CN1327607C - 步进电动机驱动装置和方法 - Google Patents

Abstract

基准信号发生单元产生表示具有阶梯波形的电流极限值的基准信号(VCA)。PWM控制单元将用线圈测量单元得到的测量信号(SENA)与在用PWM定时信号发生单元产生的PWM定时信号的时间间隔的基准信号(VCA)进行比较，根据比较结果，将桥式整流电路的晶体管切换到导通和关断状态，从而PWM可控制供给线圈的供电电流。放电指令信号发生单元当基准信号(VCA)减小时发出放电指令信号(MMCPA)。响应于此，PWM控制单元在桥式整流电路中形成电流路径，使再生电流回流到电源和电容器中。

Description

步进电动机驱动装置和方法

本申请基于在日本提交的申请号为2003-62052的申请，兹引入其内容以供参考。

技术领域

本发明涉及步进电动机驱动装置。更具体地说，本发明涉及一种以低噪声、低振动和高效率驱动步进电动机的技术。

背景技术

由于步进电动机对定位控制的合适的性能特性，步进电动机已经被常规地用于拍摄用电子学装置，诸如DSC(数码相机或所谓“数字照相机”)和DVD(数字摄像机)供光圈、焦距、变焦等的调节。

步进电动机，特别是用于拍摄用电子学装置的那些步进电动机被要求在低噪声和低振动下工作。这是由于步进电动机发出的声音被拍摄用电子学装置的内置微音器捕获，作为噪声被记录下来；步进电动机发出的振动引起拍摄用电子学装置的不稳定性，招致图像品质的下降。

响应于上述需要，一种以低噪声和低振动驱动步进电动机的技术正崭露头角，例如，请见日本专利申请出版物No.H06-343295。

图21示出了该出版物中披露的一种驱动装置(下面的描述仅被集中于为了解释该装置的原理所需的零部件上)。

在图21中，参考数字20指被驱动装置驱动的步进电动机。该步进电动机20包括转子45、第一线圈19a和第二线圈19b。

一种升降计数器43a按照升降信号DA对时钟信号CLKP向上计数或向下计数，输出表示向D/A变换器44a的计数的4位信号DA1-DA4。

D/A变换器44a输出相应于4位信号DA1-DA4的电压信号VCA。该电压信号VCA具有逐步上升和下降的阶梯波形。电压信号VCA的电平的变化速率可随时钟信号CLKP的频率(一种更精确的脉冲频率)以及各阶梯中电压信号VCA的减量或增量而变。当时钟信号CLKP的脉冲频率越高时，以及当各阶梯中电压信号VCA的减量或增量越高时，电压信号VCA的电平的变化速率就越大。进而，通过停止时钟信号CLKP，电压信号VCA可保持在固定的电平上。

驱动电路39a借助于非反相功率放大器41a，也借助于反相功率放大器42a对电压信号VCA进行放大。因此，在功率放大器41a和42a的各输出端之间连接的第一线圈19a通过电压的施加而被驱动。

如上所述的同一组零部件也被提供给第二线圈19b，通过施加按照阶梯波形的电压来驱动第二线圈19b。

按照这种结构，加到线圈上的电压在激励的开始时逐步增加，在激励的结束时则逐步减少，所以在激励的开始和结束时突变转矩的起伏减少。因此，与加到线圈上的电压的突然升降的情形相比，有一种降低因转矩起伏而产生的振动和噪声的效应。

但是，遗憾的是，上述常规的驱动装置不能足够迅速地随着阶梯波形的逐步下降而减少线圈电流，因而线圈电流不能精确地跟随阶梯波形。由于这种不足够的精度，即使电压信号接近于一种适合于压低噪声和振动的阶梯波形，例如正弦波形，线圈电流也不能紧紧跟随近似正弦的阶梯波形。这就引起了第一个问题，即达不到压低噪声和振动的预期效果。

另外，还有第二个问题，即由于线圈电流在全部时间内均被供给，常规的驱动装置有大的功耗。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而进行的，其第一个目的在于提供一种以低噪声和低振动驱动步进电动机的驱动装置。

本发明的第二个目的在于提供一种以降低了的功耗驱动步进电动机的驱动装置。

本发明的一个方面是一种步进电动机驱动装置，包括：脉冲宽度调制控制单元，按照表示电流极限值的基准信号，可对来自电源电路并供给包括在步进电动机内的线圈的供电电流进行脉冲宽度调制；放电指令信号输出单元，当电流极限值减小时，可输出放电指令信号；以及放电控制单元，在放电指令信号被输出的时间内，使再生电流从线圈回流到电源电路中。

此处，该步进电动机驱动装置还包括：桥式整流电路，包含多个开关单元，可对流过线圈的电流进行整流。放电控制单元通过使各开关单元独立地进入导通状态和非导通状态之一的预定状态，使再生电流从线圈回流到电源电路中。

按照上述结构，当电流极限值减少时，使得来自线圈的再生电流回流到电源电路中。其结果是，线圈电流中的能量迅速移动到电源电路中，这就加速了再生电流的衰减。因而，线圈电流能较精确地跟随减少中的电流极限值。

因此，例如当供给接近于正弦波形的基准信号，其目的在于有效地压低噪声和振动时，线圈电流能精确地跟随近似的正弦阶梯波形。因而，这就足以达到压低噪声和振动的预期效果。

另外，因为步进电动机驱动装置对供给线圈的供电电流进行脉冲宽度调制，所以功耗低于常规电压控制时的功耗。

此处，该步进电动机驱动装置还可包括：同步整流控制单元，通过使至少2个开关单元进入导通状态，以与线圈形成闭合电路，从而可使再生电流从线圈绕桥式整流电路环流。

按照上述结构，线圈中的能量被保持在桥式整流电路中，这就改善了电源效率。

此处，放电指令信号输出单元可得到指定放电周期长度的周期指定的信号，并在电流极限值减小时开始的指定放电周期内输出放电指令信号。

按照上述结构，即使当基准信号按非均匀梯级减少，也可在一个合适的期间内通过供给指定周期长度的适当信号来输出放电指令信号。为了更加具体起见，系在大致等于放电电流趋近于在各梯级中减小了的电流极限值所取的时间的期间内输出放电指令信号。

按照这一放电指令信号，放电电流以一个精确相应于各梯级中基准信号的减量的量而减少，该量既不太多，也不太少。因而，放电电流可更精确地跟随电流极限值。

此处，该步进电动机驱动装置还可包括：线圈电流测量单元，可测量从线圈回流到电源电路中的再生电流；以及比较单元，可将测得的再生电流与电流极限值进行比较。放电指令信号输出单元在电流极限值减小至测得的再生电流降落到减小了的电流极限值以下时开始的期间内，输出放电指令信号。

此处，该步进电动机驱动装置还可包括：与线圈和电源电路串联连接的电阻器。再生电流从线圈通过该电阻器回流到电源电路中。线圈电流测量单元可测量根据电阻器两端的电压的再生电流。

按照上述结构，在由基准信号示出的电流极限值减少的时刻开始，直至测得的放电电流下降到已经减小的电流极限值以下的期间内，输出放电指令信号。

按照这一放电指令信号，放电电流以一个精确相应于各梯级中基准信号的减量的量而减少，该量既不太多，也不太少。因而，放电电流可更精确地跟随电流极限值。

此处，从电源电路到线圈的供电电流以及再生电流流过电阻器。线圈电流测量单元可测量根据电阻器两端的电压流到线圈中的供电电流。脉冲宽度调制控制单元可将测得的供电电流与电流极限值进行比较，并按照比较结果对供电电流进行脉冲宽度调制。

按照上述结构，一个电阻器既测量供给电流，又测量放电电流，起到简化电路的作用。

此处，该步进电动机驱动装置还可包括：桥式整流电路，包含多个开关单元，可对流过线圈和进入导通状态的开关单元之一的电流进行整流，开关单元之一是第一半导体元件，起电阻器的作用；基准电流供给电路，可供给在电流极限值的电流；以及第二半导体电路，与基准电流供给电路串联连接，并处于导通状态之中。比较单元可将第一半导体元件两端的第一电压与第二半导体元件两端的第二电压进行比较。放电指令信号输出单元可在直至第二电压降落到第一电压以下的期间内，输出放电指令信号。

按照上述结构，应用加在构成桥式整流电路的开关元件两端的电压来测量线圈电流。这就消除了串接一个专用电阻器用于测量线圈电流的需要。因而，电源效率未受损害，而功耗却减少了。

另外，第一半导体元件和第二元件可被通过同一扩散工艺制造的具有均匀性质的晶体管所涵盖。这就改善了在线圈电流的测量中的相对精度。

此处，该步进电动机驱动装置还可包括：数字信号接收单元，可接收表示电流极限值的数字信号。该步进电动机驱动装置可通过对接收到的数字信号进行数字-模拟变换来得到基准信号。

按照上述结构，根据数字信号产生基准信号，以接近于任何所需的波形。因此，很容易并且方便地产生一个接近于适合压低噪声和振动的波形的基准信号，如正弦波形即是。

此处，步进电动机可包括与多个相一一对应的多个线圈。脉冲宽度调制控制单元按照表示相应线圈的电流极限值的基准信号，可对独立地供给各线圈的供电电流进行脉冲宽度调制。当各线圈中电流极限值减小时，放电指令信号输出单元可输出各线圈的放电指令信号。放电控制单元在放电指令信号的期间内，可使再生电流从相应的线圈回流到电源电路中。

按照上述结构，步进电动机驱动装置对供给各线圈的供电电流进行脉冲宽度调制控制，也对来自各线圈的再生电流进行放电控制。因此，各线圈电流可更精确地跟随减少中的电流极限值，所以达到压低噪声和振动的效果，以及降低功耗的效果。

本发明的另一方面是一种步进电动机驱动方法，包括：脉冲宽度调制步骤，按照表示电流极限值的基准信号，对来自电源电路并供给包括在步进电动机内的线圈的供电电流进行脉冲宽度调制；放电指令信号输出步骤，当电流极限值减小时，输出放电指令信号；以及放电控制步骤，在放电指令信号被输出的时间内，使再生电流从线圈回流到电源电路中。

按照上述方法，步进电动机以达到压低噪声和振动的效果以及降低上述功耗的效果的方式被驱动。

附图说明

本发明的这些目的和其它目的、优点和特点可结合表示本发明的具体实施例的附图从下述说明中将变得明显。

在这些图之中：

图1是表示步进电动机驱动装置的结构的功能框图；

图2是表示基准信号发生单元的结构的功能框图；

图3是表示基准信号发生单元中的主信号的时序图；

图4是表示激励逻辑单元中的主信号的时序图；

图5是表示在激励逻辑单元控制下所形成的电流路径A、B和C的示意图；

图6是表示激励逻辑单元中的主信号的另一时序图；

图7是表示在激励逻辑单元控制下所形成的电流路径D、E和F的示意图；

图8是表示另一步进电动机驱动装置的结构的功能框图；

图9是表示另一步进电动机驱动装置的结构的功能框图；

图10是表示极性反转开关的结构的功能框图；

图11是表示另一激励逻辑单元的结构的功能框图；

图12是表示激励逻辑单元中的主信号的时序图；

图13是表示在激励逻辑单元控制下所形成的电流路径G和H的示意图；

图14是表示另一步进电动机驱动装置的结构的功能框图；

图15是表示另一步进电动机驱动装置的结构的功能框图；

图16是表示串行数据通信单元中的主信号的时序图；

图17是表示串行数据通信单元的结构的功能框图；

图18是表示地址计数电路、数据计数电路、串-并变换电路和写信号发生电路的结构的功能框图；

图19是表示地址译码电路的结构的功能框图；

图20是表示电阻电路的结构的功能框图；

图21是表示常规步进电动机驱动装置的结构的功能框图。

具体实施方式

实施例1

按照本发明实施例1的步进电动机驱动装置对从电源电路加到步进电动机中所包括的线圈的电流进行PWM(脉冲宽度调制)控制。此处，PWM控制是按照基准信号应用电流断续法进行的。基准信号具有阶梯波形，各梯级中波形的电平表示电流极限值。

当基准信号减小时，步进电动机驱动装置在预定的期间内输出放电指令信号。在放电指令信号被输出的时间内，步进电动机驱动装置工作，引起再生电流从线圈回流到电源电路中。

在下文中将参照附图对步进电动机驱动装置进行描述。

(整体结构)

图1是表示步进电动机驱动装置的整体结构的功能框图。该图也表示被步进电动机驱动装置驱动的步进电动机。

如图1所示，步进电动机20包括转子45，以及对应于不同相位的第一线圈19a和第二线圈19b。

步进电动机驱动装置包括PWM定时信号发生单元1、基准信号发生单元110a、放电指令信号发生单元115a、PWM控制单元120a、桥式整流电路130a、线圈电流测量单元140a、电源8和DC耦合电容器7。电源8和电容器7被并联连接在一起，形成电源电路。

因为同一组零部件被提供给各线圈，下面的描述仅对被提供给第一线圈19a的零部件进行。

基准信号发生单元110a按照时钟信号CLKP、升降信号DA和步进频率指定信号FDA，输出在预定的步进频率处逐步上升和下降的具有阶梯波形的基准信号VCA。另外，基准信号发生单元110a在基准信号VCA减小时的某一时刻输出触发信号MCPA。

放电指令信号发生单元115a在预定的期间内依赖于触发信号MCPA的输出来输出放电指令信号MMCPA。放电指令信号发生单元115a的时间常数这样决定，使得放电指令信号MMCPA在大致等于放电电流趋近于基准信号VCA的一个步进减少所取的时间的期间内被输出。

PWM控制单元120a包括运算放大器(在下文中称为“运放”)4、触发器5和激励逻辑单元6。

桥式整流单元130a包括晶体管10-13和续流二极管14-17。

具体地说，晶体管11或13响应于栅信号GA2或GA4使供给线圈19a的供给电流断续，栅信号GA2或GA4按照极性信号PHCA从激励逻辑单元输出。

晶体管10-13按照从激励逻辑单元输出的栅信号GA1-GA4形成一条电流路径。在放电指令信号MMCPA被输出的时间内，晶体管10-13形成一条不同于在供电电流的时间所形成的电流路径的电流路径，其结果是引起再生电流从线圈19a回流到电源电路中。

在下文中，引起再生电流回流到电源电路中的动作也可称之为“放电”，再生电流也可称之为“放电电流”。

线圈电流测量单元140a包括导通电阻调节电路24、晶体管23和运放21。晶体管23被导通电阻调节电路24调节为具有预定的导通电阻。运放21输出表示在晶体管23两端产生的正比于放电电流的电压的测量信号SENA。

(基准信号发生单元110a的详细情况)

图2是表示基准信号发生单元110a的细部结构的功能框图。步进频率开关单元按照步进频率指定信号FDA，或选择时钟信号CLKP，或选择将时钟信号CLKP分成两个而得到的信号。所选择的信号然后作为步进频率信号A被输出给升降计数器。

升降计数器按照升降信号DA对步进频率信号A向上计数或向下计数。升降计数器将表示计数的4位信号DA0-DA3输出给D/A变换器。D/A变换器将4位信号DA0-DA3变换为模拟电压，并将所得到的模拟电压作为基准信号VCA输出。因为升降计数器和D/A变换器二者在技术方面都是熟知的，其详细描述在此处就从略了。

触发信号发生单元在时钟信号CLKP、升降信号DA和步进频率信号A均处于低电平的时间内输出处于高电平的触发信号MCPA。触发信号MCPA的上升沿指示基准信号VCA减小的某一时刻。

图3是表示基准信号发生单元110a中的主信号的时序图。为了说明方便起见，二进制信号的低电平和高电平在下文中分别指“0”和“1”。

从时刻t0至t1，时钟信号CLKP与步进频率指定信号FDA“1”和升降信号DA“1”一起被发出。响应于此，升降计数器和D/A变换器产生具有阶梯波形的基准信号VCA，该阶梯波形以高步进频率从最低电平上升至最高电平。

从t1至t2，时钟信号CLKP被停止，所以基准信号VCA被保持在最高电平。

从t2至t3，时钟信号CLKP与步进频率指定信号FDA “ 1”和升降信号DA“0”一起被发出。响应于此，升降计数器和D/A变换器产生具有阶梯波形的基准信号VCA，该阶梯波形以高步进频率从最高电平下降至最低电平。在此时间内，触发信号发生单元在基准信号VCA跌落一个梯级的各时刻输出触发信号MCPA“1”。

从t4至t7，发出步进频率指定信号FDA“0”。响应于此，产生具有阶梯波形的在低的步进频率下上升和下降的基准信号VCA。具体地说，在从t6至t7的时间内，触发信号发生单元在基准信号VCA跌落一个梯级的各时刻输出触发信号MCPA“1”。

放电指令信号发生单元115a与触发信号MCPA的上升沿同时开始，在上述预定的期间内输出放电指令信号MMCPA“1”。

(线圈电流控制的详细情况)

接着，对线圈电流控制工作作出详细说明，该控制工作由放电指令信号发生单元115a、PWM控制单元120a、桥式整流电路130a和线圈电流测量单元140a协同进行。此处描述的控制工作包括供电电流的PWM控制工作以及再生电流的放电工作。

图4是表示与主题控制工作相关的主信号的时序图。图中所示的例子是极性信号PHCA为“1｀”的情形。

此处，栅信号GA1和GA3的每一个均为负逻辑信号，以致当信号为“0”时相应的晶体管导通。另一方面，栅信号GA2和GA4的每一个均为正逻辑信号，以致当信号为“1”时相应的晶体管导通。

依赖于放电指令信号MMCPA与供电指令信号Q的联合作用，线圈电流控制的整个周期被分为(A)供电周期，(B)再生周期和(C)放电周期。

图5是表示分别在上述各周期(A)-(C)中所形成的电流路径A、B和C的示意图。

(在供电周期内的控制)

PWM定时信号发生单元1以预定的时间间隔(未图示)产生指使供电周期开始的PWM定时信号。触发器5被设定在PWM定时信号为“1”时，从而输出“1”作为指示供电周期的供电指令信号Q。响应于此，信号CHA切换至“1”。

在放电指令信号MMCPA为“0”和信号CHA为“1”的时间内，激励逻辑单元6把通过在逻辑上将两个信号与极性信号PHCA“1”组合起来而得到的栅信号GA1-GA4供给相应的晶体管。其结果是，晶体管10和13进入导通状态，晶体管11和12进入非导通状态。

按照该工作，形成了图5所示的电流路径A。在该电流路径上，供给线圈19a的供电电流流过晶体管10和13，如在图中线圈19a从右至左所看到的那样。因此，供电电流渐次增加。

运放4将测量信号SENA与基准信号VCA进行了比较。当测量信号S ENA高于基准信号VCA的电压(即，测得的供电电流高于由基准信号VCA示出的电流极限值)时，运放4发出高电平输出信号对触发器5进行复位。

其结果是，放电指令信号Q切换至“ 0”，此“ 0”信号又转而将栅信号GA4切换至“ 0”。因此，晶体管13进入非导通状态，所以供给线圈19a的供电电流被停止。

(在再生周期内的控制)

在供电指令信号Q和放电指令信号MMCPA均为“0”的时间内，激励逻辑单元6把通过在逻辑上将该两个信号与极性信号PHCA“1”组合起来而得到的栅信号GA 1-GA4输出给相应的晶体管。其结果是，晶体管10进入导通状态，晶体管11、12和13进入非导通状态。

按照该工作，形成了图5所示的电流路径B。在该路径上，再生电流从线圈19a经晶体管10和续流二极管16环流。因此，再生电流渐次减小。

上述供电周期和再生周期在PWM定时信号被发出的各次均被重复。按照这种配置，线圈电流被调整至由基准信号VCA所示的电流极限值。

(在放电周期内的控制)

如上所述，放电指令信号发生单元115a在基准信号VCA减小的时刻并且在大致等于放电电流趋近于基准信号VCA的一个步进减少所取的时间的期间内输出指示放电周期的放电指令信号MMCPA “ 1”。

激励逻辑单元6通过在逻辑上将放电指令信号MMCPA“1”、供电指令信号CHA“0”和极性信号PHCA “ 1”组合起来而得到的栅信号GA1-GA4输出给相应的晶体管。其结果是，晶体管11和12进入导通状态，晶体管10和13进入非导通状态。

按照该工作，形成了图5所示的电流路径C。在该路径上，放电电流从线圈19a经晶体管11和12回流到电源电路中。因此，放电电流渐次减小。应该指出，当回流到电源电路中时，放电电流比起经过表现出相当高的导通电阻的续流二极管绕桥式整流电路环流时衰减得更快。

上述放电周期在放电指令信号MMCPA被发出的各次均被重复。该工作允许跟随电流极限值的线圈电流比起仅仅重复供电周期和再生周期的情形要更加精确。

图6是表示在放电周期内与控制工作相关的主信号的时序图。图中所示的例子是极性信号PHCA为“0”的情形。

与极性信号PHCA为“1”的情形类似，依赖于放电指令信号MMCPA与供电指令信号Q的组合，控制的整个周期被分为(D)供电周期，(E)再生周期和(F)放电周期。

图7是表示分别在上述周期(D)-(F)内所形成的电流路径D、E和F的示意图。

从图6和7显然可看到，在极性信号PHCA为“0”与“1”的情形之间的唯一差异是电流在互相相反的方向流过线圈。这就是说，在极性信号PHCA为“0”的情形中，如图中看到的那样，电流从左至右流过线圈。还有，线圈电流精确跟随电流极限值的效果仍然达到了。

如上所述，线圈电流以改善了的精度跟随电流极限值。因此，当基准信号接近于旨在达到极大地压低噪声和振动的正弦波形时，线圈电流精确地跟随基准信号。其结果是，噪声和振动效果如预期那样达到。

另外，因为按照实施例1的步进电动机驱动装置应用电流断续法进行了PWM控制，其功耗低于常规电压控制所需的功耗。

请注意，线圈电流测量单元140a可以仅用电阻器来替代导通电阻调节电路24和晶体管23构成，或者也可以不用运放21构成。

实施例2

按照本发明实施例2的步进电动机驱动装置与实施例1的步进电动机驱动装置的不同之处在于，放电指令信号MMCPA的期间可随指定信号而变。在下文中，主要描述与实施例1的差异。

(与放电指令信号的产生相关的结构)

图8是表示与放电指令信号的产生相关的结构的功能框图。与实施例1的差异在于放电指令信号发生单元116a。

放电指令信号发生单元116a得到指定信号PRGA。通过应用受到指定信号PRGA控制的开关，放电指令信号发生单元116a以两个电平的极性之一来产生电压。另外，通过应用恒流源和电容器，放电指令信号发生单元116a使触发信号MCPA的上升沿反转为具有恒定梯度的斜波波形。

与触发信号MCPA的上升沿同时，放电指令信号发生单元116a在直至已受调制的斜波波形超过所产生的电压的期间内输出放电指令信号MMCPA。

按照上述结构，即使在各梯级中基准信号VCA按不同的减量减少时，适当的指定信号PRGA可使放电指令信号发生单元116a在大致等于放电电流跟随各梯级中的减量所取的时间的期间内输出放电指令信号MMCPA。

如上所述，放电指令信号保证了放电电流减少一个精确地对应于各梯级中基准信号VCA的减量的量，该量既不太多，也不太少。因此，放电电流更精确地跟随电流极限值。

实施例3

按照实施例3的步进电动机驱动装置与实施例1的步进电动机驱动装置的不同之处在于，放电指令信号MMCPA的期间可根据在放电电流与电流极限值之间的比较而被决定。在下文中，主要描述与实施例1的差异。

(与放电指令信号的产生相关的结构)

图9是表示与放电指令信号的产生相关的结构的功能框图。与实施例1的差异在于放电指令信号发生单元117a和线圈电流测量单元141a。

线圈电流测量单元141a包括输出跨越晶体管23至运放21所产生的电压的极性反转开关142a。极性反转开关142a使电压的极性反转，从而相反极性的电压在供电周期和放电周期内被输出。因为供电电流和放电电流沿相反的方向流过晶体管23，所以电压极性的反转允许运放21测量流过晶体管23的电流的绝对值。

图10示出极性反转开关142a的结构的一个例子。

放电指令信号发生单元117a包括一个边沿触发的触发器。该边沿触发的触发器被设定为与触发信号MCPA的上升沿同步，放电指令信号MMCPA依据触发信号MCPA而开始输出。在测量信号SENA降至基准信号VCA的电压以下(即测得的放电电流降至由基准信号VCA所示的电流极限值以下)的时刻，运放4的输出信号切换到低电平，从而将边沿触发的触发器清零。其结果是，放电指令信号MMCPA被停止。

这就是说，在由基准信号VCA所示的电流极限值减小的时刻开始直至测得的放电电流降至减小了的电流极限值以下的时刻的期间内，放电指令信号MMCPA被输出。

如上所述，放电指令信号MMCPA保证了放电电流减少一个精确地对应于各梯级中基准信号VCA的减量的量，该量既不太多，也不太少。因此，放电电流更精确地跟随电流极限值。

实施例4

按照本发明实施例4的步进电动机驱动装置与实施例1的步进电动机驱动装置的不同之处在于进行同步整流控制。在再生周期内进行同步整流控制。为了进行同步整流控制，激励逻辑单元46使构成桥式整流电路的两个晶体管10和12进入导通状态，所以再生电流从线圈19a经晶体管10和12环流。在下文中，主要描述与实施例1的差异。

(激励逻辑单元46的详细情况)

图11是表示进行同步整流控制的激励逻辑单元46的详细结构的功能框图。

激励逻辑单元46包括一个产生了信号CHA1和信号CHA2的径流保护逻辑单元。信号CHA1指示通过缩短在其间信号CHA为“1”的周期而得到的周期，信号CHA2指示通过缩短在其间信号CHA为“0”的周期而得到的周期。通过在逻辑上将信号CHA1及CHA2、放电指令信号MMCPA和极性信号PHCA组合起来，径流保护逻辑单元产生栅信号GA1-GA4。

图12是表示激励逻辑单元46中的主信号的时序图。图中所示的例子是极性信号PHCA为“1”的情形。

按照放电指令信号MMCPA与信号CHA1和CHA2的组合，同步整流控制的整个周期被分为：(A)缩短了的供电周期，(B)第一径流保护周期，(C)缩短了的放电周期，(G)同步整流周期和(H)第二径流保护周期。

图13是表示在(G)同步整流周期和(H)第二径流保护周期内所分别形成的电流路径G和H的示意图。

请注意，在(A)缩短了的供电周期、(B)第一径流保护周期和(C)缩短了的放电周期内所形成的栅信号和最终电流路径与在实施例1中描述过的(A)供电周期、(B)再生周期和(C)放电周期内所形成的栅信号和最终电流路径相同。(请见图5以供参考)。

(在同步整流周期内的控制)

在放电指令信号MMCPA为“1”，信号CHA1为“0”，信号CHA2为“1”的时间内，激励逻辑单元46把通过在逻辑上将三个信号与极性信号PHCA“1”组合起来而得到的栅信号GA1-GA4供给相应的晶体管。其结果是，晶体管10和12进入导通状态，晶体管11和13进入非导通状态。

按照该工作，形成了图13所示的电流路径G。在该电流路径上，再生电流从线圈19a经晶体管10和12环流，所以再生电流渐次减小。在电流路径G中，再生电流流过晶体管12，它不同于上述再生周期(该再生周期对应于在同步整流控制下的第一径流保护周期)内所形成的电流路径。

一般来说，晶体管的导通电阻小于二极管的导通电阻。因此，在同步整流周期内，线圈电流比在上述再生周期内衰减得要缓慢。换言之，留在线圈内的能量被保持在桥式整流电路内，从而改善了能量效率。

(在径流保护周期内的控制)

第一和第二径流保护周期在供电周期、同步整流周期和放电周期之间的过渡期内被提供。通过提供第一和第二径流保护周期，避免了两个串联连接的晶体管10和11或12和13同时进入会引起短路的导通状态。

请注意，当极性信号PHCA为“0”(未图示)时所形成的电流路径与当极性信号PHCA为“1”时所形成的电流路径大致相同，只是电流沿相反方向流动而已。还有，与极性信号PHCA为“1”的情形类似，线圈电流以改善了的精度跟随电流极限值。

实施例5

按照本发明实施例5的步进电动机驱动装置与实施例3的步进电动机驱动装置的不同之处在于，供给线圈的供电电流用构成桥式整流电路的晶体管之一进行测量。在下文中，主要描述与实施例3的差异。

(整体结构)

图14是表示实施例5的步进电动机驱动装置的整体结构的功能框图，该图也示出了被步进电动机驱动装置驱动的步进电动机。

请注意，同一参考数字往往指与实施例3中的零部件相同的零部件，因此其描述在此处就不重复了。再有，因为为各线圈配备同一组零部件，下面仅对为第一线圈19a配备的零部件进行描述。

本实施例的步进电动机驱动装置包括PWM定时信号发生单元1、基准信号发生单元110a、放电指令信号发生单元117a、PWM控制单元190a、桥式整流电路150a、线圈电流比较单元180a、电源8和DC耦合电容器7。电源8和电容器7被并联连接在一起，形成电源电路。

桥式整流电路150a不同于桥式整流电路130a之处在于，晶体管10和12的漏电压被输出到桥式整流电路150a的外部。

线圈电流比较单元180a包括基准电流源27、晶体管26、运放28和29、极性反转开关142a和供选择晶体管10和12之一的漏电压的开关。

PWM控制单元190a不同于PWM控制单元120a之处在于，运放4被省去并且触发器5响应于从线圈电流比较单元180a供给的比较结果信号R而被复位。

(线圈电流比较单元180a的详细情况)

线圈电流比较单元180a参考极性信号PHCA后选择进入导通状态的晶体管10和12之一的漏电压。

极性反转开关142a将所选择的漏电压与电源电压之差(即晶体管10或12两端的电压)输出给运放29。极性反转开关142a使电压的极性反转，所以相反极性的电压在供电周期和放电周期内被输出。因为供电电流和放电电流沿相反的方向流过，所以通过使电压极性反转，使得运放21能测量流过晶体管10或12的电流的绝对值。

基准电流源27按照基准信号VCA，对处于导通状态的晶体管26供给基准电流。响应于此，晶体管按照基准电流产生漏电压。

当晶体管26的漏电压高于运放29的输出电压时，运放28输出处于高电平的比较结果信号R。处于高电平的比较结果信号R表明晶体管26两端所产生的电压低于晶体管10或12两端所产生的电压(即测得的线圈电流超过由基准信号VCA所示的电流极限值)。

如上所述，就线圈电流与电流极限值之间的比较而论，运放28输出表示与实施例3的运放4所做的比较结果相同的比较结果的比较结果信号R。步进电动机驱动装置中其它的零部件按照比较结果信号R，以与实施例3相同的方式工作。

因而，本实施例的结构达到与实施例3的结构同样的效果。进而，因为无需供测量电流之用被串联插入电流路径中的专用电阻器，从而可更有效地驱动步进电动机。

实施例6

现在，对按照本发明实施例6的步进电动机驱动装置进行描述。它不同于实施例1的步进电动机驱动装置，本实施例的步进电动机驱动装置接收表示阶梯波形的各梯级的电平的串行数据，并且根据接收到的串行数据产生基准信号。在下文中，主要描述与实施例1的差异。

(整体结构)

图15是表示按照实施例6的步进电动机驱动装置的整体结构的功能框图。

请注意，同一参考数字往往指与实施例1中的零部件相同的零部件，因此其描述在此处就不重复了。再有，因为为各线圈配备同一组零部件，下面仅对为第一线圈19a配备的零部件进行描述。

步进电动机驱动装置包括PWM定时信号发生单元1、串行数据通信单元32、基准信号发生单元160a、放电指令信号发生单元115a、PWM控制单元120a、桥式整流电路130a、线圈电流测量单元140a、电源8和DC耦合电容器7。电源8和电容器7被并联连接在一起，形成电源电路。

串行数据通信单元32在根据通信控制信号ENAB和CLK所进行的控制下，接收串行信息信号DATA供各基准信号之用。串行信息信号DATA表示阶梯波形的各梯级的电平，以及各梯级的上升和下降。通过接收信号，串行数据通信单元32将接收到的串行信息信号DATA变换为并行数据。另外，串行数据通信单元32将最终的并行数据与时钟信号CLKP一起以相应于步进单位的时间间隔供给对应线圈的基准信号发生单元160a。

基准信号发生单元160a类似于基准信号发生单元110a，只是步进频率开关单元和升降计数器被省去并且触发信号MCPA通过不同的逻辑操作产生而已。通过从串行数据通信单元32接收表示各梯级的电平的并行数据，基准信号发生单元160a对该并行数据以相应于步进单位的时间间隔进行数字-模拟变换，从而产生了基准信号VCA。

(串行数据的详细情况)

图16是表示对于线圈之一相应于基准信号的一个梯级的串行数据的一个单位的时序图。对于要被供给相应的线圈的各基准信号而言，串行数据通信单元32对多个梯级按顺序接收这些串行数据。在图中，ENAB是单位时间信号，CLK是位同步信号，DATA是信息信号。

信息信号DATA的一个单位由8位组成。头3位是识别相应的线圈用的地址A2-A0，下一位是升降位DD，剩下的4位是表示梯级电平的数据D3-D0。

请注意，图16也表示在串行数据通信单元32中主信号的过渡时序，同时表示串行数据的接收时序。

(串行数据通信单元32的详细情况)

图17是表示串行数据通信单元32的详细结构的框图。串行数据通信单元32包括地址计数电路35、数据计数电路34、串-并变换电路33、写信号发生电路36、地址译码电路37和寄存电路38。

图18是表示地址计数电路35、数据计数电路34、串-并变换电路33和写信号发生电路36的详细结构的功能框图。

对于串行数据的一个单位的头4位，地址计数电路35对位同步信号CLK进行计数，输出表明信息信号DATA的头4位的接收已经完成的地址完成信号AD0和ADT。

用地址完成信号AD0触发后，对于串行数据的后4位，数据计数电路34对位同步信号CLK进行计数，输出表明信息信号数据DATA的全部8位的接收均已完成的数据完成信号DATC。

串-并变换电路33利用图20中上排所示的由4个触发器组成的移位寄存器，将信息信号DATA变换为并行数据。串-并变换电路33与地址完成信号ADT的上升沿同步地，将构成头4位的地址SAD0-SAD2和升降位DD闩锁到图20中下排所示的4个触发器中。其结果是，地址SAD0-SAD2和升降位DD与构成后4位的数据SD0-SD3分开。

写信号发生电路36在数据完成信号DATA和单位时间信号ENAB二者均已被输出的时间内输出写信号REC。

图19是表示地址译码电路37的详细结构的功能框图。

地址译码电路37产生信号RCKA和RCKB，这两个信号中的每一个构成在用于存储数据SD0-SD3和升降位DD的寄存电路38中所配备的5位寄存器组之一。按照写信号REC和地址SAD0-SAD2产生信号RCKA和RCKB。

图20是表示寄存电路38的详细结构的功能框图。

寄存电路38对第一线圈19a和第二线圈19b分别有5位寄存器组A和B。依赖于信号RCKA的接收，寄存电路38将数据SD0-SD3和升降位DD存储到寄存器组A中，并将所存储的数据作为5位并行信号DA0A-DA3A和DA输出。另一方面，依赖于信号RCKB的接收，寄存电路38将数据SD0-SD3和升降位DD存储到寄存器组B中，并将所存储的数据作为5位并行信号DA0B-DA3B和DB输出。

如上所述，基准信号发生单元160a基本上作为D/A变换器工作，采用由时钟信号CLKP所示的、在相应于各步进单位的时间间隔的数字-模拟变换并行数据DA0A-DA3A来产生基准信号VCA。

按照本实施例，基准信号VCA的各梯级的电平被串行数据逐一指定。这使得不仅能够产生接近于实施例1中所述的梯形波形的基准信号VCA，而且能够产生接近于所需的任何波形的基准信号VCA。例如，如果通过对正弦波进行取样产生串行数据，则能够得到接近于正弦波形的基准信号。

其它变例

虽然已利用上述实施例对本发明作出说明，但不言而喻，本发明并不限于上述具体的实施例。各种变例仍然可落入本发明的领域内，其说明如下。

(1)本发明可作为用计算机实现上述实施例中描述过的任何步进电动机驱动方法来执行的计算机程序而付诸实施。此外，本发明可作为表示这一计算机程序的数字信号来实施。

再有，本发明可作为存储上述计算机程序或数字信号的计算机可读记录介质来实施。这种计算机可读记录介质的例子包括软盘、硬盘、CD(小型盘)、MO(磁-光)盘、DVD(数字通用盘)和半导体存储器。

还有，本发明可作为通过网络传输的上述计算机程序或数字信号来实施，上述网络例如是电子通信网络、有线或无线通信网络，或者因特网。

还有，上述程序或数字信号能够以上述记录介质的形式或通过任何上述网络被传递给另一独立计算机系统。独立计算机系统然后可执行计算机程序或数字信号。

(2)上述实施例说明了晶体管11和13被用来进行对供电电流的断续控制的情形。但是，断续控制可用晶体管10和12来进行，仍然可达到压低振动和噪声的同样效果。

(3)上述实施例与2相步进电动机相关，但本发明的应用却不限于2相步进电动机。本发明可同等地应用于具有任何相数的步进电动机。例如，对5相步进电动机的各线圈电流进行的供电电流控制和放电控制仍落入本发明的领域内。

虽然利用例子并参照附图对本发明进行了完全的说明，但应该注意到，对于有经验的技术人员而言，显然也可进行各种改变和变形。因此，除非这些改变和变形偏离了本发明的领域，它们均应被包括在内而进行解释。

Claims (11)

1.一种步进电动机驱动装置，包括：

脉冲宽度调制控制单元，按照表示电流极限值的基准信号，可对来自电源电路并供给包括在步进电动机内的线圈的供电电流进行脉冲宽度调制；

放电指令信号输出单元，当电流极限值减小时，可输出放电指令信号；以及

放电控制单元，在放电指令信号被输出的时间内，使再生电流从线圈回流到电源电路中。

2.如权利要求1的步进电动机驱动装置，还包括：

桥式整流电路，包含多个开关单元，可对流过线圈的电流进行整流，其中：

所述放电控制单元通过使所述多个开关单元的每个独立地进入导通状态和非导通状态之一的预定状态，使再生电流从线圈回流到电源电路中。

3.如权利要求2的步进电动机驱动装置，还包括：

同步整流控制单元，通过使所述多个开关单元的至少两个进入导通状态以与线圈形成闭合电路，从而使再生电流从线圈绕桥式整流电路环流。

4.如权利要求1的步进电动机驱动装置，其中：

所述放电指令信号输出单元得到指定放电周期长度的周期指定信号，并在电流极限值减小时开始的指定放电周期内输出放电指令信号。

5.如权利要求1的步进电动机驱动装置，还包括：

线圈电流测量单元，可测量从线圈回流到电源电路中的再生电流；以及

比较单元，可将测得的再生电流与电流极限值进行比较，其中：

放电指令信号输出单元在这样的期间内输出放电指令信号，该期间开始于电流极限值减小时并且结束于测得的再生电流降落到减小了的电流极限值以下时。

6.如权利要求5的步进电动机驱动装置，还包括：

与线圈和电源电路串联连接的电阻器，再生电流从线圈通过该电阻器回流到电源电路中，其中：

所述线圈电流测量单元根据所述电阻器两端的电压测量再生电流。

7.如权利要求6的步进电动机驱动装置，其中：

从电源电路到线圈的供电电流以及再生电流流过所述电阻器；

所述线圈电流测量单元根据电阻器两端的电压测量流到线圈中的供电电流；以及

所述脉冲宽度调制控制单元将测得的供电电流与电流极限值进行比较，并按照比较结果对供电电流进行脉冲宽度调制。

8.如权利要求6的步进电动机驱动装置，还包括：

桥式整流电路，包含多个开关单元，可对流过线圈和进入导通状态的开关单元之一的电流进行整流，开关单元之一是第一半导体元件，起电阻器的作用；

基准电流供给电路，用来供给在电流极限值的电流；以及

第二半导体元件，与基准电流供给电路串联连接，并处于导通状态之中，其中：

所述比较单元将第一半导体元件两端的第一电压与第二半导体元件两端的第二电压进行比较；以及

所述放电指令信号输出单元在这样的周期内输出放电指令信号，该周期开始于第一电压下降时并且结束于第二电压降落到第一电压以下时。

9.如权利要求1的步进电动机驱动装置，还包括：

数字信号接收单元，可接收表示电流极限值的数字信号，其中：

步进电动机驱动装置通过对接收到的数字信号进行数字-模拟变换来得到基准信号。

10.如权利要求1的步进电动机驱动装置，其中：

步进电动机包括与多个相一一对应的多个线圈；

所述脉冲宽度调制控制单元按照表示相应线圈的电流极限值的基准信号对独立地供给各线圈的供电电流进行脉冲宽度调制；

所述放电指令信号输出单元为其电流极限值减小的每个线圈输出放电指令信号；以及

所述放电控制单元在放电指令信号的期间内使再生电流从相应的线圈回流到电源电路中。

11.一种步进电动机驱动方法，包括：

脉冲宽度调制步骤，按照表示电流极限值的基准信号，对来自电源电路并供给包括在步进电动机内的线圈的供电电流进行脉冲宽度调制；

放电指令信号输出步骤，当电流极限值减小时，可输出放电指令信号；以及

放电控制步骤，在放电指令信号被输出的时间内，使再生电流从线圈回流到电源电路中。

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