特許 6645985 直流ファン制御チップ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6645985

(24)【登録日】2020年1月14日

(45)【発行日】2020年2月14日

(54)【発明の名称】直流ファン制御チップ

(51)【国際特許分類】

   G01R 33/09 20060101AFI20200203BHJP

   G01R 33/02 20060101ALI20200203BHJP

【ＦＩ】

   G01R33/09

   G01R33/02 P

   G01R33/02 L

【請求項の数】14

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2016-562590(P2016-562590)

(86)(22)【出願日】2015年4月13日

(65)【公表番号】特表2017-514125(P2017-514125A)

(43)【公表日】2017年6月1日

(86)【国際出願番号】CN2015076430

(87)【国際公開番号】WO2015158231

(87)【国際公開日】20151022

【審査請求日】2017年11月10日

(31)【優先権主張番号】201420178713.2

(32)【優先日】2014年4月14日

(33)【優先権主張国】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】514116947

【氏名又は名称】江▲蘇▼多▲維▼科技有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＭＵＬＴＩＤＩＭＥＮＳＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＣＯ．， ＬＴＤ．

(74)【代理人】

【識別番号】100166372

【弁理士】

【氏名又は名称】山内 博明

(74)【代理人】

【識別番号】100115451

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 武史

(74)【代理人】

【識別番号】100130029

【弁理士】

【氏名又は名称】永井 道雄

(72)【発明者】

【氏名】ガオ ハイピン

(72)【発明者】

【氏名】リー ダン

(72)【発明者】

【氏名】セツ ソンション

(72)【発明者】

【氏名】ジェームス ゲザ ディーク

【審査官】 小川 浩史

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−２１７３０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００５−５１２４８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／１１０３５８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２００８−５４１０３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１６４１７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２９３１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１０１２１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平５−３７１２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１６０５１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１５５０３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／０１８４６０５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−２６８６５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００３／００４２８００（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／００４２９４９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｒ ３３／００−３３／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

磁気抵抗センサ、制御器、駆動器及び基板を含む直流ファン制御チップであって、前記磁気抵抗センサのセンシング方向は、前記直流ファン制御チップの表面に対して直交又は平行であり、前記磁気抵抗センサは、回転子の位置信号、回転子の速度信号、及び回転子の回転方向信号を前記制御器に供給し、前記制御器は、受信した前記各信号に応じて前記駆動器に２つのＰＷＭ信号を出力し、前記駆動器は、前記２つのＰＷＭ信号を受信した後に固定子コイルのＮ極方向及びＳ極方向を制御する駆動信号を出力し、前記磁気抵抗センサの出力で前記駆動器の出力を決定して永久磁石回転子の回転を制御し、前記回転速度が前記２つのＰＷＭ信号のデューティサイクルによって決定され、前記永久磁石回転子のＮ極及びＳ極が、それぞれ、そのＳ極が固定子コイルＬ２のＮ極に、そのＮ極が固定子コイルＬ１のＳ極に位置合わせされた場合に、前記磁気抵抗センサは、転流信号を送信し、転流後、前記永久磁石回転子が連続的に回転し、前記永久磁石回転子のＮ極及びＳ極が、それぞれ、そのＳ極が固定子コイルＬ２のＮ極に、そのＮ極が固定子コイルＬ１のＳ極に再度位置合わせされた場合に、前記磁気抵抗センサは、転流信号を再度送信し、前記磁気抵抗センサ、前記制御器及び前記駆動器のすべてが前記基板上に集積されている、直流ファン制御チップ。

【請求項2】

前記磁気抵抗センサは、電気的に接続されたＩｎＳｂ素子、ＴＭＲ素子、ＧＭＲ素子又はＡＭＲ素子によって形成されている単一チップセンサである、請求項１記載の直流ファン制御チップ。

【請求項3】

前記磁気抵抗センサは、単軸センサ、二軸センサ又は三軸センサである、請求項１又は２記載の直流ファン制御チップ。

【請求項4】

前記単軸センサは、Ｘ軸センサ、Ｙ軸センサ又はＺ軸センサである、請求項３記載の直流ファン制御チップ。

【請求項5】

前記磁気抵抗センサ、前記制御器及び前記駆動器は、前記基板上に別々に集積されている、請求項１記載の直流ファン制御チップ。

【請求項6】

前記磁気抵抗センサ、前記制御器及び前記駆動器は、積み上げられている、請求項１記載の直流ファン制御チップ。

【請求項7】

前記磁気抵抗センサは、前記制御器の上又は下に配置されている、請求項１記載の直流ファン制御チップ。

【請求項8】

前記磁気抵抗センサは、前記駆動器の上又は下に配置されている、請求項１記載の直流ファン制御チップ。

【請求項9】

前記制御器及び前記駆動器は、制御駆動器を形成するように同一のウェハに配置されている、請求項１記載の直流ファン制御チップ。

【請求項10】

前記磁気抵抗センサは、前記制御駆動器の上又は下に配置されている、請求項９記載の直流ファン制御チップ。

【請求項11】

前記制御器、前記駆動器及び前記磁気抵抗センサは、誘導制御駆動器を形成するように同一のウェハに堆積されている、請求項１記載の直流ファン制御チップ。

【請求項12】

さらに、温度信号入力端子、駆動信号出力端子、警報信号出力端子、プログラムにより入力 の機能と出力の機能とを切替設定可能であるプログラマブルＩ／Ｏ端子を含む、請求項１記載の直流ファン制御チップ。

【請求項13】

前記温度信号入力端子、前記警報信号出力端子のすべては、前記制御器に配置され、前記駆動信号出力端子は、前記駆動器に配置されている、請求項１２記載の直流ファン制御チップ。

【請求項14】

ＳＩＰ（シングルインラインパッケージ）、ＤＩＰ（デュアルインラインパッケージ）、ＳＯＰ（スモールアウトラインパッケージ）、ＱＦＮ（クワッドフラットノンリードパッケージ）、ＤＦＮ（デュアルフラットノンリードパッケージ）、ＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）、ＬＧＡ（ランドグリッドアレイ）、ＰＧＡ（ピングリッドアレイ）、ＴＯ（トランジスタアウトライン）、ＱＦＰ（クワッドフラットパッケージ）、ＳＯＴ（スモールアウトライントランジスタ）、ＬＣＣ（リードオンチップ）、ＬＣＣ（チップオンボード）、ＣＯＣ（セラミック基板オンチップ）、ＣＳＰ（チップスケールパッケージ）、ＭＣＭ（マルチチップモジュール）又はセラミックシェルパッケージの形式でパッケージ化されている、請求項１記載の直流ファン制御チップ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、制御チップに関し、特に、磁気抵抗センサを用いる直流ファン制御チップに関する。

【背景技術】

【0002】

科学技術の発展及び生活水準の向上に伴い、電子製品の性能は、継続的に向上している。多くの電子製品の性能の増進は、しばしば、消費電力の増加を伴い、それに応じて多量の熱が発生している。電子製品は、それら自体の熱を放散することはできないので、ファンを加えることによって、放熱する必要がある。

【0003】

現在、市場に広まっている冷却ファンは、主に、ブラシレス直流モータを用いたファンである。ブラシレス直流モータでは、回転子の位置が駆動されるべき固定子コイルを決定し、固定子磁束ベクトルの位置が、モータがスムーズに動作するように、ロータ磁束ベクトルの位置と同期しなければならない。このような目的を達成するために、駆動されるべき固定子コイルを決定する回転子の位置を知ることが必要であり、既存の技術の多くは、このような目的を達成することができる。最も一般的に用いられる技術は、ホール効果磁気センサを用いることによって、回転子の位置を監視することである。しかし、ホール効果センサは、サイズと重量とが大きいので、システムのコストが増加して、信頼性を低下させている。加えて、このセンサは、温度安定性が優れておらず、電力消費も大きい。

【0004】

トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）磁気センサは、近年、業界で適用されている新たな磁気抵抗効果センサである。これは、磁性多層膜材料のトンネル磁気抵抗効果を用いることによって磁場をセンスし、ホール効果磁気センサに対して、サイズも小さく、消費電力も小さく、動作範囲も広い。より重要なことは、従来のホールセンサと比較して、ＴＭＲセンサは、温度安定性の点で絶対的に優れており、より大きな温度変化の環境での用途に適している。明らかな発熱を伴うシステムでは、ファン制御チップが配置されている環境の温度変化の範囲が広く、ＴＭＲセンサは、それに比して、より適用可能である。

【発明の概要】

【0005】

本発明の目的は、従来技術に存在する上記の問題を解決することであり、サイズが小さく、コストが低く、消費電力が低く動作範囲が広い直流ファン制御チップを提供することである。
上記の技術的目的を達成し、かつ、上記の技術的効果を達成するために、本発明は、以下の技術的解決によって実現される。

【0006】

本発明は、磁気抵抗センサ、制御器、駆動器及び基板を含む直流ファン制御チップを提供する。磁気抵抗センサのセンシング方向は、直流ファン制御チップの表面に対して直交又は平行であり、磁気抵抗センサは、回転子の位置信号、回転子の速度信号、及び回転子の回転方向信号を制御器に供給し、制御器は、受信した各信号に応じて駆動器に制御信号を出力し、駆動器は、制御信号を受信した後に駆動信号を出力し、磁気抵抗センサ、制御器及び駆動器のすべてが基板上に集積されている。

【0007】

好ましくは、磁気抵抗センサは、電気的に接続されたＩｎＳｂ素子、ＴＭＲ素子、ＧＭＲ素子又はＡＭＲ素子によって形成されている単一チップセンサである。

【0008】

好ましくは、磁気抵抗センサは、単軸センサ、二軸センサ又は三軸センサである。

【0009】

好ましくは、単軸センサは、Ｘ軸センサ、Ｙ軸センサ又はＺ軸センサである。

【0010】

好ましくは、磁気抵抗センサ、制御器及び駆動器は、基板上に別々に集積されている。

【0011】

好ましくは、磁気抵抗センサ、制御器及び駆動器は、積み上げられている。

【0012】

好ましくは、磁気抵抗センサは、制御器の上又は下に配置されている。

【0013】

好ましくは、磁気抵抗センサは、駆動器の上又は下に配置されている。

【0014】

好ましくは、制御器及び駆動器は、基板に配置される制御駆動器を形成するウェハと同一のウェハに堆積されている。

【0015】

好ましくは、制御器、駆動器及び磁気抵抗センサは、基板に配置される誘導制御駆動器を形成するウェハと同一のウェハに堆積されている。

【0016】

好ましくは、磁気抵抗センサは、制御駆動器の上又は下に配置されている。

【0017】

好ましくは、さらに、直流ファン制御チップは、温度信号入力端子、駆動信号出力端子、警報信号出力端子、プログラマブルＩ／Ｏ端子といった入出力端子を含み、温度信号入力端子、警報信号出力端子と、プログラマブルＩ／Ｏ端子のすべては、制御器に配置され、駆動信号出力端子は、駆動器に配置されている。

【0018】

好ましくは、直流ファン制御チップは、ＳＩＰ（シングルインラインパッケージ）、ＤＩＰ（デュアルインラインパッケージ）、ＳＯＰ（スモールアウトラインパッケージ）、ＱＦＮ（クワッドフラットノンリードパッケージ）、ＤＦＮ（デュアルフラットノンリードパッケージ）、ＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）、ＬＧＡ（ランドグリッドアレイ）、ＰＧＡ（ピングリッドアレイ）、ＴＯ（トランジスタアウトライン）、ＱＦＰ（クワッドフラットパッケージ）、ＳＯＴ（スモールアウトライントランジスタ）、ＬＣＣ（リードオンチップ）、ＬＣＣ（チップオンボード）、ＣＯＣ（セラミック基板オンチップ）、ＣＳＰ（チップスケールパッケージ）、ＭＣＭ（マルチチップモジュール）又はセラミックシェルパッケージの形式でパッケージ化されている。

【0019】

好ましくは、制御信号は、少なくとも一つのＰＷＭ（パルス幅変調）信号を含む。

【0020】

本発明は、従来技術と比較して、以下の有益な効果を有する。
（１）磁気抵抗センサは、制御器及び駆動器に集積されているので、サイズが抑えられ、デバイスコスト及び組立コストも抑えられる。
（２）磁気抵抗センサは、消費電力が低い、特にＴＭＲ素子としている。
（３）ＴＭＲセンサによって表される磁気抵抗センサは、温度安定性に優れ、ダイナミックレンジが広く、信頼性が高い。

【0021】

本発明の技術的な実施形態の技術的解決策をより明確に説明するために、技術的な実施形態で用いる必要がある添付の図面を簡単に紹介する。以下に記載の添付図面は、本発明の可能な実施形態のいくつかのみであり、当業者は、如何なる創造的努力をすることなしに、添付図面に従って、他の図面を取得することができることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の直流ファン制御チップの概略構成図である。

【図2】制御器と駆動器と磁気抵抗センサとの間の位置関係を示す図である。

【図3】直流ファン制御チップの上面図である。

【図4】永久磁石回転子と制御チップとの間の位置関係を示す図である。

【図5】概要回路図及び位相制御シーケンス図である。

【図6】固定子コイルの極性のシーケンス図である。

【発明の実施の形態】

【0023】

本発明の内容は、更に、添付図面及び実施形態を参照して以下に説明されるであろう。

【0024】

図１は、本発明の直流ファン制御チップの概略構成図である。直流ファン制御チップは、磁気抵抗センサ４と、磁気抵抗センサ４に機械的に接続されている制御器５と、制御器５に機械的に接続された駆動器６と、基板７と、温度信号入力端子８と、警報信号出力端子９と、駆動信号出力端子１０と、プログラマブルＩ／Ｏ端子１１とを含む。温度信号入力端子８、警報信号出力端子９及びプログラマブルＩ／Ｏ端子１１は、制御器５に配置され、駆動信号出力端子１０は、駆動器６に配置されている。磁気抵抗センサ４は、電気的に接続されたＩｎＳｂ素子、ＴＭＲ素子、ＧＭＲ素子、ＡＭＲ素子によって形成された単軸センサである。磁気抵抗センサ４は、Ｘ軸センサ、Ｙ軸センサ又はＺ軸センサのような単軸センサとすることができ、２軸センサ又は３軸センサとすることもできる。磁気抵抗センサ４、制御器５及び駆動器６は、図２Ａに示すように、基板７に別々に集積してもよいし、図２Ｂに示すように、基板７に積み上げ方式で集積してもよい。もっとも、これらの間の上下の位置関係は、図２Ｂに示すものに限定されるものではない。磁気抵抗センサ４は、制御器５の上又は下に位置していてもよいし、駆動器６の上又は下に位置していてもよい。図２Ｃは、磁気抵抗センサ４が制御器５の上に位置している状況を示す。加えて、制御器５及び駆動器６は、制御駆動器１２を形成するように、同一のウェハに配置することができる。この際、磁気抵抗センサ４は、図２Ｄに示すように、制御駆動器１２から離れて位置していてもよいし、制御駆動器１２の上又は下に位置していてもよい。図２Ｅは、磁気抵抗センサ４が制御駆動器の上に位置する状況を示す。磁気抵抗センサ４、制御器５及び駆動器６は、図示していないが、基板７に位置される誘導制御駆動器を形成するウェハと同一のウェハに堆積される。磁気抵抗センサ４のセンシング方向は、制御チップ１００の表面に平行（これは、ここではパッケージチップの表面、一般的には基板の表面に平行）とすることができ、すなわち、図３の方向１又は方向２とすることができる。この際、制御チップ１００とファンの永久磁石回転子１０１との間の位置関係は、図４Ａ及び図４Ｂに示されるとおりであり、磁気抵抗センサ４は、Ｘ軸センサ又はＹ軸センサとなる。磁気抵抗センサ４のセンシング方向も、図３に方向３として示されるような、制御チップ１００の表面に対して直交としてもよい。この際、制御チップ１００とファンの永久磁石回転子１０１との間の位置関係は、図４Ｃに示すとおりであり、磁気抵抗センサ４は、Ｚ軸センサとなる。制御チップ１００のセンシング方向は、磁気抵抗センサ４のセンシング方向と同一である。永久磁石回転子１０１が回転を開始した後に、磁気抵抗センサ４は、回転子の回転位置信号、回転速度信号、及び回転方向信号を、永久磁石回転子１０１の動作状態に従って、制御器５に送信する。制御器５は、受信した各信号に応じて制御信号を出力する。この実施形態では、特に、制御器５は、駆動器６に２つのＰＷＭ信号を出力する。駆動器６は、受信した制御信号、すなわち、ＰＷＭ信号に応じて、固定子コイルのＮ極方向とＳ極方向とを制御する駆動信号を出力する。磁気抵抗センサ４の出力は、駆動器６の出力を決定するので、永久磁石回転子の回転を制御するために、誘導子の電流の変化を測定する。この回転速度は、ＰＷＭ信号のデューティサイクルによって決定される。

【0025】

本発明における直流ファン制御チップは、次の形式でパッケージ化することができる。すなわち、ＳＩＰ、ＳＯＰ、ＱＦＮ、ＤＦＮ、ＢＧＡ、ＬＧＡ、ＰＧＡ、ＴＯ、ＱＦＰ、ＳＯＴ、ＬＣＣ、ＬＣＣ、ＣＯＣ、ＣＳＰ、ＭＣＭ、セラミックシェルパッケージなどである。直流ファン制御チップは、図３のＳＯＰ８によりパッケージ化されている。直流ファン制御チップがＳＯＰ、ＴＯなどによってパッケージ化される場合、基板は、金属リードフレームとなる。直流ファン制御チップがＬＧＡによってパッケージ化される場合、基板はＰＣＢである。加えて、基板は、セラミックとすることもできる。

【0026】

図５Ａ及び図５Ｂは、それぞれ、回路図及び位相制御シーケンス図である。制御器５は、磁気抵抗センサ４によって転送された信号を受信した後に、ＰＷＭ１信号及びＰＷＭ２信号を駆動器６に出力する。ＰＷＭ１信号及びＰＷＭ２信号のトリガーポイントは、それぞれ、磁気抵抗センサ４の信号の立ち下がりエッジ及び立ち上がりエッジである。ＰＷＭ１信号及びＰＷＭ２信号がトリガされると、それらはローレベルからハイレベルに変換される。この際、駆動器は、対応する駆動信号を出力して、ステータコイルをＮ極方向及びＳ極方向に変更させることができる。

【0027】

図６Ａ〜図６Ｅは、固定子コイルの極性のシーケンス図である。図６において、コイルＬ１，Ｌ２は、それぞれ、水平方向及び垂直方向に位置している。コイルＬ１，Ｌ２を水平軸及び垂直軸と考えて、これらの交点を原点とした場合、磁気抵抗センサ４は座標軸の１３５度の位置に取り付けられている。図６Ａは、永久磁石回転子が回転を開始することを示し、永久磁石回転子が回転し、それぞれ、そのＮ極が固定子コイルＬ２のＳ極に、そのＳ極が固定子コイルＬ１のＮ極に位置合わせされる。図６Ｂに示すように、磁気抵抗センサは、転流信号を送信する。図６Ｃは、転流後、永久磁石回転子が連続的に回転することを示し、永久磁石回転子のＮ極及びＳ極が、それぞれ、そのＳ極が固定子コイルＬ２のＮ極に、そのＮ極が固定子コイルＬ１のＳ極に再度位置合わせされた場合に、磁気抵抗センサは、図６Ｄに示すように、再度、転流信号を送信する。図６Ｅは、別の転流後、永久磁石回転子が連続的に回転することを示し、その後、図６Ａに示す状態に戻ることができ、この工程が繰り返される。

【0028】

本発明は、好ましい実施形態を用いて上記に詳細に説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。当業者は、本発明の原理に従って様々な変形を行うことができる。したがって、本発明の原理に従って行われた如何なる改変は、すべて本発明の保護範囲内に入ると解釈されるべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】