成H电平的占空比发生变化的PWM信号。具体地说，如图5所示，PWM信号生成电路90在信号Vssw为L电平的情况下生成规定占空比的PWM信号。另外，PWM信号生成电路90在信号Vssw为H电平时，例如每经过PWM信号的一个周期就使占空比减小一半，直到信号Vfg的逻辑电平变化为止。然后，PWM信号生成电路90在信号Vfg的逻辑电平变化后，例如每经过PWM信号的一个周期就使占空比加倍，直到信号Vssw变为L电平为止。

切换电路91在信号Vfg为H电平的情况下，例如导通PMOS晶体管26A，截止NMOS晶体管25A和PMOS晶体管26B，并且利用PWM信号切换NMOS晶体管25B。因此，在单相马达11的马达线圈L中，驱动电流Idr从端子33流向端子34。

另外，切换电路91在信号Vfg为L电平的情况下，例如导通PMO S晶体管26B，截止NMO S晶体管25B和PMOS晶体管26A，并且利用PWM信号切换NMO S晶体管25A。

因此，在马达线圈L中，驱动电流Idr从端子34流向端子33。

(马达驱动IC 10的动作)

在此，说明马达驱动IC 10的动作。此外，在此将NMO S晶体管25B的栅极电压设为电压Vg1，将NMOS晶体管25A的栅极电压设为电压Vg2。并且，将根据上述规定占空比的PWM信号来切换NMOS晶体管25B时的驱动电流Idr的电流值设为Ix，将切换NMO S晶体管25A时的驱动电流Idr的电流值设为-Ix。

当与单相马达11的转速相应的频率的霍尔信号VH1、VH2被输入到马达驱动IC 10时，如上所述，在信号Vfg的逻辑电平变化的定时前后，信号Vssw为H电平。例如如图6所示，在信号Vfg为H电平、信号Vssw为L电平时，切换电路91利用规定占空比的PWM信号来切换NMO S晶体管25B。因此，电压Vg1与PWM信号同样地发生变化，在时刻t100之前，驱动电流Idr的电流值为Ix。然后，在时刻t100信号Vssw变为H电平时、即软切换的期间开始时，PWM信号的占空比减小。因此，电压Vg1为H电平的期间也变短，驱动电流Idr的电流值逐渐减小。此外，在时刻t100～t110的期间，信号Vfg是H电平，因此虽然驱动电流Idr的电流值减小，但是驱动电流Idr仍从端子33流向端子34。

在时刻t 110信号Vfg变为L电平时，切换电路91控制NMOS晶体管25A、25B、PMOS晶体管26A、26B，以使驱动电流Idr流动的方向变为从端子34流向端子33的方向。另外，此时，如上所述那样对NMOS晶体管25A进行切换的PWM信号的占空比增大，因此电压Vg2成为H电平的期间逐渐变长。因而，从端子34流向端子33的驱动电流Idr的电流值也逐渐增大。然后，在时刻t120信号Vssw变为L电平时、即软切换的期间结束时，PWM信号的占空比变为规定占空比。其结果，在时刻t120，驱动电流Idr的电流值变为-Ix。之后，在马达驱动IC 10中重复同样的动作。

以上说明了本实施方式的马达驱动IC 10。例如图4所示，电平移位电路51对霍尔信号VH1、VH2的电平进行移位，以使输出信号V1的电平高于输出信号V2的电平的期间比输出信号V2的电平高于输出信号V1的电平的期间长。另外，电平移位电路52对霍尔信号VH1、VH2的电平进行移位，以使输出信号V3的电平高于输出信号V4的电平的期间比输出信号V4的电平高于输出信号V3的电平的期间短。比较器53检测输出信号V1、V2相交叉的定时(例如，定时t10)，比较器54检测输出信号V3、V4相交叉的定时(例如，定时t20)。并且，反相器55和AND电路56仅在比较器53检测出的定时与由比较器54检测出的定时之间的期间(例如，期间TA)，将用于使驱动电流Idr逐渐变化的信号、即表示软切换期间的H电平的信号Vssw输出给驱动电路22。

在这种马达驱动IC 10中，例如即使在霍尔信号VH1、VH2的频率变化的情况下，输出信号V1、V2的直流电平之差以及输出信号V3、V4的直流电平之差也不变化。因此，例如当霍尔信号VH1、VH2的频率变高时，例如期间TA变短。另一方面，当霍尔信号VH1、VH2的频率变低时，例如期间TA变长。因此，在马达驱动IC 10中，用于确定软切换的期间的、信号Vssw为H电平的期间会根据霍尔信号VH1、VH2的频率而变化。因而，马达驱动IC 10能够根据单相马达11的转速来改***切换的期间。也就是说，马达驱动IC 10能够将单相马达11设为期望的转速的同时抑制产生的噪音。

另外，通过比较器53比较输出信号V1、V2的电平，能够可靠地检测输出信号V1、V2相交叉的定时。并且，通过比较器54比较输出信号V3、V4的电平，能够可靠地检测输出信号V3、V4相交叉的定时。

另外，马达驱动IC 10仅在信号Vssw为H电平的期间进行软切换。如上所述，根据输出信号V1、V2相交叉的定时以及输出信号V3、V4相交叉的定时来确定信号Vssw为H电平的期间TA。例如能够通过改变电阻74的电阻值、电流I1的电流值，来自由地设定输出信号V1、V2相交叉的定时。同样地，例如能够通过改变电阻84的电阻值、电流I4的电流值，来自由地设定输出信号V3、V4相交叉的定时。因此，通过使用本实施方式的电平移位电路51、52，能够自由地设定软切换的期间。其结果，例如也能够根据马达线圈L的种类、霍尔元件12的特性，自由地设定软切换期间。

另外，电平移位电路51、52中所生成的电流I1～I4的电流值都是IA。因此，在本实施方式中，仅调整电阻74、84的电阻值就能够设定软切换的期间。

另外，在本实施方式中，电阻74的电阻值和电阻84的电阻值都是RA。因此，能够使软切换的期间中的使驱动电流Idr减小的期间(例如，定时t10～t30的期间)与使驱动电流Idr增大的期间(例如，定时t30～t20的期间)一致。因此，例如与驱动电流Idr的减小、增大期间不同的情况相比，能够使驱动电流Idr更连续地变化。

此外，上述实施例是用于容易地理解本发明，而不是限定地解释本发明的实施例。本发明可以在不脱离其宗旨的情况下进行变更、改良，并且本发明也包含其等价物。

例如也可以是，取代电平移位电路51，而采用发射极跟随器对霍尔信号VH 1的电平进行移位、对霍尔信号VH2的电平不进行移位，这样输入到比较器53。还可以是，取代电平移位电路52，而采用发射极跟随器对霍尔信号VH2的电平进行移位、对霍尔信号VH 1的电平不进行移位，这样输入到比较器53。即使在这种结构的情况下，也能够根据单相马达11的转速来改***切换的期间。

Claims

1.一种马达驱动电路，其根据彼此反相的第一位置检测信号和第二位置检测信号来驱动上述马达，该第一位置检测信号和第二位置检测信号具有与马达的转速相应的频率并表示上述马达的旋转位置，上述马达驱动电路的特征在于，具备：

第一电平移位电路，其对上述第一位置检测信号和上述第二位置检测信号中的至少一个位置检测信号的电平进行移位，以使与上述第一位置检测信号相应的第一输出信号的电平高于与上述第二位置检测信号相应的第二输出信号的电平的期间比上述第二输出信号的电平高于上述第一输出信号的电平的期间长；

第二电平移位电路，其对上述第一位置检测信号和上述第二位置检测信号中的至少一个位置检测信号的电平进行移位，以使与上述第一位置检测信号相应的第三输出信号的电平高于与上述第二位置检测信号相应的第四输出信号的电平的期间比上述第四输出信号的电平高于上述第三输出信号的电平的期间短；

定时检测电路，其检测上述第一输出信号与上述第二输出信号相交叉的第一定时及上述第三输出信号与第四输出信号相交叉的第二定时；以及

输出电路，其仅在包含第三定时的、上述第一定时与上述第二定时之间的期间，将用于使上述马达的线圈的驱动电流逐渐变化的指示信号输出给驱动上述线圈的驱动电路，其中，上述第三定时是上述第一位置检测信号与第二位置检测信号相交叉的定时。

2.根据权利要求1所述的马达驱动电路，其特征在于，

上述定时检测电路包括：

第一比较电路，其比较上述第一输出信号和第二输出信号的电平来检测上述第一定时；以及

第二比较电路，其比较上述第三输出信号和第四输出信号的电平来检测上述第二定时。

3.根据权利要求1或2所述的马达驱动电路，其特征在于，

上述第一电平移位电路包括：

第一晶体管，其控制电极被输入上述第一位置检测信号；

第一电阻，其一端与上述第一晶体管的输出电极相连接；

第一偏置电流源，其与上述第一电阻串联连接来从上述第一电阻的另一端输出上述第一输出信号；

第二晶体管，其控制电极被输入上述第二位置检测信号；以及

第二偏置电流源，其与上述第二晶体管串联连接来从上述第二晶体管的输出电极输出上述第二输出信号，

上述第二电平移位电路包括：

第三晶体管，其控制电极被输入上述第一位置检测信号；

第三偏置电流源，其与上述第三晶体管串联连接来从上述第三晶体管的输出电极输出上述第三输出信号；

第四晶体管，其控制电极被输入上述第二位置检测信号；

第二电阻，其一端与上述第四晶体管的输出电极相连接；以及

第四偏置电流源，其与上述第二电阻串联连接来从上述第二电阻的另一端输出上述第四输出信号。

4.根据权利要求3所述的马达驱动电路，其特征在于，

上述第一偏置电流源至第四偏置电流源生成相同电流值的电流。

5.根据权利要求4所述的马达驱动电路，其特征在于，

上述第一电阻的电阻值与上述第二电阻的电阻值相同。