CN116232140A - 马达驱动装置、马达系统及电气设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种马达驱动装置、马达系统及电气设备。本发明提供一种即使在流动于马达线圈的电流的极限值的设定值较小的情况下，也能够实现较高的电流检测精度的马达驱动装置。本发明的马达驱动装置具备：产生部(Q5、Q6、AMP1)，构成为产生与流动于马达线圈的马达电流(IM)对应的感测电流(IS)；调整部(CM1、CM2、CM3)，构成为使所述感测电流具有与所述马达电流的极限值对应的增益；转换部(R1)，构成为对具有所述增益的所述感测电流进行I/V转换；及比较部(COMP1)，构成为对基准电压与所述转换部的输出电压进行比较。

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7是表示驱动步进马达的马达驱动装置中所使用的H桥电路的构成例的图。

图7所示的H桥电路具备作为高侧晶体管的N通道型场效应晶体管Q1及Q3、以及作为低侧晶体管的N通道型场效应晶体管Q2及Q4。以下，将N通道型场效应晶体管适当简称为晶体管。

向晶体管Q1及Q3的各漏极施加电源电压VCC。

晶体管Q1的源极及背栅极连接于晶体管Q2的漏极。晶体管Q3的源极及背栅极连接于晶体管Q4的漏极。向晶体管Q2的源极及背栅极、以及N通道型场效应晶体管Q4的源极及背栅极施加接地电压。接地电压是低于电源电压VCC的电压。

马达线圈L1连接于连接节点N1与连接节点N2之间。连接节点N1是晶体管Q1的源极与晶体管Q2的漏极的连接节点。连接节点N2是晶体管Q3的源极与晶体管Q4的漏极的连接节点。

此外，马达线圈L1表现出1个相，当为两相、三相时，分别准备2个、3个马达线圈L1。本说明书中，为了方便说明，仅表示出1个相。本说明书中，仅对一相进行说明，对于其它相的驱动动作部也可以同样地进行说明，因此进行省略。

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过H桥电路的电流路径来进行。也就是说，通过流过马达线圈L1的电流路径来区分为供电模式及电流衰减模式。

从电流衰减模式切换为供电模式起经过一定时间为止的期间、即最小接通时间的期间必定是供电模式。当最小接通时间结束时，如果马达线圈L1中流动的电流为极限值以上，就立刻从供电模式切换为电流衰减模式。另一方面，在最小接通时间结束时流动于马达线圈L1的电流未达到极限值的情况下，继续供电模式直到流动于马达线圈L1的电流达到极限值为止，且在流动于马达线圈L1的电流达到极限值的时间点，从供电模式切换为电流衰减模式。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利特开2016-208727号公报(第[0044]段)

发明内容

[发明要解决的问题]

马达驱动装置中使用的比较器对与流动于马达线圈L1的电流对应的电压与基准电压进行比较，判定流动于马达线圈L1的电流是否达到极限值。

此处，在所述极限值的设定值较小的情况下，供应到比较器的与流动于马达线圈L1的电流对应的电压及基准电压也会变小，从而比较器的判定精度、即电流检测精度会变低。

[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：产生部，构成为产生与流动于马达线圈的马达电流对应的感测电流；调整部，构成为使所述感测电流具有与所述马达电流的极限值对应的增益；转换部，构成为对具有所述增益的所述感测电流进行I/V转换；及比较部，构成为对基准电压与所述转换部的输出电压进行比较。

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，即使在流动于马达线圈的电流的极限值的设定值较小的情况下，也能够实现较高的电流检测精度。

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是表示电流检测部的一构成例的图。

图3是表示温度特性平坦的电阻的一构成例的图。

图4是表示温度特性平坦的电阻的分布例的图。

图5是打印机的外观立体图。

图6是表示电流检测部的另一构成例的图。

图7是表示H桥电路的构成例的图。

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桥电路32、以及电流检测部33及34。H桥电路32以及电流检测部33及34对应于步进马达20的1个相。在步进马达20为两相、三相的情况下，H桥电路32以及电流检测部33及34分别设置2组、3组。本说明书中，为了方便说明，仅表示出1个相。本说明书中，仅对一相进行说明，对于其它相的驱动动作部也可以同样地进行说明，因此进行省略。此外，也可以使用1个电流检测部来代替2个电流检测部33及34。在使用该1个电流检测部的情况下，只要利用例如从连接节点N1的电压及连接节点N2的电压中选择一个供给到该1个电流检测部的切换开关等，控制连接节点N1的电压的读取时机及连接节点N2的电压的读取时机即可。

H桥电路32的构成与图7所示的H桥电路相同。此外，也可以使用例如P通道型场效应晶体管来代替N通道型场效应晶体管Q1及Q3。

控制部31通过切换控制H桥电路32的各晶体管，而在各循环中执行供电模式、电流衰减模式等。控制部31通过利用微步控制来细微地改变流动于马达线圈L1的电流，而使步进马达20的转子旋转。

图2是表示电流检测部33的一构成例的图。电流检测部33具备N通道型场效应晶体管Q5、N通道型场效应晶体管Q6、放大器AMP1、电流源型电流镜电路CM1、电流沉型电流镜电路CM2、电流源型电流镜电路CM3、电阻R1、电容器C1、D/A(Digital to Analog)转换器DAC1、及比较器COMP1。

晶体管Q5、晶体管Q6、及放大器AMP1是产生部的一例，所述产生部构成为产生与流动于马达线圈L1的马达电流IM对应的感测电流IS。

晶体管Q5与晶体管Q2成对地构成电流镜电路。晶体管Q2与晶体管Q5的尺寸比并无特别限定，例如可以例举1000：1的设定。在晶体管Q2与晶体管Q5的尺寸比为1000：1的情况下，电流镜比为1000：1。通过由晶体管Q2及晶体管Q5构成电流镜电路，容易调整感测电流IS相对于马达电流IM的比。

晶体管Q6串联连接于晶体管Q5。放大器AMP1的非反相输入端子连接于连接节点N1，放大器AMP1的反相输入端子连接于晶体管Q5的漏极及晶体管Q6的源极。放大器AMP1的输出端子连接于晶体管Q6的栅极。放大器AMP1是用来使晶体管Q2的漏极电压与晶体管Q5的漏极电压相等的缓冲放大器。

通过调节放大器AMP1的偏移电压，能够提升晶体管Q2的漏极电压与晶体管Q5的漏极电压的一致程度，甚至还能够提升马达电流IM与感测电流IS的对应关系的精度。

电流源型电流镜电路CM1、电流沉型电流镜电路CM2、及电流源型电流镜电路CM3是调整部的一例，所述调整部构成为使感测电流IS具有与马达电流IM的极限值对应的增益。

电流源型电流镜电路CM1具备P通道型场效应晶体管Q10～Q12、以及开关S11及S12。以下，将P通道型场效应晶体管适当简称为晶体管。

晶体管Q10的漏极及晶体管Q10～Q12的各栅极连接于晶体管Q6的漏极。向晶体管Q10～Q12的各源极及各背栅极施加电源电压VCC。晶体管Q11的漏极连接于开关S11的第1端。晶体管Q12的漏极连接于开关S12的第1端。开关S11的第2端及开关S12的第2端相互连接。

电流源型电流镜电路CM1构成为接收感测电流IS。控制部31(参照图1)使开关S11及S12中的任一开关接通，并使另一开关断开。由此，能够使电流源型电流镜电路CM1的电流镜比以两阶段进行变化。

例如，当开关S11接通时，所能检测出的马达电流IM的范围的最大值为2A，当开关S12接通时，所能检测出的马达电流IM的范围的最大值为1A。而且，当马达电流IM为所能检测出的范围的最大值时，电流源型电流镜电路CM1输出一定的电流(例如，100μA的电流)。

电流源型电流镜电路CM1构成为电流镜比可变，由此能够变更所能检测出的马达电流IM的范围的最大值的设定。因此，马达驱动装置30能够应对多种步进马达20。

电流沉型电流镜电路CM2具备N通道型场效应晶体管Q20～Q27、及开关S21～S26。

晶体管Q20的漏极、晶体管Q20～Q27的各栅极、及开关S21～S26的各第1端连接于开关S11及S12的各第2端。开关S21～S26的各第2端分别连接于晶体管Q21～Q26的漏极。晶体管Q20～Q26的各源极及各背栅极连接于接地电位。

电流沉型电流镜电路CM2构成为接收电流源型电流镜电路CM1的输出电流。控制部31(参照图1)控制开关S21～S26的接通/断开。电流沉型电流镜电路CM2构成为电流镜比能够根据马达电流IM的极限值的设定值变化。也就是说，控制部31(参照图1)根据马达电流IM的极限值的设定值来控制开关S21～S26的接通/断开。

晶体管Q20～Q27的尺寸比并无特别限定，例如可以例举1：1：2：4：8：16：32：64的设定。在晶体管Q20～Q27的尺寸比为1：1：2：4：8：16：32：64的设定的情况下，如果例如使开关S21～S26全部断开，那么电流沉型电流镜电路CM2的电流镜比成为1：64。另外，在晶体管Q20～Q27的尺寸比为1：1：2：4：8：16：32：64的设定的情况下，如果例如使开关S21断开，且使开关S22～S26接通，那么电流沉型电流镜电路CM2的电流镜比成为63：64。

电流沉型电流镜电路CM2由于构成为电流镜比能够根据马达电流IM的极限值的设定值变化，因此零件个数变多。然而，由于是电流沉型的电流镜电路，因此晶体管Q20的漏极电压被晶体管Q20的阈值电压箝位。因此，当开关S21～S26接通时，施加于开关S21～S26的各第1端的电压、施加于开关S21～S26的各第2端的电压、及晶体管Q21～Q27的各漏极电压也会被晶体管Q20的阈值电压箝位。这样一来，不存在晶体管Q20～Q26及开关S21～S26被施加高电压的担心，因此晶体管Q20～Q26及开关S21～S26可以使用低耐压的零件。由此，能够实现马达驱动装置30的低成本化及小型化。

电流源型电流镜电路CM3具备P通道型场效应晶体管Q30及Q31。

晶体管Q30的漏极以及晶体管Q30及Q31的各栅极连接于晶体管Q27的漏极。向晶体管Q30及Q31的各源极及各背栅极施加电源电压VCC。晶体管Q31的漏极连接于电阻R1的第1端、电容器C1的第1端、比较器COMP1的非反相输入端子。此外，电阻R1的第1端及电容器C1的第1端连接于接地电位。

电流源型电流镜电路CM3构成为接收电流沉型电流镜电路CM2的输出电流。

电流源型电流镜电路CM3的输出电流是具有与马达电流IM的极限值对应的增益的感测电流IS。也就是说，电流源型电流镜电路CM3的输出电流的值是与马达电流IM的极限值对应的增益乘以感测电流IS所得的值。

电阻R1是转换部的一例，所述转换部构成为对电流源型电流镜电路CM3的输出电流进行I/V转换。向电阻R1的第1端施加的电压、即转换部的输出电压通过电容器C1而平滑化。

为了使I/V转换后的电压不具有温度依赖性，电阻R1的温度特性优选为平坦。图3是表示温度特性平坦的电阻R1的一构成例的图。

图3所示的构成例的电阻R1具备：具有正温度特性的电阻元件PS_1～PS_n、具有负温度特性的电阻元件XS_1～XS_n、及开关SW1～SWn。

关于具有正温度特性的电阻元件PS_1～PS_n及具有负温度特性的电阻元件XS_1～XS_n，具有正温度特性的电阻元件与具有负温度特性的电阻元件在交替地排列的同时串联连接。开关SWk(k为1以上n以下的任意自然数)与包含具有正温度特性的电阻元件PS_k及具有负温度特性的电阻元件XS_k的串联连接体并联连接。通过调整具有正温度特性的电阻元件PS_k的电阻值与具有负温度特性的电阻元件XS_k的电阻值的比例，使包含具有正温度特性的电阻元件PS_k及具有负温度特性的电阻元件XS_k的串联连接体的电阻值的温度特性平滑化。

例如，当开关SW1接通时，具有正温度特性的电阻元件PS_1及具有负温度特性的电阻元件XS_1发生短路。因此，通过在开关SW1～SWn之中选择接通的开关，调节电阻R1的电阻值。

通过进行电阻R1的电阻值调节，能够更进一步提高电流检测精度。关于图3所示的构成例的电阻R1，在各个马达驱动装置30中，通过在开关SW1～SWn之中确定接通的开关，进行电阻R1的电阻值调节。

图4是表示图3所示的构成例的电阻R1的分布例的图。具有正温度特性的电阻元件PS_1～PS_n配置在第1区域RN1，具有负温度特性的电阻元件XS_1～XS_n配置在第2区域RN2，开关SW1～SWn配置在第3区域RN3。

比较器COMP1是比较部的一例，所述比较部构成为对基准电压与所述转换部的输出电压进行比较。基准电压从D/A转换器DAC1输出。控制部31(参照图1)将成为基准电压的设定值的数字信号供给到D/A转换器DAC1。

由于所述调整部使感测电流IS具有与马达电流IM的极限值对应的增益，因此能够抑制在马达电流IM的极限值的设定值较小的情况下马达电流IM为极限值时的所述转换部的输出电压下降。由此，即使在马达电流IM的极限值的设定值较小的情况下，也能够实现较高的电流检测精度。

此外，优选为，无论马达电流IM的极限值的设定值如何，当马达电流IM为极限值时，所述转换部的输出电压均保持固定。由此，无论马达电流IM的极限值的设定值如何，用于微步控制的基准电压的设定能够始终保持固定，从而使微步控制变得容易。

实施方式的马达系统10例如内置在图5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，还可以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，且关于本发明的技术范围，应理解为由权利要求书来表示而并非由所述实施方式的说明来表示，且包含与权利要求书均等的含义及属于范围内的所有变更。

例如，也可以使用双极晶体管来代替场效应晶体管。

例如，在无需变更所能检测出的马达电流IM的范围的最大值的设定的情况下，只要将电流检测部33设为图6所示的构成即可。图6所示的构成例的电流检测部33中，电流源型电流镜电路CM1的电流镜比固定。

以上所了说明的马达驱动装置(30)是具备如下构件的构成(第1构成)：产生部(Q5、Q6、AMP1)，构成为产生与流动于马达线圈(L1)的马达电流对应的感测电流；调整部(CM1、CM2、CM3)，构成为使所述感测电流具有与所述马达电流的极限值对应的增益；转换部(R1)，构成为对具有所述增益的所述感测电流进行I/V转换；及比较部(COMP1)，构成为对基准电压与所述转换部的输出电压进行比较。

作为所述第1构成的马达驱动装置中，由于调整部使感测电流具有与马达电流的极限值对应的增益，因此能够抑制在马达电流的极限值的设定值较小的情况下马达电流为极限值时的转换部的输出电压下降。由此，即使在马达电流的极限值的设定值较小的情况下，也能够实现较高的电流检测精度。

作为所述第1构成的马达驱动装置也可以是如下构成(第2构成)，即，所述马达线圈构成为能够连接于第1晶体管(Q1)的第2端、及第2晶体管(Q2)的第1端，所述第1晶体管(Q1)构成为第1端能够连接于电源电压的施加端，所述第2晶体管(Q2)构成为第2端能够连接于低于所述电源电压的电压的施加端，且所述产生部包含与所述第2晶体管成对地构成电流镜电路的第3晶体管(Q5)。

作为所述第2构成的马达驱动装置中，由于电流镜电路由第2晶体管及第3晶体管所构成，因此容易调整感测电流相对于马达电流的比。

作为所述第2构成的马达驱动装置也可以是如下构成(第3构成)，即，所述产生部具备：第4晶体管(Q6)，构成为能够串联连接于所述第3晶体管；及放大器(AMP1)，构成为根据施加于所述第3晶体管与所述第4晶体管的连接节点的电压、及施加于所述第2晶体管的第1端的电压来控制所述第4晶体管。

作为所述第3构成的马达驱动装置中，通过调节放大器的偏移电压，能够提升马达电流与感测电流的对应关系的精度。

作为所述第1至第3中任一构成的马达驱动装置也可以是如下构成(第4构成)，即，所述调整部具备：电流源型电流镜电路(CM1)，构成为接收所述感测电流；及电流沉型电流镜电路(CM2)，构成为接收所述电流源型电流镜电路的输出电流；且所述电流沉型电流镜电路构成为电流镜比能够根据所述极限值的设定值变化。

作为所述第4构成的马达驱动装置中，电流沉型电流镜电路由于构成为电流镜比能够根据马达电流的极限值的设定值变化，因此零件个数变多，但由于是电流沉型，因此可以使用低耐压的零件。由此，能够实现低成本化及小型化。

作为所述第4构成的马达驱动装置也可以是如下构成(第5构成)，即，所述电流源型电流镜电路构成为电流镜比可变。

作为所述第5构成的马达驱动装置中，由于能够变更所能检测出的马达电流的范围的最大值的设定，因此能够应对多种步进马达。

作为所述第1至第5中任一构成的马达驱动装置也可以是如下构成(第6构成)，即，无论所述极限值的设定值如何，当所述马达电流为所述极限值时，所述转换部的输出电压均保持固定。

作为所述第6构成的马达驱动装置中，无论马达电流的极限值的设定值如何，用于微步控制的基准电压的设定能够始终保持固定。

以上所说明的马达系统(10)是如下构成(第7构成)，即，具备马达(20)、及构成为驱动所述马达的作为所述第1至第6中任一构成的马达驱动装置。

作为所述第7构成的马达系统中，即使在流动于马达线圈的电流的极限值的设定值较小的情况下，也能够实现较高的电流检测精度。

以上所说明的电气设备(40)是如下构成(第8构成)，即，具备作为所述第7构成的马达系统。

作为所述第8构成的电气设备中，即使在流动于马达线圈的电流的极限值的设定值较小的情况下，也能够实现较高的电流检测精度。

[符号的说明]

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桥电路

33,34 电流检测部

40 打印机

AMP1 放大器

C1 电容器

CM1,CM3 电流源型电流镜电路

CM2 电流沉型电流镜电路

COMP1 比较器

DAC1 D/A转换器

L1 马达线圈

PS_1～PS_n 具有正温度特性的电阻元件

Q1～Q6,Q20～Q27 N通道型场效应晶体管

Q10～Q12,Q30,Q31 P通道型场效应晶体管

R1 电阻

PN1～PN3 第1～第3区域

S11,S12,S21～S27,SW1～SWn 开关

XS_1～XS_n 具有负温度特性的电阻元件。

Claims (8)

1.一种马达驱动装置，具备：

产生部，构成为产生与流动于马达线圈的马达电流对应的感测电流；

调整部，构成为使所述感测电流具有与所述马达电流的极限值对应的增益；

转换部，构成为对具有所述增益的所述感测电流进行I/V转换；及

比较部，构成为对基准电压与所述转换部的输出电压进行比较。

2.根据权利要求1所述的马达驱动装置，其中所述马达线圈构成为能够连接于第1晶体管的第2端、及第2晶体管的第1端，所述第1晶体管构成为第1端能够连接于电源电压的施加端，所述第2晶体管构成为第2端能够连接于低于所述电源电压的电压的施加端，且

所述产生部包含与所述第2晶体管成对地构成电流镜电路的第3晶体管。

3.根据权利要求2所述的马达驱动装置，其中所述产生部具备：

第4晶体管，构成为能够串联连接于所述第3晶体管；及

放大器，构成为根据施加于所述第3晶体管与所述第4晶体管的连接节点的电压、及施加于所述第2晶体管的第1端的电压来控制所述第4晶体管。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的马达驱动装置，其中所述调整部具备：

电流源型电流镜电路，构成为接收所述感测电流；及

电流沉型电流镜电路，构成为接收所述电流源型电流镜电路的输出电流；且

所述电流沉型电流镜电路构成为电流镜比能够根据所述极限值的设定值变化。

5.根据权利要求4所述的马达驱动装置，其中所述电流源型电流镜电路构成为电流镜比可变。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的马达驱动装置，其中无论所述极限值的设定值如何，当所述马达电流为所述极限值时，所述转换部的输出电压均保持固定。

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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