CN201238280Y

CN201238280Y - 马达驱动装置

Info

Publication number: CN201238280Y
Application number: CNU2008201255722U
Authority: CN
Inventors: 许哲维; 许齐麟
Original assignee: Princeton Technology Corp
Current assignee: Princeton Technology Corp
Priority date: 2008-08-12
Filing date: 2008-08-12
Publication date: 2009-05-13
Anticipated expiration: 2018-08-12

Abstract

本实用新型揭露一种马达驱动装置，用以根据对应于一霍尔传感器的输出的一时序信号，产生至少一驱动信号，并根据该至少一驱动信号来控制一马达进行转动，其中该至少一驱动信号包括一第一驱动信号以及一第二驱动信号，该马达驱动装置通过该第一驱动信号以及该第二驱动信号控制该马达进行转动。本实用新型所述的马达驱动装置，不仅可以软切换马达，有效防止电压突波的产生，达成降低马达的噪音的目的，更可有效避免马达的电流回流至供应电压，增加***的可靠度以及操作范围。

Description

马达驱动装置

技术领域

本实用新型提供一种马达驱动装置，尤指一种可用以避免回流电流的软切式直流马达驱动装置。

背景技术

随着电子元件的功率越来越高，其所散发的热量也越来越大，因此，渐渐发展出各式各样的散热设备，而其中最普遍的方式就是利用马达控制散热风扇来进行散热。

以下说明单相马达的运作原理，请参阅图1以及图2，图1为一般单相直流马达驱动装置的示意图。图2为一般马达驱动装置的信号波形图。如图1以及图2所示，一般常见的单相直流马达驱动装置10包括一霍尔传感器(Hall Sensor)12、一检测装置14、一控制电路16及一全桥式驱动电路18。霍尔传感器12用以侦测马达转子转动的位置，产生一第一感测信号S_D1以及一第二感测信号S_D2。检测装置14用以根据第一感测信号S_D1及第二感测信号S_D2产生一时序信号S_CLK。控制电路16用以利用时序信号S_CLK来分别产生四组驱动信号A、B、C、D。全桥式驱动电路18包括一第一开关SW₁、一第二开关SW₂、一第三开关SW₃、一第四开关SW₄以及一电感L。全桥式驱动电路18耦接于一供应电压V_CC。第一开关SW₁以及第二开关SW₂分别通过控制电路16所产生的驱动信号A、D所控制；第三开关SW₃以及第四开关SW₄则分别通过控制电路16所产生的驱动信号C、B所控制。电感L的一端耦接于第一开关SW₁与第四开关SW₄的接点N1，另一端耦接于第三开关SW₃与第二开关SW₂的接点N2。其中，第一开关SW₁、第二开关SW₂以及第三开关SW₃、第四开关SW₄是互补地导通以及不导通。当第一开关SW₁与第二开关SW₂导通而第三开关SW₃、第四开关SW₄不导通时，一电感电流I_L将会由端点N1经过电感L流向端点N2，相反地当第一开关SW₁与第二开关SW₂不导通而第三开关SW₃、第四开关SW₄导通时，则流经电感L的电感电流I_L将会由端点N2流向端点N1。因此，通过适当地改变电感L的驱动电流的方向及大小，即可控制马达旋转的方向及转速。而第一开关SW₁、第二开关SW₂、第三开关SW₃、第四开关SW₄可分别由晶体管所组成。

当马达快速的切换时，由于全桥式驱动电路18所包括的开关(SW₁～SW₄)的非理想效应会产生高频的电压脉冲，因此会使马达转动时的噪音增加。此外，在马达切换的过程中，如果通过马达的电流无法在短时间内完全的释放，则此电感电流I_L会回流至供应电压V_CC，而产生电压突波，造成马达驱动装置10的毁损。

图2用以表示一般单相马达驱动装置10所产生的第一感测信号S_D1减去第二感测信号S_D2所生成的信号、时序信号S_CLK、分别流入端点N1以及N2的驱动信号S_C1、S_C2以及电感电流I_L。当霍尔传感器32所产生的第一感测信号S_D1大于第二感测信号S_D2时，第一感测信号S_D1减去第二感测信号S_D2所生成的信号(S_D1-S_D2)为正，而检测装置14为一迟滞比较器，所以其产生的时序信号S_CLK与第一感测信号S_D1减去第二感测信号S_D2所生成的信号(S_D1-S_D2)相较具有一时间差(如图示中所标示的t(de-glitch))。当马达进行切换时，所对应的时序信号S_CLK的电平也跟着改变，时序信号S_CLK即会经由控制电路16来控制全桥式驱动电路18的开关(SW₁～SW₄)进行切换，此即为马达的软切式切换技术，然而，即使加入软切式的切换技术，当开关(SW₁～SW₄)完全软切换完但电感电流I_L的方向还是来不及跟着改变时，则此电流会经由耦接于供应电压V_CC且为导通的开关(SW₁～SW₄)回流至供应电压V_CC，则可在输出端明显看到电压突波的产生，如图2中周期(d)、(e)、(f)所示。

因此，如何利用软切换的技术来驱动马达以降低马达噪音，并且利用保护装置来避免马达的电流回流至供应电压V_CC以增加马达驱动装置10的操作范围及可靠度，已成为今日马达驱动装置发展的重要课题。

实用新型内容

因此，本实用新型的目的之一，在于提供一种马达驱动装置，可以达成软式切换马达的功能，并且有效避免马达回流电流至供应电压，以解决已知技术所面临的问题。

本实用新型的实施例揭露一种马达驱动装置，用以根据一时序信号产生至少一驱动信号，并利用该至少一驱动信号来控制一马达进行转动。马达驱动装置包括一反相器(Invertor)、一第一处理单元、一第二处理单元、一第一缓冲单元以及一第二缓冲单元。反相器用以将该时序信号进行反相，产生一反相信号。第一处理单元耦接于反相器，用以根据反相信号产生一第一处理信号。第二处理单元用以根据时序信号产生一第二处理信号。第一缓冲单元耦接于第一处理单元，用以根据该第一处理信号，产生一第一驱动信号。第二缓冲单元耦接于第二处理单元，用以根据该第二处理信号，产生一第二驱动信号。其中该至少一驱动信号系包括该第一驱动信号以及该第二驱动信号，该马达驱动装置通过该第一驱动信号以及该第二驱动信号控制该马达进行转动。

本实用新型所述的马达驱动装置，该马达驱动装置另包括：一霍尔传感器(Hall Sensor)，用以侦测该马达转动或停止，产生一第一感测信号以及一第二感测信号；以及一检测装置，耦接于该霍尔传感器，用以根据该第一感测信号以及该第二感测信号产生该时序信号。

本实用新型所述的马达驱动装置，该时序信号为一数字型态的信号。

本实用新型所述的马达驱动装置，该检测装置为一迟滞比较器(hysteresis comparator)，用以比较该第一感测信号以及该第二感测信号，产生该时序信号。

本实用新型所述的马达驱动装置，该第一处理单元装置包括：一第一第一电压源；一第一第一电流源，耦接于该第一电压源；一第一第一晶体管，具有一第一第一端、一第一第二端以及一第一第三端，该第一第一端耦接于该第一第一电流源，该第一第二端耦接于该反相器的输出端，用以于该第一第二端接收该反相信号；一第一第二晶体管，具有一第二第一端、一第二第二端以及一第二第三端，该第二第一端耦接于该第一第一晶体管的该第一第三端，该第二第二端耦接于该反相器的输出端，该第二第二端用以接收该反相信号；一第一第二电流源，耦接于该第一第二晶体管的该第二第三端以及一接地端之间；以及一第一第一电容，具有一第一端及一第二端，该第一端耦接于该第一第一晶体管的第一第三端以及该第一第二晶体管的第二第一端，该第二端耦接于该接地端，该第一第一电容用以进行充电及放电以产生该第一处理信号。

本实用新型所述的马达驱动装置，该第二处理单元装置包括：一第二第一电压源；一第二第一电流源，耦接于该第二第一电压源；一第二第一晶体管，具有一第一第一端、一第一第二端以及一第一第三端，该第二第一晶体管的该第一第一端耦接于该第二第一电流源，该第二第一晶体管的该第一第二端耦接于该检测装置，用以于该第二第一晶体管的该第一第一端接收该时序信号；一第二第二晶体管，具有一第二第一端、一第二第二端以及一第二第三端，该第二第二晶体管的该第二第一端耦接于该第二第一晶体管的该第一第三端，该第二第二晶体管的该第二第二端耦接于该检测装置，该第二第二晶体管的该第二第二端用以接收该时序信号；一第二第二电流源，耦接于该第二第二晶体管的该第二第三端以及该接地端之间；以及一第二第一电容，具有一第一端及一第二端，该第二第一电容的该第一端耦接于该第二第一晶体管的第一第三端以及该第二第二晶体管的第二第一端，该第二第一电容的该第二端耦接于该接地端，该第二第一电容用以进行充电及放电以产生该第二处理信号。

本实用新型所述的马达驱动装置，该第一缓冲单元具有一正输入端、一负输入端以及一输出端，该正输入端耦接于该第一处理单元，该负输入端耦接于该输出端，用以根据该第一处理信号产生该第一驱动信号，并进一步根据该第一驱动信号相对应的控制该马达旋转或停止。

本实用新型所述的马达驱动装置，该第二缓冲单元具有一正输入端、一负输入端以及一输出端，该第二缓冲单元的该正输入端耦接于该第二处理单元，该第二缓冲单元的该负输入端耦接于该第二缓冲单元的该输出端，用以根据该第二处理信号产生该第二驱动信号，并进一步根据该第二驱动信号相对应的控制该马达旋转或停止。

本实用新型所述的马达驱动装置，该第一缓冲单元以及该第二缓冲单元分别为一单位增益缓冲器(Unity Gain Buffer)。

本实用新型所述的马达驱动装置，该第一缓冲单元以及该第二缓冲单元的输出级为一全桥式驱动电路。

本实用新型所述的马达驱动装置，该马达驱动装置设置于一集成电路。

本实用新型所述的马达驱动装置，不仅可以软切换马达，有效防止电压突波的产生，达成降低马达的噪音的目的，更可有效避免马达的电流回流至供应电压，增加***的可靠度以及操作范围。

附图说明

图1为已知单相马达驱动装置的电路图。

图2为已知单相马达驱动装置的信号波形图。

图3为本实用新型的马达驱动装置的示意图。

图4为本实用新型的马达驱动装置的信号波形图。

具体实施方式

为让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式作详细说明。

请参阅图3，图3为本实用新型的马达驱动装置的示意图。如图3所示，本实用新型为一种马达驱动装置30，用以根据一时序信号S_CLK产生至少一驱动信号，并进一步利用该至少一驱动信号控制一马达31进行转动。于一实施例中，时序信号S_CLK为一数字型态的信号。马达驱动装置30包括一反相器36、一第一处理单元381、一第二处理单元382、一第一缓冲单元401以及一第二缓冲单元402。反相器36用以将时序信号S_CLK进行反相，产生一反相信号S_IV。第一处理单元381耦接于反相器36，用以根据该反相信号S_IV产生一第一处理信号S_P1。第二处理单元382用以根据该时序信号S_CLK产生一第二处理信号S_P2。第一缓冲单元401耦接于第一处理单元381，用以根据该第一处理信号S_P1，产生一第一驱动信号S_C1。第二缓冲单元402耦接于第二处理单元382，用以根据该第二处理信号S_P2，产生一第二驱动信号S_C2。其中，该至少一驱动信号包括该第一驱动信号S_C1以及该第二驱动信号S_C2，马达驱动装置30通过第一驱动信号S_C1以及第二驱动信号S_C2控制马达31进行旋转或停止。其中，马达驱动装置30设置于一集成电路内。

于一实施例中，马达驱动装置30另包括一霍尔传感器(HallSensor)32以及一检测装置34。霍尔传感器32用以侦测马达31转动或停止，产生一第一感测信号S_D1以及一第二感测信号S_D2。检测装置34耦接于霍尔传感器32，用以根据第一感测信号S_D1以及第二感测信号S_D2产生该时序信号S_CLK。于一实施例中，检测装置34为一迟滞比较器(hysteresis comparator)，用以比较第一感测信号S_D1以及第二感测信号S_D2，以产生该时序信号S_CLK。

第一处理单元381包括一第一第一电压源V_DD1、一第一第一电流源I₁₁、一第一第一晶体管M₁₁、一第一第二晶体管M₁₂、一第一第二电流源I₁₂以及一第一第一电容C₁₁。第一第一电流源I₁₁耦接于第一第一电压源V_DD1。第一第一晶体管M₁₁具有一第一第一端、一第一第二端以及一第一第三端，其第一第一端耦接于第一第一电流源I₁₁，其第一第二端耦接于反相器36的输出端，用以于第一第二端接收反相信号S_IV。第一第二晶体管M₁₂具有一第二第一端、一第二第二端以及一第二第三端，其第二第一端耦接于第一第一晶体管M₁₁的第一第三端，其第二第二端耦接于反相器36的输出端，其第二第二端用以接收反相信号S_IV。第一第二电流源I₁₂耦接于第一第二晶体管M₁₂的该第二第三端以及一接地端V_SS之间。第一第一电容C₁₁具有一第一端及一第二端，其第一端耦接于第一第一晶体管M₁₁的第一第三端以及第一第二晶体管M₁₂的第二第一端，其第二端耦接于接地端V_SS，第一第一电容C₁₁用以进行充电及放电以产生该第一处理信号S_P1。

第二处理单元装置382则包括一第二第一电压源V_DD2、一第二第一电流源I₂₁、一第二第一晶体管M₂₁、一第二第二晶体管M₂₂、一第二第二电流源I₂₂以及一第二第一电容C₂₁。第二第一电流源I₂₁耦接于第二第一电压源V_DD2。第二第一晶体管M₂₁具有一第一第一端、一第一第二端以及一第一第三端，其第一第一端耦接于第二第一电流源I₂₁，其第一第二端耦接于检测装置34，用以于该第一第二端接收时序信号S_CLK。第二第二晶体管M₂₂具有一第二第一端、一第二第二端以及一第二第三端，其第二第一端耦接于第二第一晶体管M₂₁的该第一第三端，其第二第二端耦接于检测装置34，其第二第二端用以接收时序信号S_CLK。第二第二电流源I₂₂耦接于第二第二晶体管M₂₂的该第二第三端以及该接地端V_SS之间。第二第一电容C₂₁具有一第一端及一第二端，其第一端耦接于第二第一晶体管M₂₁的第一第三端以及第二第二晶体管M₂₂的第二第一端，其第二端耦接于该接地端V_SS，该第二第一电容C₂₁用以进行充电及放电以产生该第二处理信号S_P2。

第一缓冲单元401具有一正输入端(+)、一负输入端(-)以及一输出端，其正输入端(+)耦接于第一处理单元381，其负输入端(-)则耦接于该输出端，第一缓冲单元401用以根据该第一处理信号S_P1产生该第一驱动信号S_C1，并进一步根据该第一驱动信号S_C1相对应的控制该马达31旋转或该停止。而，第二缓冲单元402亦具有一正输入端(+)、一负输入端(-)以及一输出端，第二缓冲单元402的正输入端(+)耦接于第二处理单元382，第二缓冲单元402的负输入端(-)耦接于输出端，用以根据第二处理信号S_P2产生该第二驱动信号S_C2，并进一步根据该第二驱动信号S_C2相对应的控制马达31旋转或停止。其中，第一缓冲单元401以及第二缓冲单元402分别为一单位增益缓冲器(Unity GainBuffer)，且第一缓冲单元401以及第二缓冲单元402的输出级则可视为一全桥式驱动电路。

请参阅图4，图4为本实用新型的马达驱动装置的信号波形图。如图4所示，图4用以表示本实用新型的第一感测信号S_D1减去第二感测信号S_D2所生成的信号(S_D1-S_D2)、时序信号S_CLK以及驱动信号S_C1、S_C2。本实用新型的马达驱动装置30分别采用电荷泵(Charge Pump)作为第一处理单元381以及第二处理单元382，并且利用时序信号S_CLK来控制电荷泵充电或放电，并可通过改变电荷泵的充放电电流(I₁₁、I₁₂、I₂₁、I₂₂)及电容(C₁₁、C₂₁)的大小来控制其输出的第一处理信号S_P1以及第二处理信号S_P2的大小以控制对电容(C₁₁、C₂₁)的充/放电时间，如图4的周期(a)、(b)、(c)所示。最后再经由第一缓冲单元401、第二缓冲单元402来驱动马达31，以达到软切换的目的。此外，本实用新型的马达驱动装置30将第一缓冲单元401、第二缓冲单元402分别耦接于电荷泵(第一处理单元381、第二处理单元382)之后，当回流电流产生时，利用负反馈的机制可以同时把第一处理单元381、第二处理单元382内所各自包括耦接于接地端的元件导通，即可将电感电流I_L释放，有效地将马达31的输出电压控制在与电荷泵(第一处理单元381、第二处理单元382)的输出电压相同的电平，如图4中周期(d)、(e)、(f)所示。因此，本实用新型的马达驱动装置30所采用的第一缓冲单元401、第二缓冲单元402可以有效避免马达31在换相时，电感电流I_L回流至第一第一电压源V_DD1及第二第一电压源V_DD2。

本实用新型的马达驱动装置利用电荷泵电路以及单位增益缓冲器相互串接(Cascade)的方式，可以达成软切式驱动马达的控制方式，并且有效地稳定马达的输出电压，以避免回流电流的生成，有效防止回流电流回流至供应电压，而造成马达控制驱动电路损坏的问题。所以，本实用新型的马达驱动装置，不仅可以软切换马达，有效防止电压突波的产生，达成降低马达的噪音的目的，更可有效避免马达的电流回流至供应电压，增加***的可靠度以及操作范围，有效的解决已知技术所面临的问题。

以上所述仅为本实用新型较佳实施例，然其并非用以限定本实用新型的范围，任何熟悉本项技术的人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，可在此基础上做进一步的改进和变化，因此本实用新型的保护范围当以本申请的权利要求书所界定的范围为准。

附图中符号的简单说明如下：

SW₁：第一开关

SW₂：第二开关

SW₃：第三开关

SW₄：第四开关

30：马达驱动装置

31：马达

32：霍尔传感器

34：检测装置

36：反相器

381：第一处理单元

382：第二处理单元

401：第一缓冲单元

402：第二缓冲单元

M₁₁：第一第一晶体管

M₁₂：第一第二晶体管

M₂₁：第二第一晶体管

M₂₂：第二第二晶体管

C₁₁：第一第一电容

C₂₁：第二第一电容

V_DD1：第一第一电压源

V_DD2：第二第一电压源

I₁₁：第一第一电流源

I₁₂：第一第二电流源

I₂₁：第二第一电流源

I₂₂：第二第二电流源

S_D1：第一感测信号

S_D2：第二感测信号

S_CLK：时序信号

S_P1：第一处理信号

S_P2：第二处理信号

A、B、C、D：驱动信号

S_C1：第一驱动信号

S_C2：第二驱动信号

I_L：电感电流

S_IV：反相信号

Vcc：供应电压

Vss：接地端

N1、N2：接点。

Claims

1.一种马达驱动装置，其特征在于，用以根据一时序信号产生至少一驱动信号，并利用该至少一驱动信号来控制一马达进行转动，其中该马达驱动装置包括：

一反相器，用以将该时序信号进行反相，产生一反相信号；

一第一处理单元，耦接于该反相器，用以根据该反相信号产生一第一处理信号；

一第二处理单元，用以根据该时序信号产生一第二处理信号；

一第一缓冲单元，耦接于该第一处理单元，用以根据该第一处理信号，产生一第一驱动信号；以及

一第二缓冲单元，耦接于该第二处理单元，用以根据该第二处理信号，产生一第二驱动信号；

其中该至少一驱动信号包括该第一驱动信号以及该第二驱动信号，该马达驱动装置通过该第一驱动信号以及该第二驱动信号控制该马达进行转动。

2.根据权利要求1所述的马达驱动装置，其特征在于，该马达驱动装置另包括：

一霍尔传感器，用以侦测该马达转动或停止，产生一第一感测信号以及一第二感测信号；以及

一检测装置，耦接于该霍尔传感器，用以根据该第一感测信号以及该第二感测信号产生该时序信号。

3.根据权利要求2所述的马达驱动装置，其特征在于，该时序信号为一数字型态的信号。

4.根据权利要求2所述的马达驱动装置，其特征在于，该检测装置为一迟滞比较器，用以比较该第一感测信号以及该第二感测信号，产生该时序信号。

5.根据权利要求1所述的马达驱动装置，其特征在于，该第一处理单元装置包括：

一第一第一电压源；

一第一第一电流源，耦接于该第一电压源；

一第一第一晶体管，具有一第一第一端、一第一第二端以及一第一第三端，该第一第一端耦接于该第一第一电流源，该第一第二端耦接于该反相器的输出端，用以于该第一第二端接收该反相信号；

一第一第二晶体管，具有一第二第一端、一第二第二端以及一第二第三端，该第二第一端耦接于该第一第一晶体管的该第一第三端，该第二第二端耦接于该反相器的输出端，该第二第二端用以接收该反相信号；

一第一第二电流源，耦接于该第一第二晶体管的该第二第三端以及一接地端之间；以及

一第一第一电容，具有一第一端及一第二端，该第一端耦接于该第一第一晶体管的第一第三端以及该第一第二晶体管的第二第一端，该第二端耦接于该接地端，该第一第一电容用以进行充电及放电以产生该第一处理信号。

6.根据权利要求5所述的马达驱动装置，其特征在于，该第二处理单元装置包括：

一第二第一电压源；

一第二第一电流源，耦接于该第二第一电压源；

一第二第一晶体管，具有一第一第一端、一第一第二端以及一第一第三端，该第二第一晶体管的该第一第一端耦接于该第二第一电流源，该第二第一晶体管的该第一第二端耦接于该检测装置，用以于该第二第一晶体管的该第一第二端接收该时序信号；

一第二第二晶体管，具有一第二第一端、一第二第二端以及一第二第三端，该第二第二晶体管的该第二第一端耦接于该第二第一晶体管的该第一第三端，该第二第二晶体管的该第二第二端耦接于该检测装置，该第二第二晶体管的该第二第二端用以接收该时序信号；

一第二第二电流源，耦接于该第二第二晶体管的该第二第三端以及该接地端之间；以及

一第二第一电容，具有一第一端及一第二端，该第二第一电容的该第一端耦接于该第二第一晶体管的第一第三端以及该第二第二晶体管的第二第一端，该第二第一电容的该第二端耦接于该接地端，该第二第一电容用以进行充电及放电以产生该第二处理信号。

7.根据权利要求6所述的马达驱动装置，其特征在于，该第一缓冲单元具有一正输入端、一负输入端以及一输出端，该正输入端耦接于该第一处理单元，该负输入端耦接于该输出端，用以根据该第一处理信号产生该第一驱动信号，并进一步根据该第一驱动信号相对应的控制该马达旋转或停止。

8.根据权利要求7所述的马达驱动装置，其特征在于，该第二缓冲单元具有一正输入端、一负输入端以及一输出端，该第二缓冲单元的该正输入端耦接于该第二处理单元，该第二缓冲单元的该负输入端耦接于该第二缓冲单元的该输出端，用以根据该第二处理信号产生该第二驱动信号，并进一步根据该第二驱动信号相对应的控制该马达旋转或停止。

9.根据权利要求8所述的马达驱动装置，其特征在于，该第一缓冲单元以及该第二缓冲单元分别为一单位增益缓冲器。

10.根据权利要求8所述的马达驱动装置，其特征在于，该第一缓冲单元以及该第二缓冲单元的输出级为一全桥式驱动电路。

11.根据权利要求1所述的马达驱动装置，其特征在于，该马达驱动装置设置于一集成电路。