专利名称：步进马达的控制方法及控制电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种步进马达的控制方法及控制电路。
背景技术：
步进马达会依附于驱动模式而可能停止在任一全步阶或微步阶的平衡位置。由于系统摩擦力的存在，步进马达可能停止于较预计位置偏移的位置，当再度启动时若施加预定的后续激磁讯号，将可能因此而导致失步(miss-step)现象产生，使得系统不能良好地追踪预期移动。即使停止在预计位置，步进马达亦可能因为传输振动或是大于维持力矩的重力矩而产生漂移。上述的错误停止位置会成为步进马达下一次驱动时的错误步进马达的起始激磁点，若控制步进马达的激磁时序讯号固定则可能会导致步进马达原地不动或反复摆动。此外，若控制步进马达的激磁时序讯号错误，亦会导致系统产生失步现象，而因此而产生的损失并无法藉由将驱动模式由全步阶驱动改为微步驱动而得到修正。正常而言， 激磁时序讯号的变换电流相位(commutation current phase)会藉由磁性感应器(例如霍尔感应器(Hall sensor))而与步阶马达的极性相位匹配。此类磁性感应器惯常安装于直流马达或是2相步进马达0-phase step motor)以作为变换参考，如此2相步进马达即可如同直流马达一般操作。然而基于成本考量，一般的步进马达并不会安装此类磁性感应器。 是故，如何不采用磁性感应器而可以达成校正步进马达起始激磁点及激磁时序讯号的相位变换成为业界一个重要的课题。
发明内容
本揭露是有关于一种步进马达的控制方法及控制电路，利用预驱动讯号而使得步进马达的起始激磁点收敛在对应起始位置的预定范围内。根据本揭露书的第一方面，提出一种步进马达的控制方法，该步进马达耦接至控制电路及负载装置，该控制方法包括利用该控制电路于预驱动时期输出预驱动讯号至该步进马达，使得该步进马达的起始激磁点收敛在对应起始位置的预定范围内，其中该预驱动讯号包括两个预驱动脉冲；以及利用该控制电路于驱动时期依据收敛后的所述起始激磁点调整对应于该负载装置的激磁时序讯号并据以使用该步进马达驱动该负载装置。根据所述的步进马达的控制方法，该控制电路调整该激磁时序讯号的起始对应位置于该预定范围内。根据所述的步进马达的控制方法，所述预驱动脉冲的振幅及周期相关于该负载装置。根据所述的步进马达的控制方法，更包括利用该控制电路于维持时期输出维持讯号至该步进马达，使得该起始激磁点于该维持时期内收敛在该预定范围，其中该维持时期介于该预驱动时期及该驱动时期之间。根据所述的步进马达的控制方法，每一个预驱动脉冲的周期至少达到预定时间。
根据一具体实施方式
，本发明提供一种步进马达的控制电路，该步进马达耦接至该控制电路及负载装置，该控制电路包括控制单元以及驱动单元。该控制单元用以产生预驱动讯号及激磁时序讯号，其中该预驱动讯号包括两个预驱动脉冲，该激磁时序讯号对应该负载装置；该驱动单元用以于预驱动时期输出该预驱动讯号至该步进马达，使得该步进马达的起始激磁点收敛在对应起始位置的预定范围内，并于驱动时期依据收敛后的所述起始激磁点调整该激磁时序讯号并据以使用该步进马达驱动该负载装置。根据所述的步进马达的控制电路，该预驱动讯号只包括二个该预驱动脉冲。根据所述的步进马达的控制电路，该控制电路调整该激磁时序讯号的起始对应位置于该预定范围内。根据所述的步进马达的控制电路，所述预驱动脉冲的振幅及周期相关于该负载装置。根据所述的步进马达的控制电路，该控制单元更用以产生维持讯号，该驱动单元更用以于维持时期输出该维持讯号至该步进马达，使得该起始激磁点于该维持时期内收敛在该预定范围，其中该维持时期介于该预驱动时期及该驱动时期之间。本揭露书上述实施例所揭露的步进马达的控制方法及控制电路，利用具有两个预驱动脉冲的预驱动讯号而使得步进马达的起始激磁点在预驱动时期内即会收敛在对应起始位置的预定范围内，故不需使用磁性感应器即可达成校正步进马达起始激磁点的目的。 更进一步地，由于步进马达的起始激磁点收敛在预定范围内，故可正确得到对应此起始位置的步阶马达的极性，如此一来，即可变换正确的激磁时序讯号的相位，并施加于步阶马达上以驱动负载装置。于本发明的优点与精神可以由以下的
及具体实施方式
详述得到进一步的了解。
图IA绘示依照一实施例的步进马达系统的示意图。图IB 图IE分别绘示步进马达在不同步阶与相对应的激磁位置的示意图。图2绘示依照一实施例的步进马达的控制方法的流程图。图3A绘示依照一实施例的步进马达的部分控制时序图。图;3B绘示依照一实施例的对应图3A的步进马达的起始激磁点的示意图。图4A绘示依照一实施例的步进马达的预驱动讯号与维持讯号的比较图。图4B绘示依照一实施例的对应图4A的步进马达的起始激磁点的示意图。图5A绘示依照另一实施例的步进马达的预驱动讯号与维持讯号的比较图。图5B绘示依照另一实施例的对应图5A的步进马达的起始激磁点的示意图。图6A绘示依照再一实施例的步进马达的预驱动讯号与维持讯号的比较图。图6B绘示依照再一实施例的对应图6A的步进马达的起始激磁点的示意图。图7A绘示依照又一实施例的步进马达的预驱动讯号与维持讯号的比较图。图7B绘示依照又一实施例的对应图7A的步进马达的起始激磁点的示意图。图8A绘示依照另一实施例的步进马达的部分控制时序图。图8B绘示依照另一实施例的对应图8A的步进马达的起始激磁点的示意图。
图9A绘示依照再一实施例的步进马达的部分控制时序图。图9B绘示依照再一实施例的对应图9A的步进马达的起始激磁点的示意图。图IOA绘示依照又一实施例的步进马达的部分控制时序图。图IOB绘示依照又一实施例的对应图IOA的步进马达的起始激磁点的示意图。
具体实施例方式本揭露书所提出的步进马达(st印motor)的控制方法及控制电路，利用预驱动讯号而使得步进马达的起始激磁点(initial excitation point)收敛在对应起始位置的预定范围内，故不需使用磁性感应器即可达成校正步进马达起始激磁点及激磁时序讯号的相位变换的目的。请参照图1A，其绘示依照一实施例的步进马达系统的示意图。步进马达系统100 包括步进马达110、控制电路120以及负载装置130。步进马达110耦接至控制电路120及负载装置130。控制电路120包括控制单元122以及驱动单元124。控制单元122用以产生预驱动讯号及激磁时序讯号，其中预驱动讯号包括两个预驱动脉冲，激磁时序讯号对应负载装置130并用以驱动负载装置130。请参照图IB 图1E，其分别绘示步进马达在不同步阶与相对应的激磁位置的示意图。由图IB 图IE可以得知，步进马达110在驱动单元 124的激磁时序讯号(AB，AB，AB，AB)的驱动下，在不同步阶对应到的不同激磁位置。请同时参照图2、图3A及图3B，图2绘示依照一实施例的步进马达的控制方法的流程图，图3A绘示依照一实施例的步进马达的部分控制时序图，图:3B绘示依照一实施例的对应图3A的步进马达的起始激磁点的示意图。于步骤S200中，利用驱动单元IM于预驱动时期tp输出控制单元122产生的预驱动讯号至步进马达110，使得步进马达110的起始激磁点收敛在对应起始位置的预定范围内。此预驱动时期tp内的预驱动讯号如图3A所示包括两个预驱动脉冲。此些预驱动脉冲的振幅及周期相关于负载装置130，并不限制，端视使用者设计而使得步进马达110得以驱动负载装置130而定。由图IBB可以得知，在一段极短的时间后，对应于不同步阶的起始激磁点均会收敛在例如对应2. 5步阶的预定范围内。如此一来，在经过预驱动讯号调整后，步进马达110停止的位置即可以确定，其相对极性亦对应地确定。是故，于步骤S210中，利用驱动单元IM 于驱动时期(未绘示于图3A)依据收敛后的此些起始激磁点调整对应于负载装置130的激磁时序讯号并据以使用步进马达110驱动负载装置130。由于步进马达110在各步阶平衡位置的极性确定，因此控制电路120可以调整激磁时序讯号的起始对应位置在预定范围内，故得以利用正确的激磁时序讯号的变换相位驱动步进马达，而不会产生失步现象。此外，更进一步地，控制单元122更产生维持讯号，驱动单元IM更于如图3A中的维持时期th输出维持讯号至步进马达110，使得此些起始激磁点于维持时期th内收敛在预定范围，其中维持时期th介于预驱动时期tp及驱动时期之间。如先前所述，预驱动脉冲的振幅及周期相关于负载装置130，而维持讯号的振幅及周期则相关于预驱动脉冲以使得此些起始激磁点至少于维持时期th结束前收敛在预定范围内。亦即，在本实施例中，预驱动脉冲的振幅及周期，以及维持讯号的振幅及周期为可调整的因子。请同时参照图4A及图4B，图4A绘示依照一实施例的步进马达的预驱动讯号与维持讯号的比较图，图4B绘示依照一实施例的对应图4A的步进马达的起始激磁点的示意图。相较于图3A，图4A中的预驱动脉冲的周期较长，且每一个预驱动脉冲的周期至少达到预定时间，故可由图4B观察到在预驱动时期tp结束前多个起始激磁点即已收敛在预定范围内。 在此种情况下，维持时期th的存在为非必须。请同时参照图5A及图5B，图5A绘示依照另一实施例的步进马达的预驱动讯号与维持讯号的比较图，图5B绘示依照另一实施例的对应图5A的步进马达的起始激磁点的示意图。相较于图3A，图5A中的维持讯号的振幅较大，故可由图5B观察到，相较于图3B，多个起始激磁点收敛在更窄的预定范围内，但其振荡时间则相对较长。请同时参照图6A及图6B，图6A绘示依照再一实施例的步进马达的预驱动讯号与维持讯号的比较图，图6B绘示依照再一实施例的对应图6A的步进马达的起始激磁点的示意图。相较于图3A，图6A中的预驱动讯号的振幅与图3A相同，而相对应地维持讯号的振幅则较小。由图6B观察到，相较于图3B，虽然多个起始激磁点亦收敛在预定范围内，但其分布较不集中，其振荡时间则相对较短。请同时参照图7A及图7B，图7A绘示依照又一实施例的步进马达的预驱动讯号与维持讯号的比较图，图7B绘示依照又一实施例的对应图7A的步进马达的起始激磁点的示意图。相较于图6A，图7A中的维持讯号的振幅被调整到与预驱动讯号的振幅相同。由图 7B观察到，相较于图6B，多个起始激磁点收敛在较窄的预定范围内。此外，上述实施例所揭露的预驱动讯号均只具有两个预驱动脉冲，然实质上并不限于此，具不同数目预驱动脉的预驱动讯号亦可以使得对应于不同步阶的起始激磁点会收敛在预定范围内。请同时参照图8A及图8B，图8A绘示依照另一实施例的步进马达的部分控制时序图，图8B绘示依照另一实施例的对应图8A的步进马达的起始激磁点的示意图。于图8A中的预驱动时期tp内的预驱动讯号仅具有预驱动脉冲。由图8B可以得知，在维持时期th内，对应于不同步阶的起始激磁点会分别收敛在例如对应3. 5步阶及1. 5步阶的不同预定范围内。然而，3. 5步阶及1. 5步阶并不具循环周期性(相差4步阶)，故无法得知步进马达110停止的位置，对应地无法得知其相对极性。请同时参照图9A及图9B，图9A绘示依照再一实施例的步进马达的部分控制时序图，图9B绘示依照再一实施例的对应图9A的步进马达的起始激磁点的示意图。于图9A中的预驱动时期tp内的预驱动讯号具有三个预驱动脉冲。由图9B可以得知，在维持时期th 内，对应于不同步阶的起始激磁点会分别收敛在例如对应3. 5步阶及-0. 5步阶的不同预定范围内。虽然对应于不同步阶的起始激磁点并不是收敛在对应单一步阶的预定范围内，但对应3. 5步阶及-0. 5步阶的不同预定范围具有循环周期性(相差4步阶)。如此一来，在经过预驱动讯号调整后，虽会具有不一样的步阶，但对于部分先前停止位置将不会造成失步现象。请同时参照图IOA及图10B，图IOA绘示依照又一实施例的步进马达的部分控制时序图，图IOB绘示依照又一实施例的对应图IOA的步进马达的起始激磁点的示意图。于图IOA中的预驱动时期tp内的预驱动讯号具有四预驱动脉冲。由图IOB可以得知，在维持时期th内，对应于不同步阶的起始激磁点会分别收敛在例如对应4. 5步阶及0. 5步阶的不同预定范围内。虽然对应于不同步阶的起始激磁点并不是收敛在对应单一步阶的预定范围内，但对应4. 5步阶及0.5步阶的不同预定范围具有循环周期性(相差4步阶)。如此一来，在经过预驱动讯号调整后，虽会具有不一样的步阶，但对于部分先前停止位置将不会造
6成失步现象。本揭露书上述实施例所揭露的步进马达的控制方法及控制电路，利用具有两个预驱动脉冲的预驱动讯号而使得步进马达的起始激磁点在预驱动时期内即会收敛在对应起始位置的预定范围内，故不需使用磁性感应器即可达成校正步进马达起始激磁点的目的。 更进一步地，由于步进马达的起始激磁点收敛在预定范围内，故可正确得到对应此起始位置的步阶马达的极性，如此一来，即可变换正确的激磁时序讯号的相位，并施加于步阶马达上以驱动负载装置。综上所述，虽然本发明已以多个实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。
权利要求
1.一种步进马达的控制方法，该步进马达耦接至控制电路及负载装置，其特征在于该控制方法包括利用该控制电路于预驱动时期输出预驱动讯号至该步进马达，使得该步进马达的起始激磁点收敛在对应一起始位置的预定范围内，其中该预驱动讯号包括两个预驱动脉冲；以及利用该控制电路于驱动时期依据收敛后的所述起始激磁点调整对应于该负载装置的激磁时序讯号并据以使用该步进马达驱动该负载装置。
2.如权利要求1所述的步进马达的控制方法，其特征在于该控制电路调整该激磁时序讯号的起始对应位置于该预定范围内。
3.如权利要求1所述的步进马达的控制方法，其特征在于所述预驱动脉冲的振幅及周期相关于该负载装置。
4.如权利要求1所述的步进马达的控制方法，其特征在于更包括利用该控制电路于维持时期输出维持讯号至该步进马达，使得该起始激磁点于该维持时期内收敛在该预定范围，其中该维持时期介于该预驱动时期及该驱动时期之间。
5.如权利要求1所述的步进马达的控制方法，其特征在于每一个预驱动脉冲的周期至少达到预定时间。
6.一种步进马达的控制电路，该步进马达耦接至该控制电路及负载装置，其特征在于该控制电路包括控制单元，用以产生预驱动讯号及激磁时序讯号，其中该预驱动讯号包括两个预驱动脉冲，该激磁时序讯号对应该负载装置；以及驱动单元，用以于预驱动时期输出该预驱动讯号至该步进马达，使得该步进马达的起始激磁点收敛在对应起始位置的预定范围内，并于驱动时期依据收敛后的所述起始激磁点调整该激磁时序讯号并据以使用该步进马达驱动该负载装置。
7.如权利要求6所述的步进马达的控制电路，其特征在于该预驱动讯号只包括二个该预驱动脉冲。
8.如权利要求6所述的步进马达的控制电路，其特征在于该控制电路调整该激磁时序讯号的起始对应位置于该预定范围内。
9.如权利要求6所述的步进马达的控制电路，其特征在于所述预驱动脉冲的振幅及周期相关于该负载装置。
10.如权利要求6所述的步进马达的控制电路，其特征在于该控制单元更用以产生维持讯号，该驱动单元更用以于维持时期输出该维持讯号至该步进马达，使得该起始激磁点于该维持时期内收敛在该预定范围，其中该维持时期介于该预驱动时期及该驱动时期之间。
全文摘要
本发明关于一种步进马达的控制方法及控制电路，步进马达耦接至控制电路及负载装置。控制方法包括下列步骤。利用控制电路于预驱动时期输出预驱动讯号至步进马达，使得步进马达的起始激磁点收敛在对应起始位置的预定范围内，其中预驱动讯号包括两个预驱动脉冲。利用控制电路于驱动时期依据收敛后的此些起始激磁点调整对应于负载装置的激磁时序讯号并据以使用步进马达驱动负载装置。本揭露书所提出的步进马达的控制方法及控制电路，利用预驱动讯号而使得步进马达的起始激磁点收敛在对应起始位置的预定范围内，故不需使用磁性感应器即可达成校正步进马达起始激磁点及激磁时序讯号的相位变换的目的。
文档编号H02P8/00GK102340274SQ20111016787
公开日2012年2月1日 申请日期2011年6月21日 优先权日2011年6月21日
发明者王国仁 申请人:佳世达科技股份有限公司, 苏州佳世达电通有限公司