CN101006638A - 风扇电动机驱动装置以及冷却装置 - Google Patents

Abstract

提供一种可灵活地设定冷却风扇的旋转速度的风扇电动机驱动装置。风扇电动机驱动装置(100)以基于控制电压(Vcont)以及周围温度(Ta)的转速驱动风扇，并对冷却对象的CPU进行冷却。第1控制单元(10)包含热敏电阻(Rth)和第1电阻(R1)，对控制电压(Vcont)乘以依赖于周围温度(Ta)的第1系数后作为第1电压(V1)输出。第2控制单元(20)对控制电压(Vcont)乘以规定的系数后作为第2电压(V2)输出。选择单元(30)选择第1、第2电压(V1、V2)当中高的一方的电压，从而将电压(Vx)输出到驱动控制单元(40)。驱动控制单元(40)基于电压(Vx)，驱动风扇电动机(110)。

Description

风扇电动机驱动装置以及冷却装置

技术领域

本发明涉及风扇电动机驱动装置，特别涉及进行温度检测从而进行冷却控制的技术。

背景技术

伴随近年来的个人计算机或者工作站的高速化，CPU(Central ProcessorUnit)或者DSP(Digital Signal Processor)等运算处理用LSI(Large ScaleIntegrated circuit)的动作速度日趋上升。

这样的LSI随着其动作速度、即时钟频率变高，发热量也变大。具有来自LSI的发热导致LSI自身热失控，或者对周围的电路产生影响这样的问题。所以，LSI的适当的热冷却成为极其重要的技术。

作为用于冷却LSI的技术的一例，有通过冷却风扇产生的空冷式的冷却方法。在该方法中，例如与LSI的表面相向配置冷却风扇，并将冷的空气通过冷却风扇吹向LSI表面。在通过这样的冷却风扇产生的LSI的冷却时，监视LSI附近的温度，并根据该温度改变风扇的旋转，从而进行调整冷却的程度(专利文献1、2)。

专利文献1：特开平7-31190号公报

专利文献2：特开2001-284868号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，LSI的发热量或其温度、热失控的阈值温度等有时对于各个LSI不同。所以，希望冷却风扇的旋转速度可根据成为冷却对象的LSI而灵活地设定。

本发明鉴于这样的课题而完成，其第1目的在于提供一种能够灵活地设定对应于温度的冷却用风扇电动机的转速，并能够将冷却对象以所希望的程度进行冷却的风扇电动机驱动装置以及冷却装置。

而且，在冷却LSI的冷却装置中，有时希望切换两种冷却模式，即，一种模式是根据周边温度，进行冷却风扇的控制，另一种模式是与周围的温度无关，根据从外部提供的控制信号来进行冷却的控制。作为从外部提供的控制信号，多数情况是提供根据占空比来控制转速脉冲宽度调制过的信号。

这里，考虑将上述两种冷却模式根据有无从外部输入的控制信号的输入进行切换，在输入了控制信号时，基于控制信号进行冷却，在没有输入控制信号时，基于周边温度进行冷却的情况。

作为实现这样的冷却模式的切换的一种方法，有在冷却装置中设置微型计算机，判别有无控制信号的方法。但是，将昂贵的微型计算机用于冷却装置会使制品成本上升。

本发明鉴于这样的课题而完成，其第2目的是提供一种能够抑制成本的上升同时根据有无控制信号而进行冷却模式切换的电动机驱动装置以及冷却装置。

本发明的一个方案涉及风扇电动机驱动装置。该风扇电动机驱动装置具有：第1控制单元，对控制风扇电动机的转速的控制电压乘以依赖于周围温度的第1系数后作为第1电压输出；第2控制单元，对控制电压乘以规定的第2系数后作为第2电压输出；选择单元，选择并输出第1、第2电压的其中一个；以及驱动控制单元，基于选择单元的输出驱动所述风扇电动机。第1系数和所述第2系数被决定为在风扇电动机的转速应该达到上限的规定的温度下变得相等。选择单元在第1系数具有正的温度特性的情况下，选择并输出第1、第2电压当中低的一方，在第1系数具有负的温度特性的情况下，选择并输出所述第1、第2电压当中高的一方。

根据该方案，在规定的温度以下，风扇电动机基于依赖于温度以及控制电压的第1电压所确定的转速进行驱动。另一方面，超过规定的温度时，风扇电动机以基于仅依赖于控制电压的第2电压所确定的转速进行驱动。即，该方案对每个控制电压设定风扇电动机的转速的上限值，即使到达某个规定的温度以上，也能将风扇电动机的转速固定为该上限值。

驱动控制单元也可以具有：脉冲宽度调制器，生成占空比根据从选择单元输出的电压而变化的脉冲宽度调制信号；以及驱动单元，基于由脉冲宽度调制器生成的脉冲宽度调制信号驱动风扇电动机。脉冲宽度调制器也可以将对应于第2电压所确定的占空比作为上限值来生成脉冲宽度调制信号。

在以脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation：以下简化为PWM)方式驱动风扇电动机的情况下，可基于第1、第2电压决定占空比，并能使风扇电动机以对应于该占空比的转速旋转。

第1控制单元包含第1电阻和热敏电阻，通过对控制电压进行电阻分压，也可以对控制电压乘以依赖于周围温度的第1系数。

通过第1电阻的电阻值、热敏电阻的电阻值的温度特性的正负、第1电阻和热敏电阻的连接的方法，能够调节对于第1系数的周围温度的依赖性。

选择单元具有：输出端子；电压比较器，比较第1、第2电压；以及开关，对输出端子切换并施加第1、第2电压的其中一个，开关也可以基于电压比较器的输出来切换也可以。

控制风扇电动机的转速的控制电压是脉冲宽度调制过的信号，第1、第2控制单元分别对通过平滑滤波器所平滑的控制电压乘以第1、第2系数后输出。

本发明的其它方案也是风扇电动机驱动装置。该风扇电动机驱动装置具有：控制单元，对控制风扇电动机的转速的控制电压乘以规定的系数后输出；选择单元，选择控制单元的输出电压和规定的基准电压的其中一个，作为规定风扇电动机的最低转速的电压而输出；以及驱动控制单元，基于控制电压来驱动风扇电动机。驱动控制单元以对应于从选择单元输出的电压所确定的最低转速以上的转速来驱动风扇电动机。

根据该方案，风扇电动机的最低转速由选择单元输出的电压决定，所以即使在控制电压的电压变低的情况下也能总是保持恒定的转速以上而不下降到由基准电压所决定的转速以下。

驱动控制单元具有：脉冲宽度调制器，生成占空比根据控制电压而变化的脉冲宽度调制信号；以及驱动单元，基于由脉冲宽度调制器生成的脉冲宽度调制信号驱动风扇电动机，脉冲宽度调制器对应于从选择单元输出的电压所规定的最小占空比作为下限值生成脉冲宽度调制信号也可以。

在以PWM方式驱动风扇电动机的情况下，基于控制电压以及选择单元的输出电压两者决定脉冲宽度调制信号的占空比，并能使风扇电动机以对应于该占空比的转速旋转。

控制风扇电动机的转速的控制电压是脉冲宽度调制过的信号，控制单元对通过平滑滤波器所平滑的控制电压乘以规定的系数后输出。

本发明的另一方案是冷却装置。该冷却装置具有风扇电动机和上述风扇电动机驱动装置。

根据该方案，能够灵活地设定风扇电动机的最低转速、最高转速，并能够对冷却对象以所希望的程度进行冷却。

本发明的另一方案的风扇电动机驱动装置具有：平滑电路，对控制电动机的转速的、进行脉冲宽度调制后的控制信号进行平滑，并作为第1控制电压输出；第2控制电压生成单元，输出用于控制电动机的转速的依赖于温度的第2控制电压；选择单元，基于第1控制电压和基准电压的电压比较结果，选择并输出第1、第2控制电压的其中一个；以及驱动控制单元，基于选择单元的输出，驱动电动机。

平滑电路生成第1控制电压，随着控制信号的占空比变大，电压值变大，同时，选择单元被输入第1、第2控制电压，第1控制电压比规定的基准电压低时输出第1控制电压，第1控制电压比基准电压高时输出第2控制电压也可以。

根据该方案，通过将脉冲宽度调制过的控制信号平滑后与基准电压进行比较，能判别是否从外部输入了控制信号，根据有无来自外部的控制信号的输入，能够切换基于控制信号驱动冷却风扇和基于第2控制电压驱动冷却风扇。

平滑电路包括：晶体管，基极端子被输入进行脉冲宽度调制后的控制信号，并进行发射极接地；电容器，连接到晶体管的集电极端子侧；以及上拉电阻，连接到晶体管的基极端子，将晶体管的集电极端子呈现的信号作为第1控制电压输出也可以。

通过在被输入控制信号的晶体管的基极端子上连接上拉电阻，从而能够使没有输入控制信号时的第1控制电压稳定。

第2控制电压生成单元包括第1电阻和热敏电阻串联连接、施加了恒定电压的电阻组，将第1电阻和热敏电阻的连接点电压作为第2控制电压输出也可以。

选择单元也可以具有：电压比较器，比较第1控制电压和基准电压；以及开关，基于电压比较器产生的电压比较的结果，切换并输出第1或者第2控制电压的其中一个。通过使用电压比较器以及开关构成选择单元能够简化电路。

本发明的另一方案是冷却装置，该装置具有：风扇电动机；以及控制风扇电动机的驱动的上述风扇电动机驱动装置。

根据该方案，能够将风扇电动机的旋转控制根据有无控制信号的输入进行切换，并能够将冷却对象以所希望的程度进行冷却。

另外，将以上的构成要素的任意的组合或者本发明的构成元素或表现在方法、装置、系统等之间相互地进行置换作为本发明的方案也仍然有效。

发明效果

根据本发明中的一方案的风扇电动机驱动装置，能够灵活地设定风扇电动机的转速，并能够将冷却对象以所希望的程度进行冷却。而且，根据本发明的其他方案的风扇电动机驱动装置，能够根据有无从外部输入的控制信号来切换冷却模式。

附图说明

图1是表示第1实施方式中的风扇电动机驱动装置的结构的图。

图2(a)、图2(b)是表示第1电压V1、第2电压V2、输出电压Vx和周围温度Ta的关系的图。

图3是表示电压Vx和周期电压Vosc以及PWM信号Vpwm的关系的图。

图4是将控制电压作为参数来表示第1实施方式中的风扇电动机的转速和周围温度的关系的图。

图5是表示第2实施方式中的风扇电动机驱动装置的结构的图。

图6是表示电压Vx、Vmin和周期电压Vosc以及PWM信号Vpwm的关系的图。

图7是表示第2选择单元的输出电压和控制电压的关系的图。

图8是将控制电压作为参数来表示第2实施方式中的风扇电动机的转速和周围温度的关系的图。

图9是表示第3实施方式中的冷却装置的结构的图。

图10是表示平滑电路的结构的电路图。

图11是表示图10的平滑电路的输入输出特性的图。

图12是表示选择单元的构成例的电路图。

图13是表示控制电压和周期电压以及PWM信号的关系的图。

标号说明

10第1控制单元、20第2控制单元、30选择单元、32第1电压比较器、SW开关、40驱动控制单元、50脉冲宽度调制器、52第2电压比较器、54振荡器、60驱动单元、62驱动电路、M开关晶体管、100风扇电动机驱动装置、110风扇电动机、200风扇电动机驱动装置、210第3控制单元、230第2选择单元、232第3电压比较器、300冷却装置、R1第1电阻、Rb1上拉(pull-up)电阻、410平滑电路、Q10晶体管、400风扇电动机驱动装置、420第2控制电压生成单元、430选择单元.

具体实施方式

(第1实施方式)

关于本发明的实施方式，举例说明搭载于个人计算机或工作站等电子计算机上的，用来驱动用于冷却CPU等的风扇电动机的风扇电动机驱动装置。

图1表示包含第1实施方式中的风扇电动机驱动装置100的冷却装置300的结构。冷却装置300包括风扇电动机驱动装置100以及风扇电动机110。风扇电动机110接近冷却对象的CPU(无图示)来配置。风扇电动机驱动装置100连接到风扇电动机110，以基于控制电压Vcont以及周围温度Ta的转速来驱动风扇，进行冷却对象的CPU的冷却。

风扇电动机驱动装置100包括第1控制单元10、第2控制单元20、选择单元30、驱动控制单元40。该风扇电动机驱动装置100被输入用于指示风扇电动机的转速的控制电压Vcont。

第1控制单元10对控制电压Vcont乘以依赖于周围温度Ta的第1系数后作为第1电压V1输出。该第1控制单元10包括热敏电阻Rth和第1电阻R1。热敏电阻Rth和第1电阻R1串联连接到施加了控制电压Vcont的端子和接地电位间，通过电阻分压而将两个电阻的连接点的电位作为第1电压V1输出。热敏电阻Rth设置在成为冷却对象的CPU的周边，电阻值根据周围温度Ta而变化。

使用控制电压Vcont、第1电阻R1以及热敏电阻Rth，第1电压V1以V1＝Vcont×Rth/(R1+Rth)提供。此时，热敏电阻Rth的电阻值作为周围温度Ta的函数来提供，所以比例常数Rth/(R1+Rth)依赖于周围温度Ta。将该比例系数作为第1系数a1。

热敏电阻Rth的电阻值具有负的温度特性时，第1系数a1也变得具有负的温度特性，所以第1电压V1随着周围温度Ta的上升而变小。

第2控制单元20包括第2电阻R2以及第3电阻R3。第2控制单元20通过第2电阻R2以及第3电阻R3对控制电压Vcont进行电阻分压，并乘以第2系数a2后作为第2电压V2输出。使用第2电阻R2以及第3电阻R3的电阻值，第2系数a2以a2＝R3/(R2+R3)来提供，作为第2控制单元20的输出电压的第2电压V2以V2＝a2×Vcont＝R3/(R2+R3)×Vcont来提供。这里，第2系数a2为不依赖于周围温度Ta的一定值。

选择单元30被输入从第1控制单元10输出的第1电压V1以及从第2控制单元20输出的第2电压V2。选择单元30选择并输出第1、第2电压当中高的一方。该选择单元30包括第1电压比较器32、开关SW。第1电压比较器32比较第1电压V1以及第2电压V2，在V1＞V2时输出高电平，在V1＜V2时输出低电平。

开关SW具有第1输入端子34、第2输入端子36以及输出端子38。第1输入端子34以及第2输入端子36上分别被施加第1电压V1、第2电压V2。开关SW在从第1电压比较器32输出的电压为高电平时第1输入端子34侧导通，在低电平时第2输入端子36侧导通。其结果，输出端子38上根据第1电压比较器32中的电压比较的结果，在V1＞V2时输出V1，在V1＜V2时输出V2。

这样，选择单元30选择并输出第1电压V1以及第2电压V2当中的高的一方的电压。

这里，将第1系数a1和第2系数a2决定为在风扇电动机的转速应该达到上限的规定的温度下相等。

即，假设风扇电动机的转速应该达到上限的温度为Tmax，如果将该温度时的热敏电阻Rth的电阻值写成Rth(Tmax)，则以使Rth(Tmax)/(R1+Rth(Tmax))＝R3/(R2+R3)成立来选择各个电阻值。

第1系数a1具有负的温度特性，第2系数a2取不依赖于温度的恒定值。所以，在周围温度Ta＜Tmax时，a1＞a2成立，Ta＞Tmax时，a1＜a2成立。

图2(a)、图2(b)表示第1电压V1、第2电压V2、输出电压Vx和周围温度Ta的关系。如图2(a)所示，第1电压V1以及第2电压V2都是对控制电压Vcont分别乘以系数a1、a2所得的值，所以第1电压V1和第2电压V2的大小关系，在Ta＜Tmax时为V1＞V2，在Ta＞Tmax时为V2＜V1。

其结果，从选择单元30输出的电压Vx根据周围温度Ta来决定，如图2(b)所示，在Ta＜Tmax时，作为电压Vx选择第1电压V1输出，在Ta＞Tmax时，作为电压Vx选择第2电压V2输出。

从选择单元30输出的电压Vx输入到控制单元40。驱动控制单元40包括脉冲宽度调制器50以及驱动单元60，基于所输入的电压Vx，驱动风扇电动机110。

脉冲宽度调制器50包括第2电压比较器52、振荡器54，基于所输入的电压Vx，生成导通期间变化的PWM信号Vpwm。

振荡器54输出三角波或者锯齿波状的周期电压Vosc。

另外，脉冲宽度调制器50也可以具有以规定的放大率放大所输入的电压Vx的放大器，通过将电压Vx变换成适当的信号电平，从而能够进行与热敏电阻Rth的特性一致的幅度宽的设定。

第2电压比较器52上分别被输入来自选择单元30以及振荡器54的Vx以及Vosc。第2电压比较器52比较电压Vx和周期电压Vosc，作为PWM信号在Vosc＞Vx时输出高电平，而在Vosc＜Vx时输出低电平。该PWM信号Vpwm成为根据电压Vx的大小而高电平以及低电平的期间变化的进行脉冲宽度调制后的信号。

图3表示电压Vx和周期电压Vosc以及PWM信号Vpwm的关系。随着电压Vx的值减小到Vx1、Vx2，PWM信号Vpwm的导通期间变长。这里，选择单元30的输出电压Vx如图2所示不会比由第2控制单元20所决定的第2电压V2低。即，PWM信号的导通期间以TONmax为上限。

由脉冲宽度调制器50所生成的PWM信号Vpwm被输入到驱动单元60。

驱动单元60基于PWM信号Vpwm驱动风扇电动机110，包括驱动器62、开关晶体管M1～M4，检测电阻Rd。

开关晶体管M1～M4是MOSFET，根据栅极端子上所施加的电压进行开关动作，并对风扇电动机110间歇式地提供驱动电压。这些开关晶体管M1～M4构成H桥电路。预先使开关晶体管M2、M3截止，并使开关晶体管M1、M4同步地导通/截止，从而能够在风扇电动机110的一个端子上施加电源电压Vdd，在另一端子上施加接近接地电位的电压，并能够使风扇电动机110向某一方向旋转。检测电阻Rd将风扇电动机110中流过的电动机电流变换成电压，并反馈到驱动电路62。

驱动电路62基于从脉冲宽度调制器50输出的PWM信号Vpwm以及来自检测电阻Rd的反馈电压，进行开关晶体管M1～M4的导通/截止的控制。驱动电路62在PWM信号Vpwm的导通期间Ton的期间，使开关晶体管M1、M4对、或者M2、M3对导通，从而对风扇电动机110施加驱动电压。所以，在风扇电动机110上，施加大致PWM信号Vpwm的导通期间那样长的驱动电压，并以大的转矩，即以高转速进行旋转。

图4将控制电压Vcont作为参数表示风扇电动机110的转速和周围温度Ta的关系。如图3所示，PWM信号Vpwm的导通期间由选择单元30输出的电压Vx来决定，电压Vx具有图2(b)所示的温度依赖性。并且，第1电压V1、第2电压V2都与控制电压Vcont成比例，所以选择单元30的输出电压Vx也与控制电压Vcont成比例。选择单元30的输出电压Vx越低，即，控制电压Vcont越低，PWM信号的导通期间越长，风扇电动机110的转速提高。

这里，周围温度Ta上升时，如图2所示，选择单元30的输出电压Vx变低，所以风扇电动机110的转速上升，但是在达到某一定温度Tmax时，输出电压Vx获得恒定值，PWM信号Vpwm的导通期间成为TONmax，风扇电动机110的转速被保持为恒定值。

如上，根据本实施方式中的风扇电动机驱动装置100，能够根据控制电压Vcont以及周围温度Ta来改变风扇电动机110的转速的同时，在成为某恒定温度Tmax以上时使转速保持恒定值而不再上升。该转速达到上限值的温度Tmax能够通过第1控制单元10、第2控制单元20的电阻值来调节，所以能够根据CPU来灵活地调节冷却装置产生的冷却的程度。

(第2实施方式)

图5表示第2实施方式中的风扇电动机驱动装置200的结构。相对于第1实施方式中的风扇电动机驱动装置100用于限制风扇电动机110的转速的上限的技术，本实施方式中的风扇电动机驱动装置200附加了用于控制风扇电动机110的转速的下限值的技术。

风扇电动机驱动装置200除了图1的风扇电动机驱动装置100的构成要素以外，还具有第3控制单元210以及第2选择单元230。在图5中，对与图1一样的构成要素赋予相同的符号，省略详细说明。

第3控制单元210包括第4电阻R4以及第5电阻R5。第3控制单元210通过第4电阻R4以及第5电阻R5对控制电压Vcont进行电阻分压，并乘以第3系数a3后，作为第3电压V3输出。第3系数a3使用第4电阻R4以及第5电阻R5的电阻值，以a3＝R5/(R4+R5)提供，作为第3控制单元210的输出电压的第3电压V3以V3＝a3×Vcont＝R5/(R4+R5)×Vcont提供。第3系数a3为不依赖于周围温度Ta的恒定值。

第2选择单元230上被输入从第3控制单元210输出的第3电压V3以及基准电压Vref。第2选择单元230选择并输出第3电压V3或者基准电压Vref当中低的一方。该第2选择单元230包括第3电压比较器232、第2开关SW2。第3电压比较器232比较第3电压V3以及基准电压Vref，在V3＞Vref时，输出高电平，在V3＜Vref时输出低电平。

第2开关SW2具有输入端子234、236以及输出端子238。输入端子234以及输入端子236上分别施加第3电压V3、基准电压Vref。在从第3电压比较器232输出的电压为低电平时，第2开关SW2对输入端子234侧导通，在高电平时对输入端子236侧导通。其结果，输出端子238上，在第3电压比较器232中的电压比较的结果为V3＞Vref时输出Vref，在V3＜Vref时输出V3。

这样，第2选择单元230选择第3电压V3以及基准电压Vref当中低的一方的电压，作为输出电压Vmin输出。

该输出电压Vmin与来自选择单元30的输出电压Vx一起输入到驱动控制单元40’。第2电压比较器52’基于Vosc、Vx、Vmin三个电压生成PWM信号Vpwm。第2电压比较器52’比较电压Vx和电压Vmin，基于低的一方的电压和周期电压Vosc生成PWM信号。

图6表示电压Vx、Vmin和周期电压Vosc以及PWM信号Vpwm的关系。随着选择单元30的输出电压Vx上升，PWM信号Vpwm的导通期间变短，而在Vx＞Vmin时，导通期间达到下限值，不会再变短。即，风扇电动机110的转速不会变为以第2选择单元230的输出电压Vmin决定的最低转速以下。

图7表示第2选择单元230的输出电压Vmin和控制电压Vcont的关系。第2选择单元230选择并输出与控制电压Vcont成比例的第3电压V3和基准电压Vref当中低的一方的电压。所以，继续提高控制电压Vcont时，第3电压V3也与其成比例提高，但是第2选择单元230的输出电压Vmin不会上升到基准电压Vref以上。

图8将控制电压Vcont作为参数来表示本实施方式中的风扇电动机110的转速和周围温度Ta的关系。随着控制电压Vcont上升，风扇电动机110的最低转速下降，但是，不会下降到在Vmin＝Vref时的最低转速以下。

这样，根据本实施方式中的风扇电动机驱动装置200，能够设定成不依赖于控制电压Vcont而使风扇电动机110的转速以最低转速以上来旋转。

本技术领域人员能够理解，上述实施方式是例示，对这些各构成要素或各处理过程的组合能进行各种变形例，而且，这些变形例也包含在本发明的范围中。

在实施方式中，关于控制电压Vcont以直流电压提供的情况进行了说明，但是也可以是进行了脉冲宽度调制的信号。此时，也可以是通过平滑滤波器使控制电压平滑，从而输入到第1控制单元10、第2控制单元20第3控制单元210。作为平滑滤波器，可使用普通的RC滤波器等。

在第1或者第2实施方式中，选择单元30或者第2选择单元230的功能使用最小值电路或最大值电路也能实现。另外，在本实施方式中，说明了热敏电阻具有负的温度特性的情况，但是也可以是具有正的温度特性的正温度系数热敏电阻。此时，选择单元30可以选择第1电压V1和第2电压V2当中低的一方的电压输出。

在第1或者第2实施方式中，构成风扇电动机驱动装置100、200的元件都可以被一体集成，或者可以分成其他集成电路而构成，进而，也可以是其中一部分由分立元件构成。集成哪些部分，也可以根据成本或占有面积、用途等来决定。

而且，在第1或者第2实施方式中，说明了将冷却装置300搭载于电子计算机来冷却CPU的情况，但是本发明的用途不限于此，能够用于冷却发热体的各种应用。

(第3实施方式)

图9表示第3实施方式中的冷却装置1000的结构。冷却装置1000具有风扇电动机110、控制风扇电动机110的风扇电动机驱动装置400，以基于从外部提供的控制信号CNT或者周围温度Ta的转速来驱动风扇，并进行冷却对象的CPU的冷却。

风扇电动机驱动装置400包括平滑电路410、第2控制电压生成单元420、基准电压源422、选择单元430、驱动控制单元40。该风扇电动机驱动装置400上从外部输入指示风扇电动机110的转速的控制信号CNT。控制信号CNT进行脉冲宽度调制，根据其占空比来控制风扇电动机110的转速。

平滑电路410将脉冲宽度调制过的控制信号CNT进行平滑，并作为第1控制电压Vcnt1输出。图10是表示平滑电路410的结构的电路图。

平滑电路410包括：输入电阻Ri1、晶体管Q10、上拉电阻Rb1、第1集电极电阻Rc1、第2集电极电阻Rc2、平滑电容器C1、第1输出电阻Ro1、第2输出电阻Ro2。

晶体管Q10，发射极被接地，其基极端子上输入被脉冲宽度调制过的控制信号CNT。输入电阻Ri1连接到晶体管Q10的基极端子，调节平滑电路410的输入阻抗。

晶体管Q10的集电极端子上通过第1集电极电阻Rc1、第2集电极电阻Rc2施加稳定后的电压Vreg。上拉电阻Rb1连接到晶体管Q10的基极端子，使没有输入作为输入信号的控制信号CNT时的基极电压稳定到电压Vreg。

第1集电极电阻Rc1和第2集电极电阻Rc2的连接点与接地电位间设置平滑电容器C1。通过晶体管Q10发射极接地放大的控制信号CNT的高电平和低电平反相后从集电极端子输出。平滑电容器C1以及第1集电极电阻Rc1、第2集电极电阻Rc2构成低通滤波器，从晶体管Q10的集电极端子输出的、被放大的控制信号CNT’通过该低通滤波器被除去高频分量后输出。

在平滑电路410的输出级上串联连接的第1输出电阻Ro1、第2输出电阻Ro2与平滑电容器C1并联连接。平滑电路410通过第1输出电阻Ro1以及第2输出电阻Ro2对由平滑电容器C1平滑后的控制信号进行电阻分压，并将两个电阻的连接接点上呈现的电压作为第1控制电压Vcnt1输出。另外，第1控制电压Vcnt1也可以不从第1输出电阻Ro1、第2输出电阻Ro2的连接点而从平滑电容器C1和第2输出电阻Ro2的连接点输出。

图11是表示平滑电路410的输入输出特性的图。图11的横轴表示脉冲宽度调制过的控制信号CNT的占空比，纵轴表示从平滑电路410输出的第1控制电压Vcnt1。

在图10的平滑电路410中，晶体管Q10的基极端子所输入的信号CNT和集电极端子上所呈现的信号CNT’成为高电平和低电平反相后的信号。所以，随着晶体管Q10的基极端子上所输入的控制信号CNT的占空比增加，集电极端子上所呈现的控制信号CNT’的占空比减少。

其结果，通过平滑电容器C1除去了高频分量后的第1控制电压Vcnt1取与外部输入的控制信号CNT的占空比对应的值。第1控制电压Vcnt1如图11所示，在第1控制电压控制信号CNT的占空比低时，取接近于晶体管的集电极端子所施加的稳定后的恒定电压Vreg的值，并随着占空比变高而变低。这样，平滑电路410对脉冲宽度调制过的控制信号CNT进行平滑并输出到后级的选择单元430。

返回到图9。第2控制电压生成单元420生成用于控制风扇电动机110的转速的依赖于周围温度Ta的第2控制电压Vcnt2。第2控制电压生成单元420包括第1电阻R1和热敏电阻Rth串联连接、并施加稳定后的恒定电压Vreg的电阻组。热敏电阻Rth设置在作为冷却对象的CPU的周围，其电阻值根据周围温度Ta而变化。第2控制电压生成单元420将第1电阻R1和热敏电阻Rth的连接点的电压作为第2控制电压Vcnt2输出。使用第1电阻R1以及热敏电阻Rth的电阻值、恒定电压Vreg，以Vcnt2＝Vreg×Rth/(R1+Rth)来提供第2控制电压Vcnt2。热敏电阻Rth的电阻值具有负的温度特性，在周围温度Ta上升时，电阻值减少。

从以上所构成的第2控制电压生成单元420中输出伴随着周围温度Ta的上升而电压值下降的第2控制电压Vcnt2。

选择单元430选择上述的第1控制电压Vcnt1、第2控制电压Vcnt2的其中一个作为控制电压Vx输出。该选择单元430包含第1电压比较器432、开关SW。选择单元430上除了第1控制电压Vcnt1、第2控制电压Vcnt2以外，还输入从基准电压源422输出的基准电压Vref。

第1电压比较器432进行第1控制电压Vcnt1和基准电压Vref的电压比较，在Vcnt1＞Vref时，输出高电平，在Vcnt1＜Vref时输出低电平。

开关SW具有第1输入端子34、第2输入端子36以及输出端子38。第1输入端子34以及第2输入端子36上分别施加第1控制电压Vcnt1、第2控制电压Vcnt2。在从第1电压比较器432输出的电压在低电平时，开关SW对第1输入端子34侧导通，在高电平时，第2输入端子36侧导通。其结果，输出端子38上在Vcnt1＞Vref时，呈现第2控制电压Vcnt2，在Vcnt1＜Vref时，呈现第1控制电压Vcnt1。

选择单元430将输出端子38上呈现的第1控制电压Vcnt1或者第2控制电压Vcnt2的其中一个作为控制电压Vx输出到驱动控制单元40。

选择单元430的开关SW可以通过使用了MOSFET(Metal OxideSemiconductor Field Effect Transitor)的传输门(transfer gate)等构成。并且，作为开关SW，也可以使用市售的开关元件。

选择单元430也可以如图12所示构成。图12的选择单元430包括第1电压比较器432、第1缓冲器80、第2缓冲器82、电阻R31、R32、R33、R34、晶体管Q31、Q32、Q33、Q34、Q35、反相器84。

第1输入端子34所输入的第1控制电压Vcnt1通过第1缓冲器80以及电阻R31输入到作为NPN型的双极晶体管的晶体管Q32的基极端子。

晶体管Q32的基极端子和接地电位间连接着具有作为开关元件功能的晶体管Q31。晶体管Q31的基极端子上被输入第1电压比较器432的输出。

晶体管Q32的发射极端子连接到晶体管Q35的基极端子。晶体管Q35的基极端子和接地间连接着用于稳定电路动作的电阻R33。

第2缓冲器82、电阻R32、晶体管Q33、Q34分别与上述的第1缓冲器80、电阻R31、晶体管Q31、Q34对应设置。与晶体管Q31对应的晶体管Q33的基极端子上连接着反相器84，第1电压比较器432的输出被反相后输入。

设置在选择单元430的输出级的晶体管Q35是PNP型的双极晶体管，具有作为输出晶体管的功能。该晶体管Q35的发射极端子上通过电阻34施加已稳定的电压Vreg。晶体管Q35的发射极端子与输出端子38连接，从输出端子38输出控制电压Vx。

因为第1电压比较器432的输出通过反相器84输入到晶体管Q33，并直接输入到晶体管31，所以晶体管Q31和晶体管Q33其中一方导通。即，在Vcnt1＞Vref时，第1电压比较器432输出高电平，所以晶体管Q31导通，晶体管Q33截止。相反地，在Vcnt1＜Vref时，晶体管Q31截止，晶体管Q33导通。

在Vcnt1＞Vref时，如果晶体管Q31导通，则晶体管Q32的基极端子降低到接地电位附近而固定，所以晶体管Q32截止。

此时，晶体管Q33反而截止，所以在晶体管Q34中，输入到基极端子的第2控制电压Vcnt2被放大，其发射极端子的电压为(Vcnt2-Vbe)。晶体管Q34的发射极端子连接到晶体管Q35的基极端子，所以晶体管Q35的基极端子的电压也为(Vcnt2-Vbe)。其结果，从作为晶体管Q35的发射极端子的输出端子38作为控制电压Vx输出第2控制电压Vcnt2。

另一方面，在Vcnt1＜Vref时，晶体管Q33导通，所以晶体管Q34为截止。此时，因为晶体管Q31反而截止，所以晶体管Q32的基极端子上所输入的第1控制电压Vcnt1被放大，其发射极端子、即晶体管Q35的基极端子上呈现电压(Vcnt1-Vbe)。其结果，从作为晶体管Q35的发射极端子的输出端子38作为控制电压Vx输出第1控制电压Vcnt1。

返回到图9。从选择单元430输出的控制电压Vx被输入到驱动控制单元40。驱动控制单元40包含脉冲调制器50以及驱动单元60，基于所输入的控制电压Vx，驱动风扇电动机110。

脉冲宽度调制器50包含第2电压比较器52，振荡器54，基于所输入的控制电压Vx，生成导通期间变化的PWM(Pulse Width Modulation)信号Vpwm。

振荡器54输出三角波或者锯齿波状的周期电压Vosc。

另外，脉冲宽度调制器50也可以具有以规定的放大率放大所输入的电压Vx的放大器，通过将控制电压Vx变换成适当的信号电平，从而能够与热敏电阻Rth的特性一致来进行幅度宽的设定。

第2电压比较器52上从选择单元430以及振荡器54分别输入控制电压Vx以及周期电压Vosc。第2电压比较器52比较控制电压Vx和周期电压Vosc，作为PWM信号在Vosc＞Vx时输出高电平，在Vsoc＜Vx时输出低电平。该PWM信号Vpwm成为根据控制电压Vx的大小而高电平以及低电平的期间变化的、脉冲宽度调制过的信号。

图13表示控制电压Vx和周期电压Vosc以及PWM信号Vpwm的关系。随着电压Vx的值减小到Vx1、Vx2，PWM信号Vpwm的导通期间变长，即占空比变高。

这里，从选择单元430输出的控制电压Vx为第1控制电压Vcnt1时，PWM信号Vpwm的占空比基于从外部输入的控制信号CNT而变化。如上述，因控制信号CNT的占空比越高，第1控制电压Vcnt1越低，所以PWM信号Vpwm的占空比变高。

而且，在从选择单元430输出的控制电压Vx为第2控制电压Vcnt2时，PWM信号Vpwm的占空比基于周围温度Ta进行变换。如上述，因周围温度Ta越高，第2控制电压Vcnt2越低，所以PWM信号Vpwm的占空比变高。

由脉冲宽度调制器50生成的PWM信号Vpwm被输入到驱动单元60。

驱动单元60基于PWM信号Vpwm驱动风扇电动机110，并包含驱动电路62、开关晶体管M1～M4、检测电阻Rd。

开关晶体管M1～M4是MOSFET，根据施加到栅极端子的电压进行开关动作，并对风扇电动机110间歇式地提供驱动电压。这些开关晶体管M1～M4构成H桥电路。预先使开关晶体管M2、M3截止，并使开关晶体管M1、M4同步导通/截止，从而在风扇电动机110的一个端子上施加电源电压Vdd，在另一端子上施加接近于接地电压的电压，能使风扇电动机110向某一方向旋转。检测电阻Rd将风扇电动机110中流过的电动机电流变换成电压，反馈到驱动电路62。

驱动电路62基于从脉冲宽度调制器50输出的PWM信号Vpwm以及来自检测电阻Rd的反馈电压，进行开关晶体管M1～M4的导通/截止的控制。驱动电路62在PWM信号Vpwm的导通期间Ton时间内，使开关晶体管M1、M4对或者M2、M3对导通，从而对风扇电动机110施加驱动电压。所以，风扇电动机110上被施加大致PWM信号Vpwm的导通期间那样长的驱动电压，以大的转矩、即以高转速进行旋转。

对如上所构成的风扇电动机驱动装置400的动作进行说明。

如图11所示，风扇电动机驱动装置400上没有输入控制信号CNT时，即，占空比为0％时，从平滑电路410输出的第1控制电压Vcnt1为最大电压。第1控制电压Vcnt1随着控制信号CNT的占空比的上升而下降，在比规定的占空比D1大时，变得比从基准电压源422输出的基准电压Vref低。

所以，第1控制电压Vcnt1比基准电压Vref高时，即，控制信号CNT的占空比比规定值D1低时，选择单元430输出第2控制电压Vcnt2。相反地，第1控制电压Vcnt1比基准电压Vref低时，即，控制信号CNT的占空比比规定值D1高时，输出第1控制电压Vcnt1。

风扇电动机驱动装置400在无控制信号CNT输入状态、或者其占空比比规定值D1低时，基于第2控制电压Vcnt2，进行与周围温度Ta对应的冷却风扇的控制。第2控制电压Vcnt2为随着周围温度Ta的上升而下降的电压。如图13所示，驱动控制单元40生成控制电压Vx越低则占空比越高的脉冲宽度调制信号Vpwm，所以随着周围温度Ta的上升，风扇电动机110的转速上升，冷却能力变高。

而且，风扇电动机驱动装置400输入占空比比规定值D1的控制信号CNT时，与周围温度Ta无关，通过从外部提供的控制信号CNT进行冷却的控制。控制信号CNT的占空比上升时，如图11所示，第1控制电压Vcnt1下降，所以从选择单元430输出的控制电压Vx也下降。其结果，因脉冲宽度调制信号Vpwm的占空比变高，所以风扇电动机110的转速上升，冷却能力提高。

如上，根据本实施方式的风扇电动机驱动装置400，通过平滑电路410将脉冲宽度调制过的控制信号CNT一次变换成直流的第1控制电压Vcnt1，在选择单元430与基准电压Vref进行比较，判定其输入的有无。之后，在驱动控制单元40，再次返回到PWM信号Vpmw，驱动风扇电动机110。

根据该风扇电动机驱动装置400，在无输入控制信号CNT的状态时，能够以依赖于周围温度Ta的转速驱动风扇电动机110，在输入控制信号CNT的状态时，能以依赖于该控制信号CNT的占空比的转速驱动风扇电动机110。

本实施方式中的风扇电动机驱动装置400，可由使用了平滑电路410、选择单元430的简易的结构实现有无控制信号CNT的输入的判别，所以与使用微机等构成时相比，可抑制成本。

本技术领域人员能够理解，上述实施方式是例示，在这些各构成要素或各处理工艺的组合可以有各种变形例，而且，这样的变形例也在本发明的范围内。

在第3实施方式中，说明了第2控制电压生成单元420所使用的热敏电阻Rth具有负的温度特性的情况，但是具有正的温度特性的正温度系数热敏电阻也可以。此时，调换第1电阻R1和热敏电阻Rth的位置就可以。

在第3实施方式中说明的高电平、低电平的逻辑值的设定是一例，通过反相器等适当进行反相，能自由地进行变更。平滑电路410生成随着控制信号CNT的占空比变大而电压值减少的第1控制电压Vcnt1，但是相反也可以。例如，以RC滤波器构成平滑电路410的情况下，随着控制信号CNT的占空比变大，第1控制电压Vcnt1的电压值变大。此时，第2控制电压Vcnt2具有正温度特性来构成第2控制电压生成单元420的同时，使后级的逻辑全部反转构成也可以。

在第3实施方式中，构成风扇电动机驱动装置400的元件可被全部一体集成，而且，也可以分成其它的集成电路构成，进而，其一部分也可以由分立元件构成。集成哪些部分，可以根据成本或占有面积、用途等来决定。

产业上的可利用性

本发明中的风扇电动机驱动装置能够适用于使风扇电动机旋转而将物体冷却的冷却装置。

Claims (11)

1、一种风扇电动机驱动装置，其特征在于，具有：

第1控制单元，对控制风扇电动机的转速的控制电压乘以依赖于周围温度的第1系数后作为第1电压输出；

第2控制单元，对所述控制电压乘以规定的第2系数后作为第2电压输出；

选择单元，选择并输出所述第1、第2电压的其中一个；以及

驱动控制单元，基于所述选择单元的输出驱动所述风扇电动机，

所述第1系数和所述第2系数被决定为在风扇电动机的转速应该达到上限的规定的温度下变得相等，

所述选择单元在所述第1系数具有正的温度特性的情况下，选择并输出所述第1、第2电压当中低的一方，在所述第1系数具有负的温度特性的情况下，选择并输出所述第1、第2电压当中高的一方。

2、如权利要求1所述的风扇电动机驱动装置，其特征在于：

所述第1控制单元包含第1电阻和热敏电阻，通过对所述控制电压进行电阻分压，对所述控制电压乘以依赖于所述周围温度的第1系数。

3、如权利要求1所述的风扇电动机驱动装置，其特征在于，

所述选择单元具有：

输出端子；

电压比较器，比较所述第1、第2电压；以及

开关，对所述输出端子切换并输出所述第1、第2电压的其中一个，

所述开关基于所述电压比较器的输出而被切换。

4、如权利要求1所述的风扇电动机驱动装置，其特征在于：

控制所述风扇电动机的转速的控制电压是被脉冲宽度调制过的信号，所述第1、第2控制单元分别对通过平滑滤波器所平滑的所述控制电压乘以所述第1、第2系数后输出。

5、一种风扇电动机驱动装置，其特征在于，具有：

控制单元，对控制风扇电动机的转速的控制电压乘以规定的系数后输出；

选择单元，选择所述控制单元的输出电压和规定的基准电压的其中一个，作为规定所述风扇电动机的最低转速的电压而输出；以及

驱动控制单元，基于所述控制电压来驱动所述风扇电动机，

所述驱动控制单元以对应于从所述选择单元输出的电压所确定的最低转速以上的转速来驱动所述风扇电动机。

6、如权利要求5所述的风扇电动机驱动装置，其特征在于：

控制所述风扇电动机的转速的控制电压是被脉冲宽度调制过的信号，所述控制单元对通过平滑滤波器所平滑过的所述控制电压乘以所述规定的系数后输出。

7、一种风扇电动机驱动装置，其特征在于，具有：

平滑电路，对控制电动机的转速的、进行脉冲宽度调制后的控制信号进行平滑，并作为第1控制电压输出；

第2控制电压生成单元，输出用于控制所述电动机的转速的依赖于温度的第2控制电压；

选择单元，基于所述第1控制电压和所述基准电压的电压比较结果，选择并输出所述第1、第2控制电压的其中一个；以及

驱动控制单元，基于所述选择单元的输出，驱动所述电动机。

8、如权利要求7所述的风扇电动机驱动装置，其特征在于，

所述平滑电路包括：

晶体管，基极端子被输入所述脉冲宽度调制过的控制信号，而发射极被接地；

电容器，连接到所述晶体管的集电极端子侧；以及

上拉电阻，连接到所述晶体管的基极端子，

将所述晶体管的集电极端子上呈现的信号作为所述第1控制电压输出。

9、如权利要求7所述的风扇电动机驱动装置，其特征在于：

所述第2控制电压生成单元包括第1电阻和热敏电阻被串联连接并被施加了恒定电压的电阻组，将所述第1电阻和所述热敏电阻的连接点的电压作为所述第2控制电压输出。

10、如权利要求7所述的风扇电动机驱动装置，其特征在于，

所述选择单元具有：

电压比较器，比较所述第1控制电压和所述基准电压；以及

开关，基于所述电压比较器的电压比较的结果，切换并输出所述第1或者第2控制电压的其中一个。

11、一种冷却装置，其特征在于，具有：

风扇电动机；以及

控制所述风扇电动机的驱动的权利要求1至10的任何一项所述的风扇电动机驱动装置。

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