CN1481070A - 步进电机的驱动装置以及驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供步进电机的驱动装置和驱动方法，该驱动装置具有多个能够控制向端子供给电流的推状态和从端子拉入电流的拉状态的推挽电路，把该推挽电路连接到绕组上，通过双极驱动使步进电机动作。本发明的装置把推挽电路的至少1个连接到连接了不同的相的绕组的一端的公共端子上，根据该结构，能够减少电路以及驱动线的数量。

Description

步进电机的驱动装置以及驱动方法

技术领域

本发明涉及步进电机的驱动装置以及驱动方法。

背景技术

图9表示以往的利用双极驱动的2相步进电机的驱动装置的框图。110是2相步进电机，在内部具有A相绕组LA101，B相绕组LB102以及磁化了的转子103。120A+、120A-、120B+以及120B-是半桥电路，设置A相绕组LA101中用的一对和B相绕组LB102中用的一对总共4个。130是控制电路，控制半桥电路120A+、120A-、120B+以及120B-的各个驱动信号。

半桥电路120A+、120A-、120B+以及120B-是推挽电路，依照来自控制电路130的控制信号，切换成使电流流出的状态(推状态)和将电流拉入的状态(拉状态)，通过顺序地切换这4个半桥电路120A+、120A-、120B+以及120B-的推状态、拉状态，来切换A相和B相的极性，使得转子103按步旋转。

在上述以往例的情况下，半桥电路总共需要4个，连接到绕组上的驱动线也需要4条。取决于装置，也存在使用多个利用双极驱动的2相步进电机的情况，而单纯增加半桥电路或者驱动线将对于装置的形状设计等产生影响。

发明内容

本发明的目的在于提供步进电机的驱动装置和驱动方法，能够减少半桥电路和驱动线的数量。

为此，本发明提供具有多个能够控制向端子供给电流的推状态和从端子拉入电流的拉状态的推挽电路，把推挽电路连接到绕组上，通过双极驱动使步进电机动作的步进电机的驱动装置或者驱动方法，推挽电路的至少一个连接在连接了不同的相的绕组的一端的公共端子上。

通过在推状态和拉状态交替切换该公共端子，任意地切换连接在各个绕组的另一端的推挽电路的推状态和拉状态，能够使用比以往少的驱动线控制步进电机的驱动。

本发明的其他目的和优点，本领域人员通过下面的对优选实施例的说明会弄明白。参照附图进行该说明，这些附图构成说明书的一部分并说明本发明的例子。但是这些例子并没有穷尽本发明的各种实施例。为了确定本发明的范围，请参照说明书后面的权利要求书。

附图说明

图1是双极驱动的步进电机的驱动装置的框图。

图2是半桥电路的电路图。

图3表示半桥电路的状态和流过绕组的电流。

图4表示用于进行2相励磁驱动的半桥电路的状态。

图5表示用于进行1-2相励磁驱动的半桥电路的状态。

图6表示微步驱动中的半桥电路的状态和流过绕组的电流。

图7表示微步驱动中的每一步的电流量。

图8是双极驱动的多个步进电机的驱动装置的框图。

图9是以往的双极驱动的步进电机的驱动装置的框图。

具体实施方式

说明本发明的第1实施形式。

图1是本发明第1实施形式的步进电机的驱动装置的框图，10是2相步进电机，在内部具有各自的一端相连接的A相绕组LA1和B相绕组LB2以及磁化了的转子3。另外，该图是简化图，转子3的磁极数当然不限于2个。20A、20S以及20B是半桥电路，20A连接到A相绕组LA1的端子A，20B连接到B相绕组LB2端子B，而且，20S连接到把A相绕组LA1和B相绕组LB2连接了的公共端子S。这样，对于1个步进电机总共设置3个半桥电路。半桥电路可以只比步进电机的相数多设置1个。30是控制电路，控制半桥电路20A、20S以及20B的各个驱动信号。

半桥电路20A是推挽电路，能够根据输入到输入端子IN1以及IN2的信号，选择从OUT供给电流(源)的状态(以下，称为推状态)，流入电流(接收)的状态(以下，称为拉状态)，以及OUT成为浮置不流过电流的开放状态的3种状态。控制电路30通过控制端子VPA和VNA的信号选择半桥电路20A的状态，控制步进电机10的驱动。同样，根据来自控制电路30的端子VPB和VNB的信号控制半桥电路20B，根据来自控制电路30的端子VPS和VNC的信号控制半桥电路20S。

下面，使用图2、图3说明在各绕组中流过的电流。

图2是半桥电路20A、20S以及20B的电路图，201是PchFET元件，202是NchFET元件，203是用于驱动PchFET 201的Pch驱动器，204是用于驱动NchFET 202的Nch驱动器。

图3表示半桥电路20A、20S以及20B的OUT的状态的时序，以及这时流过各绕组的电流。

这里，公共端子S的状态由控制电路30预先控制为推状态与拉状态的周期始终成为1∶1的脉冲形，其频率固定为比音频区域高数10kHz左右。

这里，把流过绕组LA1、绕组LB2的电流分别记为ILA、ILB。

在(状态1)的期间中，端子A固定为推状态。当公共端子S是拉状态时，电流ILA通过绕组LA1从端子A流入到公共端子S。当公共端子S是推状态时，由于端子A和公共端子S都成为推状态，因此半桥电路20A以及20S的201成为导通状态，形成把绕组LA1的两端短路的环。由此流过缓慢的放电电流，带来保持电流的效果。这样在公共端子S的拉状态下进行充电，在推状态下进行放电。如果是端子A的推状态比公共端子S的推/拉的周期充分长的期间，则流过绕组LA1的电流如图3那样反复进行充电和放电，根据其特性流过大致平衡的一定电流。对于绕组LB2也相同，通过把端子B固定为推状态，流过绕组LB2的电流反复进行充电和放电，成为流过大致平衡的一定电流。

在(状态2)的期间，端子A以及B都固定为开放状态。因此，在绕组LA1以及LB2中不流过电流。

在(状态3)的期间，端子A固定为拉状态。当公共端子S是推状态时电流ILA通过绕组LA1从公共端子S流入到端子A。当公共端子S是拉状态时，由于端子A和公共端子S都成为拉状态，因此半桥电路20A以及20S的NchFET 202成为导通状态，形成把绕组LA1的两端短路的环。由此流过缓慢的放电电流，带来保持电流的效果。这样在公共端子S的推状态下进行充电，在拉状态下进行放电。如果是端子A的拉状态比公共端子S的推/拉的周期充分长的期间，则流过绕组LA1的电流如图3那样反复进行充电和放电，根据其特性成为流过大致平衡的一定电流。对于绕组LB2也相同，通过把端子B固定为拉状态，流过绕组LB2的电流反复进行充电和放电，成为流过大致平衡的一定电流。

这样，通过把公共端子S控制成使得拉状态与推状态的周期始终是1∶1的脉冲形，把端子A以及B分为推状态，拉状态以及开放状态的3种状态使用，能够分别独立地控制流过绕组LA1以及LB2的电流朝向和电流量。

由于绕组LA1的一端和绕组LB2的一端连接到共同的公共端子S即可，因此如果是2相步进电机，则半桥电路和驱动线都可以是3个。

图4表示用于2相励磁驱动的半桥电路的状态。与图3相同，把公共端子S控制成推状态与拉状态的周期成为1∶1。

在(步骤1)的期间，端子A以及B都成为推状态，如在图3中说明过的那样，在绕组LA1中，从端子A向公共端子S流过电流，在绕组LB2中，从端子B向公共端子S流过电流。由于连接在绕组LA1上的轭铁和连连接在LB2上的轭铁都被励磁为S极，因此转子旋转，使得转子的N极成为与连接在绕组LA1上的轭铁和连接在LB2上的轭铁的两者相对的位置。

在(步骤2)的期间，通过把端子B切换为拉状态，使在绕组LB2中流过的电流反相，把连接在绕组LB2上的轭铁励磁为N极。转子沿着顺时针方向旋转，转子的N极与连接在绕组LA1上的轭铁相对，S极与连接在绕组LB2上的轭铁相对。

在(状态3)的期间，通过把端子A切换为拉状态，使在绕组LA1中流过的电流反相，把连接在绕组LA1上的轭铁励磁为N极。转子沿着顺时针方向旋转，转子的S极与连接在绕组LA1上的轭铁与连接在LB2上的轭铁的两者相对。

在(步骤4)的期间，通过把端子B切换为推状态，使在绕组LB2中流过的电流反相，把连接在绕组LB2上的轭铁励磁为S极。转子沿着顺时针方向旋转，转子的S极与连接在绕组LA1上的轭铁相对，N极与连接在绕组LB2上的轭铁相对。

然后，通过把端子A再次切换为推状态，返回到(步骤1)。

这样，通过顺序交替地切换端子A和B的推/拉状态，反复进行该切换，进行2相励磁驱动。

图5表示用于1-2相励磁驱动的半桥电路的状态。1-2相励磁驱动的驱动模式由于是众所周知的因此省略说明。与在图3、4中说明过的相同，通过控制公共端子S使得推状态与拉状态的周期成为1∶1，控制端子A、B的推/拉状态把连接到绕组LA1、LB2的每一个上的轭铁励磁，使电机旋转。关于把连接到绕组LA1、LB2的每一个上的轭铁分别励磁为N极、S极的方法与在图4中说明过的相同。

说明本发明的第2实施形式。在第1实施形式中说明了2相励磁驱动，1-2相励磁驱动，而在本实施形式中说明用于进行微步驱动的控制。

图6表示微步驱动中的半桥电路的状态和流过绕组的电流。

以绕组LA1为例进行说明。公共端子S的状态与第1实施形式相同，由控制电路30控制成使得推状态与拉状态的周期成为1∶1的脉冲形，其频率固定为比音频区域高数10kHz左右的频率。

把由公共端子S的一次推状态和一次拉状态构成的周期作为1个周期，在该1个周期期间，端子A也各选择一次推状态和拉状态。以该1个周期为基准，通过改变端子A的推状态与拉状态的比例，即，使该1个周期内流过端子A的电流的占空比变化，进行微步驱动。这里的占空比用

推状态时间段/(推状态时间段+拉状态时间段)×100％表示。

在图6的(状态2)～(状态5)中，在端子A是推状态公共端子S是拉状态时，电流从端子A流入到公共端子S进行充电，在端子A和公共端子S都是推状态或者都是拉状态时进行放电。在(状态7)～(状态10)中，在端子A是拉状态公共端子S是推状态时电流从公共端子S流入到端子A进行充电，在端子A和公共端子S都是推状态或者都是拉状态时进行放电。

在(状态1)、(状态6)的期间，由于端子A是开放状态、因此在绕组LA1中不流过电流。

在(状态5)的期间把占空比设定为100％。这时在1个周期的前半个50％的期间进行充电，在后半个50％的期间进行放电。这时把从端子A经过绕组LA1流入到公共端子S的电流量设为100％。

在(状态10)的期间把占空比设定为0％。这时在1个周期的后半个50％的期间进行充电，在下一个周期的前半个50％的期间进行放电。这时把从公共端子S通过绕组LA1流入到端子A的电流量设为-100％。

关于以上的(状态1)、(状态5)、(状态6)以及(状态10)与在第1实施形式中说明过的绕组电流控制没有差别。下面说明显示本实施形式的特征的(状态2)～(状态4)，(状态7)～(状态9)的绕组电流控制。

在(状态2)的期间把占空比设定为62.5％。这时在1个周期的前半个12.5％中进行充电，在后半个87.5％中进行放电。这里的充电周期的长度由于是(状态5)的充电周期的长度的25(＝12.5/50)％，因此如果使该周期重复则理想地电流量成为25％。

在(状态3)的期间把占空比设定为75％。这时在1个周期的前半个25％中进行充电，在后半个75％中进行放电。由于这里的充电周期的长度是(状态5)的充电期间的长度的50(＝25/50)％，因此如果使该周期重复则理想地电流量成为50％。

在(状态4)的期间把占空比设定为87.5％。这时在1个周期的前半个37.5％中进行充电，在后半个62.5％中进行放电。由于这里的充电周期的长度是(状态5)的充电期间的长度的75(＝12.5/50)％，因此如果使该周期重复则理想地电流量成为75％。

在(状态7)的期间把占空比设定为37.5％。这时在1个周期的后半个12.5％中进行充电，在下一个周期的前半个87.5％中进行放电。由于这里的充电周期的长度是(状态10)的充电期间的长度的25(＝12.5/50)％，因此如果使该周期重复则理想地电流量成为-25％。

在(状态8)的期间把占空比设定为25％。这时在1个周期的后半个25％中进行充电，在下一个周期的前半个75％中进行放电。由于这里的充电周期的长度是(状态10)的充电期间的长度的50(＝25/50)％，因此如果使该周期重复则理想地电流量成为-50％。

在(状态9)的期间把占空比设定为12.5％。这时在1个周期的后半个37.5％中进行充电，在下一个周期的前半个62.5％中进行放电。由于这里的充电周期的长度是(状态10)的充电期间的长度的75(＝37.5/50)％，因此如果使该周期重复则理想地电流量成为-75％。

在(状态1)～(状态10)下流过绕组LA1中的电流量ILA能够表示如下。如果把端子S的1个周期的长度记为Ts，端子A的推期间记为TAPUSH，如(状态5)的期间那样端子A始终是推状态时所流过的电流记为IA0，则成为

ILA＝(TAPUSH/Ts-0.5)/0.5×IA0

关于端子B也相同，如果把端子B的推期间记为TBPUSH，如(状态10)的期间那样端子B始终是推状态时所流过的电流记为IB0，则成为

ILB＝(TBPUSH/Ts-0.5)/0.5×IB0

关于端子A以及端子B，如果按照(状态5)，(状态4)，(状态3)，(状态2)，(状态6)，(状态7)，(状态8)，(状态9)，(状态10)，(状态9)，(状态8)，……顺序地进行反复控制，则能够使流过绕组LA1以及绕组LB2的电流量按照100％，75％，50％，25％，0％，-25％，-50％，-75％，-100％，-75％，-50％，……台阶状地变化。

通过按每一步控制占空比，进行所谓的梯形波驱动，来实现微步驱动。

表1表示在电角的1个周期进行32分割的微步驱动时的端子A以及端子B的占空比(或者状态)。在每一步控制占空比，把各步期间的长度设定为比公共端子S的1个周期充分长。

根据该表1，表示进行微步驱动时的步和流过绕组LA1以及LB2中的电流量的是图7。

另外，在本实施形式中，说明了32分割的微步驱动中的端子A以及端子B的控制方法，而通过使占空比以更小的宽度变化，能够实现更多步数的微步驱动。

在上述的第1实施形式，第2实施形式中对用于驱动单体的2相步进电机的装置进行了说明。如图1所示，为了驱动1个2相步进电机使用了3个半桥电路，而如果是驱动多个2相步进电机的情况，则能够共用连接在各个步进电机的公共端子S上的半桥电路。

在图8所示的框图中，1个半桥电路20S连接到4个2相步进电机11、12、13以及14的公共端子S上。在本发明中，对于任一个2相步进电机，都可以按照占空比50％控制公共端子S，因此能够共用连接在各个步进电机的公共端子S上的半桥电路。如果在各个电机独立地控制各2相步进电机的端子A和端子B的状态，则能够在每一个电机进行不同的旋转驱动。

另外，以2相步进电机为例进行了本发明的说明，而本发明也能够适用在5相步进电机等中。

【表1】

步	1	2	3	4	5	6	7	8
									A的状态	100％	100％	100％	100％	100％	87.5％	75％	62.5％
B的状态	开放状态	62.5％	75％	87.5％	100％	100％	100％	100％

9	10	11	12	13	14	15	16
								100％	37.5％	25％	12.5％	0％	0％	0％	0％
开放状态	100％	100％	100％	100％	87.5％	75％	62.5％

17	18	19	20	21	22	23	24
								0％	0％	0％	0％	0％	12.5％	25％	37.5％
开放状态	37.5％	25％	12.5％	0％	0％	0％	0％

25	26	27	28	29	30	31	32
								开放状态	62.5％	75％	87.5％	100％	100％	100％	100％
0％	0％	0％	0％	0％	12.5％	25％	37.5％

如以上说明的那样，如果依据上述的实施形式，则由于在双极驱动的步进电机上设置连接了不同的相的绕组一端的公共端子，在该公共端子上连接单一的半桥电路，因此能够同时减少半桥电路和驱动线的数量。

进而，在驱动多个步进电机的情况下，能够在多个步进电机的公共端子上连接相同的半桥电路，能够进一步减少驱动电路。

Claims (15)

1.一种步进电机驱动装置，该步进电机驱动装置具有多个能够控制向端子供给电流的推状态和从端子拉入电流的拉状态的推挽电路，把该推挽电路连接在绕组上，通过双极驱动使步进电机动作，其特征在于：

上述推挽电路的至少1个连接到连接了不同的相的绕组的一端的公共端子上。

2.根据权利要求1所述的步进电机驱动装置，其特征在于：

上述不同的相的绕组的另一端分别连接在其它的推挽电路上。

3.根据权利要求1所述的步进电机的驱动装置，其特征在于：

连接到上述公共端子上的推挽电路进行控制使得按照一定周期交替地反复推状态和拉状态。

4.根据权利要求2所述的步进电机驱动装置，其特征在于：

连接到上述公共端子上的推挽电路进行控制使得按照一定周期交替地反复推状态和拉状态，没有连接到上述公共端子上的推挽电路在步进电机的每一步切换推状态和拉状态。

5.根据权利要求2所述的步进电机驱动装置，其特征在于：

连接到上述公共端子上的推挽电路进行控制使得按照一定周期交替地反复推状态和拉状态，没有连接到上述公共端子上的推挽电路在步进电机的每一步切换推状态，拉状态以及不流过电流的开放状态。

6.根据权利要求2所述的步进电机驱动装置，其特征在于：

连接到上述公共端子上的推挽电路和没有连接到上述公共端子上的推挽电路都进行控制使得交替地反复推状态和拉状态，设定推状态和拉状态各一次所需要的期间相同，而切换推状态和拉状态的定时不相同。

7.根据权利要求6所述的步进电机驱动装置，其特征在于：

没有连接到上述公共端子上的推挽电路，使在步进电机的每一步切换推状态和拉状态的定时不同。

8.根据权利要求6所述的步进电机驱动装置，其特征在于：

没有连接到上述公共端子上的推挽电路，在特定的步骤切换为不流过电流的开放状态。

9.根据权利要求1～8步进电机驱动装置所述的，其特征在于：

具有多个包括上述公共端子的步进电机，相同的推挽电路连接到上述多个步进电机的公共端子上。

10.一种步进电机的驱动方法，该步进电机的驱动方法使用多个能够控制向端子供给电流的推状态和从端子拉入电流的拉状态的推挽电路，把该推挽电路连接到绕组上通过双极驱动使步进电机动作，其特征在于：

上述推挽电路的至少1个连接到连接了不同的相的绕组的一端的公共端子上，

并且上述不同的相的绕组的另一端分别连接到其它的推挽电路上，

连接到上述公共端子上的推挽电路进行控制使得按照一定周期交替地反复推状态和拉状态。

11.一种步进电机的驱动方法，该步进电机的驱动方法使用多个能够控制向端子供给电流的推状态和从端子拉入电流的拉状态的推挽电路，把该推挽电路连接到绕组上通过双极驱动使步进电机动作，其特征在于：

上述推挽电路的至少1个连接到连接了不同的相的绕组的一端的公共端子上，

并且上述不同的相的绕组的另一端分别连接到其它的推挽电路上，

连接到上述公共端子上的推挽电路进行控制使得按照一定周期交替地反复推状态和拉状态，没有连接到上述公共端子上的推挽电路在步进电机的每一步切换推状态和拉状态。

12.一种步进电机的驱动方法，该步进电机的驱动方法使用多个能够控制向端子供给电流的推状态和从端子拉入电流的拉状态的推挽电路，把该推挽电路连接到绕组上通过双极驱动使步进电机动作，其特征在于：

上述推挽电路的至少1个连接到连接了不同的相的绕组的一端的公共端子上，

并且上述不同的相的绕组的另一端分别连接到其它的推挽电路上，

连接到上述公共端子上的推挽电路进行控制使得按照一定周期交替地反复推状态和拉状态，没有连接到上述公共端子上的推挽电路在步进电机的每一步切换推状态，拉状态以及不流过电流的开放状态。

13.一种步进电机的驱动方法，该步进电机的驱动方法使用多个能够控制向端子供给电流的推状态和从端子拉入电流的拉状态的推挽电路，把该推挽电路连接到绕组上通过双极驱动使步进电机动作，其特征在于：

上述推挽电路的至少1个连接到连接了不同的相的绕组的一端的公共端子上，

并且上述不同的相的绕组的另一端分别连接到其它的推挽电路上，

连接到上述公共端子上的推挽电路和没有连接到上述公共端子上的推挽电路都进行控制使得交替地反复推状态和拉状态，设定推状态和拉状态各一次所需要的期间相同，而切换推状态和拉状态的定时不相同。

14.根据权利要求13所述的步进电机的驱动方法，其特征在于：

没有连接到上述公共端子上的推挽电路，使在步进电机的每一步切换推状态和拉状态的定时不同。

15.根据权利要求13所述的步进电机的驱动方法，其特征在于：

没有连接到上述公共端子上的推挽电路，在特定的步骤切换为不流过电流的开放状态。

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