直流無刷風扇馬達的二段式限流電路的製作方法
2023-11-01 10:00:47 1
專利名稱：直流無刷風扇馬達的二段式限流電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及風扇馬達電路，具體是關於一種直流無刷風扇馬達的二段式限流電路。
圖1揭示習用單相直流無刷風扇馬達的驅動電路的電路圖。
請參照圖1所示，單相直流無刷風扇馬達驅動電路包含四個電晶體Q1、Q2、Q3、Q4、五個電阻R1、R2、R3、R4、R5、一馬達線圈繞組L1、一霍爾元件IC1、一驅動元件IC2及一電容C1。由該霍爾元件IC1偵測轉子的永久磁鐵的磁極變化形成微弱的霍爾電壓，將該霍爾電壓輸出至驅動元件IC2並加以放大，由輸出端O1及O2產生交替變化的方波信號。該信號對馬達線圈繞組驅動電路產生開關作動及交替改變電流方向，以便激磁線圈繞組驅動馬達的轉子旋轉。
圖2揭示習用單相直流無刷風扇馬達的驅動元件的輸出波形圖。其中t′為自動啟動時間，t″T為運轉周期，T′為異常周期。
請參照圖2所示，驅動元件IC2具有自動啟動功能，在運轉正常時自動啟動功能關閉，在運轉異常時該自動啟動功能開啟，其僅允許大電流通過線圈繞組數秒，該自動啟動功能利用在馬達啟動時消耗最大電流方式消耗脈衝大電流，因此其適用於低風量風扇或低消耗電流風扇。對於高風量風扇或高消耗電流風扇而言，當發生風扇運轉異常時，馬達線圈繞組的高脈衝瞬間電流高達數十安培，因而大電流通過導致電晶體燒毀，縱使具有自動啟動功能允許馬達線圈繞組電流通過數秒，該電晶體仍無法承受高脈衝瞬間大電流而燒毀。
有鑑於此，本實用新型克服上述的缺點，其利用二段式限流電路在偵測異常大電流時立即啟動第一段限流電路的開關，以抑制輸出至馬達線圈繞組的信號電壓，再啟動第二限流電路的開關，以抑制馬達線圈繞組的電流限制在不足以破壞馬達驅動電路的低準位，藉此保護馬達線圈繞組及電晶體避免在扇葉卡住異常發生時受高脈衝大電流破壞。
本實用新型的次要目的是提供一種直流無刷風扇馬達的二段式限流電路，其利用二段式限流電路在馬達運轉異常時抑制自動再啟動的大電流，以避免高風量風扇在發生異常時所產生的高脈衝瞬間大電流通過線圈繞組，使本實用新型具有適用於高風量風扇的功效。
本實用新型採用的技術方案如下一種直流無刷風扇馬達的二段式限流電路，其特徵在於包括霍爾電壓放大電路、相位反轉電路、馬達線圈繞組驅動電路、過電流檢知電路運轉檢知電路及限流電路；所述霍爾電壓放大電路，用以放大霍爾電壓並輸出給相位反轉電路進行相位反轉，所述馬達線圈繞組驅動電路接收該反轉電壓以使激勵驅動轉子旋轉，所述過電流檢知電路與馬達線圈繞組驅動電路相連，其輸出一電壓準位以供判別風扇馬達是否發生過電流，所述運轉檢知電路與相位反轉電路相連，其輸出一電壓準位以供判別風扇馬達是否發生運轉異常，所述限流電路與過電流檢知電路、運轉檢知電路及相位反轉電路相連，利用該過電流檢知電路及運轉檢知電路的電壓準位決定第一段限流功能是否啟動，再決定第二段持續限流是否啟動，藉此控制馬達驅動電路以抑制馬達線圈繞組的電流限制在不足以破壞馬達驅動電路的低準位。
該限流電路經一電子開關元件組輸出信號至該相位反轉電路，藉此控制該相位反轉電路輸出至該馬達線圈繞組驅動電路。
該馬達線圈繞組驅動電路包含四個電晶體形成橋式互補連接。
該馬達線圈繞組驅動電路屬單相繞組。
本實用新型利用二段式限流電路，可以抑制馬達線圈繞組的電流限制在不足以破壞馬達驅動電路的低電流準位，且該低電流準位在異常原因消除後，仍足以再啟動風扇馬達運轉，而且在馬達運轉異常時可抑制自動再啟動的大電流，以避免高風量風扇在發生異常時所產生的高脈衝瞬間大電流通過線圈繞組，具有保護馬達線圈繞組和驅動電路及適用於高風量風扇的功效。
圖1為習用單相直流無刷風扇馬達的驅動電路的電路圖；圖2為習用單相直流無刷風扇馬達的驅動元件的輸出波形圖；圖3為本實用新型直流無刷風扇馬達電路的架構方塊圖；圖4為本實用新型直流無刷風扇馬達電路的電路示意圖；圖5為本實用新型直流無刷風扇馬達的各節點電壓波形的示意圖；圖6為本實用新型直流無刷風扇馬達在不同運轉狀態下各節點電壓波形的示意圖。
圖3揭示本實用新型直流無刷風扇馬達電路的架構方塊圖。請參照圖3所示，該直流無刷風扇馬達電路主要包含一驅動電路10及一二段式限流電路20。該驅動電路10包含一霍爾電壓放大電路11、一相位反轉電路12及一馬達線圈繞組驅動電路13。該霍爾電壓放大電路11用以放大微弱霍爾電壓，再輸出至該相位反轉電路12進行相位反轉。該相位反轉電路12則將輸入的放大電壓相位反轉180度，再輸出至該馬達線圈繞組驅動電路13，以便使馬達線圈繞組交替激磁驅動轉子旋轉。該二段式限流電路20包含一過電流檢知電路21、一運轉檢知電路22及一限流電路23。該過電流檢知電路21與馬達線圈繞組驅動電路相連，其較佳包含一電阻，其輸出一電壓準位以供判別風扇馬達是否發生過電流。該運轉檢知電路22與相位反轉電路相連，其擷取該霍爾電壓放大電路11的電壓，利用一整流及積分電路輸出一電壓準位(高或低準位)給相位反轉電路，以判別風扇馬達是否發生運轉異常。該限流電路23與過電流檢知電路、運轉檢知電路及相位反轉電路相連，利用該過電流檢知電路21及運轉檢知電路22的電壓準位決定限流功能是否啟動，藉此控制馬達驅動電路10的相位反轉電路12以抑制馬達線圈繞組的電流限制在不足以破壞馬達驅動電路的低準位。該限流電路23具有一比較器，其輸入為限流電路及運轉檢知電路的輸出，用以運算該過電流檢知電路21及運轉檢知電路22的電壓準位，再決定限流功能是否啟動。
請參照圖4所示，該霍爾電壓放大電路11包含霍爾元件IC1、三個電阻R1、R2、R3、一電容C2、二個運算放大器OP1及OP2。該電阻R1及R2組成壓降電路，該電阻R3一端串接電容C2組成電源供應電路，用以供應穩定的低準位及低雜訊電源至運算放大器OP1及OP2，該運算放大器OP1及OP2輸入端擷取霍爾元件IC1的微弱信號，再放大後輸出至該相位反轉電路12。
該相位反轉電路12主要包含二個運算放大器OP3及OP4，該OP3及OP4的[-]輸入端輸入該霍爾電壓電路11的輸出信號與其[+]輸入端的基準電位比較。例如，當該運算放大器OP4的[-]輸入端為高電位且該運算放大器OP3的[-]輸入端為低電位時，該運算放大器OP4的[-]輸入端的高電位高於[+]輸入端基準電位，使該運算放大器OP4的輸出端呈低電位。同時該運算放大器OP3的[-]輸入端的低電位低於[+]輸入端基準電位，使該運算放大器OP3的輸出端呈高電位。因此自該相位反轉電路12輸入的信號完成相位反轉180度，且經相位反轉電路12相位反轉後的信號再輸出至該馬達線圈繞組驅動電路13。此外，該相位反轉電路12作為馬達線圈繞組驅動電路13的低輸出阻抗電路。
該馬達線圈繞組驅動電路13屬單相繞組，包含四個電晶體Q1、Q2、Q3、Q4形成橋式互補連接、四個二極體D5、D6、D7、D8跨接在該各電晶體Q1、Q2、Q3、Q4的集極及射極之間，其用以吸收馬達線圈繞組L1轉換相位瞬間產生的反電動勢突波電壓。電晶體Q1及Q2為PNP型，Q1的基極經電阻R13及R17連接至OP3，Q2的基極經電阻R14及R18連接至OP4，OP3及OP4的信號形成互補用以控制馬達線圈繞組L1的電流。電晶體Q3及Q4為NPN型，Q3的基極經電阻R15及R19連接至OP2，Q4的基極經電阻R16及R20連接至OP1，OP1及OP2的信號形成互補用以控制馬達線圈繞組L1的電流。
圖5揭示本實用新型直流無刷風扇馬達的各節點電壓波形的示意圖。請參照圖4及圖5所示，各節點V1、V2、V3、V4為電晶體Q1、Q2、Q3、Q4的基極，其電壓的時序變化控制節點Va、Vb，如此在該節點Va、Vb為馬達線圈繞組L1兩端產生交替的電壓時序變化，因而產生交變電流驅動馬達運轉。
圖6揭示本實用新型直流無刷風扇馬達在不同運轉狀態下各節點電壓波形的示意圖。請參照圖6所示，該波形包含正常運轉狀態及異常運轉狀態。
請再參照圖4所示，該過電流檢知電路21包含一串聯電阻R21連接至該馬達線圈繞組驅動電路13。當該馬達線圈繞組驅動電路1 3的電流升高通過該電阻R21時，該電阻R21的消耗壓降升高，藉該電阻R21的壓降決定輸出至該限流電路23的限流準位。
該運轉檢知電路22包含一電容C5及一串接電阻R9組成運轉信號擷取電路連接至OP2輸出端，一二極體D2及一與其串接的電阻R10組成檢知電路，該檢知電路將OP2輸出信號整流成直流電壓。一電晶體Q5及一串接在Q5集電極的電阻R8組成信號放大電路，再經一電阻R11及一與電阻R11串接的電容C6積分成穩定直流電壓，再輸入至一運算放大器OP5的[-]輸入端。當運轉正常時，OP5的[-]輸入端的低電位低於[+]輸入端基準電位，如此OP5的輸出端呈高電位，亦即使運轉檢知電路22輸出高電位(正常信號)至該限流電路23。當運轉異常時，由於電晶體Q5無信號而截止，使OP5的[-]輸入端高電位高於[+]輸入端基準位，如此OP5的輸出端呈低電位，亦即使運轉檢知電路22輸出低電位(異常信號)至該限流電路23。
該限流電路23包含二電子開關元件D3、D4、一運算放大器OP6、一齊納二極體ZD1、四電阻R24、R25、R26、R27、二電容C7及C8組成基準電壓電路。OP6[+]輸入端連接至該運轉檢知電路22的輸出，OP6[-]輸入端連接至該過電流檢知電路21的輸出，而經由OP6比較運算後的輸出端輸出高、低準位以控制電子開關元件D3、D4的導通或截止，藉此控制該相位反轉電路12的OP3及OP4的[-]輸入端的信號準位。限流電路23所包含的一電阻R25及一齊納二極體ZD1組成一定壓電路，該定壓電路提供穩定直流基準電壓。該電壓經四電阻R23、R24、R26、R27分壓作為OP6[+]輸入端基準電位。該OP6[+]輸入端基準電位Vx具有兩個狀態1、正常運轉狀態基準電位Vx1；2、異常運轉狀態基準電位Vx2。
當正常運轉時，該運轉檢知電路22輸出高準電位，如圖6所示。該高準電位經電阻R24、R26在電阻R27節點上形成第一分壓基準電位Vx1。
當異常運轉時，該運轉檢知電路22輸出低準電位，該低準電位經電阻R23、R24、R26、R27串並聯在電阻R27節點上形成第二分壓基準電位Vx2。當該電子開關元件D3、D4開啟時，OP3及OP4的[-]輸入端被控制為低電位，使該OP3及OP4的輸出端呈高電位，藉此控制驅動電路10作動。
該第一分壓基準電位Vx1大於第二分壓基準電位Vx2，該分壓基準位Vx1及Vx2依馬達特性及限流準位加以調整。該限流電路23利用高、低基準電位形成二段式限流電路的二段限流準位。該二段式限流電路的第一段偵測超過馬達正常運轉的消耗電流以限制通過馬達線圈繞組L1的電流，並啟動第二段，所以需要高準電位。在第二段由於第一段已限流，其繼續維持馬達線圈繞組L1在低準電位外，再利用低基準電位，當異常運轉狀態解除時，立即偵測到解除狀況而重新啟動，所以必須使用低基準電位。
請再參照圖6所示，在正常運轉下節點Vs1及Vs2產生相位互補的交替變化方波信號。節點Va及Vb亦產生相位互補的交替變化方波信號。此時，該過電流檢知電路21的節點Vk具有負向脈衝的高準位電壓波形輸出至該限流電路23。該運轉檢知電路22的節點Vn產生低準電位，其接受該霍爾電壓放大電路11的OP2輸出端信號。該運轉檢知電路22的基準電位與Vn低準位經運算，在節點Vf輸出高準電位。節點Vz經分壓電路分壓後得到節點Vx的高準電位作為第一段偵測馬達異常運轉判斷基準。此時節點Vx準位大於節點Ve，使電子開關元件D3、D4處逆向偏壓而截止，因而OP4及OP3[-]輸入端信號不受影響。本實用新型的過電流檢知電路21處於第一段不啟動，馬達維持正常運轉。
請再參照圖4及圖6所示，在異常運轉下通過馬達線圈繞組L1的電流劇增，使該過電流檢知電路21的節點Vk輸出電壓劇增，當節點Vk準位大於節點Vx時，該過電流檢知電路21處於第一段啟動，使該限流電路23輸出低準電位，使電子開關元件D3、D4處順向偏壓而導通。同時該運轉檢知電路22無信號自該霍爾電壓放大電路11輸入，使電晶體Q5截止，OP5輸出端輸出低準位經Vz分壓後得Vx低準電位，使節點Vk準位大於節點Vx。該節點Vx作為第二段持續限流作用及解除馬達異常運轉的判斷標準。
請再參照圖4及圖6所示，該過電流檢知電路21的節點Vk在電阻R22及電容C8上不斷進行充放電，使該限流電路23亦發生充放電振蕩信號，該充放電振蕩信號輸入至節點Vs1及Vs2，該信號不但限制該相位反轉電路12輸出信號振幅，同時藉電阻R6及電容C4、電阻R7及電容C3、電阻R22及電容C8組成振蕩電路允許較小振蕩信號輸出至該馬達線圈繞組驅動電路13，在馬達線圈繞組L1兩端形成較低的平均再啟動電流。
雖然本實用新型已以前述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本創作，任何熟習此技藝者，在不脫離本實用新型的精神和範圍內，當可作各種的更動與修改，因此本實用新型的保護範圍當以權利要求書的範圍所界定的為準。
權利要求1.一種直流無刷風扇馬達的二段式限流電路，其特徵在於包括霍爾電壓放大電路、相位反轉電路、馬達線圈繞組驅動電路、過電流檢知電路運轉檢知電路及限流電路；所述霍爾電壓放大電路，用以放大霍爾電壓並輸出給相位反轉電路進行相位反轉，所述馬達線圈繞組驅動電路接收該反轉電壓以使激勵驅動轉子旋轉，所述過電流檢知電路與馬達線圈繞組驅動電路相連，其輸出一電壓準位以供判別風扇馬達是否發生過電流，所述運轉檢知電路與相位反轉電路相連，其輸出一電壓準位以供判別風扇馬達是否發生運轉異常，所述限流電路與過電流檢知電路、運轉檢知電路及相位反轉電路相連，利用該過電流檢知電路及運轉檢知電路的電壓準位決定第一段限流功能是否啟動，再決定第二段持續限流是否啟動，藉此控制馬達驅動電路以抑制馬達線圈繞組的電流限制在不足以破壞馬達驅動電路的低準位。
2.如權利要求1所述的直流無刷風扇馬達的二段式限流電路，其特徵在於其中該限流電路包括一電子開關元件組，並經該電子元件開關組輸出信號至該相位反轉電路，藉此控制該相位反轉電路輸出至該馬達線圈繞組驅動電路。
3.如權利要求1所述的直流無刷風扇馬達的二段式限流電路，其特徵在於其中該馬達線圈繞組驅動電路包含四個電晶體形成橋式互補連接。
4.如權利要求1所述的直流無刷風扇馬達的二段式限流電路，其特徵在於其中該馬達線圈繞組驅動電路屬單相繞組。
專利摘要一種直流無刷風扇馬達的二段式限流電路，包括霍爾電壓放大電路、相位反轉電路、馬達線圈繞組驅動電路、過電流檢知電路運轉檢知電路及限流電路；該霍爾電壓放大電路放大霍爾電壓並輸出給相位反轉電路進行相位反轉，並將反轉電壓輸出給馬達線圈繞組驅動電路，該過電流檢知電路與馬達線圈繞組驅動電路相連，輸出一電壓準位以供判別風扇馬達是否發生過電流，該運轉檢知電路與相位反轉電路相連，其輸出一電壓準位以供判別風扇馬達是否發生運轉異常，該限流電路與過電流檢知電路、運轉檢知電路及相位反轉電路相連。本實用新型避免了馬達線圈繞組及電晶體在扇葉卡住異常發生時受高脈衝大電流破壞。
文檔編號H02P6/00GK2595039SQ0223604
公開日2003年12月24日 申請日期2002年5月28日 優先權日2002年5月28日
發明者洪銀樹, 洪銀農, 呂英雅, 葛大倫 申請人:建準電機工業股份有限公司