电机电流控制装置以及电机电流控制方法
【专利摘要】在电机电流控制装置中，廉价地构成装置，提高电机电流对目标值的追随性。在该装置中设置与电机线圈连接的H桥电路、按每个PWM周期驱动H桥电路内的开关元件并指定使在电机线圈中流动的电机电流(Icoil)增加的充电模式或衰减的衰减模式中的任意一种动作模式的控制单元。控制单元在从各PWM周期的开始时起至经过规定的最大占空比时间(Tmax)为止，若检测出电机电流变为电流基准值(Iref)以上，则选择衰减模式作为动作模式。在从第1PWM周期开始后经过了第1规定时间(Tce)的时刻起至下一个第2PWM周期开始后经过了第2规定时间(Tcs)的时刻为止的期间(无效化期间，CLM＝0)，将动作模式指定为充电模式。
【专利说明】
电机电流控制装置以及电机电流控制方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及适合步进电机的控制的电机电流控制装置以及电机电流控制方法。
【背景技术】
[0002]专利文献I公开了一种通过PWM控制来驱动步进电机的技术。根据该技术，在每个PWM周期，重复基于“充电模式”、“高速衰减模式”、“低速衰减模式”的控制。此处，充电模式是使供给给固定件绕组的电流增加的动作模式，高速衰减模式是使该电流高速地衰减的动作模式，低速衰减模式是使该电流低速地衰减的动作模式。此外，在以下的说明中，有时将高速衰减模式和低速衰减模式统称而简称为“衰减模式”。
[0003]这些动作模式基于供给给步进电机的电流的目标值(例如，根据阶梯波将正弦波近似后的波形)与电流测量值的比较来切换。即，如果电流测量值为目标值以下则选择充电模式，若电流测量值超过目标值则选择衰减模式即可。然而，不管在哪个动作模式中，都有电流测量值的波形较难预先预测这一面。首先，充电模式中的电流波形根据电机的驱动电压、电机的旋转速度、电机的负载转矩状况、温度环境等而发生变化。
[0004]另外，由于固定件绕组的电感根据旋转件与固定件的位置关系而变动，所以衰减模式中的电流的衰减速度也根据该位置关系而变动。若产生电流测量值从预先的预测偏离、例如较大地下滑这种情况，则为了弥补该情况而电流波形的波动变大。由此，产生电机的转矩损失、振动、噪声等，并且，充电模式与高速衰减模式间的频繁的线圈通电方向的切换也成为使电磁噪声产生的原因。
[0005]为了应对这种问题，在专利文献I的技术中，设置2个比较器，将电流测量值与2个基准值相比较，并且基于该比较结果、时间来切换动作模式。另外，作为其它方法，也考虑通过缩短PffM周期来抑制波动这样的方法。
[0006]专利文献I:日本特开2002 — 204150号公报
【发明内容】
[0007]然而，如专利文献I那样设置2个比较器的情况导致成本上升。另外，缩短PWM周期的情况需要能够应对高速的动作的控制器，所以还是导致成本上升。该发明是鉴于上述的情况而完成的，其目的在于提供一种能够廉价地构成装置并且能够提高针对目标值的电机电流的追随性的电机电流控制装置以及电机电流控制方法。
[0008]为了解决上述课题，本发明的电机电流控制装置的特征在于，具有:H桥电路，其具有开关元件和二极管，并且与设置于电机的电机线圈连接；以及控制单元，其按每个规定的PWM周期驱动开关元件，并且对H桥电路指定使在电机线圈中流动的电机电流增加的充电模式或者使电机电流衰减的衰减模式中的任意一种动作模式，控制单元具有:动作模式选择单元，其在从各PWM周期的开始时起至经过规定的最大占空比时间为止的期间中，若检测出电机电流变为电流基准值以上，则选择衰减模式作为动作模式;无效化单元，其将从第IPWM周期开始后经过了第I规定时间的时刻起至下一个第2PWM周期开始后经过了第2规定时间的时刻为止的期间设为无效化期间，并且在该无效化期间中，使动作模式选择单元的动作无效化;充电模式指定单元，其在无效化期间中，将动作模式指定为充电模式；以及最大占空比时间指定单元，其在从各PffM周期的开始时起经过了最大占空比时间后的期间中，优先于无效化单元以及充电模式指定单元的动作，选择衰减模式作为动作模式。
[0009]根据本发明，能够廉价地构成装置，并且能够提高针对目标值的电机电流的追随性。
【附图说明】
[0010]图1是本发明的第I实施方式的电机控制系统的整体框图。
[0011 ]图2是电机电流控制装置的详细框图。
[0012]图3是比较器以及电流滤波器的波形图。
[0013]图4是H桥电路的动作模式的说明图。
[0014]图5是电流基准值相对于电机的旋转角的波形图。
[0015]图6是上升期间中的各部的波形图。
[0016]图7是上升期间中的各部的波形图(其它方式)。
[0017]图8是上升期间控制程序的流程图。
[0018]图9是第2实施方式中的电流滤波器.循环程序的流程图。
[0019]附图标记说明:2、4、6、8…FET(开关元件)；12、14、16、18...二极管；15、17…FET;
20、20Χ、20Υ...Η桥电路；100…电机电流控制装置；101…CPU(控制单元)；102".RAM; 1(^..ROM; 104…计时器；105...I/O端口； 106…总线；107…桥控制部；110…桥控制电路；111…电流滤波器(超过信号输出单元)；113-_PWM信号产生器；114…比较器；115-_D/A转换器；1他"电流检测部；117丨六/0转换器；1他"册1^检测部；12(^.步进电机；122￥?、122父1122YN、122XP…固定件；124、124X、124Y…固定件绕组(电机线圈)；126...旋转件；130…上位装置;140…直流电源；142…接地线。
【具体实施方式】
[0020][第I实施方式]
[0021]<第1实施方式的构成>
[0022](整体构成)
[0023]接下来，参照图1，对本发明的第I实施方式的电机控制系统的整体构成进行说明。在图1中，步进电机120是双极型2相步进电机，具备:具有永磁铁且转动自如地设置的旋转件126、和设置在旋转件126的周围的圆周方向4等份位置处的固定件。这些固定件由X相的固定件122ΧΡ、122ΧΝ和Y相的固定件122ΥΡ、122ΥΝ构成。在这些固定件分别卷绕有绕组。卷绕在固定件122ΥΡ、122ΥΝ上的绕组串联连接，将两绕组合起来称为“固定件绕组124Υ”。同样地，卷绕在固定件122ΧΡ、122ΧΝ上的绕组串联连接，将两绕组合起来称为“固定件绕组124Χ，，。
[0024]上位装置130输出指令电机120的旋转速度的速度指令信号。电机电流控制装置100根据该速度指令信号对电机120进行驱动控制。在电机电流控制装置100中设置有H桥电路20Χ、20Υ，分别对固定件绕组124Χ、124Υ施加X相电压VMX、Y相电压VMY。
[0025](电机电流控制装置100)
[0026]接下来，参照图2，对电机电流控制装置100的详细进行说明。此外，在图1中示出了2系统的固定件绕组124X、124Y和2系统的H桥电路20X、20Y，但在图2中，将这些集中表示为I系统的固定件绕组124和I系统的H桥电路20。
[0027]设置于电机电流控制装置100的内部的CPU(Central Processing Unit:中央处理器)101基于存储在R0M(Read Only Memory:只读存储器)103中的控制程序经由总线106来控制各部。RAM (Random Access Memory:随机存取存储器)102作为CPUlOl的工作存储器来使用。计时器104在CPU101的控制下，对从被复位的时刻起的经过时间进行测量。1/0端口105在与图1所示的上位装置130、其它的外部装置之间输入输出信号。桥控制部107具备动作模式选择部、无效化部、充电模式指定部、最大占空比时间指定部等各单元，这些各单元能够通过上述CPU执行程序来实现。桥控制部107基于来自CPU101的指令来控制桥控制电路110的各部。电流限制控制部112以根据需要进行电流限制的方式控制PffM信号产生器113。
[0028]此处，桥控制电路110构成为一体的集成电路。在其内部，Pmi信号产生器113基于桥控制部107的控制，生成PffM信号并供给给H桥电路20 j桥电路20包括FET(Field-EffeetTransistor:场效应晶体管)2、4、6、8、15、17，PWM信号是作为栅极电压而施加给这些FET的开/关信号。此外，图中，这些FET的下侧的端子成为源极端，上侧的端子成为漏极端。
[0029]FET2、4串联连接，对该串联电路连接直流电源140以及接地线142，并施加规定的电压Vdd。同样地，FET6、8也串联连接，对该串联电路施加电压Vdd。二极管12、14、16、18是回流用的二极管，与FET2、4、6、8并联连接。FETl 5、17用于电流检测用，分别与FET4、8—起形成电流反射镜电路(Current Mirror Circuit)。由此，与在FET4、8中流动的电流成比例的电流分别在FET15、17中流动。
[0030]FET2、4的连接点的电压VMoutO被施加给电机120的固定件绕组124的一端。另外，FET6、8的连接点的电压VMoutl被施加给固定件绕组124的另一端。因此，固定件绕组124被施加两者之差的电机电压VM( =电压VMoutO — VMoutl )。该电机电压VM实际上是图1所示的X相电压VMX以及Y相电压VMY。
[0031]另外，电压￥1011切、￥10的1也被供给给4/0转换器117和册1^(反电动势)检测部118。BEMF检测部118在电机电压VM为反电动势的情况下，即在未从H桥电路20施加电压的期间，根据电压方向的切换(零交叉)来输出标志ZCj/D转换器117基于电压VMout0、VMoutl测量固定件绕组124的反电动势Vbemf并输出。该反电动势Vbemf用于失步检测。
[0032]电流检测部116通过根据电流方向测量在FET15、17中流动的电流值，来输出在固定件绕组124中流动的电流的电流测量值I Co i I。D/A转换器115从桥控制部107接收电流基准值Iref的数字值，并将该数字值转换为模拟值。比较器114对模拟值的电流测量值Icoil和电流基准值Iref进行比较，并将该结果作为比较信号CMP输出。比较信号CMP是若电流测量值Icoil在电流基准值Iref以上则为“I”、在除此以外的情况下为“O”的信号。
[0033]但是，在从比较器114输出的比较信号CMP中，存在因噪声等的影响而发生振动的情况。电流滤波器111将除去该振动后的结果作为阈值超过标志CL输出。另外，桥控制部107输出电流控制有效标志C LM。该标志C LM是表示是否允许电流控制(充电模式以外的动作模式)的标志。即，对于电流控制有效标志CLM而言，在允许充电模式以外的动作模式的情况下被设定为“I”，在不允许的情况下被设定为“O”。
[0034]接下来，参照图3的(a)?(c)，对上述的电流滤波器111的动作的详细进行说明。图3的(a)是电流测量值I Co i I以及电流基准值Iref的波形的例子，在电流测量值I co i I中重叠有噪声。因此，如图3的(b)所示，在比较信号CMP中产生振动。电流滤波器111从比较信号CMP最初变动成值A(A为“I”或者“O” )的时刻起待机规定的空白时间Tb，之后，判定比较信号CMP的值是否被保持为A(该情况下为“I”)。在图示的例子中，判定在时刻t50比较信号CMP最初上升到T之后经过了空白时间Tb的时刻t52，比较信号CMP是否被保持为“I”。
[0035]在该判定结果为否定的情况下，电流滤波器111待机直至比较信号CMP再次返回到值A。在图示的例子中，直至比较信号CMP返回到“I”的时刻t54，电流滤波器111待机。若比较信号CMP与值A—致，则电流滤波器111进一步待机规定的抗尖峰脉冲时间Td后，将阈值超过标志CL设定为值A。在图3的(c)的例子中，在从时刻t54起经过了抗尖峰脉冲时间Td后的时亥Ijt56，阈值超过标志CL被设立为“I”。而且，将从比较信号CMP最初变动成值A的时刻起到阈值超过标志CL被设定为值A为止的时间称为“滤波期间Tft”。
[0036]在图示的例子中，滤波期间Tft为空白时间Tb、抗尖峰脉冲时间Td和时刻t52?t54的时间的合计，所以并不是恒定。此处，空白时间Tb以及抗尖峰脉冲时间Td也可以为“O”。假设若将抗尖峰脉冲时间Td设为“O”，则在图3的(a)?(C)的例子中，滤波期间Tft与时刻t50?t54的时间相等。另外，若将空白时间Tb设为“O”，则滤波期间Tf t与抗尖峰脉冲时间Td相等，成为恒定值。
[0037]<第1实施方式的动作的概要>
[0038](H桥电路20的动作模式)
[0039]接下来，参照图4的(a)?(f)对H桥电路20的动作模式进行说明。在使在固定件绕组124中流动的电机电流的绝对值增加的情况下，如图4的(a)所示，斜对置的2个FET成为导通状态。在图示的例子中，FET4、6为导通状态，FET2、8为截止状态。在该状态下，电机电流经由FET6、固定件绕组124、FET4沿着虚线所示的方向流动，并且该电机电流增加。将该动作模式称为“充电模式”。
[0040]在从图4的(a)的状态起使电机电流高速地衰减的情况下，如图4的(b)所示，使FET4、6成为截止状态，使FET2、8成为导通状态。由于在固定件绕组124中产生反电动势，所以电流经由FET8、固定件绕组124、FET2沿着虚线所示的方向流动，该电流高速地衰减。将该动作模式称为“高速衰减模式”。
[0041]另外，在从图4的(a)、(b)的状态起使电流低速地衰减的情况下，如图4的(C)所示，使电压Vdd侧的FET2、6成为导通状态，使接地电位侧的FET4、8成为截止状态。于是，如图示的虚线那样，流动在FET2、6以及固定件绕组124中循环的电流。该电流因FET2、6以及固定件绕组124的阻抗而衰减，但衰减速度为低速。将该动作模式称为“低速衰减模式”。
[0042]另外，作为低速衰减模式的变型，也可以如图4的(d)所示那样，使电压Vdd侧的FET2、6成为截止状态，使接地电位侧的FET4、8成为导通状态。于是，如图示的虚线那样，流动在FET4、8以及固定件绕组124中循环的电机电流。该电流因FET4、8以及固定件绕组124的阻抗而衰减，但衰减速度还是低速。
[0043]另外，即使断开任意的FET的栅极电压，因该FET的寄生电容，该FET在暂时的期间停留在导通状态。因此，例如若从充电模式(图4的(a))瞬时切换为高速衰减模式(图4的(b))，则瞬间全部的FET变为导通状态，电压Vdd与接地电位之间短路，FET被破坏。为了防止这样的情况，H桥电路20被设定为“贯通保护模式”这种动作模式。
[0044]图4的(e)是使全部的FET2、4、6、8成为截止状态的贯通保护模式。若从图4的(a)的充电模式切换为图4的(e)的贯通保护模式，则在固定件绕组124中产生反电动势，所以电机电流经由二极管18、固定件绕组124、二极管12沿着虚线所示的方向流动。在图4的(e)的贯通保护模式中，产生与二极管12、18的正方向电压下降对应的电力损失，所以电机电流的衰减速度变为最大。
[0045]此处，若比较图4的(a)的充电模式和图4的(d)的低速衰减模式，则不管在哪种模式中，FET4都为导通状态。因此，在从图4的(a)的状态迀移为图4的(d)的状态的情况下，SP使FET4—直为导通状态也没有影响。因此，在这样的情况下，能够采用如图4的(f)所示那样使FET4为导通状态、使FET2、6、8为截止状态的贯通保护模式。在该情况下，如该图的虚线所示，流动在FET 4、二极管18、固定件绕组124中循环的电机电流。
[0046]在图4的(f)的状态下，产生与二极管18的正方向电压下降对应的电力损失，所以若与低速衰减模式相比较，则衰减速度变大，但若与高速衰减模式或者图4的(e)的贯通保护模式相比较，则能够较大地降低衰减速度。由于从充电模式或者高速衰减模式迀移为低速衰减模式的情况是指“不想使电机电流较大地衰减”这个情况，所以选择如图4的(f)所示那样仅使一个FET成为导通状态的贯通保护模式。
[0047]但是，图2中，从CPUlOl对桥控制部107指定的动作模式是充电模式、低速衰减模式或者高速衰减模式中的任意一种，在后述的控制程序中，也没有明确地指定贯通保护模式。但是，桥控制部107并不是立即使所指定的动作模式反映，之间一定插入贯通保护模式(图4的(e)或者(f))来控制PffM信号产生器113。
[0048](电流基准值的设定)
[0049]在图2中从桥控制部107供给给D/A转换器115的电流基准值Iref实际上由X相的电流基准值IXref和Y相的电流基准值IYref构成。图5的(a)、(b)示出步进电机120的一周旋转、即旋转角Θ为O?2JT的范围中的这些电流基准值IXref、I Yref的设定例。如图示那样，电流基准值IXref、IYref为以阶梯波将余弦曲线、正弦曲线近似后所得的波形。像这样规定电流基准值驱动电机120的方式被称为微步(Micro-step)方式，特别是有在低速旋转时残留振动较小、稳定性优异的特征。
[0050]另外，将阶梯波变动的周期称为微步周期Tm。优选微步周期Tm与PffM周期相同或者为其整数倍。电流基准值IXref、IYref都按每个旋转角Θ的V2如图示那样那样交替地反复上升期间和下降期间。此处，“上升期间”是电流基准值IXref、IYref的绝对值上升的期间，“下降期间”是该绝对值下降的期间。
[0051 ](电流控制的具体例I)
[0052]接下来，参照图6所示的波形图，对上升期间中的电流控制的概要进行说明。在图6中，时刻t0、tl0、t20、t30、t40是PffM周期T的开始时刻。另外，微步周期Tm在图示的例子中为PWM周期T的2倍，在每个微步周期Tm中，电流基准值Iref变动。另外，在图6中也一并记载电压VMoutO、VMoutl、阈值超过标志CL以及电流控制有效标志CLM的波形。对于示于最上部的记载为“充电模式”的位置而言，以黑线显示动作模式为充电模式的期间，以空心线显示除此以外的动作模式的期间。
[0053 ] 在图6的时刻t06以前，电流测量值I co i I在电流基准值Iref以下，阈值超过标志CL为“O”，所以H桥电路20的动作模式被设定为充电模式(参照图4的(a))，随着时间的经过，电流测量值Icoi I增加。然而，在时刻t06，尽管标志CL仍为“O”，但动作模式切换为低速衰减模式。此外，在本实施方式中，上升期间中的衰减模式一定选择低速衰减模式，而不会选择高速衰减模式(参照图4的(b))。
[0054]此处，对在时刻t06将动作模式切换为低速衰减模式的理由进行说明。在本实施方式中，动作模式能够被设定为充电模式的期间被限定为从各PWM周期的开始时起至达到规定的最大占空比时间Tmax为止的期间。由于时刻t06是从该PffM周期的开始时刻tO起经过了最大占空比时间Tmax的时刻，所以不管阈值超过标志CL的值，动作模式都切换为低速衰减模式。此处，设置最大占空比时间Tmax的理由是为了抑制可听区域的杂音。以下说明其详细。
[0055]若在每个PWM周期中反复充电模式和衰减模式，则在PWM周期中电机120振动。若该振动周期进入可听区域，则振动成为刺耳的杂音且能被人听见，所以PWM周期被设定为比可听区域短的周期。然而，若出现在整个期间为充电模式的PWM周期，则在振动中出现PWM周期的整数倍的成分，所以杂音被人听见。因此，为了防止这种情况，如上述那样，动作模式能够被设定为充电模式的期间被限定为从各PWM周期的开始时起至达到最大占空比时间Tmax为止的期间。
[0056]接下来，在时刻tlO?tl4中，H桥电路20再次设定为充电模式，随着时间的经过，电流测量值Icoil增加。在时刻tl4，电流测量值Icoil与电流基准值Iref相等。然而，如在图3中所说明那样，电流滤波器111为了除去振动，在比较器114的输出信号切换后，待机滤波期间Tf t后切换阈值超过标志CL。因此，图6中，在从时刻114起经过了滤波期间Tft的时刻116，阈值超过标志CL上升为“I”。
[0057]若阈值超过标志CL上升为“I”，则H桥电路20的动作模式原则上切换为低速衰减模式(参照图4的(d))。这是为了使电流测量值Icoil追随于电流基准值Iref。因此，在时刻tl6，按照该原则，动作模式也切换为低速衰减模式。
[0058]接下来，若在时刻t20开始下一个Pmi周期，则尽管阈值超过标志CL为“I”，但动作模式仍设定为充电模式，时刻t20?t22为止电流测量值Icoil增加。因此，对该理由进行说明。在本实施方式中，从各PWM周期的开始时起至经过规定的电流控制无效化时间Tcs为止，电流控制有效标志CLM被设定为“O”。即，在该期间中，不允许充电模式以外的动作模式，所以H桥电路20的动作模式维持为充电模式。时刻t20?t22的期间相当于该电流控制无效化时间Tcs。
[0059 ]设置电流控制无效化时间Tc s的一个理由与设置最大占空比时间Tmax的理由相同。即，若出现在整个期间为低速衰减模式的PWM周期，则在振动中出现PWM周期的整数倍的成分，所以杂音被人听见。为了防止这种情况，如上述那样，在各PWM周期的开始时，在规定的电流控制无效化时间Tcs—定选择充电模式。另外，设置电流控制无效化时间Tcs的其它理由是为了减小电流测量值Icoil的上升的延迟，并抑制电流波形的波动。其详细后述。
[0060]接下来，在经过了时间Tcs的时刻t22，对应于阈值超过标志CL为“I”这一情况，动作模式切换为低速衰减模式，电流测量值Icoil衰减。在时刻t24，电流测量值Icoil小于电流基准值Iref，而且在经过了滤波期间Tft的时刻t26，阈值超过标志CL下降为“O”。
[0061 ]在图6的例子中，在紧接各PffM周期结束之前的时刻，电流控制有效标志CLM也下降为“O” O将从各PffM周期的开始时起至电流控制有效标志CLM下降为“O”为止的时间称为电流控制再无效化时间Tce ο但是，基于最大占空比时间Tmax将动作模式设定为低速衰减模式的动作比基于电流控制有效标志CLM的动作优先。
[0062]在图6的例子中，电流控制再无效化时间Tce大于最大占空比时间Tmax。因此，若因经过最大占空比时间Tmax而将动作模式设定为低速衰减模式，则在之后的电流控制再无效化时间Tce中电流控制有效标志CLM变为“O”的情况在该PffM周期内不会对动作带来影响。因此，在时亥Ijtl6?t20的期间中，即使电流控制有效标志CLM下降为“O”，动作模式也维持为低速衰减模式。
[0063]若在时刻t30开始下一个PWM周期，则动作模式再次设定为充电模式，电流测量值Icoil增加。在时刻t30，新的微步周期Tm也开始，电流基准值Iref被设定为更高的值。若在时刻t32电流测量值Icoil与电流基准值Iref相等，则在从该时刻起经过了滤波期间Tft的时刻t33，阈值超过标志CL上升为“I”。
[0064]由此，动作模式迀移为低速衰减模式。之后，若在时刻t36电流测量值IcoiI与电流基准值Iref相等，则在从该时刻起经过了滤波期间Tf t的时刻t38，阈值超过标志CL下降为“O”。像这样，在最大占空比时间Tmax比电流控制再无效化时间Tce短的情况下，在上升期间中，重复以上那样的动作。
[0065]此处，作为比较例，利用虚线表示“不进行”基于电流控制有效标志CLM的控制的情况下的电流测量值Icoil’。在该比较例中，在时刻t20，动作模式不切换为充电模式，电流波形较大地下滑。即，由于电流波形的波动变大，所以电机120的转矩损失、振动、噪声、电磁噪声变大。与此相对，根据本实施方式，在PWM周期的开始时设置电流控制无效化时间Tcs，将动作模式设定为充电模式，所以能够减小电流测量值Icoil的上升的延迟。特别是能够在电流基准值Iref急剧地上升的期间(例如在图5的(a)中旋转角Θ为jt/2?3V4、3jt/2?7V4的期间)起到显著的效果。
[0066](电流控制的具体例2)
[0067]接下来，参照图7所示的波形图，对上升期间中的电流控制的其它方式进行说明。在图7中，时刻tl00、tll0、tl20、tl30、tl40为PffM周期T的开始时刻，微步周期Tm为PffM周期T的2倍。若与上述的图6的具体例比较，相对于在图6中电流控制再无效化时间Tce比最大占空比时间Tmax长，在图7中时间Tce比时间Tmax短这一点不同。
[0068]在图7的时刻1106以前，H桥电路20的动作模式被设定为充电模式，在PffM周期开始后经过了最大占空比时间Tmax的时刻tl06，动作模式切换为低速衰减模式。若在时刻tllO开始新的PWM周期，则动作模式再次设定为充电模式，随着时间的经过，电流测量值Icoil增加。在时刻1114，电流测量值I Co i I与电流基准值I ref相等，而且在经过了滤波期间Tf t后的时刻tl 16，阈值超过标志CL上升为“I”。
[0069]然而，由于在时刻tll6以前的时刻tll5，电流控制有效标志CLM下降为“O”，所以即使在时刻1116，也维持充电模式。之后，若在时刻1117达到最大占空比时间Tmax，则动作模式切换为低速衰减模式。这是因为如上所述，在最大占空比时间Tmax将动作模式设定为低速衰减模式的动作比基于电流控制有效标志CLM的值的动作优先。
[0070]接下来，若在时刻tl20开始新的HVM周期，则至相当于电流控制无效化时间Tcs的时刻tl22为止电流控制有效标志CLM为“O”，所以该期间的动作模式被设定为充电模式。而且，在时刻1122，对应于阈值超过标志CL为“I”，动作模式切换为低速衰减模式。之后，在时亥Ijtl25，电流测量值Icoil与电流基准值Iref相等，而且在经过了滤波期间Tft的时刻tl27，阈值超过标志CL下降为“O”。之后，若在经过了电流控制再无效化时间Tce的时刻tl28，电流控制有效标志CLM变为“O”，则动作模式切换为充电模式，在经过了最大占空比时间Tmax的时刻1129，动作模式再次切换为低速衰减模式。
[0071]若在时刻tl30开始下一个PffM周期，则动作模式再次设定为充电模式，电流测量值Icoil增加。在时刻tl30，新的微步周期Tm也开始，电流基准值Iref被设定为更高的值。若在时刻tl32电流测量值Icoil与电流基准值Iref相等，则在从该时刻起经过了滤波期间Tft的时刻tl33，阈值超过标志CL上升为“I”。由此，动作模式迀移为低速衰减模式。
[0072]之后，若在时刻tl34电流测量值Icoil与电流基准值Iref相等，则在从该时刻起经过了滤波期间Tft的时刻tl36，阈值超过标志CL下降为“O”。之后，若在经过了电流控制再无效化时间Tce的时刻tl37，电流控制有效标志CLM变为“O”，则动作模式切换为充电模式，在经过了最大占空比时间Tmax的时刻tl38，动作模式再次切换为低速衰减模式。像这样，在最大占空比时间Tmax比电流控制再无效化时间Tce长的情况下，在上升期间中，重复以上那样的动作。
[0073]此处，利用虚线表示“不进行”基于电流控制有效标志CLM的控制的比较例的电流测量值I Co i I’。在该比较例中，在时刻1116、1120、1128动作模式不变为充电模式，所以电流波形较大地下滑。因此，即使在使最大占空比时间Tmax比电流控制再无效化时间Tce长的情况下(图7)，本实施方式相对于比较例，如图6所述那样，起到能够减小电流测量值Icoil的上升的延迟这个效果。
[0074]<电流控制的详细>
[0075](至达到电流控制无效化时间Tcs为止的处理)
[0076]接下来，参照图8，对上升期间中的动作的详细进行说明。此外，图8是存储在R0M103中并由CPUlOl执行的控制程序，是上升期间控制程序的流程图，在上升期间中按照每个PffM周期启动。本程序根据电流控制再无效化时间Tce以及最大占空比时间Tmax等的值的设定状态，能够应用于图6以及图7所示的动作例的任意一个。
[0077]在图8的步骤SI中开始上升期间控制程序的处理。在该步骤SI中，使计时器104复位，以后对PWM周期开始后的经过时间进行计时。另外，在步骤SI中，基于旋转件126的旋转角Θ的推断值和图5的(a)或者(b)所示的波形来决定该PffM周期中的电流基准值Iref (图5的(a)、(b)中的电流基准值IXref或者IYref )，决定出的电流基准值Iref被设置于桥控制部107(参照图2)。
[0078]另外，电流控制有效标志CLM在前一个PWM周期中被设定为“O”。该前一个PWM周期中所设定的电流控制有效标志CLM继续在本次的PffM周期中也使用。在前一个PffM周期中，通过执行后述的步骤S24，将电流控制有效标志CLM设定为“O”，步骤S24的处理的详细后述。
[0079]接下来，若处理进入步骤S2，则获取计时器104表示的经过时间以及阈值超过标志CL。此外，在本程序内，经过时间以及阈值超过标志CL直至再次执行步骤S2为止不变化。接下来，若处理进入步骤S4，则判定HVM周期开始后的经过时间是否与电流控制无效化时间Tcs相等。若此处判定为“否”，则处理进入步骤S8，判定电流控制有效标志CLM是否是“I”。如上述，标志CLM在前一个PffM周期(步骤S24)中被设定为“O”，所以此处判定为“否”，处理进入步骤SI O。
[0080]在步骤SlO中，判定经过时间是否超过最大占空比时间Tmax。若此处判定为“否”，则处理进入步骤S12，动作模式被设定为充电模式。接下来，若处理进入步骤S14，则判定阈值超过标志CL是否是“I”。若假设标志CL为“I”，则在步骤S16中判定电流控制有效标志CLM是否是“I”。由于标志CLM在前一个PffM周期中被设定为“O”，所以此处判定为“否”，处理进入步骤S20。
[0081 ]另一方面，在标志CL为“O”的情况下，处理从步骤S14直接进入步骤S20。在步骤S20中，判定经过时间是否与电流控制再无效化时间Tce相等。若此处判定为“否”，则处理进入步骤S26，判定经过时间是否超过最大占空比时间Tmax。若此处判定为“否”，则处理进入步骤S30，判定经过时间是否达到PffM周期T。若此处判定为“否”，则处理返回到步骤S2。
[0082]以后，重复与上述的处理同样的处理。因此，直至经过时间达到电流控制无效化时间Tcs为止，重复步骤S2(数据取得)和步骤S12(设定为充电模式)，动作模式保持为充电模式。
[0083 ](电流控制无效化时间Tcs中的处理)
[0084]接下来，若经过时间与电流控制无效化时间Tcs相等，则在步骤S4中判定为“是”，处理进入步骤S6。此处，通过将电流控制有效标志CLM设定为“I”，而变为能够进行基于阈值超过标志CL的动作模式的切换的状态。
[0085](电流控制无效化时间Tcs以后的处理)
[0086]接下来，对在经过时间超过电流控制无效化时间Tcs后，不管是最大占空比时间Tmax还是电流控制再无效化时间Tce都未达到的期间的处理进行说明。先前执行步骤S6时，电流控制有效标志CLM被设定为“I”，所以以后在步骤S8中判定为“是”，跳过步骤SlO、S12，处理进入步骤S14。
[0087]此处，如果阈值超过标志CL为“O”，则判定为“否”，处理经由步骤S20、S26、S30返回到步骤S2。即，只要阈值超过标志CL为“O”，则不执行切换动作模式的处理，所以维持以前的动作模式即充电模式。
[0088]另外，若阈值超过标志CL变为“I”，则处理经由步骤S14、S16进入步骤S18。此处，动作模式被设定为低速衰减模式。以后，直至经过时间达到电流控制再无效化时间Tce或者最大占空比时间Tmax为止，不执行将动作模式设定为低速衰减模式以外的模式的处理，所以动作模式维持为低速衰减模式不变。
[0089 ]图6的时刻116、t33、图7的时刻1133时的电流测量值I co i I的变化是像这样经过电流控制无效化时间Tcs后且在最大占空比时间Tmax以及电流控制再无效化时间Tce以前，基于阈值超过标志CL将动作模式切换成低速衰减模式的具体例。
[°09°](最大占空比时间Tmax之后的处理(其中，Tmax < Tce))
[0091]之后的动作根据最大占空比时间Tmax与电流控制再无效化时间Tce的大小关系而不同，所以分情况进行说明。最初，对“Tmax < Tee”的情况下(例如图6)的动作进行说明。
[0092]若经过时间超过最大占空比时间Tmax，则在步骤S26中判定为“是”，处理进入步骤S28，动作模式被设定为低速衰减模式。在最大占空比时间Tmax之后，直至达到P丽周期T为止，反复执行步骤S28，从而动作模式保持为低速衰减模式。
[0093]之后，若经过时间与电流控制再无效化时间Tce相等，则在步骤S20中判定为“是”，处理进入步骤S22。此处，求出下一个PffM周期中的电机120的各种动作条件(例如旋转角Θ的推断值)，并对桥控制部107(参照图2)设定。接下来，若处理进入步骤S24，则电流控制有效标志CLM被设定为“O”。
[0094]通过将标志CLM设定成“O”，此以后在步骤S8中判定为“否”，但由于已经经过了最大占空比时间Tmax，所以在下一个步骤SlO中判定为“是”。由此，不执行步骤S12的处理(设定为充电模式)。因此，最大占空比时间Tmax之后的动作模式始终保持为低速衰减模式，经过时间达到电流控制再无效化时间Tce这一情况，在涉及动作模式的设定时，不会特别带来影响。
[0095]而且，若经过时间变为PffM周期T，则在步骤S30中判定为“是”，本程序的处理结束。图5所示的时刻t06?tlO中的电流测量值Icoil的变化是像这样在“Tmax < Tee”的情况下，经过最大占空比时间Tmax后至该PffM周期的结束为止将动作模式设定为低速衰减模式的具体例。此外，在“Tmax < T c e”的情况下，最后与“Tmax = Tc e”的情况下的动作相等，所以设定为 “Tmax = Tee” 即可。
[0096](电流控制再无效化时间Tce之后的处理(其中，Tmax>Tce))
[0097]接下来，对“Tmax>Tee”的情况下(例如图7)的动作进行说明。首先，在经过时间与电流控制再无效化时间Tce相等的时刻，在步骤S20中判定为“是”，处理进入步骤S22，设定下一个PWM周期中的电机120的动作条件。接下来，若处理进入步骤S24，则电流控制有效标志CLM被设定为“O”。此外，如上述，在步骤S24中所设定的电流控制有效标志CLM在下一个PffM周期中继续使用。
[0098]像这样，通过在步骤S24中将电流控制有效标志CLM设定为“O”，之后，至达到最大占空比时间Tmax为止，在步骤S8、SI O中都判定为“否”，处理进入步骤S12。此处，动作模式被设定为充电模式O至经过时间达到最大占空比时间Tmax为止，反复执行该步骤SI 2，从而动作模式被保持为充电模式。
[0099]之后，若经过时间超过最大占空比时间Tmax，则在步骤SlO中判定为“是”，所以不执行步骤S12(充电模式的设定)。另外，在步骤S26中判定为“是”，反复执行步骤S28(低速衰减模式的设定)，从而动作模式被保持为低速衰减模式。而且，若经过时间变为PWM周期TJlJ在步骤S30中判定为“是”，本程序的处理结束。
[0100]图7所示的时刻tll5?tl20、tl28?tl30、tl37?tl40中的电流测量值Icoil的变化是从经过电流控制再无效化时间Tce时起到经过最大占空比时间Tmax时为止选择充电模式，并且在最大占空比时间Tmax之后至PffM周期T为止选择低速衰减模式的具体例。
[0101]如以上那样，本实施方式的电机电流控制装置(100)具有:H桥电路(20)，其具有开关元件(2、4、6、8)，并且与设置于电机(120)的电机线圈(124)连接；以及控制单元(101)，其按每个规定的PWM周期驱动开关元件(2、4、6、8)，并且对H桥电路(20)指定使在电机线圈(124)中流动的电机电流(I co i I)增加的充电模式或者使电机电流(I co i I)衰减的衰减模式(低速衰减模式)中的任意一种动作模式，控制单元(101)具有:动作模式选择单元(SI 4、S18)，其在从各PWM周期的开始时起至经过规定的最大占空比时间(Tmax)为止的期间中，若检测出电机电流(I coil)变为电流基准值(Iref)以上，则选择衰减模式作为动作模式;无效化单元(S24、S16)，其将从第IPffM周期开始后经过了第I规定时间(Tce)的时刻起至下一个第2PWM周期开始时后经过了第2规定时间(Tcs)的时刻为止的期间设为无效化期间(CLM =O)，并且在该无效化期间中，使动作模式选择单元(S14、S18)的动作无效化;充电模式指定单元(S8、S12)，其在无效化期间中，将动作模式指定为充电模式；以及最大占空比时间指定单元(S26、S28)，其在从各冊M周期的开始时起经过了最大占空比时间(Tmax)后的期间中，优先于无效化单元(S24、S16)以及充电模式指定单元(S8、SI2)的动作，选择衰减模式作为动作模式。
[0102]另外，最大占空比时间指定单元(S26、S28)在各PWM周期开始后至经过最大占空比时间(Tmax)为止的期间中，在电机电流(I co i I)未变为电流基准值(Iref)以上的情况下，伴随着最大占空比时间(Tmax)的经过，将动作模式从充电模式切换为衰减模式。
[0103]另外，控制单元(101)还具有动作条件设定单元(S22)，该动作条件设定单元(S22)在从第IPffM周期开始后经过了第I规定时间(Tce)的时刻起至第IPffM周期结束为止的期间，设定下一个第2PWM周期的动作条件。并且，在具体例1(图6)中，特征在于第I规定时间(Tce)与最大占空比时间(Tmax)相等。
[0104]另外，电机电流控制装置(100)还具有超过信号输出单元(111)，该超过信号输出单元(111)若检测出电机电流(Icoi I)超过了电流基准值(Iref )，贝Ij在经过了规定的空白时间(Tb)后再检测电机电流(Icoil)超过电流基准值(Iref)这一内容，在该再检测后经过了规定的抗尖峰脉冲时间(Td)之后，输出超过信号(“I”的CL)，动作模式选择单元(S14、S18)基于超过信号(“I”的CL)将动作模式从充电模式切换为衰减模式。
[0105]<第1实施方式的效果>
[0106]根据以上那样的构成，本实施方式的效果如下。(I)由于利用一个比较器114对一个固定件绕组124(参照图2)进行电机控制，所以能够廉价地构成电机电流控制装置100。
(2)由于从电流控制再无效化时间T c e至下一个P WM周期的电流控制无效化时间T c s为止使电流控制无效化，并且在各PWM周期的开始时强制将动作模式设定为充电模式，所以能够抑制电机电流的电流波动。由此，能够使电机120的驱动效率上升，并且，能够降低电机的转矩的损失和噪声、振动等。⑶另外，由于比较信号CMP切换后，经过了空白时间Tb以及/或者抗尖峰脉冲时间Td后使阈值超过标志CL的值反转，所以能够除去振动所带来的影响，能够实现稳定的动作。
[0107][第2实施方式]
[0108]接下来，对本发明的第2实施方式进行说明。第2实施方式的硬件构成以及上升期间控制程序(图8)的内容与第I实施方式的相同。但是，在第2实施方式中，不设置电流滤波器111 (参照图2 )，从比较器114输出的比较信号CMP直接供给给CPU101。
[0109]在CPUlOl中，基于比较信号CMP，通过软件处理来实现电流滤波器111的功能，设定阈值超过标志CL。因此，参照图9，对基于比较信号CMP来设定阈值超过标志CL的电流滤波.循环程序的内容进行说明。此外，本程序在与上升期间控制程序(图8)不同的工序上启动。
[0110]在图9中，若处理进入步骤S50，则将当前的比较信号CMP的值代入至变量CMPA。接下来，若处理进入步骤S52，则判定变量CMPA是否与变量CMPC相等。此外，变量CMPC被代入过去的比较信号CMP的值。若在步骤S52中判定为“是”，则处理返回到步骤S50。以后，只要变量CMPC与变量CMPA—致，就重复步骤S50、S52的循环。
[0111]接下来，若处理进入步骤S54，则开始滤波期间Tft。接下来，若处理进入步骤S56，则判定预先指定的空白时间Tb是否超过O。此处，若判定为“是”，则处理进入步骤S58，开始空白时间Tb的计测。接下来，若处理进入步骤S60，则判定从先前执行步骤S58的时刻起是否经过了空白时间Tb。
[0112]若在步骤S60中判定为“否”，则至经过空白时间Tb为止，处理待机。若经过空白时间Tb，则在步骤S60中判定为“是”，处理进入步骤S62。此处，将当前的比较信号CMP的值代入变量CMPB。接下来，若处理进入步骤S64，则判定变量CMPA、CMI3B的值是否一致。若此处判定为“否”，则处理返回到步骤S62，至变量CMPA、CMPB—致为止，重复步骤S62、S64的循环。
[0113]反复该循环的期间在图3的(b)中相当于时刻152?t54的期间。而且，若变量CMPA、CMI3B—致，则在步骤S64中判定为“是”，处理进入步骤S66。此外，在空白时间Tb为O的情况下，在步骤S56中判定为“否”，处理立即进入步骤S66。
[0114]在步骤S66中，判定预先指定的抗尖峰脉冲时间Td是否超过O。此处，若判定为“是”，则处理进入步骤S68，开始抗尖峰脉冲时间Td的计测。接下来，若处理进入步骤S70，则判定从先前执行步骤S68的时刻起是否经过了抗尖峰脉冲时间Td。
[0115]若在步骤S70中判定为“否”，则至经过抗尖峰脉冲时间Td为止，处理待机。若经过抗尖峰脉冲时间Td，则在步骤S70中判定为“是”，处理进入步骤S72。此外，在抗尖峰脉冲时间Td为O的情况下，在步骤S66中判定为“否”，处理立即进入步骤S72。
[0116]在步骤S72中，将变量CMPA的值设置为阈值超过标志CL。而且，向变量CMPC代入变量CMPA的值。接下来，若处理进入步骤S74，滤波期间Tf t结束，处理返回到步骤S50。以下，重复同样的处理，在每次执行步骤S72时，利用反复电路切换阈值超过标志CL的值。
[0117]如以上那样，根据本实施方式，起到与第I实施方式同样的效果，并且，能够不需要作为硬件的电流滤波器111，所以也起到能够使电机电流控制装置100的构成简单化这个效果O
[0118][变形例]
[0119]本发明并不限于上述的实施方式，能够进行各种变形。上述的实施方式是为了以容易理解本发明的方式进行说明而例示的实施方式，并不一定限定于具备说明的全部构成。另外，能够将某个实施方式的构成的一部分置换为其它实施方式的构成，另外，也能够在某个实施方式的构成中加入其它实施方式的构成。另外，能够对各实施方式的构成的一部分进行削除或者其它构成的追加、置换。能够对上述实施方式进行的变形例如如以下那样。
[0120](I)在上述实施方式中，电流控制无效化时间Tcs、电流控制再无效化时间Tce、最大占空比时间Tmax也可以不是恒定的。即，也可以根据旋转件126与固定件122XP、122XN的位置关系(例如微步编号)来设定这些时间。(2)图8、图9所示的处理在上述实施方式中作为使用了程序的软件性处理而进行了说明，但也可以通过使用了ASIC( Applicat1nSpecific Integrated Circuit;特定用途用IC)或者FPGA(field_programmable gatearray:现场可编程门阵列)等的硬件性处理来实现。
[0121](3)作为构成H桥电路20的开关元件，在上述实施方式中应用了 FET，但也可以代替这些而应用双极晶体管、IGBT(绝缘栅极双极晶体管，Insulated Gate BipolarTransistor)、其它的开关元件。(4)另外，在上述实施方式中，说明了应用双极型2相步进电机作为电机120的例子，但电机120的种类、相数能够根据用途而应用各种。另外，在上述实施方式中，采用了微步方式作为电流基准值Iref的设定方式，但电流基准值Iref也可以使用相对于旋转角Θ连续地变化的值。
【主权项】
1.一种电机电流控制装置，其特征在于，具有: H桥电路，其具有开关元件，并且与设置于电机的电机线圈连接；以及控制单元，其按每个规定的PWM周期驱动所述开关元件，并且对所述H桥电路指定使在所述电机线圈中流动的电机电流增加的充电模式或者使所述电机电流衰减的衰减模式中的任意一种动作模式， 所述控制单元具有: 动作模式选择单元，其在从各所述PWM周期的开始时起至经过规定的最大占空比时间为止的期间中，若检测出所述电机电流变为电流基准值以上，则选择所述衰减模式作为所述动作模式； 无效化单元，其将从第IPWM周期开始后经过了第I规定时间的时刻起至下一个第2PWM周期开始后经过了第2规定时间的时刻为止的期间设为无效化期间，并且在该无效化期间中，使所述动作模式选择单元的动作无效化； 充电模式指定单元，其在所述无效化期间中，将所述动作模式指定为所述充电模式；以及 最大占空比时间指定单元，其在从各所述HVM周期的开始时起经过了所述最大占空比时间后至所述PWM周期结束为止的期间中，优先于所述无效化单元以及所述充电模式指定单元的动作，选择所述衰减模式作为所述动作模式。2.根据权利要求1所述的电机电流控制装置，其特征在于， 所述最大占空比时间指定单元在各所述PWM周期开始后至经过所述最大占空比时间为止的期间中，在所述电机电流未变为所述电流基准值以上的情况下，伴随着所述最大占空比时间的经过，将所述动作模式从所述充电模式切换为所述衰减模式。3.根据权利要求1或2所述的电机电流控制装置，其特征在于， 所述控制单元还具有动作条件设定单元，该动作条件设定单元在从所述第IPWM周期开始后经过了第I规定时间的时刻起至所述第IPWM周期结束为止的期间中，设定所述第2PWM周期的动作条件。4.根据权利要求1?3中的任意一项所述的电机电流控制装置，其特征在于， 所述第I规定时间与所述最大占空比时间相等。5.根据权利要求1?4中的任意一项所述的电机电流控制装置，其特征在于， 所述电机电流控制装置还具有超过信号输出单元，该超过信号输出单元若检测出所述电机电流超过了所述电流基准值，则在经过了规定的空白时间之后再检测所述电机电流超过所述电流基准值这一内容，在该再检测后经过了规定的抗尖峰脉冲时间之后，输出超过信号， 所述动作模式选择单元基于所述超过信号将所述动作模式从所述充电模式切换为所述衰减模式。6.一种电机电流控制方法，是控制电机电流控制装置的电机电流控制方法，该电机电流控制装置具有:H桥电路，其具有开关元件，并且与设置于电机的电机线圈连接；以及控制单元，其按每个规定的PWM周期驱动所述开关元件，并且对所述H桥电路指定使在所述电机线圈中流动的电机电流增加的充电模式或者使所述电机电流衰减的衰减模式中的任意一种动作模式， 所述电机电流控制方法的特征在于，执行如下的步骤: 动作模式选择步骤，在该步骤中，在从各所述PWM周期的开始时起至经过规定的最大占空比时间为止的期间中，若检测出所述电机电流变为电流基准值以上，则选择所述衰减模式作为所述动作模式； 无效化步骤，在该步骤中，将从第IPWM周期开始后经过了第I规定时间的时刻起至下一个第2PWM周期开始后经过了第2规定时间的时刻为止的期间设为无效化期间，并且在该无效化期间中，使所述动作模式选择步骤的动作无效化； 充电模式指定步骤，在该步骤中，在所述无效化期间中，将所述动作模式指定为所述充电模式；以及 在从各所述HVM周期的开始时起经过了所述最大占空比时间后的期间中，优先于所述无效化步骤以及所述充电模式指定步骤的动作，选择所述衰减模式作为所述动作模式的步骤。
【文档编号】H02P8/12GK105827163SQ201610041803
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年1月22日
【发明人】土方英俊
【申请人】美蓓亚株式会社