CN105650016B - 直流风扇断电煞车之电路 - Google Patents

Abstract

本发明是一种直流风扇断电煞车之电路，包括一控制单元、一马达驱动单元、一开关单元、一中断保护单元及一煞车单元，该控制单元耦接该马达驱动单元、开关单元及中断保护单元，该煞车单元耦接相对马达驱动单元与中断保护单元；透过本发明此电路的设计，以独立煞车回路达到断电煞车的效果，以及有效改善转速无法达到精准控制的效果。

Description

直流风扇断电煞车之电路

【技术领域】

本发明有关于一种直流风扇之电路，尤指一种透过一独立煞车回路达到断电煞车的效果，以及有效改善转速无法达到精准控制之效果的直流风扇断电煞车之电路。

【背景技术】

许多的消费性产品中，风扇是主要的散热工具。当统温度过高时，风扇即会启动以降低整体统温度，达到散热目的，当统温度下降至一特定值，风扇即会停止动作。

传统上为了避免整体统不会因为温度过高而烧毁，通常会于统中加装一散热风扇加以保护。然而，为了因应运算速度越来越快元件之散热，风扇转速要求会越来越高，因此，造成风扇断电後，风扇仍会持续惯性运转一段时间後才会完全停止。

所以已知直流风扇现有断电煞车技术，是采用电容储能装置于断电时提供给风扇其内马达驱动电路的H型桥式(H-Bridge)，使上臂两个PMOS电晶体或下臂两个NMOS电晶体导通，让H型桥式连接该马达线圈的两端形成短路，使马达磁极无法产生变化而达到煞车效果，虽已知风扇可达到煞车的效果，可是却延伸出另一问题，就是因风扇内部断电煞车作动使用的MOS电晶体(如N型金氧半场效(NMOS)电晶体或P型金氧半场效(PMOS) 电晶体)，与风扇其内马达驱动电路的H型桥式(H-Bridge)是共用MOS电晶体(即上臂两个PMOS电晶体与下臂两个NMOS电晶体)，故已知风扇控制转速是或煞车时需透过前驱动器来控制H型桥式的上臂PMOS电晶体与下臂NMOS电晶体作动，但此控制方式却会造成上臂PMOS电晶体在做脉冲宽度调变信号(PULSE WIDTH MODULATION；PWM)切割控制时产生失真而导致转速无法达到精确控制，以及失真还会造成MOS电晶体低压开通操作而产生废热，进而导致元件温度升高之问题。

要如何解决上述习用之问题与缺失，即为本案之创作人与从事此行业之相关厂商所亟欲研究改善之方向所在。

【发明内容】

为有效解决上述之问题，本发明之主要目的在提供一种以独立煞车回路达到断电煞车之效果，以及有效改善转速无法达到精准控制之效果的直流风扇断电煞车之电路。

为达上述目的，本发明提供一种直流风扇断电煞车之电路，包括：一控制单元，耦接一操作电压；一马达驱动单元，耦接该控制单元、一输入电源及一马达线圈的至少二端；一开关单元，耦接该控制单元与该输入电源；一中断保护单元，其具有一第一端、一第二端及一第三端，该中断保护单元的第一端耦接该开关单元与控制单元，其该第二端则耦接至该操作电压，其该第三端则耦接该输入电源；一煞车单元，具有一第一端、一第二端及一第三端，该煞车单元的第一端耦接相对该中断保护单元的第三端，其该第二端耦接对应该马达线圈的其中一端，其该第三端耦接至相对一接地端，令该煞车单元的第二端与马达线圈的一端及接地端形成一煞车回路而煞车；及其中该风扇断电时，该中断保护单元随着该开关单元呈关闭状态无接收到该操作电压而不导通，并同时该煞车单元被启动进行煞车。

当该风扇启动时，该中断保护单元随着该开关单元为开启状态接收到该操作电压而导通，并同时该煞车单元被关闭。

该马达驱动单元具有一第一开关件、一第二开关件、一第三开关件、一第四开关件、一第一驱动件及一第二驱动件，该第一、二、三、四开关件各具有一第一端、一第二端及一第三端，该第一开关件的第一端耦接相对该第二开关件的第三端与该马达线圈的一端，该第三开关件的第一端则耦接相对该第四开关件的第三端与该马达线圈的另一端，该第一、三开关件的第三端与该输入电源共同相耦接，该第二、四开关件的第一端与该接地端相耦接，其各该第二端则连接至对应该控制单元上，并该第一、二驱动件的一端分别耦接相对该第一、三开关件的第二端，其另一端则连接相对该控制单元。

该中断保护单元的第一端耦接该开关单元的一端与控制单元，其该第三端则耦接相对该第一、三开关件的第三端及该输入电源。

该控制单元具有复数端脚，其中一第一端脚耦接相对该第一驱动件的另一端，一第二端脚耦接至该第二驱动件的另一端，一第三、四端脚分别耦接相对该第二、四开关件的第二端，一第五端脚分别与该中断保护单元的第一端与该开关单元的一端相耦接，一第六端脚耦接该操作电压。

更包含一保护单元及一滤波单元，该保护单元的一端电性连接该输入电源与该开关单元的一端，其另一端则电性连接该滤波单元的一端，该滤波单元的另一端则与相对该煞车单元的第一端及该第一开关件的第三端相电性连接。

更包含一霍尔元件，该霍尔元件与该控制单元的第五端脚与该中断保护单元的第一端相电性连接。

该第一、三开关件为一PMOS电晶体，该第二、四开关件为一NMOS电晶体。

透过本发明此电路的设计，以独立煞车回路达到断电煞车的效果，以及有效改善转速无法达到精准控制的效果。

【附图说明】

图1为本发明之第一实施例之方块示意图；

图2为本发明之第一实施例之煞车回路行径示意图；

图3为本发明之第二实施例之方块示意图。

图中各附图标记对应的构件名称为：

直流风扇断电煞车之电路…1

控制单元…10

第一端脚…101

第二端脚…102

第三端脚…103

第四端脚…104

第五端脚…105

第六端脚…106

马达驱动单元…12

第一开关件…121

第二开关件…122

第三开关件…123

第四开关件…124

第一端…1211、1221、1231、1241

第二端…1212、1222、1232、1242

第三端…1213、1223、1233、1243

第一驱动件…126

第二驱动件…127

开关单元…13

中断保护单元…14

第一端…141

第二端…142

第三端…143

煞车单元…15

第一端…151

第二端…152

第三端…153

保护单元…16

滤波单元…17

霍尔元件…18

马达线圈…L

马达线圈的一端…L1

马达线圈的另一端…L2

操作电压…Vcc

输入电源…Vin

接地端…GND

【具体实施方式】

本发明之上述目的及其结构与功能上的特性，将依据所附图式之实施例予以说明。

本发明提供一种直流风扇断电煞车之电路，如图1、图2所示，为本发明之第一实施例之方块示意图；该直流风扇断电煞车之电路1应用于一风扇(图中未示)上，且于该实施例之风扇以单相无刷马达做说明，但并不局限于此，于具体实施时，风扇也可为三相或多相无刷马达，如三相无刷马达来说就有三组马达线圈，依此类推。

前述直流风扇断电煞车之电路1包括一控制单元10、一马达驱动单元12、一开关单元13、一中断保护单元1614、一霍尔元件18及一煞车单元15，该马达驱动单元12耦接(或电性连接)该控制单元10、一输入电源Vin及一马达线圈L的至少二端，该开关单元13则耦接控制单元10与输入电源Vin(如12伏特或48伏特)，并前述马达驱动单元12具有一第一开关件121、一第二开关件122、一第三开关件123、一第四开关件124、一第一驱动件126及一第二驱动件127，该第一、二、三、四开关件121、122、123、124各具有一第一端1211、1221、1231、1241、一第二端1212、1222、1232、1242及一第三端1213、1223、1233、1243，该第一开关件121的第一端1211耦接相对该第二开关件122的第三端1223与该马达线圈L的一端L1，该第三开关件123的第一端1231则耦接相对该第四开关件124的第三端1243与该马达线圈L的另一端L2，该第一、三开关件121、123的第三端1213、1233与该输入电源Vin共同相耦接，该第二、四开关件122、124的第一端1221、1241与一接地端GND相耦接，其各该第二端1222、1242则连接至对应该控制单元10上，并该第一、二驱动件126、127的一端分别耦接相对该第一、三开关件121、123的第二端1212、1232，其另一端则连接相对该控制单元10。其中于该实施例之前述该第一、三开关件121、123为一P型金氧半场效(PMOS) 电晶体，该第二、四开关件122、124为一N型金氧半场效(NMOS)电晶体做说明，但并局限于此。

而该控制单元10于该实施例以微控制器(microcontrolunit,；MCU)做说明，但并不局限于此，且该控制单元具有复数端脚，其中一第一端脚101耦接相对该第一驱动件126的另一端，一第二端脚102耦接(或电性连接)至该第二驱动件127的另一端，一第三、四端脚103、104分别耦接相对该第二、四开关件122、124的第二端1222、1242，一第五端脚105分别与该中断保护单元1614的第一端141与该开关单元13的一端相耦接，一第六端脚106耦接一操作电压Vcc(如5伏特)。

如图1所示，前述中断保护单元1614具有前述第一端141、一第二端142及一第三端143，该中断保护单元1614的第一端141耦接该开关单元13的一端与控制单元10的第五端，其该第二端142则耦接至该操作电压Vcc，其该第三端143则耦接该输入电源Vin及第一、三开关件121、123的第三端1213、1233，并该中断保护单元1614随着该开关单元13接收到输入电源Vin时呈开启状态，进而接收到操作电压Vcc而导通，或该中断保护单元1614随着该开关单元13接收到输入电源Vin时呈关闭状态，进而无法接收到操作电压Vcc而不导通，并该中断保护单元1614用以提供中断解除煞车运作，以保护风扇避免出现垂直导通现象而让风扇烧毁。并该霍尔元件18与该控制单元10的第五端脚105与该中断保护单元1614的第一端141相电性连接，其用以传送一霍尔讯号给该控制单元10。

并前述煞车单元15具有一第一端151、一第二端152及一第三端153，该煞车单元15的第一端151耦接相对该中断保护单元1614的第三端143，其该第二端152耦接对应该马达线圈L的其中一端，于该实施例之马达线圈有两端L1、L2，且该煞车单元15的第二端152电性连接至该马达线圈2的一端L1做说明，但并不限于此，于具体实施时，前述煞车单元15的第二端152亦可选择连接至该马达线圈L的另一端L2。所述煞车单元15的该第三端153耦接至相对该接地端GND，令该煞车单元15的第二端152与马达线圈L的一端L1及接地端GND形成一煞车回路(如图2所示的粗黑箭头)而煞车，换言之，就是该煞车单元15的第二、三端152、153与马达线圈L的一端L1形成单向性的闭回路，使马达线圈L的一端L1上电压会迅速由该煞车回路泄放到接地端GND上(如图2所示的粗黑箭头)，让马达的磁极(即马达线圈L上的电压)无法产生变化而达到煞车的效果。

故透过本发明之独立的煞车单元15与风扇运转使用的马达驱动单元12分开，使该煞车单元15不会共用该马达驱动单元12的上述各开关件(即第一、二、三、四开关件121、122、123、124)，可让前述控制单元10直接对该马达驱动单元12的下臂开关件(即第二、四开关件)做脉冲宽度调变信号(PULSE WIDTH MODULATION；PWM)切割控制，而无须再透过前驱动器来控制马达驱动单元12的下臂开关件，使得有效改善PWM切割时造成的失真之问题，进而有效让风扇转速可达到精准控制的效果。

所以当风扇做启动时，使该开关单元13可接收到输入电源Vin呈开启状态，该中断保护单元1614便会接收到该操作电压Vcc(即中断保护单元1614被该操作电压Vcc打开) 而作动(或导通)，同时该煞车单元15被关断而解除(或中断)煞车(即煞车单元15不作动)，使该控制单元10恢复正常作动可控制该马达驱动单元12驱使风扇转速运转；若风扇断电时，令该开关单元13不会接收到输入电源Vin呈关闭状态，进而该操作电压Vcc会快速消耗到零伏特，此时该中断保护单元1614也不会接收到该操作电压Vcc(即中断保护单元1614被该操作电压Vcc打开) 而被关断(或不导通)，并该马达线圈L一端L1上储能会驱使该煞车单元15作动而导通，进而该马达线圈L的一端L1上的电压即可迅速由该煞车回路泄放到接地端GND上，让马达的磁极(即马达线圈L上的电压)无法产生变化而达到断电煞车的效果。

因此，藉由本发明之直流风扇断电煞车之电路1的设计，以独立煞车回路达到断电煞车的效果，以及有效改善转速无法达到精准控制的效果。

图3所示，为本发明之第二实施例之方块示意图，并参阅图2；该实施例之电路结构与连结关及其功效大致前述第一实施例之电路相同，故在此不重新赘述，其两者差异处在于：前述直流风扇断电煞车之电路1更包含一保护单元16与一滤波单元17，该保护单元16于该实施例以二极体，滤波单元17以电容件做说明，但并不局限于此，前述保护单元16的一端电性连接该输入电源Vin与该开关单元13的一端，其另一端则电性连接该滤波单元17的一端，该滤波单元17的另一端则与相对该煞车单元15的第一端151及该第一开关件121的第三端1213相电性连接。

并前述保护单元16用以阻挡该滤波单元17的放电电压，以避免影响其他单元的运作，该滤波单元17用以供能量给煞车单元15作动开通，亦即当风扇断电时，藉由所述滤波单元17所储存的残余能量提供给该煞车单元15，令该煞车单元15受到驱使而导通，进而该马达线圈L的一端L1上的电压即可迅速由该煞车回路泄放到接地端GND上，让马达的磁极(即马达线圈L上的电压)无法产生变化而达到断电煞车的效果。

故透过本发明之直流风扇断电煞车之电路1的设计，以独立煞车回路达到断电煞车的效果，以及有效改善转速无法达到精准控制的效果。

以上所述本发明相较于已知具有下列之优点：

1. 具有之独立的煞车单元与风扇运转使用的马达驱动单元分开，使该煞车单元不会共用该马达驱动单元的各开关件，令断电时透过独立煞车回路来达到断电煞车的效果。

2. 具有改善PWM切割时造成的失真之问题。

3. 具有让风扇转速可达到精准控制的效果。

以上所述者，仅本发明之较佳可行之实施例而已，举凡利用本发明上述之方法、形状、构造、装置所为之变化，皆应包含于本案之权利范围内。

Claims (7)

1.一种直流风扇断电煞车之电路，其特征在于，包括：

一控制单元，耦接一操作电压；

一马达驱动单元，耦接该控制单元、一输入电源及一马达线圈的至少二端；

一开关单元，耦接该控制单元与该输入电源；

一中断保护单元，其具有一第一端、一第二端及一第三端，该中断保护单元的第一端耦接该开关单元与控制单元，其该第二端则耦接至该操作电压，其该第三端则耦接该输入电源；

一煞车单元，具有一第一端、一第二端及一第三端，该煞车单元的第一端耦接相对该中断保护单元的第三端，其该第二端耦接对应该马达线圈的其中一端，其该第三端耦接至相对一接地端，令该煞车单元的第二端与马达线圈的一端及接地端形成一煞车回路而煞车；及

其中该风扇断电时，该中断保护单元随着该开关单元呈关闭状态无接收到该操作电压而不导通，并同时该煞车单元被启动进行煞车；

所述风扇启动时，该中断保护单元随着该开关单元为开启状态接收到该操作电压而导通，并同时该煞车单元被关闭。

2.根据权利要求1 所述之直流风扇断电煞车之电路，其特征在于，所述马达驱动单元具有一第一开关件、一第二开关件、一第三开关件、一第四开关件、一第一驱动件及一第二驱动件，该第一、二、三、四开关件各具有一第一端、一第二端及一第三端，该第一开关件的第一端耦接相对该第二开关件的第三端与该马达线圈的一端，该第三开关件的第一端则耦接相对该第四开关件的第三端与该马达线圈的另一端，该第一、三开关件的第三端与该输入电源共同相耦接，该第二、四开关件的第一端与该接地端相耦接，其各该第二端则连接至对应该控制单元上，并该第一、二驱动件的一端分别耦接相对该第一、三开关件的第二端，其另一端则连接相对该控制单元。

3.根据权利要求2所述之直流风扇断电煞车之电路，其特征在于，所述中断保护单元的第一端耦接该开关单元的一端与控制单元，其该第三端则耦接相对该第一、三开关件的第三端及该输入电源。

4.根据权利要求3 所述之直流风扇断电煞车之电路，其特征在于，所述控制单元具有复数端脚，其中一第一端脚耦接相对该第一驱动件的另一端，一第二端脚耦接至该第二驱动件的另一端，一第三、四端脚分别耦接相对该第二、四开关件的第二端，一第五端脚分别与该中断保护单元的第一端与该开关单元的一端相耦接，一第六端脚耦接该操作电压。

5.根据权利要求2所述之直流风扇断电煞车之电路，其特征在于，所述断电煞车之电路还包含一保护单元及一滤波单元，该保护单元的一端电性连接该输入电源与该开关单元的一端，其另一端则电性连接该滤波单元的一端，该滤波单元的另一端则与相对该煞车单元的第一端及该第一开关件的第三端相电性连接。

6.根据权利要求5 所述之直流风扇断电煞车之电路，其特征在于，所述断电煞车之电路还包含一霍尔元件，该霍尔元件与该控制单元的第五端脚与该中断保护单元的第一端相电性连接。

7.根据权利要求2所述之直流风扇断电煞车之电路，其特征在于，所述第一、三开关件为一PMOS 电晶体，该第二、四开关件为一NMOS 电晶体。