专利名称：直流无刷风扇马达的二段式限流电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及风扇马达电路，具体是关于一种直流无刷风扇马达的二段式限流电路。
图1揭示习用单相直流无刷风扇马达的驱动电路的电路图。
请参照图1所示，单相直流无刷风扇马达驱动电路包含四个晶体管Q1、Q2、Q3、Q4、五个电阻R1、R2、R3、R4、R5、一马达线圈绕组L1、一霍尔元件IC1、一驱动元件IC2及一电容C1。由该霍尔元件IC1侦测转子的永久磁铁的磁极变化形成微弱的霍尔电压，将该霍尔电压输出至驱动元件IC2并加以放大，由输出端O1及O2产生交替变化的方波信号。该信号对马达线圈绕组驱动电路产生开关作动及交替改变电流方向，以便激磁线圈绕组驱动马达的转子旋转。
图2揭示习用单相直流无刷风扇马达的驱动元件的输出波形图。其中t′为自动启动时间，t″T为运转周期，T′为异常周期。
请参照图2所示，驱动元件IC2具有自动启动功能，在运转正常时自动启动功能关闭，在运转异常时该自动启动功能开启，其仅允许大电流通过线圈绕组数秒，该自动启动功能利用在马达启动时消耗最大电流方式消耗脉冲大电流，因此其适用于低风量风扇或低消耗电流风扇。对于高风量风扇或高消耗电流风扇而言，当发生风扇运转异常时，马达线圈绕组的高脉冲瞬间电流高达数十安培，因而大电流通过导致晶体管烧毁，纵使具有自动启动功能允许马达线圈绕组电流通过数秒，该晶体管仍无法承受高脉冲瞬间大电流而烧毁。
有鉴于此，本实用新型克服上述的缺点，其利用二段式限流电路在侦测异常大电流时立即启动第一段限流电路的开关，以抑制输出至马达线圈绕组的信号电压，再启动第二限流电路的开关，以抑制马达线圈绕组的电流限制在不足以破坏马达驱动电路的低准位，藉此保护马达线圈绕组及晶体管避免在扇叶卡住异常发生时受高脉冲大电流破坏。
本实用新型的次要目的是提供一种直流无刷风扇马达的二段式限流电路，其利用二段式限流电路在马达运转异常时抑制自动再启动的大电流，以避免高风量风扇在发生异常时所产生的高脉冲瞬间大电流通过线圈绕组，使本实用新型具有适用于高风量风扇的功效。
本实用新型采用的技术方案如下一种直流无刷风扇马达的二段式限流电路，其特征在于包括霍尔电压放大电路、相位反转电路、马达线圈绕组驱动电路、过电流检知电路运转检知电路及限流电路；所述霍尔电压放大电路，用以放大霍尔电压并输出给相位反转电路进行相位反转，所述马达线圈绕组驱动电路接收该反转电压以使激励驱动转子旋转，所述过电流检知电路与马达线圈绕组驱动电路相连，其输出一电压准位以供判别风扇马达是否发生过电流，所述运转检知电路与相位反转电路相连，其输出一电压准位以供判别风扇马达是否发生运转异常，所述限流电路与过电流检知电路、运转检知电路及相位反转电路相连，利用该过电流检知电路及运转检知电路的电压准位决定第一段限流功能是否启动，再决定第二段持续限流是否启动，藉此控制马达驱动电路以抑制马达线圈绕组的电流限制在不足以破坏马达驱动电路的低准位。
该限流电路经一电子开关元件组输出信号至该相位反转电路，藉此控制该相位反转电路输出至该马达线圈绕组驱动电路。
该马达线圈绕组驱动电路包含四个晶体管形成桥式互补连接。
该马达线圈绕组驱动电路属单相绕组。
本实用新型利用二段式限流电路，可以抑制马达线圈绕组的电流限制在不足以破坏马达驱动电路的低电流准位，且该低电流准位在异常原因消除后，仍足以再启动风扇马达运转，而且在马达运转异常时可抑制自动再启动的大电流，以避免高风量风扇在发生异常时所产生的高脉冲瞬间大电流通过线圈绕组，具有保护马达线圈绕组和驱动电路及适用于高风量风扇的功效。
图1为习用单相直流无刷风扇马达的驱动电路的电路图；图2为习用单相直流无刷风扇马达的驱动元件的输出波形图；图3为本实用新型直流无刷风扇马达电路的架构方块图；图4为本实用新型直流无刷风扇马达电路的电路示意图；图5为本实用新型直流无刷风扇马达的各节点电压波形的示意图；图6为本实用新型直流无刷风扇马达在不同运转状态下各节点电压波形的示意图。
图3揭示本实用新型直流无刷风扇马达电路的架构方块图。请参照图3所示，该直流无刷风扇马达电路主要包含一驱动电路10及一二段式限流电路20。该驱动电路10包含一霍尔电压放大电路11、一相位反转电路12及一马达线圈绕组驱动电路13。该霍尔电压放大电路11用以放大微弱霍尔电压，再输出至该相位反转电路12进行相位反转。该相位反转电路12则将输入的放大电压相位反转180度，再输出至该马达线圈绕组驱动电路13，以便使马达线圈绕组交替激磁驱动转子旋转。该二段式限流电路20包含一过电流检知电路21、一运转检知电路22及一限流电路23。该过电流检知电路21与马达线圈绕组驱动电路相连，其较佳包含一电阻，其输出一电压准位以供判别风扇马达是否发生过电流。该运转检知电路22与相位反转电路相连，其撷取该霍尔电压放大电路11的电压，利用一整流及积分电路输出一电压准位(高或低准位)给相位反转电路，以判别风扇马达是否发生运转异常。该限流电路23与过电流检知电路、运转检知电路及相位反转电路相连，利用该过电流检知电路21及运转检知电路22的电压准位决定限流功能是否启动，藉此控制马达驱动电路10的相位反转电路12以抑制马达线圈绕组的电流限制在不足以破坏马达驱动电路的低准位。该限流电路23具有一比较器，其输入为限流电路及运转检知电路的输出，用以运算该过电流检知电路21及运转检知电路22的电压准位，再决定限流功能是否启动。
请参照图4所示，该霍尔电压放大电路11包含霍尔元件IC1、三个电阻R1、R2、R3、一电容C2、二个运算放大器OP1及OP2。该电阻R1及R2组成压降电路，该电阻R3一端串接电容C2组成电源供应电路，用以供应稳定的低准位及低杂讯电源至运算放大器OP1及OP2，该运算放大器OP1及OP2输入端撷取霍尔元件IC1的微弱信号，再放大后输出至该相位反转电路12。
该相位反转电路12主要包含二个运算放大器OP3及OP4，该OP3及OP4的[-]输入端输入该霍尔电压电路11的输出信号与其[+]输入端的基准电位比较。例如，当该运算放大器OP4的[-]输入端为高电位且该运算放大器OP3的[-]输入端为低电位时，该运算放大器OP4的[-]输入端的高电位高于[+]输入端基准电位，使该运算放大器OP4的输出端呈低电位。同时该运算放大器OP3的[-]输入端的低电位低于[+]输入端基准电位，使该运算放大器OP3的输出端呈高电位。因此自该相位反转电路12输入的信号完成相位反转180度，且经相位反转电路12相位反转后的信号再输出至该马达线圈绕组驱动电路13。此外，该相位反转电路12作为马达线圈绕组驱动电路13的低输出阻抗电路。
该马达线圈绕组驱动电路13属单相绕组，包含四个晶体管Q1、Q2、Q3、Q4形成桥式互补连接、四个二极管D5、D6、D7、D8跨接在该各晶体管Q1、Q2、Q3、Q4的集极及射极之间，其用以吸收马达线圈绕组L1转换相位瞬间产生的反电动势突波电压。晶体管Q1及Q2为PNP型，Q1的基极经电阻R13及R17连接至OP3，Q2的基极经电阻R14及R18连接至OP4，OP3及OP4的信号形成互补用以控制马达线圈绕组L1的电流。晶体管Q3及Q4为NPN型，Q3的基极经电阻R15及R19连接至OP2，Q4的基极经电阻R16及R20连接至OP1，OP1及OP2的信号形成互补用以控制马达线圈绕组L1的电流。
图5揭示本实用新型直流无刷风扇马达的各节点电压波形的示意图。请参照图4及图5所示，各节点V1、V2、V3、V4为晶体管Q1、Q2、Q3、Q4的基极，其电压的时序变化控制节点Va、Vb，如此在该节点Va、Vb为马达线圈绕组L1两端产生交替的电压时序变化，因而产生交变电流驱动马达运转。
图6揭示本实用新型直流无刷风扇马达在不同运转状态下各节点电压波形的示意图。请参照图6所示，该波形包含正常运转状态及异常运转状态。
请再参照图4所示，该过电流检知电路21包含一串联电阻R21连接至该马达线圈绕组驱动电路13。当该马达线圈绕组驱动电路1 3的电流升高通过该电阻R21时，该电阻R21的消耗压降升高，藉该电阻R21的压降决定输出至该限流电路23的限流准位。
该运转检知电路22包含一电容C5及一串接电阻R9组成运转信号撷取电路连接至OP2输出端，一二极管D2及一与其串接的电阻R10组成检知电路，该检知电路将OP2输出信号整流成直流电压。一晶体管Q5及一串接在Q5集电极的电阻R8组成信号放大电路，再经一电阻R11及一与电阻R11串接的电容C6积分成稳定直流电压，再输入至一运算放大器OP5的[-]输入端。当运转正常时，OP5的[-]输入端的低电位低于[+]输入端基准电位，如此OP5的输出端呈高电位，亦即使运转检知电路22输出高电位(正常信号)至该限流电路23。当运转异常时，由于晶体管Q5无信号而截止，使OP5的[-]输入端高电位高于[+]输入端基准位，如此OP5的输出端呈低电位，亦即使运转检知电路22输出低电位(异常信号)至该限流电路23。
该限流电路23包含二电子开关元件D3、D4、一运算放大器OP6、一齐纳二极管ZD1、四电阻R24、R25、R26、R27、二电容C7及C8组成基准电压电路。OP6[+]输入端连接至该运转检知电路22的输出，OP6[-]输入端连接至该过电流检知电路21的输出，而经由OP6比较运算后的输出端输出高、低准位以控制电子开关元件D3、D4的导通或截止，藉此控制该相位反转电路12的OP3及OP4的[-]输入端的信号准位。限流电路23所包含的一电阻R25及一齐纳二极管ZD1组成一定压电路，该定压电路提供稳定直流基准电压。该电压经四电阻R23、R24、R26、R27分压作为OP6[+]输入端基准电位。该OP6[+]输入端基准电位Vx具有两个状态1、正常运转状态基准电位Vx1；2、异常运转状态基准电位Vx2。
当正常运转时，该运转检知电路22输出高准电位，如图6所示。该高准电位经电阻R24、R26在电阻R27节点上形成第一分压基准电位Vx1。
当异常运转时，该运转检知电路22输出低准电位，该低准电位经电阻R23、R24、R26、R27串并联在电阻R27节点上形成第二分压基准电位Vx2。当该电子开关元件D3、D4开启时，OP3及OP4的[-]输入端被控制为低电位，使该OP3及OP4的输出端呈高电位，藉此控制驱动电路10作动。
该第一分压基准电位Vx1大于第二分压基准电位Vx2，该分压基准位Vx1及Vx2依马达特性及限流准位加以调整。该限流电路23利用高、低基准电位形成二段式限流电路的二段限流准位。该二段式限流电路的第一段侦测超过马达正常运转的消耗电流以限制通过马达线圈绕组L1的电流，并启动第二段，所以需要高准电位。在第二段由于第一段已限流，其继续维持马达线圈绕组L1在低准电位外，再利用低基准电位，当异常运转状态解除时，立即侦测到解除状况而重新启动，所以必须使用低基准电位。
请再参照图6所示，在正常运转下节点Vs1及Vs2产生相位互补的交替变化方波信号。节点Va及Vb亦产生相位互补的交替变化方波信号。此时，该过电流检知电路21的节点Vk具有负向脉冲的高准位电压波形输出至该限流电路23。该运转检知电路22的节点Vn产生低准电位，其接受该霍尔电压放大电路11的OP2输出端信号。该运转检知电路22的基准电位与Vn低准位经运算，在节点Vf输出高准电位。节点Vz经分压电路分压后得到节点Vx的高准电位作为第一段侦测马达异常运转判断基准。此时节点Vx准位大于节点Ve，使电子开关元件D3、D4处逆向偏压而截止，因而OP4及OP3[-]输入端信号不受影响。本实用新型的过电流检知电路21处于第一段不启动，马达维持正常运转。
请再参照图4及图6所示，在异常运转下通过马达线圈绕组L1的电流剧增，使该过电流检知电路21的节点Vk输出电压剧增，当节点Vk准位大于节点Vx时，该过电流检知电路21处于第一段启动，使该限流电路23输出低准电位，使电子开关元件D3、D4处顺向偏压而导通。同时该运转检知电路22无信号自该霍尔电压放大电路11输入，使晶体管Q5截止，OP5输出端输出低准位经Vz分压后得Vx低准电位，使节点Vk准位大于节点Vx。该节点Vx作为第二段持续限流作用及解除马达异常运转的判断标准。
请再参照图4及图6所示，该过电流检知电路21的节点Vk在电阻R22及电容C8上不断进行充放电，使该限流电路23亦发生充放电振荡信号，该充放电振荡信号输入至节点Vs1及Vs2，该信号不但限制该相位反转电路12输出信号振幅，同时藉电阻R6及电容C4、电阻R7及电容C3、电阻R22及电容C8组成振荡电路允许较小振荡信号输出至该马达线圈绕组驱动电路13，在马达线圈绕组L1两端形成较低的平均再启动电流。
虽然本实用新型已以前述较佳实施例揭示，然其并非用以限定本创作，任何熟习此技艺者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与修改，因此本实用新型的保护范围当以权利要求书的范围所界定的为准。
权利要求1.一种直流无刷风扇马达的二段式限流电路，其特征在于包括霍尔电压放大电路、相位反转电路、马达线圈绕组驱动电路、过电流检知电路运转检知电路及限流电路；所述霍尔电压放大电路，用以放大霍尔电压并输出给相位反转电路进行相位反转，所述马达线圈绕组驱动电路接收该反转电压以使激励驱动转子旋转，所述过电流检知电路与马达线圈绕组驱动电路相连，其输出一电压准位以供判别风扇马达是否发生过电流，所述运转检知电路与相位反转电路相连，其输出一电压准位以供判别风扇马达是否发生运转异常，所述限流电路与过电流检知电路、运转检知电路及相位反转电路相连，利用该过电流检知电路及运转检知电路的电压准位决定第一段限流功能是否启动，再决定第二段持续限流是否启动，藉此控制马达驱动电路以抑制马达线圈绕组的电流限制在不足以破坏马达驱动电路的低准位。
2.如权利要求1所述的直流无刷风扇马达的二段式限流电路，其特征在于其中该限流电路包括一电子开关元件组，并经该电子元件开关组输出信号至该相位反转电路，藉此控制该相位反转电路输出至该马达线圈绕组驱动电路。
3.如权利要求1所述的直流无刷风扇马达的二段式限流电路，其特征在于其中该马达线圈绕组驱动电路包含四个晶体管形成桥式互补连接。
4.如权利要求1所述的直流无刷风扇马达的二段式限流电路，其特征在于其中该马达线圈绕组驱动电路属单相绕组。
专利摘要一种直流无刷风扇马达的二段式限流电路，包括霍尔电压放大电路、相位反转电路、马达线圈绕组驱动电路、过电流检知电路运转检知电路及限流电路；该霍尔电压放大电路放大霍尔电压并输出给相位反转电路进行相位反转，并将反转电压输出给马达线圈绕组驱动电路，该过电流检知电路与马达线圈绕组驱动电路相连，输出一电压准位以供判别风扇马达是否发生过电流，该运转检知电路与相位反转电路相连，其输出一电压准位以供判别风扇马达是否发生运转异常，该限流电路与过电流检知电路、运转检知电路及相位反转电路相连。本实用新型避免了马达线圈绕组及晶体管在扇叶卡住异常发生时受高脉冲大电流破坏。
文档编号H02P6/00GK2595039SQ0223604
公开日2003年12月24日 申请日期2002年5月28日 优先权日2002年5月28日
发明者洪银树, 洪银农, 吕英雅, 葛大伦 申请人:建准电机工业股份有限公司