CN113809962B - 一种步进电机驱动系统及电机系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种步进电机驱动系统及电机系统，包括目标电流信号生成模块、比较器、电流采样模块、电流斩波器和驱动电路，其中，驱动电路能够根据电流斩波器所处的相位对步进电机的驱动进行调整，且当电流斩波器处于衰减相位时控制步进电机的电流衰减，步进电机的衰减速度和步进电机的线圈的电感大小呈正相关，以保证步进电机线圈的电流能够衰减至安全电流，后续步进电机线圈的电流再次上升时不会超过阈值，以减小步进电机运行时的噪声，使步进电机运行的更加平滑。

Description

一种步进电机驱动系统及电机系统

技术领域

本发明涉及电机控制领域，特别是涉及一种步进电机驱动系统及电机系统。

背景技术

现有技术中对电机进行驱动时，通常包括电压驱动模式和电流驱动模式，而对于电流驱动模式，在电机线圈的当前电流到达电流阈值后通常需要使电机进入衰减模式，从而使电机线圈的电流下降，以保证在下一个电流周期电机线圈的电流也不会超过电流阈值。

但是，现有技术中对电机进行驱动时的衰减模式的衰减时间和衰减周期是固定的，当步进电机线圈的电感或其他模块的参数变化时，现有技术中的衰减模式无法保证在下一个电流周期来临之前电机线圈的电流能够衰减至安全值，这就会导致步进电机线圈的电流在下一个周期来临后会在衰减后的电流的基础上爬升，从而超过电流阈值，导致步进电机运行时的噪声和振动较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种步进电机驱动系统及电机系统，驱动电路能够根据电流斩波器所处的相位对步进电机的驱动进行调整，且当电流斩波器处于衰减相位时控制步进电机的电流衰减，步进电机的衰减速度和步进电机的线圈的电感大小呈正相关，以保证步进电机线圈的电流能够衰减至安全电流，后续步进电机线圈的电流再次上升时不会超过阈值，以减小步进电机运行时的噪声，使步进电机运行的更加平滑。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种步进电机驱动系统，包括：

目标电流信号生成模块，用于基于用户的设定生成目标电流基准信号；

分别与所述目标电流信号生成模块及电流采样模块连接的比较器，用于对所述目标电流基准信号和实际电流采样信号进行比较，并在所述实际电流采样信号小于所述目标电流基准信号时输出第一电平；在所述实际电流采样信号不小于所述目标电流基准信号时输出第二电平；

与驱动电路连接的所述电流采样模块，用于采集所述驱动电路上的流经所述步进电机的线圈上的电流，并生成所述实际电流采样信号；

与所述比较器连接的电流斩波器，用于在接收到所述第一电平时工作于运行相位，并在接收到第二电平时工作于衰减相位；

与所述电流斩波器连接的所述驱动电路，用于在所述电流斩波器工作于所述运行相位时驱动所述步进电机，以使所述步进电机的线圈的电流上升，并在所述电流斩波器工作于所述衰减相位时驱动所述步进电机，以使所述步进电机的线圈的电流衰减且衰减速度与所述步进电机的线圈的电感大小呈正相关。

优选地，所述步进电机为两相步进电机；

所述目标电流信号生成模块包括：

微步处理装置，用于基于用户设定的步进数和方向生成脉冲数和所述步进数对应的脉冲序列；

输入端与所述微步处理装置的输出端连接的弦波发生器，用于基于所述步进电机连接的负载的参数设定所述脉冲序列中各个脉冲的幅值，以生成A相电流正弦波序列信号和B相电流正弦波序列信号，所述A相电流正弦波序列信号和所述B相电流正弦波序列信号的相位相差90°；

输入端与所述弦波发生器连接，输出端与所述比较器连接的数模转换器，用于分别将所述A相电流正弦波序列信号和所述B相电流正弦波序列信号进行数模转换，以输出模拟量的A相目标电流基准信号和模拟量的B相目标电流基准信号，模拟量的所述A相目标电流基准信号和模拟量的所述B相目标电流基准信号为所述目标电流基准信号。

优选地，所述数模转换器包括：

输入端与所述弦波发生器的第一输出端连接的第一子数模转换器，用于将所述A相电流正弦波序列信号进行数模转换，以输出模拟量的A相目标电流基准信号；

输入端与所述弦波发生器的第二输出端连接的第二子数模转换器，用于将所述B相电流正弦波序列信号进行数模转换，以输出模拟量的B相目标电流基准信号。

优选地，所述步进电机为两相步进电机；

所述驱动电路包括：

输入端与所述电流斩波器连接的预驱动模块，用于对第一桥式电路中的开关管及第二桥式电路中的开关管进行驱动；

所述第一桥式电路与所述预驱动模块连接，用于基于自身的开关管的导通与关断对所述步进电机进行驱动，以使所述步进电机的A相线圈的电流在所述电流斩波器工作于所述运行相位时上升，在所述电流斩波器工作于所述衰减相位时下降；

所述第二桥式电路与所述预驱动模块连接，用于基于自身的开关管的导通与关断对所述步进电机进行驱动，以使所述步进电机的B相线圈的电流在所述电流斩波器工作于所述运行相位时上升，在所述电流斩波器工作于所述衰减相位时下降。

优选地，所述第一桥式电路包括第一开关管~第四开关管，所述第一开关管的第一端和第二开关管的第一端与电源端连接，所述第三开关管的第二端和第四开关管的第二端接地，所述第一开关管的第二端与所述第三开关管的第一端连接，所述第二开关管的第二端与所述第四开关管的第一端连接，所述第一开关管的第二端通过第一电感与所述第二开关管的第二端连接；

所述第二桥式电路包括第五开关管~第八开关管，所述第五开关管的第一端和第六开关管的第一端与电源端连接，所述第七开关管的第二端和第八开关管的第二端接地，所述第五开关管的第二端与所述第七开关管的第一端连接，所述第六开关管的第二端与所述第八开关管的第一端连接，所述第五开关管的第二端通过第二电感与所述第六开关管的第二端连接；

所述第一开关管~所述第八开关管的控制端均与所述预驱动模块连接；

所述第一开关管的第二端和所述第二开关管的第二端为所述第一桥式电路的输出端，所述第五开关管的第二端和所述第六开关管的第二端为所述第一桥式电路的输出端；

所述预驱动模块具体用于在所述电流斩波器工作于所述运行相位时以预设频率控制所述第一开关管和所述第四开关管导通且同时所述第二开关管和所述第三开关管断开，以及所述第二开关管和所述第三开关管导通且同时所述第一开关管和所述第四开关管断开，所述第五开关管和所述第八开关管导通且同时所述第六开关管和所述第七开关管断开，以及所述第六开关管和所述第七开关管导通且同时所述第五开关管和所述第八开关管断开，以使所述步进电机的A相线圈的电流和B相线圈的电流上升；在所述电流斩波器工作于所述衰减相位时与所述预设频率控制所述第一开关管和所述第四开关管断开且同时所述第二开关管和所述第三开关管导通，以及所述第二开关管和所述第三开关管断开且同时所述第一开关管和所述第四开关管导通，所述第五开关管和所述第八开关管断开且同时所述第六开关管和所述第七开关管导通，以及所述第六开关管和所述第七开关管断开且同时所述第五开关管和所述第八开关管导通，所述第二开关管和所述第三开关管导通，所述第五开关管和所述第八开关管同时断开，所述第六开关管和所述第七开关管导通，以使所述步进电机的A相线圈的电流和B相线圈的电流以第一衰减速度衰减；或在所述电流斩波器工作于所述衰减相位时控制所述第一开关管和所述第二开关管同时断开，所述第三开关管和所述第四开关管导通，所述第五开关管和所述第六开关管同时断开，所述第七开关管和所述第八开关管导通，以使所述步进电机的A相线圈的电流和B相线圈的电流以第二衰减速度衰减；又或在所述电流斩波器工作于所述衰减相位时在第一预设时刻之前控制所述步进电机的A相线圈的电流和B相线圈的电流以第一衰减速度衰减，在第一时刻之后控制步进电机的A相线圈的电流和B相线圈的电流以第二衰减速度衰减，以使所述步进电机的A相线圈的电流和B相线圈的电流以平均衰减速度为第三衰减速度进行衰减；

所述第一衰减速度大于所述第三衰减速度，所述第三衰减速度大于所述第二衰减速度。

优选地，所述步进电机为两相步进电机；

所述目标电流信号生成模块包括：

微步处理装置，用于基于用户设定的步进数和方向生成脉冲数和所述步进数对应的脉冲序列；

输入端与所述微步处理装置的输出端连接的三角波发生器，用于基于所述脉冲序列生成A相三角波信号和B相三角波信号，所述A相三角波信号和所述B相三角波信号的相位相差90°；

输入端与所述三角波发生器连接的数模转换正弦信号发生器，用于分别对所述A相三角波信号和所述B相三角波信号进行数模转换，并分别生成模拟量的A相目标电流基准信号和模拟量的B相目标电流基准信号；

输入端与所述数模转换正弦信号发生器的输出端连接，输出端与所述比较器连接的系数配置模块，用于基于所述步进电机连接的负载的参数分别设定模拟量的所述A相目标电流基准信号和模拟量的所述B相目标电流基准信号的系数，乘以所述系数的模拟量的所述A相目标电流基准信号和模拟量的所述B相目标电流基准信号为所述目标电流基准信号。

优选地，所述系数配置模块为乘法器，具体用于将模拟量的所述A相目标电流基准信号和模拟量的所述B相目标电流基准信号乘以所述系数，以输出所述目标电流基准信号。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种电机系统，包括如上述所述的步进电机驱动系统，还包括与所述步进电机驱动系统连接的步进电机。

本申请提供了一种步进电机驱动系统及电机系统，包括目标电流信号生成模块、比较器、电流采样模块、电流斩波器和驱动电路，其中，驱动电路能够根据电流斩波器所处的相位对步进电机的驱动进行调整，且当电流斩波器处于衰减相位时控制步进电机的电流衰减，步进电机的衰减速度和步进电机的线圈的电感大小呈正相关，以保证步进电机线圈的电流能够衰减至安全电流，后续步进电机线圈的电流再次上升时不会超过阈值，以减小步进电机运行时的噪声，使步进电机运行的更加平滑。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种步进电机驱动系统的结构示意图；

图2为本发明提供的一种步进电机驱动系统的具体的结构示意图；

图3为本发明提供的第一桥式电路的结构示意图；

图4为本发明提供的第二桥式电路的结构示意图；

图5为本申请提供的一种衰减速度的示意图；

图6为本发明提供的一种混合衰减模式下电流的变化示意图；

图7为本发明提供的另一种步进电机驱动系统的具体的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种步进电机驱动系统及电机系统，驱动电路能够根据电流斩波器所处的相位对步进电机的驱动进行调整，且当电流斩波器处于衰减相位时控制步进电机的电流衰减，步进电机的衰减速度和步进电机的线圈的电感大小呈正相关，以保证步进电机线圈的电流能够衰减至安全电流，后续步进电机线圈的电流再次上升时不会超过阈值，以减小步进电机运行时的噪声，使步进电机运行的更加平滑。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，图1为本发明提供的一种步进电机驱动系统的结构示意图，还系统包括：

目标电流信号生成模块1，用于基于用户的设定生成目标电流基准信号；

分别与目标电流信号生成模块1及电流采样模块3连接的比较器2，用于对目标电流基准信号和实际电流采样信号进行比较，并在实际电流采样信号小于目标电流基准信号时输出第一电平；在实际电流采样信号不小于目标电流基准信号时输出第二电平；

与驱动电路4连接的电流采样模块3，用于采集驱动电路4上的流经步进电机的线圈上的电流，并生成实际电流采样信号；

与比较器2连接的电流斩波器5，用于在接收到第一电平时工作于运行相位，并在接收到第二电平时工作于衰减相位；

与电流斩波器5连接的驱动电路4，用于在电流斩波器5工作于运行相位时驱动步进电机，以使步进电机的线圈的电流上升，并在电流斩波器5工作于衰减相位时驱动步进电机，以使步进电机的线圈的电流衰减且衰减速度与步进电机的线圈的电感大小呈正相关。

本实施例中，申请人考虑到在对步进电机进行控制时，若步进电机的线圈上的电流已达到电流阈值后仍继续输入电流至步进电机，可能会导致步进电机烧毁而无法工作，因此，当步进电机的线圈上的电流达到目标电流基准信号后可使步进电机的电流衰减。但是，现有技术中的衰减速度通常只有一种，也即无论步进电机的参数如何，电感如何，步进电机的线圈的电流衰减速度都是固定的，而当步进电机的线圈的电感较大时，步进电机的线圈的电流很大，若不增加衰减速度，步进电机的线圈电流在衰减结束后可能无法完全衰减，或衰减之后的电流仍较大，当电流斩波器5重新处于运行相位后，步进电机的线圈的电流从上一次衰减后的最终电流值开始上升，从而很快再次上升至大于目标电流基准信号，这就会导致步进电机无法稳定的运行。

为了解决上述技术问题，本申请中的电流采样模块3能够对驱动电路4输出的电流进行采样，相应的，驱动电路4的输出电流即为步进电机的线圈的电流，比较器2在判定电流采样模块3输出的小于目标电流基准信号时，说明还需对步进电机进行驱动，此时电流斩波器5处于运行相位，以使步进电机的线圈的电流增大，使步进电机按照用户的期望进行运行，而当实际电流采样信号不小于目标电流基准信号时，电流斩波器5处于衰减相位，驱动电路4控制步进电机的线圈电流衰减，以使步进电机的线圈的电流减小，用户在对驱动电路4进行设定时，根据步进电机的线圈的电感大小设定衰减速度，驱动电路4根据用户设定的衰减速度使步进电机的线圈的电流衰减，使其衰减的足够小。

此外，电流采样模块3采集驱动电路4上的流经步进电机的线圈上的电流时，可以但不限定为电阻采样得到当前线圈的电流情况，功率场效应管的镜像管分流也可以表征当前线圈的电流情况，线圈实际电流信号得到的方式并不局限。

综上，本申请中的驱动电路4能够根据电流斩波器5所处的相位对步进电机的驱动进行调整，且当电流斩波器5处于衰减相位时控制步进电机的电流衰减，步进电机的衰减速度和步进电机的线圈的电感大小呈正相关，以保证步进电机线圈的电流能够衰减至安全电流，后续步进电机线圈的电流再次上升时不会超过阈值，以减小步进电机运行时的噪声，使步进电机运行的更加平滑。

在上述实施例的基础上：

作为一种优选的实施例，步进电机为两相步进电机；

目标电流信号生成模块1包括：

微步处理装置，用于基于用户设定的步进数和方向生成脉冲数和步进数对应的脉冲序列；

输入端与微步处理装置的输出端连接的弦波发生器，用于基于步进电机连接的负载的参数设定脉冲序列中各个脉冲的幅值，以生成A相电流正弦波序列信号和B相电流正弦波序列信号，A相电流正弦波序列信号和B相电流正弦波序列信号的相位相差90°；

输入端与弦波发生器连接，输出端与比较器2连接的数模转换器，用于分别将A相电流正弦波序列信号和B相电流正弦波序列信号进行数模转换，以输出模拟量的A相目标电流基准信号和模拟量的B相目标电流基准信号，模拟量的A相目标电流基准信号和模拟量的B相目标电流基准信号为目标电流基准信号。

请参照图2，图2为本发明提供的一种步进电机驱动系统的具体的结构示意图。

本实施例中的目标信号生成装置包括微步处理装置、弦波发生器以及数模转换器，微步处理装置能够接收用户发送的对步进电机的步进数和方向的设定，例如，用户设定的步进数为1/2步进、1/8步进、1/16步进、1/32步进、1/64步进、1/128步进以及1/256步进，微步处理装置就会输出对应的脉冲。当用户设定1/2步进时，则输出两个脉冲，也即步进电机走两步才走过一个步距角；当用户设定1/256步时，则输出256个脉冲，也即步进电机走256步时才走过一个步距角。当然，走一个步距角时走过的步数越多越稳定。

弦波发生器能够将微步处理装置输出的脉冲信号的幅值进行重新设置，也即基于步进电机的参数对脉冲序列中各个脉冲的幅值重新设置，从而生成A相电流正弦波序列信号和B相电流正弦波序列信号，A相电流正弦波序列信号和B相电流正弦波序列信号的相位相差90°。例如，用户预先设定不同的步进数对应的每个脉冲的幅值，即当1/2步进对应设置的两个脉冲的幅值，1/8步进对应设置的8个脉冲的幅值，1/16步进设置对应的16个脉冲的幅值，1/32步进对应设置的32个脉冲的幅值，1/64步进对应设置的64个脉冲的幅值，1/128步进对应设置的128个脉冲的幅值以及1/256步进对应设置的256个脉冲的幅值。弦波发生器接收到微步处理装置发送的脉冲信号时，根据用户设定的脉冲数对应的各个脉冲的幅值生成A相电流正弦波序列信号和B相电流正弦波序列信号；例如，当用户设定的步进数为1/256步进，微步处理装置会输出256个脉冲，弦波发生器在接收到第一个脉冲时，读取1/256步进对应设置的256个脉冲中第一个脉冲对应的幅值，在接收到第二个脉冲时，读取1/256步进对应设置的256个脉冲中第二个脉冲对应的幅值，以此类推，直至输出256个脉冲。

弦波发生器输出的A相电流正弦波序列信号和B相电流正弦波序列信号均为数字信号，为了后续的处理，还需数模转换器分别将A相电流正弦波序列信号和B相电流正弦波序列信号进行数模转换，以输出模拟量的A相目标电流基准信号和模拟量的B相目标电流基准信号，模拟量的A相目标电流基准信号和模拟量的B相目标电流基准信号为目标电流基准信号，以便后续分别判断模拟量的A相目标电流基准信号和模拟量的B相目标电流基准信号分别和步进电机的A相线圈的实际电流采样信号与B相线圈的实际电流采样信号之间的关系。

需要说明的是，本申请中将步进电机运行一个步距角细分走过为多个步进数，也可称为将步进电机运行一个步距角细分为走过多个微步进。

作为一种优选的实施例，数模转换器包括：

输入端与弦波发生器的第一输出端连接的第一子数模转换器，用于将A相电流正弦波序列信号进行数模转换，以输出模拟量的A相目标电流基准信号；

输入端与弦波发生器的第二输出端连接的第二子数模转换器，用于将B相电流正弦波序列信号进行数模转换，以输出模拟量的B相目标电流基准信号。

本实施例中的数模转换器包括第一子数模转换器和第二子数模转换器，能够分别对A相电流正弦波序列信号进行数模转换以及对B相电流正弦波序列信号进行数模转换，便于后续的处理。

作为一种优选的实施例，步进电机为两相步进电机；

驱动电路4包括：

输入端与电流斩波器5连接的预驱动模块，用于对第一桥式电路中的开关管及第二桥式电路中的开关管进行驱动；

第一桥式电路与预驱动模块连接，用于基于自身的开关管的导通与关断对步进电机进行驱动，以使步进电机的A相线圈的电流在电流斩波器5工作于运行相位时上升，在电流斩波器5工作于衰减相位时下降；

第二桥式电路与预驱动模块连接，用于基于自身的开关管的导通与关断对步进电机进行驱动，以使步进电机的B相线圈的电流在电流斩波器5工作于运行相位时上升，在电流斩波器5工作于衰减相位时下降。

作为一种优选的实施例，第一桥式电路包括第一开关管Q1~第四开关管Q4，第一开关管Q1的第一端和第二开关管Q2的第一端与电源端连接，第三开关管Q3的第二端和第四开关管Q4的第二端接地，第一开关管Q1的第二端与第三开关管Q3的第一端连接，第二开关管Q2的第二端与第四开关管Q4的第一端连接，第一开关管Q1的第二端通过第一电感与第二开关管Q2的第二端连接；

第二桥式电路包括第五开关管Q5~第八开关管Q8，第五开关管Q5的第一端和第六开关管Q6的第一端与电源端连接，第七开关管Q7的第二端和第八开关管Q8的第二端接地，第五开关管Q5的第二端与第七开关管Q7的第一端连接，第六开关管Q6的第二端与第八开关管Q8的第一端连接，第五开关管Q5的第二端通过第二电感与第六开关管Q6的第二端连接；

第一开关管Q1~第八开关管Q8的控制端均与预驱动模块连接；

第一开关管Q1的第二端和第二开关管Q2的第二端为第一桥式电路的输出端，第五开关管Q5的第二端和第六开关管Q6的第二端为第一桥式电路的输出端；

预驱动模块具体用于在电流斩波器5工作于运行相位时以预设频率控制第一开关管Q1和第四开关管Q4导通且同时第二开关管Q2和第三开关管Q3断开，以及第二开关管Q2和第三开关管Q3导通且同时第一开关管Q1和第四开关管Q4断开，第五开关管Q5和第八开关管Q8导通且同时第六开关管Q6和第七开关管Q7断开，以及第六开关管Q6和第七开关管Q7导通且同时第五开关管Q5和第八开关管Q8断开，以使步进电机的A相线圈的电流和B相线圈的电流上升；在电流斩波器5工作于衰减相位时与预设频率控制第一开关管Q1和第四开关管Q4断开且同时第二开关管Q2和第三开关管Q3导通，以及第二开关管Q2和第三开关管Q3断开且同时第一开关管Q1和第四开关管Q4导通，第五开关管Q5和第八开关管Q8断开且同时第六开关管Q6和第七开关管Q7导通，以及第六开关管Q6和第七开关管Q7断开且同时第五开关管Q5和第八开关管Q8导通，第二开关管Q2和第三开关管Q3导通，第五开关管Q5和第八开关管Q8同时断开，第六开关管Q6和第七开关管Q7导通，以使步进电机的A相线圈的电流和B相线圈的电流以第一衰减速度衰减；或在电流斩波器5工作于衰减相位时控制第一开关管Q1和第二开关管Q2同时断开，第三开关管Q3和第四开关管Q4导通，第五开关管Q5和第六开关管Q6同时断开，第七开关管Q7和第八开关管Q8导通，以使步进电机的A相线圈的电流和B相线圈的电流以第二衰减速度衰减；又或在电流斩波器5工作于衰减相位时在第一预设时刻之前控制步进电机的A相线圈的电流和B相线圈的电流以第一衰减速度衰减，在第一时刻之后控制步进电机的A相线圈的电流和B相线圈的电流以第二衰减速度衰减，以使步进电机的A相线圈的电流和B相线圈的电流以平均衰减速度为第三衰减速度进行衰减；

第一衰减速度大于第三衰减速度，第三衰减速度大于第二衰减速度。

请参照图3和图4，图3为本发明提供的第一桥式电路的结构示意图，图4为本发明提供的第二桥式电路的结构示意图。

图3中的xOUT1和xOUT2连接在A相线圈的两端，VM为直流电源，图4中的xOUT1和xOUT2连接在B相线圈的两端，VM为直流电源。

第一开关管Q1和第四开关管Q4导通且同时第二开关管Q2和第三开关管Q3断开时，电流的方向如图3中的圈1，第五开关管Q5和第八开关管Q8导通且同时第六开关管Q6和第七开关管Q7断开时，电流的方向如图4中的圈1。

具体地，以预设频率控制第一开关管Q1和第四开关管Q4导通且同时第二开关管Q2和第三开关管Q3断开，以及第二开关管Q2和第三开关管Q3导通且同时第一开关管Q1和第四开关管Q4断开，第五开关管Q5和第八开关管Q8导通且同时第六开关管Q6和第七开关管Q7断开，以及第六开关管Q6和第七开关管Q7导通且同时第五开关管Q5和第八开关管Q8断开为：此时第一开关管Q1和第四开关管Q4同时导通和关断，设定第一开关管Q1和第四开关管Q4为第一组开关管，第二开关管Q2和第三开关管Q3同时导通或关断，设定第二开关管Q2和第三开关管Q3为第二组开关管，第五开关管Q5和第八开关管Q8同时导通和关断，设定第五开关管Q5和第八开关管Q8为第三组开关管，第六开关管Q6和第七开关管Q7同时导通或关断，设定第六开关管Q6和第七开关管Q7为第四组开关管，第一组开关管和第二组开关管以预设频率交替导通关断，第三组开关管和第四组开关管以预设频率交替导通关断，各个开关管动作时要保证A相电流和B相电流的相位相差90°。

相应地，在电流斩波器5工作于衰减相位时的控制方式在此不再赘述，和以上控制方法类似，同样为相应的开关管组交替导通。

请参照图5，图5为本申请提供的一种衰减速度的示意图，图中的PWM ON为电流斩波器5工作于运行相位时，PWM OFF为电流斩波器5工作于衰减相位时，Itrip为第二电平，也即此时为电流斩波器5接收到第二电平的时刻，Slow Decay为慢衰减，也即第二衰减速度对应的衰减模式，Fast Decay为快衰减，也即第一衰减速度对应的衰减模式，Mixed Decay为混合衰减，也即第三衰减速度对应的衰减模式，可以看出，TOFF为衰减时间，而在MixedDecay中，TDEACY内为第一衰减速度，之后为第二衰减速度，因此，总的来说，第三衰减速度为第一衰减速度和第二衰减速度的混合，第三衰减速度的平均值再第一衰减速度和第二衰减速度之间。

本实施例中，电流斩波器5主要是对衰减信号进行响应，产生一个PWM（PulseWidth Modulation，脉冲宽度调制）衰减周期。电流斩波器5的性能直接影响到输出电流的控制精度以及电流的纹波大小，进而影响到步进电机的工作状态，例如震动效果和噪声等。所以电流斩波器5的目的就是保证步进电机的线圈的电流纹波尽可能小，并让电流对步进电机控制的尽可能的精确。当第一桥式电路或第二桥式电路输出后，步进电机的线圈的电流以一个取决于线圈的电压和电感以及反向电动势大小的速率上升，当实际电流采样信号等于目标电流基准信号，电流斩波器5的输出会关闭一个衰减时间，该衰减时间可以通过寄存器来配置，衰减时间内采取的衰减模式及各模式的时间长短也可以针对不同的电机参数进行配置。

请参照图6，图6为本发明提供的一种混合衰减模式下电流的变化示意图。

从图6中可见，电流斩波器5在接收到衰减信号后，步进电机的线圈上的电流有一个空白时间，这段时间不对步进电机的线圈的电流进行检测。

作为一种优选的实施例，步进电机为两相步进电机；

目标电流信号生成模块1包括：

微步处理装置，用于基于用户设定的步进数和方向生成脉冲数和步进数对应的脉冲序列；

输入端与微步处理装置的输出端连接的三角波发生器，用于基于脉冲序列生成A相三角波信号和B相三角波信号，A相三角波信号和B相三角波信号的相位相差90°；

输入端与三角波发生器连接的数模转换正弦信号发生器，用于分别对A相三角波信号和B相三角波信号进行数模转换，并分别生成模拟量的A相目标电流基准信号和模拟量的B相目标电流基准信号；

输入端与数模转换正弦信号发生器的输出端连接，输出端与比较器2连接的系数配置模块，用于基于步进电机连接的负载的参数分别设定模拟量的A相目标电流基准信号和模拟量的B相目标电流基准信号的系数，乘以系数的模拟量的A相目标电流基准信号和模拟量的B相目标电流基准信号为目标电流基准信号。

请参照图7，图7为本发明提供的另一种步进电机驱动系统的具体的结构示意图。

本实施例中在生成目标电流基准信号时，是通过三角波发生器先生成A相三角波信号和B相三角波信号，后续再转换为模拟量的A相目标电流基准信号和模拟量的B相目标电流基准信号，通过系数配置模块对模拟量的A相目标电流基准信号和模拟量的B相目标电流基准信号的幅值进行调整，以生成目标电流基准信号。

其中，三角波发生器在生成三角波信号时，可以采用读表的方式实现，一个脉冲序列对应两个三角波周期序列，A相三角波信号和B相三角波信号的相位相差90°。

作为一种优选的实施例，系数配置模块为乘法器，具体用于将模拟量的A相目标电流基准信号和模拟量的B相目标电流基准信号乘以系数，以输出目标电流基准信号。

本申请中的系数配置模块为乘法器，乘法器通过将将模拟量的A相目标电流基准信号和模拟量的B相目标电流基准信号和系数相乘，得到相应的目标电流基准信号，从而对步进电机进行驱动。

其中，乘法器的系数由寄存器配置，系数可配置为0到1中的任意一个数。

本发明还提供了一种电机系统，包括如上述的步进电机驱动系统，还包括与步进电机驱动系统连接的步进电机。

对于本发明提供的一种电机系统的介绍请参照上述步进电机驱动系统的实施例，本发明在此不再赘述。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种步进电机驱动系统，其特征在于，包括：

目标电流信号生成模块，用于基于用户的设定生成目标电流基准信号；

分别与所述目标电流信号生成模块及电流采样模块连接的比较器，用于对所述目标电流基准信号和实际电流采样信号进行比较，并在所述实际电流采样信号小于所述目标电流基准信号时输出第一电平；在所述实际电流采样信号不小于所述目标电流基准信号时输出第二电平；

与驱动电路连接的所述电流采样模块，用于采集所述驱动电路上的流经所述步进电机的线圈上的电流，并生成所述实际电流采样信号；

与所述比较器连接的电流斩波器，用于在接收到所述第一电平时工作于运行相位，并在接收到第二电平时工作于衰减相位；

与所述电流斩波器连接的所述驱动电路，用于在所述电流斩波器工作于所述运行相位时驱动所述步进电机，以使所述步进电机的线圈的电流上升，并在所述电流斩波器工作于所述衰减相位时驱动所述步进电机，以使所述步进电机的线圈的电流衰减且衰减速度与所述步进电机的线圈的电感大小呈正相关；

所述步进电机为两相步进电机；

所述目标电流信号生成模块包括：

微步处理装置，用于基于用户设定的步进数和方向生成脉冲数和所述步进数对应的脉冲序列；

输入端与所述微步处理装置的输出端连接的三角波发生器，用于基于所述脉冲序列生成A相三角波信号和B相三角波信号，所述A相三角波信号和所述B相三角波信号的相位相差90°；

输入端与所述三角波发生器连接的数模转换正弦信号发生器，用于分别对所述A相三角波信号和所述B相三角波信号进行数模转换，并分别生成模拟量的A相目标电流基准信号和模拟量的B相目标电流基准信号；

输入端与所述数模转换正弦信号发生器的输出端连接，输出端与所述比较器连接的系数配置模块，用于基于所述步进电机连接的负载的参数分别设定模拟量的所述A相目标电流基准信号和模拟量的所述B相目标电流基准信号的系数，乘以所述系数的模拟量的所述A相目标电流基准信号和模拟量的所述B相目标电流基准信号为所述目标电流基准信号；

所述系数配置模块为乘法器，具体用于将模拟量的所述A相目标电流基准信号和模拟量的所述B相目标电流基准信号乘以所述系数，以输出所述目标电流基准信号；

或，所述步进电机为两相步进电机；

所述目标电流信号生成模块包括：

微步处理装置，用于基于用户设定的步进数和方向生成脉冲数和所述步进数对应的脉冲序列；

输入端与所述微步处理装置的输出端连接的弦波发生器，用于基于所述步进电机连接的负载的参数设定所述脉冲序列中各个脉冲的幅值，以生成A相电流正弦波序列信号和B相电流正弦波序列信号，所述A相电流正弦波序列信号和所述B相电流正弦波序列信号的相位相差90°；

输入端与所述弦波发生器连接，输出端与所述比较器连接的数模转换器，用于分别将所述A相电流正弦波序列信号和所述B相电流正弦波序列信号进行数模转换，以输出模拟量的A相目标电流基准信号和模拟量的B相目标电流基准信号，模拟量的所述A相目标电流基准信号和模拟量的所述B相目标电流基准信号为所述目标电流基准信号。

2.如权利要求1所述的步进电机驱动系统，其特征在于，所述数模转换器包括：

输入端与所述弦波发生器的第一输出端连接的第一子数模转换器，用于将所述A相电流正弦波序列信号进行数模转换，以输出模拟量的A相目标电流基准信号；

输入端与所述弦波发生器的第二输出端连接的第二子数模转换器，用于将所述B相电流正弦波序列信号进行数模转换，以输出模拟量的B相目标电流基准信号。

3.如权利要求1所述的步进电机驱动系统，其特征在于，所述步进电机为两相步进电机；

所述驱动电路包括：

输入端与所述电流斩波器连接的预驱动模块，用于对第一桥式电路中的开关管及第二桥式电路中的开关管进行驱动；

所述第一桥式电路与所述预驱动模块连接，用于基于自身的开关管的导通与关断对所述步进电机进行驱动，以使所述步进电机的A相线圈的电流在所述电流斩波器工作于所述运行相位时上升，在所述电流斩波器工作于所述衰减相位时下降；

所述第二桥式电路与所述预驱动模块连接，用于基于自身的开关管的导通与关断对所述步进电机进行驱动，以使所述步进电机的B相线圈的电流在所述电流斩波器工作于所述运行相位时上升，在所述电流斩波器工作于所述衰减相位时下降。

4.如权利要求3所述的步进电机驱动系统，其特征在于，所述第一桥式电路包括第一开关管~第四开关管，所述第一开关管的第一端和第二开关管的第一端与电源端连接，所述第三开关管的第二端和第四开关管的第二端接地，所述第一开关管的第二端与所述第三开关管的第一端连接，所述第二开关管的第二端与所述第四开关管的第一端连接，所述第一开关管的第二端通过第一电感与所述第二开关管的第二端连接；

所述第二桥式电路包括第五开关管~第八开关管，所述第五开关管的第一端和第六开关管的第一端与电源端连接，所述第七开关管的第二端和第八开关管的第二端接地，所述第五开关管的第二端与所述第七开关管的第一端连接，所述第六开关管的第二端与所述第八开关管的第一端连接，所述第五开关管的第二端通过第二电感与所述第六开关管的第二端连接；

所述第一开关管~所述第八开关管的控制端均与所述预驱动模块连接；

所述第一开关管的第二端和所述第二开关管的第二端为所述第一桥式电路的输出端，所述第五开关管的第二端和所述第六开关管的第二端为所述第一桥式电路的输出端；

所述预驱动模块具体用于在所述电流斩波器工作于所述运行相位时以预设频率控制所述第一开关管和所述第四开关管导通且同时所述第二开关管和所述第三开关管断开，以及所述第二开关管和所述第三开关管导通且同时所述第一开关管和所述第四开关管断开，所述第五开关管和所述第八开关管导通且同时所述第六开关管和所述第七开关管断开，以及所述第六开关管和所述第七开关管导通且同时所述第五开关管和所述第八开关管断开，以使所述步进电机的A相线圈的电流和B相线圈的电流上升；在所述电流斩波器工作于所述衰减相位时与所述预设频率控制所述第一开关管和所述第四开关管断开且同时所述第二开关管和所述第三开关管导通，以及所述第二开关管和所述第三开关管断开且同时所述第一开关管和所述第四开关管导通，所述第五开关管和所述第八开关管断开且同时所述第六开关管和所述第七开关管导通，以及所述第六开关管和所述第七开关管断开且同时所述第五开关管和所述第八开关管导通，所述第二开关管和所述第三开关管导通，所述第五开关管和所述第八开关管同时断开，所述第六开关管和所述第七开关管导通，以使所述步进电机的A相线圈的电流和B相线圈的电流以第一衰减速度衰减；或在所述电流斩波器工作于所述衰减相位时控制所述第一开关管和所述第二开关管同时断开，所述第三开关管和所述第四开关管导通，所述第五开关管和所述第六开关管同时断开，所述第七开关管和所述第八开关管导通，以使所述步进电机的A相线圈的电流和B相线圈的电流以第二衰减速度衰减；又或在所述电流斩波器工作于所述衰减相位时在第一预设时刻之前控制所述步进电机的A相线圈的电流和B相线圈的电流以第一衰减速度衰减，在第一时刻之后控制步进电机的A相线圈的电流和B相线圈的电流以第二衰减速度衰减，以使所述步进电机的A相线圈的电流和B相线圈的电流以平均衰减速度为第三衰减速度进行衰减；

所述第一衰减速度大于所述第三衰减速度，所述第三衰减速度大于所述第二衰减速度。

5.一种电机系统，其特征在于，包括如权利要求1-4任一项所述的步进电机驱动系统，还包括与所述步进电机驱动系统连接的步进电机。

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