專(zhuān)利名稱(chēng)：可調(diào)速的單相無(wú)刷直流風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)集成電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明及到集成電路領(lǐng)域，具體是可調(diào)速的單相無(wú)刷直流風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)集成電路。
背景技術(shù)：
隨著科技的進(jìn)步和人類(lèi)對(duì)生活質(zhì)量的要求不斷提升，促使電子產(chǎn)品的性能不斷的提升。大多數(shù)電子產(chǎn)品性能的提升都伴隨著高功耗的產(chǎn)生，對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的較高的熱量，無(wú)法靠自身進(jìn)行散熱，只能強(qiáng)制增加風(fēng)扇進(jìn)行散熱。電子產(chǎn)品產(chǎn)生的功耗一般由工作量來(lái)決定的，因此自身產(chǎn)生的熱量不是固定的。相應(yīng)散熱風(fēng)扇可以根據(jù)被散熱的溫度來(lái)調(diào)整風(fēng)扇速度，這樣可以有效的降低功耗和噪音。無(wú)刷直流風(fēng)扇的調(diào)速一般有兩種方式1、在直流風(fēng)扇和電源之間串聯(lián)一可變電阻，通過(guò)改變電阻阻值，調(diào)整風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)電壓，達(dá)到調(diào)速的目的。2、用數(shù)字信號(hào)處理器DSP或者微處理器MCU，采用PWM方式控制風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電壓，進(jìn)行調(diào)速。第一種調(diào)速方式，雖然方法簡(jiǎn)單，但是調(diào)速不夠精準(zhǔn)，不夠線性，另外串聯(lián)的調(diào)速電阻會(huì)消耗過(guò)大的能量。第二種調(diào)速方式，雖然能夠精準(zhǔn)的控制轉(zhuǎn)速，但是MCU或者DSP本身也會(huì)產(chǎn)生一定的功耗，加上芯片很貴，外圍電路復(fù)雜，造成風(fēng)扇成本大幅增加。依據(jù)被散熱物體的溫度來(lái)調(diào)整風(fēng)扇速度，這樣能夠有效的降低功耗，減小噪音。 但是現(xiàn)有的調(diào)速方式存在自身功耗較大，外圍電路復(fù)雜，成本較高等缺點(diǎn)。因此，開(kāi)發(fā)一款專(zhuān)門(mén)用于單相無(wú)刷直流風(fēng)扇調(diào)速的集成電路，成為迫切的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可調(diào)速的單相無(wú)刷直流風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)集成電路，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)速的功能的同時(shí)，增加了轉(zhuǎn)速檢測(cè)、鎖定報(bào)警、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、自動(dòng)重啟等輔助功能，并且簡(jiǎn)化了外圍電路的復(fù)雜性，減少了外圍器件，大大的降低了調(diào)速風(fēng)扇的成本。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下方案實(shí)現(xiàn)一種可調(diào)速的單相無(wú)刷直流風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)集成電路，其特征在于，包括
一用于驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇的輸出功率驅(qū)動(dòng)電路；
一邏輯控制器，控制所述的輸出功率驅(qū)動(dòng)電路；
一鋸齒波發(fā)生器，用以產(chǎn)生鋸齒波信號(hào)；
一脈寬調(diào)制器，其將外部輸入的溫度檢測(cè)信號(hào)、一設(shè)置最低轉(zhuǎn)速信號(hào)與所述的鋸齒波信號(hào)進(jìn)行比較產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)，提供給所述的邏輯控制器；
一滯洄比較器，其將外部輸入的霍爾傳感器信號(hào)進(jìn)行放大，并傳送至邏輯控制器，以提供換向信號(hào)；以及
一堵轉(zhuǎn)檢測(cè)及自動(dòng)重啟模塊，其輸入端與所述的邏輯控制器連接，輸出端連至所述的設(shè)置最低轉(zhuǎn)速信號(hào)輸入端。在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述的鋸齒波發(fā)生器只需要外接一電容就能產(chǎn)生鋸齒波信號(hào)，通過(guò)改變?cè)撾娙莸闹担苷{(diào)整鋸齒波信號(hào)的頻率。
在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述集成電路具有一 I. 25V電壓輸出端,該輸出端為所述霍爾傳感器供電。在本發(fā)明一實(shí)施例中，脈沖調(diào)制器包括三個(gè)比較器和一第四晶體管；所述三個(gè)比較器的輸出端各與一個(gè)晶體管的基極連接，所述晶體管的射極接地，集電極與一第一恒流源連接；所述第四晶體管的基極與所述第一恒流源連接，射極接地，集電極與一第二恒流源連接。在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述輸出功率驅(qū)動(dòng)電路采用H橋結(jié)構(gòu)，包括四個(gè)功率驅(qū)動(dòng)管和四個(gè)功率續(xù)流二極管，所述功率續(xù)流二極管在功率驅(qū)動(dòng)管關(guān)斷的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)續(xù)流的功倉(cāng)泛。在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述的堵轉(zhuǎn)檢測(cè)和自動(dòng)重啟電路包括
一第一晶體管，其基極與所述邏輯控制器連接，射極接地；
一恒流源，其與所述第一晶體管的集電極連接；
一第二晶體管，其射極接地，集電極與所述的設(shè)置最低轉(zhuǎn)速信號(hào)輸入端；以及一比較器，其將所述第一晶體管的集電極輸出信號(hào)與一基準(zhǔn)電壓比較后發(fā)送到所述第 _■晶體管的基極。本發(fā)明的有益效果是該集成電路只需要很少的外圍電路，就能根據(jù)被散熱物體的溫度，實(shí)現(xiàn)調(diào)速功能，并增加了一些監(jiān)控和保護(hù)功能，具有低噪音、高效率、高可靠性等特點(diǎn)，能夠有效的降低可調(diào)速風(fēng)扇的成本。


圖I可調(diào)速的單相無(wú)刷直流風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)集成電路的方框圖2脈寬調(diào)制器方框圖3脈寬調(diào)制器波形圖中符號(hào)說(shuō)明
Hall sensor :外置霍爾位置傳感器HB :IC輸出引腳，給hall sensor供電 IN+/IN-:IC輸入引腳，采集位置信號(hào)Al :滯洄比較器 R1/R3 :電阻，R3是熱敏電阻，檢測(cè)溫度R2/R4 :電阻，設(shè)置最低速工作電壓 Cl :電容，設(shè)置鋸齒波發(fā)生器的頻率C2 :電容，設(shè)定啟動(dòng)時(shí)間
Q1/Q2/Q3/Q4 :功率輸出管 A2 比較器
C3 :電容，設(shè)定重啟和堵轉(zhuǎn)保護(hù)時(shí)間 RMI :IC輸入引腳 D1/D2/D3/D4:內(nèi)置續(xù)流二極管 output :脈寬調(diào)制器輸出 A3/A4/A5 :脈寬調(diào)制器中比較器 CPWM IC 引腳 Tl :啟動(dòng)階段后期 T3 :調(diào)速狀態(tài) 101:輸出功率驅(qū)動(dòng)模塊
Q5/Q6 堵轉(zhuǎn)啟動(dòng)電路晶體管 I1 :恒流源 VTH=IC輸入引腳 CT :IC輸入引腳 L :風(fēng)扇線圈 I2Zi3:恒流源
Q7/Q8/Q9/Q10 :脈寬調(diào)制器中晶體管 TO :啟動(dòng)階段初期 T2 :最低速狀態(tài) T4 :全速狀態(tài)
102:堵轉(zhuǎn)檢測(cè)及自動(dòng)重啟模塊103:最低轉(zhuǎn)速設(shè)置模塊104 :溫度檢測(cè)模塊
105 :脈寬調(diào)制器106 :邏輯控制器
107 :鋸齒波發(fā)生器。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參照?qǐng)D1，圖I是整個(gè)集成電路的設(shè)計(jì)方框圖，本實(shí)施例提供一種可調(diào)速的單相無(wú)刷直流風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)集成電路，其包括一用于驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇的輸出功率驅(qū)動(dòng)電路；一邏輯控制器，控制所述的輸出功率驅(qū)動(dòng)電路；一鋸齒波發(fā)生器，用以產(chǎn)生鋸齒波信號(hào)；一脈寬調(diào)制器，其將外部輸入的溫度檢測(cè)信號(hào)、一設(shè)置最低轉(zhuǎn)速信號(hào)與所述的鋸齒波信號(hào)進(jìn)行比較產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)，提供給所述的邏輯控制器；一滯洄比較器，其將外部輸入的霍爾傳感器信號(hào)進(jìn)行放大，并傳送至邏輯控制器，以提供換向信號(hào)；以及一堵轉(zhuǎn)檢測(cè)及自動(dòng)重啟模塊，其輸入端與所述的邏輯控制器連接，輸出端連至所述的設(shè)置最低轉(zhuǎn)速信號(hào)輸入端。為了讓一般技術(shù)人員更好的理解本發(fā)明，下面我們將詳細(xì)敘述每個(gè)模塊的工作原理以及作用。鋸齒波發(fā)生器由電壓比較器，內(nèi)部參考電壓，雙向恒流源組成，并配合一外部電容 Cl實(shí)現(xiàn)鋸齒波頻率的改變。該鋸齒波發(fā)生器內(nèi)部設(shè)定了峰值和谷值電壓，雙向恒流源的電流也是有內(nèi)部設(shè)定，可以通過(guò)改變電容Cl來(lái)改變鋸齒波的頻率。鋸齒波產(chǎn)生的信號(hào)是脈寬調(diào)制器的輸入信號(hào)之一。如圖I所不，圖中Hall sensor、滯洄比較器Al和I. 25V電壓輸出端HB組成一霍爾信號(hào)放大器，其中Hall sensor外置，由該集成電路上述的輸出端HB引腳提供電壓，輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)滯洄比較器Al處理，處理完的信號(hào)傳送至邏輯控制器，提供換向信號(hào)。脈寬調(diào)制器，如圖I所示，其輸入信號(hào)由如下幾部分組成R1和R3提供的溫度檢測(cè)信號(hào)，其中R3是熱敏電阻，R2和R4以及C2設(shè)定的最低速信號(hào)，其中C2可以設(shè)定啟動(dòng)時(shí)間，鋸齒波發(fā)生器提供鋸齒波信號(hào)，內(nèi)部設(shè)定最低速電壓。如圖2所示，脈寬調(diào)制器由3個(gè)比較器和4個(gè)晶體管以及2個(gè)恒流源組成。VTH、RMI、內(nèi)部設(shè)定的最低電壓這三個(gè)信號(hào)分別跟鋸齒波信號(hào)CPWM比較，輸出信號(hào)提供給邏輯控制器，提供調(diào)速信號(hào)。值得一提的是，所述的最低轉(zhuǎn)速信號(hào)的產(chǎn)生電路也可以設(shè)置在該集成電路中，本實(shí)施例是外部設(shè)置，其如果外接一電容，就可以實(shí)現(xiàn)全速啟動(dòng)功能。所述溫度信號(hào)的采集單元，如果去掉熱敏電阻，風(fēng)扇將進(jìn)入全速工作狀態(tài)。堵轉(zhuǎn)檢測(cè)及自動(dòng)重啟電路，如圖I所示=QSU1、比較器A2外置電容C3、Q6組成，霍爾信號(hào)放大器提供的信號(hào)，經(jīng)過(guò)邏輯控制器處理，如果風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，就會(huì)提供給Q5 —個(gè)放電的信號(hào)，這樣C3的電位就是低電平，表示正常工作。如果風(fēng)扇堵轉(zhuǎn)，Q5就不再放電，恒流源開(kāi)始對(duì)電容C3進(jìn)行充電，當(dāng)CT電壓升高到3. 6V時(shí)，比較器A2動(dòng)作，判斷電機(jī)堵轉(zhuǎn)，此時(shí)恒流源I1對(duì)電容C3進(jìn)行放電，放電的電流是充電電流的1/10。放電期間，輸出功率驅(qū)動(dòng)電路全部關(guān)斷，直到CT電壓降低到1.7V，恒流源I1重新對(duì)電容C3進(jìn)行充電，充電期間，輸出功率驅(qū)動(dòng)管開(kāi)啟，風(fēng)扇重啟。如果風(fēng)扇仍然沒(méi)有啟動(dòng)，當(dāng)電壓升高到3. 6V又進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)。由于充電和放電的電流比是10:1，因此重啟和保護(hù)的時(shí)間比是1:10，這樣防止風(fēng)扇因?yàn)槎罗D(zhuǎn)而燒毀。在堵轉(zhuǎn)和重啟過(guò)程中，輸出引腳RD同時(shí)提供報(bào)警信號(hào)。如果風(fēng)扇能夠重新啟動(dòng)， 則Q5就能夠正常放電，堵轉(zhuǎn)報(bào)警解除，并能夠自動(dòng)重啟。
邏輯控制器，接收霍爾信號(hào)放大器和脈寬調(diào)制器的信號(hào)，經(jīng)過(guò)處理之后，輸出四路信號(hào)，控制輸出功率驅(qū)動(dòng)管，實(shí)現(xiàn)換向和調(diào)速的功能。同時(shí)也處理堵轉(zhuǎn)和重啟信號(hào)。輸出功率驅(qū)動(dòng)電路，采用H橋結(jié)構(gòu)，如圖I所示，Q1、Q2、Q3、Q4根據(jù)控制信號(hào)控制風(fēng)扇線圈，D1、D2、D3、D4起到續(xù)流的作用。輸出管Ql和Q4導(dǎo)通同時(shí)Q2和Q3關(guān)斷，PWM信號(hào)控制Ql的導(dǎo)通時(shí)間，調(diào)整L上的電壓，達(dá)到調(diào)速的目的。換向之后，Q2和Q3導(dǎo)通同時(shí)Ql 和Q4關(guān)斷，PWM信號(hào)控制Q2的導(dǎo)通時(shí)間，調(diào)整L上的電壓，達(dá)到調(diào)速的目的。圖3是脈寬調(diào)制器的波形圖，風(fēng)扇的調(diào)速的關(guān)鍵就是脈寬調(diào)制器。因此脈寬調(diào)制器的波形圖基本上就是風(fēng)扇調(diào)速的整個(gè)過(guò)程。下面根據(jù)圖3來(lái)詳細(xì)描述整個(gè)調(diào)速的過(guò)程。 TO是風(fēng)扇上電啟動(dòng)階段初期，風(fēng)扇剛上電的時(shí)候，C2兩端的電壓為0，這樣RMI電壓為0， 通過(guò)電阻R2對(duì)電容進(jìn)行充電，在這個(gè)階段RMI的電壓始終低于CPWM端的電壓，這樣比較器 A4的輸出端始終為高電平，Q8導(dǎo)通，QlO的B極為低電平，這樣output始終為高電平，占空比為100%，這樣通過(guò)輸出功率驅(qū)動(dòng)電路，加在電機(jī)線圈L上的電壓最高，電機(jī)以全速進(jìn)行啟動(dòng)。Tl為啟動(dòng)階段后期，隨著對(duì)電容C2的充電，當(dāng)RMI電壓升高到鋸齒波的谷值電壓的時(shí)候開(kāi)始，一直到R2和R4分壓電壓結(jié)束。VTH,RMI和內(nèi)部設(shè)定的最低速電壓，分別跟CP麗電壓比較，只有當(dāng)CPWM電壓最低的時(shí)候，QlO的B極電壓才為高，輸出為低，隨著RMI的電壓不斷升高，占空比在減小。T2為最低速狀態(tài)，集成電路本身設(shè)定最低速工作電壓，這樣即使 RMI端不設(shè)置，風(fēng)扇也能在內(nèi)置的低速狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)我們可以通過(guò)外圍電路設(shè)置RMI的電壓，設(shè)置最低轉(zhuǎn)速。在這個(gè)階段，占空比最小。T3為調(diào)速狀態(tài)，如果溫度升高，熱敏電阻 R3的阻值就會(huì)降低，VTH電壓由電阻Rl和R3分壓得到，隨著R3的阻值下降，VTH的電壓會(huì)不斷的降低，VTH比RMI和內(nèi)置的低速電壓都要低，這樣比較器A3起主要作用，隨著VTH的不斷降低，輸出的占空比不斷增加。這樣風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速會(huì)加大。T4全速狀態(tài)，如果溫度升至很高，導(dǎo)致VTH的電壓低于鋸齒波的谷值電壓，此時(shí)輸出的占空比為100%，風(fēng)扇速度最大。如果我們將熱敏電阻去掉，此時(shí)風(fēng)扇也將進(jìn)入全速狀態(tài)。當(dāng)然，本發(fā)明還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可依據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種可調(diào)速的單相無(wú)刷直流風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)集成電路，其特征在于，包括一用于驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇的輸出功率驅(qū)動(dòng)電路；一邏輯控制器，控制所述的輸出功率驅(qū)動(dòng)電路；一鋸齒波發(fā)生器，用以產(chǎn)生鋸齒波信號(hào)；一脈寬調(diào)制器，其將外部輸入的溫度檢測(cè)信號(hào)、一設(shè)置最低轉(zhuǎn)速信號(hào)與所述的鋸齒波信號(hào)進(jìn)行比較產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)，提供給所述的邏輯控制器；一滯洄比較器，其將外部輸入的霍爾傳感器信號(hào)進(jìn)行放大，并傳送至邏輯控制器，以提供換向信號(hào)；以及一堵轉(zhuǎn)檢測(cè)及自動(dòng)重啟模塊，其輸入端與所述的邏輯控制器連接，輸出端連至所述的設(shè)置最低轉(zhuǎn)速信號(hào)輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可調(diào)速的單相無(wú)刷直流風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)集成電路，其特征在于所述的鋸齒波發(fā)生器只需要外接一電容就能產(chǎn)生鋸齒波信號(hào)，通過(guò)改變?cè)撾娙莸闹?，能調(diào)整鋸齒波信號(hào)的頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可調(diào)速的單相無(wú)刷直流風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)集成電路，其特征在于所述集成電路具有一 I. 25V電壓輸出端,該輸出端為所述霍爾傳感器供電。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可調(diào)速的單相無(wú)刷直流風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)集成電路，其特征在于脈沖調(diào)制器包括三個(gè)比較器和一第四晶體管；所述三個(gè)比較器的輸出端各與一個(gè)晶體管的基極連接，所述晶體管的射極接地，集電極與一第一恒流源連接；所述第四晶體管的基極與所述第一;〖1[流源連接，射極接地，集電極與一第二恒流源連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可調(diào)速的單相無(wú)刷直流風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)集成電路，其特征在于所述輸出功率驅(qū)動(dòng)電路采用H橋結(jié)構(gòu)，包括四個(gè)功率驅(qū)動(dòng)管和四個(gè)功率續(xù)流二極管，所述功率續(xù)流二極管在功率驅(qū)動(dòng)管關(guān)斷的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)續(xù)流的功能。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可調(diào)速的單相無(wú)刷直流風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)集成電路，其特征在于所述的堵轉(zhuǎn)檢測(cè)和自動(dòng)重啟電路包括一第一晶體管，其基極與所述邏輯控制器連接，射極接地；一恒流源，其與所述第一晶體管的集電極連接；一第二晶體管，其射極接地，集電極與所述的設(shè)置最低轉(zhuǎn)速信號(hào)輸入端；以及一比較器，其將所述第一晶體管的集電極輸出信號(hào)與一基準(zhǔn)電壓比較后發(fā)送到所述第二晶體管的基極。
全文摘要
本發(fā)明涉及集成電路領(lǐng)域，具體是可調(diào)速的單相無(wú)刷直流風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)集成電路。將采集到的溫度信號(hào)和內(nèi)置的鋸齒波發(fā)生器信號(hào)通過(guò)脈寬調(diào)制器控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)速。根據(jù)霍爾傳感器信號(hào)，通過(guò)霍爾放大器及邏輯控制器的處理，實(shí)現(xiàn)換向功能。利用內(nèi)置的堵轉(zhuǎn)檢測(cè)和自動(dòng)重啟電路實(shí)現(xiàn)鎖定報(bào)警、堵轉(zhuǎn)保護(hù)和自動(dòng)重啟功能。本集成電路在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)速的功能的同時(shí)，增加了轉(zhuǎn)速檢測(cè)、鎖定報(bào)警、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、自動(dòng)重啟等輔助功能，并且簡(jiǎn)化了外圍電路的復(fù)雜性，減少了外圍器件，大大的降低了調(diào)速風(fēng)扇的成本。
文檔編號(hào)H02H7/085GK102594234SQ20121007024
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月16日
發(fā)明者宋金榮, 高耿輝 申請(qǐng)人:友順科技股份有限公司, 大連連順電子有限公司