專利名稱：步進馬達驅動裝置和方法
技術領域：
本發明涉及步進馬達驅動裝置，具體地說，涉及一種噪聲低和振動小的步進馬達驅動技術。
背景技術：
近年來，步進馬達用于圖像捕獲的電子裝置，例如，DSC(數字式靜物照相機)和DVC(數字式視頻攝像機)，作為調整孔徑，焦點，縮放等等用的光學系統執行機構。
步進馬達，尤其是用于圖像捕獲的電子裝置的步進馬達需要以低噪聲和小振動進行操作。這是因為步進馬達產生的聲音被內裝的微音器捕獲，并作為噪音記錄下來，而同時步進馬達產生的振動致使圖像模糊，導致記錄的圖像質量下降。
針對這樣的需要，例如，日本公開特許公報No.H06-343295公開了一種噪聲低和振動小的步進馬達操作的驅動技術。
圖33是所述日本公開特許公報公開的一種驅動裝置。以下的描述將僅僅集中在說明所述驅動裝置原理所需的部件上。
在圖33中，標號20表示步進馬達，亦即控制對象，標號45是轉子，而標號19a和19b分別是第一線圈和第二線圈。
增減計數器43a根據增減信號DA對時鐘信號CLKP進行增減計數，并向模數轉換器44a提供表示所述計數值的4位信號DA1-DA4。
數模轉換器44a輸出與所述4位信號DA1-DA4對應的電壓信號VCA。電壓信號VCA具有階式增大和減小的階梯波形。電壓信號VCA的變化速率可以隨時鐘信號CLKP的脈沖頻率和電壓信號VCA的階梯高度而改變，并隨著時鐘信號CLKP的脈沖頻率變高或者電壓信號VCA的階梯高度變大而加速。另外，電壓信號VCA可以因時鐘信號CLKP停止而維持恒定。
在電壓驅動電路39a中，電壓信號VCA被非反相功率放大器41放大，還被反相功率放大器42a放大。于是，通過施加電壓來驅動連接在功率放大器41a和42a的輸出端子之間的第一線圈19a。
為了通過施加所述階梯波電壓來驅動第二線圈19b，為第二線圈19b設置類似于上述第一線圈19a的元件，并執行相同的操作。
按照這種配置，在向所述線圈供電的時段開始時，外加的電壓逐漸增大，而同時所述外加電壓在停止供電時逐漸減小。由此減小由開始和停止供電時扭矩值急劇波動引起的振動和噪音。
然而，關于上述先有技術的驅動裝置，在階梯信號下降時，線圈電流的衰減緩慢，因此，線圈電流不太跟隨階梯信號。例如，若為了減小步進馬達的振動和噪音而采用近似正弦波階梯信號(以下簡稱″近似正弦的階梯信號″)，則情況也還是如此。線圈電流并不準確跟隨所述近似正弦的階梯信號。結果，這就造成第一個問題，即，想要減小振動和噪音，卻無法達到。
這是嚴重的問題，當步進馬達用于圖像捕獲電子裝置，并因而更需要進一步減小步進馬達操作的噪音和振動時，情況尤為如此。
另外，有第二個問題，就是所述先有技術的驅動裝置要求相當大的功率，因為線圈電流是連續供應的。

發明內容
鑒于上述問題，本發明的第一目的是，提供一種減小由所述裝置驅動的步進馬達的操作所引起的噪音和振動的驅動裝置。
另外，本發明的第二個目的是，提供一種減小驅動步進馬達所要求的功率的驅動裝置。
為了解決上述問題，本發明的步進馬達驅動裝置包括供電電流測量單元，用以測量輸入到步進馬達線圈的供電電流；基準信號產生單元，用以產生其信號電平隨時間連續變化并且代表所述供電電流的極限值的基準信號；斬波單元，用以在導通狀態下讓供電電流通過，而在非導通狀態下停止供電電流；脈寬調制控制單元，用以(i)使斬波單元在預定周期進入導通狀態，并(ii)在每一個周期中，當實測電流超過供電電流要控制到的并由預定的其信號電平隨著時間而變化的基準信號代表的極限值時，使所述斬波單元進入非導通狀態；同步整流單元，用以在導通狀態下與所述線圈形成閉合電路；同步整流控制單元，用以在斬波單元處于非傳導狀態的時段內，使所述同步整流單元進入導通狀態，以便使來自線圈的再生電流圍繞所述閉合電路循環流動；以及同步整流禁止單元，用以在所述極限值減小的時段的至少一部份時間里，禁止同步整流控制單元使所述同步整流單元進入導通狀態。
這里，基準信號產生單元可以包括階梯生成單元，用于產生階梯信號；以及積分電路，用于通過求階梯信號的積分來產生基準信號。
這里，步進馬達驅動裝置還可包括橋式整流電路，其中包括斬波單元、同步整流單元和多個開關單元，用于對供電電流進行整流；以及基準方向控制單元，用于通過使橋式整流電路中的每個開關單元進入屬于導通狀態和非導通狀態之一的預定狀態來反轉待控制的供電電流的方向。
這里，供電電流測量單元可以是與線圈串聯的電阻器，并且可利用出現在電阻器兩端的電壓來實測的供電電流。
這里，電阻器可以是導通狀態的半導體元件。
這里，步進馬達可具有與多個相位一一對應的多個線圈，其中，供電電流測量單元測量多個線圈中的每一個的供電電流；基準信號產生單元產生多個線圈中的每一個的基準信號；斬波單元被提供給多個線圈中的每一個，在導通狀態向每個線圈傳遞供電電流并在非導通狀態停止施加到每個線圈的供電電流；PWM控制單元對于多個線圈中的每一個執行以下步驟(i)在預定周期使對應的斬波單元進入導通狀態，以及(ii)當實測的供電電流在每個周期超過極限值時，使對應的斬波單元進入非導通狀態；同步整流單元被提供給多個線圈中的每一個，并在導通狀態與對應的線圈共同形成單獨的閉合電路；對于多個線圈中的每一個，同步整流控制單元控制對應的同步整流單元，以便使來自線圈的再生電流在對應的閉合電路中流通；以及對于多個線圈中的每一個，同步整流禁止單元禁止對應的同步整流控制單元使對應的同步整流單元進入導通狀態。
發明的有利效果在具有上述配置的步進馬達驅動裝置中，供電電流被控制為由基準信號所表示的目標值，其中基準信號的信號電平隨時間連續變化。因此，與其中供電控制的目標值是由階梯信號表示的先有技術相比，消除了在目標值的逐漸增大和減小時的轉矩波動所引起的振動和噪聲。
此外，為了實現振動和噪聲的充分減小，線圈電流按照由例如近似正弦階梯信號所表示的供電電流的極限值來控制。在這種情況下，通過禁止同步整流，在基準信號正以較快速率減小時的時段中使線圈電流迅速衰落。因此，線圈電流密切跟隨極限值。另一方面，在上述時段以外的時間，電源效率通過執行同步整流從而減小線圈電流的衰落得到提高。
因此，根據基準信號的減小速率提供同步整流的實行和禁止周期使得能夠實現振動和噪聲的減小以及取得良好的電源效率。
另外，本發明的步進馬達驅動裝置利用電流斬波法對施加到線圈的供電電流實行PWM控制。這與電流通過電壓控制被提供給線圈的情況相比，實現低功率操作。
這里，積分電路可以通過利用與階梯信號的電平的變化速率對應的時間常數求階梯信號的積分，產生跟隨階梯信號的平均梯度的基準信號。
這里，積分電路可以獲取表示階梯信號的電平的變化速率的變化速率信號，并根據變化速率信號確定時間常數。
這里，階梯生成單元可以通過對于為階梯信號的每個階梯提供一個脈沖的脈沖信號計數，來產生階梯信號，其中步進馬達驅動裝置還包括用于識別脈沖信號的脈沖鑒頻單元，以及積分電路根據識別結果確定時間常數。
根據上述配置，產生平滑的基準信號，以便跟隨相應的階梯信號，其中的每個以不同的速率變化。因此，對于步進馬達的各種旋轉頻率，可以實現振動和噪聲的減小。
這里，步進馬達驅動裝置還可以包括接收單元，用于接收表示階梯信號的每個階梯的電平的數據信號，其中，階梯生成單元通過在對應于每個階梯的時段內對所接收的數據信號進行數模轉換，來產生階梯信號。
按照這個配置，根據數據信號產生接近任何波形的階梯信號。尤其是利用近似正弦階梯信號對振動和噪聲的減小產生顯著效果。
這里，基準方向可由極性信號來表示，其中，步進馬達驅動裝置還包括定時調整單元，用于把極性信號延遲使極限值減小預定量所需的一個時段，以及基準方向控制單元根據延遲后的極性信號反轉基準方向。
在極性信號當基準信號所表示的極限值仍然沒有充分接近零時反轉其相位的情況下，這個配置具有積極的效果。在上述配置中，在經過極性信號的反相之后使極限值充分接近零所需的時段之前，基準方向沒有被反轉。因此，與極性信號的反相之后立即反轉基準方向的情況相比，可減小線圈電流的波紋因數。因此，可充分減小馬達被驅動時引起的振動和噪聲。
這里，基準信號產生單元可以包括階梯生成單元，用于產生階梯信號；以及積分電路，用于通過求階梯信號的積分產生基準信號，其中PWM控制單元在階梯信號的電平為零時的時段中使斬波單元保持為非導通狀態。
這個配置不僅得到上述效果，而且還提高電源效率，因為加到線圈的供電在基準信號為零時的時段中被完全停止。
這里，供電電流測量單元可以輸出通過把正偏移量附加到實測的供電電流所得到的測量結果，其中，PWM控制單元(i)在預定周期中使斬波單元進入導通狀態，以及(ii)當測量結果在各周期中超過極限值時，使斬波單元進入非導通狀態。
存在一個問題對于低于預定電流電平的線圈電流，沒有得到來自供電電流測量單元的輸出，因此線圈電流無法被控制為低于預定電流電平。上述配置消除了這個問題，即使在各供電電流測量單元之間的個體差異以及溫度變化的最壞情況下。也就是說，線圈電流可被正確控制為基準信號所表示的極限值，直至它達到零。因此，、根除了基準方向反轉時發生的會產生波紋因數的線圈電流的下降，因此可以充分地減小馬達被驅動時引起的振動和噪聲。
為了解決上述問題，一種驅動裝置步進馬達驅動方法(所述驅動裝置具有同步整流單元，所述同步整流單元在導通狀態下與包括在步進馬達中的線圈共同形成閉合電路)包括以下步驟(a)測量施加到線圈的供電電流；(b)產生表示供電電流的極限值并且其信號電平隨時間連續變化的基準信號；(c)在預定周期使供電電流開始流向線圈并且當每個周期中實測的供電電流超過極限值時停止供電電流；(d)在停止供電電流的同時使同步整流單元進入導通狀態，從而使來自線圈的再生電流在閉合電路中流通；以及(e)在步驟(d)中，在極限值正減小的時段中的至少一部分時段內禁止使同步整流單元進入導通狀態。
這里，步驟(b)可包括產生階梯信號的階梯生成子步驟；以及通過求階梯信號的積分來產生基準信號的積分子步驟。
這里，積分子步驟可通過利用與階梯信號的電平的變化速率對應的時間常數求階梯信號的積分來產生跟隨階梯信號的平均梯度的基準信號。
這里，步進馬達驅動裝置還可包括以下步驟(f)獲取表示待控制的供電電流的基準方向的極性信號；(g)把極性信號延遲使極限值減小預定量所需的一個時段；以及(h)根據延遲后的極性信號反轉基準方向。
這里，步驟(a)可包括把正偏移量附加到實測的供電電流的偏移量附加子步驟，其中，所述步驟(a)獲取其中已經附加正偏移量的供電電流作為測量結果，以及所述步驟(c)在預定周期中使供電電流開始流向線圈并且當每個周期中測量結果超過極限值時停止所述供電電流。
根據這些方法驅動步進馬達可取得針對驅動裝置所述的同樣效果。
附圖簡介從以下結合闡述本發明具體實施例的附圖所進行的說明中，本發明的這些目的及其它目的、優點和特征將變得十分清楚。
附圖包括

圖1是原理框圖，表示根據第一實施例的步進馬達的配置；圖2是原理框圖，表示階梯生成單元的配置；圖3是波形圖，說明階梯生成單元中主信號的時間變化；圖4是原理框圖，表示積分電路的配置；圖5A和5B是概念圖，表示可以獲得各自跟隨具有不同速率的階梯信號的、由時間常數確定的基準信號；圖6是原理框圖，表示同步整流禁止單元的配置；圖7是波形圖，說明與對于同步整流的禁止控制有關的主信號的時間變化；圖8是波形圖，說明與PWM控制有關的主信號的時間變化；
圖9是概念圖，用于說明根據激勵邏輯單元施加的控制形成的線圈電流路徑徑；圖10是波形圖，說明與PWM控制有關的主信號的時間變化；圖11A和11B是再生電流路徑的等效電路，在每一個電路中，考慮了線圈上的反電動勢；圖12是曲線圖，說明由電流路徑所確定的再生電流的衰落特性；圖13是原理框圖，表示與基準信號生成有關的改型；圖14是原理框圖，表示脈沖鑒頻單元的配置；圖15是波形圖，說明脈沖鑒頻單元中主信號的時間變化；圖16是原理框圖，表示與基準信號生成有關的另一種改型；圖17是原理框圖，表示根據第三實施例的積分電路的配置；圖18是原理框圖，表示根據第四實施例的步進馬達的配置；圖19是原理框圖，表示定時調整單元的配置；圖20是波形圖，說明定時調整單元中主信號的時間變化；圖21A和21B是概念圖，表示用于反轉線圈電流的基準方向的定時調整的作用；圖22是原理框圖，表示定時調整單元的另一種配置；圖23A和23B是原理框圖，表示供電電流測量單元的改型；圖24是曲線圖，表示放大器的輸入輸出特性的分布；圖25是波形圖，說明用于供電電流測量的放大器的輸入輸出特性所確定的線圈電流的時間變化；圖26是運算放大器的等效電路，其中，把正偏移量附加到輸入輸出特性上；圖27是原理框圖，表示與階梯生成有關的改型；圖28是波形圖，說明接收單元中接收信號和主信號的時間變化；圖29是原理框圖，表示接收單元的配置；圖30是原理框圖，表示地址計數器電路、數據計數器電路、串并行轉換電路以及寫信號生成電路的配置；
圖31是原理框圖，表示地址解碼器電路的配置；圖32是原理框圖，表示寄存器電路的配置；以及圖33是原理框圖，表示傳統步進馬達驅動裝置的配置。
具體實施例方式
參照附圖來描述根據本發明的實施例的步進馬達驅動裝置。
1.第一實施例本發明的第一實施例的步進馬達驅動裝置產生其信號電平隨時間連續變化的基準信號。基準信號的電平表示供電電流的極限值。這里，‘其電平隨時間連續變化的信號’表示該信號的信號電平沒有突然的階式變化。這類信號的實例是正弦波信號、其上升和下降均為傾斜的三角波信號以及梯形波信號。
步進馬達驅動裝置根據所產生的基準信號表示的極限值對施加到馬達線圈的電流實行PWM(脈寬調制)控制。更明確地說，采用電流斬波法來執行PWM控制。
另外，步進馬達驅動裝置實現同步整流。在所述整流過程中，在提供給馬達線圈的電流停止的周期期間，使同步整流用的開關處于導通狀態，并與馬達線圈一起形成閉合電路。在所述閉合電路中，來自馬達線圈的再生電流經過所述開關循環流動。然而所述開關至少在當基準信號所代表的所述極限值減小的一段時間里所述開關不導通，而來自馬達線圈的再生電流經過一個與所述開關并聯的續流二極管循環流動。簡而言之，所述同步整流在所述時段中被禁止。
下面參照附圖解釋所述步進馬達裝置的細節。
1.1總體配置圖1是功能框圖，表示所述步進馬達驅動裝置的總體配置。應當指出，由所述裝置驅動的步進馬達也示于圖中。
在圖1中，標號20表示步進馬達，標號45是轉子，而標號19a和19b是第一線圈和第二線圈，各自對應于不同的相位。
所述步進馬達驅動裝置包括脈寬調制基準信號發生單元1、基準信號發生單元110a、同步整流禁止單元(下文中簡稱SR禁止單元)115a、PWM控制單元120a、橋式整流電路130a、供電電流測量單元140a和電源8。
因為為各個線圈提供相同的部件，所以以下的描述介紹第一線圈的部件作為典型的示例。
基準信號產生單元110a包括階梯生成單元2和積分電路3。PWM控制單元120a包括比較器4、觸發器5和激勵邏輯單元6.。包括在所述激勵邏輯單元6中的是防止直通電流(flow-through protection)邏輯裝置7。橋式整流電路130a包括MOS場效應晶體管(金屬氧化物半導體場效應晶體管，以下簡稱”晶體管”)10至13和續流二極管14至17。
激勵邏輯單元6起本申請的權利要求引用的同步整流控制單元以及基準方向控制單元的作用。通過向橋式整流電路130a發送預定的柵極信號，激勵邏輯單元6控制基準電流的方向(以下稱”基準方向”)，用以控制同步整流和供電電流。
向線圈19a提供電流時，晶體管11和13中與基準方向對應的一個按照從激勵邏輯單元6發送的柵極信號對供電電流進行斬波。這里，晶體管11和13是權利要求所引用的斬波單元。在再生周期中，晶體管10和12都進入導通狀態，而來自線圈19的再生電流受同步整流控制。或者，晶體管10和12中的一個進入導通狀態，而同時另一個進入非導通狀態，而再生電流經過與處于非導通狀態的所述晶體管并聯的續流二極管循環流動。
供電電流測量單元140a包括接通電阻校準電路24、晶體管23和放大器21。
1.2階梯生成單元2圖2是功能框圖，表示階梯生成單元2的詳細配置。按照變化速率信號FDA所確定的，變化速率切換單元在時鐘信號CLKP和由時鐘信號CLKP二分頻而獲得的信號之間進行選擇。所述變化速率切換單元把所選擇的信號發送給增減計數器作為信號CR，后者為階梯信號的每個階梯提供一個脈沖。
增減計數器根據增減信號DA對信號CR進行增或者減計數，并向只讀存儲器(ROM)輸出計數值DA0-DA3。只讀存儲器預先存儲表示例如近似正弦的階梯信號每一個階梯電平的數據，并向模數轉換器輸出由增減計數器的計數值DA0-DA3識別的階梯電平數據DD0，DD1，...，DDn。數模轉換器把所述階梯電平數據轉換為模擬電壓，并將其作為近似正弦的階梯信號VCA輸出。由于增減計數器、只讀存儲器和數模轉換器全都是眾所周知的通用電路，這里不再對它們進行詳細說明。
圖3是波形圖，表示階梯生成單元2中主信號隨時間的變化，并舉例說明變化速率信號FDA(未示出)的電平，例如是高電平的情況。
從時刻t10到時刻t11，提供時鐘信號CLKP、高電平極性信號PHCA和高電平增減信號DA。根據這些信號，增減計數器輸出從0增加到15的計數值DA0-DA3。數模轉換器對從ROM讀出的步進電平數據DD0-DDn進行數模轉換，并由此產生近似正弦的階梯信號VCA的1/4周期。
從時刻t11到時刻t12，提供低電平增減信號DA。增減計數器輸出一個從15減小到0的計數值DA0-DA3。數模轉換器產生近似正弦的階梯信號VCA的下一個1/4周期。
在時刻t12，計數值DA0-DA3一達到零，所述極性信號PHCA便切換到低電平。
從時刻t12到t14，產生近似正弦的階梯信號VCA周期的余下部分(亦即，第二半周)，同時，極性信號PHCA保持低電平。
這里應該指出，當步進頻率EDA的電平低時，信號CR將是通過對時鐘信號CLKP二分頻獲得的信號。在這種情況下，所產生的近似正弦的階梯信號VCA具有圖3中舉例示出的頻率的一半。這里通過外部電路(未示出)分別預先調整極性信號PHCA和增-減信號DA，以便使極性信號PHCA和增-減信號DA各自具有適當的頻率，然后提供這些信號。
1.3積分電路3圖4是電路圖，表示積分電路3的詳細配置。這個電路稱作巴氏低通濾波器。積分電路3利用與變化速率信號FDA對應的時間常數求階梯信號VCA的積分，以便輸出跟隨階梯信號VCA的平均梯度的基準信號VCTA。
為此，提供由變化速率信號FDA控制的開關SW1和SW2，從而調整確定時間常數的電阻值。
圖5A和5B是概念圖，表示可以獲得由時間常數確定的各自跟隨具有不同變化速率的階梯信號VCA的基準信號VCTA。
高電平變化速率信號FDA表明階梯信號VCA以高頻增大和減小。當提供這個高電平變化速率信號FDA時，開關SW1和SW2短路。因此，電阻設置為低，從而時間常數設置為較短。圖5A表明，在這樣一種情況下，產生基準信號VCTA，它跟隨以高頻增大和減小的階梯信號VCA的平均梯度。
低電平變化速率信號FDA表明階梯信號VCA以低頻增大和減小。當提供這個低電平變化速率信號FDA時，開關SW1和SW2開路。因此，電阻設置為高，從而時間常數設置為較長。圖5B表明，在這樣一種情況下，產生基準信號VCTA，它跟隨以低頻增大和減小的階梯信號VCA的平均梯度。
以上述方式產生的基準信號VCTA具有連續電平變化，并且不再具有如在階梯信號VCA中看到的那種突然的階式變化。
1.4 SR禁止單元115a圖4是功能框圖，表示SR禁止單元115a的詳細配置。SR禁止單元115a根據計數值DA0-DA3和增-減信號DA，至少在計數值DA0-DA3減小的一段時段，輸出同步整流禁止信號(下文稱SR禁止信號)MMCPA。按照圖6的這個具體的例子，當增-減信號DA處于減計數階段(亦即低電平)以及計數值DA0-DA3處于7和0之間時，輸出SR禁止信號MMCPA。
圖7是波形圖，舉例說明與對同步整流的禁止控制有關的主信號隨時間的變化。該圖與圖3中所示的某些信號一起描述了基準信號VCTA和SR禁止信號MMCPA。正如在圖77可以看到的，當所述階梯信號VCA以相對較快的速率減小時，輸出SSR禁止信號MMCPA。
1.5對線圈電流的PWM控制操作以下說明與脈寬調制基準信號發生單元1、基準信號發生單元110a、SR禁止單元115a、脈寬調制控制單元120a、橋式整流電路130a和供電電流測量單元140a協作執行的線圈供電和再生控制的操作細節。
首先，描述進行同步整流的情況。
圖8是波形圖，表示與當進行同步整流時對線圈電流的控制有關的主控制信號隨時間的變化。所述圖舉例說明當極性信號PHCA處于低電平而SR禁止信號MMCPA也處于低電平時的情況。
脈寬調制基準信號發生單元1產生脈寬調制基準信號SETE(未示出)，它指示在預定周期中向線圈提供電流的時段的開始。
觸發器5與脈寬調制基準信號SETE的下降沿同步置位。當向所述線圈提供的供電電流超過所述基準信號VCTA所代表的電流時，比較器4輸出使所述觸發器5復位的信號。觸發器5輸出的供電指令信號Q的電平或者表示供電時段(高電平Q)或者表示再生時段(低電平Q)。
防直通電流邏輯單元7產生信號CHA1，表示縮短的供電時段，以及信號CHA2，表示縮短的再生時段。所述激勵邏輯單元6按照信號CHA1和CHA2和極性信號PHCA輸出相應的柵極信號GA1-GA4。
這里應該指出，柵極信號GA1和GA3是負邏輯信號，其中的每一個在所述信號處于低電平時使相應的晶體管進入導通狀態。另一方面，柵極信號GA2和GA4是正邏輯信號，其中的每一個在所述信號處于高電平時使相應的晶體管進入導通狀態。
如圖8所示，電源指令信號Q的一個周期被分成(A)縮短的供電時段，(B)防直通電流時段和(C)縮短的再生時段。各周期由信號CHA1和CHA2的電平的組合決定。
極性信號PHCA總是低電平。柵極信號GA1在縮短的再生時段(因此，所述晶體管10只有在這期間才導通)期間變成低電平，而柵極信號CA2在縮短的供電時段期間變成高電平(晶體管11只有在這期間才導通)。另外，柵極信號GA3總是低電平(晶體管12總是導通)，而柵極信號GA4總是低電平(晶體管13總不處于導通狀態)。
圖9是概念示意圖，舉例說明在上述周期期間按照由激勵邏輯單元6所進行的控制形成的線圈電流路徑。
路徑A是在縮短的供電時段期間形成的。電流沿著路徑A輸送到所述線圈，并且供電電流逐漸增加。
一旦供電電流超過由階梯信號VCA表示的電流，所述周期便向流通防護周期移動，并形成路徑B。所述再生電流從所述線圈沿著路徑B通過續流二極管14和晶體管12循環，然后逐漸地衰減。
在所述縮短的再生時段中，形成路徑C。所述再生電流從所述線圈在沿著路徑C經由晶體管10和12流通時逐漸地衰減。再生電流沿著路徑循環的這種狀態是同步整流。
提供直通防護時段，以便使晶體管10和11兩者不會在電流路徑從一個向另一個切換時同時進入導通狀態而使電流源8短路。
在每個脈寬調制基準信號周期重復上述控制操作，并通過由階梯信號代表的極限值控制所述線圈電流。
其次，描述不進行同步整流的情況。
圖10是波形圖，表示不進行同步整流時與對線圈電流進行的控制有關的主控制信號隨時間的變化。該圖說明極性信號PHCA處于低電平而同時SR禁止信號MMCPA處于高電平時的情況。
在所述情況下，不進行同步整流，SR禁止信號MMCPA變成高電平并屏蔽信號CHA2。結果，柵極信號GA1的電平不僅在縮短的供電時段和直通防護時段期間，而且在縮短的再生時段期間維持在高電平，因此晶體管10不導通。結果，所述線圈電流沿著路徑B經過續流二極管不斷循環，并逐漸地衰減。就是說，不進行同步整流。
不進行同步整流時，所述再生電流由于續流二極管14.的電壓損失而被抑制。因此，與進行同步整流的情況相比，儲存在所述線圈19a中的能量快速減小，從而使再生電流快速衰減。
當極性信號PHCA處于高電平時，以圖7中所示電路左-右鏡像反轉的方式進行上面描述的同一操作。
按照上述配置，為了禁止同步整流，當階梯信號VCA以相對較快的速率減小時，輸出SR信號禁止MMPCA。由此，所述線圈電流在這期間快速衰減，并因此使線圈電流緊緊跟隨所述極限值。而且，在上述周期以外的時間里，通過減輕線圈電流的衰退而提高電源效率。
1.5禁止同步整流的功能如上所述，與進行同步整流時相比，不進行同步整流時來自所述線圈的再生電流快速衰減。這將利用下列等效電路解釋。
圖11A和11B是圖9中所示路徑C和路徑B的等效電路。圖中示出這樣兩個等效電路它們考慮到由于馬達的旋轉而出現在所述線圈的反電動勢但忽略所述晶體管的導通電阻。在這些附圖中，I＝線圈電流，L＝所述線圈的電抗值，R＝所述線圈的電阻，而E是由于轉子旋轉時發生磁場變化而在所述線圈出現的反電動勢。為了簡單起見，假設E是與所述馬達的轉速有關的常數。
這里，t＝以供電周期切換到再生周期的時刻為基點(即，t＝0)的時間，I0＝t為0時的線圈電流，r＝L/r(時間常數)，而Vd＝續流二極管的電壓損失。圖11A中的進行同步整流的等效電路的線圈電流值Ia，可以用以下方程式表示Ia＝(I0+(E/R)×exp(-t/τ)-E/R (0≤t) (方程式1)圖11B中不進行同步整流的等效電路的線圈電流值1b表達為
Lb＝(I0+(E+Vd)/R)×exp(-t/τ)-(E+Vd)/R (0≤t) (方程式2)圖12是曲線圖，表示分別用方程式1和方程式2表達的再生電流衰減特性的例子。圖中示出的這些例子中假定Vd為大約0.7V而E比-Vd小得多。
從方程式1可知，數值-(E/R)隨著馬達旋轉速度增大而增大，其結果是線圈電流衰退減慢。若禁止同步整流，則線圈上出現的反電動勢被續流二極管的電壓損失抵銷，因此將會加速線圈電流的衰減。
這意味著，當極限值的絕對值快速減小時，禁止同步整流將使線圈電流緊緊地跟隨極限值。所述效果是顯著的，在線圈電流衰減的時候馬達旋轉速度高時尤為如此。
1.7評論使用階梯作為基準信號存在一個問題。即，因階梯信號的電平逐漸增大和減小時出現的轉矩波動而產生噪聲和振動。但是，本發明的基準信號VCTA沒有逐漸的電平變化。因此，本發明完全消除了上述問題。
為了阻止振動和噪聲，線圈電流被控制為例如由近似正弦基準信號表示的極限值。在這種情況下，當基準信號VCTA正以較快速率減小時，通過禁止同步整流，使線圈電流以高速率衰落。因此，線圈電流密切跟隨極限值。在上述周期以外的時間，通過經由同步整流緩和線圈電流衰落來提高電流電源效率。
因此，根據基準信號VCAT的減小速率提供同步整流的實行和禁止時段使得能夠實現振動和噪聲的充分減小以及取得良好的電流電源效率。
另外，本發明的步進馬達驅動裝置利用電流斬波法對輸送到線圈的電流實行PWM控制。這與電流通過電壓控制被提供給線圈的情況相比，實現了低功率操作。
應當指出，供電電流測量單元140a可以僅由電阻器、而不是由導通電阻調整電路24和晶體管23來構成。此外，供電電流測量單元140a不一定需要包括運算放大器21。
2.第二實施例本發明的第二實施例的步進馬達驅動裝置與第一實施例的不同之處在于產生基準信號的方式。根據第二實施例，在裝置中通過識別時鐘信號的脈沖頻率來產生上述變化速率信號。然后，利用變化速率信號產生基準信號。下面主要描述第二實施例與第一實施例的差異。
2.1與基準信號生成有關的主要部件的配置圖13是原理框圖，表示與第二實施例中的基準信號生成有關的配置。與第一實施例相比，增加了脈沖鑒頻單元22。在第一實施例中，變化速率信號FDA從外部提供。但是，在第二實施例中，脈沖鑒頻單元22通過識別時鐘信號CLKP的脈沖頻率產生變化速率信號FDA。
圖14是原理框圖，表示脈沖鑒頻單元22的配置。
第一單穩多諧單元是采用數字電路構建的單穩態多諧振蕩器。與時鐘信號CLKP同步地觸發第一單穩多諧單元，而第一單穩多諧單元在識別信號MCLK的8個脈沖的時段輸出其輸出信號OUT1。
第二單穩多諧單元是采用數字電路構建的單穩態多諧振蕩器。第二單穩多諧單元在輸出信號OUT1的輸出結束時被觸發，并在識別信號MCLK的8個脈沖的周期輸出其輸出信號OUT2。
信號J1表示輸出OUT1以及OUT2時的時段，而信號J2則表示沒有輸出OUT1以及OUT2時的時段。
脈沖鑒頻單元22根據后續OUT1的輸出是在先前OUT2的輸出期間還是在先前OUT2的輸出之后開始，來區別時鐘信號CLKP的短和長周期(即脈沖頻率)。
2.2脈沖鑒頻單元22的操作圖15是波形圖，說明脈沖鑒頻單元22中主信號的時間變化。
圖15的左半側表示其中的時鐘信號CLKP的周期為短(即高脈沖頻率)的情況。在這種情況下，后續OUT1的輸出在先前OUT2的輸出期間開始。因此，信號J1與時鐘信號CLKP同步輸出，而信號J2沒有被輸出。因此，觸發器保持設置狀態，以及變化速率信號FDA保持為高電平。
圖15的右半側表示其中的時鐘信號CLKP的周期為長(即低脈沖頻率)的情況。在這種情況下，后續OUT1的輸出在先前OUT2的輸出之后開始。因此，信號J2與時鐘信號CLKP同步輸出，而信號J1沒有被輸出。因此，觸發器保持重置狀態，因而變化速率信號FDA保持為低電平。
3.第三實施例本發明的第三實施例的步進馬達驅動裝置與第二實施例的不同之處在于與基準信號VCTA的生成有關的配置。下面主要描述第三實施例與第二實施例的差異。
3.1與基準信號生成有關的主要部件的配置圖16是原理框圖，表示與第三實施例中的基準信號生成有關的配置。與第二實施例相比，采用積分電路25而不是積分電路3。
3.2積分電路25積分電路25包括由變化速率信號FDA以及程序信號PRG控制的開關，以便調整確定時間常數的電阻。
圖17是原理框圖，表示積分電路25的詳細配置。為了選擇適應某種情況的適當時間常數，ROM預先存儲多個時間常數中的每個的信息。這個信息表明相應開關是否應當為短路/開路，從而得到預定時間常數。積分電路25根據變化速率信號FDA和程序信號PRG從ROM讀取信息。然后，積分電路25向相應的開關輸出信號，每個信號指示預定開關處于讀出信息表明的短路/開路狀態。
在本配置中，為積分電路25提供例如與階梯信號VCA的階梯電平一致的程序信號PRG以及通過識別階梯信號VCA的階梯周期得到的變化速率信號FDA。因此，積分電路25能夠設置適當的時間常數，以及得到跟隨階梯信號VCA的平均梯度的基準信號VCTA。
這里，如第一實施例中所述的利用近似正弦階梯信號VCA的情況是充分和具體的實例。在這種情況下，可在階梯信號VCA的陡度變得較大時、例如在階梯生成單元的升降計數器表示0與7之間的計數值時，提供程序信號PRG。根據這種程序信號PRG，基準信號VCTA呈現更近似的正弦波形，它精確地跟隨暫時變化的階梯VCA的平均梯度。因此，進一步減小了所產生的振動和噪聲。
4.第四實施例本發明第四實施例的步進馬達驅動裝置與第一實施例的差異在于添加用于延遲后的極性信號的單元。以下主要描述第四實施例與第一實施例的差異。
4.1總體配置圖18是功能框圖，表示按照第四實施例的步進馬達驅動裝置的總體配置。應當指出，由所述裝置驅動的步進馬達也示于所述圖。所述步進馬達驅動裝置是通過在第一實施例上添加定時調整單元116a而配置成的(見圖1)。定時調整單元116a在延遲特定時段后向激勵邏輯單元6輸出極性信號PHCA。
4.2定時調整單元116a圖19是功能框圖，表示定時調整單元116a的詳細配置。輸入極性信號PHCA和延遲信號DCLK，定時調整單元116a輸出延遲后的極性信號G。
延遲信號DCLK是其周期比階梯信號VCA的每個階梯的一個脈沖短的時鐘信號。例如，從脈寬調制基準信號發生單元1輸出的所述脈寬調制基準信號能被用作延遲信號DCLK。圖18中，省略了提供延遲信號DCLK的信號線。
定時調整單元116a根據延遲信號DCLK對極性信號PHCA的上升沿同步地和下降沿進行微分，以便分別產生信號a和信號E。延長信號A，以產生信號C，而同時延伸信號E，以產生信號F。然后通過將信號C和E與極性信號PHCA合成，定時調整單元116A輸出延遲后的極性信號G。
圖20是波形圖，舉例說明與相位翻轉定時的校準有關的主信號隨時間的變化。在所述例子中，使每一信號C和E的輸出周期基本上與階梯信號VCA的一個階梯的時段匹配。所述輸出時段對應于使基準信號VCTA的電平(亦即線圈電流的極限值)降低近似等于階梯信號VCA的一個階梯的數量所需的時段。結果，獲得延遲后的極性信號G，它是延遲了上述時段的極性信號PHCA。
4.3將極性信號延遲的作用圖21A和21B是說明極性信號的延遲作用的示意圖和表示線圈電流隨時間的變化的波形圖。圖21A描述利用延遲后的極性信號G的情況，而圖21B描述利用無延遲的極性信號PHCA的情況。應當指出，每一條垂直線都表示脈寬調制基準信號下降沿的時間點(未示出)。極性信號PHCA應當大約在階梯信號VCA的電平到達零的同時翻轉其相位。
當延遲后的極性信號G或者極性信號PHCA改變它的符號(正的或者負的)時，反轉所述基準方向(亦即對應于當前值的符號的電流方向)。圖中示出各自具有表示所述基準方向的符號(+/-)的電流極限值VCAxG和VCAxPHCA。分別根據帶符號的極限值VCAXG和VCAXPHCA控制流入所述線圈的供電電流。
在利用無延遲的極性信號PHCA的情況下，在極性信號PHCA的相位已經翻轉之后，從脈寬調制基準信號的第一個下降沿的時刻起，開始從電源電路供應電流。所述電流供應一直延續到線圈電流開始沿著與電流供應開始時循環的再生電流的方向相反的方向流動為止，并達到由基準信號VCTA代表的極限值。上述操作舉例說明于圖16B。在這種情況下，線圈電流的波紋系數大，妨礙驅動馬達時振動和噪音的減小。
另一方面，在利用延遲后的極性信號G的情況下，當基準信號VCTA的電平已經充分地接近于零時，基準方向翻轉。因此，與利用極性信號PHCA的情況相比，線圈電流的波紋系數保持小值。所述操作在圖21A中舉例說明。在這種情況下，可以充分減小驅動馬達時引起的振動和噪音。
與延遲后的極性信號G的使用一起，還可以考慮在階梯信號VCA的電平為零的周期內，停止向線圈供電。這樣的一種控制可以利用例如解碼電路和選通電路來實施。這里，當計數值DA0-DA3為零時，解碼電路輸出用于禁止供電的信號，并按照供電禁止信號選通電路屏蔽向觸發器5提供脈寬調制基準信號。作為供電禁止信號，可以采用從圖6中所示的頂柵電路輸出的信號。
這種配置可以通過在階梯信號VCA的電平為零的周期期間完全停止向所述線圈供電來改善電源效率。
4.4定時調整單元的變型圖22是功能框圖，表示圖19中所示的定時調整單元的變型。在這種變型中，圖14的各電路用單穩多諧振蕩器代替，在所述各電路之一中，通過延伸信號A來產生信號C，而在所述各電路的另一個中，通過延伸信號E來產生信號E。單穩多諧振蕩器中的每一個都利用數字電路構造。這種改型了的定時調整單元通過以與圖19中所示的定時調整定時調整單元同樣的方法進行操作來延遲后的極性信號PHCA。
5.第五實施例本發明第五實施例的步進馬達驅動裝置與第一實施例的差異在于系統地給用于實測的供電電流的放大器21的輸出附加正的偏移量。以下主要描述第五實施例與第一實施例的差異。
5.1用于附加正偏移量的配置圖23A和23B是功能框圖，舉例說明系統地給用于實測的供電電流的放大器21的輸出附加正偏移量用的配置示例。兩種配置都通過在供電電流測量單元140a放大器21非反相輸入端(見圖1)加入恒流源和電阻來構成。
利用圖23A的配置，將通過給由晶體管23引起的電壓降加上偏移電壓IXR而獲得的輸入電壓放大，并輸出這放大了的輸入電壓。利用圖23B的配置，將通過給由晶體管23引起的電壓降加上偏移電壓I×(R1+R2)/(R1×R2)而獲得的輸入電壓放大，并輸出這個放大了的電壓。
圖24是曲線圖，表示用于線圈電流測量的放大器的輸入-輸出特性的分布。已知放大器的偏移量本身為零，所述放大器本身的輸入-輸出特性分布在帶有負偏移量的特性曲線A和帶有正偏移量的特性曲線C的范圍之內，中心在通過原點的特性曲線B周圍。這是因為輸入-輸出特性受各放大器之間個體差別和溫度變化的影響。
按照特性曲線A，輸出VOUT不是當輸入VIN小于VDEAD時獲得的。輸出VOUT是用于復位脈寬調制控制用的觸發器5并切斷電流斬波用的晶體管的信號。若脈寬調制控制是根據通過帶有特性曲線A的放大器實測的線圈電流執行的，則至少在線圈電流超過對應于VDEAD的電流之前，電流斬波用的晶體管不會被切斷。換言之，不能將所述線圈電流控制成小于對應于VDEAD的電流。
圖25是示意圖，用以說明這引起的問題。該圖舉例說明利用各具有特性曲線A或者特性曲線B的放大器來測量線圈電流的情況。
在利用帶有特性曲線A的放大器的情況下，不能將線圈電流控制成比對應于VDEAD的電流小的電流。因此，線圈電流，正如黑點線所表明的，由通過給對應于VDEAD的電流上加上由基準信號VCTA代表的極限值而獲得的顯極限值控制。在這種情況下，線圈電流的波紋系數增大，因為顯極限值上出現的下降變得比基準方向相反時的正常值大。結果妨礙驅動馬達時的振動和噪音的減小。
另一方面，在利用具有特性曲線B的放大器的情況下，直至線圈電流達到零才獲得所述輸出。因此，所述線圈電流，正如粗實線所表明的，受到由基準信號VCTA代表的極限值的精確控制。在這種情況下，可以充分減小驅動馬達時引起的振動和噪音。
于是，若通過系統地在各自的放大器的輸出上附加正偏移量來使特性曲線的分布向圖19中的特性曲線B和D的范圍移動，那么，即使在各放大器之間的個體差別和溫度變化的最壞條件下，也可以避免放大器按照特性曲線A操作。結果，可以充分減小驅動馬達時引起的振動和噪音。
5.2用于附加正偏移量的修改后的配置圖26是電路圖，表示用于系統地在放大器的輸出上附加上正偏移量的不同的配置。所述電路圖舉例說明包括如圖所示的8個晶體管M1-M8的運算放大器的等效電路。
這樣制造所述運算放大器，使得預定的各晶體管具有由圖26中所示的關系式定義的柵極長寬比。由此在不引入恒流源和電阻的情況下在所述放大器本身的輸入-輸出特性上附加正偏移量。
本發明包括一種其中把按上述方式制造的運算放大器用作供電電流測量用的放大器的配置。
6.第六實施例本發明第六實施例的步進馬達驅動裝置與第四實施例的差異在于(見圖18)步進馬達驅動裝置接收表示階梯信號各階梯電平的串行數據，根據所述串行數據產生階梯信號，并從所述階梯信號產生基準信號。以下主要描述所述第六實施例與第四實施例的差異。
6.1總體配置圖27是功能框圖，表示按照第六實施例的步進馬達驅動裝置的總體配置。
與第四實施例相同的部件用一樣的標號或符號標示，并省略對這些部件的說明。另外，因為給相應的線圈提供相同的部件，故以下只介紹第一線圈19a用的部件作為典型的例子，而不再描述其它線圈用的部件。
步進馬達驅動裝置包括脈寬調制基準信號發生單元1、接收單元32、脈沖鑒頻單元22、基準信號發生單元160a、SR禁止單元115a、定時調整單元116a、脈寬調制控制單元120a、橋式整流電路130a、供電電流測量單元140a和電源8。
在用于信號接收控制的單元時間信號ENAB和位同步信號BCLK的控制下，接收單元32接收關于每一個線圈的表示階梯信號各階梯電平的串行數據DATA。然后，接收單元32把接收到的串行數據DATA轉換為并行數據DATA。另外，接收單元32產生為階梯信號的每一個階梯提供一個脈沖的時鐘信號，并向對應于所述線圈的基準信號發生單元160a提供提供時鐘信號和并行數據。
通過從階梯生成單元2取消改變速率切換單元、增減計數器和只讀存儲器來配置基準信號發生單元160a中的階梯生成單元31a。因此，所述階梯生成單元31a實際上是模數轉換器。通過接收來自接收單元32的表示階梯信號各階梯的電平的并行數據，階梯生成單元31a對關于階梯信號每一階梯的每一個脈沖的并行數據進行數模轉換，并產生階梯信號VCA。
6.2串行數據圖28是定時圖，表示接收單元32接收到的串行數據的一個單元。所述單元對應于一個線圈的階梯信號的一個階梯。對于各個線圈，在這樣的單元中表示關于階梯信號的各階梯的串行數據。以一系列這種單元的形式接收所述串行數據。
串行數據DATA的一個單元包括八位，前三位用作識別線圈的住址A2-A0，隨后的一位是增/減方向位SDD，而剩余四位用作表示階梯電平的數據D3-D0。
應當指出，圖28還顯示在信號接收定時中接收單元32中主信號的時序變化。
6.3接收單元32圖29是功能框圖，表示接收單元32的詳細配置。接收單元32包括地址計數器電路35、數據計數器電路34、串行-并行轉換電路33、寫入信號產生電路36、地址譯碼器電路37和寄存器電路38。
圖30是功能框圖，表示地址計算器電路35、數據計數器電路34、串行-并行轉換電路33和寫入信號產生電路36。
地址計算器電路35通過對所述串行數據各單元的同步信號BCLK的前四位進行計數，輸出所述位輸出地址完成信號ADO和ADT。這些地址完成信號ADO和ADT表示串行數據前四位的接收已經完成。
數據計數器電路34是通過地址完成信號ADO觸發的。然后，數據計數器電路34通過對位同步信號BCLK的后四位進行計算輸出數據完成信號DATC。數據完成信號DATC表示串行數據DATA所有八位的接收均已完全。
串行-并行轉換電路33利用圖25中所示的包括上面四個觸發器的移位寄存器把串行數據DATA轉換為并行數據。然后，在地址完成信號ADT的上升沿，串行-并行轉換電路33把地址SAD0-SAD2和包括在前四位中的增/減方向位SDD鎖存在該圖中較低四個觸發器。因此，把地址SAD0-SAD2和增/減方向位SDD從包括在后四位中的數據SD0-SD3分離出來。
寫入信號產生電路36在輸出數據完成信號DATC和單元信號ENAB兩者的時段內輸出寫入信號REC。
圖31是功能框圖，表示地址譯碼器電路37的詳細配置。
地址譯碼器電路37產生信號RCKA和RCKB，它們按照寫入信號REC和地址SAD0-SAD2.，指令寄存器電路38存入所述數據SD0-SD3和增/減方向位SDD。信號RCKA也用作時鐘信號CLKPA，而同時信號RCKB用作時鐘信號CLKPB。這些時鐘信號CLKPA和CLKPB分別為各個線圈的階梯信號的每一階梯提供一個脈沖。
圖32是功能框圖，表示所述電阻電路38的詳細配置。
寄存器電路38具有分別對應于第一線圈19A和第二線圈19b的五位寄存器組A和B。接收到信號RCKA時，寄存器電路38把數據SD0-SD3和增/減方向位位SDD存儲入寄存器組A并將其作為五位并行信號DA0A-DA3A和DA輸出。接收到信號RCKB時，寄存器電路38把data SD0-SD3和增/減方向位SDD存儲入寄存器組B，并將其作為五位并行信號DA0B-DA3B和DB輸出。
然后，所述基準信號發生單元160a通過對關于由時鐘信號CLKPA表示的指示階梯信號每一階梯的每個脈沖的并行數據DA0A-DA3A進行數模轉換，產生階梯信號VCA。
在這種情況下，由關于每一個階梯的串行數據來表示階梯信號VCA的各個階梯電平。因此，有可能不僅獲得第一實施例舉例說明的近似正弦的階梯信號，還獲得接近任何波形的階梯信號VCA。
7.其它變型已經按照上述實施例描述了本發明。然而，本發明顯然不限制在這些實施例，下列情況也可以包括在本發明中。
<1>本發明包括步進馬達驅動方法，其中采用在上述實施例中描述的步進馬達驅動裝置。可以通過由計算機系統執行的計算機程序來完成這些方法，或者可以通過表示所述計算機程序的數字信號來完成這些方法。
本發明也可以通過在其上記錄上述計算機程序或者數字信號的計算機可讀存儲介質，諸如軟磁盤、硬盤、CD(小光盤)、MO(磁光的)盤、DVD(數字通用光盤)或者半導體存儲器來完成。
本發明也可以是經由由電信、有線/無線通信和因特網體現的網絡發送的計算機程序或者數字信號。
可以把計算機程序或者數字信號存儲在上述存儲介質中并傳輸到獨立的計算機系統，或者，可以經由上述網絡傳輸到獨立的計算機系統。然后所述獨立的計算機系統可以執行所述計算機程序或者數字信號。
<2>在上述各實施例中，晶體管13和11用來對供電電流進行斬波控制。然而代之以利用晶體管10和12，也可以在減小振動和噪音方面達到同樣的效果。
<3>雖然上述各個實施例舉例說明兩相步進馬達，但是本發明不限于此。本發明還包括具有不同的相數的步進馬達。五相步進馬達就是其中的一個例子，其中利用各自具有相應的線圈的單獨相位的基準信號分別控制向五個線圈提供的供電電流。
<4>第一實施例描述了基準信號產生單元包括用于產生階梯信號的階梯生成單元以及用于求階梯信號的積分以產生其電平隨時間連續變化的基準信號的積分電路的情況。但是，基準信號產生單元的內部配置不局限于此。
本發明還包括例如基準信號產生單元通過使用模擬振蕩電路產生其電平隨時間連續變化的基準信號的情況。
權利要求
1.一種步進馬達驅動裝置，它包括供電電流測量單元，用于測量提供給步進馬達的線圈的供電電流；基準信號產生單元，用于產生表示所述供電電流的極限值并且其信號電平隨時間連續變化的基準信號；斬波單元，用于在導通狀態下使所述供電電流從其中通過，以及在非導通狀態下阻止所述供電電流；脈寬調制控制單元，用于(i)在預定周期使所述斬波單元進入所述導通狀態，以及(ii)當所述實測的供電電流在每個周期中超過所述極限值時，使所述斬波單元進入所述非導通狀態；同步整流單元，用于在導通狀態與所述線圈共同形成閉合電路；同步整流控制單元，用于在所述斬波單元處于所述非導通狀態時的時段中，使所述同步整流單元進入所述導通狀態，從而使來自所述線圈的再生電流在所述閉合電路中流通；以及同步整流禁止單元，用于在所述極限值正減小的時段的至少一部分中，禁止所述同步整流控制單元使所述同步整流單元進入所述導通狀態。
2.如權利要求1所述的步進馬達驅動裝置，其中所述基準信號產生單元包括階梯生成單元，用于產生階梯信號；以及積分電路，用于通過求所述階梯信號的積分來產生所述基準信號。
3.如權利要求2所述的步進馬達驅動裝置，其中所述積分電路通過利用與所述階梯信號的電平的變化速率對應的時間常數求所述階梯信號的積分，產生跟隨所述階梯信號的平均梯度的所述基準信號。
4.如權利要求3所述的步進馬達驅動裝置，其中所述積分電路獲取表示所述階梯信號的電平的所述變化速率的變化速率信號，并根據所述變化速率信號確定所述時間常數。
5.如權利要求3所述的步進馬達驅動裝置，其中所述階梯生成單元通過對為所述階梯信號的每個階梯提供一個脈沖的脈沖信號計數，產生所述階梯信號，所述步進馬達驅動裝置還包括識別單元，用于識別所述脈沖信號的脈沖頻率，以及所述積分電路根據所述識別的結果來確定所述時間常數。
6.如權利要求2所述的步進馬達驅動裝置，其中還包括接收單元，用于接收表示所述階梯信號的每個階梯的電平的數據信號，其中所述階梯生成單元通過在對應于每個階梯的時段中對所述接收的數據信號進行數模轉換，產生所述階梯信號。
7.如權利要求1所述的步進馬達驅動裝置，其中還包括橋式整流電路，其中包括所述斬波單元、所述同步整流單元以及多個開關單元，并且用于對所述供電電流進行整流；以及基準方向控制單元，用于通過使所述橋式整流電路中的每個所述開關單元進入預定狀態來反轉所述待控制的供電電流的基準方向，其中所述預定狀態為所述導通狀態和所述非導通狀態之一。
8.如權利要求7所述的步進馬達驅動裝置，其中所述基準方向由極性信號表示，所述步進馬達驅動裝置還包括定時調整單元，用于把所述極性信號延遲所述極限值減小預定量所需的時段，以及所述基準方向控制單元根據所述延遲后的極性信號反轉所述基準方向。
9.如權利要求8所述的步進馬達驅動裝置，其中所述基準信號產生單元包括階梯生成單元，用于產生階梯信號；以及積分電路，用于通過求所述階梯信號的積分來產生所述基準信號，以及所述脈寬調制控制單元在所述階梯信號的電平為零時的時段內使所述斬波單元保持非導通狀態。
10.如權利要求1所述的步進馬達驅動裝置，其中所述供電電流測量單元是與所述線圈串聯的電阻器，并且利用出現在所述電阻器兩端的電壓來測量供電電流。
11.如權利要求10所述的步進馬達驅動裝置，其中所述電阻器可以是導通狀態的半導體元件。
12.如權利要求10所述的步進馬達驅動裝置，其中所述供電電流測量單元輸出通過把正偏移量附加到所述實測的供電電流而獲得到的測量結果，以及所述脈寬調制控制單元(i)在所述預定周期使所述斬波單元進入所述導通狀態以及(ii)當所述測量結果在每個周期中超過所述極限值時使所述斬波單元進入所述非導通狀態。
13.如權利要求1所述的步進馬達驅動裝置，其中所述步進馬達具有與多個相位一一對應的多個線圈，所述供電電流測量單元測量所述多個線圈中的每個線圈的所述供電電流，所述基準信號產生單元產生所述多個線圈中的每個線圈的所述基準信號，為所述多個線圈中的每個線圈提供所述斬波單元，以及在所述導通狀態下把所述供電電流傳送給每個所述線圈而在所述非導通狀態下停止輸送到所述每個線圈的所述供電電流，對于所述多個線圈中的每個線圈，所述脈寬調制控制單元(i)在所述預定周期使所述對應的斬波單元進入所述導通狀態以及(ii)當所述實測的供電電流在每個周期中超過所述極限值時使所述對應的斬波單元進入所述非導通狀態，為所述多個線圈中的每個線圈提供所述同步整流單元，并且在所述導通狀態下所述同步整流單元與所述對應的線圈共同形成單獨的閉合電路，對于所述多個線圈中的每個線圈，所述同步整流控制單元控制所述對應的同步整流單元，從而使來自所述線圈的所述再生電流在所述對應的閉合電路中流通，以及對于所述多個線圈中的每個線圈，所述同步整流禁止單元禁止所述對應的同步整流控制單元使所述對應的同步整流單元進入所述導通狀態。
14.一種驅動裝置用的步進馬達驅動方法，所述驅動裝置具有同步整流單元，所述同步整流單元在導通狀態下與包括在步進馬達中的線圈一起形成閉合電路，所述步進馬達驅動方法包括以下步驟(a)測量加到所述線圈上的供電電流；(b)產生表示所述供電電流的極限值并且其信號電平隨時間連續變化的基準信號；(c)在預定周期使所述供電電流開始流向所述線圈，并在所述實測的供電電流在每個周期中超過所述極限值時停止所述供電電流；(d)當所述供電電流被停止時，使所述同步整流單元進入導通狀態，從而使來自所述線圈的再生電流在所述閉合電路中流通；以及(e)在所述步驟(d)中，在所述極限值正減小的時段的至少一部分時段內禁止所述同步整流單元進入所述導通狀態。
15.如權利要求14所述的步進馬達驅動方法，其中所述步驟(b)包括產生階梯信號的階梯生成子步驟；以及通過求所述階梯信號的積分來產生所述基準信號的積分子步驟。
16.如權利要求15所述的步進馬達驅動方法，其中所述積分子步驟通過利用與所述階梯信號的電平的變化速率對應的時間常數求所述階梯信號的積分，產生跟隨所述階梯信號的平均梯度的所述基準信號。
17.如權利要求14所述的步進馬達驅動方法，其中還包括以下步驟(f)獲取表示所述待控制的供電電流的基準方向的極性信號；(g)把所述極性信號延遲所述極限值減小預定量所需的時段，以及(h)根據所述延遲后的極性信號反轉所述基準方向。
18.如權利要求14所述的步進馬達驅動方法，其中所述步驟(a)包括把正偏移量附加到所述實測的供電電流的偏移量附加子步驟，所述步驟(a)獲取其中已經附加了所述正偏移量的所述供電電流作為測量結果，所述步驟(c)在所述預定周期使所述供電電流開始流向所述線圈，并在所述測量結果在每個周期中超過所述極限值時停止所述供電電流。
全文摘要
基準信號產生單元110a在積分電路3中對階梯生成單元2產生的階梯信號求積分，從而產生表示供電電流的極限值并且其信號電平隨時間連續變化的基準信號VCTA。按照PWM控制單元120a的控制，橋式整流電路130a利用電流斬波法使線圈供電電流保持為極限值。另外，當供電被停止時，橋式整流電路130a執行同步整流，其中使晶體管10和12進入導通狀態，以及再生電流在與線圈19a共同形成的閉合電路中流通。當基準信號VCTA較快地減小時，同步整流禁止單元11 5a在供電被停止時禁止晶體管10和12之一進入導通狀態。
文檔編號H02P8/10GK1630183SQ20041010497
公開日2005年6月22日 申請日期2004年12月20日 優先權日2003年12月19日
發明者深水新吾, 大西勝裕 申請人:松下電器產業株式會社