CN1512658A - 步进电机驱动装置和方法 - Google Patents
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Abstract
参考信号产生单元对阶梯信号进行积分，以产生参考信号VCTA，其波形没有电平的急剧变化，并且其表示了一电流限定值。PWM参考信号产生单元产生一PWM参考信号。一电源电流检测单元检测流向一线圈的电源电流。一PWM控制单元对参考信号VCTA和电源电流检测单元在PWM参考信号的每个周期检测的值进行比较，并根据该比较结果设定桥式整流电路中的每个晶体管处于导通状态或非导通状态。这样，控制流向线圈的电源电流去接近由参考信号VCTA所表示的电流限定值。
Description
本申请基于日本专利申请No.2002-381355，并且其内容作为参考包含在本文中。
技术领域
本发明涉及一种步进电机驱动装置，特别是涉及驱动具有低噪音和小振动的步进电机的技术。
背景技术
近年来，步进电机用于摄像电子装置中，例如DSC(数字静态照相机)和DVC(数字视频照相机)，其作为光学系统执行机构用于调整光圈、聚焦、变焦距等。
步进电机，特别是那些用于摄像电子装置的步进电机操作时要求低噪声和小振动。这是因为，由步进电机产生的声音通过摄像电子装置的内置扩音器被捕获，并记录为噪声，并且，由步进电机产生的振动使摄像电子装置产生不稳定性，并导致图像质量的下降。
根据于这种要求，具有低噪声和小振动的步进电机驱动技术已被披露，例如未审查的日本专利申请No.H06-343295。
图23是由该申请披露的驱动装置。下面的说明仅集中在用于说明该装置原理所必需的组件上。
图23中，附图标记20代表由该驱动装置驱动的步进电机。该步进电机20包括转子45、初级线圈19a和次级线圈19b。
一加减计数器43a根据升降信号DA对上升或下降的时钟信号CLKP进行计数，并将表示该计数的4位信号DA1-DA4输出到一D/A转换器44a。
该D/A转换器44a输出对应于4位信号DA1-DA4的电压信号VCA。电压信号VCA是一个分级上升和下降的阶梯波形。根据时钟信号CLKP的脉冲频率和电压信号VCA的分级高度，电压信号VCA的电平变化的速度是可以变化的。当时钟信号CLKP的脉冲频率越高，或电压信号VCA的分级高度越大时，电压信号VCA的电平变化的速度就越快。并且，通过停止时钟信号CLKP，电压信号VCA可以保持在一固定的电平。
电压驱动电路39a通过非倒相功率放大器41a放大电压信号VCA，并且还通过倒相功率放大器42a放大电压信号VCA。因此，电压驱动电路39a通过施加一电压来驱动连接在功率放大器41a和42a的输出端之间的初级线圈19a。
也为次级线圈19b提供与上面描述的组件相同的组件，以通过应用一个基于阶梯波形的电压来驱动次级线圈19b。
根据这种结构，在激励开始时分级上升并在激励结束时分级下降的电压作用于一个线圈。因此，与激励开始时一次上升到最高的电平并在激励结束时一次下降的电压作用于一个线圈的情况相比，可以减小由剧烈的转矩波动而产生的振动和噪声。
这里要注意的是，虽然上述驱动装置通过作用一电压驱动每个线圈，但通过作用基于阶梯波形的电流驱动每个线圈也可以实现同样的噪声和振动抑制作用。
但是，由于阶梯波形每次上升和下降时发生的转矩波动使得仍有一些振动和噪声，所以传统的驱动装置的作用还无法完全地消除振动和噪声。当步进电机用于摄像电子装置时这个问题尤为突出。因此，需要在步进电机操作中进一步减小噪声和振动。
发明内容
考虑到上述问题，本发明的目的是提供一种用于以低噪音和小振动驱动步进电机的装置。
通过一种步进电机驱动装置可以实现上述目的，该驱动装置包括：电源电流检测单元，其可操作地检测流向步进电机包含的一线圈的电源电流；参考信号产生单元，其可操作地产生电平不突然变化的波形的参考信号，该参考信号表示电源电流的目标值；斩波开关电路，其可操作地在导通状态使电源电流流向线圈，并在非导通状态停止流向线圈；以及脉宽调制控制单元，其可操作地(a)以预定的时间间隔将斩波开关电路置于导通状态，并且(b)在每个时间间隔内由电源电流检测单元检测的电源电流增加超过由参考信号表示的目标值时，将斩波开关电路置于非导通状态。
这里，参考信号产生单元可以包括：阶梯产生单元，其可操作地产生阶梯信号；和积分电路，其可操作地通过对阶梯信号进行积分而产生参考信号。
这里，步进电机驱动装置可以进一步包括：桥式整流电路，其包括斩波开关电路和多个开关电路，并可操作地对电源电流进行整流，其中，脉宽调制控制单元通过将斩波开关电路和多个开关电路中的每一个单独地置于一预定的状态，以反转电源电流的极性，其中该预定的状态是导通状态和非导通状态中的一种。
这里，电源电流检测单元可以包括与线圈串联连接的电阻器，并且利用电阻器的电压降检测电源电流。
这里，电阻器可以是处于导通状态的半导体元件。
具有这些结构，就可以控制电源电流接近由波形的参考信号表示的目标值，该波形的电平没有突然变化。这就具有抑制由转矩波动而产生的振动和噪声的作用，而转矩波动是在传统的利用由阶梯波形表示的目标值控制电源电流的技术中，在每次上升和下降的过程中产生的。
这里，积分电路通过利用一对应于阶梯信号电平变化速度的时间常数来对阶梯信号进行积分，可以产生遵循阶梯信号平均斜率的参考信号。
这里，积分电路可以获得一表示阶梯信号的电平变化速度的速度信号，并根据该速度信号确定该时间常数。
这里，阶梯产生单元通过对在阶梯信号的每一分级都具有一个脉冲的脉冲信号进行计数，以产生阶梯信号，其中，该步进电机驱动装置进一步包括：识别单元，其可操作地识别脉冲信号的脉冲频率，和积分电路，其根据识别单元的识别结果来确定时间常数。
具有这些结构，根据阶梯信号的电平变化速度，就产生了遵循阶梯信号的平滑的参考信号。这就使得可以针对不同的电机旋转速度提供噪声和振动抑制作用。
这里，步进电机驱动装置可以进一步包括：信息信号接收单元，其可操作地接收表示阶梯信号的每个分级电平的信息信号，其中，阶梯产生单元通过在与每个分级对应的时间单元内对接收到的信息信号进行数模转换而产生阶梯信号。
具有这种结构，就可以根据该信息信号产生所需波形的阶梯信号。特别是，通过使用近似正弦的阶梯波形，可以得到非常好的噪声和振动抑制作用。
这里，步进电机驱动装置可以进一步包括：同步整流控制单元，当斩波开关电路处于非导通状态时，同步整流控制单元可操作地在一个周期内将多个开关电路中的至少两个置于导通状态，以使线圈中的电流通过该至少两个开关电路回流。
具有这种结构，就可以除了噪声和振动抑制作用外，再得到加速电流衰减的作用。这使得当参考信号减小时，线圈电流可更快速地接近由参考信号表示的目标值。
这里，可以通过将斩波开关电路和多个开关电路中的一个处于导通状态来实现该电源电流检测单元，并且利用一电压降来检测电源电流，该电压降是由处于导通状态的开关电路的导通电阻产生的，其中，步进电机驱动装置进一步包括：参考电流源，其可操作地产生具有由参考信号表示的目标值的电流；和与参考电流源串联连接的电阻器，且脉宽调制控制单元以预定的时间间隔将斩波开关电路置于导通状态，并且，当在每个时间间隔内电源电流检测单元的电压降超过电阻器的电压降时，脉宽调制控制单元将斩波开关电路置于非导通状态。
具有这种结构，就可以利用由在桥式整流电路中的开关电路的导通电阻产生的电压降来检测电源电流。这就使得不必在电源电流的通路中插入一个检测电流的专用分流电阻器。因此，可以实现噪声和振动抑制作用而不减小电流源的效率。
这里，电阻器可以是处于导通状态的半导体元件。
具有这种结构，用于检测电流的开关电路和电阻就可以通过晶体管来实现，这些晶体管是用同样的扩散工艺制造的，因此具有相同的特性。这就使得电流的检测具有更高的相对准确性。
这里，步进电机可以具有与多个相一一对应的多个线圈，其中，电源电流检测单元检测多个线圈中每一个的电源电流，参考信号产生单元产生多个线圈中每一个的参考信号，多个线圈中每一个的斩波开关电路在导通状态使电源电流流向线圈，并在非导通状态停止流向线圈，多个线圈中每一个的脉宽调制控制单元以预定的时间间隔将斩波开关电路置于导通状态，并且，当在每个时间间隔内由电源电流检测单元检测的电源电流增加超过由参考信号表示的目标值时，脉宽调制控制单元将斩波开关电路置于非导通状态。
具有这种结构，就可以控制流向每个线圈的电源电流接近由相应的参考信号表示的目标值，该相应的参考信号的电平没有突然变化。这就形成了噪声和振动抑制作用。
上述目的还可以通过一种步进电机驱动方法来实现，该方法包括：检测流向线圈的电源电流的电源电流检测步骤，其中线圈包括在步进电机内；产生电平没有突然变化的波形的参考信号的参考信号产生步骤，该参考信号表示电源电流的目标值；和脉宽调制控制步骤，该步骤是(a)以预定的时间间隔将一斩波开关电路置于导通状态，其中，该斩波开关电路处于导通状态时使电源电流流向线圈，而在非导通状态停止流向线圈，和(b)当每个时间间隔内在电源电流检测步骤中检测的电源电流增加超过由参考信号表示的目标值时，将斩波开关电路置于非导通状态。
这里，参考信号产生步骤可以包括：产生阶梯信号的阶梯产生步骤；和通过对阶梯信号进行积分而产生参考信号的积分步骤。
具有这些方法，就可以得到噪声和振动抑制作用。
这里，通过利用与阶梯信号的电平变化速度相对应的一时间常数来对阶梯信号进行积分，可在积分步骤产生遵循阶梯信号的平均斜率的参考信号。
具有这种方法，就可以得到针对不同电机旋转速度的噪声和振动抑制作用。
附图说明
从下面结合附图的本发明的描述中，本发明的这些和其它的目的、优点和特征将变得明显，上述附图描述了本发明的特殊实施例。
在附图中：
图1示出了本发明的实施例涉及的步进电机驱动装置结构的功能块图；
图2示出了图1中所示的阶梯产生单元结构的功能块图；
图3示出了阶梯产生单元中主信号的时变波形图；
图4示出了图1中所示的积分电路结构的功能块图；
图5A和5B示出了参考信号的概念图，该参考信号是通过使用不同的积分时间常数产生的，以遵循不同分级频率下的阶梯信号；
图6示出了涉及PWM控制的主信号的时变波形图；
图7表示极性反转后的线圈电流的波形图；
图8示出了与参考信号产生有关的一种改进的功能块图；
图9示出了图8中所示的脉冲频率识别单元结构的功能块图；
图10示出了脉冲频率识别单元中主信号的时变波形图；
图11示出了与参考信号产生有关的另一种改进的功能块图；
图12示出了图11中所示的积分电路结构的功能块图；
图13示出了具有同步整流控制功能的激励逻辑单元结构的功能块图；
图14示出了图13中所示的激励逻辑单元中主信号的时变波形图；
图15A到15C示出了在激励逻辑单元的控制下形成的电流通路的概念图；
图16示出了与电源电流检测有关的一种改进的功能块图；
图17示出了与阶梯产生有关的一种改进的功能块图；
图18示出了图17中所示的串行数据通信单元中接收的串行数据和主信号的时变波形图；
图19示出了串行数据通信单元结构的功能块图；
图20示出了图19中所示的地址计数器电路、数据计数器电路、串-并行转换电路和写入信号产生电路的结构的功能块图；
图21示出了图19中所示的地址译码器电路结构的功能块图；
图22示出了图19中所示的寄存器电路结构的功能块图；以及
图23示出了传统的步进电机驱动装置结构的功能块图。
具体实施方式
第一实施例
本发明第一实施例的步进电机驱动装置产生一参考信号，其波形没有电平的急剧变化，并且其表现出一电流限定值。这里，电平没有急剧变化的波形是由连续函数表示的波形。由连续函数所表示的波形的电平变化是平滑的。例如，倾斜着上升和下降的正弦波形、三角波形和梯形波形都属于这种类型，但阶梯波形和矩形波形就都不属于这种类型。
该步进电机驱动装置根据由参考信号所表示的电流限定值，对线圈电流进行PWM(脉宽调制)控制。详细地说，应用电流限幅方法来执行该PWM控制。
下面参考附图详细地解释该步进电机驱动装置。
(整体结构)
图1示出了该步进电机驱动装置整体结构的功能块图。此图也示出了由该步进电机驱动装置驱动的步进电机。
图1中，附图标记20代表步进电机。该步进电机20包括转子45，和对应于不同相的初级线圈19a和次级线圈19b。
步进电机驱动装置包括PWM参考信号产生单元1，参考信号产生单元110a和110b，PWM控制单元120a和120b，桥式整流电路130a和130b，电源电流检测单元140a和140b，以及电源8。
由于为初级线圈19a和次级线圈19b提供了相同的组件，因此，作为典型实例，下面仅解释提供给初级线圈19a的组件。
参考信号产生单元110a包括阶梯产生单元2和积分电路3。PWM控制单元120a包括一个比较器4，一个触发器5，和一个激励逻辑单元6。桥式整流电路130a包括晶体管10-13，和续流二极管14-17。这里，根据从激励逻辑单元6输出的栅极信号，晶体管11和13中对应于流入初级线圈19a的电源电流的一个极性的一个周期性地斩断该电源电流，。也就是说，晶体管周期性地重复将电流提供给初级线圈19a和停止提供给初级线圈19a。电源电流检测单元140a包括放大器21、晶体管23，和导通电阻调整电路24。
(阶梯产生单元2)
图2示出了阶梯产生单元2详细结构的功能块图。分级频率开关单元根据分级频率信号FDA来选择时钟信号CLKP或二分频时钟信号CLKP所得到的信号。分级频率开关单元将选择出的信号作为信号A输出到加减计数器，其中，该信号A的周期与阶梯的每个级相对应。
加减计数器根据升降信号DA对上升或下降的信号A进行计数。加减计数器将表示计数的4位信号DA1-DA4输出到D/A转换器。D/A转换器将该4位信号转换成模拟电压，并将其作为阶梯信号VCA输出。
由于加减计数器和D/A转换器在本领域中是公知的，因此这里省略了对它们的详细说明。
图3示出了在阶梯产生单元2中的主信号时变波形图。
从t0到t1，时钟信号CLKP与高分级频率信号FDA和高升降信号DA一起给出。因此，加减计数器和D/A转换器产生了以高分级频率从最低电平升到最高电平的阶梯信号VCA。
从t1到t2，停止时钟信号CLKP。因此阶梯信号VCA被保持在该最高电平处。
从t2到t3，时钟信号CLKP与高分级频率信号FDA和低的升降信号DA一起给出。因此，加减计数器和D/A转换器产生了以高分级频率从最高电平下降到最低电平的阶梯信号VCA。
从t4到t7，分级频率信号FDA是低的。因此，加减计数器和D/A转换器产生了以低分级频率上升和下降的阶梯信号VCA。
(积分电路3)
图4示出了积分电路3的详细结构的电路图。该结构作为巴氏低通滤波器是公知的。该积分电路3用对应于分级频率信号FDA的积分时间常数对阶梯信号VCA进行积分，产生参考信号VCTA，该参考信号的波形遵循阶梯信号VCA的平均斜率。这样，就提供了以分级频率信号FDA进行控制的开关SW1和SW2来调整一电阻，该电阻决定了积分时间常数。
图5A和5B分别示出了参考信号VCTA的概念图，该参考信号VCTA是通过使用不同的积分时间常数以遵循不同分级频率下的阶梯信号VCA而得到的。
当分级频率信号FDA为高时，这表示阶梯信号VCA具有高分级频率，开关SW1和SW2被短路，以设定一低电阻和一小积分时间常数。在这种情况下，如图5A中所示，得到了遵循阶梯信号VCA平均斜率的参考信号VCTA，其中，该阶梯信号VCA具有高分级频率。
当分级频率信号FDA为低时，这表示阶梯信号VCA具有低分级频率，开关SW1和SW2被断开，以建立一高电阻和一大积分时间常数。在这种情况下，如图5B中所示，得到了遵循阶梯信号VCA平均斜率的参考信号VCTA，其中，该阶梯信号VCA具有低分级频率。
以这种方式得到的参考信号VCTA没有电平的急剧变化。也就是说，参考信号VCTA不具有阶梯信号VCA的分级电平变化。
(线圈电流的PWM控制)
接下来说明由PWM参考信号产生单元1、PWM控制单元120a、桥式整流电路130a和电源电流检测单元140a完成的线圈电流PWM控制操作。
图6示出了涉及该PWM控制操作的主信号的时变波形图。
图7是初级线圈19a极性反转后的线圈电流的波形图。
PWM参考信号产生单元1以预定间隔产生指示供电周期开始的PWM参考信号，用于将电流提供给初级线圈19a。
触发器5被设置为与PWM参考信号的前沿同步，随后输出指示供电周期的供电指令信号CHA。激励逻辑单元6根据供电指令信号CHA和表示电源电流极性的极性信号PHCA分别输出预定的栅极信号GA1-GA4给晶体管10-13。结果，晶体管对10和13与晶体管对12和11中的其中一对导通，而另一对关断。因此，对应于极性信号PHCA的那一极性的电源电流从电源8输送到初级线圈19a。该电源电流(也就是处在供电周期的线圈电流)逐渐地增加。
电源电流通过晶体管23，该晶体管23由导通电阻调整电路24以预定的导通电阻进行调整。因此，利用晶体管23的漏极和源极之间的电压检测该电源电流。该电压通过放大器21被放大，然后输入到比较器4的倒相输入端。同时，参考信号VCTA被输入到比较器4的非倒相输入端。
当电源电流增加，并且放大器21的输出电压超过参考信号VCTA的电压时，比较器4输出一信号以复位触发器5。这使得供电指令信号CHA转换成低，并使栅极信号GA2和GA4转换成低。结果，用于电流限幅的晶体管11和13被关断。因此，流到初级线圈19a的电源电流就停止了。
在随后的再生周期内，线圈电流根据电流的方向回流通过晶体管12和续流二极管14与晶体管10和续流二极管16中的其中一对，并因此逐渐地减小。
每次输出PWM参考信号都重复上述供电周期和再生周期。用这种方式，控制线圈电流去接近由参考信号VCTA所表示的电流限定值。
如更早提到的，在这个实施例中用到的参考信号VCTA不具有分级电平变化。因此，当阶梯信号被用作参考信号时，阶梯信号的每次上升和下降由转矩波动而产生的振动和噪声被完全消除了。
这里应该注意的是，可以简单地通过一个电阻器取代电源电流检测单元140a中的导通电阻调整电路24和晶体管23。
并且，如果与电源电流检测有关的晶体管23两端之间压降(电源电流的损失)的增加是可以被接收的，则可以省去放大器21。
第二实施例
本发明第二实施例的步进电机驱动装置与第一实施例的步进电机驱动装置的不同点在于，通过在多个脉冲频率中识别出时钟信号CLKP的脉冲频率，可以在装置内部产生分级频率信号FDA，并且，利用产生的分级频率信号FDA来产生参考信号VCTA。下面的说明主要是集中在与第一实施例的这个不同点上。
(与参考信号VCTA的产生有关的结构)
图8示出了在第二实施例中与参考信号VCTA的产生有关的结构功能块图。该结构与第一实施例的不同在于增加了一个脉冲频率识别单元22。该脉冲频率识别单元22通过识别出时钟信号CLKP的脉冲频率而产生分级频率信号FDA，其在第一实施例中是从装置的外部得到的。
图9示出了脉冲频率识别单元22的结构功能块图。
识别信号产生单元产生识别信号MCLK。
第一单-多单元是一单稳态多谐振荡器，其用一数字电路构成。该第一单-多单元与时钟信号CLKP被同步触发，并在识别信号MCLK的八个脉冲的一个同期内输出输出信号OUT1。
第二单-多单元是一单稳态多谐振荡器，其用一数字电路构成。该第二单-多单元在输出信号OUT1的输出结束时被触发，并在识别信号MCLK的八个脉冲的一个周期内输出输出信号OUT2。
信号J1表示OUT1和OUT2都正在被输出，而信号J2表示OUT1和OUT2都没有被输出。信号J1和J2被分别输入到一个触发器的S和R输入端。
脉冲频率识别单元22根据下一个OUT1的输出的开始是在OUT2的输出过程中还是之后，来识别时钟信号CLKP的脉冲频率(也就是，时钟信号CLKP是具有短周期还是具有长周期)。
(脉冲频率识别单元22的操作)
图10示出了脉冲频率识别单元22中主信号的时变波形图。
图10的左半部分示出了时钟信号CLKP的脉冲频率为高(也就是，时钟信号CLKP具有短周期)时的情况。在这种情况下，下一个OUT1的输出是在OUT2输出的过程中开始的。因此，信号J1在时钟信号CLKP的每个周期输出，同时，信号J2不输出。这就可以重复地置位触发器，其结果是，分级频率信号FDA被保持为高。
图10的右半部分示出了时钟信号CLKP的脉冲频率为低(也就是，时钟信号CLKP具有长周期)时的情况。在这种情况下，下一个OUT1的输出在OUT2的输出之后开始的。因此，信号J1不输出，同时，信号J2在时钟信号CLKP的每个周期输出。这就可以重复地复位触发器，其结果是，分级频率信号FDA被保持为低。
第三实施例
本发明第三实施例的步进电机驱动装置与第二实施例的不同在于与参考信号VCTA的产生有关的结构。下面的说明主要是集中在与第二实施例的这个不同点上。
(与参考信号VCTA的产生有关的结构)
图11示出了第三实施例中与参考信号VCTA的产生有关的结构的功能块图。该结构与第二实施例的不同在于包括一积分电路25来取代积分电路3。
(积分电路25)
图12示出积分电路25的详细结构的功能块图。积分电路25中，提供了由分级频率信号FDA和程序信号PRG控制的开关，以调整用于决定积分时间常数的电阻。
多个积分时间常数中每一个的ROM预存储表示每个开关的短路/开路状态的信息，其中，每个开关用于得到积分时间常数。积分电路25根据分级频率信号FDA和程序信号PRG从ROM中读取表示每个开关的短路/开路状态的信息。然后，积分电路25将输出信号给对应的开关，该信号表示出由读取的信息表示的短路/开路的状态。
因此，积分电路25根据阶梯信号VCA电平改变的速度来设定用于得到参考信号VCTA的积分时间常数，其中参考信号遵循阶梯信号VCA的平均斜率。通过阶梯信号VCA的分级频率来限定阶梯信号VCA电平变化的速度，阶梯信号是由分级频率信号FDA以及由程序信号PRG表示的附加参数，例如阶梯信号VCA的级高度，来表示的。
第四实施例
本发明第四实施例的步进电机驱动装置与第一实施例的不同在于激励逻辑单元执行同步整流控制。同步整流控制是这样一种控制，其中，晶体管10和12在再生周期中处于导通状态以使初级线圈19a的电流回流通过晶体管10和12。下面的说明主要是集中在与第一实施例的这个不同点上。
(激励逻辑单元46)
图13示出具有同步整流控制功能的激励逻辑单元46的详细结构功能块图。
流通保护逻辑单元产生表示缩短的供电周期的信号CHA1和表示缩短的再生周期的信号CHA2。根据信号CHA1和CHA2以及极性信号PHCA来输出栅极信号GA1-GA4。
这里，栅极信号GA1和GA3是负逻辑信号，而栅极信号GA2和GA4是正逻辑信号。当负逻辑信号为低时，对应的晶体管导通。同时，当正逻辑信号为高时，对应的晶体管导通。
图14示出激励逻辑单元46中主信号的时变波形图。该图示出了当极性信号PHCA为低时的一个例子。
根据信号CHA1和CHA2电平的组合，供电指令信号CHA的一个周期由(A)缩短的供电周期、(B)流通保护周期、和(C)缩短的再生周期组成。
当极性信号PHCA为低时，栅极信号GA1仅在缩短的再生周期内为低(也就是，晶体管10仅在缩短的再生周期内导通)，并且，栅极信号GA2仅在缩短的供电周期内为高(也就是，晶体管11仅在缩短的供电周期内导通)。同时，栅极信号GA3持续为低(也就是，晶体管12持续地导通)，并且栅极信号GA4持续为低(也就是，晶体管13持续地被关断)。
图15A-15C示出了在缩短的供电周期、流通保护周期和缩短的再生周期中的每一个周期内电流路径的概念图。
在缩短的供电周期内，电流沿图15A中所示的电流路径提供给初级线圈19a。
在流通保护周期内，初级线圈19a的电流沿图15B中所示的电流路径回流通过晶体管12的导通电阻和续流二极管14的导通电阻。
在缩短的再生周期内，初级线圈19a的电流沿图15C中所示的电流路径回流通过晶体管12的导通电阻和晶体管10的导通电阻。
通常，晶体管的导通电阻比二极管的导通电阻要小。因此，如果线圈电流回流通过晶体管10的导通电阻，则它会快速地衰减。
这使得当参考信号VCTA减小时，线圈电流会比在第一实施例中更迅速地接近由参考信号VCTA所表示的电流限定值，其中，第一实施例中如图15B所示的电流路径是在再生周期内形成的。
而且，上述流通保护周期可防止晶体管10和11同时导通，而晶体管10和11的同时导通会使电源8短路。
当极性信号PHCA是高时，会在反转了的图15A-15C中每一个电路图中的左和右半部分进行与上述同样的操作。
第五实施例
本发明第五实施例的步进电机驱动装置与第一实施例的不同在于电源电流是利用包括在桥式整流电路中的晶体管进行检测的。下面的说明主要是集中在与第一实施例的这个不同点上。
(整体结构)
图16示出了第五实施例的步进电机驱动装置的整体结构功能块图。该图也示出了由步进电机驱动装置驱动的步进电机。
与第一实施例中的组件相同的组件给出相同的附图标记，并省略了对它们的说明。并且，由于对初级线圈19a和次级线圈19b中的每一个都提供了相同的组件，因此，下面对用于初级线圈19a的组件作为代表性的例子进行说明。
步进电机驱动装置包括PWM参考信号产生单元1、参考信号产生单元110a、桥式整流电路150a、电流比较单元180a、PWM控制单元190a和电源8。
桥式整流电路150a与桥式整流电路130a的不同在于晶体管10和12的漏极电压是被输出到桥式整流电路150a的外面。
电流比较单元180a包括晶体管26、参考电流源27、比较器28和29、和控制晶体管26以及选择比较器28和29其中一个的比较结果的逻辑门组。
PWM控制单元190a与PWM控制单元120a的不同之处在于省略掉了比较器4，并且触发器5是可以外部复位的。
(线圈电流的PWM控制)
在供电周期，对应于极性信号PHCA的极性的电流被提供到初级线圈19a中。该电源电流逐渐地增加。在此期间，晶体管26根据栅极信号GA1和GA2的一个OR信号导通。参考电流源27对应于参考信号VCTA产生一参考电流。该晶体管26具有对应于该参考电流的漏极电压。
比较器28对晶体管26的漏极电压与晶体管12的漏极电压进行比较。比较器29对晶体管26的漏极电压和晶体管10的漏极电压进行比较。
随着电源电流增加，导通的晶体管10和12的其中一个的漏极电压减小。当导通的晶体管10或12的漏极电压下降到晶体管26的漏极电压以下时(也就是，当电源电流上升超过由参考信号VCTA所表示的电流限定值时)，比较器29或28产生一输出信号。该输出信号借助于逻辑门组复位PWM控制单元190a内的触发器5。这使得到初级线圈19a的电流源停止。
在再生周期，执行与在第一实施例中相同的操作。
每次输出PWM参考信号时都重复上述供电周期和再生周期。这样，与在第一实施例中一样，初级线圈19a的线圈电流被控制去接近由参考信号VCTA所表示的电流限定值。
第六实施例
本发明第六实施例的步进电机驱动装置与第一和第二实施例中的不同在于，表示阶梯每一级的电平的串行数据被接收。基于该串行数据产生阶梯信号VCA，并且基于阶梯信号VCA产生参考信号VCTA。下面的说明主要是集中在与第一和第二实施例的这个不同点上。
(整体结构)
图17示出了第六实施例的步进电机驱动装置的整体结构功能块图。
与第一和第二实施例中的组件相同的组件给出相同的附图标记，并省略了对它们的说明。并且，由于对初级线圈19a和次级线圈19b中的每一个都提供了相同的组件，因此，下面对用于初级线圈19a的组件作为代表性例子进行说明。
步进电机驱动装置包括PWM参考信号产生单元1、串行数据通信单元32、脉冲频率识别单元22、参考信号产生单元160a、PWM控制单元120a、桥式整流电路130a、电源电流检测单元140a和电源8。
用于初级线圈19a和次级线圈19b(在这个例子中是初级线圈19a)中每一个的串行数据通信单元32根据通信控制信号ENAB和CLK接收了表示阶梯每一级的电平的串行信息信号DATA。串行数据通信单元32将信息信号DATA转换成并行数据，并在分级单元中与时钟信号CLKPA一起将并行数据DA0A-DA3A输出到参考信号产生单元160a。
参考信号产生单元160a中的阶梯产生单元31a与阶梯产生单元2的不同之处在于省略掉了分级频率开关单元和加减计数器。换句话说，阶梯产生单元31a实质上是一个D/A转换器。在分级单元中，阶梯产生单元31a对表示每个级的电平的并行数据进行数模转换。因此产生了阶梯信号VCA。
(串行数据)
图18示出串行数据一个单元的时序图，其中串行数据对应于阶梯的一个级。通信单元32按顺序接收针对多个级的串行数据。图18中，ENAB是单元时间信号，CLK是比特同步信号，和DATA是信息信号。
信息信号DATA的一个单元是由8位组成的。头3位是用于确定线圈的地址A2-A0，下一位是写入使能位WE(本实施例中WE固定在0以允许持续地写入)，以及剩余的4位是表示分级电平的数据D3-D0。
注意，图18还示出了串行数据通信单元32内主信号的时变情况。
(串行数据通信单元32)
图19示出了串行数据通信单元32的详细结构功能块图。串行数据通信单元32包括地址计数器电路35、数据计数器电路34、串-并行转换电路33、写入信号产生电路36、地址译码器电路37和寄存器电路38。
图20示出地址计数器电路35、数据计数器电路34、串-并行转换电路33和写入信号产生电路36的详细结构功能块图。
地址计数器电路35对串行数据一个单元的头4位的比特同步信号CLK进行计数，并输出表示信息信号DATA的头4位的接收已经完成的地址完成信号ADO和ADT。
数据计数器电路34由地址完成信号ADO触发，并对用于串行数据后4位的比特同步信号CLK进行计数。然后，数据计数器电路34输出表示信息信号DATA的所有8位的接收都已经完成了的数据完成信号DATC。
串-并行转换电路33利用移位寄存器将信息信号DATA转换成并行数据，其中，移位寄存器是由图20中上部示出的四个触发器组成的。然后，串-并行转换电路33在地址完成信号ADT的前沿将构成头4位的地址SAD0-SAD2和写入使能位WE锁定到在图20的下部示出的四个触发器内。结果，地址SAD0-SAD2和写入使能位WE与构成后4位的数据SD0-SD3分开。
当数据完成信号DATC和单元时间信号ENAB都在输出时，写入信号产生电路36输出写入信号REC。
图21示出地址译码器电路37的详细结构功能块图。
地址译码器电路37根据写入信号REC和地址SAD0-SAD2产生信号RCKA或RCKB，信号RCKA或RCKB命令在4位寄存器组中存储数据SD0-SD3，而该4位寄存器组是被提供用于寄存器电路38中的对应线圈。信号RCKA或RCKB也被用作信号CLKPA或CLKPB，其表示对应于相应线圈每个级的单元时间。
图22示出寄存器电路38的详细结构功能块图。
寄存器电路38具有分别用于初级线圈19a和次级线圈19b的4位寄存器组A和B。依据从地址译码器电路37接收的信号RCKA，寄存器电路38将数据SD0-SD3存储到寄存器组A中，并将存储的数据作为4位并行信号DA0A-DA3A输出。另一方面，依据从地址译码器电路37接收的信号RCKB，寄存器电路38将数据SD0-SD3存储到寄存器组B，并将存储的数据作为4位并行信号DA0B-DA3B输出。
(阶梯产生单元31a)
如前面提到的，阶梯产生单元31a实质上是一个D/A转换器。阶梯产生单元31a对由时钟信号CLKPA表示的分级单元中的并行数据DA0A-DA3A进行数模转换，以产生阶梯信号VCA。
根据这个实施例，通过串行数据表示阶梯信号VCA的每个级的电平。这使得不仅可以形成用于第一实施例的梯形波的阶梯信号VCA，还可以形成所需波形的阶梯信号VCA。例如，如果通过对正弦波取样产生串行数据，则可以得到近似正弦的阶梯波形。
其它的改进
通过上述实施例已经描述了本发明，但明显的是本发明并不限于上述描述。下面给出了改进的例子。
(1)在上述实施例中描述的本发明的步进电机驱动方法可以通过由计算机系统执行的计算机程序来实现。这样的计算机程序可以作为数字信号来分配。
本发明也可以通过计算机可读存储介质来实现，例如软盘、硬盘、CD、MO(磁光Magneto-Optical)盘、DVD(数字化视频光盘)、或半导体存储器，在其上面可记录上面提到的计算机程序或数字信号。
得到本发明的计算机程序或数字信号也可以通过网络传输，例如电子通信网、有线或无线通信网、或因特网。
计算机程序或数字信号可以通过分配上面记录有计算机程序或数字信号的存储介质，或通过网络传输计算机程序或数字信号来提供到一分离的计算机系统上。然后，该分离的计算机系统可以执行该计算机程序或数字信号来起到本发明的功能。
(2)上述实施例描述了晶体管11和13被用于完成线圈电流的限幅控制的情况。但是，当晶体管10和12被用于限幅控制时，仍然可以实现同样的振动和噪声抑制作用。
(3)上述实施例描述了本发明用于两相步进电机的例子，但它不是对本发明的限定，其同样可以用于具有不同相数的步进电机。例如，本发明可以采用电平没有突然变化的波形的参考信号用于控制流向五相步进电机的每个线圈的电流源。
(4)上述实施例描述了参考信号产生单元包括用于产生阶梯信号的阶梯产生单元和积分电路的情况，其中，该积分电路用于对阶梯信号进行积分以产生电平没有突然变化的波形的参考信号。但是，该参考信号产生单元可以具有不同的结构。例如，参考信号产生单元可以通过使用一模拟振荡电路而产生电平没有突然变化的波形的参考信号。
(5)根据电平没有突然变化的波形的参考信号，本发明的步进电机驱动装置可以通过提供电压来驱动每一个线圈。图23示出了通过提供电压驱动每一个线圈的基本结构。图23中所示的这个结构和本发明参考信号产生单元的结构可以相结合以通过提供电压，并利用电平没有突然变化的波形的参考信号VCTA替代了利用阶梯信号VCA来驱动每一个线圈。
尽管本发明已经参照附图通过例子进行了充分地描述，但应注意的是，对于本领域的技术人员来说，各种改变和修改都是很明显的。
因此，除非这样的改变和修改脱离了本发明的范围，否则它们都应该包含在本发明内。
Claims (16)
1.一种步进电机驱动装置，包括：
电源电流检测单元，其可操作地检测流向一线圈的电源电流，该线圈包括在步进电机内；
参考信号产生单元，其可操作地产生电平没有急剧变化的波形的参考信号，该参考信号表示电源电流的目标值；
斩波开关电路，其可操作地在导通状态使电源电流流向线圈，并在非导通状态使电源电流停止流向线圈；以及
脉宽调制控制单元，其可操作地(a)以预定的时间间隔将斩波开关电路置于导通状态，并且(b)当在每个时间间隔内由电源电流检测单元检测的电源电流增加超过由参考信号表示的目标值时，将斩波开关电路置于非导通状态。
2.如权利要求1的步进电机驱动装置，其特征在于，其中参考信号产生单元包括：
阶梯产生单元，其可操作地产生阶梯信号；和
积分电路，其可操作地通过对阶梯信号进行积分而产生参考信号。
3.如权利要求2的步进电机驱动装置，其特征在于，
其中，积分电路通过利用与阶梯信号的电平变化速度相对应的时间常数来对阶梯信号进行积分，以产生遵循阶梯信号的平均斜率的参考信号。
4.如权利要求3的步进电机驱动装置，其特征在于，
其中，积分电路获得一表示阶梯信号的电平变化速度的速度信号，并根据该速度信号确定该时间常数。
5.如权利要求3的步进电机驱动装置，其特征在于，
其中，阶梯产生单元通过对在阶梯信号的每一级都具有一个脉冲的脉冲信号进行计数，以产生阶梯信号，
该步进电机驱动装置进一步包括：
识别单元，其可操作地识别脉冲信号的脉冲频率，和
积分电路，其基于识别单元的识别结果来确定时间常数。
6.如权利要求2的步进电机驱动装置，其特征在于，进一步包括：
信息信号接收单元，其可操作地接收表示阶梯信号的每级电平的信息信号，
其中，阶梯产生单元通过在对应于每个级的时间单元内对接收到的信息信号进行数模转换，而产生阶梯信号。
7.如权利要求1的步进电机驱动装置，其特征在于，进一步包括：
桥式整流电路，其包括斩波开关电路和多个开关电路，并可操作地对电源电流进行整流，
其中，脉宽调制控制单元通过将斩波开关电路和多个开关电路中的每一个电路单独地置于一预定的状态，可以反转电源电流的极性，其中该预定的状态是导通状态和非导通状态中的一种。
8.如权利要求7的步进电机驱动装置，其特征在于，进一步包括：
同步整流控制单元，当斩波开关电路处于非导通状态时，同步整流控制单元可操作地在一个周期内将多个开关电路中的至少两个置于导通状态，可以使线圈中的电流回流通过该至少两个开关电路。
9.如权利要求7的步进电机驱动装置，其特征在于，
其中，电源电流检测单元是通过斩波开关电路和多个开关电路中的一个处于导通状态来实现的，并且利用一电压降来检测电源电流，该电压降是由处于导通状态的开关电路的导通电阻产生的，
步进电机驱动装置进一步包括：
参考电流源，其可操作地产生具有由参考信号表示的目标值的电流；和
与参考电流源串联连接的电阻器，和
脉宽调制控制单元，其以预定的时间间隔将斩波开关电路置于导通状态，并且，当在每个时间间隔内电源电流检测单元的电压降超过电阻器的电压降时，脉宽调制控制单元将斩波开关电路置于非导通状态。
10.如权利要求9的步进电机驱动装置，其特征在于，
其中，电阻器是处于导通状态的半导体元件。
11.如权利要求1的步进电机驱动装置，其特征在于，
其中，电源电流检测单元包括与线圈串联连接的电阻器，并且利用电阻器的电压降检测电源电流。
12.如权利要求11的步进电机驱动装置，其特征在于，
其中，电阻器是处于导通状态的半导体元件。
13.如权利要求1的步进电机驱动装置，其特征在于，
其中，步进电机具有与多个相一一对应的多个线圈，
电源电流检测单元检测用于多个线圈中每一个的电源电流，
参考信号产生单元产生用于多个线圈中每一个的参考信号，
斩波开关电路，其用于多个线圈中的每一个，使电源电流在导通状态流向线圈，并使电源电流在非导通状态停止流向线圈，和
脉宽调制控制单元，其用于多个线圈中每一个，以预定的时间间隔将斩波开关电路置于导通状态，并且，当在每个时间间隔内由电源电流检测单元检测的电源电流增加超过由参考信号表示的目标值时，脉宽调制控制单元将斩波开关电路置于非导通状态。
14.一种步进电机驱动方法，包括：
检测流向线圈的电源电流的电源电流检测步骤，其中线圈包括在步进电机内；
参考信号产生步骤，该步骤中产生电平没有突然变化的波形的参考信号，该参考信号表示用于电源电流的目标值；和
脉宽调制控制步骤，该步骤是(a)以预定的时间间隔将一斩波开关电路置于导通状态，其中，该斩波开关电路处于导通状态时使电源电流流向线圈，而在非导通状态时使电源电流停止流向线圈，和(b)当在每个时间间隔内在电源电流检测步骤中检测的电源电流增加超过由参考信号表示的目标值时，将斩波开关电路置于非导通状态。
15.如权利要求14的步进电机驱动方法，其特征在于，
其中，参考信号产生步骤包括：
产生阶梯信号的阶梯产生步骤；和
通过对阶梯信号进行积分而产生参考信号的积分步骤。
16.如权利要求15的步进电机驱动方法，其特征在于，
其中，通过利用与阶梯信号的电平变化速度相对应的一时间常数来对阶梯信号进行积分，可以在积分步骤产生遵循阶梯信号的平均斜率的参考信号。
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