專利名稱：低噪音直流馬達驅動芯片的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種直流馬達驅動芯片，特別是涉及一種低噪音直流馬達驅動芯片。
背景技術：
隨著電子科技的日益發達，各式各樣具有強大功能的集成電路芯片(即晶片，以下均稱為芯片)也不斷地推陳出新，例如現今的個人計算機的中央處理單元(CPU)的功能，早已不下于過去的微型計算機，以致其工作時產生的熱能也愈趨于龐大。因此，為了延長集成電路芯片的壽命，并增進其可靠度，使得集成電路芯片的散熱問題已成為一不可忽視的課題。
在如個人計算機或其中央處理單元的散熱裝置中，一種具有永久磁鐵轉子(permanent magnet rotor)、并以一或兩個定子線圈來驅動轉子旋轉的直流馬達，無論在成本及可靠度方面均十分適用于驅動其散熱風扇，于是廣泛地使用于個人計算機的散熱裝置中。
請參閱圖1所示，是現有習知的一種雙線圈直流馬達驅動電路圖。圖中顯示，該具有雙線圈195與197的直流馬達的驅動電路，其包括穩壓器110、霍爾感測器(Hall sensor，感測器即為傳感器，以下均稱為感測器)120、前置放大器130、動態偏移消除電路(Dynamic offset cancellationcircuit)140、遲滯比較器150、鎖住保護自動啟動電路(Fan Lock DetectionAuto-Restart)160、時序控制電路(Driver Timing Control)170、晶體管(晶體管即為電晶體，以下均稱為晶體管)180與190以及齊納二極管(ZenerDiode)191與193。
其中，穩壓器110用以供應電路穩定的電源。霍爾感測器120用以感測直流馬達的永久磁鐵轉子的相對位置，其輸出并經前置放大器130的放大，以供遲滯比較器150轉換為頻率隨永久磁鐵轉子的轉速而變化的方波訊號。另因霍爾感測器120的感測輸出訊號很小，故前置放大器130也包括一動態偏移消除電路140，以消除前置放大器130的偏移電壓。而時序控制電路170則依據遲滯比較器150輸出的方波訊號，以產生控制晶體管180與190的通斷的方波控制訊號C1與方波控制訊號C2，其中方波控制訊號C1與方波控制訊號C2的相位相差180度，以輪流驅動直流馬達的定子線圈195與197，使直流馬達可以持續地轉動。
此外，為了考慮當直流馬達因意外狀況而鎖住時，不會導致直流馬達的損壞，因此，圖1的電路中亦應用一鎖住保護自動啟動電路160，以當偵測不到遲滯比較器150輸出的方波訊號時，通知時序控制電路170停止發送方波控制訊號C1與方波控制訊號C2。而齊納二極管191與193則用來防制切換時，線圈195與197所產生的瞬時脈沖。
請參閱圖2所示，是現有習知的一種單線圈直流馬達驅動電路圖。圖中顯示，該具有線圈290的直流馬達的驅動電路，包括穩壓器210、霍爾感測器(Hall sensor)220、前置放大器230、動態偏移消除電路(Dynamic offsetcancellation circuit)240、遲滯比較器250、鎖住保護自動啟動電路(FanLock Detection Auto-Restart)260、時序控制電路(Driver TimingControl)270、晶體管281、283、285與287以及齊納二極管(Zener Diode)291與293。
其中，除時序控制電路270與晶體管281、283、285及287的驅動原理略有不同外，其余電路均與圖1的結構說明相同。時序控制電路270依據遲滯比較器250輸出的方波訊號，以產生控制晶體管281、283、285與287的通斷的方波控制訊號C3、C4、C5與C6，且方波控制訊號C3、C4、C5與C6的輸出準位需相互配合，以交互換相驅動直流馬達的定子線圈290，使直流馬達可以持續地轉動。
然而，無論是圖1或圖2中的直流馬達驅動電路，因為是以方波控制訊號來控制線圈的切換，在切換過程中容易因線圈切換引起的反電動勢(Backing Electrical Magnetic Force，簡稱BEMF)產生的瞬時脈沖，而形成大量的噪音。
由此可見，上述現有的直流馬達驅動電路在結構與使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進一步改進。為了解決直流馬達驅動電路存在的問題，相關廠商莫不費盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的設計被發展完成，而一般的產品又沒有適切的結構能夠解決上述問題，此顯然是相關業者急欲解決的問題。
有鑒于上述現有的直流馬達驅動電路存在的缺陷，本發明人基于從事此類產品設計制造多年豐富的實務經驗及專業知識，并配合學理的運用，積極加以研究創新，以期創設一種新型結構的低噪音直流馬達驅動芯片，能夠改進一般現有的直流馬達驅動電路，使其更具有實用性。經過不斷研究、設計，并經反復試作樣品及改進后，終于創設出確具實用價值的本發明。
發明內容
本發明的目的在于，克服現有的直流馬達驅動電路存在的缺陷，而提供一種新型結構的低噪音直流馬達驅動芯片，所要解決的技術問題是使其應用線性驅動電路產生的梯形驅動波，來驅動直流馬達的線圈，使直流馬達的線圈可以進行軟性切換(soft switching)，而可以降低直流馬達運轉的噪音，從而更加適于實用。
本發明的目的及解決其技術問題是采用以下技術方案來實現的。依據本發明提出的一種低噪音直流馬達驅動芯片，適用于驅動具有一永久磁鐵轉子的一直流馬達，其包括一磁場感測電路，用以感測該永久磁鐵轉子的相對位置，并輸出一感測訊號；一線性驅動電路，用以接收該感測訊號，并將該感測訊號放大會進入飽和的一增益，以產生梯形驅動波的一第一驅動輸出與一第二驅動輸出，且該第一驅動輸出與該第二驅動輸出的相位相差180度；以及一穩壓器，用以供應穩定的電源。
本發明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現。
前述的低噪音直流馬達驅動芯片，其中所述的線性驅動電路包括一第一運算放大器，用以將該感測訊號放大該增益，以產生該第一驅動輸出；以及一第二運算放大器，用以將該感測訊號反相放大該增益，以產生該第二驅動輸出。
前述的低噪音直流馬達驅動芯片，其中所述的磁場感測電路包括一霍爾感測器，用以感測該永久磁鐵轉子的相對位置；以及一前置放大器，用以放大該霍爾感測器的輸出，以產生該感測訊號。
前述的低噪音直流馬達驅動芯片，其中所述的前置放大器為具有動態偏移消除功能的前置放大器。
前述的低噪音直流馬達驅動芯片，其更包括一磁滯比較器，用以比較該感測訊號，以產生數字的一轉動偵測訊號；以及一鎖住保護自動啟動電路，用以當該轉動偵測訊號顯示該直流馬達鎖住時，切斷該線性驅動電路的電源。
前述的低噪音直流馬達驅動芯片，其中所述的直流馬達具有兩線圈，且分別由該第一驅動輸出與該第二驅動輸出來驅動。
前述的低噪音直流馬達驅動芯片，其中所述的直流馬達具有一線圈，且是由該第一驅動輸出與該第二驅動輸出來交互換相驅動。
本發明與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果。由以上技術方案可知，為了達到前述發明目的，本發明的主要技術內容如下本發明提供一種低噪音直流馬達驅動芯片，可適用于驅動具有永久磁鐵轉子的直流馬達。該低噪音直流馬達驅動芯片包括磁場感測電路、線性驅動電路及穩壓器。其中，磁場感測電路用以感測永久磁鐵轉子的相對位置，并輸出一感測訊號。線性驅動電路接收感測訊號，并將感測訊號放大會進入飽和的一增益，以產生梯形驅動波的第一驅動輸出與第二驅動輸出，且第一驅動輸出與第二驅動輸出的相位相差180度，而穩壓器則用以供應穩定的電源。
在一實施例中，其線性驅動電路包括第一運算放大器與第二運算放大器。其中，第一運算放大器用以將感測訊號放大會進入飽和的增益，以產生第一驅動輸出。而第二運算放大器則用以將感測訊號反相放大會進入飽和的增益，以產生第二驅動輸出。
在一實施例中，其磁場感測電路包括霍爾感測器、前置放大器。其中，霍爾感測器用以感測永久磁鐵轉子的相對位置。前置放大器則放大霍爾感測器的輸出，以產生所述的感測訊號。
在一實施例中，使用的前置放大器具有動態偏移消除功能。
在一實施例中，該低噪音直流馬達驅動芯片更包括磁滯比較器及鎖住保護自動啟動電路。其中，磁滯比較器用以比較感測訊號，以產生數字的轉動偵測訊號。鎖住保護自動啟動電路則用以當轉動偵測訊號顯示直流馬達鎖住時，切斷線性驅動電路的電源，以確保不致損壞直流馬達。
其中，可應用該低噪音直流馬達驅動芯片來驅動具有兩線圈的直流馬達，且直流馬達的兩個線圈是分別由第一驅動輸出與第二驅動輸出來驅動。
亦可以應用該低噪音直流馬達驅動芯片來驅動具有單線圈的直流馬達，且直流馬達的線圈是由第一驅動輸出與第二驅動輸出來交互換相驅動。
經由上述可知，本發明是關于一種低噪音直流馬達驅動芯片，是應用具有霍爾感測器的磁場感測電路來感測直流馬達的永久磁鐵轉子的相對位置，并應用線性驅動電路以依據感測到的永久磁鐵轉子的相對位置，產生梯形驅動波，來驅動直流馬達的線圈，而使直流馬達的線圈可以進行軟性切換，避免在切換過程中產生反電動勢，故可降低直流馬達運轉的噪音。
借由上述技術方案，本發明低噪音直流馬達驅動芯片至少具有下列的優點由上述的說明中可知，本發明所提供的一種低噪音直流馬達驅動芯片，因位是應用線性驅動電路所產生的梯形驅動波，來驅動直流馬達的線圈，使直流馬達的線圈可以進行軟性切換(soft switching)，避免在切換過程中產生反電動勢，故可降低直流馬達運轉的噪音。
綜上所述，本發明特殊結構的低噪音直流馬達驅動芯片，其應用線性驅動電路產生的梯形驅動波，來驅動直流馬達的線圈，使直流馬達的線圈可以進行軟性切換(soft switching)，以降低直流馬達運轉的噪音，從而更加適于實用。其具有上述諸多的優點及實用價值，并在同類產品中未見有類似的結構設計公開發表或使用而確屬創新，其不論在結構上或功能上皆有較大的改進，在技術上有較大的進步，并產生了好用及實用的效果，且較現有的直流馬達驅動芯片電路具有增進的多項功效，從而更加適于實用，而具有產業的廣泛利用價值，誠為一新穎、進步、實用的新設計。
上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，并可依照說明書的內容予以實施，以下以本發明的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。
圖1是現有習知的一種雙線圈直流馬達驅動電路的電路圖。
圖2是現有習知的一種單線圈直流馬達驅動電路的電路圖。
圖3是根據本發明較佳實施例的一種低噪音直流馬達驅動芯片的示意圖。
圖4是驅動輸出電壓波形比較圖。
圖5是圖3中331的+端、335的+端、V1與V2等4點的相對時序波形圖。
110、210、310穩壓器120、220、321霍爾感測器130、230、323前置放大器140、240動態偏移消除電路150、250、340遲滯比較器160鎖住保護自動啟動電路170、270時序控制電路 180、190晶體管(電晶體)191、193齊納二極管 195、197、290、380、390線圈260鎖住保護自動啟動電路281、283、285、287晶體管291、293齊納二極管 300低噪音直流馬達驅動芯片(晶片)320磁場感測電路325動態偏移消除電路330線性驅動電路331第一運算放大器335第二運算放大器 350鎖住保護自動啟動電路具體實施方式
為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所采取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據本發明提出的低噪音直流馬達驅動芯片其具體實施方式
、結構、特征及其功效，詳細說明如后。
請參閱圖3、圖5所示，分別是根據本發明較佳實施例的一種低噪音直流馬達驅動芯片示意圖，與圖3中331的+端、335的+端、V1與V2等4點的相對時序波形圖，本發明較佳實施例的低噪音直流馬達驅動芯片300，是用以驅動具有永久磁鐵轉子(圖中未示)及定子線圈380與390的直流馬達，以降低直流馬達運轉的噪音。當然，如熟習此藝者所知，亦可應用此種結構的低噪音直流馬達驅動芯片300于驅動具有永久磁鐵轉子及單定子線圈的直流馬達，此時，需要將定子線圈的兩端連接于圖中標示的腳1與腳2，以使圖中的第一驅動輸出V1與第二驅動輸出V2可以交互換相驅動定子線圈。
如圖所示，該低噪音直流馬達驅動芯片300，其包括穩壓器310、具有霍爾感測器321、前置放大器323與動態偏移消除電路325的磁場感測電路320、具有第一運算放大器331與第二運算放大器335的線性驅動電路330、磁滯比較器340以及鎖住保護自動啟動電路350，其中該穩壓器310是用以供應芯片所需的穩定電源。霍爾感測器321會感測直流馬達的永久磁鐵轉子(圖中未示)的相對位置，并經前置放大器323的放大，而輸出隨著永久磁鐵轉子的位置變化的感測訊號。圖中因霍爾感測器321的輸出訊號通常很小，故另應用一動態偏移消除電路325來消除前置放大器323的偏移電壓(offset)，以避免前置放大器323輸出的感測訊號的偏移。該感測訊號并分別送至第一運算放大器331與第二運算放大器335，第一運算放大器331與第二運算放大器335的增益G應夠大，使得第一運算放大器331的第一驅動輸出V1與第二運算放大器335的第二驅動輸出V2可以進入飽和的狀態，而產生梯形驅動波的第一驅動輸出V1與第二驅動輸出V2。當然，因為輸入第一運算放大器331與第二運算放大器335的感測訊號的相位相反，因此，產生的第一驅動輸出V1與第二驅動輸出V2的梯形驅動波的相位會相差180度，正好可輪流驅動直流馬達的定子線圈380與390。
此外，為防止直流馬達因意外狀況鎖住時，如持續對直流馬達的定子線圈380與390加壓，可能會造成直流馬達的損壞，故該低噪音直流馬達驅動芯片300則利用圖中的磁滯比較器340來比較感測訊號，以產生數字的轉動偵測訊號。也就是說，當直流馬達正常運轉時，轉動偵測訊號會是隨著直流馬達的轉速而變化的方波訊號，故當鎖住保護自動啟動電路偵測不到變化的轉動偵測訊號時，顯示直流馬達已被鎖住，此時，便切斷包括第一運算放大器331與第二運算放大器335的線性驅動電路330的電源，以確保不致損壞直流馬達。
請參閱圖4所示，是圖1的驅動輸出電壓Va與圖3的驅動輸出電壓V1的波形比較圖。圖中顯示，圖1的直流馬達驅動電路的驅動輸出電壓Va在訊號切換時，會產生瞬時脈沖，導致直流馬達運轉噪音的產生。而圖3的低噪音直流馬達驅動電路的驅動輸出電壓V1，因是使用軟性切換，故可避免瞬時脈沖的產生，且亦無須使用齊納二極管來保護。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案范圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發明技術方案的范圍內。
權利要求
1.一種低噪音直流馬達驅動芯片，適用于驅動具有一永久磁鐵轉子的一直流馬達，其特征在于其包括一磁場感測電路，用以感測該永久磁鐵轉子的相對位置，并輸出一感測訊號；一線性驅動電路，用以接收該感測訊號，并將該感測訊號放大會進入飽和的一增益，以產生梯形驅動波的一第一驅動輸出與一第二驅動輸出，且該第一驅動輸出與該第二驅動輸出的相位相差180度；以及一穩壓器，用以供應穩定的電源。
2.根據權利要求1所述的低噪音直流馬達驅動芯片，其特征在于其中所述的線性驅動電路包括一第一運算放大器，用以將該感測訊號放大該增益，以產生該第一驅動輸出；以及一第二運算放大器，用以將該感測訊號反相放大該增益，以產生該第二驅動輸出。
3.根據權利要求1所述的低噪音直流馬達驅動芯片，其特征在于其中所述的磁場感測電路包括一霍爾感測器，用以感測該永久磁鐵轉子的相對位置；以及一前置放大器，用以放大該霍爾感測器的輸出，以產生該感測訊號。
4.根據權利要求3所述的低噪音直流馬達驅動芯片，其特征在于其中所述的前置放大器為具有動態偏移消除功能的前置放大器。
5.根據權利要求1所述的低噪音直流馬達驅動芯片，其特征在于其更包括一磁滯比較器，用以比較該感測訊號，以產生數字的一轉動偵測訊號；以及一鎖住保護自動啟動電路，用以當該轉動偵測訊號顯示該直流馬達鎖住時，切斷該線性驅動電路的電源。
6.根據權利要求1所述的低噪音直流馬達驅動芯片，其特征在于其中所述的直流馬達具有兩線圈，且分別由該第一驅動輸出與該第二驅動輸出來驅動。
7.根據權利要求1所述的低噪音直流馬達驅動芯片，其特征在于其中所述的直流馬達具有一線圈，且是由該第一驅動輸出與該第二驅動輸出來交互換相驅動。
全文摘要
本發明是關于一種低噪音直流馬達驅動芯片，適于驅動具永久磁鐵轉子的直流馬達，包括一磁場感測電路，用以感測永久磁鐵轉子相對位置，并輸出一感測訊號；一線性驅動電路，用以接收該感測訊號，并放大會進入飽和的一增益，以產生梯形驅動波的第一與第二驅動輸出，且第一驅動輸出與第二驅動輸出相位相差180度；以及一穩壓器，用以供應穩定電源。本發明用具有霍爾感測器的磁場感測電路感測永久磁鐵轉子相對位置，并應用線性驅動電路以依據感測到的永久磁鐵轉子相對位置產生梯形驅動波，來驅動直流馬達線圈，使其可進行軟性切換，避免切換過程中產生反電動勢，故可降低直流馬達運轉的噪音。
文檔編號H02P6/08GK1705220SQ20041004632
公開日2005年12月7日 申請日期2004年6月3日 優先權日2004年6月3日
發明者楊治世, 洪恭卿 申請人:旺玖科技股份有限公司