马达速度控制电路的制作方法

专利名称：马达速度控制电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及马达速度控制电路。
背景技术：
近年来，在电子设备中使用的CPU(Central Processing Unit:中央处理器)等集成电路，其发热量随着工作速度的上升 而逐步增加。由于CPU的发热量增加，在CPU中产生过热等的 问题，因此，在电子设备中一般都设置有用于冷却CPU的风扇。
图16中示出控制用于冷却CPU的风扇马达的转速的马达速 度控制电路的方框图的 一 例(参照日本特开2007-68344号公 报)。详细地说，与马达500的目标转速相应的来自微型计算机 等的速度控制信号、和与CPU周边的温度相应的来自热敏电阻 的温度信号被输入到基准电压电路700,输出与速度控制信号和 温度信号相应的基准电压。另外，对速度电压输出电路701输入 与马达500的转速相应的FG(Fr叫uency Generator:频率生成)信 号，输出与FG信号相应的速度电压。比较电路702比较基准电 压和速度电压，输出作为比较结果的驱动信号。马达驱动电路 703根据驱动信号来驱动马达500,使得速度电压与基准电压一 致。
在此，根据日本特开2007-68344号乂>报中公开的实施方 式，如图17所示地示出了图16的马达速度控制电路600中的马达 500的转速与速度控制信号和温度之间的关系。此外，图17中的 T1 T3表示温度，具有TKT2〈T3的关系。另外，将输入到马达 速度控制电路600的速度控制信号作为PWM(Puise Wide Modulation:脉宽调制)信号，假设马达500的转速响应于PWM信号的H电平(高电平)的占空比而增加。马达速度控制电路600电压进行比较，因此，马达的转速相对于PWM信号的H电平的 占空比线性变化。并且，即使在PWM信号的H电平的占空比固 定的情况下，通过温度上升，马达的转速也增加。但是，在近年的使风扇转动的马达中，使马达的转速相对 于速度控制信号线性地变化，使马达的转速根据温度而变化， 并且要求在输入了要使马达的转速最低的速度控制信号的情况 下，使马达的转速与温度无关地成为最低。图16中示出的马达 速度控制电路6 0 0在如图17所示地输入了要使转速最低的P W M 信号的情况下，也会由于温度变化而使马达500的转速发生变 化。本申请主张基于2007年6月13日申请的日本专利申请、日 本特愿2007-156811号和2007年6月13日申请的日本专利申请、 曰本特愿2007-156812号的优先权，在本申请中援引其内容。发明内容本发明的一个方面涉及的马达速度控制电路具备电压产 生电路，其输出与马达的目标转速相应的基准电压和与上述马 达的转速相应的速度电压，并且使上述基准电压和上述速度电 压中的某一个电压根据温度而发生变化；比较电路，其比较上 述速度电压和上述基准电压；驱动电路，其根据上述比较电路 的比较结果来驱动上述马达，使得上述速度电压的电压电平与 上述基准电压的电压电平一致。本发明的另一个方面涉及的马达速度控制电路具备基准 电压电路，其根据与马达的目标转速相应的速度控制信号和与 温度相应的温度信号，输出与上述目标转速和上述温度相应的基准电压；比较电路，其比较与上述马达的转速相应的速度电 压和上述基准电压；以及驱动电路，其根据上述比较电路的比 较结果驱动上述马达，使得上述速度电压的电压电平与上述基 准电压的电压电平一致，在输入了使上述马达的上述目标转速 成为最低的上述速度控制信号的情况下，上述基准电压电路输 出规定电平的上述基准电压。
本发明的另一个方面涉及的马达速度控制电路具备第一 电流生成电路，其根据与马达的目标转速相应的速度控制信号， 生成与上述目标转速相应的第一电流；第二电流生成电路，其 根据与温度相应的温度信号，生成与上述温度相应的第二电流； 第三电流生成电路，其生成与上述第一电流和上述第二电流的 积相应的第三电流；电流电压转换电路，其将上述第三电流转 换为基准电压；比较电路，其比较与上述马达的转速相应的速 度电压和上述基准电压；以及驱动电路，其^^据上述比较电路 的比较结果驱动上述马达，使得上述速度电压的电压电平与上 述基准电压的电压电平一致。
本发明的另一个方面涉及的马达速度控制电路具备速度 电压电路，其根据与马达的转速相应的速度信号和与温度相应 的温度信号，输出与上述转速和上述温度相应的速度电压；比 较电路，其比较与上述马达的目标转速相应的基准电压和上述 速度电压；以及驱动电路，其根据上述比较电路的比较结果驱 动上述马达，使得上述速度电压的电压电平与上述基准电压的 电压电平 一 至丈。
可由附图和本说明书的记载明确本发明的其它特征。


为了完全理解本发明及其优点，希望与附图一起参照以下的说明。图l是示出作为本发明的第一实施方式的马达速度控制电 路10的结构的图。图2是示出控制电流生成电路30的一个实施方式的图。图3是示出连接了热敏电阻RTH的温度电流生成电路31的一个实施方式的图。图4是示出基准电流生成电路32的一个实施方式的图。 图5是示出基准电压输出电路33的一个实施方式的图。 图6是示出速度电压电路21的一个实施方式的图。 图7是示出比较电路22的一个实施方式的图。 图8是示出速度电压电路21中的主要信号的波形的图。 图9是示出利用应用了本发明的马达速度控制电路10来驱动马达11的情况下的、不同温度中的马达的转速与速度控制信号的关系的图。图10是示出作为本发明的第二实施方式的马达速度控制电路100的结构的图。图11是示出基准电压电路200的一个实施方式的图。图12是示出连接了热敏电阻RTH的温度电流生成电路300的一个实施方式的图。图13是示出速度电压输出电路310的一个实施方式的图。 图14是示出速度电压输出电路310中的主要信号的波形的图。图15是示出利用应用了本发明的马达速度控制电路100来 驱动马达11的情况下的、不同温度中的马达的转速与速度控制 信号的关系的图。图16是示出现有的马达速度控制电路的方框图的 一 例的图。图17是示出现有的马达速度控制电路中的不同温度中的马
达的转速与速度控制信号的关系的图。
具体实施例方式
根据本说明书和附图至少明了以下事项。 第一实施方式
图l是示出作为本发明的第 一 实施方式的马达速度控制电
路10的结构的图。图2是示出控制电流生成电路30的一个实施方 式的图。图3是示出连接了热敏电阻RTH的温度电流生成电路31 的一个实施方式的图。图4是示出基准电流生成电路32的 一个实 施方式的图。图5是示出基准电压输出电路33的一个实施方式的 图。图6是示出速度电压电路21的一个实施方式的图。图7是示 出比较电路22的一个实施方式的图。参照图1 图7来说明本第 一实施方式的马达速度控制电路IO。
马达速度控制电路10是根据从微型计算机输入的与马达 11的目标转速相应的速度控制信号、与温度相应的温度信号、 以及具有与马达ll的实际转速相应的频率的FG信号，控制马达 ll的转速的电路，如图l所示，马达速度控制电路10由基准电压 电路20、速度电压电路21、比较电路22、马达驱动电路23构成。 此外，基准电压电3各20和速度电压电路21相当于本发明中的电 压产生电路。
旋转式马达等。
基准电压电路20是通过输入速度控制信号和温度信号来 输出与目标转速和温度的积相应的基准电压Vref的电路，如图l 所示，基准电压电路20由控制电流生成电路30(第一电流生成电 路)、温度电流生成电路31(第二电流生成电路)、基准电流生成电路32(第三电流生成电路)、基准电压输出电路33(电流电压变 换电路)构成。首先说明图1中示出的构成马达速度控制电路10的各电路 的概要。控制电流生成电路30是通过输入速度控制信号来输出 与目标转速相应的控制电流Ia(第一电流)的电^各。在本第一实施 方式中，将输入的速度控制信号作为PWM信号，控制电流生成 电路30根据PWM信号中的H电平(高电平)的占空比的上升而使 控制电流Ia增加，反之，根据PWM信号中的H电平的占空比的 降低而使控制电流Ia减少。温度电流生成电路3 l是通过输入温 度信号来输出与温度相应的温度电流Ib(第二电流)的电路，温 度上升时，温度电流Ib增加，温度降低时，温度电流Ib减少。 基准电流生成电^各32是输出与控制电流Ia和温度电流Ib的积相 应的基准电流Iref(第三电流)的电路。基准电压输出电路33是将 基准电流Iref转换为基准电压Vref的电路，基准电流Iref增加时， 基准电压Vref下降，基准电流Iref减少时，基准电压Vref上升。 速度电压电路21是输出与FG信号相应的速度电压Vv的电路，在 马达ll的转速为高速的情况下，速度电压Vv下降，在马达ll的 转速为低速的情况下，速度电压Vv上升。比较电路22是比较基 准电压Vref和速度电压Vv、输出作为比较结果的驱动信号Vdr 的电路。马达驱动电路23是按照驱动信号Vdr来驱动马达11的 电路。此外，在本i兌明书中，在速度电压Vv高于基准电压Vref 的情况下设为使马达1 l加速的加速控制状态，在速度电压Vv低 于基准电压Vref的情况下设为使马达ll减速的减速控制状态。通过构成如上所述的马达速度控制电路1 O来控制马达速 度控制电路10的速度电压Vv使得与基准电压Vref—致。在此，如图2所示，控制电流生成电路30由PNP晶体管Q1、 Q2、 Q8、 QIO、 Qll、 NPN晶体管Q3 Q7、 Q9、电阻R1 R4、电容器C1、偏置电流源I1 I4构成。此外，PNP晶体管Q8、 QIO、 Qll、 NPN晶体管Q9、电阻R4、偏置电流源14构成电压电流转 换电路50。
如图3所示，温度电流生成电路31由PNP晶体管Q12 、 Q14(电流电压转换元件)、Q15(第一晶体管)、NPN晶体管Q13(第 二晶体管)、偏置电流源I5构成。此外，图3中的电阻是热敏电 阻RTH,热敏电阻RTH的 一 端连接到NPN晶体管Ql 3的发射极。 另外，NPN晶体管Q13和PNP晶体管Q14相当于本发明中的电压 输出电路。
如图4所示，基准电流生成电路32由PNP晶体管Q19、 Q20、 Q25、 Q26、 NPN晶体管Q16 Q18、 Q21 Q24、 Q27 Q29、偏置 电流源I6构成。
如图5所示，基准电压输出电路33由NPN晶体管Q60、 Q61、 电阻R10构成。
如图6所示，速度电压电路21由PNP晶体管Q31、 Q32、 Q36、 Q40、 NPN晶体管Q30、 Q33 Q35、 Q37 Q39、电阻R5 R8、电 容器C2、偏置电流源I7、 18、边缘(edge)电路60、积分电路70 构成。
如图7所示，比较电路22由PNP晶体管Q43 Q45 、 Q48 、 Q49、 Q52、 Q54、 NPN晶体管Q41、 Q42、 Q46、 Q47、 Q50、 Q51、 Q53、 Q55、偏置电流源I9 I12构成。
马达驱动电-各23在本说明书中未示出实施方式，可以使用 例如H桥电^各。
说明以下情况在规定温度Ta中，从微型计算机等向马达 速度控制电路10输入PWM信号作为速度控制信号，马达ll按照 与规定温度Ta和PWM信号中的H电平的占空比相应的转速进行 转动。在控制电流生成电路30中，如图2所示，PNP晶体管Q1、 Q2、 NPN晶体管Q3、 Q4、偏置电流源I1构成了比较器，PNP晶 体管Q1的基极对应于非反相输入，PNP晶体管Q2的基极对应于 反相输入。另外，对PNP晶体管Q2的基极施加由串联连接在电 源VDD和；也GND之间的电阻R1、 R2分压的分压电压V1。
在对P NP晶体管Q1的基极输入P W M信号的H电平的脉冲 的情况下，即P NP晶体管Q1的基极的电位高于分压电压V1的情 况下，NPN晶体管Q4的集电极的电位成为H电平，NPN晶体管 Q5导通。通过NPN晶体管Q5导通，来自偏置电流源I2的偏置电 流流到NPN晶体管Q5中，NPN晶体管Q7截止。从而，来自偏置 电流源13的偏置电流经由电阻R 3流入电容器C1 。
另 一 方面，在PWM信号的L电平(低电平)的脉冲输入PNP 晶体管Q1的情况下，即PNP晶体管Q1的基极的电位低于分压电 压V1的情况下，成为与上述动作相反的动作，由于NPN晶体管 Q7导通，因此，来自偏置电流源I3的偏置电流和在PWM信号为 H电平的情况下充电到电容器C1中的电荷流向地GND。
电阻R3和电容器Cl构成了LPF(Low Pass Filter:低通滤波 器)，使输入到LPF中的电压、即根据NPN晶体管Q7的导通和截 止而变化的NPN晶体管Q7的集电极的电压平滑化。从而，对电 压电流转换电路50中的PNP晶体管Q8的基极施加由LPF平滑化 后的电压VLP。该平滑化后的电压VLP在PWM信号的H电平占 空比大的情况下上升，在PWM信号的H电平的占空比小的情况 下下降。P N P晶体管Q 8和偏置电流源14构成了发射极跟随器 (emitter follower),因此，从PNP晶体管Q8的发射极输出与施加 到PNP晶体管Q8的基极的VLP相应的电压VEF。电阻R4相当于 NPN晶体管Q9的发射极电阻，因此，与施加到NPN晶体管Q9 的基极的VEF相应的电流流到电阻R4 。 PNP晶体管Q10和PNP晶体管Q11构成了电流镜，因此从PNP晶体管Q11输出与流到电阻 R4中的电流相应的控制电流Ia。从而，控制电流生成电路30根 据输入的PWM信号中的H电平的占空比的上升而使控制电流Ia 增加，反之，根据PWM信号中的H电平的占空比的降低而使控 制电流Ia减少。如图3所示，热，敏电阻RTH连接到温度电流生成电路31,该 温度电流生成电^各31和热萄丈电阻RTH的结构与控制电流生成电 路30中的电压电流转换电路50相同。即，PNP晶体管Q12、 Q14、 Q15、 NPN晶体管Q13、热敏电阻RTH、偏置电流源I5分别对应 于PNP晶体管Q8、 QIO、 Qll、 NPN晶体管Q9、电阻R5、偏置 电流源I4。在此，-没施加到PNP晶体管Q12的基极上的偏置电压 Vbiasl为频带间隙基准电压等的电压值随温度变化的变化较小 的电压时，基于与温度Ta相应的热敏电阻的电阻值RTH(Ta)的 电流流到热敏电阻RTH。从而，对温度电流生成电-各31输入在 热敏电阻RTH中产生的电压信号VTH(Ta)作为温度信号。此外， 设本第一实施方式中的热敏电阻RTH的温度系数为负时，当温 度上升时，温度电流Ib增加，温度下降时，温度电流Ib减少。在基准电流生成电路32中，如图4所示，对二极管连接的 NPN晶体管Q21的基极供给控制电流Ia,对二极管连接的NPN 晶体管Q29的基极供给温度电流Ib，对二极管连接的NPN晶体管 Q16的基极供给来自偏置电流源I6的偏置电流I1,由此基准电流 Iref流到二极管连接的NPN晶体管Q24的基极。首先，说明构成基准电流生成电路32的晶体管中的、流通 与偏置电流I 1和控制电流Ia相应的电流的晶体管。对NPN晶体 管Q16流通偏置电流I1。 NPN晶体管Q16、 Q17、 Q18的各个基 极进行连接而构成电流镜。相对于NPN晶体管Q16的尺寸，设 NPN晶体管Q17是相同尺寸，NPN晶体管Q18是2倍的尺寸，则分别对NPN晶体管Q17 、 NPN晶体管Q18流通电流11和2 x11 。 PNP 晶体管Q19和PNP晶体管Q20构成了相同尺寸比的电流镜，因 此，对PNP晶体管Q20流通电流I1。对NPN晶体管Q21流通控制 电流Ia和电流Il,因此流通Ia+Il的电流。另夕卜，对NPN晶体管 Q18流通2xll的电流，对NPN晶体管Q21流通Ia+Il的电流，因此， NPN晶体管Q23流过I 1 -Ia的电流。下面，_说明流过与温度电流Ib和基准电流Iref相应的电流的 晶体管。在此，NPN晶体管Q22、 Q24、 Q27、 Q28、 Q29分别对 应于NPN晶体管Q23、 Q21、 Q18、 Q17、 Q16, PNP晶体管Q25、 Q26分别对应于PNP晶体管Q20、 Q19,因此，分别对PNP晶体 管Q25流通电流Ib，对NPN晶体管Q24流通电流lb+Iref,对NPN 晶体管Q27流通电流2xlb,对NPN晶体管Q22流通电流lb-Iref。另外，设N P N晶体管Q 2 4的基极和发射极的电位分别为Va 、 Vb，设NPN晶体管Q21的基极和发射极的电位分别为Vc、 Vd, 说明通过施加各个电位而流到晶体管中的电流和电压的关系。 以Vb为基准到Va的电位差Vab成为NPN晶体管Q24的基极与发 射极的电位差，因此，用流经NPN晶体管Q24的电流来表示电 压Vab。即，Vab=VTxln((Ib+Iref) / Is)。在此，VT是热电压， Is是反向饱和电流。同样地，用流过NPN晶体管Q23的电流表示 Vad， Vad=VTxln((Il-Ia)/Is)，用流过NPN晶体管Q21的电流表 示Vcd， Vcd=VTxln((Il+Ia) / Is),用流过NPN晶体管22的电流 表示Vcb, Vcb=VTxln((Ib-Iref)/Is)。另外，电压Vab等于电压 Vad和电压Vdc及电压Vcb的和。即，Vab=Vad+Vdc+Vcb。从而， 当用电流来置换电压的关系时，则ln(Ib+Iref)=ln(Il-Ia) -ln(Il+Ia)+ln(Ib-Iref)。由于上述的电流的关系式为Iref=((laxlb) /II),因此，基准电流生成电路32能够生成与控制电流Ia和温 度电流Ib的积成比例的基准电流Iref 。如图5所示，用例如相同尺寸比的电流镜电路(未图示)来折
返在基准电流生成电路32中生成的基准电流Iref,由此对基准电 压输出电路3 3提供电流值Iref的电流。当对二极管连接的NPN 晶体管Q60的集电极输入电流值Iref的电流时，NPN晶体管Q60 和NPN晶体管Q61构成相同尺寸比的电流4竟，因此，也对NPN 晶体管Q61流过电流值Iref的电流。从而，对连接有电阻值Rref 的电阻R10的 一端和NPN晶体管Q61的集电极的节点输出与电 流值Iref和电阻值Rref相应的基准电压Vref。此外，这时基准电 压Vref为Vref=VDD-IrefxRref。
图6示出的速度电压电路21中的边缘电路60通过检测输入 的脉冲信号的边缘，使输出的边缘信号VED变化为短脉冲。此 外，图8是示出速度电压电路21中的主要信号的波形的图，适当 地进行参照。首先，当FG信号输入边缘电^各60时，如上所述地 在FG信号的边缘将边缘信号VED变化为短脉冲。另外，对NPN 晶体管Q30的基极输入边缘信号VED，因此，NPN晶体管Q30 根据边缘信号的电平而导通或者截止。
首先，在边缘信号VED是L电平的情况下，NPN晶体管Q30 截止，电容器C2被充电。PNP晶体管Q31、 Q32、 NPN晶体管Q33、 Q34、偏置电流源I7构成比较器。对电容器C2进行充电，由此 当PNP晶体管Q31的基极电位高于串联连接到电源VDD和地 GND之间的电阻R6 R8中的分压电压V2时，NPN晶体管Q33的 集电极电位成为L电平。从而，NPN晶体管Q35截止，NPN晶体 管Q38导通，NPN晶体管Q39截止。对PNP晶体管Q40的基极施 加使PNP晶体管Q40成为导通状态的偏置电压Vbias2,因此输出 电压Vo成为H电平。
另一方面，在边缘信号VED是H电平的情况下，成为与上 述动作相反的动作，最终NPN晶体管Q39导通。在此，设计为PNP晶体管Q40的导通电阻大于NPN晶体管Q39的导通电阻，输 出电压Vo成为L电平。此外，利用电阻R5和电容器C2的时间常 数来决定输出电压Vo为L电平的宽度。从而，即使是马达ll的 转速发生变化的时候，只要上述的时间常婆t固定，输出电压Vo 成为L电平的宽度就是固定的。但是，输出电压Vo的周期根据 马达ll的转速、即边缘信号VED的周期而变化。因此，在马达 11的转速为高速的情况下，输出电压Vo的1个周期所占的L电平 的宽度变大，在马达ll的转速为低速的情况下，输出电压Vo的 l个周期所示出的L电平的宽度变小。积分电路70通过对输出电 压Vo进行积分来输出与输出电压Vo的H电平相应的速度电压 Vv。从而，在马达ll的转速为高速的情况下，速度电压Vv降低， 在马达ll的转速为低速的情况下，速度电压Vv上升。如图7所示，〗叶比较电路22输入上述的基准电压Vref和速度 电压Vv。另外，如上所述，在本说明书中，在速度电压Vv高于 基准电压Vref的情况下设为对马达11进行加速的加速控制状 态，在速度电压Vv低于基准电压Vref的情况下设定为对马达ll 进行减速的减速控制状态。首先说明加速控制状态中的比较电路22的动作。NPN晶体 管Q41、 Q42、 Q46、 Q47、 PNP晶体管Q43、 Q44、 Q45、 Q48、 偏置电流源I9构成比较器。另外，NPN晶体管41的基极相当于 比较器的非反相输入，NPN晶体管42的基极相当于比较器的反 相输入。从而，在加速控制状态中，NPN晶体管Q49截止，NPN 晶体管Q50导通，NPN晶体管Q51导通。并且，通过NPN晶体管 Q51导通来设定偏置电流源I12,使得PNP晶体管Q54导通，NPN 晶体管Q55截止，因此，驱动信号Vdr成为L电平。另一方面，在减速控制状态中，进行与加速控制状态相反 的动作，因此最终驱动信号Vdr成为H电平。马达驱动电路23通过输入L电平的驱动信号Vdr来驱动马达ll加速，通过输入H电 平的驱动信号Vdr来驱动马达ll减速。
在此，说明加速控制状态中的FG信号。在加速控制状态中 对马达ll的转速进行加速，因此与马达ll的转速相应的FG信号 的脉冲周期也变短，输出电压Vo中的L电平所占的期间增加。 从而，速度电压Vv下降为与基准电压Vref—致。另一方面，在 减速控制状态中对马达11的转速进行减速，因此与马达11的转 速相应的FG信号的脉冲周期变长，输出电压Vo中的L电平所占 的期间减少。从而，速度电压Vv上升为与基准电压Vref—致。 由此，马达速度控制电路10反馈与马达11的转速相应的速度电 压Vv,控制马达ll的转速使得与基准电压Vref的电平一致，因 此马达11的转速相对于基准电压Vref以及P WM信号的H电平的
占空比具有线性关系。
说明在规定温度Ta下、PWM信号中的H电平的占空比为零 的情况下的马达速度控制电路10的动作。此外，图9是示出利用 应用了本发明的马达速度控制电路10来驱动马达11的情况下 的、不同温度中的马达的转速与速度控制信号的关系的图，适 当地进行参照。
当对控制电流生成电路30输入H电平的占空比为零的 PWM信号时，PNP晶体管Q1的基极成为L电平，因此，由LPF 平滑化后的电压VLP大致为零。从而，来自发射极跟随器的输 出VEF也随着VLP而降低，因此，NPN晶体管Q9截止，流到电 阻R4中的电流为零，控制电流Ia也为零。基准电流Iref与控制电 流Ia和温度电流Ib的积成比例，因此与温度电流Ib的电流〗直无关 地、基准电流Iref为零。基准电压Vref有Vref^VDD-Rrefxlref的 关系，因此基准电压Vref等于电源电压VDD。这时，速度电压 Vv是低于基准电压Vref的状态，因此，马达速度控制电路10成为减速控制状态。从而，马达速度控制电路10使马达11减速，使得速度电压Vv与基准电压Vref—致。要4吏速度电压Vv成为电 源电压VDD，必须使FG信号中的H电平的脉沖停止，其结果停 止马达ll。从而，在PWM信号的H电平的占空比是零的情况下， 与温度无关，马达的转速为零。说明PWM信号的H电平的占空比为规定的占空比、温度发 生变化的情况下的马达速度控制电路10和马达11的动作。在温 度上升了的情况下，热敏电阻RTH的电阻值变小，因此温度电 流Ib增加。从而，基准电流Iref也增加，基准电压Vref降低。当 基准电压Vref低于速度电压Vv时，马达速度控制电路10成为加 速控制状态。从而，马达驱动电路10使马达11加速，使得速度 电压Vv与基准电压Vref—致。另一方面，在温度降低的情况下， 进行与上述动作相反的动作，其结果对马达ll进行减速。应用了由以上说明的结构构成的本第 一 实施方式的马达 速度控制电路IO，使马达11的转速相对于PWM信号的H电平的 占空比线性变化、使马达ll的转速根据温度进行变化，并且在 输入了使马达11停止的H电平的占空比为零的PWM信号的情况 下，与温度无关地使马达ll的转速为零。另外，在日本特开2007-68344号公报中，使分立的电阻(以 下设为串联电阻)与热敏电阻连接，将通过对串联电阻施加电压 而产生的分压电压作为温度信号输入到马达速度控制集成电路 中。从削减元件数量的观点来说，最好在马达速度集成电路内 实现串联电阻，^f旦是难以控制集成电路中的电阻的电阻值和温 度系数。从而，串联电阻中必须使用分立的元件。另一方面， 在本第一实施方式中，将热敏电阻RTH连接到NPN晶体管Q13 的发射极，由此将在热敏电阻RTH中产生的电压信号V TH(Ta) 作为温度信号输入到马达速度控制电路10中。由此，在本第一实施方式中，为了输入温度信号，仅^吏用热壽史电阻RTH即可， 与上述情况相比能够削减元件数量。
例如，在本第 一 实施方式中将PWM信号作为速度控制信 号，但也可以将模拟信号作为速度控制信号。在这种情况下， 将电压电流转换电^各50作为本发明的第 一 电流生成电路而耳又代 控制电流生成电3各30，对电压电流转换电3各50中的PNP晶体管 Q 8输入模拟信号，由此能得到与将P WM信号作为速度控制信号 的情况相同的效果。
第二实施方式
图10是示出作为本发明的第二实施方式的马达速度控制电 路100的结构的图。图11是示出基准电压电路200的一个实施方 式的图。图12是示出连接了热敏电阻RTH的温度电流生成电路 300的一个实施方式的图。图13是示出速度电压输出电路310的 一个实施方式的图。参照图10 图13说明本第二实施方式的马 达速度控制电路IOO。
马达速度控制电路100是根据从微型计算机输入的与马达 11的目标转速相应的速度控制信号、与温度相应的温度信号、 以及与马达11的实际转速相应的速度信号来控制马达11的转速 的电路，由基准电压电路200、速度电压电^各210、比较电^各22 以及马达驱动电3各23构成。此外，马达速度控制电路100的比较 电路22、马达驱动电路23与本第一实施方式的比4吏电路22、马 达驱动电3各23相同。此外，基准电压电路200和速度电压电路210 相当于本发明中的电压产生电路。
马达ll是使用于冷却CPU等的风扇转动的马达，可以采用 旋转式马达等。
首先说明图10中示出的构成马达速度控制电路100的各电 路的概要。基准电压电路200是通过输入速度控制信号来输出与目标转速相应的基准电压Vref的电路。在本第二实施方式中， 将输入的速度控制信号作为P WM信号，基准电压Vref在P WM信 号的H电平(高电平)的占空比大的情况下下降，在PWM信号的H 电平的占空比小的情况下上升。速度电压电路210是输出与速度 信号和温度信号相应的速度电压Vv的电路，由温度电流生成电 路300和速度电压输出电^各310构成。此外，在本第二实施方式 中，设速度信号为具有与马达的转速相应的频率的FG信号。温 度电流生成电路300是通过输入温度信号来输出与温度相应的 温度电流Ith的电^各，当温度上升时，温度电流Ith增加，温度降 低时，温度电流Ith减少。速度电压输出电路310是输出与FG信 号的周期和温度电流Ith的积相应的速度电压Vv的电路，在马达 ll的转速为高速的情况下，速度电压Vv下降，在马达ll的转速 为低速的情况下，速度电压Vv上升。比较电路22是比较基准电 压Vref和速度电压Vv、输出作为比较结果的驱动信号Vdr的电 路。马达驱动电路23是按照驱动信号Vdr来驱动马达ll的电路。 此外，在本第二实施方式中，在速度电压Vv高于基准电压Vref 的情况下设为对马达ll进行加速的加速控制状态，在速度电压 Vv低于基准电压Vref的情况下设为对马达ll进行减速的减速控 制状态。通过构成如上所述的马达速度控制电路100 ，来控制马达 速度控制电路10 0的速度电压V v使得与基准电压Vr e f —致。在此，如图11所示，基准电压电路200由PNP晶体管Q101、 Q102、 NPN晶体管Q103 Q108、电阻R101 R103、电容器CIOO、 偏置电流源I101 I104构成。如图12所示，温度电流生成电路300由PNP晶体管Q110、 Q112、 Q113(晶体管)、NPN晶体管Qlll、偏置电流源I105构成。 此外，图12中的电阻是热敏电阻RTH,热敏电阻RTH的一端与NPN晶体管Q111的发射极连接。此外，PNP晶体管Q112、 NPN 晶体管Q111相当于本发明的温度电压输出电路。
如图13所示，速度电压输出电路310由PNP晶体管Q131、 Q132、 Q136、 Q140、 NPN晶体管Q30、 Q133 Q135、 Q137 Q139、 电阻R104~R106、电容器C102、偏置电流源16~18 、边缘电路400、 积分电路410构成。此外，电容器C102相当于本发明的电容器， 边缘电路400和NPN晶体管Q30相当于本发明的》文电电路。
在此，说明在规定温度Ta中、从微型计算机等对马达速度 控制电路IOO输入PWM信号作为速度控制信号、马达1 l按照与 规定温度Ta和PWM信号中的H电平的占空比相应的转速进行转 动的情况。
在基准电压电路200中，如图ll所示，PNP晶体管QIOI、 Q102、 NPN晶体管Q103、 Q104、偏置电流源I101构成了比较器， PNP晶体管Q101的基极对应于非反相输入，PNP晶体管Q102的 基极对应于反相输入。另外，对PNP晶体管Q102的基极施加由 串联连接在电源VDD和地GND之间的电阻R101、R102分压的分 压电压V1。
在PWM信号为H电平、对PNP晶体管Q101的基极输入的情 况下，即PNP晶体管Q101的基极的电位高于分压电压V1的情况 下，NPN晶体管Q104的集电极的电位成为H电平，NPN晶体管 Q105导通。通过NPN晶体管Q105导通，来自偏置电流源I102的 偏置电流流到NPN晶体管Q105中，NPN晶体管Q107截止，NPN 晶体管Q108导通。从而，连接了电阻R103和电容器C100的节点 的电位大致为零。
另一方面，在PWM信号为L电平(低电平)、对PNP晶体管 Q101输入的情况下，即PNP晶体管Q101的基极的电位低于分压 电压V1的情况下，成为与上述动作相反的动作，NPN晶体管Q108截止，因此，来自偏置电流源I104的偏置电流流入电容器 C100,电容器C100被充电。电阻R103和电容器C100构成了LPF(Low Pass Filter:低通 滤波器)，使输入到LPF中的电压平滑化，也就是使通过NPN晶 体管Ql 08的导通和截止而发生变化的NPN晶体管Ql 08的集电 极的电压平滑化。由此，对连接有LPF的输出即电阻R103和电 容器C100的节点输出平滑化后的基准电压Vref。该电压Vref在 PWM信号的H电平的占空比较大的情况下下降，在PWM信号的 H电平占空比较小的情况下上升。在温度电流生成电路300中，如图12所示，PNP晶体管QllO 和偏置电流源I105构成了发射极跟随器，因此，从PNP晶体管 Q110的发射极输出与施加到PNP晶体管Q110的基极的Vbiasl相 应的电压VEF。在此，当设施加到PNP晶体管Q110的基极的偏 置电压V b i a s 1为频带间隙基准电压等电压值的变化随温度变化 较小的电压时，电压VEF也同样地电压值的变化相对于温度变 化而变小。热敏电阻RTH相当于NPN晶体管Q111的发射极电阻。 对NPN晶体管Ql 11的基极施加上述电压VEF，因此根据与温度 Ta相应的热敏电阻的电阻值RTH(Ta)来决定流过热敏电阻RTH 的电流。由此，将在热敏电阻RTH中产生的电压信号VTH(Ta) 作为温度信号输入到温度电流生成电路300。另外，PNP晶体管 Q112和PNP晶体管Q113构成了电流镜，因此从PNP晶体管Q113 输出与流过热敏电阻RTH(Ta)的电流相应的温度电流Ith 。此外， 设本第二实施方式中的热敏电阻RTH的温度系数为负，当温度 上升时，温度电流Ith增加，当温度下降时，温度电流Ith减少。在速度电压输出电路310中，如图13所示，将来自温度电 流生成电路300的温度电流Ith提供到连接偏置电流源16和电容 器C10 2的节点。边缘电路4 0 0通过检测输入的脉冲信号的边缘，使输出的边缘信号VED变化为短脉沖。此外，图14是示出速度 电压输出电路310中的主要信号的波形的图，适当地进行参照。 首先，当边缘电^各400输入FG信号时，如前所述地在FG信号的 边缘将边缘信号VED变化为短脉沖。另外，对NPN晶体管Q30 的基极输入边缘信号VED,因此NPN晶体管Q30根据边缘信号 的电平而导通或者截止。
在边缘信号VED是L电平的情况下，NPN晶体管Q30截止， 仅在期间TA中对电容器C102充电温度电流Ith和偏置电流 Ibiasl的和电流。"i殳才是供温度电流Ith和偏置电流Ibisal的节点的 节点电压为V2，偏置电流Ibisal的电流值为Ibiasl，电容器C102 的电容值为C ，则乂人VED成为L电平的时刻Ts起经过期间Tx的时 刻Tp的节点电压V2表示为V2(Tx)气(Ith+Ibiasl) xTx)/ C。首先 说明节点电压V2高于串联连接在电源VDD和地GND之间的电 阻R104 R106中的分压电压V3的情况下的动作。此外，期间TB 是满足节点电压丫2〉分压电压V3的关系的期间。PNP晶体管 Q131、 Q132、 NPN晶体管Q133、 Q134、偏置电流源I7构成比 较器，因此NPN晶体管Q133的集电极的电位变为L电平。从而， NPN晶体管Q135截止，NPN晶体管Q138导通，NPN晶体管Q139 截止。对PNP晶体管Q140的基极施加使PNP晶体管Q140成为导 通状态的偏置电压Vbias2，因此，输出电压Vo成为H电平。此 外，在本第二实施方式中，设H电平的输出电压Vo为电源电压 VDD。在节点电压V2低于分压电压V3的情况下，成为与上述动 作相反的动作，最终NPN晶体管Q139导通。在此，设计为PNP 晶体管Q140的导通电阻大于NPN晶体管Q139的导通电阻，输出 电压Vo成为L电平。此外，在本第二实施方式中，设L电平的输 出电压Vo为O(零)
另一方面，在边缘信号VED是H电平的情况下，NPN晶体管Q30导通，因此，节点电压V2变得低于分压电压V3。从而， 进行与上述节点电压V2低于分压电压V3的情况相同的动作，结 果输出电压Vo成为L电平。此外，在边缘信号VED为H电平的情 况下、并且在边^^信号VED为L电平中节点电压V2低于分压电 压V3的情况下，示出为期间TC。根据上述说明，当使边缘信号VED成为H电平的期间足够 短而忽视时，输出电压Vo具有期间TA的周期。乂人而，可知输出 电压Vo可以表示为Vo=VDDx(TB / TA)。另外，在期间TA、 TB、 TC之间具有TA-TB+TC的关系，并且分压电压V3和期间TC之 间具有V3-V2(TC)-((Ith+Ibiasl)xTC) / C的关系。根据上述关 系整理输出电压Vo时，成为Vo=VDDx(l-(CxV3) / (TAx (Ith+Ibias1)))。即，输出电压Vo成为与温度电流Ith和边缘信号 VED的L电平的期间TA的积相应的电压。另外，温度电流Ith根 据温度而变化，边缘信号VED的L电平的期间TA根据FG信号的 周期、即马达的转速而变化，因此，可知输出电压Vo是与温度 和马达的转速的积相应的电压。并且，在规定温度Ta中，温度 电流Ith固定，因此输出电压Vo为L电平的宽度固定。在马达ll 的转速为高速的情况下，输出电压Vo的l个周期所占的L电平的 宽度变大，输出电压Vo下降。在马达ll的转速为低速的情况下， 输出电压Vo的l个周期所示的L电平的宽度变小，输出电压Vo 上升。积分电路410通过对输出电压Vo进行积分来输出与输出 电压Vo的H电平相应的速度电压Vv。从而，在马达ll的转速为 高速的情况下，速度电压Vv下降，在马达ll的转速为低速的情 况下，速度电压Vv上升。如图IO所示，对比较电路22输入上述基准电压Vref和速度 电压Vv。如上所述，在本第二实施方式中，与第一实施方式同 样地，在速度电压Vv高于基准电压Vref的情况下设定为对马达1 l进行加速的加速控制状态，在速度电压Vv低于基准电压Vref 的情况下设定为对马达11进行减速的减速控制状态。
与第一实施方式同样地，马达驱动电路23通过输入L电平 的驱动信号Vdr来驱动马达11加速，通过输入H电平的驱动信号 Vdr来驱动马达ll减速。
在此，说明加速控制状态中的FG信号。在加速控制状态中， 对马达ll的转速进行加速，因此，与马达11的转速相应的FG信 号的脉冲周期也变短，输出电压Vo中的L电平所占的期间增加。 从而，速度电压Vv下降得与基准电压Vref—致。另一方面，在 减速控制状态中，对马达ll的转速进行减速，因此，与马达ll 的转速相应的FG信号的脉沖周期变长，输出电压Vo中的L电平 所占的期间降低。从而，速度电压Vv上升得与基准电压Vref— 致。由此，马达速度控制电路100反馈速度电压Vv,控制马达 ll的转速使得与基准电压Vref的电平一致，因此，马达ll的转 速相对于基准电压Vref以及PWM信号的H电平的占空比具有线 性的关系。
说明在规定温度Ta中、PWM信号中的H电平的占空比为零 的情况下的马达速度控制电路100的动作。当对基准电压电路 200输入H电平的占空比为零的PWM信号时，PNP晶体管QIOI 的基极成为L电平，因此，由LPF平滑化后的电压Vref大致等于 电源电压VDD。此时，速度电压Vv是低于基准电压Vref的状态， 因此，马达速度控制电路100成为减速控制状态。从而，马达速 度控制电路10(H吏马达11减速，使得速度电压Vv与基准电压Vref 一致。要使速度电压Vv变为电源电压VDD，必须使FG信号中 的H电平的脉冲停止，其结果停止马达ll。从而，在PWM信号 的H电平的占空比为零的情况下，与温度无关地马达的转速等 于零。说明PWM信号的H电平的占空比为^见定的占空比、温度乂人 规定温度Ta发生变化的情况下的马达速度控制电路100的动作。 此外，图15是示出通过应用了本发明的马达速度控制电路IOO 驱动马达11的情况下的、在不同温度中的马达的转速与速度控 制信号的关系的图，适当地进行参照。在温度上升的情况下， 热牵丈电阻RTH的电阻〗直变小，因此温度电流Ith增加。由此，节 点电压V2高于分压电压V3的期间增加，输出电压Vo的l个周期 所占的L电平的宽度变小，速度电压Vv变得高于基准电压Vref。 这是上述的加速控制状态，因此，通过马达速度控制电路IOO 控制使得马达ll的转速上升。其结果，与马达ll的转速相应的 FG信号的脉冲周期也变短，输出电压Vo中的L电平所占的周期 增加。其结果，速度电压Vv下降到与基准电压Vref—致。另一方面，在温度低于规定温度Ta的情况下，温度电流Ith 减少。由此，节点电压V2低于分压电压V3的期间增加，结果， 输出电压Vo低于基准电压Vref。在这种情况下，与上述的动作 相反，成为减速控制状态。从而，马达ll的转速被减速，与马 达11的转速相应的FG信号的脉冲周期变长。即，输出电压Vo 中的L电平所占的期间下降，速度电压Vv上升到与基准电压 Vref—致。由此，即使PWM信号的H电平的占空比是规定的占空比， 当温度变高时，速度电压Vv变化，马达的转速即风扇的转速也 增加。另一方面，温度变低的情况也同样，马达速度控制电路 100能使马达的转速降低，降低风扇的转数。应用由以上i兌明的结构构成的本第二实施方式的马达速 度控制电路100J吏马达11的转速相对于PWM信号的H电平的占 空比线性变化、使马达11的转速根据温度和马达的转速变化， 并且在输入了使马达11停止的H电平的占空比为零的PWM信号的情况下，与温度无关地使马达ll的转速为零。
另外，在日本特开2007-68344号公报中，使分立的电阻(以 下设为串联电阻)与热敏电阻连4妄，将通过对串耳关电阻施加电压 而产生的分压电压作为温度信号输入到马达速度控制集成电路 中。从削减元件数量的观点来说，最好在马达速度集成电路内 实现串联电阻，4旦是难以控制集成电路中的电阻的电阻值和温 度系数。从而，在串联电阻中必须使用分立元件。另一方面， 在本第二实施方式中，将热敏电阻RTH连接到NPN晶体管Qlll 的发射极，从而将在热敏电阻RTH中产生的电压信号VTH(Ta) 作为温度信号输入到马达速度控制电路IOO。由此，在本第二实 施方式中，为了输入温度信号，可以仅使用热敏电阻RTH,与 上述情况相比，能够削减元件数量。
例如，在本第二实施方式中将P W M信号作为速度控制信 号，但也可以将模拟信号作为速度控制信号。在这种情况下， 可以对比较电路2 2直接输入模拟信号来代替本第二实施方式中 的基准电压Vref。
此外，在本第二实施方式中，通过对电容器C102充电温度 电流Ith来生成速度电压Vv，但也可以不对速度电压输出电路 310提供温度电流Ith，而使用从本第二实施方式的速度电压输 出电路310输出的速度电压Vv作为偏置电压。在这种情况下， 取代温度电流生成电路300,对热壽文电阻和电阻串耳关连接而成的 电阻体的一端施加上述偏置电压，从而将热每丈电阻和电阻的分 压电压作为速度电压Vv。热壽丈电阻和电阻的分压电压所产生的 速度电压Vv成为与偏置电压和包含热敏电阻的电阻比的积相 应的电压。从而，能够生成与马达的转速和温度相应的速度电 压Vv,能得到与本第二实施方式中说明的效果同样的效果。
此外，上述实施例是为了使本发明的容易理解而描述的实施例，不限定解释本发明。本发明可以不脱离其主旨而进行变 更和改进，同时其等效内容也包括在本发明中。
权利要求
1.一种马达速度控制电路，其特征在于，具备电压产生电路，其输出与马达的目标转速相应的基准电压和与上述马达的转速相应的速度电压，并且使上述基准电压和上述速度电压中的某一个电压根据温度进行变化；比较电路，其比较上述速度电压和上述基准电压；以及驱动电路，其根据上述比较电路的比较结果来驱动上述马达，使得上述速度电压的电压电平与上述基准电压的电压电平一致。
2. —种马达速度控制电路，其特征在于，具备 基准电压电if各，其根据与马达的目标转速相应的速度控制信号和与温度相应的温度信号，输出与上述目标转速和上述温度相应的基准电压；述基准电压；以及驱动电路，其根据上述比较电路的比较结果驱动上述马达， 使得上述速度电压的电压电平与上述基准电压的电压电平一 致，在输入了使上述马达的上述目标转速成为最低的上述速度 控制信号的情况下，上述基准电压电路输出规定电平的上述基 准电压。
3. —种马达速度控制电路，其特征在于，具备 第一电流生成电路，其根据与马达的目标转速相应的速度控制信号，生成与上述目标转速相应的第一电流；第二电流生成电路，其根据与温度相应的温度信号，生成与上述温度相应的第二电流；第三电流生成电路，其生成与上述第一电流和上述第二电流的积相应的第三电流；电流电压转换电路，其将上述第三电流转换为基准电压； 述基准电压；以及驱动电路，其^^艮据上述比较电路的比较结果驱动上述马达， 使得上述速度电压的电压电平与上述基准电压的电压电平一 致。
4. 根据权利要求3所述的马达速度控制电路，其特征在于， 在输入了使上述马达的上述目标转速成为最低的上述速度控制信号的情况下，上述第一电流生成电路使上述第一电流为令o
5. 根据权利要求3所述的马达速度控制电路，其特征在于， 上述温度信号是在电阻值根据上述温度而变化的热敏电阻中产生的电压信号，上述第二电流生成电路具备电压输出电^各，其输出与上述电阻值相应的温度电压；以及第一晶体管，其通过对控制电极施加上述温度电压来输出 上述第二电流。
6. 根据权利要求4所述的马达速度控制电路，其特征在于， 上述温度信号是在电阻值根据上述温度而变化的热敏电阻中产生的电压信号，上述第二电流生成电路具备电压输出电^各，其输出与上述电阻值相应的温度电压；以及第一晶体管，其通过对控制电极施加上述温度电压来输出 上述第二电流。
7. 根据权利要求5所述的马达速度控制电路，其特征在于，上述电压输出电路具备第二晶体管，其将规定电平的电压施加到控制电极，上述 热敏电阻被连接到与上述控制电极不同的两个电极中、与上述 控制电极一起控制导通状态的一个电极上，生成与上述电阻值 相应的温度电流；以及电流电压转换元件，其生成与上述温度电流相应的上述温 度电压。
8. 根据权利要求6所述的马达速度控制电路，其特征在于， 上述电压输出电路具备第二晶体管，其将规定电平的电压施加到控制电极，上述 热敏电阻被连接到与上述控制电极不同的两个电极中、与上述 控制电极一起控制导通状态的一个电极上，生成与上述电阻值 相应的温度电流；以及电流电压转换元件，其生成与上述温度电流相应的上述温 度电压。
9. 一种马达速度控制电路，其特征在于，具备 速度电压电路，其根据与马达的转速相应的速度信号和与温度相应的温度信号，输出与上述转速和上述温度相应的速度 电压；比较电路，其比较与上述马达的目标转速相应的基准电压 和上述速度电压；以及驱动电路，其根据上述比较电路的比较结果驱动上述马达， 使得上述速度电压的电压电平与上述基准电压的电压电平一 致。
10. 根据权利要求9所述的马达速度控制电路，其特征在于， 上述速度电压电路根据上述速度信号和上述温度信号，输出与上述转速和上述温度的积相应的上述速度电压。
11. 根据权利要求10所述的马达速度控制电路，其特征在于，冲信号，上述速度电压电路包括温度电流生成电路，其生成与上述温度信号相应的温度电 流；以及速度电压输出电路，其输出与上述脉沖信号的上述周期和 上述温度电流的电流量的积相应的上述速度电压。
12. 根据权利要求ll所述的马达速度控制电路，其特征在于，上述速度电压是与供给上述温度电流的电容器的充电电压 相应的电压，上述速度电压输出电路包含放电电路，所述放电电路按照 与上述周期相应的间隔对上述电容器进行》文电，使得上述充电 电压成为与上述脉沖信号的上述周期和上述温度电流的上述电 流 量的积相应的电压。
13. 根据权利要求ll所述的马达速度控制电路，其特征在于，上述温度信号是在电阻值根据上述温度而发生变化的热敏 电阻中产生的电压信号，上述温度电流生成电路具备温度电压输出电路，其输出与上述电阻值相应的温度电压；以及晶体管，其通过对控制电极施加上述温度电压来输出上述温度电 流o
14. 根据权利要求12所述的马达速度控制电路，其特征在于，上述温度信号是在电阻值根据上述温度而发生变化的热敏 电阻中产生的电压信号，上述温度电流生成电路具有温度电压输出电路，其输出与上述电阻值相应的温度电压；以及晶体管，其通过对控制电极施加上述温度电压来输出上述温度电流。
全文摘要
本发明的马达速度控制电路具备电压产生电路，其输出与马达的目标转速相应的基准电压和与上述马达的转速相应的速度电压，并且使上述基准电压和上述速度电压中的某一个电压根据温度进行变化；比较电路，其比较上述速度电压和上述基准电压；以及驱动电路，其根据上述比较电路的比较结果驱动上述马达，使得上述速度电压的电压电平与上述基准电压的电压电平一致。
文档编号H02P29/00GK101409528SQ200810210309
公开日2009年4月15日 申请日期2008年6月13日 优先权日2007年6月13日
发明者原岛崇, 扇野广一郎 申请人:三洋电机株式会社;三洋半导体株式会社