CN114503424A - 步进电机的驱动电路及其驱动方法、使用了它的电子设备 - Google Patents
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Abstract
驱动电路(200)与输入时钟(CLK)同步地，以2相励磁方式来驱动步进电机(102)。恒流斩波电路(250)以线圈电流(IOUT1)的检测值接近电流设定值(IREF)的方式生成脉冲调制信号(SPWM)。检测窗生成电路(260)生成检测窗，该检测窗以线圈电流(IOUT1)小于预定的阈值(IZC)的定时为起点。逻辑电路(270)在检测窗的开状态下，将全桥电路(202)置于高阻抗状态，并且在检测窗的闭状态下，根据脉冲调制信号(SPWM)来控制全桥电路(202)。反电动势检测电路(230)在检测窗的开状态下，对线圈(L1)的反电动势(VBEMF1)进行检测。电流值设定电路(210)基于反电动势(VBEMF1)来对电流设定值(IREF)进行反馈控制。
Description
技术领域
本公开涉及一种步进电机的驱动技术。
背景技术
步进电机在电子设备、产业机械、机器人中被广泛采用。步进电机为与主控制器所生成的输入时钟同步地旋转的同步电机，在起动、停止、定位方面具有优异的控制性。进而，步进电机能够进行开环的位置控制，并具有适于数字信号处理这样的特性。
图1是包括现有的步进电机和其驱动电路的电机系统的框图。主控制器2针对驱动电路4供给输入时钟CLK。步进电机6包含第1线圈L1和第2线圈L2。步进电机6的转子的位置根据分别流过第1线圈L1与第2线圈L2的电流IOUT1、IOUT2的组合来确定。
驱动电路4包含与第1线圈L1、第2线圈L2连接的全桥电路8＿1、8＿2。驱动电路4与输入时钟CLK同步地使2个全桥电路8＿1、8＿2的状态变化，由此，使电流IOUT1、IOUT2的组合(励磁位置)变化。
图2是对励磁位置进行说明的图。励磁位置可理解为流过步进电机6的2个线圈L1、L2的线圈电流(驱动电流)IOUT1、IOUT2的组合。在图2中，示出了8个励磁位置1～8。
步进电机存在若干励磁方式。
在1相励磁下，电流交替地流过第1线圈L1与第2线圈L2，使励磁位置2、4、6、8转移。在2相励磁下，电流流过第1线圈L1与第2线圈L2这两者，使励磁位置1、3、5、7转移。在1－2相励磁下，为1相励磁与2相励磁的组合，使励磁位置1～8转移。在微步驱动中，进一步精细地对励磁位置进行控制。
图3是1－2相励磁下的驱动电路的动作波形图。在该例中，按时钟CLK的每1个脉冲，使图2的励磁位置1～8顺时针地依次转移下去。OUT1A、OUT1B表示全桥电路8＿1的状态，OUT2A、OUT2B表示全桥电路8＿2的状态。具体而言，“H”表示输出高电压的状态，“L”表示输出低电压的状态，“HZ”表示高阻抗状态。
在通常状态下，步进电机的转子会按与输入时钟数成比例的步进角依次地同步旋转。然而，当发生急剧的负载变动或速度变化时，会失去同步。将这称为失步。一旦失步，之后为正常驱动步进电机就需要特别的处理，因此期望防止失步。
当以恒定的高扭矩来驱动电机时，失步的风险会降低，但换来的是效率会降低。当以低扭矩来驱动电机时，效率会改善，而失步的风险会提高。在专利文献5中，提出了一种技术，其防止失步，并通过反馈来优化输出扭矩(即电流量)，由此来减少耗电，从而改善效率(在本说明书中，称为高效率模式)。在该高效率模式下，对电机的线圈中产生的反电动势进行检测，基于反电动势来推定负载角，并对电流指令值、即扭矩进行反馈控制，使得推定的负载角接近预定的目标值。
[现有技术文献]
[专利文献]
专利文献1:日本特开平9-103096号公报
专利文献2:日本特开2004-120957号公报
专利文献3:日本特开2000-184789号公报
专利文献4:日本特开2004-180354号公报
专利文献5:日本特许第6258004号公报
发明内容
[发明要解决的课题]
为了检测反电动势，需要将被连接于线圈的电桥电路的输出设为高阻抗。在1相励磁，或1－2相励磁方式中，在励磁位置4、8处，线圈L1侧的全桥电路8＿1成为高阻抗，能够检测线圈L1的反电动势，在励磁位置2、6处，线圈L2侧的全桥电路8＿2成为高阻抗，能够检测线圈L2的反电动势。即，高效率模式的适用被限定于1－2相励磁，或1相励磁，而无法适用于电流始终流过2个相这两者的线圈的2相励磁。
本公开鉴于上述问题而完成，其一个方案的例示性的目的之一在于提供一种能够以2相励磁方式来高效率地驱动步进电机的驱动电路。
[用于解决技术课题的技术方案]
本公开的一个方案涉及一种驱动电路，其与输入时钟同步地，以2相励磁方式来驱动步进电机。驱动电路包括：恒流斩波电路，其生成脉冲调制信号，该脉冲调制信号被脉冲调制，使得步进电机的线圈电流的检测值接近电流设定值；检测窗生成电路，其生成检测窗，该检测窗以步进电机的线圈电流变得小于预定的阈值的定时为起点；逻辑电路，其在检测窗的开状态下，将被连接于步进电机的线圈的全桥电路设为高阻抗状态，并且在检测窗的闭状态下，根据脉冲调制信号来控制全桥电路；反电动势检测电路，其在在检测窗的开状态下，对线圈的反电动势进行检测；以及电流值设定电路，其基于反电动势来对电流设定值进行反馈控制。
另外，将以上构成要素任意地组合的结果、以及将构成要素或表达方式在方法、装置、系统等之间相互置换后的结果，作为本发明的方案也是有效的。
发明效果
根据本公开的一个方案，能够以2相励磁方式高效率地驱动步进电机。
附图说明
图1是具备现有的步进电机和其驱动电路的电机系统的框图。
图2是对励磁位置进行说明的图。
图3是1－2相励磁下的驱动电路的动作波形图。
图4是包括实施方式的驱动电路的电机系统的框图。
图5是基于图4的驱动电路的2相励磁驱动的简化的时序图。
图6是对基于图4的驱动电路的反电动势的检测进行说明的波形图。
图7是表示驱动电路的构成例的电路图。
图8是变形例的零电流检测电路的电路图。
图9是对基于图8的零电流检测电路的电流过零的检测进行说明的图。
图10的(a)～图10的(c)是表示具备驱动电路的电子设备的例子的立体图。
具体实施方式
(实施方式的概要)
以下，对本公开的几个例示性的实施方式的概要进行说明。该概要作为后述的详细说明的前置，以实施方式的基本理解为目的，将一个或多个实施方式中的几个概念简化并对其进行说明，并不会限定发明或公开的广度。此外，该概要并非可考虑的全部实施方式的概括性的概要，并不对实施方式的不可或缺的构成要素进行限定。方便起见，“一个实施方式”有时用于指代本说明书所公开的一个实施方式(实施例或变形例)或多个实施方式(实施例或变形例)。
一个实施方式的驱动电路与输入时钟同步地，以2相励磁方式来驱动步进电机。驱动电路包括：恒流斩波电路，其生成脉冲调制信号，该脉冲调制信号被脉冲调制，使得步进电机的线圈电流的检测值接近电流设定值；检测窗生成电路，其生成检测窗，该检测窗以步进电机的线圈电流变得小于预定的阈值的定时为起点；逻辑电路，其在检测窗的开状态下，将被连接于步进电机的线圈的全桥电路设为高阻抗状态，并且在检测窗的闭状态下，根据脉冲调制信号来控制全桥电路；反电动势检测电路，其在检测窗的开状态下，对线圈的反电动势进行检测；以及电流值设定电路，其基于反电动势来对电流设定值进行反馈控制。
在2相励磁方式中，在某一励磁位置与某一励磁位置的分界附近，线圈电流过零。因此，通过对线圈电流的过零进行检测，并在励磁位置与励磁位置的分界设置反电动势的检测窗，从而能够将对通常的恒流斩波控制造成的影响抑制在最小限度，并准确地检测反电动势，且能够反映在高效率模式下的电流指令值的反馈控制中。
也可以是，在一个实施方式中，驱动电路还包括转速检测电路，该转速检测电路对与步进电机的转速成反比例的周期进行检测。也可以是，检测窗具有将周期的长度乘以预定的系数得到的长度。由此，能够使检测窗的长度相对于旋转周期的比例稳定化。
也可以是，在一个实施方式中，驱动电路还包括寄存器，该寄存器保持系数的设定值。通过改写寄存器的设定值，能够控制检测窗的长度。
也可以是，在一个实施方式中，检测窗生成电路在基于反电动势检测电路的反电动势的检测完成时，结束检测窗。在该情况下，能够将检测窗的长度抑制在最小限度，从而能够进一步抑制对恒流斩波控制造成的影响。
也可以是，在一个实施方式中，驱动电路还包括零电流检测电路，该零电流检测电路将与被设置于全桥电路的检测电阻的电压降相应的电流检测信号与阈值进行比较，在电流检测信号变得小于阈值时，使零电流检测信号有效。也可以是，检测窗生成电路将零电流检测信号的有效(assert)作为检测窗的起点。
也可以是，在一个实施方式中，恒流斩波电路包含：比较器，其将线圈电流的检测值与基于电流设定值的阈值进行比较；振荡器，其以预定的频率来振荡；以及触发器，其输出脉冲调制信号，该脉冲调制信号根据比较器的输出而转移到断开电平，根据振荡器的输出而转移到接通电平。
也可以是，在一个实施方式中，驱动电路被一体集成化于一个半导体基板。所谓“一体集成化”，包含电路的构成要素全部被形成在半导体基板上的情况及电路的主要构成要素被一体集成化的情况，一部分电阻或电容器等也可以被设置于半导体基板的外部，用以调节电路常数。通过将电路集成化在1个芯片上，从而能够削减电路面积，并且能够均匀地保持电路元件的特性。
(实施方式)
以下，参照附图，针对优选的实施方式进行说明。对于各附图所示的相同或等同的构成要素、构件、以及处理，标注相同的附图标记，并适当省略重复的说明。此外，实施方式并不对发明进行限定，仅为例示，实施方式所记述的一切特征或其组合并非都是发明的实质性内容。
在本说明书中，所谓“构件A与构件B连接的状态”，除包含构件A与构件B物理性地直接连接的情况之外，还包含构件A与构件B经由不对其电连接状态产生实质影响，或者不会损害其结合所起到的功能或效果的其它构件间接地连接的情况。
同样，所谓“构件C被设置在构件A与构件B之间的状态”，除包含构件A与构件C，或者构件B与构件C直接连接的情况之外，还包含经由不对其电连接状态产生实质影响，或者不会损害通过其结合而起到的功能或效果的其它构件间接地连接的情况。
在本说明书中，为了易于理解，对所参照的波形图或时间图的纵轴及横轴适当地进行了扩大、缩小，此外，为了易于理解，所示的各波形也被简化，或者夸大或强调。
图4是具备实施方式的驱动电路200的电机系统100的框图。驱动电路200与步进电机102及主控制器2一同构成电机系统100。步进电机102可以是PM(Permanent Magnet：永磁)型、VR型(Variable Reluctance：可变磁阻)型、以及HB(Hybrid：混合)型中的任意一种。
输入时钟CLK被从主控制器2输入到驱动电路200的输入引脚IN。此外，指示顺时针(CW)、逆时针(CCW)的方向指示信号DIR被输入到驱动电路200的方向指示引脚DIR。
每当输入时钟CLK被输入时，驱动电路200使步进电机102的转子沿与方向指示信号DIR相应的方向旋转预定角。
驱动电路200包括全桥电路202＿1、202＿2、电流值设定电路210、反电动势检测电路230、转速检测电路232、恒流斩波电路250＿1、250＿2、检测窗生成电路260、以及逻辑电路270，并被一体集成化在一个半导体基板上。
在本实施方式中，步进电机102为2相电机，包含第1线圈L1和第2线圈L2。驱动电路200被构成为能够通过2相励磁来驱动步进电机102。
第1信道CH1的全桥电路202＿1与第1线圈L1连接。第2信道CH2的全桥电路202＿2与第2线圈L2连接。
全桥电路202＿1、202＿2分别为包含4个晶体管M1～M4的H电桥电路。全桥电路202＿1的晶体管M1～M4基于来自逻辑电路270的控制信号CNT1来开关，由此，第1线圈L1的电压(也称第1线圈电压)VOUT1被开关。
全桥电路202＿2被与全桥电路202＿1同样地构成，其晶体管M1～M4基于来自逻辑电路270的控制信号CNT2来开关，由此，第2线圈L2的电压(也称第2线圈电压)VOUT2被开关。
电流值设定电路210生成电流设定值IREF。在步进电机102刚起动后，电流设定值IREF被固定为某一预定值(称为全扭矩设定值)IFULL。预定值IFULL也可以设为电流设定值IREF可取的范围的最大值，在该情况下，步进电机102被以全扭矩来驱动。将该状态称为高扭矩模式。
当步进电机102开始稳定地旋转时，换言之，当失步的风险降低时，转换到高效率模式。电流值设定电路210在高效率模式下，基于线圈L1、L2的反电动势VBEMF1、VBEMF2，通过反馈控制来调整电流设定值IREF，由此来削减耗电。
恒流斩波电路250＿1生成脉冲调制信号SPWM1，该脉冲调制信号SPWM1在第1线圈L1的通电中，被进行脉冲调制，使得流过第1线圈L1的线圈电流IOUT1的检测值INF1接近基于电流设定值IREF的目标量。恒流斩波电路250＿2生成脉冲调制信号SPWM2，该脉冲调制信号SPWM2在对第2线圈L2通电中，被进行脉冲调制，使得流过第2线圈L2的线圈电流IOUT2的检测值INF2接近电流设定值IREF。
线圈电流IOUT1、IOUT2的检测方法不被限定，但例如全桥电路202＿1、202＿2分别包含电流检测电阻RNF，并能够将电流检测电阻RNF的电压降作为线圈电流IOUT的检测值。另外，电流检测电阻RNF的位置不被限定，既可以设置于电源侧，也可以与驱动对象的线圈L#串联地设置在全桥电路202＿#(以下，“#”表示信道编号1、2)的2个输出OUT#A、OUT#B之间。
逻辑电路270根据脉冲调制信号SPWM1来对被连接于第1线圈L1的全桥电路202＿1的2条支路的输出中的一者进行开关。此外，逻辑电路270根据脉冲调制信号SPWM2来对被连接于第2线圈L2的全桥电路202＿2的2条支路的输出中的一者进行开关。
每当输入时钟CLK被输入时，逻辑电路270使励磁位置变化，并对施加于各线圈L1、L2的电压VOUT1、VOUT2进行切换。励磁位置可视为第1线圈L1的线圈电流与第2线圈L2各自的线圈电流的大小和流向的组合。励磁位置既可以仅根据输入时钟CLK的正边沿来转移，也可以仅根据负边沿来转移，还可以根据它们两者来转移。
检测窗生成电路260生成检测窗，该检测窗以步进电机102的线圈电流IOUT1的大小变得小于预定的阈值的定时为起点。例如，检测窗生成电路260生成脉冲的检测窗信号BEMF＿WIND1，该脉冲在第1线圈L1侧的反电动势的检测期间内，成为表示开状态的第1电平(例如高电平)，在其以外的非检测期间，成为表示闭状态的第2电平(例如低电平)。同样，检测窗生成电路260生成检测窗，该检测窗以线圈电流IOUT2的大小变得小于预定的阈值的定时为起点。检测窗信号BEMF＿WIND1、BEMF＿WIND2被供给到逻辑电路270。
逻辑电路270在检测窗信号BEMF＿WIND#的开状态下，将对应的全桥电路202＿#的输出置于高阻抗状态。此外，逻辑电路270在检测窗信号BEMF＿WIND#的闭状态下，根据脉冲调制信号SPWM#来控制全桥电路202_#。
反电动势检测电路230在检测窗信号BEMF＿WIND#的开状态下，对基于线圈L#的端子电压的反电动势VBEMF#进行检测。为了高效率模式下的电流设定值IREF的反馈控制，反电动势VBEMF1、VBEMF2被供给到电流值设定电路210。
转速检测电路232取得步进电机102的转速(角速度ω)，并生成表示转速ω的检测信号(转速检测信号)。例如，也可以是，转速检测电路232对与转速ω的倒数成比例的周期T(＝2π/ω)进行测定，并将周期T作为检测信号(周期检测信号)来输出。在未发生失步的状况下，输入脉冲IN的频率(周期)与步进电机102的转速(周期)成比例。因此，也可以是，转速检测电路232对基于输入脉冲IN，或基于其生成的内部信号的周期进行测定，并将其作为周期检测信号。
在本实施方式中，周期检测信号T被供给到检测窗生成电路260。检测窗生成电路260基于周期检测信号T来对检测窗信号BEMF＿WIND的开状态的长度(检测期间)的长度进行设定。具体而言，检测期间具有将周期T的长度乘以预定的系数(k＜1)而得到的长度。
例如，系数k能够设定为1/32、1/16、1/8、1/4(＝1/2n)等。在该情况下，能够通过使表示周期T的数字值移位(bit shift)，从而取得检测期间的长度。
以上是驱动电路200的构成。接着，对其动作进行说明。图5是基于图4的驱动电路200的2相励磁驱动的简化的时序图。逻辑电路270与输入时钟CLK同步地，按1、3、5、7的顺序(或其倒序)使励磁位置变化。
图6是对基于图4的驱动电路200的反电动势的检测进行说明的波形图。在此，着眼于从图5中的励磁位置1号向3号的转移，对第1线圈L1的反电动势VBEMF1的检测进行说明。
在时刻t0，转移到励磁位置1。在励磁位置1期间，进行恒流斩波控制。具体而言，恒流斩波电路250＿1以使得线圈电流IOUT1接近电流指令值IREF的方式，生成PWM信号SPWM1。全桥电路202＿1的第1支路(M1、M3)的输出OUT1A基于PWM信号SPWM1来进行开关，第2支路(M2、M4)的输出OUT1B被固定为“低”。
在时刻t1，当转移到励磁位置3时，OUT1A成为“低”，OUT2A成为“高”，线圈电流IOUT1开始减少。
在时刻t2，当线圈电流IOUT1与零附近的阈值交叉时，检测窗生成电路260将检测窗信号BEMF＿WIND1设为“高”，并在经过(k×T)后的时刻t3，将检测窗信号BEMF＿WIND1设为“低”。在该例中，k＝1/8。
逻辑电路270在检测窗信号BEMF＿WIND1为“高”的期间，即检测窗的开状态下，将OUT1A、OUT1B这两者设为高阻抗。在该情况下，反电动势检测电路230将第1线圈L1的两端的电压VOUT1A、VOUT1B的电位差作为反电动势VBEMF1来取得。
或者，也可以是，在检测窗的开状态下，将全桥电路202＿1的输出OUT1B设为高阻抗，将另一输出OUT1A设为“低”。在此期间，也可以是，反电动势检测电路230将第1线圈L1的OUT1B侧的端子电压VOUT1B作为反电动势VBEMF1来取得。
电流值设定电路210基于反电动势VBEMF1来对电流指令值IREF进行更新。恒流斩波电路250＿1以使得线圈电流IOUT1接近新的电流指令值IREF的方式生成PWM信号SPWM1。全桥电路202＿1的第2支路(M2、M4)的输出OUT1B基于PWM信号SPWM1来进行开关，第1支路(M1、M3)的输出OUT1A被固定为“低”。
以上是驱动电路200的动作。
在2相励磁方式中，在某一励磁位置(1)与某一励磁位置(3)的分界附近，线圈电流IOUT1过零。因此，通过对线圈电流IOUT1的过零进行检测，并在励磁位置(1)与励磁位置(3)的分界设置反电动势VBEMF1的检测窗，从而能够将对通常的恒流斩波控制造成的影响抑制在最小限度，并准确地检测反电动势VBEMF1，且能够反映在高效率模式下的电流指令值的反馈控制中。
也可以是，如图6所示，除了励磁位置1与3的分界的检测窗以外，或代替其地，在励磁位置5与7的分界设置检测窗。通过将检测窗增加为2处，能够使高效率模式下的电流指令值IREF的控制周期变短，并能够提高响应性。
在此，对第1线圈L1的反电动势的检测进行了说明，但针对第2线圈L2，能够同样地对反电动势进行检测。
图7是表示驱动电路200的构成例的电路图。在图7中，仅示出与第1线圈L1关联的部分。
接着，针对电流值设定电路210进行说明。电流值设定电路210包含反馈控制器220、前馈控制器240、以及复用器212。前馈控制器240输出在起动刚开始后的高扭矩模式下使用的固定的电流设定值Ix(＝IFULL)。该电流设定值Ix被设定为较大的值以防止失步。
反馈控制器220在高效率模式下成为激活，并输出基于反电动势VBEMF来进行反馈控制的电流设定值Iy。
复用器212根据模式选择信号MODE，选择2个信号Ix、Iy中的一者作为电流设定值Iref来输出。
反馈控制器220包含负载角推定部222、减法器224、以及PI(比例、积分)控制器226。
反馈控制器220以使得推定的负载角
接近预定的目标角
的方式，生成电流设定值Iy。具体而言，减法器224生成与负载角
相应的检测值
和其目标值cos
的误差ERR。PI控制器226进行PI控制运算，使得误差ERR为零，并生成电流设定值Iy。反馈控制器220的处理也能够以使用了误差放大器的模拟电路来实现。
恒流斩波电路250＿1包含D/A转换器252、PWM比较器254、振荡器256、以及触发器258。D/A转换器252将电流设定值IREF转换为模拟电压VREF。PWM比较器254将反馈信号INF1与基准电压VREF进行比较，当INF1＞VREF时，将断开信号SOFF置于有效(高)。振荡器256生成规定斩波频率的周期性的接通信号SON。触发器258输出PWM信号SPWM1，该PWM信号SPWM1根据接通信号SON来转移到接通电平(例如“高”)，根据断开信号SOFF来转移到断开电平(例如“低”)。
如上所述，反电动势检测电路230对步进电机102的线圈L1(L2)中产生的反电动势VBEMF1(VBEMF2)进行检测。
转速检测电路232取得步进电机102的转速(角速度ω)，并生成表示转速ω的检测信号。例如，也可以是，转速检测电路232对与转速ω的倒数成比例的周期T(＝2π/ω)进行测定，并将周期T作为检测信号来输出。在未发生失步的状况下，输入脉冲IN的频率(周期)与步进电机102的转速(周期)成比例。因此，也可以是，转速检测电路232对基于输入脉冲IN，或基于其生成的内部信号的周期进行测定，并将其作为检测信号。
负载角推定部222基于反电动势VBEMF及转速ω来推定负载角
负载角
相当于以流过第1线圈L1的驱动电流确定的电流矢量(即位置指令)与转子(可动子)的位置之差。反电动势VBEMF1由以下的式(1)来给出。
KE为反电动势常数，ω为转速。因此，能够通过测定反电动势VBEMF和转速ω来生成与负载角
具有相关的检测值。例如，也可以将
作为检测值，在该情况下，检测值由式(2)来表示。
零电流检测电路290在线圈电流IOUT1的绝对值变得小于预定的阈值IZERO时，将零电流检测信号SZC置于有效(例如“高”)。虽然不限于此，但也可以是，零电流检测电路290包含比较器292，该比较器292将与被设置于全桥电路202＿1的检测电阻RNF的电压降相应的电流检测信号INF1和阈值电压VZERO进行比较。检测窗生成电路260将零电流检测信号SZC的置于有效作为检测窗的起点。
驱动电路200包括接口电路280及寄存器282。接口电路280从外部的处理器(例如图4的主控制器2)接收系数k的设定数据。寄存器282保持接口电路280所接收到的设定数据。接口的种类并不被限定，但例如也可以是，使用I2C(Inter IC：集成电路间)接口或SPI(Serial Peripheral Interface：串行外设接口)等。
以上，针对实施方式进行了说明。本领域技术人员应理解的是，该实施方式仅为例示，在它们的各构成元素或各处理过程的组合中，可能存在各种变形例，且那样的变形例也在本发明的范围之内。以下，针对这样的变形例进行说明。
(变形例1)
在图7的驱动电路200中，零电流检测电路290基于电流检测电阻RF的电压降来对线圈电流IOUT1的过零进行检测，但不限于此。例如，也可以是，零电流检测电路290基于线圈L1的端子电压来对线圈电流IOUT1的过零进行检测。
图8是变形例的零电流检测电路290A的电路图。零电流检测电路290包含比较器294，该比较器294将线圈L1的端子电压VOUT1A与零附近的阈值电压VZC进行比较。
图9是对基于图8的零电流检测电路290A的电流过零的检测进行说明的图。在时刻t0之前的期间，OUT1A侧由PWM信号进行斩波控制。在PWM信号的高区间中，端子电压VOUT1A由式(3)来表示。
VOUT1A＝VDD－RON1×IOUT1…(3)
RON1为晶体管M1的导通电阻。此外，在PWM信号的低区间中，端子电压VOUT1A由式(4)来表示。
VOUT1A＝－(RNF+RON3)×IOUT1…(4)
RON3是晶体管M3的导通电阻。
在时刻t1，当OUT1A成为“低”，OUT1B成为“高”时，线圈电流IOUT1开始减少。此时，OUT1A端子的电压VOUT1A由式(4)来表示。因此，端子电压VOUT1A会与线圈电流IOUT1的减少一同増大下去。当线圈电流IOUT1变小到零附近的阈值IZC为止时，端子电压VOUT1A与电流IZC所对应的阈值VZC交叉，零电流检测信号SZC被置于有效。
(变形例2)
在实施方式中，使检测窗的长度跟随步进电机102的转速而变化，但不限于此。例如，也可以是，检测窗生成电路260在基于反电动势检测电路230的反电动势VBEMF的检测完成时，结束检测窗。在该情况下，能够将检测窗的长度抑制在最小限度，并能够进一步抑制对恒流斩波控制造成的影响。
(变形例3)
全桥电路202既可以是与驱动电路200不同的芯片，也可以是分立部件。
(变形例4)
高效率模式下的电流设定值Iy的生成方法不被限定于在实施方式中说明的方法。例如，也可以是，预先确定反电动势VBEMF1的目标值VBEMF(REF)，并以反电动势VBEMF1接近目标值VBEMF(REF)的方式构成反馈环。
(变形例5)
在实施方式中，以PI控制器构成了反馈控制器220，但不限于此，也可以采用PID控制器等。
最后，对驱动电路200的用途进行说明。驱动电路200被利用于各种电子设备。图10的(a)～图10的(c)是表示具备驱动电路200的电子设备的例子的立体图。
图10的(a)的电子设备为光盘装置500。光盘装置500包括光盘502、以及拾取器504。拾取器504用于将数据写入到光盘502中，并将其读出。拾取器504在光盘502的记录面上，沿光盘的半径方向可动(跟踪)。此外，拾取器504与光盘的距离也可变(聚焦)。拾取器504由未图示的步进电机来定位。驱动电路200对步进电机进行控制。根据该构成，能够一边防止失步一边以高效率，高精度地对拾取器504进行定位。
图10的(b)的电子设备为数码静态照相机或数码摄像机、移动电话终端等，带摄像功能的设备600。设备600包括摄像元件602、以及自动对焦用透镜604。步进电机102进行自动对焦用透镜604的定位。驱动电路200对步进电机102进行驱动。根据该构成，能够一边防止失步一边以高效率，高精度地对自动对焦用透镜604进行定位。除了自动对焦用透镜之外，也可以将驱动电路200用于手抖修正用的透镜的驱动。或者也可以是，将驱动电路200用于光圈控制。
图10的(c)的电子设备为打印机700。打印机700包括头部702、以及导轨704。头部702被可沿导轨704定位地支撑。步进电机102对头部702的位置进行控制。驱动电路200对步进电机102进行控制。根据该构成，能够一边防止失步一边以高效率，高精度地对头部702进行定位。除了头部驱动用之外，也可以将驱动电路200用于送纸机构用的电机的驱动。
不仅是如图10的(a)～图10的(c)所示的民用设备，驱动电路200也能够优选地用于工业机器或机器人。
实施方式仅表示本发明的原理、应用，对于实施方式，在不脱离权利要求书所规定的本发明的思想的范围内，能够进行许多变形例或配置的变更。
[工业可利用性]
本发明涉及一种步进电机的驱动技术。
[附图标记说明]
L1 第1线圈
L2 第2线圈
2 主控制器
100 电机系统
102 步进电机
200 驱动电路
202 全桥电路
RNF 检测电阻
210 电流值设定电路
212 复用器
214 加法器
220 反馈控制器
222 负载角推定部
224 减法器
226 PI控制器
230 反电动势检测电路
232 转速检测电路
240 前馈控制器
250 恒流斩波电路
252 D/A转换器
254 PWM比较器
256 振荡器
258 触发器
260 检测窗生成电路
270 逻辑电路
290 零电流检测电路
292 比较器
280 接口电路
Claims (10)
1.一种驱动电路，其与输入时钟同步地，以2相励磁方式来驱动步进电机；
该驱动电路的特征在于，包括：
恒流斩波电路，其生成脉冲调制信号，该脉冲调制信号被进行脉冲调制，使得上述步进电机的线圈电流的检测值接近电流设定值，
检测窗生成电路，其生成检测窗，该检测窗以上述步进电机的线圈电流变得小于预定的阈值的定时为起点，
逻辑电路，其在上述检测窗的开状态下，将被连接于上述步进电机的线圈的全桥电路置于高阻抗状态，并且在检测窗的闭状态下，根据上述脉冲调制信号来控制上述全桥电路，
反电动势检测电路，其在上述检测窗的开状态下，对上述线圈的反电动势进行检测，以及
电流值设定电路，其基于上述反电动势来对上述电流设定值进行反馈控制。
2.如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，
还包括转速检测电路，该转速检测电路对与上述步进电机的转速成反比例的周期进行检测；
上述检测窗具有将上述周期的长度乘以预定的系数得到的长度。
3.如权利要求2所述的驱动电路，其特征在于，还包括：
接口电路，其从外部的处理器接收上述系数的设定数据，以及
寄存器，其保持上述接口电路所接收的上述设定数据。
4.如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，
当基于上述反电动势检测电路的上述反电动势的检测完成时，结束上述检测窗。
5.如权利要求1～4的任意一项所述的驱动电路，其特征在于，
还包括零电流检测电路，该零电流检测电路将与被设置于上述全桥电路的检测电阻的电压降相应的电流检测信号与阈值进行比较，当上述电流检测信号变得小于上述阈值时，使零电流检测信号有效；
上述检测窗生成电路将上述零电流检测信号的置于有效作为上述检测窗的起点。
6.如权利要求1～4的任意一项所述的驱动电路，其特征在于，
还包括零电流检测电路，该零电流检测电路将上述线圈的端子电压与阈值电压进行比较，当上述线圈的端子电压与上述阈值电压交叉时，使零电流检测信号有效；
上述检测窗生成电路将上述零电流检测信号的置于有效作为上述检测窗的起点。
7.如权利要求1～6的任意一项所述的驱动电路，其特征在于，
上述恒流斩波电路包含：
比较器，其将上述线圈电流的检测值与基于上述电流设定值的阈值进行比较，
振荡器，其以预定的频率振荡，以及
触发器，其输出上述脉冲调制信号，该上述脉冲调制信号根据上述比较器的输出而转移到断开电平，根据上述振荡器的输出而转移到接通电平。
8.如权利要求1～7的任意一项所述的驱动电路，其特征在于，
该驱动电路被一体集成化于一个半导体基板。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
步进电机，以及
驱动上述步进电机的如权利要求1～8的任意一项所述的驱动电路。
10.一种基于2相励磁方式的步进电机的驱动方法，其特征在于，包括：
生成被脉冲调制，使得上述步进电机的线圈电流的检测值接近基于电流设定值的目标量的脉冲调制信号的步骤，
生成以上述步进电机的线圈电流变得小于预定的阈值的定时为起点的检测窗的步骤，
在检测窗的开状态下，在检测窗之间，将被连接于上述步进电机的线圈的全桥电路置于高阻抗状态，并且在检测窗的闭状态下，根据上述脉冲调制信号来控制上述全桥电路的步骤，
在上述检测窗的开状态下，对上述线圈的反电动势进行检测的步骤，以及
基于上述反电动势来对上述电流设定值进行反馈控制的步骤。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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