專(zhuān)利名稱(chēng)：控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的裝置和方法，尤其涉及一種根據(jù)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)上操作的轉(zhuǎn)矩可變地控制施加到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流的裝置和方法。
背景技術(shù)：
在按時(shí)鐘脈沖信號(hào)改變的電動(dòng)機(jī)的每相中的每一勵(lì)磁狀態(tài)中步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以一個(gè)固定角度旋轉(zhuǎn)，并且如果勵(lì)磁狀態(tài)不改變，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以一固定角度懸掛。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)根據(jù)輸入的脈沖信號(hào)以一個(gè)固定角度或固定步長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)。
圖1示出了一種控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的常規(guī)裝置的示意方框圖；如圖1所示，控制器100將每相的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)輸出到驅(qū)動(dòng)器110，以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)120?？刂破?00也將控制信號(hào)輸出到驅(qū)動(dòng)器110，該控制信號(hào)將根據(jù)預(yù)置的驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置值Vref的預(yù)定驅(qū)動(dòng)電流施加到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)120。
施加到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)120的驅(qū)動(dòng)電流通常用預(yù)定附加電流來(lái)確定，因此防止步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子失步。當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)120的轉(zhuǎn)子從懸掛狀態(tài)開(kāi)始旋轉(zhuǎn)時(shí)，它需要比步進(jìn)電動(dòng)機(jī)120已經(jīng)運(yùn)行之后維持它旋轉(zhuǎn)所需的更大的轉(zhuǎn)矩?？紤]到這一點(diǎn)，將驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置值Vref設(shè)定為大于轉(zhuǎn)子從懸掛狀態(tài)開(kāi)始所需的電流。因此，施加到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)120的驅(qū)動(dòng)電流通常大于實(shí)際驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)120所需的電流。
驅(qū)動(dòng)器110根據(jù)從控制器100輸出的控制信號(hào)以預(yù)定驅(qū)動(dòng)電流來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)120。
作為配置控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)120的常規(guī)裝置，以便施加旋轉(zhuǎn)扭矩大小的預(yù)定附加電流以防止步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子失步，轉(zhuǎn)子用重復(fù)的過(guò)沖(overshoot)和每一步中的調(diào)整達(dá)到一個(gè)目標(biāo)位置。因此，由于轉(zhuǎn)子的額外轉(zhuǎn)矩的附加驅(qū)動(dòng)電流常規(guī)裝置引起了振動(dòng)、噪聲和諧振的問(wèn)題，并且也帶來(lái)了過(guò)熱控制IC(控制器)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的不正確操作的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一方面是提供一種控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以防止控制IC和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的過(guò)熱的裝置和方法，并且給特征曲線提供低功耗、低振動(dòng)和低噪聲。
本發(fā)明的上述和/或其他方面可通過(guò)提供一種控制包括轉(zhuǎn)矩計(jì)算器的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的裝置來(lái)獲得，該轉(zhuǎn)矩計(jì)算器用于計(jì)算施加到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和輸出對(duì)應(yīng)于所計(jì)算的轉(zhuǎn)矩的驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置信號(hào)。該裝置也包括控制器，輸出控制信號(hào)，以便將基于驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置信號(hào)的可變驅(qū)動(dòng)電流施加至步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；和驅(qū)動(dòng)器，根據(jù)從控制器輸入的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，該裝置包括電流檢測(cè)器，用于檢測(cè)流入步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流，和將所檢測(cè)的驅(qū)動(dòng)電流輸出至轉(zhuǎn)矩計(jì)算器。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，該轉(zhuǎn)矩計(jì)算器包括A/D轉(zhuǎn)換器，將輸入的驅(qū)動(dòng)電流轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；CPU(中央處理器)，通過(guò)使用有關(guān)A/D轉(zhuǎn)換的驅(qū)動(dòng)電流的信息來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)矩，并讀取對(duì)應(yīng)于所計(jì)算轉(zhuǎn)矩信息的驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置信息；和D/A轉(zhuǎn)換器，將所讀取的驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，該裝置包括存儲(chǔ)裝置，用于存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)于其中所計(jì)算的轉(zhuǎn)矩信息的驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置信息。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，該存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)所計(jì)算的轉(zhuǎn)矩信息和在其中的對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置信息，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩與驅(qū)動(dòng)電流成正比。
本發(fā)明的上述和/或其他方面可通過(guò)提供一種控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的方法來(lái)獲得，該方法包括輸出對(duì)應(yīng)于施加到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩的信號(hào)；輸出驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，以便根據(jù)驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置信號(hào)將可變驅(qū)動(dòng)電流施加到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；以及根據(jù)驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，輸出對(duì)應(yīng)于施加到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩的信號(hào)包括檢測(cè)在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的每一勵(lì)磁相中流入的驅(qū)動(dòng)電流；A/D轉(zhuǎn)換在每一勵(lì)磁相中檢測(cè)的驅(qū)動(dòng)電流；根據(jù)關(guān)于驅(qū)動(dòng)電流的信息計(jì)算轉(zhuǎn)矩；讀取對(duì)應(yīng)于所計(jì)算的轉(zhuǎn)矩信息的驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置信息；以及D/A轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置信息并輸出該D/A已轉(zhuǎn)換的信息。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，該驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置信息導(dǎo)致施加到步進(jìn)電極的驅(qū)動(dòng)電流與施加到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩成正比。


圖1示出了一種控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的常規(guī)裝置的示意方框圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的裝置的示意方框圖；圖3示出了圖2的轉(zhuǎn)矩計(jì)算器的詳細(xì)方框圖；和圖4示出了控制圖2的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的裝置的操作流程圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明的示例在附圖中示出，其中全文相同的參考標(biāo)號(hào)指相同的元件。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的裝置的示意方框圖。如圖2所示，控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的裝置包括控制器200、驅(qū)動(dòng)器210、電流檢測(cè)器230和轉(zhuǎn)矩計(jì)算器240。
控制器200輸出控制信號(hào)以便將可變驅(qū)動(dòng)電流施加到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)220。該可變驅(qū)動(dòng)電流根據(jù)一個(gè)輸入驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置信號(hào)Vref的變化而變化。
驅(qū)動(dòng)器210根據(jù)從控制器200輸入的控制信號(hào)將可變驅(qū)動(dòng)電流施加到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)220，從而驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)220。電流檢測(cè)器230檢測(cè)流入步進(jìn)電動(dòng)機(jī)220的電流，并將該檢測(cè)電流輸出至轉(zhuǎn)矩計(jì)算器240。
轉(zhuǎn)矩計(jì)算器240依據(jù)初始電源將預(yù)定驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置信號(hào)輸出至控制器200。該轉(zhuǎn)矩計(jì)算器240對(duì)從電流檢測(cè)器230輸入的電流模數(shù)轉(zhuǎn)換，并根據(jù)從電流檢測(cè)器230輸入的電流計(jì)算施加到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)220的轉(zhuǎn)矩。而且，轉(zhuǎn)矩計(jì)算器240讀取對(duì)應(yīng)于所計(jì)算的轉(zhuǎn)矩的驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置信息，并將數(shù)模轉(zhuǎn)換的驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置信號(hào)輸出至控制器200。
圖3示出了圖2的轉(zhuǎn)矩計(jì)算器的詳細(xì)方框圖。如圖3所示，轉(zhuǎn)矩計(jì)算器240包括A/D轉(zhuǎn)換器242、CPU 244、存儲(chǔ)單元246和D/A轉(zhuǎn)換器248。A/D轉(zhuǎn)換器242將在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)220的每一勵(lì)磁相中從電流檢測(cè)器230輸入的電流轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并將該轉(zhuǎn)換的信號(hào)輸出至CPU 244。
CPU 244通過(guò)使用關(guān)于在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)220的每一勵(lì)磁相中的電流量的信息來(lái)計(jì)算施加到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)220的轉(zhuǎn)矩大小。該信息是從A/D轉(zhuǎn)換器242輸入的。由于基于電流而計(jì)算轉(zhuǎn)矩的方法為大家熟知，因此這里不再贅述。但是，CPU 244從存儲(chǔ)單元246讀取對(duì)應(yīng)于所計(jì)算轉(zhuǎn)矩信息的驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置信息，并將該讀取的信息輸出至D/A轉(zhuǎn)換器248。
D/A轉(zhuǎn)換器248將驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置信號(hào)輸出至控制器200(即，D/A轉(zhuǎn)換器248輸出從CPU 244輸出的驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置信息中轉(zhuǎn)換的模擬信號(hào))。存儲(chǔ)單元246存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)于所計(jì)算的轉(zhuǎn)矩信息的驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置信息。
表1示出了對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元246中的轉(zhuǎn)矩信息的驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置信息的示例。
表1

如表1所示，轉(zhuǎn)矩信息和驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置信息是互相成正比的。因此，轉(zhuǎn)矩計(jì)算器240將與施加到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)220的轉(zhuǎn)矩大小成正比的驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置信號(hào)輸出至控制器200。
結(jié)果，通過(guò)將可變驅(qū)動(dòng)電流施加到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)220，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)220的轉(zhuǎn)矩余量保持恒定。
在下文，將參考圖4解釋本發(fā)明的控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的方法。
電流檢測(cè)器230對(duì)在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)220的每一勵(lì)磁相流動(dòng)的電流進(jìn)行檢測(cè)，并將該檢測(cè)電流輸出至轉(zhuǎn)矩計(jì)算器240(操作S400)。
轉(zhuǎn)矩計(jì)算器240的A/D轉(zhuǎn)換器242將每一勵(lì)磁相中的電流轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并將該轉(zhuǎn)換的信號(hào)輸出至轉(zhuǎn)矩計(jì)算器240的CPU 244(操作S410)。
CPU 244根據(jù)從A/D轉(zhuǎn)換器242輸入的每個(gè)勵(lì)磁相位的勵(lì)磁電流信息而計(jì)算施加到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)220的轉(zhuǎn)矩幅度(操作S420)。然后CPU 244從存儲(chǔ)單元246讀取對(duì)應(yīng)于所計(jì)算的轉(zhuǎn)矩信息的驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置信息Vref(或參考電壓)，并將該讀取的信息輸出到轉(zhuǎn)矩計(jì)算器240的D/A轉(zhuǎn)換器248(操作S430)。
D/A轉(zhuǎn)換器248將驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置信號(hào)輸出至控制器200(即，輸出從CPU244輸入的驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置信息轉(zhuǎn)換的模擬信號(hào)(操作S440))。
控制器200將控制信號(hào)輸出至驅(qū)動(dòng)其210，以便將基于從D/A轉(zhuǎn)換器248輸入的驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置信號(hào)的可變驅(qū)動(dòng)電流施加到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)220。然后驅(qū)動(dòng)器210用基于控制器200的控制信號(hào)的可變驅(qū)動(dòng)電流驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)220(S450)。
根據(jù)本發(fā)明的控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的裝置和方法防止了控制IC(控制器)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的過(guò)熱和不正確的操作，并改善了例如低功耗、低振動(dòng)和低噪聲的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)特性。
盡管示出并描述了本發(fā)明的少數(shù)優(yōu)選例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不背離本發(fā)明的原理和精神的這些實(shí)施例中，可以做出各種改動(dòng)，本發(fā)明的范圍在所附權(quán)利要求和它們的等效物中被定義。
權(quán)利要求
1.一種控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的裝置，包括轉(zhuǎn)矩計(jì)算器，用于計(jì)算施加到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，和輸出對(duì)應(yīng)于所計(jì)算的轉(zhuǎn)矩的驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置信號(hào)；控制器，用于輸出控制信號(hào)，以便將基于驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置信號(hào)的可變驅(qū)動(dòng)電流施加至步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；和驅(qū)動(dòng)器，根據(jù)從控制器輸入的控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，進(jìn)一步包括電流檢測(cè)器，用于檢測(cè)流入步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流，和將所檢測(cè)的驅(qū)動(dòng)電流輸出至轉(zhuǎn)矩計(jì)算器。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中，轉(zhuǎn)矩計(jì)算器包括A/D轉(zhuǎn)換器，用于將輸入的驅(qū)動(dòng)電流轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；中央處理器，通過(guò)使用有關(guān)A/D轉(zhuǎn)換的驅(qū)動(dòng)電流的信息來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)矩，并讀取對(duì)應(yīng)于所計(jì)算的轉(zhuǎn)矩信息的驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置信息；和D/A轉(zhuǎn)換器，用于將所讀取的驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，進(jìn)一步包括存儲(chǔ)裝置，用于存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)于其中所計(jì)算的轉(zhuǎn)矩信息的驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置信息。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其中，存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)所計(jì)算的轉(zhuǎn)矩信息和在其中的對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置信息，使轉(zhuǎn)矩與驅(qū)動(dòng)電流成正比。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，可變驅(qū)動(dòng)電流根據(jù)輸入到控制器的驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置信號(hào)的變化而變化。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)從控制器輸入的控制信號(hào)將可變驅(qū)動(dòng)電流施加至步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。
8.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中，轉(zhuǎn)矩計(jì)算器轉(zhuǎn)換從電流檢測(cè)器輸入的所檢測(cè)的驅(qū)動(dòng)電流，以計(jì)算施加到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩。
9.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中，CPU通過(guò)使用關(guān)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的每一勵(lì)磁相上的電流量的信息，來(lái)計(jì)算施加到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩大小。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中，施加到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩的大小與驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置信號(hào)成正比。
11.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，可變驅(qū)動(dòng)電流與施加到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩的大小成正比，因此轉(zhuǎn)矩余量維持在一個(gè)恒定狀態(tài)。
12.一種控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的方法，包括輸出對(duì)應(yīng)于施加到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩的信號(hào)；輸出驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，以便根據(jù)驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置信號(hào)將可變驅(qū)動(dòng)電流施加到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；以及根據(jù)驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，輸出對(duì)應(yīng)于施加到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩的信號(hào)的步驟包括檢測(cè)在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的每個(gè)受激相位中流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電流；A/D轉(zhuǎn)換在每一勵(lì)磁相中檢測(cè)到的驅(qū)動(dòng)電流；根據(jù)關(guān)于驅(qū)動(dòng)電流的信息來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)矩；讀取對(duì)應(yīng)于所計(jì)算的轉(zhuǎn)矩信息的驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置信息；和D/A轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置信息并輸出該D/A轉(zhuǎn)換的信息。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置信息導(dǎo)致施加到步進(jìn)電極的驅(qū)動(dòng)電流與施加到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩成正比。
15.一種控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的方法，包括計(jì)算施加到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，并輸出對(duì)應(yīng)于所計(jì)算的轉(zhuǎn)矩的驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置信號(hào)；輸出控制信號(hào)，以將基于驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置信號(hào)的可變驅(qū)動(dòng)電流施加到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；以及根據(jù)從控制器輸入的控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。
全文摘要
一種控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的裝置和方法，包括一轉(zhuǎn)矩計(jì)算器，用來(lái)計(jì)算在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)上操作的轉(zhuǎn)矩，和將對(duì)應(yīng)于所計(jì)算的轉(zhuǎn)矩的驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置信號(hào)輸出至控制器?？刂破鲗⒖刂菩盘?hào)輸出至驅(qū)動(dòng)器，以便將基于驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置信號(hào)的可變驅(qū)動(dòng)電流施加到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。該驅(qū)動(dòng)器根據(jù)從控制器輸入的控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。因此，可以防止控制IC(控制器)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的過(guò)熱和不正確的操作，并且可以改善諸如低功耗、低振動(dòng)和低噪聲的驅(qū)動(dòng)特性。
文檔編號(hào)H02P8/12GK1485978SQ0315434
公開(kāi)日2004年3月31日 申請(qǐng)日期2003年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月20日
發(fā)明者韓碩均 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社