CN115864909A - 马达驱动装置、马达系统及电气设备 - Google Patents

马达驱动装置、马达系统及电气设备 Download PDF

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CN115864909A CN202211114993.6A CN202211114993A CN115864909A CN 115864909 A CN115864909 A CN 115864909A CN 202211114993 A CN202211114993 A CN 202211114993A CN 115864909 A CN115864909 A CN 115864909A
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Abstract

本发明涉及一种马达驱动装置、马达系统及电气设备。本发明所提供的马达驱动装置，既能抑制流动于马达线圈的电流因无法跟随反向电压的变化而发生畸变的情况，又能极力抑制流动于马达线圈的电流的纹波。本发明的马达驱动装置(30)具备：电流检测部(2、4)，检测流动于马达线圈的电流；控制部(31)，构成为在供电模式结束后执行使所述电流衰减的慢衰减模式；及判定部(33、34、35)，构成为，判定在从所述供电模式切换为所述慢衰减模式的第1时间点起经过指定时间的第2时间点的所述电流是否低于极限值。在所述判定部判定所述电流不低于所述极限值的情况下，所述控制部构成为，在所述第2时间点从所述慢衰减模式切换为快衰减模式。

Description

马达驱动装置、马达系统及电气设备
技术领域
本说明书中所公开的发明涉及一种马达驱动装置、马达系统及电气设备。
背景技术
图4是表示驱动步进马达的马达驱动装置中所用H桥接电路的构成例的图。
图4所示的H桥接电路具备作为高边晶体管的P沟道型FET(Field EffectTransistor，场效应晶体管)1及3、以及作为低边晶体管的N沟道型FET2及4。
向P沟道型FET1的源极及背栅、以及P沟道型FET3的源极及背栅施加电源电压VCC。
N沟道型FET2的漏极与P沟道型FET1的漏极连接。N沟道型FET4的漏极与P沟道型FET3的漏极连接。向N沟道型FET2的源极及背栅、以及N沟道型FET4的源极及背栅施加接地电压。接地电压是低于电源电压VCC的电压。
在P沟道型FET1中形成了寄生二极管D1。寄生二极管D1的阳极与P沟道型FET1的漏极连接，寄生二极管D1的阴极与P沟道型FET1的源极及背栅连接。在N沟道型FET2中形成了寄生二极管D2。寄生二极管D2的阳极与N沟道型FET2的源极及背栅连接，寄生二极管D2的阴极与N沟道型FET2的漏极连接。
在P沟道型FET3中形成了寄生二极管D3。寄生二极管D3的阳极与P沟道型FET3的漏极连接，寄生二极管D3的阴极与P沟道型FET3的源极及背栅连接。在N沟道型FET4中形成了寄生二极管D4。寄生二极管D4的阳极与N沟道型FET4的源极及背栅连接，寄生二极管D4的阴极与N沟道型FET4的漏极连接。连接节点N1是P沟道型FET1的漏极和N沟道型FET2的漏极的连接节点。连接节点N2是P沟道型FET3的漏极和N沟道型FET4的漏极的连接节点。
马达线圈L1连接在连接节点N1和连接节点N2之间。此外，马达线圈L1虽表示为一相，但当为两相、三相时，分别准备了2个、3个马达线圈L1。本说明书中，为了方便说明，仅表示为一相。本说明书中，虽仅对一相进行说明，但由于其它相的驱动动作部也能够如此进行说明，因此不再赘述。
步进马达的启动、旋转方向的切换、停止的控制是通过切换流动于H桥接电路的电流路径来进行。也就是说，通过流动于马达线圈L1的电流路径来区分供电模式和电流衰减模式。其中，电流衰减模式已知有：慢衰减(SLOW DECAY)模式、快衰减(FAST DECAY)模式、及两者组合而成的混合衰减(MIX DECAY)模式。
图5是表示正向旋转方向的供电模式下的各FET晶体管的接通/断开状态和电流路径的图。正向旋转方向的供电模式下，P沟道型FET1及N沟道型FET4接通，N沟道型FET2及P沟道型FET3断开。正向旋转方向的供电模式下，电流I1于从P沟道型FET1经过马达线圈L1到达N沟道型FET4的路径中流动。
图6是表示当从正向旋转方向的供电模式切换为慢衰减模式时，慢衰减模式下的各FET晶体管的接通/断开状态和电流路径的图。慢衰减模式下，N沟道型FET2及4接通，P沟道型FET1及3断开。慢衰减模式下，电流I2流动于使N沟道型FET2、马达线圈L1、及N沟道型FET4加以循环的路径。
图7A及图7B是表示当从正向旋转方向的供电模式切换为快衰减模式时，快衰减模式下的各FET晶体管的接通/断开状态和电流路径的图。图7A所示状态的快衰减模式下，N沟道型FET2及P沟道型FET3接通，P沟道型FET1及N沟道型FET4断开。图7A所示状态的快衰减模式下，电流I3于从N沟道型FET2经过马达线圈L1到达P沟道型FET3的路径中流动。图7B所示状态的快衰减模式下，P沟道型FET1及3以及N沟道型FET2及4断开。图7B所示状态的快衰减模式下，电流I3于从寄生二极管D2经过马达线圈L1到达寄生二极管D3的路径中流动。
通过使P沟道型FET1及3的各导通电阻大于N沟道型FET2及4的各导通电阻，从而能够使得快衰减模式下的电流衰减量大于慢衰减模式下的电流衰减量。
图8是示意性地表示当供电模式M1和慢衰减模式M2反复执行时，流动于马达线圈L1的电流的波形的图。
作为固定时间的最小接通时间t1期间必定是供电模式M1。当最小接通时间t1结束时，如果流动于马达线圈L1的电流为极限值LM以上，就立刻从供电模式M1切换为慢衰减模式M2。在最小接通时间t1结束时流动于马达线圈L1的电流还没有达到极限值LM的情况下，就继续执行供电模式M1，直到流动于马达线圈L1的电流达到极限值LM为止，且在流动于马达线圈L1的电流达到极限值LM的时间点，从供电模式M1切换为慢衰减模式M2。在各循环中执行慢衰减模式M2的时间是固定的。图8中的断开时间t2是在各循环中执行慢衰减模式M2的时间。通过设置最小接通时间t1，从而在各循环中能够确保供电模式M1至少固定时间。
慢衰减模式M2下，流动于马达线圈L1的电流平稳地减少。因此，电流纹波变小，从马达转矩的角度来看是有利的。但是，在小电流区域内电流控制性变差而导致输出电流增多，或者当在半步模式、四分之一步模式下进行高脉冲率驱动时，容易受到马达的反向电压的影响。因此，会产生以下缺陷：流动于马达线圈L1的电流因无法跟随反向电压的变化而发生畸变，马达的振动增加。
图9是示意性地表示当供电模式M1和快衰减模式M3反复执行时，流动于马达线圈L1的电流的波形的图。
作为固定时间的最小接通时间t1期间必定是供电模式M1。当最小接通时间t1结束时，如果流动于马达线圈L1的电流为极限值LM以上，就立刻从供电模式M1切换为快衰减模式M3。在最小接通时间t1结束时流动于马达线圈L1的电流还没有达到极限值LM的情况下，就继续执行供电模式M1，直到流动于马达线圈L1的电流达到极限值LM为止，且在流动于马达线圈L1的电流达到极限值LM的时间点，从供电模式M1切换为快衰减模式M3。在各循环中执行快衰减模式M3的时间是固定的。图9中的断开时间t2是在各循环中执行快衰减模式M3的时间。
快衰减模式M3下，流动于马达线圈L1的电流急剧地减少。因此，能够减轻高脉冲率驱动时流动于马达线圈L1的电流的畸变。也就是说，相比于慢衰减模式M2来说，快衰减模式M3下，对于反向电压的跟随性得到提升。但是，由于流动于马达线圈L1的电流的纹波变大，因此平均电流下降，马达转矩下降。另外，马达的电力损耗变大，发热增多。
[背景技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2016-208727号公报
发明内容
[发明要解决的问题]
混合衰减模式是能够排除慢衰减模式、快衰减模式下的缺陷的电流衰减方式，且混合衰减模式是在电流衰减期间切换慢衰减模式和快衰减模式的电流衰减方式(例如，参照专利文献1)。
然而，以往的混合衰减模式下，由于在各循环中必须执行快衰减模式，因此仍然存在流动于马达线圈L1的电流的纹波变大的顾虑。
[解决问题的技术手段]
本说明书中所公开的马达驱动装置具备：电流检测部，构成为检测流动于马达线圈的电流；控制部，构成为在各循环中在供电模式结束后执行使所述电流衰减的慢衰减模式；及判定部，构成为，判定在从所述供电模式切换为所述慢衰减模式的第1时间点起经过指定时间的第2时间点的所述电流是否低于极限值。在所述判定部判定所述电流不低于所述极限值的情况下，所述控制部构成为，在所述第2时间点，从所述慢衰减模式切换为使所述电流比所述慢衰减模式更加快速地衰减的快衰减模式。各个所述循环仅包含连续的所述供电模式及连续的电流衰减模式各1个。各个所述电流衰减模式仅包含所述慢衰减模式，或者包含所述慢衰减模式及所述快衰减模式这两者。
本说明书中所公开的马达系统具备：马达、及构成为驱动所述马达的所述构成的马达驱动装置。
本说明书中所公开的电气设备具备所述构成的马达系统。
[发明的效果]
根据本说明书中所公开的马达驱动装置、马达系统及电气设备，既能抑制流动于马达线圈的电流因无法跟随反向电压的变化而发生畸变的情况，又能极力抑制流动于马达线圈的电流的纹波。
附图说明
图1是表示实施方式的马达系统的概略构成的图。
图2是示意性地表示当供电模式和电流衰减模式反复执行时，流动于马达线圈的电流的波形的图。
图3是打印机的外观立体图。
图4是表示H桥接电路的构成例的图。
图5是表示正向旋转方向的供电模式下的各FET晶体管的接通/断开状态和电流路径的图。
图6是表示慢衰减模式下的各FET晶体管的接通/断开状态和电流路径的图。
图7A是表示快衰减模式下的各FET晶体管的接通/断开状态和电流路径的图。
图7B是表示快衰减模式下的各FET晶体管的接通/断开状态和电流路径的图。
图8是示意性地表示当供电模式和慢衰减模式反复执行时，流动于马达线圈的电流的波形的图。
图9是示意性地表示当供电模式和快衰减模式反复执行时，流动于马达线圈的电流的波形的图。
具体实施方式
图1是表示实施方式的马达系统的概略构成的图。实施方式的马达系统10具备步进马达20、及构成为驱动步进马达20的马达驱动装置30。
马达驱动装置30具备控制部31、H桥接电路32、比较器33、比较器34、及基准电压源35。H桥接电路32、比较器33、及比较器34与步进马达20的一相对应。在步进马达20为两相、三相的情况下，H桥接电路32、比较器33、及比较器34分别设置为2组、3组。本说明书中，为了方便说明，仅表示为一相。本说明书中，虽仅对一相进行说明，但由于其它相的驱动动作部也能够如此进行说明，因此不再赘述。此外，也可以使用1个比较器来代替2个比较器33及34。在使用这1个比较器的情况下，连接节点N1的电压的读取时机及连接节点N2的电压的读取时机例如只要利用如下所述那样的切换开关等进行控制即可，所述切换开关是从连接节点N1的电压和连接节点N2的电压的两者选其一，并将其供应给这1个比较器。
H桥接电路32是与图4所示的H桥接电路相同的构成。此外，例如也可以使用N沟道型FET来代替P沟道型FET1及3。
在正向旋转方向的供电模式和电流衰减模式反复执行的情况下，N沟道型FET4是作为间接检测流动于马达线圈L1的电流的电流检测部发挥功能。N沟道型FET4是使用N沟道型FET4的导通电阻，检测N沟道型FET4接通时N沟道型FET4的漏极-源极间电压(漏极电压)，以此来检测流动于马达线圈L1的电流。这样一来，无需另外设置电流检测用电阻，能够降低电力损耗。
在反向旋转方向的供电模式和电流衰减模式反复执行的情况下，N沟道型FET2是作为间接检测流动于马达线圈L1的电流的电流检测部发挥功能。N沟道型FET2是使用N沟道型FET2的导通电阻，检测N沟道型FET2接通时N沟道型FET2的漏极-源极间电压(漏极电压)，以此来检测流动于马达线圈L1的电流。这样一来，无需另外设置电流检测用电阻，能够降低电力损耗。
控制部31是通过切换控制H桥接电路32的各FET，从而在各循环中执行供电模式、慢衰减模式、快衰减模式等。
比较器33是在正向旋转方向的供电模式和电流衰减模式反复执行的情况下，判定在从供电模式切换为慢衰减模式的第1时间点起经过指定时间的第2时间点，流动于马达线圈L1的电流是否低于极限值LM。
比较器33是对N沟道型FET4的漏极电压、和从基准电压源35输出的基准电压进行比较。从基准电压源35输出的基准电压被设定为与极限值相对应的值。所述第2时间点的比较器33的输出成为正向旋转方向的供电模式和电流衰减模式反复执行时的判定结果。
比较器34是在反向旋转方向的供电模式和电流衰减模式反复执行的情况下，判定在从供电模式切换为慢衰减模式的第1时间点起经过指定时间的第2时间点，流动于马达线圈L1的电流是否低于极限值LM。
比较器34是对N沟道型FET2的漏极电压、和从基准电压源35输出的基准电压进行比较。所述第2时间点的比较器34的输出成为反向旋转方向的供电模式和电流衰减模式反复执行时的判定结果。
图2是示意性地表示马达驱动装置30中当供电模式M1和电流衰减模式反复执行时流动于马达线圈L1的电流的波形的图。各循环仅包含连续的供电模式M1及连续的电流衰减模式各1个。电流衰减模式仅包含慢衰减模式M2，或者包含慢衰减模式M2及快衰减模式M3这两者。
作为固定时间的最小接通时间t1期间必定是供电模式M1。当最小接通时间t1结束时，如果流动于马达线圈L1的电流为极限值LM以上，就立刻从供电模式M1切换为慢衰减模式M2。在最小接通时间t1结束时流动于马达线圈L1的电流还没有达到极限值LM的情况下，就继续执行供电模式M1，直到流动于马达线圈L1的电流达到极限值LM为止，且在流动于马达线圈L1的电流达到极限值LM的时间点，从供电模式M1切换为慢衰减模式M2。在各循环中执行电流衰减模式的时间是固定的。图2中的断开时间t2是在各循环中执行电流衰减模式的时间。通过设置最小接通时间t1，从而在各循环中能够确保供电模式M1至少固定时间。
当判定在从供电模式M1切换为慢衰减模式M2的第1时间点起经过指定时间的第2时间点(图2中黑色圆点所表示的时间点)，流动于马达线圈L1的电流不低于极限值LM的情况下，在第2时间点，从慢衰减模式M2切换为快衰减模式M3。
当判定在从供电模式M1切换为慢衰减模式M2的第1时间点起经过指定时间的第2时间点(图2中黑色圆点所表示的时间点)，流动于马达线圈L1的电流低于极限值LM的情况下，继续执行慢衰减模式M2，直到本次循环结束的时间点为止。
这样一来，既能抑制流动于马达线圈L1的电流因无法跟随反向电压的变化而发生畸变的情况，又能极力抑制流动于马达线圈L1的电流的纹波。
此外，本实施方式中，所述指定时间的长短是将从所述第1时间点到本次循环结束为止的时间乘以指定比率(大于0且小于1的值)而获得的值。也就是将各循环中图2中的时间ta相对于时间ta及时间tb的合计时间(时间t2)的比率作为所述指定比率。这样一来，必定会在各循环中，判定在从供电模式切换为慢衰减模式的第1时间点起经过指定时间的第2时间点，流动于马达线圈L1的电流是否低于极限值LM。
此外，所述指定比率虽然也可以是固定的，但理想的情况是能够根据外部信号等而使设定值可变。另外，不同于本实施方式，也可以将图2中的时间ta的长短设定为指定值，或者也可以将图2中的时间tb的长短设定为指定值。
实施方式的马达系统10例如内置在图3所示的打印机40中，用作送纸机构的一部分。此外，实施方式的马达系统10当然也可以搭载在除了打印机以外的电气设备中。
本发明的构成除了所述实施方式以外，还能够在不脱离发明主旨的范围内添加各种变更。应认为所述实施方式在所有方面均为例示，并不具有限制性，且应理解本发明的技术性范围并不是由所述实施方式表示，而是由权利要求书来表示，包含了与权利要求书均等的含义及范围内所属的所有变更。
例如，也可以使用放大器来代替比较器，并基于切换供电模式和电流衰减模式的第1时间点的放大器的输出，预先判定在从第1时间点经过指定时间的第2时间点流动于马达线圈L1的电流是否低于极限值LM。
以上所说明的马达驱动装置(30)是如下述的构成(第1构成)，即具备：电流检测部(2、4)，构成为检测流动于马达线圈(L1)的电流；控制部(31)，构成为在各循环中，在供电模式结束后执行使所述电流衰减的慢衰减模式；及判定部(33、34、35)，构成为，判定在从所述供电模式切换为所述慢衰减模式的第1时间点起经过指定时间的第2时间点，所述电流是否低于极限值；且在所述判定部判定所述电流不低于所述极限值的情况下，所述控制部构成为，在所述第2时间点，从所述慢衰减模式切换为使所述电流比所述慢衰减模式更加快速地衰减的快衰减模式；各个所述循环仅包含连续的所述供电模式及连续的电流衰减模式各1个；各个所述电流衰减模式仅包含所述慢衰减模式，或者包含所述慢衰减模式及所述快衰减模式这两者。
所述第1构成的马达驱动装置中，既能抑制流动于马达线圈的电流因无法跟随反向电压的变化而发生畸变的情况，又能极力抑制流动于马达线圈的电流的纹波。
所述第1构成的马达驱动装置也可以是如下述的构成(第2构成)，即，在所述判定部判定所述电流低于所述极限值的情况下，所述控制部构成为，在所述第2时间点之后仍继续执行所述慢衰减模式。
所述第2构成的马达驱动装置能够更加确实地抑制流动于马达线圈的电流的纹波。
所述第1或第2构成的马达驱动装置也可以是如下述的构成(第3构成)，即，所述控制部构成为，在各循环中，至少在经过最小接通时间之前执行所述供电模式，在所述最小接通时间结束的时间点所述电流还没有达到极限值的情况下，继续执行所述供电模式，直到达到所述极限值为止。
所述第3构成的马达驱动装置中，由于设置了最小接通时间，因此在各循环中能够确保供电模式至少固定时间。
所述第1至第3中任一构成的马达驱动装置也可以是如下述的构成(第4构成)，即，具备H桥接电路(32)，且所述电流检测部构成为通过检测所述H桥接电路的低边晶体管(2、4)的第1端-第2端间的电压来检测所述电流。
所述第4构成的马达驱动装置中，由于无需另外设置电流检测用电阻，因此能够降低电力损耗。
所述第1至第4中任一构成的马达驱动装置也可以是如下述的构成(第5构成)，即，所述判定部具备比较器(33、34)，所述比较器(33、34)构成为比较与所述电流相对应的第1电压和与所述极限值相对应的第2电压，且所述第2时间点的所述比较器的输出成为所述判定部的判定结果。
所述第5构成的马达驱动装置中，由于无需另外设置放大器等作为判定部，因此能够简化电路构成。
所述第1至第5中任一构成的马达驱动装置也可以是如下述的构成(第6构成)，即，所述指定时间的长短是将从所述第1时间点到本次循环结束为止的时间乘以大于0且小于1的指定比率而获得的值。
所述第6构成的马达驱动装置中，不再需要确认指定时间的长短和从第1时间点到本次循环结束为止的时间的大小关系来设定指定时间的长短。
以上所说明的马达系统(10)是如下述的构成(第7构成)，即，具备马达(20)、及构成为驱动所述马达的所述第1至第6中任一构成的马达驱动装置。
所述第7构成的马达系统中，既能抑制流动于马达线圈的电流因无法跟随反向电压的变化而发生畸变的情况，又能极力抑制流动于马达线圈的电流的纹波。
以上所说明的电气设备(40)是如下述的构成(第8构成)，即，具备作为所述第7构成的马达系统。
所述第8构成的电气设备中，既能抑制流动于马达线圈的电流因无法跟随反向电压的变化而发生畸变的情况，又能极力抑制流动于马达线圈的电流的纹波。
[符号的说明]
1,3 P沟道型FET
2,4 N沟道型FET
10 实施方式的马达系统
20 步进马达
30 马达驱动装置
31 控制部
32 H桥接电路
33,34 比较器
35 基准电压源
40 打印机
L1 马达线圈。

Claims (8)

1.一种马达驱动装置，具备：
电流检测部，构成为检测流动于马达线圈的电流；
控制部，构成为在各循环中在供电模式结束后执行使所述电流衰减的慢衰减模式；及
判定部，构成为，判定在从所述供电模式切换为所述慢衰减模式的第1时间点起经过指定时间的第2时间点的所述电流是否低于极限值；且
在所述判定部判定所述电流不低于所述极限值的情况下，所述控制部构成为，在所述第2时间点，从所述慢衰减模式切换为使所述电流比所述慢衰减模式更加快速地衰减的快衰减模式；
各个所述循环仅包含连续的所述供电模式及连续的电流衰减模式各1个；
各个所述电流衰减模式仅包含所述慢衰减模式，或者包含所述慢衰减模式及所述快衰减模式这两者。
2.根据权利要求1所述的马达驱动装置，其中在所述判定部判定所述电流低于所述极限值的情况下，所述控制部构成为，在所述第2时间点之后仍继续执行所述慢衰减模式。
3.根据权利要求1或2所述的马达驱动装置，其中所述控制部构成为，在各循环中，至少在经过最小接通时间之前执行所述供电模式，在所述最小接通时间结束的时间点所述电流还没有达到极限值的情况下，继续执行所述供电模式，直到达到所述极限值为止。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的马达驱动装置，其具备H桥接电路，
所述电流检测部构成为，通过检测所述H桥接电路的低边晶体管的第1端-第2端间电压来检测所述电流。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的马达驱动装置，其中所述判定部具备比较器，所述比较器构成为比较与所述电流相对应的第1电压和与所述极限值相对应的第2电压，
所述第2时间点的所述比较器的输出成为所述判定部的判定结果。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的马达驱动装置，其中所述指定时间的长短是将从所述第1时间点到本次循环结束为止的时间乘以大于0且小于1的指定比率而获得的值。
7.一种马达系统，具备：马达、及
构成为驱动所述马达的根据权利要求1至6中任一项所述的马达驱动装置。
8.一种电气设备，具备根据权利要求7所述的马达系统。
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