步進電動機驅動裝置制造方法
【專利摘要】本發明提供一種步進電動機驅動裝置，該步進電動機驅動裝置可防止由多個功率MOS-FET的負電流引起的誤操作，所述負電流來自步進電動機，所述多個功率MOS-FET向所述步進電動機的成對的線圈互補地施加驅動電壓。本發明的步進電動機驅動裝置設置有下降延遲電路，其根據該MOS-FET的導通時的上升時間Trise和截止時的下降時間Tfall，將分別向多個MOS-FET的各個柵極互補地施加的輸入脈沖信號的下降定時延遲時間Td，所述時間Td滿足Td>Trise-Tfall，使得一個MOS-FET導通之后，另一MOS-FET截止，其中，所述多個MOS-FET向步進電動機的形成為對的線圈互補地施加驅動電壓。
【專利說明】步進電動機驅動裝置

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種具備多個絕緣柵型半導體元件(例如，功率M0S-FET)的步進電動機，其中，所述多個絕緣柵型半導體元件通過向步進電動機的成對的線圈互補地施加驅動電壓來驅動該步進電動機。

【背景技術】
[0002]步進電動機I如圖5所示具備被設置為包圍轉子(旋轉子)2的多對線圈(coil) 3a、3b、4a、4b。此外，圖5示出兩相單極型的步進電動機I的主要部分概略構成。該步進電動機I通過在成對的線圈3a、3b、4a、4b互補地流過例如如圖6所示的電流而被勵磁，這樣，所述轉子2按每預定角度被旋轉驅動。
[0003]圖7是驅動所述步進電動機I的步進電動機驅動裝置10的整體的概略構成圖。該步進電動機驅動裝置10具備并聯的驅動電路11、12、13、14，驅動電路11、12、13、14向所述線圈3a、3b、4a、4b的各個端子Xa、Xb、Ya、Yb互補地施加驅動電壓Voutl、Vout2、Vout3、Vout4。這些各個驅動電路11、12、13、14分別輸入有由定時信號發生器15產生的如圖6所示的具有預定相位差的輸入脈沖信號Vinl、Vin2、Vin3、Vin4，并生成所述各個驅動電壓Voutl、Vout2、Vout3、Vout40
[0004]另外，所述驅動電路11 (12、13、14)具備絕緣柵型半導體元件(例如功率M0S-FET22)，該絕緣柵型半導體元件如圖8所示被驅動電路21導通、截止驅動，產生所述驅動電壓Voutl (Vout2、Vout3、Vout4)并施加到所述線圈3a(3b、4a、4b)。這里,所述柵極驅動電路21接收借由邏輯電路23而被供給的所述輸入脈沖信號，產生柵極信號，并對功率M0S-FET22進行導通、截止驅動(例如參照專利文獻I)。
[0005]另外，圖中的24是借由未圖示的溫度傳感器檢測所述功率M0S-FET22的過熱異常的過熱檢測電路。此外，25是監視借由串聯連接的電阻rl、r2而流至所述步進電動機(負載)的電流的過電流檢測電路。在由所述過熱檢測電路24檢測出過熱異常時，或者在由所述過電流檢測電路25檢測出過電流時，所述邏輯電路23對連接在所述功率M0S-FET22的柵極的保護用的M0S-FET26進行導通驅動。通過該M0S-FET26的導通驅動，所述功率M0S-FET22的柵極電壓被強制設置為接地電位，從而該功率M0S-FET22的驅動停止。這樣，保護所述步進電動機(負載)I以及所述功率M0S-FET22不受上述異常的影響。
[0006]據此，在通過所述邏輯電路23對所述功率M0S-FET22的驅動進行停止控制時，該信息借由M0S-FET27作為狀態信號ST被輸出到外部。此外，當借由串聯連接的阻抗r3、r4檢測出步進電動機I的斷路，即，所述線圈3a(3b、4a、4b)的斷路時，該信息借由與所述M0S-FET27并聯設置的M0S-FET28作為狀態信號ST輸出到外部。
[0007]現有技術文獻
[0008]專利文獻
[0009]專利文獻1:日本特開號公報


【發明內容】

[0010]技術問題
[0011]在所述步進電動機I的成對的線圈3a、3b、4a、4b,互補地施加基于所述輸入脈沖信號Vinl、Vin2、Vin3、Vin4的所述驅動電壓Voutl、Vout2、Vout3、Vout4。然而，實際上，由于所述功率M0S-FET22的導通特性(即，導通時的上升時間Trise)，導致該功率M0S-FET22輸出的所述驅動電壓Voutl、Vout2、Vout3、Vout4如圖9中的一例所示的那樣比所述輸入脈沖信號Vinl、Vin2、Vin3、Vin4的輸入定時延遲一段時間。
[0012]因此，使例如第三相的功率M0S-FET22截止時，會產生與該第三相的功率M0S-FET22成對的第一相(反相)的功率M0S-FET22沒有達到導通的狀態。這樣的狀態在提高所述輸入脈沖信號Vinl、Vin2、Vin3、Vin4的頻率來高速驅動所述步進電動機I時容易產生。
[0013]在示意地示出所述驅動電路11 (12、12、14)的元件構造的圖10中，如箭頭A所示，負電流1utl會從所述線圈3a流入所述第一相的功率M0S-FET22的源極-漏極之間。該負電流1utl是在所述步進電動機I中引起所述多個線圈3a、3b、4a、4b之間的互感的感應電流。所述負電流1utl如箭頭B所示在所述驅動電路11(12、13、14)的電路部被分流，成為所述M0S-FET27、28的寄生晶體管29 (參照圖10)的基極電流，并使該寄生晶體管29導通。
[0014]結果，隨著所述寄生晶體管29的導通，例如如箭頭C所示那樣流入電流，借由所述M0S-FET27、28而輸出的所述狀態信號ST變為“L”。并且由于所述寄生晶體管29的導通，所述功率M0S-FET22的驅動電流被消除，導致所述功率M0S-FET22不能導通。這種狀態持續到所述負電流1utl消失為止，例如以數百μ s程度持續。因此，所述功率M0S-FET22的導通延遲，成為所述步進電動機I高速驅動方面的障礙。而且，還成為將所述狀態信號ST輸出到外部的所述M0S-FET27、28等的誤操作的主要原因。
[0015]本發明是考慮到以上情況而做出的，其目的在于提供一種構成簡單的步進電動機驅動裝置，即使在高速驅動步進電動機的情況下，也能夠防止由多個絕緣柵型半導體元件(例如，功率M0S-FET)的負電流弓丨起的誤操作，所述負電流來自所述步進電動機，所述絕緣柵型半導體元件對所述步進電動機的成對的線圈互補地施加驅動電壓。
[0016]技術方案
[0017]為了實現上述目的，本發明的步進電動機驅動裝置的特征在于具備:多個絕緣柵型半導體元件(例如功率MOS-FET和/或IGBT)，其向被并聯設置的、步進電動機的成對的線圈互補地施加驅動電壓而驅動該步進電動機；下降延遲電路，其根據該絕緣柵型半導體元件導通時的上升時間Trise和截止時的下降時間Tfall，將分別向所述各個絕緣柵型半導體元件的柵極互補地施加的輸入脈沖信號的下降定時延遲時間Td，所述時間Td滿足TdXTrise-TfalI。
[0018]另外，所述時間Td能夠被設置為根據所述絕緣柵型半導體元件的導通/截止特性而改變。
[0019]另外，所述步進電動機例如為兩相單極型，所述多個絕緣柵型半導體元件的作用為:互補地導通、截止分別供給所述步進電動機的成對的線圈的電流。
[0020]另外，所述下降延遲電路通過延遲所述輸入脈沖信號的下降定時，將所述各個絕緣柵型半導體元件的導通期間Ton設置為比截止期間Toff長。
[0021]有益效果
[0022]根據上述構成的步進電動機驅動裝置，僅通過將延遲所述輸入脈沖信號的下降定時的絕緣柵型半導體元件(功率MOS-FET和/或IGBT)導通、截止驅動，在將某個相的絕緣柵型半導體元件截止時，可以使與該相的絕緣柵型半導體元件成對的反相的絕緣柵型半導體元件必然處于導通狀態。這樣，即使從步進電動機流入負電流，也可以通過處于導通狀態的絕緣型柵極半導體元件吸收該負電流。因此不會如現有技術那樣帶來由負電流引起的所述狀態信號ST的改變等的缺陷。
[0023]因此，即使在提高所述絕緣柵型半導體元件的導通、截止驅動頻率來高速驅動所述步進電動機的情況下，也可以實現其工作的穩定。此外，由于僅在所述條件下延遲所述輸入脈沖信號的下降定時，因此其構成簡單。因此本發明具有很大的實用性優點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是本發明的一實施方式的步進電動機驅動裝置的主要部分概略構成圖。
[0025]圖2是用于說明本發明的操作原理的圖。
[0026]圖3是示出圖1所示的步進電動機驅動裝置的動作的信號波形圖。
[0027]圖4是示意地示出驅動電路的元件構造和從步進電動機流入的負電流的流向的圖。
[0028]圖5是示出兩相單極型的步進電動機的主要部分概略構成的圖。
[0029]圖6是示出步進電動機的驅動例的驅動電壓波形圖。
[0030]圖7是示出現有的步進電動機驅動裝置的整體概略構成圖。
[0031]圖8是示出與步進電動機驅動裝置并聯設置的驅動電路的構成例的圖。
[0032]圖9是示出現有的步進電動機驅動裝置的操作的信號波形圖。
[0033]圖10是示意地示出驅動電路的元件構造和從步進電動機流入的負電流的流向的圖。
[0034]符號說明
[0035]I步進電動機
[0036]2轉子(旋轉子)
[0037]3a、3b、4a、4b 線圈
[0038]10步進電動機驅動裝置
[0039]11、12、13、14 驅動電路
[0040]15定時信號發生器
[0041]21柵極驅動電路
[0042]22功率MOS-FET (絕緣柵型半導體元件)
[0043]23邏輯電路
[0044]24過熱檢測電路
[0045]25過電流檢測電路
[0046]26 MOS-FET (保護用)
[0047]27、28 M0S-FET (狀態信號 ST 輸出用)
[0048]29寄生晶體管
[0049]30下降延遲電路

【具體實施方式】
[0050]以下，參照【專利附圖】

【附圖說明】本發明的一實施方式的步進電動機驅動裝置。
[0051]圖1是本發明的一實施方式的步進電動機驅動裝置10的整體概略構成圖，其中，與圖7中示出的現有裝置相同的部分用同一符號示出。從而省略針對相同部分的重復的說明。
[0052]本實施方式的步進電動機驅動裝置10的特征在于:具備下降延遲電路30，其延遲由所述定時信號發生器15產生的分別提供到所述驅動電路11、12、13、14的所述輸入脈沖信號Vinl、Vin2、Vin3、Vin4的下降定時。此外，所述輸入脈沖信號Vinl、Vin2、Vin3、Vin4以相隔預定相位差的方式被產生，是用于分別對所述步進電動機I的成對的所述線圈3a、3b、4a、4b互補地進行勵磁的信號。
[0053]所述下降延遲電路30的作用為根據所述功率MOS-FET 22的例如如圖2所示的導通時的上升時間Trise和截止時的下降時間Tfall，將所述輸入脈沖信號Vinl、Vin2、Vin3、Vin4的各個下降定時延遲Td,其中，Td > Trise-Tfall0
[0054]具體地，當所述功率MOS-FET 22的導通時的上升時間Trise是12μ S，截止時的下降時間Tfall是2.5μ s時，所述下降延遲電路30例如將所述輸入脈沖信號Vinl、Vin2、Vin3、Vin4 的各個下降定時延遲 10 μ s’ 以滿足 Td >Trise-Tfall = 12-2.5 (μ s)=9.5(μ s)的條件。
[0055]因此，與圖6中示出的所述輸入脈沖信號Vinl、Vin2、Vin3、Vin4相比，施加到所述驅動電路11、12、13、14中的所述功率M0S-FET22的柵極的輸入脈沖信號Vinl’、Vin2’、Vin3’、Vin4’如圖2所示，將該功率M0S-FET22的導通期間Ton擴大所述延遲時間Td，而將所述功率M0S-FET22的截止期間Toff縮小所述延遲時間Td。因此，所述各個功率M0S-FET22分別通過所述導通期間Ton被設置為比所述截止期間Toff長的所述輸入脈沖信號 Vinl’、Vin2’、Vin3’、Vin4’ 來驅動。
[0056]結果，例如使第三相的功率M0S-FET22截止時，如圖3所示，與第三相的功率M0S-FET22成對的第一相(反相)的功率M0S-FET22必然為導通狀態。因此，隨著所述第三相的功率M0S-FET22截止，即使從所述步進電動機I流入負電流1utl，該負電流1utl如圖4的箭頭D所示流過導通的所述第一相(反相)的功率M0S-FET22。換言之，所述負電流1utl不會像現有技術那樣流入所述M0S-FET27、28的寄生晶體管29。
[0057]因此，不會發生由所述負電流1utl引起的所述M0S_FET27、28等誤操作而使所述狀態信號ST變為“L”級的情況。此外，由于所述功率M0S-FET22已經導通，因此不會如現有技術那樣帶來如該功率M0S-FET22的導通延遲這樣的缺陷。因此，即使在提高所述輸入脈沖信號Vinl、Vin2、Vin3、Vin4的頻率來高速驅動所述步進電動機I的情況下，也可有效避免如現有技術那樣的缺陷，可以穩定地驅動步進電動機I。
[0058]另外，如上所述，由于僅通過所述下降延遲電路30來對所述輸入脈沖信號Vinl、Vin2、Vin3、Vin4的各個下降定時在所述條件下進行延遲控制，因此其控制簡單。此外，也可以容易地將所述延遲時間Td設置為根據所述功率M0S-FET22的上升/下降特性而改變。因此，所述步進電動機驅動裝置10價格便宜且易于制造。
[0059]此外，本發明不限于上述實施方式。例如，所述下降延遲電路30當然也可以組合在所述各個驅動電路11、12、13、14的邏輯電路23等中。此外，在驅動三相型和/或五相型的步進電動機I的情況下，同樣也可適用本發明。另外，也可以使用IGBT作為所述絕緣柵型半導體元件22，還可以相應地將所述延遲時間Td設置為根據所述絕緣柵型半導體元件22的溫度特性而改變。
[0060]此外，在實施方式中雖然以使用一般的功率MOS-FET和/或IGBT作為所述絕緣柵型半導體元件為前提進行了說明，但是在采用以例如SiC和/或GaN，或金剛石(C)作為材料的寬帶隙半導體的開關元件的情況下，同樣也可適用本發明。另外，在不脫離本發明要旨的范圍的情況下，可對本發明進行各種改變來實施。
【權利要求】
1.一種步進電動機驅動裝置，其特征在于，具備: 多個絕緣柵型半導體元件，其向被并聯設置的、步進電動機的成對的線圈互補地施加驅動電壓而驅動該步進電動機；和 下降延遲電路，其根據該絕緣柵型半導體元件導通時的上升時間Trise和截止時的下降時間Tfall，將分別向所述多個絕緣柵型半導體元件的各個的柵極互補地施加的輸入脈沖信號的下降定時延遲時間Td， 其中，所述時間Td滿足:
TdXTrise-TfalI。
2.如權利要求1所述的步進電動機驅動裝置，其特征在于: 所述時間Td被設置為根據所述絕緣柵型半導體元件的導通/截止特性而改變。
3.如權利要求1所述的步進電動機驅動裝置，其特征在于: 所述步進電動機為兩相單極型， 所述多個絕緣柵型半導體元件互補地導通、截止分別供給所述步進電動機的成對的線圈的電流。
4.如權利要求1所述的步進電動機驅動裝置，其特征在于: 所述下降延遲電路將所述各個絕緣柵型半導體元件的導通期間Ton設置為比截止期間Toff長。
5.如權利要求1所述的步進電動機驅動裝置，其特征在于: 所述多個絕緣柵型半導體元件是功率MOS-FET或IGBT。
【文檔編號】H02P8/12GK104242756SQ201410270323
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年6月17日 優先權日:2013年6月19日
【發明者】巖水守生 申請人:富士電機株式會社