TWM496896U - 直流風扇斷電煞車之電路 - Google Patents

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TWM496896U
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P3/00—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters
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    • H02P3/08—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter for stopping or slowing a dc motor
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
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Description

直流風扇斷電煞車之電路
本創作係有關於一種直流風扇之電路，尤指一種透過一獨立煞車迴路達到斷電煞車的效果，以及有效改善轉速無法達到精準控制之效果的直流風扇斷電煞車之電路。
許多的消費性產品中，風扇是主要的散熱工具。當系統溫度過高時，風扇即會啟動以降低整體系統溫度，達到散熱目的，當系統溫度下降至一特定值，風扇即會停止動作。

傳統上為了避免整體系統不會因為溫度過高而燒毀，通常會於系統中加裝一散熱風扇加以保護。然而，為了因應運算速度越來越快元件之散熱，風扇轉速要求會越來越高，因此，造成風扇斷電後，風扇仍會持續慣性運轉一段時間後才會完全停止。
所以習知直流風扇現有斷電煞車技術，是採用電容儲能裝置於斷電時提供給風扇其內馬達驅動電路的H型橋式(H-Bridge)，使上臂兩個PMOS電晶體或下臂兩個NMOS電晶體導通，讓H型橋式連接該馬達線圈的兩端形成短路，使馬達磁極無法產生變化而達到煞車效果，雖習知風扇可達到煞車的效果，可是卻延伸出另一問題，就是因風扇內部斷電煞車作動使用的MOS電晶體(如N型金氧半場效(NMOS)電晶體或P型金氧半場效(PMOS) 電晶體)，與風扇其內馬達驅動電路的H型橋式(H-Bridge)是共用MOS電晶體(即上臂兩個PMOS電晶體與下臂兩個NMOS電晶體)，故習知風扇控制轉速是或煞車時需透過前驅動器來控制H型橋式的上臂PMOS電晶體與下臂NMOS電晶體作動，但此控制方式卻會造成上臂PMOS電晶體在做脈衝寬度調變信號(PULSE WIDTH MODULATION；PWM)切割控制時產生失真而導致轉速無法達到精確控制，以及失真還會造成MOS電晶體低壓開通操作而產生廢熱，進而導致元件溫度升高之問題。
是以，要如何解決上述習用之問題與缺失，即為本案之創作人與從事此行業之相關廠商所亟欲研究改善之方向所在者。
爰此，為有效解決上述之問題，本創作之主要目的在提供一種以獨立煞車迴路達到斷電煞車之效果，以及有效改善轉速無法達到精準控制之效果的直流風扇斷電煞車之電路。
為達上述目的，本創作係提供一種直流風扇斷電煞車之電路，係包括一控制單元、一馬達驅動單元、一開關單元、一中斷保護單元及一煞車單元，該控制單元係耦接相對的一操作電壓，該馬達驅動單元係耦接該控制單元、一輸入電源及一馬達線圈的至少二端，該中斷保護單元具有一第一端、一第二端及一第三端，該中斷保護單元的第一端係耦接該開關單元與控制單元，其該第二端則耦接至該操作電壓，其該第三端則耦接該輸入電源，前述煞車單元係具有一第一端、一第二端及一第三端，該煞車單元的第一端係耦接相對該中斷保護單元的第三端，其該第二端耦接對應該馬達線圈的其中任一端，其該第三端係耦接至相對一接地端，令該煞車單元的第二端與馬達線圈的其中任一端及接地端形成一煞車迴路而煞車，所以當風扇斷電時，該中斷保護單元隨著該開關單元呈關閉狀態無接收到該操作電壓而不導通，並同時該煞車單元被啟動進行煞車；透過本創作此電路的設計，以獨立煞車迴路達到斷電煞車的效果，以及有效改善轉速無法達到精準控制的效果。
1‧‧‧直流風扇斷電煞車之電路
10‧‧‧控制單元
101‧‧‧第一端腳
102‧‧‧第二端腳
103‧‧‧三端腳
104‧‧‧第四端腳
105‧‧‧第五端腳
106‧‧‧第六端腳
12‧‧‧馬達驅動單元
121‧‧‧第一開關件
122‧‧‧第二開關件
123‧‧‧第三開關件
124‧‧‧第四開關件
1211、1221、1231、1241‧‧‧第一端
1212、1222、1232、1242‧‧‧第二端
1213、1223、1233、1243‧‧‧第三端
126‧‧‧第一驅動件
127‧‧‧第二驅動件
13‧‧‧開關單元
14‧‧‧中斷保護單元
141‧‧‧第一端
142‧‧‧第二端
143‧‧‧第三端
15‧‧‧煞車單元
151‧‧‧第一端
152‧‧‧第二端
153‧‧‧第三端
16‧‧‧保護單元
17‧‧‧濾波單元
18‧‧‧霍爾元件
L‧‧‧馬達線圈
L1‧‧‧馬達線圈的一端
L2‧‧‧馬達線圈的另一端
Vcc‧‧‧操作電壓
Vin‧‧‧輸入電源
GND‧‧‧接地端
第1圖示係本創作之第一較佳實例之方塊示意圖。
第2圖示係本創作之第一較佳實例之煞車迴路行徑示意圖。
第3圖示係本創作之第二較佳實例之方塊示意圖。
本創作之上述目的及其結構與功能上的特性，將依據所附圖式之較佳實施例予以說明。
本創作係提供一種直流風扇斷電煞車之電路，請參閱第1、2圖示，係顯示本創作之第一較佳實施例之方塊示意圖；該直流風扇斷電煞車之電路1係應用於一風扇(圖中未示)上，且於該較佳實施例之風扇係以單相無刷馬達做說明，但並不侷限於此，於具體實施時，風扇也可為三相或多相無刷馬達，如三相無刷馬達來說就有三組馬達線圈，依此類推。
前述直流風扇斷電煞車之電路1係包括一控制單元10、一馬達驅動單元12、一開關單元13、一中斷保護單元14、一霍爾元件18及一煞車單元15，該馬達驅動單元12係耦接(或電性連接)該控制單元10、一輸入電源Vin及一馬達線圈L的至少二端，該馬達線圈L於該較佳實施例係以二端L1、L2做說明，但並不侷限於此，於具體實施時，該馬達線圈L的端數係匹配風扇馬達的相數(如三相馬達或多相無刷馬達)。前述開關單元13則耦接控制單元10與輸入電源Vin(如12伏特或48伏特)，並前述馬達驅動單元12具有一第一開關件121、一第二開關件122、一第三開關件123、一第四開關件124、一第一驅動件126及一第二驅動件127，該第一、二、三、四開關件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，該第一開關件121的第一端1211係耦接相對該第二開關件122的第三端1223與該馬達線圈L的一端L1，該第三開關件123的第一端1231則耦接相對該第四開關件124的第三端1243與該馬達線圈L的另一端L2，該第一、三開關件121、123的第三端1213、1233係與該輸入電源Vin共同相耦接，該第二、四開關件122、124的第一端1221、1241係與一接地端GND相耦接，其各該第二端1222、1242則連接至對應該控制單元10上，並該第一、二驅動件126、127的一端係分別耦接相對該第一、三開關件121、123的第二端1212、1232，其另一端則連接相對該控制單元10。其中於該較佳實施例之前述該第一、三開關件121、123係為一P型金氧半場效(PMOS) 電晶體，該第二、四開關件122、124係為一N型金氧半場效(NMOS)電晶體做說明，但並侷限於此。
而該控制單元10於該較佳實施例係以微控制器(micro control unit,；MCU)做說明，但並不侷限於此，且該控制單元具有複數端腳，其中一第一端腳101係耦接相對該第一驅動件126的另一端，一第二端腳102耦接(或電性連接)至該第二驅動件127的另一端，一第三、四端腳103、104分別耦接相對該第二、四開關件122、124的第二端1222、1242，一第五端腳105分別係與該中斷保護單元14的第一端141與該開關單元13的一端相耦接，一第六端腳106耦接一操作電壓Vcc(如5伏特)。
續參閱第1圖示，前述中斷保護單元14具有前述第一端141、一第二端142及一第三端143，該中斷保護單元14的第一端141係耦接該開關單元13的一端與控制單元10的第五端腳105，其該第二端142則耦接至該操作電壓Vcc，其該第三端143則耦接該輸入電源Vin及第一、三開關件121、123的第三端1213、1233，並該中斷保護單元14係隨著該開關單元13接收到輸入電源Vin時呈開啟狀態，進而接收到操作電壓Vcc而導通，或該中斷保護單元14係隨著該開關單元13接收到輸入電源Vin時呈關閉狀態，進而無法接收到操作電壓Vcc而不導通，並該中斷保護單元14係用以提供中斷解除煞車運作，以保護風扇避免出現垂直導通現象而讓風扇燒毀。並該霍爾元件18係與該控制單元10的第五端腳105與該中斷保護單元14的第一端141相電性連接，其用以傳送一霍爾訊號給該控制單元10。
並前述煞車單元15具有一第一端151、一第二端152及一第三端153，該煞車單元15的第一端151係耦接相對該中斷保護單元14的第三端143，其該第二端152耦接對應該馬達線圈L的其中一端，於該較佳實施例之馬達線圈係有兩端L1、L2，且該煞車單元15的第二端152係電性連接至該馬達線圈2的一端L1做說明，但並不限於此，於具體實施時，前述煞車單元15的第二端152亦可選擇連接至該馬達線圈L的另一端L2。所述煞車單元15的該第三端153係耦接至相對該接地端GND，令該煞車單元15的第二端152與馬達線圈L的一端L1及接地端GND形成一煞車迴路(如第2圖示中的粗黑箭頭)而煞車，換言之，就是該煞車單元15的第二、三端152、153與馬達線圈L的一端L1形成單向性的閉迴路，使馬達線圈L的一端L1上電壓會迅速由該煞車迴路洩放到接地端GND上(如第2圖示中的粗黑箭頭)，讓馬達的磁極(即馬達線圈L上的電壓)無法產生變化而達到煞車的效果。
故透過本創作之獨立的煞車單元15與風扇運轉使用的馬達驅動單元12分開，使該煞車單元15不會共用該馬達驅動單元12的上述各開關件(即第一、二、三、四開關件121、122、123、124)，可讓前述控制單元10直接對該馬達驅動單元12的下臂開關件(即第二、四開關件)做脈衝寬度調變信號(PULSE WIDTH MODULATION；PWM)切割控制，而無須再透過前驅動器來控制馬達驅動單元12的下臂開關件，使得有效改善PWM切割時造成的失真之問題，進而有效讓風扇轉速可達到精準控制的效果。
所以當風扇做啟動時，使該開關單元13可接收到輸入電源Vin呈開啟狀態，該中斷保護單元14便會接收到該操作電壓Vcc(即中斷保護單元14被該操作電壓Vcc打開) 而作動(或導通)，同時該煞車單元15被關斷而解除(或中斷)煞車(即煞車單元15不作動)，使該控制單元10恢復正常作動可控制該馬達驅動單元12驅使風扇轉速運轉；若風扇斷電時，令該開關單元13不會接收到輸入電源Vin呈關閉狀態，進而該操作電壓Vcc會快速消耗到零伏特，此時該中斷保護單元14也不會接收到該操作電壓Vcc(即中斷保護單元14被該操作電壓Vcc打開) 而被關斷(或不導通)，並該馬達線圈L一端L1上儲能會驅使該煞車單元15作動而導通，進而該馬達線圈L的一端L1上的電壓即可迅速由該煞車迴路洩放到接地端GND上，讓馬達的磁極(即馬達線圈L上的電壓)無法產生變化而達到斷電煞車的效果。
因此，藉由本創作之直流風扇斷電煞車之電路1的設計，以獨立煞車迴路達到斷電煞車的效果，以及有效改善轉速無法達到精準控制的效果。
請參閱第3圖示，係顯示本創作之第二較佳實施例之方塊示意圖，並參閱第2圖示；該較佳實施例之電路結構與連結關係及其功效大致前述第一較佳實施例之電路相同，故在此不重新贅述，其兩者差異處在於：前述直流風扇斷電煞車之電路1更包含一保護單元16與一濾波單元17，該保護單元16於該較佳實施例係以二極體，濾波單元17係以電容件做說明，但並不侷限於此，前述保護單元16的一端係電性連接該輸入電源Vin與該開關單元13的一端，其另一端則電性連接該濾波單元17的一端，該濾波單元17的另一端則與相對該煞車單元15的第一端151及該第一開關件121的第三端1213與中斷保護單元14的第三端143共同電性連接。
並前述保護單元16係用以阻擋該濾波單元17的放電電壓，以避免影響其他單元的運作，該濾波單元17係用以供能量給煞車單元15作動開通，亦即當風扇斷電時，藉由所述濾波單元17所儲存的殘餘能量提供給該煞車單元15，令該煞車單元15受到驅使而導通，進而該馬達線圈L的一端L1上的電壓即可迅速由該煞車迴路洩放到接地端GND上，讓馬達的磁極(即馬達線圈L上的電壓)無法產生變化而達到斷電煞車的效果。
　
故透過本創作之直流風扇斷電煞車之電路1的設計，以獨立煞車迴路達到斷電煞車的效果，以及有效改善轉速無法達到精準控制的效果。
以上所述本創作相較於習知具有下列之優點：
1. 具有之獨立的煞車單元與風扇運轉使用的馬達驅動單元分開，使該煞車單元不會共用該馬達驅動單元的各開關件，令斷電時透過獨立煞車迴路來達到斷電煞車的效果。
2. 具有改善PWM切割時造成的失真之問題。
3. 具有讓風扇轉速可達到精準控制的效果。
惟以上所述者，僅係本創作之較佳可行之實施例而已，舉凡利用本創作上述之方法、形狀、構造、裝置所為之變化，皆應包含於本案之權利範圍內。
1‧‧‧直流風扇斷電煞車之電路
10‧‧‧控制單元
101‧‧‧第一端腳
102‧‧‧第二端腳
103‧‧‧第三端腳
104‧‧‧第四端腳
105‧‧‧第五端腳
106‧‧‧第六端腳
12‧‧‧馬達驅動單元
121‧‧‧第一開關件
122‧‧‧第二開關件
123‧‧‧第三開關件
124‧‧‧第四開關件
1211、1221、1231、1241‧‧‧第一端
1212、1222、1232、1242‧‧‧第二端
1213、1223、1233、1243‧‧‧第三端
126‧‧‧第一驅動件
127‧‧‧第二驅動件
13‧‧‧開關單元
14‧‧‧中斷保護單元
141‧‧‧第一端
142‧‧‧第二端
143‧‧‧第三端
15‧‧‧煞車單元
151‧‧‧第一端
152‧‧‧第二端
153‧‧‧第三端
18‧‧‧霍爾元件
L‧‧‧馬達線圈
L1‧‧‧馬達線圈的一端
L2‧‧‧馬達線圈的另一端
Vcc‧‧‧操作電壓
Vin‧‧‧輸入電源
GND‧‧‧接地端

Claims (8)

  1. 【第1項】
    一種直流風扇斷電煞車之電路，係包括：
    一控制單元，係耦接一操作電壓；
    一馬達驅動單元，係耦接該控制單元、一輸入電源及一馬達線圈的至少二端；
    一開關單元，係耦接該控制單元與該輸入電源；
    一中斷保護單元，其具有一第一端、一第二端及一第三端，該中斷保護單元的第一端係耦接該開關單元與控制單元，其該第二端則耦接至該操作電壓，其該第三端則耦接該輸入電源；
    一煞車單元，係具有一第一端、一第二端及一第三端，該煞車單元的第一端係耦接相對該中斷保護單元的第三端，其該第二端耦接對應該馬達線圈的其中任一端，其該第三端係耦接至相對一接地端，令該煞車單元的第二端與馬達線圈的其中任一端及接地端形成一煞車迴路而煞車；及
    其中該風扇斷電時，該中斷保護單元隨著該開關單元呈關閉狀態無接收到該操作電壓而不導通，並同時該煞車單元被啟動進行煞車。
  2. 【第2項】
    如申請專利範圍第1項所述之直流風扇斷電煞車之電路，其中當該風扇啟動時，該中斷保護單元係隨著該開關單元為開啟狀態接收到該操作電壓而導通，並同時該煞車單元被關閉。
  3. 【第3項】
    如申請專利範圍第1項所述之直流風扇斷電煞車之電路，其中該馬達驅動單元具有一第一開關件、一第二開關件、一第三開關件、一第四開關件、一第一驅動件及一第二驅動件，該第一、二、三、四開關件各具有一第一端、一第二端及一第三端，該第一開關件的第一端係耦接相對該第二開關件的第三端與該馬達線圈的一端，該第三開關件的第一端則耦接相對該第四開關件的第三端與該馬達線圈的另一端，該第一、三開關件的第三端係與該輸入電源共同相耦接，該第二、四開關件的第一端係與該接地端相耦接，其各該第二端則連接至對應該控制單元上，並該第一、二驅動件的一端係分別耦接相對該第一、三開關件的第二端，其另一端則連接相對該控制單元。
  4. 【第4項】
    如申請專利範圍第3項所述之直流風扇斷電煞車之電路，其中該中斷保護單元的第一端係耦接該開關單元的一端與控制單元，其該第三端則耦接相對該第一、三開關件的第三端及該輸入電源。
  5. 【第5項】
    如申請專利範圍第4項所述之直流風扇斷電煞車之電路，其中該控制單元具有複數端腳，其中一第一端腳係耦接相對該第一驅動件的另一端，一第二端腳耦接至該第二驅動件的另一端，一第三、四端腳分別耦接相對該第二、四開關件的第二端，一第五端腳分別係與該中斷保護單元的第一端與該開關單元的一端相耦接，一第六端腳耦接該操作電壓。
  6. 【第6項】
    如申請專利範圍第3項所述之直流風扇斷電煞車之電路，更包含一保護單元及一濾波單元，該保護單元的一端係電性連接該輸入電源與該開關單元的一端，其另一端則電性連接該濾波單元的一端，該濾波單元的另一端則與相對該煞車單元的第一端及該第一開關件的第三端相電性連接。
  7. 【第7項】
    如申請專利範圍第6項所述之直流風扇斷電煞車之電路，更包含一霍爾元件，該霍爾元件係與該控制單元的第五端腳與該中斷保護單元的第一端相電性連接。
  8. 【第8項】
    如申請專利範圍第1項所述之直流風扇斷電煞車之電路，其中該第一、三開關件係為一PMOS電晶體，該第二、四開關件係為一NMOS電晶體。
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