[發明專利]步進馬達的驅動電路及其驅動方法、以及使用該步進馬達的驅動電路的電子設備

在審

• 申請號: 202010117310.7
• 申請日: 2020-02-25
• 公開（公告）號: CN111628681A
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發明（設計）人: 土橋正典;橋本浩樹;岡田光央
• 申請（專利權）人: 羅姆股份有限公司
• 主分類號: H02P8/12
• 分類號: H02P8/12;H02P8/38
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司 11287
• 代理人: 林斯凱

本發明的課題在于提供一種能夠將對系統的設計或控制有用的信息輸出到外部的驅動電路。本發明涉及一種步進馬達的驅動電路及其驅動方法、以及使用該步進馬達的驅動電路的電子設備。反電動勢檢測電路(230)檢測線圈(L1)中產生的反電動勢(VBEMF)。轉數檢測電路(232)獲取步進馬達(102)的轉數(ω)。負載角推定部(222)基于反電動勢(VBEMF)及轉數(ω)算出負載角。接口電路(280)構成為能夠將與負載角相關的角度信息輸出到外部，或者能夠從外部訪問角度信息。

技術領域

本發明涉及一種步進馬達的驅動技術。

背景技術

步進馬達在電子設備、工業機械、機器人中廣泛采用。步進馬達是與主機控制器所產生的輸入時鐘同步旋轉的同步馬達，對啟動、停止、定位具有優異的控制性。進而，步進馬達具有如下特性：能夠進行開環下的位置控制，此外，適合數字信號處理。

在正常狀態下，步進馬達的轉子以與輸入時鐘數成正比的步進角為單位同步旋轉。但是，如果產生突然的負載變動或速度變化，就會失去同步。將上述情況稱為失步。一旦發生失步，此后為了正常地驅動步進馬達就需要特別的處理，因此較為理想的是防止失步。

因此，在失步的可能性高的加速時及減速時，將驅動電流的目標值設定為固定值，以便獲得足夠大到不相對于速度變化引起失步的程度的輸出轉矩。

專利文獻5中提出了如下技術：通過防止失步并且利用反饋將輸出轉矩(即電流量)最佳化，減少消耗電力而改善效率。圖1是具備現有的步進馬達及其驅動電路的馬達系統的框圖。

主機控制器2對驅動電路4供給輸入時鐘CLK。驅動電路4與輸入時鐘CLK同步地使勵磁位置變化。

圖2是說明勵磁位置的圖。勵磁位置能夠以流過步進馬達6的兩個線圈L1、L2的線圈電流(驅動電流)IOUT1、IOUT2的組合加以理解。圖2中示出8個勵磁位置1～8。在1相勵磁中，電流交替地流過第1線圈L1及第2線圈L2，并在勵磁位置2、4、6、8間轉變。在2相勵磁中，電流流過第1線圈L1及第2線圈L2這兩個線圈，并在勵磁位置1、3、5、7間轉變。關于1-2相勵磁，為1相勵磁與2相勵磁的組合，從而在勵磁位置1～8間轉變。在微步進驅動中，更細微地控制勵磁位置。

圖3是說明步進馬達的驅動順序的圖。起動時，輸入時鐘CLK的頻率fIN隨著時間上升，從而步進馬達加速。接下來，頻率fIN如果達到某一目標值，就保持固定，從而步進馬達定速旋轉。此后，使步進馬達停止時，使輸入時鐘CLK的頻率降低，從而使步進馬達減速。也將圖3的控制稱為梯形波驅動。

在正常狀態下，步進馬達的轉子以與輸入時鐘數成正比的步進角為單位同步旋轉。但是，如果產生突然的負載變動或速度變化，就會失去同步。將上述情況稱為失步。一旦發生失步，此后為了正常地驅動步進馬達就需要特別的處理，因此較為理想的是防止失步。

因此，在失步的可能性高的加速時及減速時，將驅動電流的目標值IREF設定為固定值IFULL(高轉矩模式)以便獲得考慮失步裕度的足夠大的固定輸出轉矩。

在轉數穩定而失步的可能性低的狀況下，使驅動電流的目標值IREF減少，改善效率(高效率模式)。專利文獻5中提出了如下技術：通過防止失步并且利用反饋將輸出轉矩(即電流量)最佳化，減少消耗電力而改善效率。具體來說，基于反電動勢VBEMF推定負載角φ，以負載角φ接近目標值(稱為目標角)φREF的方式反饋控制驅動電流(線圈電流)的目標值IREF。反電動勢VBEMF以式(1)表示。

VBEMF＝KE×ω×cosφ…(1)

ω為步進馬達的角速度(以下稱為轉數或頻率)，KE為反電動勢常數，且為馬達所固有的參數。

專利文獻5所記載的技術中，以與負載角相對應的檢測值cosφ接近其目標值cos(φREF)的方式，形成反饋回路，而將高效率模式下的線圈電流IOUT1、IOUT2最佳化。