專利名稱：步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，具體地說(shuō)，涉及一種噪聲低和振動(dòng)小的步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)技術(shù)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，步進(jìn)馬達(dá)用于圖像捕獲的電子裝置，例如，DSC(數(shù)字式靜物照相機(jī))和DVC(數(shù)字式視頻攝像機(jī))，作為調(diào)整孔徑，焦點(diǎn)，縮放等等用的光學(xué)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
步進(jìn)馬達(dá)，尤其是用于圖像捕獲的電子裝置的步進(jìn)馬達(dá)需要以低噪聲和小振動(dòng)進(jìn)行操作。這是因?yàn)椴竭M(jìn)馬達(dá)產(chǎn)生的聲音被內(nèi)裝的微音器捕獲，并作為噪音記錄下來(lái)，而同時(shí)步進(jìn)馬達(dá)產(chǎn)生的振動(dòng)致使圖像模糊，導(dǎo)致記錄的圖像質(zhì)量下降。
針對(duì)這樣的需要，例如，日本公開(kāi)特許公報(bào)No.H06-343295公開(kāi)了一種噪聲低和振動(dòng)小的步進(jìn)馬達(dá)操作的驅(qū)動(dòng)技術(shù)。
圖33是所述日本公開(kāi)特許公報(bào)公開(kāi)的一種驅(qū)動(dòng)裝置。以下的描述將僅僅集中在說(shuō)明所述驅(qū)動(dòng)裝置原理所需的部件上。
在圖33中，標(biāo)號(hào)20表示步進(jìn)馬達(dá)，亦即控制對(duì)象，標(biāo)號(hào)45是轉(zhuǎn)子，而標(biāo)號(hào)19a和19b分別是第一線圈和第二線圈。
增減計(jì)數(shù)器43a根據(jù)增減信號(hào)DA對(duì)時(shí)鐘信號(hào)CLKP進(jìn)行增減計(jì)數(shù)，并向模數(shù)轉(zhuǎn)換器44a提供表示所述計(jì)數(shù)值的4位信號(hào)DA1-DA4。
數(shù)模轉(zhuǎn)換器44a輸出與所述4位信號(hào)DA1-DA4對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)VCA。電壓信號(hào)VCA具有階式增大和減小的階梯波形。電壓信號(hào)VCA的變化速率可以隨時(shí)鐘信號(hào)CLKP的脈沖頻率和電壓信號(hào)VCA的階梯高度而改變，并隨著時(shí)鐘信號(hào)CLKP的脈沖頻率變高或者電壓信號(hào)VCA的階梯高度變大而加速。另外，電壓信號(hào)VCA可以因時(shí)鐘信號(hào)CLKP停止而維持恒定。
在電壓驅(qū)動(dòng)電路39a中，電壓信號(hào)VCA被非反相功率放大器41放大，還被反相功率放大器42a放大。于是，通過(guò)施加電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)連接在功率放大器41a和42a的輸出端子之間的第一線圈19a。
為了通過(guò)施加所述階梯波電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)第二線圈19b，為第二線圈19b設(shè)置類似于上述第一線圈19a的元件，并執(zhí)行相同的操作。
按照這種配置，在向所述線圈供電的時(shí)段開(kāi)始時(shí)，外加的電壓逐漸增大，而同時(shí)所述外加電壓在停止供電時(shí)逐漸減小。由此減小由開(kāi)始和停止供電時(shí)扭矩值急劇波動(dòng)引起的振動(dòng)和噪音。
然而，關(guān)于上述先有技術(shù)的驅(qū)動(dòng)裝置，在階梯信號(hào)下降時(shí)，線圈電流的衰減緩慢，因此，線圈電流不太跟隨階梯信號(hào)。例如，若為了減小步進(jìn)馬達(dá)的振動(dòng)和噪音而采用近似正弦波階梯信號(hào)(以下簡(jiǎn)稱″近似正弦的階梯信號(hào)″)，則情況也還是如此。線圈電流并不準(zhǔn)確跟隨所述近似正弦的階梯信號(hào)。結(jié)果，這就造成第一個(gè)問(wèn)題，即，想要減小振動(dòng)和噪音，卻無(wú)法達(dá)到。
這是嚴(yán)重的問(wèn)題，當(dāng)步進(jìn)馬達(dá)用于圖像捕獲電子裝置，并因而更需要進(jìn)一步減小步進(jìn)馬達(dá)操作的噪音和振動(dòng)時(shí)，情況尤為如此。
另外，有第二個(gè)問(wèn)題，就是所述先有技術(shù)的驅(qū)動(dòng)裝置要求相當(dāng)大的功率，因?yàn)榫€圈電流是連續(xù)供應(yīng)的。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明的第一目的是，提供一種減小由所述裝置驅(qū)動(dòng)的步進(jìn)馬達(dá)的操作所引起的噪音和振動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置。
另外，本發(fā)明的第二個(gè)目的是，提供一種減小驅(qū)動(dòng)步進(jìn)馬達(dá)所要求的功率的驅(qū)動(dòng)裝置。
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置包括供電電流測(cè)量單元，用以測(cè)量輸入到步進(jìn)馬達(dá)線圈的供電電流；基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生單元，用以產(chǎn)生其信號(hào)電平隨時(shí)間連續(xù)變化并且代表所述供電電流的極限值的基準(zhǔn)信號(hào)；斬波單元，用以在導(dǎo)通狀態(tài)下讓供電電流通過(guò)，而在非導(dǎo)通狀態(tài)下停止供電電流；脈寬調(diào)制控制單元，用以(i)使斬波單元在預(yù)定周期進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，并(ii)在每一個(gè)周期中，當(dāng)實(shí)測(cè)電流超過(guò)供電電流要控制到的并由預(yù)定的其信號(hào)電平隨著時(shí)間而變化的基準(zhǔn)信號(hào)代表的極限值時(shí)，使所述斬波單元進(jìn)入非導(dǎo)通狀態(tài)；同步整流單元，用以在導(dǎo)通狀態(tài)下與所述線圈形成閉合電路；同步整流控制單元，用以在斬波單元處于非傳導(dǎo)狀態(tài)的時(shí)段內(nèi)，使所述同步整流單元進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，以便使來(lái)自線圈的再生電流圍繞所述閉合電路循環(huán)流動(dòng)；以及同步整流禁止單元，用以在所述極限值減小的時(shí)段的至少一部份時(shí)間里，禁止同步整流控制單元使所述同步整流單元進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。
這里，基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生單元可以包括階梯生成單元，用于產(chǎn)生階梯信號(hào)；以及積分電路，用于通過(guò)求階梯信號(hào)的積分來(lái)產(chǎn)生基準(zhǔn)信號(hào)。
這里，步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置還可包括橋式整流電路，其中包括斬波單元、同步整流單元和多個(gè)開(kāi)關(guān)單元，用于對(duì)供電電流進(jìn)行整流；以及基準(zhǔn)方向控制單元，用于通過(guò)使橋式整流電路中的每個(gè)開(kāi)關(guān)單元進(jìn)入屬于導(dǎo)通狀態(tài)和非導(dǎo)通狀態(tài)之一的預(yù)定狀態(tài)來(lái)反轉(zhuǎn)待控制的供電電流的方向。
這里，供電電流測(cè)量單元可以是與線圈串聯(lián)的電阻器，并且可利用出現(xiàn)在電阻器兩端的電壓來(lái)實(shí)測(cè)的供電電流。
這里，電阻器可以是導(dǎo)通狀態(tài)的半導(dǎo)體元件。
這里，步進(jìn)馬達(dá)可具有與多個(gè)相位一一對(duì)應(yīng)的多個(gè)線圈，其中，供電電流測(cè)量單元測(cè)量多個(gè)線圈中的每一個(gè)的供電電流；基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生單元產(chǎn)生多個(gè)線圈中的每一個(gè)的基準(zhǔn)信號(hào)；斬波單元被提供給多個(gè)線圈中的每一個(gè)，在導(dǎo)通狀態(tài)向每個(gè)線圈傳遞供電電流并在非導(dǎo)通狀態(tài)停止施加到每個(gè)線圈的供電電流；PWM控制單元對(duì)于多個(gè)線圈中的每一個(gè)執(zhí)行以下步驟(i)在預(yù)定周期使對(duì)應(yīng)的斬波單元進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，以及(ii)當(dāng)實(shí)測(cè)的供電電流在每個(gè)周期超過(guò)極限值時(shí)，使對(duì)應(yīng)的斬波單元進(jìn)入非導(dǎo)通狀態(tài)；同步整流單元被提供給多個(gè)線圈中的每一個(gè)，并在導(dǎo)通狀態(tài)與對(duì)應(yīng)的線圈共同形成單獨(dú)的閉合電路；對(duì)于多個(gè)線圈中的每一個(gè)，同步整流控制單元控制對(duì)應(yīng)的同步整流單元，以便使來(lái)自線圈的再生電流在對(duì)應(yīng)的閉合電路中流通；以及對(duì)于多個(gè)線圈中的每一個(gè)，同步整流禁止單元禁止對(duì)應(yīng)的同步整流控制單元使對(duì)應(yīng)的同步整流單元進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。
發(fā)明的有利效果在具有上述配置的步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置中，供電電流被控制為由基準(zhǔn)信號(hào)所表示的目標(biāo)值，其中基準(zhǔn)信號(hào)的信號(hào)電平隨時(shí)間連續(xù)變化。因此，與其中供電控制的目標(biāo)值是由階梯信號(hào)表示的先有技術(shù)相比，消除了在目標(biāo)值的逐漸增大和減小時(shí)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)所引起的振動(dòng)和噪聲。
此外，為了實(shí)現(xiàn)振動(dòng)和噪聲的充分減小，線圈電流按照由例如近似正弦階梯信號(hào)所表示的供電電流的極限值來(lái)控制。在這種情況下，通過(guò)禁止同步整流，在基準(zhǔn)信號(hào)正以較快速率減小時(shí)的時(shí)段中使線圈電流迅速衰落。因此，線圈電流密切跟隨極限值。另一方面，在上述時(shí)段以外的時(shí)間，電源效率通過(guò)執(zhí)行同步整流從而減小線圈電流的衰落得到提高。
因此，根據(jù)基準(zhǔn)信號(hào)的減小速率提供同步整流的實(shí)行和禁止周期使得能夠?qū)崿F(xiàn)振動(dòng)和噪聲的減小以及取得良好的電源效率。
另外，本發(fā)明的步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置利用電流斬波法對(duì)施加到線圈的供電電流實(shí)行PWM控制。這與電流通過(guò)電壓控制被提供給線圈的情況相比，實(shí)現(xiàn)低功率操作。
這里，積分電路可以通過(guò)利用與階梯信號(hào)的電平的變化速率對(duì)應(yīng)的時(shí)間常數(shù)求階梯信號(hào)的積分，產(chǎn)生跟隨階梯信號(hào)的平均梯度的基準(zhǔn)信號(hào)。
這里，積分電路可以獲取表示階梯信號(hào)的電平的變化速率的變化速率信號(hào)，并根據(jù)變化速率信號(hào)確定時(shí)間常數(shù)。
這里，階梯生成單元可以通過(guò)對(duì)于為階梯信號(hào)的每個(gè)階梯提供一個(gè)脈沖的脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)，來(lái)產(chǎn)生階梯信號(hào)，其中步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置還包括用于識(shí)別脈沖信號(hào)的脈沖鑒頻單元，以及積分電路根據(jù)識(shí)別結(jié)果確定時(shí)間常數(shù)。
根據(jù)上述配置，產(chǎn)生平滑的基準(zhǔn)信號(hào)，以便跟隨相應(yīng)的階梯信號(hào)，其中的每個(gè)以不同的速率變化。因此，對(duì)于步進(jìn)馬達(dá)的各種旋轉(zhuǎn)頻率，可以實(shí)現(xiàn)振動(dòng)和噪聲的減小。
這里，步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置還可以包括接收單元，用于接收表示階梯信號(hào)的每個(gè)階梯的電平的數(shù)據(jù)信號(hào)，其中，階梯生成單元通過(guò)在對(duì)應(yīng)于每個(gè)階梯的時(shí)段內(nèi)對(duì)所接收的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，來(lái)產(chǎn)生階梯信號(hào)。
按照這個(gè)配置，根據(jù)數(shù)據(jù)信號(hào)產(chǎn)生接近任何波形的階梯信號(hào)。尤其是利用近似正弦階梯信號(hào)對(duì)振動(dòng)和噪聲的減小產(chǎn)生顯著效果。
這里，基準(zhǔn)方向可由極性信號(hào)來(lái)表示，其中，步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置還包括定時(shí)調(diào)整單元，用于把極性信號(hào)延遲使極限值減小預(yù)定量所需的一個(gè)時(shí)段，以及基準(zhǔn)方向控制單元根據(jù)延遲后的極性信號(hào)反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)方向。
在極性信號(hào)當(dāng)基準(zhǔn)信號(hào)所表示的極限值仍然沒(méi)有充分接近零時(shí)反轉(zhuǎn)其相位的情況下，這個(gè)配置具有積極的效果。在上述配置中，在經(jīng)過(guò)極性信號(hào)的反相之后使極限值充分接近零所需的時(shí)段之前，基準(zhǔn)方向沒(méi)有被反轉(zhuǎn)。因此，與極性信號(hào)的反相之后立即反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)方向的情況相比，可減小線圈電流的波紋因數(shù)。因此，可充分減小馬達(dá)被驅(qū)動(dòng)時(shí)引起的振動(dòng)和噪聲。
這里，基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生單元可以包括階梯生成單元，用于產(chǎn)生階梯信號(hào)；以及積分電路，用于通過(guò)求階梯信號(hào)的積分產(chǎn)生基準(zhǔn)信號(hào)，其中PWM控制單元在階梯信號(hào)的電平為零時(shí)的時(shí)段中使斬波單元保持為非導(dǎo)通狀態(tài)。
這個(gè)配置不僅得到上述效果，而且還提高電源效率，因?yàn)榧拥骄€圈的供電在基準(zhǔn)信號(hào)為零時(shí)的時(shí)段中被完全停止。
這里，供電電流測(cè)量單元可以輸出通過(guò)把正偏移量附加到實(shí)測(cè)的供電電流所得到的測(cè)量結(jié)果，其中，PWM控制單元(i)在預(yù)定周期中使斬波單元進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，以及(ii)當(dāng)測(cè)量結(jié)果在各周期中超過(guò)極限值時(shí)，使斬波單元進(jìn)入非導(dǎo)通狀態(tài)。
存在一個(gè)問(wèn)題對(duì)于低于預(yù)定電流電平的線圈電流，沒(méi)有得到來(lái)自供電電流測(cè)量單元的輸出，因此線圈電流無(wú)法被控制為低于預(yù)定電流電平。上述配置消除了這個(gè)問(wèn)題，即使在各供電電流測(cè)量單元之間的個(gè)體差異以及溫度變化的最壞情況下。也就是說(shuō)，線圈電流可被正確控制為基準(zhǔn)信號(hào)所表示的極限值，直至它達(dá)到零。因此，、根除了基準(zhǔn)方向反轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生的會(huì)產(chǎn)生波紋因數(shù)的線圈電流的下降，因此可以充分地減小馬達(dá)被驅(qū)動(dòng)時(shí)引起的振動(dòng)和噪聲。
為了解決上述問(wèn)題，一種驅(qū)動(dòng)裝置步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)方法(所述驅(qū)動(dòng)裝置具有同步整流單元，所述同步整流單元在導(dǎo)通狀態(tài)下與包括在步進(jìn)馬達(dá)中的線圈共同形成閉合電路)包括以下步驟(a)測(cè)量施加到線圈的供電電流；(b)產(chǎn)生表示供電電流的極限值并且其信號(hào)電平隨時(shí)間連續(xù)變化的基準(zhǔn)信號(hào)；(c)在預(yù)定周期使供電電流開(kāi)始流向線圈并且當(dāng)每個(gè)周期中實(shí)測(cè)的供電電流超過(guò)極限值時(shí)停止供電電流；(d)在停止供電電流的同時(shí)使同步整流單元進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，從而使來(lái)自線圈的再生電流在閉合電路中流通；以及(e)在步驟(d)中，在極限值正減小的時(shí)段中的至少一部分時(shí)段內(nèi)禁止使同步整流單元進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。
這里，步驟(b)可包括產(chǎn)生階梯信號(hào)的階梯生成子步驟；以及通過(guò)求階梯信號(hào)的積分來(lái)產(chǎn)生基準(zhǔn)信號(hào)的積分子步驟。
這里，積分子步驟可通過(guò)利用與階梯信號(hào)的電平的變化速率對(duì)應(yīng)的時(shí)間常數(shù)求階梯信號(hào)的積分來(lái)產(chǎn)生跟隨階梯信號(hào)的平均梯度的基準(zhǔn)信號(hào)。
這里，步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置還可包括以下步驟(f)獲取表示待控制的供電電流的基準(zhǔn)方向的極性信號(hào)；(g)把極性信號(hào)延遲使極限值減小預(yù)定量所需的一個(gè)時(shí)段；以及(h)根據(jù)延遲后的極性信號(hào)反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)方向。
這里，步驟(a)可包括把正偏移量附加到實(shí)測(cè)的供電電流的偏移量附加子步驟，其中，所述步驟(a)獲取其中已經(jīng)附加正偏移量的供電電流作為測(cè)量結(jié)果，以及所述步驟(c)在預(yù)定周期中使供電電流開(kāi)始流向線圈并且當(dāng)每個(gè)周期中測(cè)量結(jié)果超過(guò)極限值時(shí)停止所述供電電流。
根據(jù)這些方法驅(qū)動(dòng)步進(jìn)馬達(dá)可取得針對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置所述的同樣效果。
附圖簡(jiǎn)介從以下結(jié)合闡述本發(fā)明具體實(shí)施例的附圖所進(jìn)行的說(shuō)明中，本發(fā)明的這些目的及其它目的、優(yōu)點(diǎn)和特征將變得十分清楚。
附圖包括

圖1是原理框圖，表示根據(jù)第一實(shí)施例的步進(jìn)馬達(dá)的配置；圖2是原理框圖，表示階梯生成單元的配置；圖3是波形圖，說(shuō)明階梯生成單元中主信號(hào)的時(shí)間變化；圖4是原理框圖，表示積分電路的配置；圖5A和5B是概念圖，表示可以獲得各自跟隨具有不同速率的階梯信號(hào)的、由時(shí)間常數(shù)確定的基準(zhǔn)信號(hào)；圖6是原理框圖，表示同步整流禁止單元的配置；圖7是波形圖，說(shuō)明與對(duì)于同步整流的禁止控制有關(guān)的主信號(hào)的時(shí)間變化；圖8是波形圖，說(shuō)明與PWM控制有關(guān)的主信號(hào)的時(shí)間變化；
圖9是概念圖，用于說(shuō)明根據(jù)激勵(lì)邏輯單元施加的控制形成的線圈電流路徑徑；圖10是波形圖，說(shuō)明與PWM控制有關(guān)的主信號(hào)的時(shí)間變化；圖11A和11B是再生電流路徑的等效電路，在每一個(gè)電路中，考慮了線圈上的反電動(dòng)勢(shì)；圖12是曲線圖，說(shuō)明由電流路徑所確定的再生電流的衰落特性；圖13是原理框圖，表示與基準(zhǔn)信號(hào)生成有關(guān)的改型；圖14是原理框圖，表示脈沖鑒頻單元的配置；圖15是波形圖，說(shuō)明脈沖鑒頻單元中主信號(hào)的時(shí)間變化；圖16是原理框圖，表示與基準(zhǔn)信號(hào)生成有關(guān)的另一種改型；圖17是原理框圖，表示根據(jù)第三實(shí)施例的積分電路的配置；圖18是原理框圖，表示根據(jù)第四實(shí)施例的步進(jìn)馬達(dá)的配置；圖19是原理框圖，表示定時(shí)調(diào)整單元的配置；圖20是波形圖，說(shuō)明定時(shí)調(diào)整單元中主信號(hào)的時(shí)間變化；圖21A和21B是概念圖，表示用于反轉(zhuǎn)線圈電流的基準(zhǔn)方向的定時(shí)調(diào)整的作用；圖22是原理框圖，表示定時(shí)調(diào)整單元的另一種配置；圖23A和23B是原理框圖，表示供電電流測(cè)量單元的改型；圖24是曲線圖，表示放大器的輸入輸出特性的分布；圖25是波形圖，說(shuō)明用于供電電流測(cè)量的放大器的輸入輸出特性所確定的線圈電流的時(shí)間變化；圖26是運(yùn)算放大器的等效電路，其中，把正偏移量附加到輸入輸出特性上；圖27是原理框圖，表示與階梯生成有關(guān)的改型；圖28是波形圖，說(shuō)明接收單元中接收信號(hào)和主信號(hào)的時(shí)間變化；圖29是原理框圖，表示接收單元的配置；圖30是原理框圖，表示地址計(jì)數(shù)器電路、數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器電路、串并行轉(zhuǎn)換電路以及寫(xiě)信號(hào)生成電路的配置；
圖31是原理框圖，表示地址解碼器電路的配置；圖32是原理框圖，表示寄存器電路的配置；以及圖33是原理框圖，表示傳統(tǒng)步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的配置。
具體實(shí)施例方式
參照附圖來(lái)描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置。
1.第一實(shí)施例本發(fā)明的第一實(shí)施例的步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置產(chǎn)生其信號(hào)電平隨時(shí)間連續(xù)變化的基準(zhǔn)信號(hào)?；鶞?zhǔn)信號(hào)的電平表示供電電流的極限值。這里，‘其電平隨時(shí)間連續(xù)變化的信號(hào)’表示該信號(hào)的信號(hào)電平?jīng)]有突然的階式變化。這類信號(hào)的實(shí)例是正弦波信號(hào)、其上升和下降均為傾斜的三角波信號(hào)以及梯形波信號(hào)。
步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置根據(jù)所產(chǎn)生的基準(zhǔn)信號(hào)表示的極限值對(duì)施加到馬達(dá)線圈的電流實(shí)行PWM(脈寬調(diào)制)控制。更明確地說(shuō)，采用電流斬波法來(lái)執(zhí)行PWM控制。
另外，步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)同步整流。在所述整流過(guò)程中，在提供給馬達(dá)線圈的電流停止的周期期間，使同步整流用的開(kāi)關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)，并與馬達(dá)線圈一起形成閉合電路。在所述閉合電路中，來(lái)自馬達(dá)線圈的再生電流經(jīng)過(guò)所述開(kāi)關(guān)循環(huán)流動(dòng)。然而所述開(kāi)關(guān)至少在當(dāng)基準(zhǔn)信號(hào)所代表的所述極限值減小的一段時(shí)間里所述開(kāi)關(guān)不導(dǎo)通，而來(lái)自馬達(dá)線圈的再生電流經(jīng)過(guò)一個(gè)與所述開(kāi)關(guān)并聯(lián)的續(xù)流二極管循環(huán)流動(dòng)。簡(jiǎn)而言之，所述同步整流在所述時(shí)段中被禁止。
下面參照附圖解釋所述步進(jìn)馬達(dá)裝置的細(xì)節(jié)。
1.1總體配置圖1是功能框圖，表示所述步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的總體配置。應(yīng)當(dāng)指出，由所述裝置驅(qū)動(dòng)的步進(jìn)馬達(dá)也示于圖中。
在圖1中，標(biāo)號(hào)20表示步進(jìn)馬達(dá)，標(biāo)號(hào)45是轉(zhuǎn)子，而標(biāo)號(hào)19a和19b是第一線圈和第二線圈，各自對(duì)應(yīng)于不同的相位。
所述步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置包括脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生單元1、基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生單元110a、同步整流禁止單元(下文中簡(jiǎn)稱SR禁止單元)115a、PWM控制單元120a、橋式整流電路130a、供電電流測(cè)量單元140a和電源8。
因?yàn)闉楦鱾€(gè)線圈提供相同的部件，所以以下的描述介紹第一線圈的部件作為典型的示例。
基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生單元110a包括階梯生成單元2和積分電路3。PWM控制單元120a包括比較器4、觸發(fā)器5和激勵(lì)邏輯單元6.。包括在所述激勵(lì)邏輯單元6中的是防止直通電流(flow-through protection)邏輯裝置7。橋式整流電路130a包括MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，以下簡(jiǎn)稱”晶體管”)10至13和續(xù)流二極管14至17。
激勵(lì)邏輯單元6起本申請(qǐng)的權(quán)利要求引用的同步整流控制單元以及基準(zhǔn)方向控制單元的作用。通過(guò)向橋式整流電路130a發(fā)送預(yù)定的柵極信號(hào)，激勵(lì)邏輯單元6控制基準(zhǔn)電流的方向(以下稱”基準(zhǔn)方向”)，用以控制同步整流和供電電流。
向線圈19a提供電流時(shí)，晶體管11和13中與基準(zhǔn)方向?qū)?yīng)的一個(gè)按照從激勵(lì)邏輯單元6發(fā)送的柵極信號(hào)對(duì)供電電流進(jìn)行斬波。這里，晶體管11和13是權(quán)利要求所引用的斬波單元。在再生周期中，晶體管10和12都進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，而來(lái)自線圈19的再生電流受同步整流控制?；蛘?，晶體管10和12中的一個(gè)進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，而同時(shí)另一個(gè)進(jìn)入非導(dǎo)通狀態(tài)，而再生電流經(jīng)過(guò)與處于非導(dǎo)通狀態(tài)的所述晶體管并聯(lián)的續(xù)流二極管循環(huán)流動(dòng)。
供電電流測(cè)量單元140a包括接通電阻校準(zhǔn)電路24、晶體管23和放大器21。
1.2階梯生成單元2圖2是功能框圖，表示階梯生成單元2的詳細(xì)配置。按照變化速率信號(hào)FDA所確定的，變化速率切換單元在時(shí)鐘信號(hào)CLKP和由時(shí)鐘信號(hào)CLKP二分頻而獲得的信號(hào)之間進(jìn)行選擇。所述變化速率切換單元把所選擇的信號(hào)發(fā)送給增減計(jì)數(shù)器作為信號(hào)CR，后者為階梯信號(hào)的每個(gè)階梯提供一個(gè)脈沖。
增減計(jì)數(shù)器根據(jù)增減信號(hào)DA對(duì)信號(hào)CR進(jìn)行增或者減計(jì)數(shù)，并向只讀存儲(chǔ)器(ROM)輸出計(jì)數(shù)值DA0-DA3。只讀存儲(chǔ)器預(yù)先存儲(chǔ)表示例如近似正弦的階梯信號(hào)每一個(gè)階梯電平的數(shù)據(jù)，并向模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出由增減計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值DA0-DA3識(shí)別的階梯電平數(shù)據(jù)DD0，DD1，...，DDn。數(shù)模轉(zhuǎn)換器把所述階梯電平數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬電壓，并將其作為近似正弦的階梯信號(hào)VCA輸出。由于增減計(jì)數(shù)器、只讀存儲(chǔ)器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器全都是眾所周知的通用電路，這里不再對(duì)它們進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
圖3是波形圖，表示階梯生成單元2中主信號(hào)隨時(shí)間的變化，并舉例說(shuō)明變化速率信號(hào)FDA(未示出)的電平，例如是高電平的情況。
從時(shí)刻t10到時(shí)刻t11，提供時(shí)鐘信號(hào)CLKP、高電平極性信號(hào)PHCA和高電平增減信號(hào)DA。根據(jù)這些信號(hào)，增減計(jì)數(shù)器輸出從0增加到15的計(jì)數(shù)值DA0-DA3。數(shù)模轉(zhuǎn)換器對(duì)從ROM讀出的步進(jìn)電平數(shù)據(jù)DD0-DDn進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，并由此產(chǎn)生近似正弦的階梯信號(hào)VCA的1/4周期。
從時(shí)刻t11到時(shí)刻t12，提供低電平增減信號(hào)DA。增減計(jì)數(shù)器輸出一個(gè)從15減小到0的計(jì)數(shù)值DA0-DA3。數(shù)模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生近似正弦的階梯信號(hào)VCA的下一個(gè)1/4周期。
在時(shí)刻t12，計(jì)數(shù)值DA0-DA3一達(dá)到零，所述極性信號(hào)PHCA便切換到低電平。
從時(shí)刻t12到t14，產(chǎn)生近似正弦的階梯信號(hào)VCA周期的余下部分(亦即，第二半周)，同時(shí)，極性信號(hào)PHCA保持低電平。
這里應(yīng)該指出，當(dāng)步進(jìn)頻率EDA的電平低時(shí)，信號(hào)CR將是通過(guò)對(duì)時(shí)鐘信號(hào)CLKP二分頻獲得的信號(hào)。在這種情況下，所產(chǎn)生的近似正弦的階梯信號(hào)VCA具有圖3中舉例示出的頻率的一半。這里通過(guò)外部電路(未示出)分別預(yù)先調(diào)整極性信號(hào)PHCA和增-減信號(hào)DA，以便使極性信號(hào)PHCA和增-減信號(hào)DA各自具有適當(dāng)?shù)念l率，然后提供這些信號(hào)。
1.3積分電路3圖4是電路圖，表示積分電路3的詳細(xì)配置。這個(gè)電路稱作巴氏低通濾波器。積分電路3利用與變化速率信號(hào)FDA對(duì)應(yīng)的時(shí)間常數(shù)求階梯信號(hào)VCA的積分，以便輸出跟隨階梯信號(hào)VCA的平均梯度的基準(zhǔn)信號(hào)VCTA。
為此，提供由變化速率信號(hào)FDA控制的開(kāi)關(guān)SW1和SW2，從而調(diào)整確定時(shí)間常數(shù)的電阻值。
圖5A和5B是概念圖，表示可以獲得由時(shí)間常數(shù)確定的各自跟隨具有不同變化速率的階梯信號(hào)VCA的基準(zhǔn)信號(hào)VCTA。
高電平變化速率信號(hào)FDA表明階梯信號(hào)VCA以高頻增大和減小。當(dāng)提供這個(gè)高電平變化速率信號(hào)FDA時(shí)，開(kāi)關(guān)SW1和SW2短路。因此，電阻設(shè)置為低，從而時(shí)間常數(shù)設(shè)置為較短。圖5A表明，在這樣一種情況下，產(chǎn)生基準(zhǔn)信號(hào)VCTA，它跟隨以高頻增大和減小的階梯信號(hào)VCA的平均梯度。
低電平變化速率信號(hào)FDA表明階梯信號(hào)VCA以低頻增大和減小。當(dāng)提供這個(gè)低電平變化速率信號(hào)FDA時(shí)，開(kāi)關(guān)SW1和SW2開(kāi)路。因此，電阻設(shè)置為高，從而時(shí)間常數(shù)設(shè)置為較長(zhǎng)。圖5B表明，在這樣一種情況下，產(chǎn)生基準(zhǔn)信號(hào)VCTA，它跟隨以低頻增大和減小的階梯信號(hào)VCA的平均梯度。
以上述方式產(chǎn)生的基準(zhǔn)信號(hào)VCTA具有連續(xù)電平變化，并且不再具有如在階梯信號(hào)VCA中看到的那種突然的階式變化。
1.4 SR禁止單元115a圖4是功能框圖，表示SR禁止單元115a的詳細(xì)配置。SR禁止單元115a根據(jù)計(jì)數(shù)值DA0-DA3和增-減信號(hào)DA，至少在計(jì)數(shù)值DA0-DA3減小的一段時(shí)段，輸出同步整流禁止信號(hào)(下文稱SR禁止信號(hào))MMCPA。按照?qǐng)D6的這個(gè)具體的例子，當(dāng)增-減信號(hào)DA處于減計(jì)數(shù)階段(亦即低電平)以及計(jì)數(shù)值DA0-DA3處于7和0之間時(shí)，輸出SR禁止信號(hào)MMCPA。
圖7是波形圖，舉例說(shuō)明與對(duì)同步整流的禁止控制有關(guān)的主信號(hào)隨時(shí)間的變化。該圖與圖3中所示的某些信號(hào)一起描述了基準(zhǔn)信號(hào)VCTA和SR禁止信號(hào)MMCPA。正如在圖77可以看到的，當(dāng)所述階梯信號(hào)VCA以相對(duì)較快的速率減小時(shí)，輸出SSR禁止信號(hào)MMCPA。
1.5對(duì)線圈電流的PWM控制操作以下說(shuō)明與脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生單元1、基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生單元110a、SR禁止單元115a、脈寬調(diào)制控制單元120a、橋式整流電路130a和供電電流測(cè)量單元140a協(xié)作執(zhí)行的線圈供電和再生控制的操作細(xì)節(jié)。
首先，描述進(jìn)行同步整流的情況。
圖8是波形圖，表示與當(dāng)進(jìn)行同步整流時(shí)對(duì)線圈電流的控制有關(guān)的主控制信號(hào)隨時(shí)間的變化。所述圖舉例說(shuō)明當(dāng)極性信號(hào)PHCA處于低電平而SR禁止信號(hào)MMCPA也處于低電平時(shí)的情況。
脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生單元1產(chǎn)生脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號(hào)SETE(未示出)，它指示在預(yù)定周期中向線圈提供電流的時(shí)段的開(kāi)始。
觸發(fā)器5與脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號(hào)SETE的下降沿同步置位。當(dāng)向所述線圈提供的供電電流超過(guò)所述基準(zhǔn)信號(hào)VCTA所代表的電流時(shí)，比較器4輸出使所述觸發(fā)器5復(fù)位的信號(hào)。觸發(fā)器5輸出的供電指令信號(hào)Q的電平或者表示供電時(shí)段(高電平Q)或者表示再生時(shí)段(低電平Q)。
防直通電流邏輯單元7產(chǎn)生信號(hào)CHA1，表示縮短的供電時(shí)段，以及信號(hào)CHA2，表示縮短的再生時(shí)段。所述激勵(lì)邏輯單元6按照信號(hào)CHA1和CHA2和極性信號(hào)PHCA輸出相應(yīng)的柵極信號(hào)GA1-GA4。
這里應(yīng)該指出，柵極信號(hào)GA1和GA3是負(fù)邏輯信號(hào)，其中的每一個(gè)在所述信號(hào)處于低電平時(shí)使相應(yīng)的晶體管進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。另一方面，柵極信號(hào)GA2和GA4是正邏輯信號(hào)，其中的每一個(gè)在所述信號(hào)處于高電平時(shí)使相應(yīng)的晶體管進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。
如圖8所示，電源指令信號(hào)Q的一個(gè)周期被分成(A)縮短的供電時(shí)段，(B)防直通電流時(shí)段和(C)縮短的再生時(shí)段。各周期由信號(hào)CHA1和CHA2的電平的組合決定。
極性信號(hào)PHCA總是低電平。柵極信號(hào)GA1在縮短的再生時(shí)段(因此，所述晶體管10只有在這期間才導(dǎo)通)期間變成低電平，而柵極信號(hào)CA2在縮短的供電時(shí)段期間變成高電平(晶體管11只有在這期間才導(dǎo)通)。另外，柵極信號(hào)GA3總是低電平(晶體管12總是導(dǎo)通)，而柵極信號(hào)GA4總是低電平(晶體管13總不處于導(dǎo)通狀態(tài))。
圖9是概念示意圖，舉例說(shuō)明在上述周期期間按照由激勵(lì)邏輯單元6所進(jìn)行的控制形成的線圈電流路徑。
路徑A是在縮短的供電時(shí)段期間形成的。電流沿著路徑A輸送到所述線圈，并且供電電流逐漸增加。
一旦供電電流超過(guò)由階梯信號(hào)VCA表示的電流，所述周期便向流通防護(hù)周期移動(dòng)，并形成路徑B。所述再生電流從所述線圈沿著路徑B通過(guò)續(xù)流二極管14和晶體管12循環(huán)，然后逐漸地衰減。
在所述縮短的再生時(shí)段中，形成路徑C。所述再生電流從所述線圈在沿著路徑C經(jīng)由晶體管10和12流通時(shí)逐漸地衰減。再生電流沿著路徑循環(huán)的這種狀態(tài)是同步整流。
提供直通防護(hù)時(shí)段，以便使晶體管10和11兩者不會(huì)在電流路徑從一個(gè)向另一個(gè)切換時(shí)同時(shí)進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)而使電流源8短路。
在每個(gè)脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號(hào)周期重復(fù)上述控制操作，并通過(guò)由階梯信號(hào)代表的極限值控制所述線圈電流。
其次，描述不進(jìn)行同步整流的情況。
圖10是波形圖，表示不進(jìn)行同步整流時(shí)與對(duì)線圈電流進(jìn)行的控制有關(guān)的主控制信號(hào)隨時(shí)間的變化。該圖說(shuō)明極性信號(hào)PHCA處于低電平而同時(shí)SR禁止信號(hào)MMCPA處于高電平時(shí)的情況。
在所述情況下，不進(jìn)行同步整流，SR禁止信號(hào)MMCPA變成高電平并屏蔽信號(hào)CHA2。結(jié)果，柵極信號(hào)GA1的電平不僅在縮短的供電時(shí)段和直通防護(hù)時(shí)段期間，而且在縮短的再生時(shí)段期間維持在高電平，因此晶體管10不導(dǎo)通。結(jié)果，所述線圈電流沿著路徑B經(jīng)過(guò)續(xù)流二極管不斷循環(huán)，并逐漸地衰減。就是說(shuō)，不進(jìn)行同步整流。
不進(jìn)行同步整流時(shí)，所述再生電流由于續(xù)流二極管14.的電壓損失而被抑制。因此，與進(jìn)行同步整流的情況相比，儲(chǔ)存在所述線圈19a中的能量快速減小，從而使再生電流快速衰減。
當(dāng)極性信號(hào)PHCA處于高電平時(shí)，以圖7中所示電路左-右鏡像反轉(zhuǎn)的方式進(jìn)行上面描述的同一操作。
按照上述配置，為了禁止同步整流，當(dāng)階梯信號(hào)VCA以相對(duì)較快的速率減小時(shí)，輸出SR信號(hào)禁止MMPCA。由此，所述線圈電流在這期間快速衰減，并因此使線圈電流緊緊跟隨所述極限值。而且，在上述周期以外的時(shí)間里，通過(guò)減輕線圈電流的衰退而提高電源效率。
1.5禁止同步整流的功能如上所述，與進(jìn)行同步整流時(shí)相比，不進(jìn)行同步整流時(shí)來(lái)自所述線圈的再生電流快速衰減。這將利用下列等效電路解釋。
圖11A和11B是圖9中所示路徑C和路徑B的等效電路。圖中示出這樣兩個(gè)等效電路它們考慮到由于馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)而出現(xiàn)在所述線圈的反電動(dòng)勢(shì)但忽略所述晶體管的導(dǎo)通電阻。在這些附圖中，I＝線圈電流，L＝所述線圈的電抗值，R＝所述線圈的電阻，而E是由于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生磁場(chǎng)變化而在所述線圈出現(xiàn)的反電動(dòng)勢(shì)。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，假設(shè)E是與所述馬達(dá)的轉(zhuǎn)速有關(guān)的常數(shù)。
這里，t＝以供電周期切換到再生周期的時(shí)刻為基點(diǎn)(即，t＝0)的時(shí)間，I0＝t為0時(shí)的線圈電流，r＝L/r(時(shí)間常數(shù))，而Vd＝續(xù)流二極管的電壓損失。圖11A中的進(jìn)行同步整流的等效電路的線圈電流值Ia，可以用以下方程式表示Ia＝(I0+(E/R)×exp(-t/τ)-E/R (0≤t) (方程式1)圖11B中不進(jìn)行同步整流的等效電路的線圈電流值1b表達(dá)為
Lb＝(I0+(E+Vd)/R)×exp(-t/τ)-(E+Vd)/R (0≤t) (方程式2)圖12是曲線圖，表示分別用方程式1和方程式2表達(dá)的再生電流衰減特性的例子。圖中示出的這些例子中假定Vd為大約0.7V而E比-Vd小得多。
從方程式1可知，數(shù)值-(E/R)隨著馬達(dá)旋轉(zhuǎn)速度增大而增大，其結(jié)果是線圈電流衰退減慢。若禁止同步整流，則線圈上出現(xiàn)的反電動(dòng)勢(shì)被續(xù)流二極管的電壓損失抵銷，因此將會(huì)加速線圈電流的衰減。
這意味著，當(dāng)極限值的絕對(duì)值快速減小時(shí)，禁止同步整流將使線圈電流緊緊地跟隨極限值。所述效果是顯著的，在線圈電流衰減的時(shí)候馬達(dá)旋轉(zhuǎn)速度高時(shí)尤為如此。
1.7評(píng)論使用階梯作為基準(zhǔn)信號(hào)存在一個(gè)問(wèn)題。即，因階梯信號(hào)的電平逐漸增大和減小時(shí)出現(xiàn)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)而產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)。但是，本發(fā)明的基準(zhǔn)信號(hào)VCTA沒(méi)有逐漸的電平變化。因此，本發(fā)明完全消除了上述問(wèn)題。
為了阻止振動(dòng)和噪聲，線圈電流被控制為例如由近似正弦基準(zhǔn)信號(hào)表示的極限值。在這種情況下，當(dāng)基準(zhǔn)信號(hào)VCTA正以較快速率減小時(shí)，通過(guò)禁止同步整流，使線圈電流以高速率衰落。因此，線圈電流密切跟隨極限值。在上述周期以外的時(shí)間，通過(guò)經(jīng)由同步整流緩和線圈電流衰落來(lái)提高電流電源效率。
因此，根據(jù)基準(zhǔn)信號(hào)VCAT的減小速率提供同步整流的實(shí)行和禁止時(shí)段使得能夠?qū)崿F(xiàn)振動(dòng)和噪聲的充分減小以及取得良好的電流電源效率。
另外，本發(fā)明的步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置利用電流斬波法對(duì)輸送到線圈的電流實(shí)行PWM控制。這與電流通過(guò)電壓控制被提供給線圈的情況相比，實(shí)現(xiàn)了低功率操作。
應(yīng)當(dāng)指出，供電電流測(cè)量單元140a可以僅由電阻器、而不是由導(dǎo)通電阻調(diào)整電路24和晶體管23來(lái)構(gòu)成。此外，供電電流測(cè)量單元140a不一定需要包括運(yùn)算放大器21。
2.第二實(shí)施例本發(fā)明的第二實(shí)施例的步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置與第一實(shí)施例的不同之處在于產(chǎn)生基準(zhǔn)信號(hào)的方式。根據(jù)第二實(shí)施例，在裝置中通過(guò)識(shí)別時(shí)鐘信號(hào)的脈沖頻率來(lái)產(chǎn)生上述變化速率信號(hào)。然后，利用變化速率信號(hào)產(chǎn)生基準(zhǔn)信號(hào)。下面主要描述第二實(shí)施例與第一實(shí)施例的差異。
2.1與基準(zhǔn)信號(hào)生成有關(guān)的主要部件的配置圖13是原理框圖，表示與第二實(shí)施例中的基準(zhǔn)信號(hào)生成有關(guān)的配置。與第一實(shí)施例相比，增加了脈沖鑒頻單元22。在第一實(shí)施例中，變化速率信號(hào)FDA從外部提供。但是，在第二實(shí)施例中，脈沖鑒頻單元22通過(guò)識(shí)別時(shí)鐘信號(hào)CLKP的脈沖頻率產(chǎn)生變化速率信號(hào)FDA。
圖14是原理框圖，表示脈沖鑒頻單元22的配置。
第一單穩(wěn)多諧單元是采用數(shù)字電路構(gòu)建的單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器。與時(shí)鐘信號(hào)CLKP同步地觸發(fā)第一單穩(wěn)多諧單元，而第一單穩(wěn)多諧單元在識(shí)別信號(hào)MCLK的8個(gè)脈沖的時(shí)段輸出其輸出信號(hào)OUT1。
第二單穩(wěn)多諧單元是采用數(shù)字電路構(gòu)建的單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器。第二單穩(wěn)多諧單元在輸出信號(hào)OUT1的輸出結(jié)束時(shí)被觸發(fā)，并在識(shí)別信號(hào)MCLK的8個(gè)脈沖的周期輸出其輸出信號(hào)OUT2。
信號(hào)J1表示輸出OUT1以及OUT2時(shí)的時(shí)段，而信號(hào)J2則表示沒(méi)有輸出OUT1以及OUT2時(shí)的時(shí)段。
脈沖鑒頻單元22根據(jù)后續(xù)OUT1的輸出是在先前OUT2的輸出期間還是在先前OUT2的輸出之后開(kāi)始，來(lái)區(qū)別時(shí)鐘信號(hào)CLKP的短和長(zhǎng)周期(即脈沖頻率)。
2.2脈沖鑒頻單元22的操作圖15是波形圖，說(shuō)明脈沖鑒頻單元22中主信號(hào)的時(shí)間變化。
圖15的左半側(cè)表示其中的時(shí)鐘信號(hào)CLKP的周期為短(即高脈沖頻率)的情況。在這種情況下，后續(xù)OUT1的輸出在先前OUT2的輸出期間開(kāi)始。因此，信號(hào)J1與時(shí)鐘信號(hào)CLKP同步輸出，而信號(hào)J2沒(méi)有被輸出。因此，觸發(fā)器保持設(shè)置狀態(tài)，以及變化速率信號(hào)FDA保持為高電平。
圖15的右半側(cè)表示其中的時(shí)鐘信號(hào)CLKP的周期為長(zhǎng)(即低脈沖頻率)的情況。在這種情況下，后續(xù)OUT1的輸出在先前OUT2的輸出之后開(kāi)始。因此，信號(hào)J2與時(shí)鐘信號(hào)CLKP同步輸出，而信號(hào)J1沒(méi)有被輸出。因此，觸發(fā)器保持重置狀態(tài)，因而變化速率信號(hào)FDA保持為低電平。
3.第三實(shí)施例本發(fā)明的第三實(shí)施例的步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置與第二實(shí)施例的不同之處在于與基準(zhǔn)信號(hào)VCTA的生成有關(guān)的配置。下面主要描述第三實(shí)施例與第二實(shí)施例的差異。
3.1與基準(zhǔn)信號(hào)生成有關(guān)的主要部件的配置圖16是原理框圖，表示與第三實(shí)施例中的基準(zhǔn)信號(hào)生成有關(guān)的配置。與第二實(shí)施例相比，采用積分電路25而不是積分電路3。
3.2積分電路25積分電路25包括由變化速率信號(hào)FDA以及程序信號(hào)PRG控制的開(kāi)關(guān)，以便調(diào)整確定時(shí)間常數(shù)的電阻。
圖17是原理框圖，表示積分電路25的詳細(xì)配置。為了選擇適應(yīng)某種情況的適當(dāng)時(shí)間常數(shù)，ROM預(yù)先存儲(chǔ)多個(gè)時(shí)間常數(shù)中的每個(gè)的信息。這個(gè)信息表明相應(yīng)開(kāi)關(guān)是否應(yīng)當(dāng)為短路/開(kāi)路，從而得到預(yù)定時(shí)間常數(shù)。積分電路25根據(jù)變化速率信號(hào)FDA和程序信號(hào)PRG從ROM讀取信息。然后，積分電路25向相應(yīng)的開(kāi)關(guān)輸出信號(hào)，每個(gè)信號(hào)指示預(yù)定開(kāi)關(guān)處于讀出信息表明的短路/開(kāi)路狀態(tài)。
在本配置中，為積分電路25提供例如與階梯信號(hào)VCA的階梯電平一致的程序信號(hào)PRG以及通過(guò)識(shí)別階梯信號(hào)VCA的階梯周期得到的變化速率信號(hào)FDA。因此，積分電路25能夠設(shè)置適當(dāng)?shù)臅r(shí)間常數(shù)，以及得到跟隨階梯信號(hào)VCA的平均梯度的基準(zhǔn)信號(hào)VCTA。
這里，如第一實(shí)施例中所述的利用近似正弦階梯信號(hào)VCA的情況是充分和具體的實(shí)例。在這種情況下，可在階梯信號(hào)VCA的陡度變得較大時(shí)、例如在階梯生成單元的升降計(jì)數(shù)器表示0與7之間的計(jì)數(shù)值時(shí)，提供程序信號(hào)PRG。根據(jù)這種程序信號(hào)PRG，基準(zhǔn)信號(hào)VCTA呈現(xiàn)更近似的正弦波形，它精確地跟隨暫時(shí)變化的階梯VCA的平均梯度。因此，進(jìn)一步減小了所產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲。
4.第四實(shí)施例本發(fā)明第四實(shí)施例的步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置與第一實(shí)施例的差異在于添加用于延遲后的極性信號(hào)的單元。以下主要描述第四實(shí)施例與第一實(shí)施例的差異。
4.1總體配置圖18是功能框圖，表示按照第四實(shí)施例的步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的總體配置。應(yīng)當(dāng)指出，由所述裝置驅(qū)動(dòng)的步進(jìn)馬達(dá)也示于所述圖。所述步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置是通過(guò)在第一實(shí)施例上添加定時(shí)調(diào)整單元116a而配置成的(見(jiàn)圖1)。定時(shí)調(diào)整單元116a在延遲特定時(shí)段后向激勵(lì)邏輯單元6輸出極性信號(hào)PHCA。
4.2定時(shí)調(diào)整單元116a圖19是功能框圖，表示定時(shí)調(diào)整單元116a的詳細(xì)配置。輸入極性信號(hào)PHCA和延遲信號(hào)DCLK，定時(shí)調(diào)整單元116a輸出延遲后的極性信號(hào)G。
延遲信號(hào)DCLK是其周期比階梯信號(hào)VCA的每個(gè)階梯的一個(gè)脈沖短的時(shí)鐘信號(hào)。例如，從脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生單元1輸出的所述脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號(hào)能被用作延遲信號(hào)DCLK。圖18中，省略了提供延遲信號(hào)DCLK的信號(hào)線。
定時(shí)調(diào)整單元116a根據(jù)延遲信號(hào)DCLK對(duì)極性信號(hào)PHCA的上升沿同步地和下降沿進(jìn)行微分，以便分別產(chǎn)生信號(hào)a和信號(hào)E。延長(zhǎng)信號(hào)A，以產(chǎn)生信號(hào)C，而同時(shí)延伸信號(hào)E，以產(chǎn)生信號(hào)F。然后通過(guò)將信號(hào)C和E與極性信號(hào)PHCA合成，定時(shí)調(diào)整單元116A輸出延遲后的極性信號(hào)G。
圖20是波形圖，舉例說(shuō)明與相位翻轉(zhuǎn)定時(shí)的校準(zhǔn)有關(guān)的主信號(hào)隨時(shí)間的變化。在所述例子中，使每一信號(hào)C和E的輸出周期基本上與階梯信號(hào)VCA的一個(gè)階梯的時(shí)段匹配。所述輸出時(shí)段對(duì)應(yīng)于使基準(zhǔn)信號(hào)VCTA的電平(亦即線圈電流的極限值)降低近似等于階梯信號(hào)VCA的一個(gè)階梯的數(shù)量所需的時(shí)段。結(jié)果，獲得延遲后的極性信號(hào)G，它是延遲了上述時(shí)段的極性信號(hào)PHCA。
4.3將極性信號(hào)延遲的作用圖21A和21B是說(shuō)明極性信號(hào)的延遲作用的示意圖和表示線圈電流隨時(shí)間的變化的波形圖。圖21A描述利用延遲后的極性信號(hào)G的情況，而圖21B描述利用無(wú)延遲的極性信號(hào)PHCA的情況。應(yīng)當(dāng)指出，每一條垂直線都表示脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號(hào)下降沿的時(shí)間點(diǎn)(未示出)。極性信號(hào)PHCA應(yīng)當(dāng)大約在階梯信號(hào)VCA的電平到達(dá)零的同時(shí)翻轉(zhuǎn)其相位。
當(dāng)延遲后的極性信號(hào)G或者極性信號(hào)PHCA改變它的符號(hào)(正的或者負(fù)的)時(shí)，反轉(zhuǎn)所述基準(zhǔn)方向(亦即對(duì)應(yīng)于當(dāng)前值的符號(hào)的電流方向)。圖中示出各自具有表示所述基準(zhǔn)方向的符號(hào)(+/-)的電流極限值VCAxG和VCAxPHCA。分別根據(jù)帶符號(hào)的極限值VCAXG和VCAXPHCA控制流入所述線圈的供電電流。
在利用無(wú)延遲的極性信號(hào)PHCA的情況下，在極性信號(hào)PHCA的相位已經(jīng)翻轉(zhuǎn)之后，從脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號(hào)的第一個(gè)下降沿的時(shí)刻起，開(kāi)始從電源電路供應(yīng)電流。所述電流供應(yīng)一直延續(xù)到線圈電流開(kāi)始沿著與電流供應(yīng)開(kāi)始時(shí)循環(huán)的再生電流的方向相反的方向流動(dòng)為止，并達(dá)到由基準(zhǔn)信號(hào)VCTA代表的極限值。上述操作舉例說(shuō)明于圖16B。在這種情況下，線圈電流的波紋系數(shù)大，妨礙驅(qū)動(dòng)馬達(dá)時(shí)振動(dòng)和噪音的減小。
另一方面，在利用延遲后的極性信號(hào)G的情況下，當(dāng)基準(zhǔn)信號(hào)VCTA的電平已經(jīng)充分地接近于零時(shí)，基準(zhǔn)方向翻轉(zhuǎn)。因此，與利用極性信號(hào)PHCA的情況相比，線圈電流的波紋系數(shù)保持小值。所述操作在圖21A中舉例說(shuō)明。在這種情況下，可以充分減小驅(qū)動(dòng)馬達(dá)時(shí)引起的振動(dòng)和噪音。
與延遲后的極性信號(hào)G的使用一起，還可以考慮在階梯信號(hào)VCA的電平為零的周期內(nèi)，停止向線圈供電。這樣的一種控制可以利用例如解碼電路和選通電路來(lái)實(shí)施。這里，當(dāng)計(jì)數(shù)值DA0-DA3為零時(shí)，解碼電路輸出用于禁止供電的信號(hào)，并按照供電禁止信號(hào)選通電路屏蔽向觸發(fā)器5提供脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號(hào)。作為供電禁止信號(hào)，可以采用從圖6中所示的頂柵電路輸出的信號(hào)。
這種配置可以通過(guò)在階梯信號(hào)VCA的電平為零的周期期間完全停止向所述線圈供電來(lái)改善電源效率。
4.4定時(shí)調(diào)整單元的變型圖22是功能框圖，表示圖19中所示的定時(shí)調(diào)整單元的變型。在這種變型中，圖14的各電路用單穩(wěn)多諧振蕩器代替，在所述各電路之一中，通過(guò)延伸信號(hào)A來(lái)產(chǎn)生信號(hào)C，而在所述各電路的另一個(gè)中，通過(guò)延伸信號(hào)E來(lái)產(chǎn)生信號(hào)E。單穩(wěn)多諧振蕩器中的每一個(gè)都利用數(shù)字電路構(gòu)造。這種改型了的定時(shí)調(diào)整單元通過(guò)以與圖19中所示的定時(shí)調(diào)整定時(shí)調(diào)整單元同樣的方法進(jìn)行操作來(lái)延遲后的極性信號(hào)PHCA。
5.第五實(shí)施例本發(fā)明第五實(shí)施例的步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置與第一實(shí)施例的差異在于系統(tǒng)地給用于實(shí)測(cè)的供電電流的放大器21的輸出附加正的偏移量。以下主要描述第五實(shí)施例與第一實(shí)施例的差異。
5.1用于附加正偏移量的配置圖23A和23B是功能框圖，舉例說(shuō)明系統(tǒng)地給用于實(shí)測(cè)的供電電流的放大器21的輸出附加正偏移量用的配置示例。兩種配置都通過(guò)在供電電流測(cè)量單元140a放大器21非反相輸入端(見(jiàn)圖1)加入恒流源和電阻來(lái)構(gòu)成。
利用圖23A的配置，將通過(guò)給由晶體管23引起的電壓降加上偏移電壓IXR而獲得的輸入電壓放大，并輸出這放大了的輸入電壓。利用圖23B的配置，將通過(guò)給由晶體管23引起的電壓降加上偏移電壓I×(R1+R2)/(R1×R2)而獲得的輸入電壓放大，并輸出這個(gè)放大了的電壓。
圖24是曲線圖，表示用于線圈電流測(cè)量的放大器的輸入-輸出特性的分布。已知放大器的偏移量本身為零，所述放大器本身的輸入-輸出特性分布在帶有負(fù)偏移量的特性曲線A和帶有正偏移量的特性曲線C的范圍之內(nèi)，中心在通過(guò)原點(diǎn)的特性曲線B周圍。這是因?yàn)檩斎?輸出特性受各放大器之間個(gè)體差別和溫度變化的影響。
按照特性曲線A，輸出VOUT不是當(dāng)輸入VIN小于VDEAD時(shí)獲得的。輸出VOUT是用于復(fù)位脈寬調(diào)制控制用的觸發(fā)器5并切斷電流斬波用的晶體管的信號(hào)。若脈寬調(diào)制控制是根據(jù)通過(guò)帶有特性曲線A的放大器實(shí)測(cè)的線圈電流執(zhí)行的，則至少在線圈電流超過(guò)對(duì)應(yīng)于VDEAD的電流之前，電流斬波用的晶體管不會(huì)被切斷。換言之，不能將所述線圈電流控制成小于對(duì)應(yīng)于VDEAD的電流。
圖25是示意圖，用以說(shuō)明這引起的問(wèn)題。該圖舉例說(shuō)明利用各具有特性曲線A或者特性曲線B的放大器來(lái)測(cè)量線圈電流的情況。
在利用帶有特性曲線A的放大器的情況下，不能將線圈電流控制成比對(duì)應(yīng)于VDEAD的電流小的電流。因此，線圈電流，正如黑點(diǎn)線所表明的，由通過(guò)給對(duì)應(yīng)于VDEAD的電流上加上由基準(zhǔn)信號(hào)VCTA代表的極限值而獲得的顯極限值控制。在這種情況下，線圈電流的波紋系數(shù)增大，因?yàn)轱@極限值上出現(xiàn)的下降變得比基準(zhǔn)方向相反時(shí)的正常值大。結(jié)果妨礙驅(qū)動(dòng)馬達(dá)時(shí)的振動(dòng)和噪音的減小。
另一方面，在利用具有特性曲線B的放大器的情況下，直至線圈電流達(dá)到零才獲得所述輸出。因此，所述線圈電流，正如粗實(shí)線所表明的，受到由基準(zhǔn)信號(hào)VCTA代表的極限值的精確控制。在這種情況下，可以充分減小驅(qū)動(dòng)馬達(dá)時(shí)引起的振動(dòng)和噪音。
于是，若通過(guò)系統(tǒng)地在各自的放大器的輸出上附加正偏移量來(lái)使特性曲線的分布向圖19中的特性曲線B和D的范圍移動(dòng)，那么，即使在各放大器之間的個(gè)體差別和溫度變化的最壞條件下，也可以避免放大器按照特性曲線A操作。結(jié)果，可以充分減小驅(qū)動(dòng)馬達(dá)時(shí)引起的振動(dòng)和噪音。
5.2用于附加正偏移量的修改后的配置圖26是電路圖，表示用于系統(tǒng)地在放大器的輸出上附加上正偏移量的不同的配置。所述電路圖舉例說(shuō)明包括如圖所示的8個(gè)晶體管M1-M8的運(yùn)算放大器的等效電路。
這樣制造所述運(yùn)算放大器，使得預(yù)定的各晶體管具有由圖26中所示的關(guān)系式定義的柵極長(zhǎng)寬比。由此在不引入恒流源和電阻的情況下在所述放大器本身的輸入-輸出特性上附加正偏移量。
本發(fā)明包括一種其中把按上述方式制造的運(yùn)算放大器用作供電電流測(cè)量用的放大器的配置。
6.第六實(shí)施例本發(fā)明第六實(shí)施例的步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置與第四實(shí)施例的差異在于(見(jiàn)圖18)步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置接收表示階梯信號(hào)各階梯電平的串行數(shù)據(jù)，根據(jù)所述串行數(shù)據(jù)產(chǎn)生階梯信號(hào)，并從所述階梯信號(hào)產(chǎn)生基準(zhǔn)信號(hào)。以下主要描述所述第六實(shí)施例與第四實(shí)施例的差異。
6.1總體配置圖27是功能框圖，表示按照第六實(shí)施例的步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的總體配置。
與第四實(shí)施例相同的部件用一樣的標(biāo)號(hào)或符號(hào)標(biāo)示，并省略對(duì)這些部件的說(shuō)明。另外，因?yàn)榻o相應(yīng)的線圈提供相同的部件，故以下只介紹第一線圈19a用的部件作為典型的例子，而不再描述其它線圈用的部件。
步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置包括脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生單元1、接收單元32、脈沖鑒頻單元22、基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生單元160a、SR禁止單元115a、定時(shí)調(diào)整單元116a、脈寬調(diào)制控制單元120a、橋式整流電路130a、供電電流測(cè)量單元140a和電源8。
在用于信號(hào)接收控制的單元時(shí)間信號(hào)ENAB和位同步信號(hào)BCLK的控制下，接收單元32接收關(guān)于每一個(gè)線圈的表示階梯信號(hào)各階梯電平的串行數(shù)據(jù)DATA。然后，接收單元32把接收到的串行數(shù)據(jù)DATA轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)DATA。另外，接收單元32產(chǎn)生為階梯信號(hào)的每一個(gè)階梯提供一個(gè)脈沖的時(shí)鐘信號(hào)，并向?qū)?yīng)于所述線圈的基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生單元160a提供提供時(shí)鐘信號(hào)和并行數(shù)據(jù)。
通過(guò)從階梯生成單元2取消改變速率切換單元、增減計(jì)數(shù)器和只讀存儲(chǔ)器來(lái)配置基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生單元160a中的階梯生成單元31a。因此，所述階梯生成單元31a實(shí)際上是模數(shù)轉(zhuǎn)換器。通過(guò)接收來(lái)自接收單元32的表示階梯信號(hào)各階梯的電平的并行數(shù)據(jù)，階梯生成單元31a對(duì)關(guān)于階梯信號(hào)每一階梯的每一個(gè)脈沖的并行數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，并產(chǎn)生階梯信號(hào)VCA。
6.2串行數(shù)據(jù)圖28是定時(shí)圖，表示接收單元32接收到的串行數(shù)據(jù)的一個(gè)單元。所述單元對(duì)應(yīng)于一個(gè)線圈的階梯信號(hào)的一個(gè)階梯。對(duì)于各個(gè)線圈，在這樣的單元中表示關(guān)于階梯信號(hào)的各階梯的串行數(shù)據(jù)。以一系列這種單元的形式接收所述串行數(shù)據(jù)。
串行數(shù)據(jù)DATA的一個(gè)單元包括八位，前三位用作識(shí)別線圈的住址A2-A0，隨后的一位是增/減方向位SDD，而剩余四位用作表示階梯電平的數(shù)據(jù)D3-D0。
應(yīng)當(dāng)指出，圖28還顯示在信號(hào)接收定時(shí)中接收單元32中主信號(hào)的時(shí)序變化。
6.3接收單元32圖29是功能框圖，表示接收單元32的詳細(xì)配置。接收單元32包括地址計(jì)數(shù)器電路35、數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器電路34、串行-并行轉(zhuǎn)換電路33、寫(xiě)入信號(hào)產(chǎn)生電路36、地址譯碼器電路37和寄存器電路38。
圖30是功能框圖，表示地址計(jì)算器電路35、數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器電路34、串行-并行轉(zhuǎn)換電路33和寫(xiě)入信號(hào)產(chǎn)生電路36。
地址計(jì)算器電路35通過(guò)對(duì)所述串行數(shù)據(jù)各單元的同步信號(hào)BCLK的前四位進(jìn)行計(jì)數(shù)，輸出所述位輸出地址完成信號(hào)ADO和ADT。這些地址完成信號(hào)ADO和ADT表示串行數(shù)據(jù)前四位的接收已經(jīng)完成。
數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器電路34是通過(guò)地址完成信號(hào)ADO觸發(fā)的。然后，數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器電路34通過(guò)對(duì)位同步信號(hào)BCLK的后四位進(jìn)行計(jì)算輸出數(shù)據(jù)完成信號(hào)DATC。數(shù)據(jù)完成信號(hào)DATC表示串行數(shù)據(jù)DATA所有八位的接收均已完全。
串行-并行轉(zhuǎn)換電路33利用圖25中所示的包括上面四個(gè)觸發(fā)器的移位寄存器把串行數(shù)據(jù)DATA轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)。然后，在地址完成信號(hào)ADT的上升沿，串行-并行轉(zhuǎn)換電路33把地址SAD0-SAD2和包括在前四位中的增/減方向位SDD鎖存在該圖中較低四個(gè)觸發(fā)器。因此，把地址SAD0-SAD2和增/減方向位SDD從包括在后四位中的數(shù)據(jù)SD0-SD3分離出來(lái)。
寫(xiě)入信號(hào)產(chǎn)生電路36在輸出數(shù)據(jù)完成信號(hào)DATC和單元信號(hào)ENAB兩者的時(shí)段內(nèi)輸出寫(xiě)入信號(hào)REC。
圖31是功能框圖，表示地址譯碼器電路37的詳細(xì)配置。
地址譯碼器電路37產(chǎn)生信號(hào)RCKA和RCKB，它們按照寫(xiě)入信號(hào)REC和地址SAD0-SAD2.，指令寄存器電路38存入所述數(shù)據(jù)SD0-SD3和增/減方向位SDD。信號(hào)RCKA也用作時(shí)鐘信號(hào)CLKPA，而同時(shí)信號(hào)RCKB用作時(shí)鐘信號(hào)CLKPB。這些時(shí)鐘信號(hào)CLKPA和CLKPB分別為各個(gè)線圈的階梯信號(hào)的每一階梯提供一個(gè)脈沖。
圖32是功能框圖，表示所述電阻電路38的詳細(xì)配置。
寄存器電路38具有分別對(duì)應(yīng)于第一線圈19A和第二線圈19b的五位寄存器組A和B。接收到信號(hào)RCKA時(shí)，寄存器電路38把數(shù)據(jù)SD0-SD3和增/減方向位位SDD存儲(chǔ)入寄存器組A并將其作為五位并行信號(hào)DA0A-DA3A和DA輸出。接收到信號(hào)RCKB時(shí)，寄存器電路38把data SD0-SD3和增/減方向位SDD存儲(chǔ)入寄存器組B，并將其作為五位并行信號(hào)DA0B-DA3B和DB輸出。
然后，所述基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生單元160a通過(guò)對(duì)關(guān)于由時(shí)鐘信號(hào)CLKPA表示的指示階梯信號(hào)每一階梯的每個(gè)脈沖的并行數(shù)據(jù)DA0A-DA3A進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生階梯信號(hào)VCA。
在這種情況下，由關(guān)于每一個(gè)階梯的串行數(shù)據(jù)來(lái)表示階梯信號(hào)VCA的各個(gè)階梯電平。因此，有可能不僅獲得第一實(shí)施例舉例說(shuō)明的近似正弦的階梯信號(hào)，還獲得接近任何波形的階梯信號(hào)VCA。
7.其它變型已經(jīng)按照上述實(shí)施例描述了本發(fā)明。然而，本發(fā)明顯然不限制在這些實(shí)施例，下列情況也可以包括在本發(fā)明中。
<1>本發(fā)明包括步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)方法，其中采用在上述實(shí)施例中描述的步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置。可以通過(guò)由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行的計(jì)算機(jī)程序來(lái)完成這些方法，或者可以通過(guò)表示所述計(jì)算機(jī)程序的數(shù)字信號(hào)來(lái)完成這些方法。
本發(fā)明也可以通過(guò)在其上記錄上述計(jì)算機(jī)程序或者數(shù)字信號(hào)的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，諸如軟磁盤(pán)、硬盤(pán)、CD(小光盤(pán))、MO(磁光的)盤(pán)、DVD(數(shù)字通用光盤(pán))或者半導(dǎo)體存儲(chǔ)器來(lái)完成。
本發(fā)明也可以是經(jīng)由由電信、有線/無(wú)線通信和因特網(wǎng)體現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的計(jì)算機(jī)程序或者數(shù)字信號(hào)。
可以把計(jì)算機(jī)程序或者數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)在上述存儲(chǔ)介質(zhì)中并傳輸?shù)姜?dú)立的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，或者，可以經(jīng)由上述網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姜?dú)立的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。然后所述獨(dú)立的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序或者數(shù)字信號(hào)。
<2>在上述各實(shí)施例中，晶體管13和11用來(lái)對(duì)供電電流進(jìn)行斬波控制。然而代之以利用晶體管10和12，也可以在減小振動(dòng)和噪音方面達(dá)到同樣的效果。
<3>雖然上述各個(gè)實(shí)施例舉例說(shuō)明兩相步進(jìn)馬達(dá)，但是本發(fā)明不限于此。本發(fā)明還包括具有不同的相數(shù)的步進(jìn)馬達(dá)。五相步進(jìn)馬達(dá)就是其中的一個(gè)例子，其中利用各自具有相應(yīng)的線圈的單獨(dú)相位的基準(zhǔn)信號(hào)分別控制向五個(gè)線圈提供的供電電流。
<4>第一實(shí)施例描述了基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生單元包括用于產(chǎn)生階梯信號(hào)的階梯生成單元以及用于求階梯信號(hào)的積分以產(chǎn)生其電平隨時(shí)間連續(xù)變化的基準(zhǔn)信號(hào)的積分電路的情況。但是，基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生單元的內(nèi)部配置不局限于此。
本發(fā)明還包括例如基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生單元通過(guò)使用模擬振蕩電路產(chǎn)生其電平隨時(shí)間連續(xù)變化的基準(zhǔn)信號(hào)的情況。
權(quán)利要求
1.一種步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，它包括供電電流測(cè)量單元，用于測(cè)量提供給步進(jìn)馬達(dá)的線圈的供電電流；基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生單元，用于產(chǎn)生表示所述供電電流的極限值并且其信號(hào)電平隨時(shí)間連續(xù)變化的基準(zhǔn)信號(hào)；斬波單元，用于在導(dǎo)通狀態(tài)下使所述供電電流從其中通過(guò)，以及在非導(dǎo)通狀態(tài)下阻止所述供電電流；脈寬調(diào)制控制單元，用于(i)在預(yù)定周期使所述斬波單元進(jìn)入所述導(dǎo)通狀態(tài)，以及(ii)當(dāng)所述實(shí)測(cè)的供電電流在每個(gè)周期中超過(guò)所述極限值時(shí)，使所述斬波單元進(jìn)入所述非導(dǎo)通狀態(tài)；同步整流單元，用于在導(dǎo)通狀態(tài)與所述線圈共同形成閉合電路；同步整流控制單元，用于在所述斬波單元處于所述非導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)的時(shí)段中，使所述同步整流單元進(jìn)入所述導(dǎo)通狀態(tài)，從而使來(lái)自所述線圈的再生電流在所述閉合電路中流通；以及同步整流禁止單元，用于在所述極限值正減小的時(shí)段的至少一部分中，禁止所述同步整流控制單元使所述同步整流單元進(jìn)入所述導(dǎo)通狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，其中所述基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生單元包括階梯生成單元，用于產(chǎn)生階梯信號(hào)；以及積分電路，用于通過(guò)求所述階梯信號(hào)的積分來(lái)產(chǎn)生所述基準(zhǔn)信號(hào)。
3.如權(quán)利要求2所述的步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，其中所述積分電路通過(guò)利用與所述階梯信號(hào)的電平的變化速率對(duì)應(yīng)的時(shí)間常數(shù)求所述階梯信號(hào)的積分，產(chǎn)生跟隨所述階梯信號(hào)的平均梯度的所述基準(zhǔn)信號(hào)。
4.如權(quán)利要求3所述的步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，其中所述積分電路獲取表示所述階梯信號(hào)的電平的所述變化速率的變化速率信號(hào)，并根據(jù)所述變化速率信號(hào)確定所述時(shí)間常數(shù)。
5.如權(quán)利要求3所述的步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，其中所述階梯生成單元通過(guò)對(duì)為所述階梯信號(hào)的每個(gè)階梯提供一個(gè)脈沖的脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)，產(chǎn)生所述階梯信號(hào)，所述步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置還包括識(shí)別單元，用于識(shí)別所述脈沖信號(hào)的脈沖頻率，以及所述積分電路根據(jù)所述識(shí)別的結(jié)果來(lái)確定所述時(shí)間常數(shù)。
6.如權(quán)利要求2所述的步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，其中還包括接收單元，用于接收表示所述階梯信號(hào)的每個(gè)階梯的電平的數(shù)據(jù)信號(hào)，其中所述階梯生成單元通過(guò)在對(duì)應(yīng)于每個(gè)階梯的時(shí)段中對(duì)所述接收的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生所述階梯信號(hào)。
7.如權(quán)利要求1所述的步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，其中還包括橋式整流電路，其中包括所述斬波單元、所述同步整流單元以及多個(gè)開(kāi)關(guān)單元，并且用于對(duì)所述供電電流進(jìn)行整流；以及基準(zhǔn)方向控制單元，用于通過(guò)使所述橋式整流電路中的每個(gè)所述開(kāi)關(guān)單元進(jìn)入預(yù)定狀態(tài)來(lái)反轉(zhuǎn)所述待控制的供電電流的基準(zhǔn)方向，其中所述預(yù)定狀態(tài)為所述導(dǎo)通狀態(tài)和所述非導(dǎo)通狀態(tài)之一。
8.如權(quán)利要求7所述的步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，其中所述基準(zhǔn)方向由極性信號(hào)表示，所述步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置還包括定時(shí)調(diào)整單元，用于把所述極性信號(hào)延遲所述極限值減小預(yù)定量所需的時(shí)段，以及所述基準(zhǔn)方向控制單元根據(jù)所述延遲后的極性信號(hào)反轉(zhuǎn)所述基準(zhǔn)方向。
9.如權(quán)利要求8所述的步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，其中所述基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生單元包括階梯生成單元，用于產(chǎn)生階梯信號(hào)；以及積分電路，用于通過(guò)求所述階梯信號(hào)的積分來(lái)產(chǎn)生所述基準(zhǔn)信號(hào)，以及所述脈寬調(diào)制控制單元在所述階梯信號(hào)的電平為零時(shí)的時(shí)段內(nèi)使所述斬波單元保持非導(dǎo)通狀態(tài)。
10.如權(quán)利要求1所述的步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，其中所述供電電流測(cè)量單元是與所述線圈串聯(lián)的電阻器，并且利用出現(xiàn)在所述電阻器兩端的電壓來(lái)測(cè)量供電電流。
11.如權(quán)利要求10所述的步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，其中所述電阻器可以是導(dǎo)通狀態(tài)的半導(dǎo)體元件。
12.如權(quán)利要求10所述的步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，其中所述供電電流測(cè)量單元輸出通過(guò)把正偏移量附加到所述實(shí)測(cè)的供電電流而獲得到的測(cè)量結(jié)果，以及所述脈寬調(diào)制控制單元(i)在所述預(yù)定周期使所述斬波單元進(jìn)入所述導(dǎo)通狀態(tài)以及(ii)當(dāng)所述測(cè)量結(jié)果在每個(gè)周期中超過(guò)所述極限值時(shí)使所述斬波單元進(jìn)入所述非導(dǎo)通狀態(tài)。
13.如權(quán)利要求1所述的步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，其中所述步進(jìn)馬達(dá)具有與多個(gè)相位一一對(duì)應(yīng)的多個(gè)線圈，所述供電電流測(cè)量單元測(cè)量所述多個(gè)線圈中的每個(gè)線圈的所述供電電流，所述基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生單元產(chǎn)生所述多個(gè)線圈中的每個(gè)線圈的所述基準(zhǔn)信號(hào)，為所述多個(gè)線圈中的每個(gè)線圈提供所述斬波單元，以及在所述導(dǎo)通狀態(tài)下把所述供電電流傳送給每個(gè)所述線圈而在所述非導(dǎo)通狀態(tài)下停止輸送到所述每個(gè)線圈的所述供電電流，對(duì)于所述多個(gè)線圈中的每個(gè)線圈，所述脈寬調(diào)制控制單元(i)在所述預(yù)定周期使所述對(duì)應(yīng)的斬波單元進(jìn)入所述導(dǎo)通狀態(tài)以及(ii)當(dāng)所述實(shí)測(cè)的供電電流在每個(gè)周期中超過(guò)所述極限值時(shí)使所述對(duì)應(yīng)的斬波單元進(jìn)入所述非導(dǎo)通狀態(tài)，為所述多個(gè)線圈中的每個(gè)線圈提供所述同步整流單元，并且在所述導(dǎo)通狀態(tài)下所述同步整流單元與所述對(duì)應(yīng)的線圈共同形成單獨(dú)的閉合電路，對(duì)于所述多個(gè)線圈中的每個(gè)線圈，所述同步整流控制單元控制所述對(duì)應(yīng)的同步整流單元，從而使來(lái)自所述線圈的所述再生電流在所述對(duì)應(yīng)的閉合電路中流通，以及對(duì)于所述多個(gè)線圈中的每個(gè)線圈，所述同步整流禁止單元禁止所述對(duì)應(yīng)的同步整流控制單元使所述對(duì)應(yīng)的同步整流單元進(jìn)入所述導(dǎo)通狀態(tài)。
14.一種驅(qū)動(dòng)裝置用的步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)方法，所述驅(qū)動(dòng)裝置具有同步整流單元，所述同步整流單元在導(dǎo)通狀態(tài)下與包括在步進(jìn)馬達(dá)中的線圈一起形成閉合電路，所述步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)方法包括以下步驟(a)測(cè)量加到所述線圈上的供電電流；(b)產(chǎn)生表示所述供電電流的極限值并且其信號(hào)電平隨時(shí)間連續(xù)變化的基準(zhǔn)信號(hào)；(c)在預(yù)定周期使所述供電電流開(kāi)始流向所述線圈，并在所述實(shí)測(cè)的供電電流在每個(gè)周期中超過(guò)所述極限值時(shí)停止所述供電電流；(d)當(dāng)所述供電電流被停止時(shí)，使所述同步整流單元進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，從而使來(lái)自所述線圈的再生電流在所述閉合電路中流通；以及(e)在所述步驟(d)中，在所述極限值正減小的時(shí)段的至少一部分時(shí)段內(nèi)禁止所述同步整流單元進(jìn)入所述導(dǎo)通狀態(tài)。
15.如權(quán)利要求14所述的步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)方法，其中所述步驟(b)包括產(chǎn)生階梯信號(hào)的階梯生成子步驟；以及通過(guò)求所述階梯信號(hào)的積分來(lái)產(chǎn)生所述基準(zhǔn)信號(hào)的積分子步驟。
16.如權(quán)利要求15所述的步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)方法，其中所述積分子步驟通過(guò)利用與所述階梯信號(hào)的電平的變化速率對(duì)應(yīng)的時(shí)間常數(shù)求所述階梯信號(hào)的積分，產(chǎn)生跟隨所述階梯信號(hào)的平均梯度的所述基準(zhǔn)信號(hào)。
17.如權(quán)利要求14所述的步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)方法，其中還包括以下步驟(f)獲取表示所述待控制的供電電流的基準(zhǔn)方向的極性信號(hào)；(g)把所述極性信號(hào)延遲所述極限值減小預(yù)定量所需的時(shí)段，以及(h)根據(jù)所述延遲后的極性信號(hào)反轉(zhuǎn)所述基準(zhǔn)方向。
18.如權(quán)利要求14所述的步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)方法，其中所述步驟(a)包括把正偏移量附加到所述實(shí)測(cè)的供電電流的偏移量附加子步驟，所述步驟(a)獲取其中已經(jīng)附加了所述正偏移量的所述供電電流作為測(cè)量結(jié)果，所述步驟(c)在所述預(yù)定周期使所述供電電流開(kāi)始流向所述線圈，并在所述測(cè)量結(jié)果在每個(gè)周期中超過(guò)所述極限值時(shí)停止所述供電電流。
全文摘要
基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生單元110a在積分電路3中對(duì)階梯生成單元2產(chǎn)生的階梯信號(hào)求積分，從而產(chǎn)生表示供電電流的極限值并且其信號(hào)電平隨時(shí)間連續(xù)變化的基準(zhǔn)信號(hào)VCTA。按照PWM控制單元120a的控制，橋式整流電路130a利用電流斬波法使線圈供電電流保持為極限值。另外，當(dāng)供電被停止時(shí)，橋式整流電路130a執(zhí)行同步整流，其中使晶體管10和12進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，以及再生電流在與線圈19a共同形成的閉合電路中流通。當(dāng)基準(zhǔn)信號(hào)VCTA較快地減小時(shí)，同步整流禁止單元11 5a在供電被停止時(shí)禁止晶體管10和12之一進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。
文檔編號(hào)H02P8/10GK1630183SQ20041010497
公開(kāi)日2005年6月22日 申請(qǐng)日期2004年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月19日
發(fā)明者深水新吾, 大西勝裕 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社