CN103576858B - 用于lra马达共振跟踪检测驱动器及驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于触觉驱动的LRA马达自动共振跟踪检测驱动器及驱动方法，该驱动器包括算法逻辑控制单元、运放器、第一鉴相器、第二鉴相器和开关电源，所述第一鉴相器检测LRA马达的电流相位反馈给算法逻辑控制单元，所述第二鉴相器检测LRA马达的电压相位反馈给算法逻辑控制单元，所述运放器检测LRA马达两端的电势差反馈给算法逻辑控制单元，所述算法逻辑控制单元接收LRA马达的电压相位、电流相位以及LRA马达两端的电势差，计算LRA马达的即时共振频率，并将LRA马达的即时共振频率作为激励信号频率反馈控制LRA马达。本发明的驱动器配合驱动方法可以达到最佳驱动效果，进而提高整机性能、降低功耗。

Description

用于LRA马达共振跟踪检测驱动器及驱动方法

技术领域

本发明涉及模拟/数字信号处理技术领域，特别涉及一种用于LRA马达共振跟踪检测驱动器及驱动方法。

背景技术

电子触摸屏能让人与屏幕上的内容直接互动，已在智能手机、平板电脑、电子游戏设备、车载导航仪、智能仪器、仪表等中得到广泛应用，它为人们的生产和生活提供了极大的便利。传统的电子触摸屏被触摸后，往往只跳出菜单供人们选择，不能提供物理或机械反馈，缺乏触感或触觉反馈，因而在触摸时人没有“手感”。近年来，触觉反馈技术已进入模仿真实世界感知环境的时代，在三星galaxy系列手机中已初显端霓。

触觉感受(Hapitics)通过触摸反馈电子系统实现。它包括振动执行元件、驱动器、触摸屏控制器和处理器。通过触摸屏控制器检测用户触摸位置，反馈给处理器，处理器控制驱动器驱动振动执行元件实施不同的振动模式。

目前振动执行元件主要有三类：偏心旋转质量(EccentricRotatingMass，ERM)，线性共振传动器(LinearResonantActuator，LRA，亦称“线性马达”)和压电传动器(PiezoActuator，PA)。ERM和LRA都属于惯性传动器。ERM采用的是偏心质量，而LRA则是弹簧振荡质量。PA利用了压电材料的压电原理。

ERM能执行基本触感效果，性价比高，但相对体积庞大、耗能大、启动慢、刹车慢、方向性导向差。

PA是一种相对较新的触觉反馈法，它利用了压电材料的压电原理，没有频率或振幅限制，响应时间一般小于2ms，但要求50-200伏的峰值电压驱动整个器件。

LRA是一个连接弹簧的磁铁，由一个线圈环绕，置于一盒形外壳内，磁铁收到指令后以线性方式运动，并在谐振频率下工作，此时，马达信号源电流可以锐减50%，大幅度节省了系统功耗，既可提高驱动器性能，又可带来敏锐逼真的触觉感受；LRA平均功耗比ERM低30%。相对ERM，LRA具有尺寸小、启动快、刹车快、方向性导向好、功耗很低；利用共振频率来驱动/制动马达，容易实现骤起骤停(ERM实现不了这一特性)。而当LRA的驱动频率移至共振频带以外时，其效率和性能则会大大降低，成为一个需要解决的关键技术问题。且LRA只能在共振频率附近较窄(±2Hz)范围内振动。

LRA相对于ERM技术来说具有诸多优越的性能，但需要准确判断出它的共振频率后方能实现。在实际应用中，LRA马达的共振频率受多种因素的影响会随时发生漂移。这些影响因素包括：应用范围、弹簧位移大小、弹簧损耗、制造容差、组件老化、温度波动、机械安装、器件位置、夹持过紧等。这似乎要求厂商每使用一个LRA马达设计时都可能需要重新调整系统以匹配其共振频率。即便如此，用户使用过程中，受以上诸因素影响，LRA马达的共振频率仍然可能大大漂出2Hz以外。

因此，本领域急需一种能自动跟踪检测马达的共振频率的驱动器，它就可随时处于最佳驱动状态，进而提高整机性能、降低功耗。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种用于LRA马达共振跟踪检测驱动器及驱动方法，本发明的驱动器配合驱动器的驱动方法，通过开关频率控制的方法或较窄范围频率扫描的方法，可以快速获取LRA马达的即时共振频率，达到自动跟踪检测LRA马达的即时共振频率的目的，并以即时共振频率作为激励信号频率反馈控制驱动LRA马达，达到最佳驱动效果，进而提高整机性能、降低功耗，适用于所有带LRA马达驱动器的触觉反馈触摸屏的手机、平板电脑、电子游戏设备、车载导航仪、智能仪器、仪表等领域。

具体的技术方案是：

一种用于触觉驱动的LRA马达自动共振跟踪检测驱动器，包括算法逻辑控制单元、运放器、第一鉴相器、第二鉴相器和开关电源，所述第一鉴相器检测LRA马达的电流相位反馈给算法逻辑控制单元，所述第二鉴相器检测LRA马达的电压相位反馈给算法逻辑控制单元，所述运放器检测LRA马达两端的电势差反馈给算法逻辑控制单元，所述算法逻辑控制单元接收LRA马达的电压相位、电流相位以及LRA马达两端的电势差，计算LRA马达的即时共振频率，并将LRA马达的即时共振频率作为激励信号频率反馈控制LRA马达，所述算法逻辑控制单元接收处理器的指令，输出控制信号给开关电源，控制开关电源输出激励信号给LRA马达，驱动或制动LRA马达。

所述开关电源为两个，其中第一开关电源连接在LRA马达的正极与算法逻辑控制单元之间，第二开关电源连接在LRA马达的负极与算法逻辑控制单元之间。

所述开关电源包括双向开关和信号源，所述第一开关电源的双向开关的COM端与LRA马达的正极连接，第一开关电源的双向开关的G1、G2端与算法逻辑控制单元连接，第一开关电源的双向开关的Y端与信号源的输出端连接，第一开关电源的双向开关的X端接地，所述第二开关电源的双向开关的COM端与LRA马达的负极连接，第二开关电源的双向开关的G1、G2端与算法逻辑控制单元连接，第二开关电源的双向开关的Y端接地，第二开关电源的双向开关的X端与信号源的输出端连接，所述信号源的控制输入端与算法逻辑控制单元连接。

本发明针对LRA马达驱动共振频率受使用磨损、器件老化、环境影响等容易漂移的缺点，提供一种用于LRA马达共振跟踪检测驱动器，它结构简单、成本低，且能够减少外界环境的干扰和影响，能够检测LRA马达的即时共振频率，用来反馈控制驱动LRA马达，可随时处于最佳驱动状态，进而提高整机性能、降低功耗。

一种采用上述驱动器的第一种驱动方法，有以下步骤：

1）驱动前，在算法逻辑控制单元中设定初检扫频范围和LRA马达振动次数；

2）驱动时，算法逻辑控制单元接收处理器的指令，检查算法逻辑控制单元的存储器中是否存储有LRA马达的共振频率f₀；

21）若有，则继续进行步骤3）；

22）若没有，则进行初检，算法逻辑控制单元按设定的初检扫频范围进行频率扫描；检测是否获得马达的共振频率f₀；

221）若获得LRA马达的共振频率f₀，则将该LRA马达的共振频率f₀存储在算法逻辑控制单元的存储器中，继续进行步骤3），否则，提示马达夹持过紧或线路故障，驱动结束；

3）算法逻辑控制单元向LRA马达发送f₀频率的正向激励信号驱动LRA马达振动，记录LRA马达第一次开始振动的时刻S₁，到t₁时刻，解除LRA马达的正向激励信号，到LRA马达两端的电势差为零时，完成第一次振动，记录此时刻H₁，算法逻辑控制单元通过公式计算出LRA马达新的共振频率f₁，将f₀更新为f₁；算法逻辑控制单元向LRA马达发送f₁频率的负向激励信号驱动LRA马达振动，记录LRA马达第二次开始振动的时刻S₂，到t₂时刻，解除LRA马达的负向激励信号，到LRA马达两端的电势差为零时，完成第二次振动，记录此时刻H₂，算法逻辑控制单元通过公式计算出LRA马达新的共振频率f₂，将f₁更新为f₂，完成一个振动周期；

4）检测马达是否达到设定振动次数；若LRA马达的振动次数达到算法逻辑控制单元中的设定值，则驱动结束；若LRA马达的振动次数没有达到算法逻辑控制单元中的设定值，循环步骤3）直至LRA马达的振动次数达到算法逻辑控制单元中的设定值。

步骤3）所述的共振频率的计算公式为：f_i=2/(H_i-S_i)。

步骤3）所述(T₀/4)<t₁<(T₀/2)，T₀=1/f₀,(S_i+T_i-1/4)<t_i<(S_i+T_i-1/2),T_i=1/f_i，i为大于1的自然数。

一种采用上述驱动器的第二种驱动方法，有以下步骤：

1）驱动前，在算法逻辑控制单元中设定初检扫频范围和LRA马达振动次数；

2）驱动时，算法逻辑控制单元接收处理器的指令，检查算法逻辑控制单元的存储器中是否存储有LRA马达的共振频率f₀；

21）若有，则继续进行步骤3）；

22）若没有，则进行初检，算法逻辑控制单元按设定的初检扫频范围进行频率扫描；

221）检测是否获得马达共振频率f₀，若获得，则将该LRA马达的共振频率f₀存储在算法逻辑控制单元的存储器中，继续进行步骤4）；若没有获得，提示马达夹持过紧或线路故障，驱动结束；

3）在f₀附近进行频率扫描，获得LRA马达新的共振频率f₀，更新f₀；

4）算法逻辑控制单元以f₀或(f₀+1)Hz的激励信号驱动LRA马达振动；

5）检测马达是否停止共振，若LRA马达停止共振，则返回继续进行步骤3）；若LRA马达继续共振，检测马达是否达到设定振动次数；当LRA马达的振动次数未达到算法逻辑控制单元中的设定值时，返回继续进行步骤4），当达到算法逻辑控制单元中的设定值时，则驱动结束。

步骤3）所述频率扫描的频段为(f₀-n)Hz～(f₀+n)Hz。

一种采用上述驱动器的第三种驱动方法，有以下步骤：

1）驱动前，在算法逻辑控制单元中设定初检扫频范围和LRA马达振动次数；

2）驱动时，算法逻辑控制单元接收处理器的指令，检查算法逻辑控制单元的存储器中是否存储有LRA马达的共振频率f₀；

21）若有，则继续进行步骤3）；

22）若没有，则进行初检，算法逻辑控制单元按设定的初检扫频范围进行频率扫描；

221）若获得LRA马达的共振频率f₀，则将该LRA马达的共振频率f₀存储在算法逻辑控制单元的存储器中，继续进行步骤3），否则，提示马达夹持过紧或线路故障，驱动结束；

3）算法逻辑控制单元以f₀或(f₀+1)Hz的激励信号驱动LRA马达振动；

4）检测马达是否停止共振；

41）若LRA马达停止共振，则算法逻辑控制单元在f₀附近进行频率扫描，获得LRA马达新的共振频率f₀，更新f₀；检测马达振动次数，当LRA马达的振动次数达到算法逻辑控制单元中的设定值时，驱动结束，当LRA马达的振动次数未达到算法逻辑控制单元中的设定值时，返回继续进行步骤3）；

42）若LRA马达继续共振，检测马达振动次数，当LRA马达的振动次数达到算法逻辑控制单元中的设定值时，驱动结束，当LRA马达的振动次数未达到算法逻辑控制单元中的设定值时，返回继续进行步骤3）。

步骤41）所述频率扫描的频段为(f₀-n)Hz～(f₀+n)Hz。

本发明的驱动器配合驱动器的驱动方法，可以快速获取LRA马达的即时共振频率，达到自动跟踪检测LRA马达的即时共振频率的目的，并以即时共振频率作为激励信号频率反馈控制驱动LRA马达，达到最佳驱动效果，进而提高整机性能，降低功耗，提高手机/平板电脑等带触觉反馈触摸屏的移动电子设备的续航能力。利用LRA马达的共振频率的激励信号来驱动/制动LRA马达，容易实现骤起骤停。

本发明采用一种全新的由带逻辑算法控制开关的反馈控制激励源驱动LRA马达，通过开关频率控制的方法或较窄范围频率扫描的方法，可以快速获取线性马达的即时共振频率，达到自动跟踪检测马达即时共振频率的目的。

本发明提供三种分别独立的驱动方法，配合本发明的驱动器，给客户提供更多的驱动方法的选择，客户可以根据不同的振动模式，选择不同的驱动方法。

本发明使用性强，适用于所有带LRA马达驱动器的触觉反馈触摸屏的手机、平板电脑、电子游戏设备、车载导航仪、智能仪器、仪表等领域。

附图说明

图1为驱动器驱动LRA马达示意图；

图2为本发明的驱动器的电路示意图；

图3为本发明的双向开关的示意图；

图4为LRA马达的等效电路图；

图5为第一种驱动方法中LRA马达的激励信号与LRA马达线圈的感应电动势的波形图；

图6为第一种驱动方法的流程图；

图7为第二种驱动方法的流程图；

图8为第三种驱动方法的流程图。

附图中，1为算法逻辑控制单元，2为运放器，3为第一鉴相器，4为第二鉴相器，5为第一开关电源，6为第二开关电源，7为双向开关，8为信号源，9为LRA马达。

具体实施方式

参见图1和图3，为一种用于LRA马达共振跟踪检测驱动器的实施例，包括算法逻辑控制单元1、运放器2、第一鉴相器3、第二鉴相器4和两个开关电源，其中第一开关电源5连接在LRA马达9的正极与算法逻辑控制单元1之间，第二开关电源6连接在LRA马达9的负极与算法逻辑控制单元1之间。所述运放器为具有满足量程、精度的运放器。所述算法逻辑控制单元是具有足够存储空间、延时精度足够、脚数足够的可编程逻辑芯片或单片机。算法逻辑控制单元内存储有开关控制、即时共振频率计算、激励信号输出控制等算法。所述第一鉴相器检测LRA马达的电流相位反馈给算法逻辑控制单元，所述第二鉴相器检测LRA马达的电压相位反馈给算法逻辑控制单元，所述运放器检测LRA马达两端的电势差反馈给算法逻辑控制单元，所述算法逻辑控制单元接收LRA马达的电压相位、电流相位以及LRA马达两端的电势差，计算LRA马达的即时共振频率，并将LRA马达的即时共振频率作为激励信号频率反馈控制LRA马达，所述算法逻辑控制单元接收处理器的指令，输出控制信号给开关电源，控制开关电源输出同相或反相的激励信号给LRA马达，驱动或制动LRA马达。所述开关电源包括双向开关7和信号源8，所述第一开关电源的双向开关的COM端与LRA马达的正极连接，第一开关电源的双向开关的G1、G2端与算法逻辑控制单元连接，第一开关电源的双向开关的Y端与信号源的输出端连接，第一开关电源的双向开关的X端接地，所述第二开关电源的双向开关的COM端与LRA马达的负极连接，第二开关电源的双向开关的G1、G2端与算法逻辑控制单元连接，第二开关电源的双向开关的Y端接地，第二开关电源的双向开关的X端与信号源的输出端连接，所述信号源的控制输入端与算法逻辑控制单元连接。本实施例的双向开关包括两个发射极相连的三极管开关K、，开关K的集电极为双向开关的Y端，开关的集电极为双向开关的X端。当第一开关电源和第二开关电源中的开关K关闭时，LRA马达的正极与信号源V连接，LRA马达的负极接地，此时信号源输出正向激励信号给LRA马达。当第一开关电源和第二开关电源中的开关关闭时，LRA马达的正极接地，LRA马达的负极与信号源V连接，此时信号源输出负向激励信号给LRA马达。信号源输出的激励信号的频率、幅值通过算法逻辑控制单元控制。所述信号源为信号发生模块。该信号发生模块为可以输出正弦波和方波信号的信号发生器。且信号发生模块输出的正弦波和方波信号的频率、幅值可以通过外部设备如单片机等控制。

上述驱动器的三种不同驱动方法的实施例如下所述：

实施例1：

参见图6，采用上述驱动器的第一种驱动方法，有以下步骤：

1）驱动前，在算法逻辑控制单元中设定初检扫频范围和LRA马达振动次数；

2）驱动时，算法逻辑控制单元接收处理器的指令，检查算法逻辑控制单元的存储器中是否存储有LRA马达的共振频率f₀；

21）若有，则继续进行步骤3）至步骤4）。

22）若没有，则进行初检，算法逻辑控制单元按设定的初检扫频范围进行频率扫描；检测是否获得马达的共振频率f₀。初检具体确定方法是：算法逻辑控制单元控制开关电源逐渐从30Hz起到500Hz（每次递增1Hz），发出一定频率的激励信号u_i(t)给LRA马达，通过第一、第二鉴相器同时检测LRA马达的电压相位和电流相位，当LRA马达的电压相位和电流相位完全同相时的激励信号频率即为LRA马达的共振频率f₀。该共振频率f₀作为LRA马达的初始共振频率f₀，存储于算法逻辑控制单元的存储器中。若整个频段扫描完仍未检测到LRA马达的初始共振频率f₀，则提示可能存在线路故障或马达被夹持过紧致死等问题。

221）若获得LRA马达的共振频率f₀，则将该LRA马达的共振频率f₀存储在算法逻辑控制单元的存储器中，继续进行步骤3）至步骤4），否则，提示马达夹持过紧或线路故障，驱动结束。

3）算法逻辑控制单元向LRA马达发送f₀频率的正向激励信号，驱动LRA马达振动，记录LRA马达第一次开始振动的时刻S₁，到t₁时刻，解除LRA马达的激励信号，到LRA马达两端的电势差为零时，完成第一次振动，记录此时刻H₁；算法逻辑控制单元通过公式f_i=2/(H_i-S_i)计算出LRA马达新的共振频率f₁，将f₀更新为f₁，算法逻辑控制单元向LRA马达发送f₁频率的负向激励信号驱动LRA马达振动，记录LRA马达第二次开始振动的时刻S₂，在t₂时刻，解除LRA马达的激励信号，到LRA马达两端的电势差为零时，完成第二次振动，记录此时刻H₂，算法逻辑控制单元通过公式f_i=2/(H_i-S_i)计算出LRA马达新的共振频率f₂，将f₁更新为f₂，完成一个振动周期。(T₀/4)<t₁<(T₀/2)，T₀=1/f₀,(S_i+T_i-1/4)<t_i<(S_i+T_i-1/2),T_i=1/f_i，i为大于1的自然数。

4）检测马达是否达到设定振动次数；若LRA马达的振动次数达到算法逻辑控制单元中的设定值，则驱动结束；若LRA马达的振动次数没有达到算法逻辑控制单元中的设定值，循环步骤3）直至LRA马达的振动次数达到算法逻辑控制单元中的设定值。

驱动结束是通过算法逻辑控制单元给LRA马达一个与LRA马达线圈感应电动势U_EMF完全等幅、反相的激励信号，来实现LRA马达的立即制动。

以新的共振频率驱动马达无共振时，算法逻辑控制单元提示马达夹持过紧或线路故障。

实施例2：

参见图7，采用上述驱动器的第二种驱动方法，有以下步骤：

1）驱动前，在算法逻辑控制单元中设定初检扫频范围和LRA马达振动次数；

2）驱动时，算法逻辑控制单元接收处理器的指令，检查算法逻辑控制单元的存储器中是否存储有LRA马达的共振频率f₀；

21）若有，则继续进行步骤3）至步骤5）；

22）若没有，则进行初检，算法逻辑控制单元按设定的初检扫频范围进行频率扫描。初检具体确定方法是：算法逻辑控制单元控制开关电源逐渐从30Hz起到500Hz（每次递增1Hz），发出一定频率的激励信号u_i(t)给LRA马达，通过第一、第二鉴相器同时检测LRA马达的电压相位和电流相位，当LRA马达的电压相位和电流相位完全同相时的激励信号频率即为LRA马达的共振频率f₀。该共振频率f₀作为LRA马达的初始共振频率f₀，存储于算法逻辑控制单元的存储器中。若整个频段扫描完仍未检测到LRA马达的初始共振频率f₀，则提示可能存在线路故障或马达被夹持过紧致死等问题。

221）检测是否获得马达共振频率f₀，若获得，则将该LRA马达的共振频率f₀存储在算法逻辑控制单元的存储器中，继续进行步骤4）至步骤5）；若没有获得，提示马达夹持过紧或线路故障，驱动结束；

3）在f₀附近(f₀-n)Hz～(f₀+n)Hz（n≤10）进行频率扫描，获得LRA马达新的共振频率f₀，更新f₀。当然n的值可以根据实际需要进行修改。

4）算法逻辑控制单元以f₀或(f₀+1)Hz的激励信号驱动LRA马达振动；

5）检测马达是否停止共振，若LRA马达停止共振，则返回继续进行步骤3）至步骤5）；若LRA马达继续共振，检测马达是否达到设定振动次数；当LRA马达的振动次数未达到算法逻辑控制单元中的设定值时，返回继续进行步骤4）至步骤5），当达到算法逻辑控制单元中的设定值时，则驱动结束。

一旦LRA马达出现停止共振，若在f₀的±10Hz的范围内重新扫频时，仍没有共振，则启动初检，若初检完仍未检测到f₀，则提示可能存在线路故障或马达被夹持过紧致死等问题。

驱动结束是通过算法逻辑控制单元给LRA马达一个与LRA马达线圈感应电动势U_EMF完全等幅、反相的激励信号，即可使LRA马达立即制动。

实施例3：

参见图8，采用上述驱动器的第三种驱动方法，有以下步骤：

一种采用上述驱动器的驱动方法，有以下步骤：

1）驱动前，在算法逻辑控制单元中设定初检扫频范围和LRA马达振动次数；

2）驱动时，算法逻辑控制单元接收处理器的指令，检查算法逻辑控制单元的存储器中是否存储有LRA马达的共振频率f₀；

21）若有，则继续进行步骤3）；

22）若没有，则进行初检，算法逻辑控制单元按设定的初检扫频范围进行频率扫描。初检具体确定方法是：算法逻辑控制单元控制开关电源逐渐从30Hz起到500Hz（每次递增1Hz），发出一定频率的激励信号u_i(t)给LRA马达，通过第一、第二鉴相器同时检测LRA马达的电压相位和电流相位，当LRA马达的电压相位和电流相位完全同相时的激励信号频率即为LRA马达的共振频率f₀。该共振频率f₀作为LRA马达的初始共振频率f₀，存储于算法逻辑控制单元的存储器中。若整个频段扫描完仍未检测到LRA马达的初始共振频率f₀，则提示可能存在线路故障或马达被夹持过紧致死等问题。

221）若获得LRA马达的共振频率f₀，则将该LRA马达的共振频率f₀存储在算法逻辑控制单元的存储器中，继续进行步骤3）、步骤4）、步骤41）、步骤42），否则，提示马达夹持过紧或线路故障，驱动结束；

3）算法逻辑控制单元以f₀或(f₀+1)Hz的激励信号驱动LRA马达振动；

4）检测马达是否停止共振；

41）若LRA马达停止共振，则算法逻辑控制单元在f₀附近(f₀-n)Hz～(f₀+n)Hz（n≤10）进行频率扫描，获得LRA马达新的共振频率f₀，更新f₀；检测马达振动次数，当LRA马达的振动次数达到算法逻辑控制单元中的设定值时，驱动结束，当LRA马达的振动次数未达到算法逻辑控制单元中的设定值时，返回继续进行步骤3）、步骤4）、步骤41）、步骤42）。当然n的值可以根据实际需要进行修改。

42）若LRA马达继续共振，检测马达振动次数，当LRA马达的振动次数达到算法逻辑控制单元中的设定值时，驱动结束，当LRA马达的振动次数未达到算法逻辑控制单元中的设定值时，返回继续进行步骤3）、步骤4）、步骤41）、步骤42）。

一旦出现停止共振，若在f₀的±10Hz的范围内重新扫频时，仍没有共振，则启动初检，若初检完仍未检测到f₀，则提示可能存在线路故障或马达被夹持过紧致死等问题。

驱动结束是通过算法逻辑控制单元给LRA马达一个与LRA马达线圈感应电动势U_EMF完全等幅、反相的激励信号，即可使LRA马达立即制动。

本发明采用驱动器的驱动方法的具体说明如下：

LRA负载的等效电路如图4虚线框内所示，激励信号u_i与负载线圈的感应电动势U_EMF必须同相时才能使负载振动，共振时，u_i(t)与i_i(t)完全同相。驱动器的作用是LRA负载的激励源。

驱动器进行初检，获得LRA负载的初始共振频率。具体确定方法是：算法逻辑控制单元逐渐从30Hz起到500Hz（每次递增1Hz），发出一定频率的激励信号u_i(t)给LRA负载，第一、第二鉴相器同时检测u_i(t)和i_i(t)的相位给算法逻辑控制单元，当u_i(t)与i_i(t)完全同相时的激励信号频率即为LRA负载的即时共振频率f₀。该共振频率作为此负载的初始共振频率，存储于算法逻辑控制单元的存储器中，供系统采用。若整个频段扫描完仍未检测到f₀，则提示可能存在线路故障或负载被夹持过紧致死等问题。此后，LRA负载的即时共振频率不再需通过大频率范围扫描检测(相对费时)获得，而是通过特殊的方法（如下三种不同方法中的任一种）被不断地快速跟踪检测得到和更新。每次LRA负载的驱动频率均以上一次振动检测到的即时共振频率作为激励信号频率。

第一种方法为：参见图2和图5，算法逻辑控制单元收到由处理器发出的指令后，算法逻辑控制单元控制第一开关电源、第二开关电源中的开关K闭合、开关断开，信号源给LRA负载一f₀频率的正向激励信号，LRA负载开始正向振动，在t₁时刻(T₀/4<t₁<T₀/2，T₀=1/f₀)算法逻辑控制单元控制第一开关电源、第二开关电源中的开关K断开，此时，激励源被解除，负载的驱动信号消失，负载线圈的感应电动势U_EMF逐渐减少直至A点降为零。负载两端的电势差等于负载线圈的感应电动势，即V₁-V₂=U_EMF，并由此可以获得此次共振激励下的f(U_EMF)就等于负载的即时共振频率f₁。到A时刻即当运放器检测到U_EMF为零时，可获得原点O到A点之间的时间差值T_OA，并记录A时刻。从而计算出f₁=f(U_EMF)=2/T_OA，更新存储器中的LRA负载的共振频率。从A点开始，算法逻辑控制单元控制第一开关电源、第二开关电源中的开关闭合、开关K断开，信号源立即给LRA负载一f₁频率的负向激励信号，LRA负载开始负向振动，在t₁时刻((T_OA+T₁/4)<t₁<(T_OA+T₁/2))，算法逻辑控制单元控制第一开关电源、第二开关电源中的开关断开，到B时刻即当运放器检测到U_EMF为零时，可得到A点到B点之间的时间差值T_AB，并记录B时刻。此时的即时共振频率f₂=f(U_EMF)=2/T_AB，更新存储器中的LRA负载的共振频率。这样依次循环下去，LRA负载的共振频率被不断地更新。每次LRA负载的驱动频率均以上一次振动检测到的即时共振频率作为激励信号频率，当LRA负载的振动次数达到设定的次数时，此次驱动结束。驱动结束是通过算法逻辑控制单元给LRA负载一个与LRA负载线圈感应电动势U_EMF完全等幅、反相的激励信号，来实现LRA负载的立即制动。

第二种方法为：激励源收到由处理器发出的指令后，激励源立即给LRA负载激励信号，该激励信号的频率从(f₀-n)Hz逐渐增加到(f₀+n)Hz（每次递增1Hz），n≤10。第一、二鉴相器将检测到的LRA负载的u_i(t)与i_i(t)完全同相时的激励信号频率即为LRA负载的即时共振频率f₀。且一旦获得LRA负载的即时共振频率f₀，激励信号频率立即停止增加，频率扫描停止。此后，激励源用固定的f₀或(f₀+1)Hz频率驱动LRA负载。一旦出现停止共振(即第一、二鉴相器将检测到的LRA负载的u_i(t)与i_i(t)不同相)，立即启动小范围频率扫描，即激励源给负载激励信号频率从(f₀-n)Hz逐渐增加到(f₀+n)Hz(n≤10)(即在f₀的±10Hz的范围内重新搜寻漂移的共振频率值)，当u_i(t)与i_i(t)完全同相时的激励信号频率，即为LRA负载的即时共振频率f₀。一旦获得新的f₀，立即停止增加频率，激励源再以新获得的f₀或(f₀+1)Hz频率驱动负载，如此循环，直至达到预设的负载振动次数为止。

一旦出现停止共振，若在f₀的±10Hz的范围内重新搜寻时，仍没有共振，则启动初检(激励信号频率从30Hz逐渐递增到500Hz(每次递增1Hz))，若整个频段扫描完仍未检测到f₀，则提示可能存在线路故障或负载被夹持过紧致死等问题。

激励源通过施加与U_EMF完全等幅、反相的激励信号，即可使负载负载立即制动。

第三种方法为：激励源收到由处理器发出的指令后，激励源立即给LRA负载激励信号，其频率为f₀，此后，一旦出现停止共振(即u_i(t)与i_i(t)不同相)，立即启动频率扫描，即激励源给负载激励信号频率从(f₀-n)Hz逐渐增加到(f₀+n)Hz(n≤10)(即在f₀的±10Hz的范围内重新搜寻漂移的共振频率值)，当u_i(t)与i_i(t)完全同相时的激励信号频率，即为LRA负载负载的即时共振频率f₀。一旦获得LRA负载负载新的共振频率f₀，立即停止增加频率，激励源再以新获得的f₀或(f₀+1)Hz频率驱动LRA负载负载。

一旦出现停止共振，若在f₀的±10Hz的范围内重新搜寻时，仍没有共振，则启动初检(激励信号频率从30Hz逐渐递增到500Hz(每次递增1Hz))，若整个频段扫描完仍未检测到f₀，则提示可能存在线路故障或负载被夹持过紧致死等问题。

激励源通过施加与U_EMF完全等幅、反相的激励信号，即可使负载负载立即制动。

本发明的三种分别独立的驱动方法能够通过检测LRA马达的即时共振频率反馈控制驱动LRA马达，可随时处于最佳驱动状态，进而提高整机性能、降低功耗，且通过本发明的驱动方法，LRA马达的即时共振频率可以不断地快速检测得到和更新，检测的即时共振频率精确度高。

本发明提供三种分别独立的驱动方法，为客户提供更多选择方式，选择更灵活。根据不同的振动模式，可以选择不同的驱动方法。

Claims (10)

1.一种用于触觉驱动的LRA马达自动共振跟踪检测驱动器，其特征在于：包括算法逻辑控制单元、运放器、第一鉴相器、第二鉴相器和开关电源，所述第一鉴相器检测LRA马达的电流相位反馈给算法逻辑控制单元，所述第二鉴相器检测LRA马达的电压相位反馈给算法逻辑控制单元，所述运放器检测LRA马达两端的电势差反馈给算法逻辑控制单元，所述算法逻辑控制单元接收LRA马达的电压相位、电流相位以及LRA马达两端的电势差，计算LRA马达的即时共振频率，并将LRA马达的即时共振频率作为激励信号频率反馈控制LRA马达，所述算法逻辑控制单元接收处理器的指令，输出控制信号给开关电源，控制开关电源输出激励信号给LRA马达，驱动或制动LRA马达。

2.根据权利要求1的用于触觉驱动的LRA马达自动共振跟踪检测驱动器，其特征在于：所述开关电源为两个，其中第一开关电源连接在LRA马达的正极与算法逻辑控制单元之间，第二开关电源连接在LRA马达的负极与算法逻辑控制单元之间。

3.根据权利要求2的用于触觉驱动的LRA马达自动共振跟踪检测驱动器，其特征在于：所述开关电源包括双向开关和信号源，所述第一开关电源的双向开关的COM端与LRA马达的正极连接，第一开关电源的双向开关的G1、G2端与算法逻辑控制单元连接，第一开关电源的双向开关的Y端与信号源的输出端连接，第一开关电源的双向开关的X端接地，所述第二开关电源的双向开关的COM端与LRA马达的负极连接，第二开关电源的双向开关的G1、G2端与算法逻辑控制单元连接，第二开关电源的双向开关的Y端接地，第二开关电源的双向开关的X端与信号源的输出端连接，所述信号源的控制输入端与算法逻辑控制单元连接。

4.一种采用权利要求1至3中任一权利要求所述的驱动器的驱动方法，其特征在于，有以下步骤：

1）驱动前，在算法逻辑控制单元中设定初检扫频范围和LRA马达振动次数；

2）驱动时，算法逻辑控制单元接收处理器的指令，检查算法逻辑控制单元的存储器中是否存储有LRA马达的共振频率f₀；

21）若有，则继续进行步骤3）；

22）若没有，则进行初检，算法逻辑控制单元按设定的初检扫频范围进行频率扫描；检测是否获得马达的共振频率f₀；

221）若获得LRA马达的共振频率f₀，则将该LRA马达的共振频率f₀存储在算法逻辑控制单元的存储器中，继续进行步骤3），否则，提示马达夹持过紧或线路故障，驱动结束；

3）算法逻辑控制单元向LRA马达发送f₀频率的正向激励信号驱动LRA马达振动，记录LRA马达第一次开始振动的时刻S₁，到t₁时刻，解除LRA马达的正向激励信号，到LRA马达两端的电势差为零时，完成第一次振动，记录此时刻H₁，算法逻辑控制单元通过公式计算出LRA马达新的共振频率f₁，将f₀更新为f₁；算法逻辑控制单元向LRA马达发送f₁频率的负向激励信号驱动LRA马达振动，记录LRA马达第二次开始振动的时刻S₂，到t₂时刻，解除LRA马达的负向激励信号，到LRA马达两端的电势差为零时，完成第二次振动，记录此时刻H₂，算法逻辑控制单元通过公式计算出LRA马达新的共振频率f₂，将f₁更新为f₂，完成一个振动周期；

4）检测马达是否达到设定振动次数；若LRA马达的振动次数达到算法逻辑控制单元中的设定值，则驱动结束；若LRA马达的振动次数没有达到算法逻辑控制单元中的设定值，循环步骤3）直至LRA马达的振动次数达到算法逻辑控制单元中的设定值。

5.根据权利要求4的驱动方法，其特征在于，步骤3）所述的共振频率的计算公式为：f_i=2/(H_i-S_i)。

6.根据权利要求4的驱动方法，其特征在于，(T₀/4)<t₁<(T₀/2)，T₀=1/f₀,(S_i+T_i-1/4)<t_i<(S_i+T_i-1/2),T_i=1/f_i，i为大于1的自然数。

7.一种采用权利要求1至3中任一权利要求所述的驱动器的驱动方法，其特征在于，有以下步骤：

1）驱动前，在算法逻辑控制单元中设定初检扫频范围和LRA马达振动次数；

2）驱动时，算法逻辑控制单元接收处理器的指令，检查算法逻辑控制单元的存储器中是否存储有LRA马达的共振频率f₀；

21）若有，则继续进行步骤3）；

22）若没有，则进行初检，算法逻辑控制单元按设定的初检扫频范围进行频率扫描；

221）检测是否获得马达共振频率f₀，若获得，则将该LRA马达的共振频率f₀存储在算法逻辑控制单元的存储器中，继续进行步骤4）；若没有获得，提示马达夹持过紧或线路故障，驱动结束；

3）在f₀附近进行频率扫描，获得LRA马达新的共振频率f₀，更新f₀；

4）算法逻辑控制单元以f₀或(f₀+1)Hz的激励信号驱动LRA马达振动；

5）检测马达是否停止共振，若LRA马达停止共振，则返回继续进行步骤3）；若LRA马达继续共振，检测马达是否达到设定振动次数；当LRA马达的振动次数未达到算法逻辑控制单元中的设定值时，返回继续进行步骤4），当达到算法逻辑控制单元中的设定值时，则驱动结束。

8.根据权利要求7的驱动方法，其特征在于，步骤3）所述频率扫描的频段为(f₀-n)Hz～(f₀+n)Hz。

9.一种采用权利要求1至3中任一权利要求所述的驱动器的驱动方法，其特征在于，有以下步骤：

1）驱动前，在算法逻辑控制单元中设定初检扫频范围和LRA马达振动次数；

2）驱动时，算法逻辑控制单元接收处理器的指令，检查算法逻辑控制单元的存储器中是否存储有LRA马达的共振频率f₀；

21）若有，则继续进行步骤3）；

22）若没有，则进行初检，算法逻辑控制单元按设定的初检扫频范围进行频率扫描；

221）若获得LRA马达的共振频率f₀，则将该LRA马达的共振频率f₀存储在算法逻辑控制单元的存储器中，继续进行步骤3），否则，提示马达夹持过紧或线路故障，驱动结束；

3）算法逻辑控制单元以f₀或(f₀+1)Hz的激励信号驱动LRA马达振动；

4）检测马达是否停止共振；

41）若LRA马达停止共振，则算法逻辑控制单元在f₀附近进行频率扫描，获得LRA马达新的共振频率f₀，更新f₀；检测马达振动次数，当LRA马达的振动次数达到算法逻辑控制单元中的设定值时，驱动结束，当LRA马达的振动次数未达到算法逻辑控制单元中的设定值时，返回继续进行步骤3）；

42）若LRA马达继续共振，检测马达振动次数，当LRA马达的振动次数达到算法逻辑控制单元中的设定值时，驱动结束，当LRA马达的振动次数未达到算法逻辑控制单元中的设定值时，返回继续进行步骤3）。

10.根据权利要求9的驱动方法，其特征在于，步骤41）所述频率扫描的频段为(f₀-n)Hz～(f₀+n)Hz。