JP2021064995A - Driving device and ripple current detection circuit for stepping motor, and driving method and ripple current detection method for stepping motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ステッピングモータの駆動装置及びリップル電流検出回路、並びに、ステッピングモータの駆動方法及びリップル電流検出方法に関する。 The present invention relates to a stepping motor drive device and a ripple current detection circuit, and a stepping motor drive method and a ripple current detection method.
一般に、5つのモータコイル(以下、コイルと略記する)を有する5相ステッピングモータのモータ回転子を駆動する場合には、外部からステッピングモータの駆動装置(ドライバ)に対して指令パルスを入力し、駆動装置は、その入力した指令パルスを計数するとともに、その計数値に応じて5相ステッピングモータのコイルに対する励磁を切り替えることにより、指令パルスの総数に比例した角度だけモータ回転子を回転させる制御を行う。 Generally, when driving a motor rotor of a 5-phase stepping motor having five motor coils (hereinafter abbreviated as coils), a command pulse is input from the outside to a driving device (driver) of the stepping motor. The drive device counts the input command pulses and switches the excitation of the 5-phase stepping motor coil according to the counted value to control the rotation of the motor rotor by an angle proportional to the total number of command pulses. Do.
ステッピングモータの駆動装置として、例えば特開2016−131471号公報(特許文献1)には、定電流制御の方法が異なる2種類のステッピングモータ用駆動装置が記載されている。例えば図13に示すように、特許文献1に記載されている1つの駆動装置100は、ペンダゴン結線方式の5相ステッピングモータ101に接続されており、出力段チョッパ型の定電流制御を行ってステッピングモータ101をステップ駆動する。
As a stepping motor drive device, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-131471 (Patent Document 1) describes two types of stepping motor drive devices having different constant current control methods. For example, as shown in FIG. 13, one
図13に示した出力段チョッパ型の駆動装置100は、指令パルスCWP又はCCWPの入力によりコイルを励磁するための励磁パターンを出力する励磁パターン出力部110と、複数のスイッチング素子121(パワー素子)のON/OFFを励磁パターン出力部110から出力される励磁パターンに従って制御する出力段部120と、ステッピングモータ101の出力段チョッパ型の定電流制御を行うモータ電流制御部130とを有する。
The output stage chopper
励磁パターン出力部110は、入力される指令パルスを計数してアドレスを管理する電気角位置管理部111と、指令パルスCWP及びCCWPの計数によりモータ回転速度を管理するモータ回転速度管理部112と、一定の単位励磁周期を管理する励磁周期カウンタ部113と、複数の励磁シーケンスを記憶する励磁パターン記憶部114と、励磁パターン記憶部114から励磁シーケンスを選択して出力する励磁パターン選択部115と、モータ電流制御部130のPWM定電流コントロール回路134からの信号に従って励磁/非励磁信号を出力する励磁/非励磁処理部116と、コイルに流れる電流が飽和したことを判定する電流飽和判定部117とを有する。
The excitation
励磁周期カウンタ部113は、指令パルスCWP及びCCWPとは無関係な一定の単位励磁周期を管理するとともに、単位励磁周期毎に励磁切替指令を出力する。励磁パターン記憶部114には、ステッピングモータ101をそれぞれの速度領域でステップ駆動させるための低速用励磁シーケンス、中速用励磁シーケンス、及び高速用励磁シーケンスなどが記憶されている。励磁パターン選択部115は、励磁パターン記憶部114に記憶されている複数の励磁シーケンスの中から、モータ回転速度管理部112で管理される回転速度と、電気角位置管理部111で管理されるアドレス(電気角位置)とに基づいて、適切な1つの励磁シーケンスを選択し、その選択した励磁シーケンスに従って、励磁パターンを出力段部120に単位励磁周期毎に出力する。
The excitation
励磁/非励磁処理部116は、モータ電流制御部130のPWM定電流コントロール回路134からの信号に従って、励磁状態と非励磁状態とを切り替えることにより、コイルに流れる電流を一定の大きさに制御する出力段チョッパ型の電流制御が行われる。
The exciting /
出力段部120は、複数のスイッチング素子121と、スイッチング素子121のON/OFFを切り替えるパワー素子駆動回路122と、ステッピングモータ101のコイルに接続される出力端子123とを有する。スイッチング素子121は、出力端子123ごとに2つずつ配されている。パワー素子駆動回路122は、励磁パターン出力部110から出力される励磁パターンに従って各スイッチング素子121の切り換えを行う。モータ電流制御部130は、電源131と、電源131の電圧を平滑化するコンデンサ132と、コイルに流れる電流を検出する電流検出抵抗133と、コイルのインピーダンスに応じて励磁出力の時間を調節するPWM定電流コントロール回路134とを有する。
The
ここで、モータ電流制御部130と励磁/非励磁処理部116による出力段チョッパ型の定電流制御の方法について簡単に説明する。
Here, a method of output stage chopper type constant current control by the motor
モータ電流制御部130のPWM定電流コントロール回路134では、励磁周期カウンタ部113から出力される単位励磁周期の信号を受けて、単位励磁周期毎に略三角形状の複数の振動を有するノコギリ波を生成する。また同時に、PWM定電流コントロール回路134は、一定の励磁電流を得るために、基準電流値と電流検出抵抗133の両端に発生する検出電流との誤差信号を生成し、誤差信号のレベルと上述のノコギリ波のレベルとを比較する。
The PWM constant
そして、誤差信号≧ノコギリ波の関係が成立する場合には、励磁パターン出力部110の励磁/非励磁処理部116で励磁出力を励磁状態にして、コイルに所定の電流を流す(コイルを励磁する)。一方、誤差信号<ノコギリ波の関係が成立する場合には、PWM定電流コントロール回路134から信号を出力して、励磁パターン出力部110の励磁/非励磁処理部116で励磁出力を非励磁状態にして、全ての端子を負極又は正極にする。これにより、コイルが非励磁状態で維持される。
Then, when the relationship of error signal ≥ sawtooth wave is established, the exciting / non-exciting
このように出力段部120をチョッピングすることによって、コイルに流れる電流が一定に制御される方式は、出力段チョッパ型の定電流制御として知られている。この出力段チョッパ型の定電流制御を行う駆動装置100は、後述するモータ駆動電圧変換型(以下、DV型と略記する)の駆動装置140に比べて、回路を少なくできるため、コストの面やコンパクト性に有利である。
A method in which the current flowing through the coil is controlled to be constant by chopping the
また、図14に示すような特許文献1に記載されているもう1つの駆動装置140では、DV型の定電流制御が行われる。
DV型の駆動装置140は、指令パルスCWP又はCCWPの入力によりコイルを励磁するための励磁パターンを出力する励磁パターン出力部150と、複数のスイッチング素子121(パワー素子)のON/OFFを励磁パターン出力部150から出力される励磁パターンに従って制御する出力段部120と、DV型の定電流制御を行うモータ電流制御部160とを有する。このDV型の駆動装置140における励磁パターン出力部150は、出力段チョッパ型の駆動装置100に設けられていた励磁/非励磁処理部116を備えずに形成されている。
Further, in another
The DV
DV型のモータ電流制御部160は、電源161と、電源161の電圧を平滑化する第1コンデンサ162と、コイルに流れる電流を検出する第1及び第2電流検出抵抗163a,163bと、検出された電流に基づいて定電流制御を行うPWM定電流コントロール回路164と、ON/OFFの切り替えが可能な制御用スイッチング素子165と、PWM定電流コントロール回路164からの出力信号に基づいて制御用スイッチング素子165のON/OFFを切り替えるパワー素子駆動回路166と、コイルが発する起電力をバイパスするダイオード167と、PWM制御により生じる間欠的な電圧を平滑化してモータの駆動電圧を生成するチョークコイル168及び第2コンデンサ169と、A/D変換器170とを有する。
The DV type motor
DV型のPWM定電流コントロール回路164は、コイルに流れる電流と基準電流との差を誤差信号として生成して制御用スイッチング素子165のON/OFFの制御を行う。これにより、コイルに入力されるモータ駆動電圧が調節されて、一定の電流がコイルに流れる。例えば、第1及び第2電流検出抵抗163a,163bを流れる電流が減少した場合には、誤差信号のレベルが上昇するため、PWM定電流コントロール回路164によって制御用スイッチング素子165のON時間を長くする。これによって、モータ駆動電圧を増加させる制御が行われる。一方、第1及び第2電流検出抵抗163a,163bを流れる電流が増加した場合には、制御用スイッチング素子165のON時間を短くして、モータ駆動電圧を減少させる制御が行われる。このようにモータ電流制御部160によってモータ駆動電圧を適宜制御することによって、励磁周期カウンタ部113が管理する単位励磁周期とは無関係に電流を一定に維持できる。
The DV type PWM constant
このようなDV型の定電流制御を行う駆動装置140は、電源161から入力される電圧をモータ駆動電圧に変換するため、上述した出力段チョッパ型の駆動装置100に比べて回路が多く必要となるものの、出力段部120では、ステップ駆動(特に、マイクロステップ駆動)を行うためのパターン制御のみを行うことができる。このため、DV型の駆動装置140は、出力段部120でステップ駆動のパターン制御と定電流制御の両方を行う出力段チョッパ型の駆動装置100に比べて、より高分解能のマイクロステップ駆動を行うことが可能となる。
Since the
上述したように、DV型の駆動装置140では、モータ電流制御部160においてモータ駆動電圧を操作することによって、ステッピングモータ101のコイルに流れるトータルの電流量を制御している。
As described above, in the DV
一方、ステッピングモータでは、モータの回転速度の上昇に伴ってモータコイルのインピーダンスが高くなる。このため、コイルのインピーダンスが高くなると、モータ電流制御部のPWM定電流コントロール回路で制御用スイッチング素子のONデューティー(ON幅)を増やしてモータ駆動電圧を上昇させることによって、定電流制御が続けられる。しかし、モータの回転速度を上昇させてコイルのインピーダンスを高くしていくと、制御用スイッチング素子のONデューティーが最大となり、モータ駆動電圧が飽和した状態になる。その結果、モータ駆動電圧が飽和した回転速度領域では、DV型のモータ電流制御部による定電流制御が効かなくなる。 On the other hand, in a stepping motor, the impedance of the motor coil increases as the rotation speed of the motor increases. Therefore, when the impedance of the coil becomes high, the constant current control can be continued by increasing the ON duty (ON width) of the control switching element in the PWM constant current control circuit of the motor current control unit to raise the motor drive voltage. .. However, when the rotation speed of the motor is increased to increase the impedance of the coil, the ON duty of the control switching element becomes maximum, and the motor drive voltage becomes saturated. As a result, in the rotation speed region where the motor drive voltage is saturated, the constant current control by the DV type motor current control unit becomes ineffective.
このため、例えばモータ駆動電圧が飽和する回転速度よりも遅い回転速度領域では、PWM定電流コントロール回路で制御用スイッチング素子のONデューティーが常にコントロールされているため、一定の電流をコイルに流すことができる。それによって、ステッピングモータに振動が生じ難くなり、また、例えば振動が生じて電流が乱されたとしても、モータ電流制御部で電流を正常な状態に戻すようにコントロールされるため、振動を抑えることができる。 Therefore, for example, in a rotation speed region slower than the rotation speed at which the motor drive voltage is saturated, the ON duty of the control switching element is always controlled by the PWM constant current control circuit, so that a constant current can flow through the coil. it can. As a result, vibration is less likely to occur in the stepping motor, and even if vibration occurs and the current is disturbed, the motor current control unit controls the current to return to the normal state, so vibration is suppressed. Can be done.
しかし、モータ駆動電圧が飽和する回転速度よりも速い回転速度領域では、ステッピングモータに振動が生じても、制御用スイッチング素子のON幅が最大のままとなり、モータ駆動電圧を制御できない。その結果、電流を正常な状態に戻そうとするコントロールができないため、振動が抑えられず、モータの回転速度に速度ムラを生じさせるという問題があった。 However, in the rotation speed region where the rotation speed is higher than the rotation speed at which the motor drive voltage is saturated, the ON width of the control switching element remains maximum even if the stepping motor vibrates, and the motor drive voltage cannot be controlled. As a result, since it is not possible to control the current to return to a normal state, there is a problem that vibration cannot be suppressed and the rotation speed of the motor becomes uneven.
本発明は上記従来の課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、モータ駆動電圧が飽和した回転速度領域において、ステッピングモータに振動が生じることを抑制し、回転速度の速度ムラを低減可能なステッピングモータの駆動装置及び駆動方法、並びにそれらに用いられるリップル電流検出回路及びリップル電流検出方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to suppress the occurrence of vibration in the stepping motor in the rotation speed region where the motor drive voltage is saturated, and to reduce the speed unevenness of the rotation speed. It is an object of the present invention to provide a possible stepping motor drive device and drive method, and a ripple current detection circuit and ripple current detection method used for them.
上記目的を達成するために、本発明により提供されるステッピングモータの駆動装置は、指令パルスの入力によりステッピングモータのコイルへの励磁を切り替えて、前記ステッピングモータを駆動する駆動装置であって、出力端子ごとに2つのスイッチング素子を有する出力段部と、前記スイッチング素子を駆動する素子駆動部と、前記指令パルスに従って前記素子駆動部に励磁パターン信号を単位励磁周期で出力する励磁パターン出力部と、前記ステッピングモータに印加する駆動電圧を調節することにより定電流制御を行う定電流コントロール部とを有し、前記定電流コントロール部は、前記定電流制御用の電流を検出する制御用電流検出回路と、ON/OFFの切り換えにより前記駆動電圧を増減させる制御用スイッチング素子と、前記制御用電流検出回路で検出された検出電流に基づいて前記制御用スイッチング素子のON/OFFを切り換えるPWM制御部と、前記ステッピングモータの振動に起因して前記コイルに流れる電流に含まれるリップル電流を検出するリップル電流検出回路とを備え、前記励磁パターン出力部は、前記駆動電圧を印加して前記コイルを励磁する励磁時間と、前記コイルを励磁しないOFF時間との前記単位励磁周期における割合を制御する時間制御部を有し、前記時間制御部は、前記リップル電流検出回路で検出された前記リップル電流が増加するときには前記励磁時間の割合を減少させ、前記リップル電流が減少するときには前記励磁時間の割合を増加させることを主要な特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the stepping motor drive device provided by the present invention is a drive device that switches the excitation of the stepping motor coil by inputting a command pulse to drive the stepping motor and outputs the output. An output stage unit having two switching elements for each terminal, an element drive unit that drives the switching element, and an excitation pattern output unit that outputs an excitation pattern signal to the element drive unit in a unit excitation cycle according to the command pulse. It has a constant current control unit that controls a constant current by adjusting the drive voltage applied to the stepping motor, and the constant current control unit includes a control current detection circuit that detects a current for the constant current control. , A control switching element that increases or decreases the drive voltage by switching ON / OFF, and a PWM control unit that switches ON / OFF of the control switching element based on the detection current detected by the control current detection circuit. The excitation pattern output unit includes an excitation current detection circuit that detects a ripple current included in the current flowing through the coil due to the vibration of the stepping motor, and the excitation pattern output unit excites the coil by applying the drive voltage. It has a time control unit that controls the ratio of time to the OFF time that does not excite the coil in the unit excitation cycle, and the time control unit is used when the ripple current detected by the ripple current detection circuit increases. The main feature is to decrease the ratio of the excitation time and increase the ratio of the excitation time when the ripple current decreases.
上述した本発明に係る駆動装置において、前記リップル電流検出回路は、前記コイルを励磁した励磁電流と前記コイルからの回生電流とが流れるセンシング抵抗の電圧降下を検出して増幅する第1増幅回路と、前記第1増幅回路から出力された電圧を更に増幅する第2増幅回路と、前記第1増幅回路から出力された電圧と前記第2増幅回路から出力された電圧の差を増幅して前記リップル電流として出力する第3増幅回路とを有することが好ましい。 In the drive device according to the present invention described above, the ripple current detection circuit is a first amplifier circuit that detects and amplifies the voltage drop of the sensing resistance through which the exciting current that excites the coil and the regenerative current from the coil flow. The ripple is amplified by amplifying the difference between the second amplifier circuit that further amplifies the voltage output from the first amplifier circuit and the voltage output from the first amplifier circuit and the voltage output from the second amplifier circuit. It is preferable to have a third amplifier circuit that outputs as an electric current.
また本発明の駆動装置において、前記励磁パターン出力部は、前記駆動電圧が飽和していない非飽和状態と前記駆動電圧が飽和した飽和状態とを判定する飽和判定部を有し、前記時間制御部は、前記飽和判定部による判定が前記飽和状態のときに前記励磁時間の割合の制御を行い、前記飽和判定部による判定が前記非飽和状態のときに前記励磁時間の割合の制御を停止させることが好ましい。 Further, in the drive device of the present invention, the excitation pattern output unit has a saturation determination unit that determines between an unsaturated state in which the drive voltage is not saturated and a saturated state in which the drive voltage is saturated, and the time control unit. Controls the ratio of the excitation time when the determination by the saturation determination unit is in the saturated state, and stops the control of the ratio of the excitation time when the determination by the saturation determination unit is in the non-saturation state. Is preferable.
更に本発明の駆動装置において、前記時間制御部は、前記制御用電流検出回路で検出される前記電流が増大するときに、前記励磁時間の割合を増減させる変化率を小さくし、検出される前記電流が減少するときに、前記変化率を大きくすることが好ましい。 Further, in the drive device of the present invention, the time control unit reduces the rate of change that increases or decreases the ratio of the excitation time when the current detected by the control current detection circuit increases, and the detection is detected. It is preferable to increase the rate of change when the current decreases.
本発明により提供されるリップル電流検出回路は、ステッピングモータを駆動する駆動装置に設けられるリップル電流検出回路であって、前記コイルを励磁した励磁電流及び前記コイルからの回生電流が流れるセンシング抵抗の電圧降下を検出して増幅する第1増幅回路と、前記第1増幅回路から出力された電圧を更に増幅する第2増幅回路と、前記第1増幅回路から出力された電圧と前記第2増幅回路から出力された電圧の差を増幅して、前記ステッピングモータの振動に起因して電流に含まれるリップル電流として出力する第3増幅回路とを有することを主要な特徴とするものである。 The ripple current detection circuit provided by the present invention is a ripple current detection circuit provided in a drive device for driving a stepping motor, and is a voltage of a sensing resistor through which an exciting current for exciting the coil and a regenerative current from the coil flow. From the first amplification circuit that detects and amplifies the drop, the second amplification circuit that further amplifies the voltage output from the first amplification circuit, the voltage output from the first amplification circuit, and the second amplification circuit. Its main feature is that it has a third amplification circuit that amplifies the difference in the output voltage and outputs it as a ripple current included in the current due to the vibration of the stepping motor.
次に、本発明により提供されるステッピングモータの駆動方法は、指令パルスの入力によりステッピングモータのコイルへの励磁を切り替えて、前記ステッピングモータを駆動する駆動方法であって、前記指令パルスに従って励磁パターン出力部から単位励磁周期で励磁パターン信号を出力するとともに、前記励磁パターン信号に従って素子駆動部で出力段部のスイッチング素子のON/OFFを切り換えることにより、前記ステッピングモータをステップ駆動すること、定電流コントロール部において、制御用電流検出回路で定電流制御用の電流を検出し、検出された前記電流に基づいて制御用スイッチング素子のON/OFFを切り換えて前記ステッピングモータに印加する駆動電圧を調節することにより定電流制御を行うこと、前記定電流コントロール部に設けたリップル電流検出回路により、ステップ駆動する前記ステッピングモータの振動に起因して前記コイルに流れる電流に含まれるリップル電流を検出すること、及び、前記駆動電圧を印加して前記コイルを励磁する励磁時間と、前記コイルを励磁しないOFF時間との前記単位励磁周期における割合を制御する時間制御部により、検出された前記リップル電流が増加するときには、前記単位励磁周期における前記駆動電圧の励磁時間の割合を減少させ、前記リップル電流が減少するときには、前記単位励磁周期における前記励磁時間の割合を増加させることを含むことを主要な特徴とするものである。 Next, the stepping motor driving method provided by the present invention is a driving method for driving the stepping motor by switching the excitation of the stepping motor to the coil by inputting a command pulse, and an excitation pattern is performed according to the command pulse. The stepping motor is step-driven by step-driving the stepping motor by outputting an excitation pattern signal from the output unit in a unit excitation cycle and switching ON / OFF of the switching element of the output stage unit by the element drive unit according to the excitation pattern signal. In the control unit, the control current detection circuit detects the constant current control current, switches ON / OFF of the control switching element based on the detected current, and adjusts the drive voltage applied to the stepping motor. By doing so, constant current control is performed, and the ripple current detection circuit provided in the constant current control unit detects the ripple current contained in the current flowing through the coil due to the vibration of the stepping motor that is step-driven. The detected ripple current is increased by the time control unit that controls the ratio of the excitation time for applying the drive voltage to excite the coil and the OFF time for not exciting the coil in the unit excitation cycle. The main feature is that sometimes, the ratio of the excitation time of the drive voltage in the unit excitation cycle is decreased, and when the ripple current is decreased, the ratio of the excitation time in the unit excitation cycle is increased. It is a thing.
上述した本発明の駆動方法は、前記リップル電流検出回路の第1増幅回路により、前記コイルを励磁した励磁電流と前記コイルからの回生電流とが流れるセンシング抵抗の電圧降下を検出して増幅すること、前記リップル電流検出回路の第2増幅回路により、前記第1増幅回路から出力された電圧を更に増幅すること、及び、前記リップル電流検出回路の第3増幅回路により、前記第1増幅回路から出力された電圧と前記第2増幅回路から出力された電圧の差を増幅して前記リップル電流として出力することを含むことが好ましい。 In the driving method of the present invention described above, the first amplification circuit of the ripple current detection circuit detects and amplifies the voltage drop of the sensing resistance through which the exciting current that excites the coil and the regenerative current from the coil flow. The voltage output from the first amplification circuit is further amplified by the second amplification circuit of the ripple current detection circuit, and the voltage output from the first amplification circuit is output by the third amplification circuit of the ripple current detection circuit. It is preferable to include amplifying the difference between the voltage obtained and the voltage output from the second amplification circuit and outputting it as the ripple current.
また本発明の駆動方法は、前記励磁パターン出力部に設けた飽和判定部により、前記駆動電圧が飽和していない非飽和状態と前記駆動電圧が飽和した飽和状態とを判定すること、及び、前記時間制御部により、前記飽和判定部による判定が前記飽和状態のときに前記励磁時間の割合の制御を行い、前記飽和判定部による判定が前記非飽和状態のときに前記励磁時間の割合の制御を停止させることを含むことが好ましい。 Further, in the driving method of the present invention, the saturation determination unit provided in the excitation pattern output unit determines a non-saturated state in which the driving voltage is not saturated and a saturated state in which the driving voltage is saturated. The time control unit controls the ratio of the excitation time when the determination by the saturation determination unit is in the saturated state, and controls the ratio of the excitation time when the determination by the saturation determination unit is in the non-saturation state. It is preferable to include stopping.
更に本発明の駆動方法は、前記時間制御部により、前記制御用電流検出回路で検出される前記電流が増大するときに、前記励磁時間の割合を増減させる変化率を小さくし、検出される前記電流が減少するときに、前記変化率を大きくすることを含むことが好ましい。 Further, in the driving method of the present invention, when the current detected by the control current detection circuit increases, the time control unit reduces the rate of change that increases or decreases the ratio of the excitation time, and the detection is detected. It is preferable to include increasing the rate of change when the current decreases.
本発明により提供されるリップル電流検出方法は、ステッピングモータの駆動装置に設けられるリップル電流検出回路の第1増幅回路により、前記ステッピングモータのコイルを励磁した励磁電流と前記コイルからの回生電流とが流れるセンシング抵抗の電圧降下を検出して増幅すること、前記リップル電流検出回路の第2増幅回路により、前記第1増幅回路から出力された電圧を更に増幅すること、及び、前記リップル電流検出回路の第3増幅回路により、前記第1増幅回路から出力された電圧と前記第2増幅回路から出力された電圧の差を増幅して、前記ステッピングモータの振動に起因して電流に含まれるリップル電流として出力することを含むことを主要な特徴とするものである。 In the ripple current detection method provided by the present invention, the exciting current that excites the coil of the stepping motor and the regenerated current from the coil are combined by the first amplification circuit of the ripple current detection circuit provided in the drive device of the stepping motor. Detecting and amplifying the voltage drop of the flowing sensing resistance, further amplifying the voltage output from the first amplification circuit by the second amplification circuit of the ripple current detection circuit, and The third amplification circuit amplifies the difference between the voltage output from the first amplification circuit and the voltage output from the second amplification circuit, and uses it as the ripple current included in the current due to the vibration of the stepping motor. Its main feature is to include output.
本発明に係るステッピングモータ用駆動装置は、コイルを励磁する励磁時間と励磁しないOFF時間との単位励磁周期における割合を制御する時間制御部を備えた励磁パターン出力部と、DV型の定電流制御を行う定電流コントロール部とを有しており、定電流コントロール部は、ステッピングモータの振動に起因してコイルに流れる電流に含まれるリップル電流を検出するリップル電流検出回路を備えている。 The drive device for a stepping motor according to the present invention has an excitation pattern output unit provided with a time control unit for controlling the ratio of the excitation time for exciting the coil to the OFF time for non-excitation in the unit excitation cycle, and a DV type constant current control. The constant current control unit is provided with a ripple current detection circuit that detects the ripple current included in the current flowing through the coil due to the vibration of the stepping motor.
前述したように、モータ駆動電圧が飽和した回転速度領域においてステッピングモータに振動が生じた場合、DV型のモータ電流制御部による定電流制御を行うことができなくなり、モータの回転速度に速度ムラを生じさせる。この場合、ステッピングモータは発電機でもあるため、ステッピングモータに流れる電流に、速度ムラに起因して生じるリップル電流が含まれるようになり、また、ステッピングモータの振動が大きくなるほど、リップル電流も大きくなる。このようなリップル電流は、ステッピングモータに流れる電流に比べて非常に小さく、また、ステッピングモータに流れる電流自体も高くなったり、低くなったりするため、従来ではステッピングモータに流れる電流の中からリップル電流を検出することが難しかった。 As described above, when the stepping motor vibrates in the rotation speed region where the motor drive voltage is saturated, constant current control by the DV type motor current control unit cannot be performed, and the rotation speed of the motor becomes uneven. Give rise. In this case, since the stepping motor is also a generator, the current flowing through the stepping motor includes the ripple current generated due to the speed unevenness, and the larger the vibration of the stepping motor, the larger the ripple current. .. Such a ripple current is much smaller than the current flowing through the stepping motor, and the current flowing through the stepping motor itself becomes higher or lower. Therefore, conventionally, the ripple current is included in the current flowing through the stepping motor. Was difficult to detect.
上述した本発明の駆動装置では、定電流コントロール部に設けたリップル電流検出回路によって、ステッピングモータに流れる電流中の速度ムラに起因する小さなリップル電流を検出することが可能となった。すなわち、本発明では、モータ駆動電圧が飽和したときに生じるステッピングモータの振動を電流で検出することに成功した。 In the drive device of the present invention described above, the ripple current detection circuit provided in the constant current control unit makes it possible to detect a small ripple current due to speed unevenness in the current flowing through the stepping motor. That is, in the present invention, we have succeeded in detecting the vibration of the stepping motor generated when the motor drive voltage is saturated by the current.
従って、本発明では、リップル電流検出回路でリップル電流を検出し、その検出されたリップル電流を励磁パターン出力部に出力することによって、その励磁パターン出力部の時間制御部では、リップル電流検出回路で検出されたリップル電流が増加するときには励磁時間の割合を減少させ(OFF時間の割合を増加させ)、リップル電流が減少するときには励磁時間の割合を増加させる(OFF時間の割合を減少させる)ように、単位励磁周期当たりの励磁時間の割合を制御する。これにより、ステッピングモータの速度ムラに起因するリップル電流に基づいてモータへの電圧印加時間を微調整することが可能となり、その結果、モータ駆動電圧が飽和した回転速度領域で生じるステッピングモータの振動を抑制して、回転速度の速度ムラを低減できる。すなわち、本発明によれば、速度ムラにより生じるモータ回転速度の変動を、リップル電流に基づく励磁時間の制御によって、振動(すなわち、速度ムラ)をなくして、所要のモータ回転速度に安定させることができる。 Therefore, in the present invention, the ripple current is detected by the ripple current detection circuit, and the detected ripple current is output to the excitation pattern output unit. Therefore, in the time control unit of the excitation pattern output unit, the ripple current detection circuit is used. When the detected ripple current increases, the excitation time ratio decreases (the OFF time ratio increases), and when the ripple current decreases, the excitation time ratio increases (the OFF time ratio decreases). , Control the ratio of excitation time per unit excitation cycle. This makes it possible to fine-tune the voltage application time to the motor based on the ripple current caused by the speed unevenness of the stepping motor, and as a result, the vibration of the stepping motor that occurs in the rotational speed region where the motor drive voltage is saturated. It can be suppressed to reduce the unevenness of the rotation speed. That is, according to the present invention, the fluctuation of the motor rotation speed caused by the speed unevenness can be stabilized at the required motor rotation speed by eliminating the vibration (that is, the speed unevenness) by controlling the excitation time based on the ripple current. it can.
上述した本発明に係る駆動装置において、リップル電流検出回路は、コイルを励磁した励磁電流とコイルからの回生電流とが流れるセンシング抵抗の電圧降下を検出して増幅する第1増幅回路と、第1増幅回路から出力された電圧を更に増幅する第2増幅回路と、第1増幅回路から出力された電圧と第2増幅回路から出力された電圧の差を増幅してリップル電流として出力する第3増幅回路とを有する。このようなリップル電流検出回路により、ステッピングモータに流れる電流中の速度ムラに起因するリップル電流を容易に検出できる。 In the drive device according to the present invention described above, the ripple current detection circuit includes a first amplifier circuit that detects and amplifies the voltage drop of the sensing resistance through which the exciting current that excites the coil and the regenerative current from the coil flow. The second amplifier circuit that further amplifies the voltage output from the amplifier circuit, and the third amplifier that amplifies the difference between the voltage output from the first amplifier circuit and the voltage output from the second amplifier circuit and outputs it as a ripple current. Has a circuit. With such a ripple current detection circuit, the ripple current caused by the speed unevenness in the current flowing through the stepping motor can be easily detected.
また本発明の駆動装置において、励磁パターン出力部は、駆動電圧が飽和していない非飽和状態と駆動電圧が飽和した飽和状態とを判定する飽和判定部を有する。また、励磁パターン出力部の時間制御部は、飽和判定部による判定が飽和状態のときに励磁時間の割合の制御を行い、飽和判定部による判定が非飽和状態のときに励磁時間の割合の制御を停止させる。これにより、ステッピングモータに振動が起こり難い非飽和状態のときにはステッピングモータを効率的に駆動させることができ、また、振動が生じる飽和状態のときには、ステッピングモータの振動を効果的に抑制できる。 Further, in the drive device of the present invention, the excitation pattern output unit has a saturation determination unit that determines a non-saturated state in which the drive voltage is not saturated and a saturated state in which the drive voltage is saturated. Further, the time control unit of the excitation pattern output unit controls the ratio of the excitation time when the determination by the saturation determination unit is in the saturated state, and controls the ratio of the excitation time when the determination by the saturation determination unit is in the non-saturation state. To stop. As a result, the stepping motor can be efficiently driven in a non-saturated state in which vibration is unlikely to occur, and the vibration of the stepping motor can be effectively suppressed in a saturated state in which vibration occurs.
更に本発明の駆動装置において、時間制御部は、制御用電流検出回路で検出される電流が増大するときに、励磁時間の割合を増減させる変化率を小さくし、検出される電流が減少するときに、変化率を大きくする。これにより、例えばステッピングモータの加速中にはステッピングモータに流れる電流が小さくなるため、励磁時間の割合の変化を緩やかにし、一方、ステッピングモータの減速中にはステッピングモータに流れる電流が大きくなるため、励磁時間の割合の変化を急激にすることができる。その結果、リップル電流の検出に基づくステッピングモータの振動抑制効果をより高めることができる。 Further, in the drive device of the present invention, the time control unit reduces the rate of change that increases or decreases the ratio of the excitation time when the current detected by the control current detection circuit increases, and decreases the detected current. In addition, increase the rate of change. As a result, for example, the current flowing through the stepping motor becomes smaller during acceleration of the stepping motor, so that the change in the ratio of the excitation time is moderated, while the current flowing through the stepping motor becomes larger during deceleration of the stepping motor. The change in the ratio of the excitation time can be abrupt. As a result, the vibration suppression effect of the stepping motor based on the detection of the ripple current can be further enhanced.
本発明に係るリップル電流検出回路は、ステッピングモータの駆動装置に設けられている。このリップル電流検出回路は、コイルを励磁した励磁電流及びコイルからの回生電流が流れるセンシング抵抗の電圧降下を検出して増幅する第1増幅回路と、第1増幅回路から出力された電圧を更に増幅する第2増幅回路と、第1増幅回路から出力された電圧と第2増幅回路から出力された電圧の差を増幅して、ステッピングモータの振動に起因して電流に含まれるリップル電流として出力する第3増幅回路とを有する。これにより、ステッピングモータに流れる電流中の速度ムラに起因するリップル電流を容易に検出できる。 The ripple current detection circuit according to the present invention is provided in the driving device of the stepping motor. This ripple current detection circuit further amplifies the first amplification circuit that detects and amplifies the voltage drop of the sensing resistance through which the exciting current that excites the coil and the regenerative current from the coil flows, and the voltage output from the first amplification circuit. Amplifies the difference between the voltage output from the second amplification circuit and the voltage output from the first amplification circuit and the voltage output from the second amplification circuit, and outputs it as a ripple current included in the current due to the vibration of the stepping motor. It has a third amplification circuit. As a result, the ripple current caused by the speed unevenness in the current flowing through the stepping motor can be easily detected.
次に、本発明に係るステッピングモータの駆動方法では、ステッピングモータをステップ駆動するとともに、定電流コントロール部で定電流制御を行う。また、定電流コントロール部に設けたリップル電流検出回路により、ステップ駆動するステッピングモータの振動に起因してコイルに流れる電流に含まれるリップル電流を検出する。そして、駆動電圧を印加してコイルを励磁する励磁時間と、コイルを励磁しないOFF時間との単位励磁周期における割合を制御する時間制御部により、検出されたリップル電流が増加するときには、単位励磁周期における駆動電圧の励磁時間の割合を減少させる。すなわち、単位励磁周期ごとに、その励磁周期中における励磁時間(駆動電圧を印加する時間)の割合を減少させる。一方、リップル電流が減少するときには、単位励磁周期における励磁時間の割合を増加させるように(単位励磁周期ごとの励磁時間の割合を増加させるように)、単位励磁周期当たりの励磁時間の割合を制御する。これにより、モータ駆動電圧が飽和した回転速度領域で生じるステッピングモータの振動を抑制して、回転速度の速度ムラを低減できる。 Next, in the stepping motor driving method according to the present invention, the stepping motor is step-driven and the constant current control unit performs constant current control. Further, the ripple current detection circuit provided in the constant current control unit detects the ripple current included in the current flowing through the coil due to the vibration of the stepping motor driven in steps. Then, when the detected ripple current increases by the time control unit that controls the ratio of the excitation time for applying the drive voltage to excite the coil and the OFF time for not exciting the coil in the unit excitation cycle, the unit excitation cycle Decrease the ratio of the excitation time of the drive voltage in. That is, for each unit excitation cycle, the ratio of the excitation time (time for applying the drive voltage) in the excitation cycle is reduced. On the other hand, when the ripple current decreases, the ratio of the excitation time per unit excitation cycle is controlled so as to increase the ratio of the excitation time in the unit excitation cycle (to increase the ratio of the excitation time per unit excitation cycle). To do. As a result, vibration of the stepping motor generated in the rotation speed region where the motor drive voltage is saturated can be suppressed, and speed unevenness of the rotation speed can be reduced.
このような本発明の駆動方法では、リップル電流検出回路の第1増幅回路により、コイルを励磁した励磁電流とコイルからの回生電流とが流れるセンシング抵抗の電圧降下を検出して増幅し、次に、リップル電流検出回路の第2増幅回路により、第1増幅回路から出力された電圧を更に増幅し、更に、リップル電流検出回路の第3増幅回路により、第1増幅回路から出力された電圧と第2増幅回路から出力された電圧の差を増幅してリップル電流として出力する。これにより、ステッピングモータに流れる電流中の速度ムラに起因するリップル電流を容易に検出できる。 In such a driving method of the present invention, the first amplification circuit of the ripple current detection circuit detects and amplifies the voltage drop of the sensing resistance through which the exciting current that excites the coil and the regenerative current from the coil flow, and then amplifies the voltage. The voltage output from the first amplification circuit is further amplified by the second amplification circuit of the ripple current detection circuit, and the voltage output from the first amplification circuit and the third amplification circuit by the third amplification circuit of the ripple current detection circuit. 2 The difference in voltage output from the amplification circuit is amplified and output as a ripple current. As a result, the ripple current caused by the speed unevenness in the current flowing through the stepping motor can be easily detected.
また本発明の駆動方法では、励磁パターン出力部に設けた飽和判定部により、駆動電圧が飽和していない非飽和状態と駆動電圧が飽和した飽和状態とを判定し、更に、時間制御部により、飽和判定部による判定が飽和状態のときに励磁時間の割合の制御を行い、飽和判定部による判定が非飽和状態のときに励磁時間の割合の制御を停止させる。これにより、ステッピングモータに振動が起こり難い非飽和状態のときにはステッピングモータを効率的に駆動させることができ、また、振動が生じる飽和状態のときには、ステッピングモータの振動を効果的に抑制できる。 Further, in the driving method of the present invention, the saturation determination unit provided in the excitation pattern output unit determines the non-saturated state in which the driving voltage is not saturated and the saturated state in which the driving voltage is saturated, and further, the time control unit determines the saturated state. The excitation time ratio is controlled when the determination by the saturation determination unit is in the saturated state, and the excitation time ratio control is stopped when the determination by the saturation determination unit is in the non-saturation state. As a result, the stepping motor can be efficiently driven in a non-saturated state in which vibration is unlikely to occur, and the vibration of the stepping motor can be effectively suppressed in a saturated state in which vibration occurs.
更に本発明の駆動方法では、時間制御部により、制御用電流検出回路で検出される電流が増大するときに、励磁時間の割合を増減させる変化率を小さくし、検出される電流が減少するときに、変化率を大きくする。これにより、リップル電流の検出に基づくステッピングモータの振動抑制効果をより高めることができる。 Further, in the driving method of the present invention, when the time control unit reduces the rate of change that increases or decreases the ratio of the excitation time when the current detected by the control current detection circuit increases, the detected current decreases. In addition, increase the rate of change. As a result, the vibration suppression effect of the stepping motor based on the detection of the ripple current can be further enhanced.
本発明に係るリップル電流検出方法では、先ず、ステッピングモータの駆動装置に設けられるリップル電流検出回路の第1増幅回路により、ステッピングモータのコイルを励磁した励磁電流とコイルからの回生電流とが流れるセンシング抵抗の電圧降下を検出して増幅する。続いて、リップル電流検出回路の第2増幅回路により、第1増幅回路から出力された電圧を更に増幅する。その後、リップル電流検出回路の第3増幅回路により、第1増幅回路から出力された電圧と第2増幅回路から出力された電圧の差を増幅して、ステッピングモータの振動に起因して電流に含まれるリップル電流として出力する。これにより、ステッピングモータに流れる電流中の速度ムラに起因するリップル電流を容易に検出できる。 In the ripple current detection method according to the present invention, first, sensing in which the exciting current that excites the coil of the stepping motor and the regenerated current from the coil flow by the first amplification circuit of the ripple current detection circuit provided in the drive device of the stepping motor. Detects and amplifies the voltage drop of the resistor. Subsequently, the voltage output from the first amplifier circuit is further amplified by the second amplifier circuit of the ripple current detection circuit. After that, the difference between the voltage output from the first amplifier circuit and the voltage output from the second amplifier circuit is amplified by the third amplifier circuit of the ripple current detection circuit, and is included in the current due to the vibration of the stepping motor. It is output as a ripple current. As a result, the ripple current caused by the speed unevenness in the current flowing through the stepping motor can be easily detected.
以下に、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本実施形態に係る駆動装置の内部構成を示すブロック図であり、図2は、その駆動装置の制御用電流検出回路及びリップル電流検出回路を示す回路図である。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing an internal configuration of a drive device according to the present embodiment, and FIG. 2 is a circuit diagram showing a control current detection circuit and a ripple current detection circuit of the drive device.
図1に示す駆動装置1は、ペンダゴン結線方式(図5を参照)の5相ステッピングモータに接続され、ステッピングモータをステップ駆動させるドライバである。この駆動装置1には、ステッピングモータに接続される5つの出力端子2が設けられており、各出力端子2は、ステッピングモータの2つのコイル5を接続する接続点に接続されている。また、駆動装置1には、コントローラ等の外部機器から、CWP(ClockWise Pulse)方向又はCCWP(Counter ClockWise Pulse)方向の指令パルスが入力される。
The
図1の駆動装置1は、出力端子2ごとに正極側及び負極側の2つのスイッチング素子(不図示)を有する出力段部11と、出力段部11を駆動してスイッチング素子のON/OFFを切り換える素子駆動部12と、素子駆動部12に励磁パターン信号を出力する励磁パターン出力部20と、外部と電気的に絶縁するとともに外部から指令パルスを受け付けて励磁パターン出力部20に入力するカプラ回路13と、ステッピングモータに印加する駆動電圧を調節して定電流制御を行う定電流コントロール部30と、励磁パターン出力部20に入力する信号をデジタル変換する第1A/Dコンバータ16〜第3A/Dコンバータ18とを有する。この場合、励磁パターン出力部20は、FPGA(Field Programmable Gate Array)により構成されている。
The
本実施形態の素子駆動部12は、ゲートドライバ(専用IC)によって形成されている。この素子駆動部12において、正極側のスイッチング素子を駆動するためには、そのスイッチング素子に対応する図示しないコンデンサを充電する必要がある。このコンデンサの充電は、負極側のスイッチング素子をONにすること(正極側のスイッチング素子をOFFにすること)により行われる。
The
従って、本実施形態の場合、コンデンサの充電を行うために、例えば図6(a)に示したように、単位励磁周期T毎に、全ての出力端子2における正極側のスイッチング素子をOFFに(負極側のスイッチング素子をONに)することによってコイル5の励磁を行わないOFF時間62を設ける必要がある。
Therefore, in the case of the present embodiment, in order to charge the capacitor, for example, as shown in FIG. 6A, the switching elements on the positive electrode side of all the
本発明では、上述のように、全ての出力端子2において正極側のスイッチング素子をOFFにして、負極側のスイッチング素子をONにした状態を「ネガティブOFF」と規定する。この場合、ステッピングモータは、図5に示したように、コイル5の接続点が全てマイナスの同電位に保持されるため、5つの全てのコイル5が励磁されない非励磁状態となる。
In the present invention, as described above, the state in which the switching element on the positive electrode side is turned off and the switching element on the negative electrode side is turned on in all the
励磁パターン出力部20は、入力される指令パルスを計数して電気角位置(ステップ位置)に対応するアドレスを管理する電気角位置管理部(アドレスカウンタ)21と、指令パルスの計数によりステッピングモータの回転速度を管理する回転速度管理部(速度計測カウンタ)22と、単位励磁周期Tを管理する励磁周期カウンタ部23と、複数の励磁パターンデータ及び励磁デューティーデータ等を記憶する励磁パターン記憶部24とを有する。
The excitation
更に、本実施形態の励磁パターン出力部20は、励磁パターン記憶部24から励磁パターンデータを選択してその励磁パターンデータに従って励磁パターンを単位励磁周期T毎に出力する励磁パターン出力セレクタ(出力選択部)25と、コイル5を励磁する励磁時間(ON時間)61とコイル5を励磁しないOFF時間62の単位励磁周期Tにおける時間的な割合を制御する時間制御部26と、電圧の非飽和状態と飽和状態とを判定する飽和判定部27とを有する。この励磁パターン出力部20には、第3A/Dコンバータ18によってデジタル化されたモータ駆動電圧が入力される。なお本発明において、励磁パターン出力部20における上述したような処理を行う各部分は、複数の処理部で形成されても良く、また、各処理を行う複数の部分が1つの処理部で形成されても良い。
Further, the excitation
本実施形態の励磁パターン出力部20において、電気角位置管理部21は、指令パルスの入力によりアドレスの数値をカウントアップ又はカウントダウンすることによりその数値を管理するとともに、管理しているアドレスの数値を回転速度管理部22や励磁パターン出力セレクタ25に出力する。回転速度管理部22は、単位時間当たりの指令パルスの入力数から、ステッピングモータの演算上の回転速度を管理するとともに、その管理する回転速度の値を励磁パターン出力セレクタ25に出力する。励磁周期カウンタ部23は、指令パルスとは無関係な一定の単位励磁周期Tを管理するとともに、単位励磁周期T毎に励磁切替指令を励磁パターン出力セレクタ25に出力する。
In the excitation
励磁パターン出力部20の励磁パターン出力セレクタ25は、励磁パターン記憶部24に記憶されている複数の励磁パターンデータ(又は複数の励磁パターンデータを含む励磁シーケンス)から、回転速度管理部22で管理される回転速度と、電気角位置管理部21で管理されるアドレスとに基づいて、対応する励磁パターンデータ(又は励磁シーケンス)を選択し、その励磁パターン(又は励磁シーケンス内の励磁パターン)の信号を素子駆動部12に単位励磁周期T毎に出力する。これにより、素子駆動部12では、励磁パターン出力セレクタ25から入力された励磁パターン信号に従って、出力段部11の各スイッチング素子のON/OFFを制御し、それによって、ステッピングモータのコイル5を所定のタイミングで励磁し、ステッピングモータをステップ駆動する。
The excitation
時間制御部26は、定電流コントロール部30の後述するリップル電流検出回路52で検出されるリップル電流に基づいて、励磁周期カウンタ部23で管理される単位励磁周期T内において、コイル5を励磁する励磁時間61と、図5に示したネガティブOFFの状態となるOFF時間62の割合(長さ)を変化させる。
The time control unit 26 excites the
例えば、時間制御部26は、飽和判定部27において電圧の飽和状態が判定された場合に、リップル電流検出回路52で検出されるリップル電流が増加するときには、図6(a)に示した状態から、図6(b)に示したように単位励磁周期Tにおける励磁時間61の割合を減少させる(OFF時間62の割合を増大させる)ように、励磁時間61とOFF時間62の割合を制御する。一方、電圧飽和状態でリップル電流が減少するときには単位励磁周期Tにおける励磁時間61の割合を増大させる(OFF時間62の割合を減少させる)ように時間割合の制御を行う。また、検出されるリップル電流の大きさが所定の閾値以下の場合には、単位励磁周期TにおけるOFF時間62を、スイッチング素子の充電に必要な最小限の長さ(充電時間)に制御する。このOFF時間62の最小限の長さ(充電時間)は、予め励磁パターン出力部20に設定される。
For example, when the
また、時間制御部26は、飽和判定部27による後述する判定が駆動電圧の非飽和状態である場合、上述した励磁時間61とOFF時間62の割合を制御する機能を停止し(マスクし)、一方、飽和判定部27で駆動電圧の飽和状態と判定された場合に、機能の停止を解除し(マスクを外し)、上述したような励磁時間61とOFF時間62の割合の制御を行う。なお実施形態の場合、電圧が飽和していない非飽和状態では、図6(a)に示したように、各単位励磁周期Tにおいて、スイッチング素子の充電に必要な最小限の長さのOFF時間62(充電時間)に設定されている。
Further, the time control unit 26 stops (masks) the function of controlling the ratio of the
飽和判定部27は、DC電源入力に対するモータ駆動電圧(DV)の第3A/Dコンバータ18からの出力、定電流コントロール部30の電流基準回路37からの出力、及び、定電流コントロール部30の第1A/Dコンバータ16からの出力の3つの信号に基づいて飽和判定を行う。
The
一般にステッピングモータの回転速度が速くなると、ステッピングモータのコイル5のインピーダンスが高くなる。このため、ステッピングモータがある回転速度よりも速く回転すると、単位励磁周期T内で電流が所定の大きさまで立ち上がることができなくなり、その結果、ステッピングモータにおいて十分なトルクが得られなくなる。このように、電流が所定の大きさまで立ち上がる前に1回の単位励磁周期Tが終了する状態が、駆動電圧(電流)が飽和した状態となる。なお、駆動電圧の飽和に達する回転速度は、そのステッピングモータのモータ特性毎に異なる。
Generally, as the rotation speed of the stepping motor increases, the impedance of the
本実施形態の飽和判定部27では、モータ駆動電圧(DV)が一定以上の電圧であり、且つ、「定電流コントロールの電流基準値>電流検出値」の関係、すなわち、後述するPWM制御部38で100%のONが続いている状態を飽和状態と判定する。なお本発明において、飽和判定部27で非飽和状態と飽和状態を判定する方法は特に限定されるものではなく、任意に変更可能である。例えば飽和判定部27では、モータ駆動電圧(DV)が一定以上で、且つ、モータ回転速度が一定以上である状態を飽和状態と判定することも可能である。
In the
本実施形態の定電流コントロール部30は、ステッピングモータに対してDV型の定電流制御を行う。この定電流コントロール部30は、入力されるDC電源の電圧を平滑化する第1コンデンサ31と、ON/OFFの切り換えによりモータ駆動電圧を増減させる制御用スイッチング素子32と、制御用スイッチング素子32のON/OFFを駆動する制御用素子駆動部33と、コイル5が発する起電力をバイパスするダイオード34と、制御用スイッチング素子32の切り換えにより生じる間欠的な電圧を入力して平滑化したモータ駆動電圧を生成するチョークコイル35及び第2コンデンサ36とを有する。
The constant
更に、この定電流コントロール部30は、第2コンデンサ36のマイナス側とグランドの間に直列接続される第1センシング抵抗41と、出力段部11を形成する回路の出力側と第2コンデンサ36のマイナス側の間に直列接続される第2センシング抵抗42と、第1センシング抵抗41及び第2センシング抵抗42に流れる電流を検出する電流検出回路50と、第3A/Dコンバータ18でデジタル化されたモータ駆動電圧を監視してそのモータ駆動電圧から基準電流の信号を出力する電流基準回路37と、電流検出回路50及び電流基準回路37から出力された信号に基づいて定電流制御を行うPWM制御部38とを有する。
Further, the constant
この定電流コントロール部30において、第1センシング抵抗41及び第2センシング抵抗42には、図3に示すように、第2コンデンサ36を充電するための供給用電流I1、ステッピングモータのコイル5を励磁する励磁電流I2、及びコイル5の起電力により発生してコイル5から回生する回生電流I3に関して、(I1+I2−I3)の電流が流れる。本発明では、この(I1+I2−I3)の電流を、定電流制御用の電流とする。
In the constant
この場合、供給用電流I1は、第1コンデンサ31、制御用スイッチング素子32、チョークコイル35、第2コンデンサ36を順番に循環するように流れる。励磁電流I2は、第2コンデンサ36、出力段部11(コイル5)、第2センシング抵抗42を順番に循環するように流れる。回生電流I3は、出力段部11(コイル5)、第2コンデンサ36、第2センシング抵抗42を順番に循環するように流れる。
In this case, the supply current I1 flows so as to circulate in this order through the
電流検出回路50は、図2に示すように、第1センシング抵抗41及び第2センシング抵抗42に流れる定電流制御用の電流、すなわち、(I1+I2−I3)の電流を検出する制御用電流検出回路(第1電流検出回路)51と、第2センシング抵抗42に流れる電流、すなわち、(I2−I3)の電流からその電流に含まれるリップル電流を検出するリップル電流検出回路(第2電流検出回路)52とを有する。
As shown in FIG. 2, the
図2の制御用電流検出回路51は、第1センシング抵抗41及び第2センシング抵抗42の電圧の和と基準電圧の差を増幅する制御用増幅回路(制御用オペアンプ)51aを有しており、制御用増幅回路51aで増幅した信号を、第1A/Dコンバータ16でデジタル化してPWM制御部38と励磁パターン出力部20とに出力する。
The control current detection circuit 51 of FIG. 2 includes a control amplifier circuit (control operational amplifier) 51a that amplifies the difference between the sum of the voltages of the
本実施形態の定電流コントロール部30で、DV型の定電流制御を行う場合、第1センシング抵抗41及び第2センシング抵抗42における電圧と基準電圧との差を誤差信号として生成し、その誤差信号をデジタル化してPWM制御部38に送り、PWM制御部38にて誤差信号に基づいて制御用スイッチング素子32のON/OFFの切り換えを行う。これにより、ステッピングモータに印加する駆動電圧(供給用電流I1)を調節して、コイル5に流れる電流(すなわち、(I2−I3)の電流)を一定となるように制御できる。
When the constant
具体的には、第1センシング抵抗41及び第2センシング抵抗42に流れる電流が減少した場合には、誤差信号のレベルが上昇するため、PWM制御部38で制御用スイッチング素子32のON時間を長くする。それにより、供給用電流I1を大きくし、コイル5に流れる電流を増加させる。一方、第1センシング抵抗41及び第2センシング抵抗42に流れる電流が増加した場合には、誤差信号のレベルが下降するため、PWM制御部38で制御用スイッチング素子32のON時間を短くして、コイル5に流れる電流を減少させる。このようにPWM制御部38で誤差信号に基づいて制御用スイッチング素子32のON時間を制御することにより、コイル5に流れる電流を一定の大きさで安定化させて、ステッピングモータを定電流駆動することができる。
Specifically, when the current flowing through the
また、本実施形態の定電流コントロール部30において、駆動電圧が飽和した飽和状態のときには、単位励磁周期Tにおけるスイッチング素子の充電に必要なOFF時間62を除いた時間内では電流が所定の大きさまで立ち上がらなくなるため、PWM制御部38において制御用スイッチング素子32が常にON状態で保持される。それにより、上述したようなDV型の定電流制御が行えなくなるため、ステッピングモータに振動が生じた場合に、そのモータの振動を定電流制御によっては抑えることができなくなる。その結果、駆動電圧の飽和状態でステッピングモータの振動が生じると、そのモータの振動によってステッピングモータの回転速度にムラが発生し、その回転速度のムラに起因して僅かな電流が回路に流れる。
Further, in the constant
そこで、本実施形態の駆動装置1では、駆動電圧の飽和状態のときに回転速度のムラに起因して発生する電流をリップル電流として検出する図2に示したリップル電流検出回路52を、制御用電流検出回路51とは別に新たに設けている。そして、励磁パターン出力部20では、駆動電圧の飽和状態において、このリップル電流検出回路52で検出されるリップル電流(速度ムラに起因する電流)に基づいて、時間制御部26によって各単位励磁周期Tにおけるコイル5の励磁時間61とOFF時間(ネガティブOFFにする時間)62の割合を上述のように操作する。すなわち、リップル電流の増加時には単位励磁周期Tにおける励磁時間61の割合を減少させ、リップル電流の減少時には単位励磁周期Tにおける励磁時間61の割合を増大させるように時間割合を操作する。
Therefore, in the
本実施形態のリップル電流検出回路52は、図2に示したように、第2センシング抵抗42の電圧(第2センシング抵抗42における電圧降下)を検出してその検出電圧と基準電圧の差を増幅する第1増幅回路(リップル用第1オペアンプ)53と、第1増幅回路53から出力された電圧を更に増幅する第2増幅回路(リップル用第2オペアンプ)54と、第1増幅回路53から出力された電圧と第2増幅回路54から出力された電圧の差を増幅してリップル電流として出力する第3増幅回路(リップル用第3オペアンプ)55とを有する。また、リップル電流検出回路52は、第3増幅回路55で増幅した信号を、第2A/Dコンバータ17でデジタル化して励磁パターン出力部20に出力する。
As shown in FIG. 2, the ripple
次に、本実施形態の駆動装置1により、ステッピングモータを駆動電圧が飽和していない非飽和状態で回転させている状態から、ステッピングモータの回転速度を高めて、駆動電圧が飽和する飽和状態の回転速度領域で回転させる場合の駆動方法について説明する。
Next, the
ステッピングモータを駆動する場合、駆動装置1の励磁パターン出力部20において、外部から入力される指令パルスに従って、励磁パターン出力セレクタ25から所要の励磁パターン信号を素子駆動部12に出力し、また素子駆動部12では、励磁パターン出力セレクタ25から入力される励磁パターン信号に従って、出力段部11の各スイッチング素子のON/OFFを制御する。
When driving the stepping motor, the excitation
また同時に、定電流コントロール部30において、上述したような制御用スイッチング素子32のON/OFFの切り換えによるDV型の定電流制御を行う。これにより、駆動電圧の非飽和状態においては、ステッピングモータを円滑にステップ駆動することができ、またそれによって、図4に示すように、所要の一定のトルクが得られる。なお、図4に示すグラフは、X軸(モータ回転速度)を対数目盛で示す片対数グラフである。
At the same time, the constant
この場合、励磁パターン出力部20では、時間制御部26の機能を停止させ、時間制御部26による単位励磁周期T内の励磁時間61とOFF時間62の制御は行われない。このため、図6(a)に示したように、単位励磁周期T毎にコンデンサの充電のために設定した最小限のOFF時間62(すなわち、ネガティブOFFに保持する充電時間)を確保するとともに、そのOFF時間62以外の時間(すなわち、励磁時間61)で励磁パターン信号の出力を行う。
In this case, the excitation
例えば本実施形態の場合、単位励磁周期Tの長さは48.6μsに設定され、最小限のOFF時間62(充電時間)の長さは600nsに設定されている(このときの励磁時間61の長さは48μsになる)。また本実施形態において、単位励磁周期T当たりのOFF時間62の最大長さは1500nsに設定されている(すなわち、励磁時間61の最小長さは47.1μsになる)。従って、本実施形態のOFF時間62の長さは、時間制御部26によって、600ns〜1500nsの領域で増減させることが可能である。
For example, in the case of the present embodiment, the length of the unit excitation cycle T is set to 48.6 μs, and the length of the minimum OFF time 62 (charging time) is set to 600 ns (
更に、励磁パターン出力部20の飽和判定部27では、PWM制御部38において1回の単位励磁周期T内で非励磁状態があるかないかを監視し、ステッピングモータに印加する駆動電圧が非飽和状態と飽和状態のどちらの状態にあるのかを判定する。
Further, in the
上述のようなDV型の定電流制御を行いながらステッピングモータの回転速度を徐々に速めたときに、ステッピングモータが、駆動電圧が飽和する回転速度(飽和回転速度)よりも速く回転すると、図4に示したように、ステッピングモータで得られるトルクの大きさは、回転速度が上昇するにつれて減少する。 When the rotation speed of the stepping motor is gradually increased while performing the DV type constant current control as described above, the stepping motor rotates faster than the rotation speed at which the drive voltage is saturated (saturation rotation speed). As shown in, the magnitude of the torque obtained by the stepping motor decreases as the rotation speed increases.
本実施形態の駆動装置1では、このようにトルクの大きさが回転速度の上昇により減少する回転速度領域(すなわち、駆動電圧が飽和状態の回転速度領域)において、励磁パターン出力部20の時間制御部26の機能を開放することによって、DV型の定電流制御では抑制できないステッピングモータの振動を抑えている。以下に、ステッピングモータを飽和回転速度よりも速く回転させたときの駆動装置1の制御について、具体的に説明する。
In the
ステッピングモータの回転が飽和回転速度よりも速くなると、励磁パターン出力部20の飽和判定部27において、駆動電圧が飽和状態であることを判定し、その飽和状態の信号を時間制御部26に向けて出力する。飽和状態の信号が入力された時間制御部26では、時間制御部26の機能停止を解除し、単位励磁周期Tにおける励磁時間61とOFF時間62の割合の制御を行う。
When the rotation of the stepping motor becomes faster than the saturation rotation speed, the
例えばステッピングモータが飽和回転速度よりも速く回転すると、上述したように、ステッピングモータに振動が生じ始める。この場合、リップル電流検出回路52において、第1増幅回路53は、図7に示した第1の検出波形66の電圧を出力し、また、この第1増幅回路53から出力される電圧を更に増幅する第2増幅回路54は、図7に示した第2の検出波形67の電圧を出力する。更に、第1増幅回路53の出力電圧と第2増幅回路54の出力電圧との差を増幅する第3増幅回路55は、図7に示した第3の検出波形68をリップル電流として出力する。この第3増幅回路55から出力されるリップル電流は、第2A/Dコンバータ17でデジタル化されて、励磁パターン出力部20の時間制御部26に入力される。本実施形態の場合、リップル電流の周期は約10msであったため、検出されたステッピングモータの振動の周波数は約100kHzであることが判る。
For example, when the stepping motor rotates faster than the saturated rotation speed, the stepping motor begins to vibrate as described above. In this case, in the ripple
リップル電流検出回路52からリップル電流が入力された時間制御部26は、その入力されたリップル電流が、矢印63が示すように増加するときには、単位励磁周期Tにおける励磁時間61の割合を減少させる(OFF時間62の割合を増加させる)。
The time control unit 26 in which the ripple current is input from the ripple
例えば駆動電圧が非飽和状態の場合、単位励磁周期Tの励磁時間61及びOFF時間62は、上述したように図6(a)に示したような割合で保持されているが、リップル電流の増加中には時間制御部26で励磁時間61の割合を徐々に減少させ、それによって、単位励磁周期Tの励磁時間61及びOFF時間62の割合を、図6(b)に示したように制御する。その結果、定電流コントロール部30では制御できないモータに対する電圧印加時間を、モータの振動(リップル電流)に基づいて減少させることができる。
For example, when the drive voltage is in the unsaturated state, the
一方、時間制御部26に入力されたリップル電流が、矢印64が示すように減少しているときには、単位励磁周期Tにおける励磁時間61の割合を徐々に増大させる(OFF時間62の割合を徐々に減少させる)。これによって、モータに対する電圧印加時間を、モータの振動(リップル電流)に基づいて増加させることができる。
On the other hand, when the ripple current input to the time control unit 26 is decreasing as indicated by the
駆動電圧の飽和状態においては、定電流コントロール部30による制御が不能となったモータへの電圧印加時間を、時間制御部26が、上述のように検出されたリップル電流に基づいて制御することによって、ステッピングモータの電圧飽和状態で生じる振動を効果的に抑えることができる。その結果、ステッピングモータの振動に起因して生じるリップル電流も小さく抑制できる。
In the saturated state of the drive voltage, the time control unit 26 controls the voltage application time to the motor, which cannot be controlled by the constant
例えば時間制御部26による振動抑制効果が発揮される前の状態では、リップル電流が図7の第3の検出波形68で検出されるものの、その検出されたリップル電流に基づいて時間制御部26で励磁時間61及びOFF時間62の割合を制御することによって、リップル電流検出回路52の第1増幅回路53〜第3増幅回路55によって検出される各検出波形の振幅を、図7に示した状態から、図8に示したようにリップル電流が殆ど検出されない状態(リップル電流が生じていない状態)にすることができる。
For example, in the state before the vibration suppression effect by the time control unit 26 is exerted, the ripple current is detected by the
更に本実施形態の時間制御部26では、上述したように、リップル電流の増減に基づいて励磁時間61及びOFF時間62の割合を制御するとともに、この時間制御部26でOFF時間62の長さを変化させる割合を、ステッピングモータを加速中であるか、減速中であるかに応じて制御する。
Further, as described above, the time control unit 26 of the present embodiment controls the ratio of the
本発明者等が実験及び解析を詳細に行った結果、上述したような単位励磁周期Tにおける励磁時間61及びOFF時間62の割合が、ステッピングモータの振動の抑制に影響することが初めて明らかになったが、また同時に、OFF時間62の長さを増大又は減少させるときの度合い(増大の割合又は減少の割合)が、ステッピングモータの振動の抑制に影響することも判明した。
As a result of detailed experiments and analyzes by the present inventors, it has been clarified for the first time that the ratio of the
例えば、ステッピングモータが駆動電圧の飽和状態で加速しているとき等では、モータのインピーダンスが増大するため、コイル5に流れる電流が小さくなる。この場合、時間制御部26によって励磁時間61及びOFF時間62の割合を緩やかに変化させる(言い換えると、変化率を小さくする)。一方、ステッピングモータが駆動電圧の飽和状態で減速しているとき等では、時間制御部26によって励磁時間61及びOFF時間62の割合を急激に変化させる(変化率を大きくする)。
For example, when the stepping motor is accelerating in a saturated state of the drive voltage, the impedance of the motor increases, so that the current flowing through the
この場合、ステッピングモータの加速時と減速時の判断は、制御用電流検出回路51において検出される第1センシング抵抗41及び第2センシング抵抗42に流れる電流(ここでは検出電流値とする)と、事前に設定される所定の基準電流値から、以下の式(A)で示すように、基準電流値に対する検出電流値の不足分を演算するとともに、その演算した不足分の基準電流値に対する割合を演算する。なお本実施形態において、このような不足分に関する演算処理は、励磁パターン出力部20で行われるが、本発明において演算処理を行う箇所や手段は特に限定されない。
In this case, the determination of acceleration and deceleration of the stepping motor is determined by the current flowing through the
駆動電圧の飽和状態において、上記式(A)で演算される数値が増大するときには、ステッピングモータが加速状態にあると判定し、OFF時間62又は励磁時間61の変化率(すなわち、変化量/時間)を小さくして、単位励磁周期Tにおける励磁時間61及びOFF時間62の割合を変化させる。一方、上記式(A)の数値が減少するときには、ステッピングモータが減速状態にあると判定し、OFF時間62又は励磁時間61の変化率を大きくして、単位励磁周期Tにおける励磁時間61及びOFF時間62の割合を変化させる。このように上記式(A)の数値の変化に基づいてOFF時間62又は励磁時間61の変化の割合(変化率)を変えることにより、駆動電圧の飽和状態におけるステッピングモータの振動抑制効果をより高めることができる。
When the numerical value calculated by the above formula (A) increases in the saturated state of the drive voltage, it is determined that the stepping motor is in the accelerating state, and the rate of change of the
以上のように、本実施形態の駆動装置1では、定電流コントロール部30による定電流制御を有効に発揮させることが難しい駆動電圧の飽和状態の回転速度領域において、ステッピングモータの振動に起因するリップル電流を検出し、その検出したリップル電流に基づいて単位励磁周期Tにおける励磁時間61及びOFF時間62の割合を制御することによって、更には、上記式(A)で演算される数値の増減に従ってOFF時間62又は励磁時間61の変化率を制御することによって、ステッピングモータに生じる振動を効果的に抑制できる。これにより、ステッピングモータを、駆動電圧の飽和状態でも円滑にステップ駆動でき、また、ステッピングモータの振動による騒音を低減できる。
As described above, in the
なお、上述した実施形態において、出力段を駆動する素子駆動部12は、ゲートドライバ(専用IC)によって形成されているが、本発明において、素子駆動部12はゲートドライバではなく、トランジスタ回路によって形成されていても良い。素子駆動部12がトランジスタ回路の場合には、上述のような充電用のOFF時間62を設ける必要がない。この場合、例えば単位励磁周期Tの長さは48μsに設定され、最小限のOFF時間(充電時間)の長さは0nsに設定される。また、単位励磁周期T当たりのOFF時間62の最大長さは、900nsに設定される。
In the above-described embodiment, the
更に本実施形態において、定電流コントロール部30のPWM制御部38は、制御用スイッチング素子32の制御をデジタルで行っているが、このPWM制御部38による制御は、アナログで行われても良い。
Further, in the present embodiment, the
(実施例1及び比較例1)
実施例1として、上述した実施形態の駆動装置1を用いて、5相ステッピングモータのステップ駆動を行う場合について説明する。この実施例1では、ステッピングモータのステップ駆動を開始してから、その回転速度を、駆動電圧が飽和状態となる所定の速度(略19rps)まで一定の加速度で上昇させた後、その所定の速度を維持してステッピングモータの回転速度(出力周波数)の変化を測定した。
(Example 1 and Comparative Example 1)
As the first embodiment, a case where the step drive of the 5-phase stepping motor is performed by using the
実施例1では、ステップ駆動を開始してから、励磁パターン出力部20の飽和判定部27が駆動電圧の飽和状態を判定するまでは、励磁パターン出力部20の時間制御部26の機能を停止させる。また、飽和判定部27で駆動電圧の飽和状態が判定された後に、時間制御部26によって単位励磁周期Tにおける励磁時間61及びOFF時間62の割合を制御する処理を行う。この実施例1で測定されたステッピングモータの回転速度及び出力周波数の結果を図9に示す。
In the first embodiment, the function of the time control unit 26 of the excitation
また比較例1として、実施例1と同じ5相ステッピングモータについて、飽和判定部27で駆動電圧の飽和状態が判定された後も、励磁パターン出力部20の時間制御部26の機能を停止させた状態を維持し、駆動電圧の飽和状態でも本発明の時間制御部26による制御が為されないときのステッピングモータの回転速度及び出力周波数の測定を行った、その測定結果を図10に示す。なお、図9及び図10において、横軸は「測定時間(ms)」を示し、左側の縦軸及び右側の縦軸は、それぞれ「回転速度(rps)」及び「出力周波数(kHz)」を示している。
Further, as Comparative Example 1, in the same 5-phase stepping motor as in Example 1, the function of the time control unit 26 of the excitation
図9に示したように、実施例1の場合では、駆動電圧が飽和した状態となる所定の回転速度(略19rps)でステッピングモータがステップ駆動していても、モータの振動(速度ムラ)が殆ど発生していないことが判る。それに対して、比較例1の場合では、駆動電圧が飽和状態になった後にモータの振動(速度ムラ)が生じ、更にそのモータの振動が徐々に大きくなっていることが確認された。 As shown in FIG. 9, in the case of the first embodiment, even if the stepping motor is step-driven at a predetermined rotation speed (approximately 19 rps) in which the drive voltage is saturated, the vibration (speed unevenness) of the motor is generated. It can be seen that it has hardly occurred. On the other hand, in the case of Comparative Example 1, it was confirmed that the vibration of the motor (speed unevenness) occurred after the drive voltage was saturated, and the vibration of the motor gradually increased.
(実施例2及び比較例2)
実施例2として、上述した実施形態の駆動装置1を用いて、実施例1及び比較例1とは異なる性能の5相ステッピングモータに対し、駆動電圧が飽和した状態でステップ駆動する場合の回転速度及び出力周波数の測定を行った。
(Example 2 and Comparative Example 2)
As the second embodiment, the rotation speed when the
図11に、飽和判定部27で駆動電圧の飽和状態が判定された後に時間制御部26による励磁時間61及びOFF時間62の割合を制御する処理を行ったときの測定結果を示し、図12に、駆動電圧の飽和状態でも本発明の時間制御部26による制御を行わずに、一般的なDV型の定電流制御のみを行ったときの測定結果を示す。
FIG. 11 shows the measurement results when the time control unit 26 controls the ratios of the
図11及び図12に示したように、時間制御部26により励磁時間61及びOFF時間62の割合の制御処理を行わなかった比較例2(図12)の場合、駆動電圧が飽和状態になった後にモータに大きな振動が生じていることが観察された。これに対し、時間制御部26による制御処理を行った実施例2(図11)の場合、比較例2に比べてモータの振動を効果的に抑制できていることが判る。
As shown in FIGS. 11 and 12, in the case of Comparative Example 2 (FIG. 12) in which the time control unit 26 did not control the ratio of the
実施例1及び2並びに比較例1及び2(図9〜図12)に示したように、上述した実施形態の駆動装置1によれば、従来ではステッピングモータの振動を抑制することが難しかったモータ駆動電圧が飽和する回転速度領域において、モータの振動を効果的に抑制できることが確認できた。
As shown in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 (FIGS. 9 to 12), according to the
1 駆動装置
2 出力端子
5 コイル
11 出力段部
12 素子駆動部
13 カプラ回路
16 第1A/Dコンバータ
17 第2A/Dコンバータ
18 第3A/Dコンバータ
20 励磁パターン出力部
21 電気角位置管理部(アドレスカウンタ)
22 回転速度管理部(速度計測カウンタ)
23 励磁周期カウンタ部
24 励磁パターン記憶部
25 励磁パターン出力セレクタ(出力選択部)
26 時間制御部
27 飽和判定部
30 定電流コントロール部
31 第1コンデンサ
32 制御用スイッチング素子
33 制御用素子駆動部
34 ダイオード
35 チョークコイル
36 第2コンデンサ
37 電流基準回路
38 PWM制御部
41 第1センシング抵抗
42 第2センシング抵抗
50 電流検出回路
51 制御用電流検出回路(第1電流検出回路)
51a 制御用増幅回路(制御用オペアンプ)
52 リップル電流検出回路(第2電流検出回路)
53 第1増幅回路(リップル用第1オペアンプ)
54 第2増幅回路(リップル用第2オペアンプ)
55 第3増幅回路(リップル用第3オペアンプ)
61 励磁時間(ON時間)
62 OFF時間
63,64 矢印
66 第1の検出波形
67 第2の検出波形
68 第3の検出波形
I1 供給用電流
I2 励磁電流
I3 回生電流
T 単位励磁周期
1 Drive
22 Rotation speed management unit (speed measurement counter)
23 Excitation
26
51a Amplifier circuit for control (op amp for control)
52 Ripple current detection circuit (second current detection circuit)
53 First amplifier circuit (first operational amplifier for ripple)
54 Second amplifier circuit (second operational amplifier for ripple)
55 Third amplifier circuit (third operational amplifier for ripple)
61 Excitation time (ON time)
62 OFF
Claims (10)
出力端子(2)ごとに2つのスイッチング素子を有する出力段部(11)と、
前記スイッチング素子を駆動する素子駆動部(12)と、
前記指令パルスに従って前記素子駆動部(12)に励磁パターン信号を単位励磁周期(T)で出力する励磁パターン出力部(20)と、
前記ステッピングモータに印加する駆動電圧を調節することにより定電流制御を行う定電流コントロール部(30)とを有し、
前記定電流コントロール部(30)は、前記定電流制御用の電流を検出する制御用電流検出回路(51)と、ON/OFFの切り換えにより前記駆動電圧を増減させる制御用スイッチング素子(32)と、前記制御用電流検出回路(51)で検出された検出電流に基づいて前記制御用スイッチング素子(32)のON/OFFを切り換えるPWM制御部(38)と、前記ステッピングモータの振動に起因して前記コイル(5)に流れる電流に含まれるリップル電流を検出するリップル電流検出回路(52)とを備え、
前記励磁パターン出力部(20)は、前記駆動電圧を印加して前記コイル(5)を励磁する励磁時間(61)と、前記コイル(5)を励磁しないOFF時間(62)との前記単位励磁周期(T)における割合を制御する時間制御部(26)を有し、
前記時間制御部(26)は、前記リップル電流検出回路(52)で検出された前記リップル電流が増加するときには前記励磁時間(61)の割合を減少させ、前記リップル電流が減少するときには前記励磁時間(61)の割合を増加させる
ことを特徴とする駆動装置。 A drive device (1) that drives the stepping motor by switching the excitation of the stepping motor coil (5) by inputting a command pulse.
An output stage unit (11) having two switching elements for each output terminal (2),
The element drive unit (12) that drives the switching element and
An excitation pattern output unit (20) that outputs an excitation pattern signal to the element drive unit (12) in a unit excitation period (T) according to the command pulse,
It has a constant current control unit (30) that controls constant current by adjusting the drive voltage applied to the stepping motor.
The constant current control unit (30) includes a control current detection circuit (51) that detects the current for constant current control, and a control switching element (32) that increases or decreases the drive voltage by switching ON / OFF. Due to the vibration of the PWM control unit (38) that switches ON / OFF of the control switching element (32) based on the detection current detected by the control current detection circuit (51), and the vibration of the stepping motor. It is provided with a ripple current detection circuit (52) that detects the ripple current included in the current flowing through the coil (5).
The excitation pattern output unit (20) has the unit excitation of an excitation time (61) for applying the drive voltage to excite the coil (5) and an OFF time (62) for not exciting the coil (5). It has a time control unit (26) that controls the ratio in the period (T),
The time control unit (26) reduces the ratio of the excitation time (61) when the ripple current detected by the ripple current detection circuit (52) increases, and the excitation time when the ripple current decreases. A drive device characterized by increasing the proportion of (61).
前記時間制御部(26)は、前記飽和判定部(27)による判定が前記飽和状態のときに前記励磁時間(61)の割合の制御を行い、前記飽和判定部(27)による判定が前記非飽和状態のときに前記励磁時間(61)の割合の制御を停止させる
請求項1又は2記載の駆動装置。 The excitation pattern output unit (20) has a saturation determination unit (27) that determines a non-saturated state in which the drive voltage is not saturated and a saturated state in which the drive voltage is saturated.
The time control unit (26) controls the ratio of the excitation time (61) when the determination by the saturation determination unit (27) is in the saturated state, and the determination by the saturation determination unit (27) is not. The driving device according to claim 1 or 2, wherein the control of the ratio of the excitation time (61) is stopped in the saturated state.
コイル(5)を励磁した励磁電流(I2)及び前記コイル(5)からの回生電流(I3)が流れるセンシング抵抗(42)の電圧降下を検出して増幅する第1増幅回路(53)と、
前記第1増幅回路(53)から出力された電圧を更に増幅する第2増幅回路(54)と、
前記第1増幅回路(53)から出力された電圧と前記第2増幅回路(54)から出力された電圧の差を増幅して、前記ステッピングモータの振動に起因して電流に含まれるリップル電流として出力する第3増幅回路(55)とを有する
ことを特徴とするリップル電流検出回路。 A ripple current detection circuit (52) provided in a drive device that drives a stepping motor.
The first amplifier circuit (53) that detects and amplifies the voltage drop of the sensing resistor (42) through which the exciting current (I2) that excites the coil (5) and the regenerative current (I3) from the coil (5) flows.
A second amplifier circuit (54) that further amplifies the voltage output from the first amplifier circuit (53), and
The difference between the voltage output from the first amplifier circuit (53) and the voltage output from the second amplifier circuit (54) is amplified to form a ripple current included in the current due to the vibration of the stepping motor. A ripple current detection circuit having a third amplifier circuit (55) for output.
前記指令パルスに従って励磁パターン出力部(20)から単位励磁周期(T)で励磁パターン信号を出力するとともに、前記励磁パターン信号に従って素子駆動部(12)で出力段部(11)のスイッチング素子のON/OFFを切り換えることにより、前記ステッピングモータをステップ駆動すること、
定電流コントロール部(30)において、制御用電流検出回路(51)で定電流制御用の電流を検出し、検出された前記電流に基づいて制御用スイッチング素子(32)のON/OFFを切り換えて前記ステッピングモータに印加する駆動電圧を調節することにより定電流制御を行うこと、
前記定電流コントロール部(30)に設けたリップル電流検出回路(52)により、ステップ駆動する前記ステッピングモータの振動に起因して前記コイル(5)に流れる電流に含まれるリップル電流を検出すること、及び、
前記駆動電圧を印加して前記コイル(5)を励磁する励磁時間(61)と、前記コイル(5)を励磁しないOFF時間(62)との前記単位励磁周期(T)における割合を制御する時間制御部(26)により、検出された前記リップル電流が増加するときには、前記単位励磁周期(T)における前記駆動電圧の前記励磁時間(61)の割合を減少させ、前記リップル電流が減少するときには、前記単位励磁周期(T)における前記励磁時間(61)の割合を増加させること
を含む駆動方法。 It is a drive method for driving the stepping motor by switching the excitation to the coil (5) of the stepping motor by inputting a command pulse.
An excitation pattern signal is output from the excitation pattern output unit (20) in a unit excitation cycle (T) according to the command pulse, and the switching element of the output stage unit (11) is turned on by the element drive unit (12) according to the excitation pattern signal. Step driving the stepping motor by switching / OFF,
In the constant current control unit (30), the control current detection circuit (51) detects the constant current control current, and the control switching element (32) is switched ON / OFF based on the detected current. Performing constant current control by adjusting the drive voltage applied to the stepping motor,
The ripple current detection circuit (52) provided in the constant current control unit (30) detects the ripple current included in the current flowing through the coil (5) due to the vibration of the stepping motor driven in steps. as well as,
Time to control the ratio of the excitation time (61) for applying the drive voltage to excite the coil (5) and the OFF time (62) for not exciting the coil (5) in the unit excitation cycle (T). When the ripple current detected by the control unit (26) increases, the ratio of the excitation time (61) of the drive voltage to the unit excitation cycle (T) is reduced, and when the ripple current decreases, the ratio is reduced. A driving method comprising increasing the proportion of the excitation time (61) in the unit excitation period (T).
前記リップル電流検出回路(52)の第2増幅回路(54)により、前記第1増幅回路(53)から出力された電圧を更に増幅すること、及び、
前記リップル電流検出回路(52)の第3増幅回路(55)により、前記第1増幅回路(53)から出力された電圧と前記第2増幅回路(54)から出力された電圧の差を増幅して前記リップル電流として出力すること
を含む請求項6記載の駆動方法。 A sensing resistor (I3) through which an exciting current (I2) that excites the coil (5) and a regenerative current (I3) from the coil (5) flow by the first amplifier circuit (53) of the ripple current detection circuit (52). 42) Detecting and amplifying the voltage drop,
The voltage output from the first amplifier circuit (53) is further amplified by the second amplifier circuit (54) of the ripple current detection circuit (52), and
The third amplifier circuit (55) of the ripple current detection circuit (52) amplifies the difference between the voltage output from the first amplifier circuit (53) and the voltage output from the second amplifier circuit (54). The driving method according to claim 6, further comprising outputting as the ripple current.
前記時間制御部(26)により、前記飽和判定部(27)による判定が前記飽和状態のときに前記励磁時間(61)の割合の制御を行い、前記飽和判定部(27)による判定が前記非飽和状態のときに前記励磁時間(61)の割合の制御を停止させること
を含む請求項6又は7記載の駆動方法。 The saturation determination unit (27) provided in the excitation pattern output unit (20) determines between an unsaturated state in which the drive voltage is not saturated and a saturated state in which the drive voltage is saturated, and
The time control unit (26) controls the ratio of the excitation time (61) when the determination by the saturation determination unit (27) is in the saturated state, and the determination by the saturation determination unit (27) is not. The driving method according to claim 6 or 7, wherein the control of the ratio of the excitation time (61) is stopped in the saturated state.
前記リップル電流検出回路(52)の第2増幅回路(54)により、前記第1増幅回路(53)から出力された電圧を更に増幅すること、及び、
前記リップル電流検出回路(52)の第3増幅回路(55)により、前記第1増幅回路(53)から出力された電圧と前記第2増幅回路(54)から出力された電圧の差を増幅して、前記ステッピングモータの振動に起因して電流に含まれるリップル電流として出力すること
を含むことを特徴とするリップル電流検出方法。 The exciting current (I2) that excites the coil (5) of the stepping motor and the regeneration from the coil (5) by the first amplification circuit (53) of the ripple current detection circuit (52) provided in the drive device of the stepping motor. Detecting and amplifying the voltage drop of the sensing resistor (42) through which the current (I3) flows,
The voltage output from the first amplifier circuit (53) is further amplified by the second amplifier circuit (54) of the ripple current detection circuit (52), and
The third amplifier circuit (55) of the ripple current detection circuit (52) amplifies the difference between the voltage output from the first amplifier circuit (53) and the voltage output from the second amplifier circuit (54). A method for detecting a ripple current, which comprises outputting the current as a ripple current included in the current due to the vibration of the stepping motor.
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