专利名称：控制步进电动机的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种控制步进电动机的装置和方法，尤其涉及一种根据步进电动机上操作的转矩可变地控制施加到步进电动机的驱动电流的装置和方法。
背景技术：
在按时钟脉冲信号改变的电动机的每相中的每一励磁状态中步进电动机以一个固定角度旋转，并且如果励磁状态不改变，则步进电动机以一固定角度悬挂。步进电动机根据输入的脉冲信号以一个固定角度或固定步长旋转。
图1示出了一种控制步进电动机的常规装置的示意方框图；如图1所示，控制器100将每相的驱动脉冲信号输出到驱动器110，以驱动步进电动机120。控制器100也将控制信号输出到驱动器110，该控制信号将根据预置的驱动电流设置值Vref的预定驱动电流施加到步进电动机120。
施加到步进电动机120的驱动电流通常用预定附加电流来确定，因此防止步进电动机的转子失步。当步进电动机120的转子从悬挂状态开始旋转时，它需要比步进电动机120已经运行之后维持它旋转所需的更大的转矩。考虑到这一点，将驱动电流设置值Vref设定为大于转子从悬挂状态开始所需的电流。因此，施加到步进电动机120的驱动电流通常大于实际驱动步进电动机120所需的电流。
驱动器110根据从控制器100输出的控制信号以预定驱动电流来驱动步进电动机120。
作为配置控制步进电动机120的常规装置，以便施加旋转扭矩大小的预定附加电流以防止步进电动机的转子失步，转子用重复的过冲(overshoot)和每一步中的调整达到一个目标位置。因此，由于转子的额外转矩的附加驱动电流常规装置引起了振动、噪声和谐振的问题，并且也带来了过热控制IC(控制器)和步进电动机的不正确操作的问题。
发明内容
因此，本发明的一方面是提供一种控制步进电动机以防止控制IC和步进电动机的过热的装置和方法，并且给特征曲线提供低功耗、低振动和低噪声。
本发明的上述和/或其他方面可通过提供一种控制包括转矩计算器的步进电动机的装置来获得，该转矩计算器用于计算施加到步进电动机的转矩和输出对应于所计算的转矩的驱动电流设置信号。该装置也包括控制器，输出控制信号，以便将基于驱动电流设置信号的可变驱动电流施加至步进电动机；和驱动器，根据从控制器输入的控制信号驱动步进电动机。
根据本发明的一方面，该装置包括电流检测器，用于检测流入步进电动机的驱动电流，和将所检测的驱动电流输出至转矩计算器。
根据本发明的一方面，该转矩计算器包括A/D转换器，将输入的驱动电流转换成数字信号；CPU(中央处理器)，通过使用有关A/D转换的驱动电流的信息来计算转矩，并读取对应于所计算转矩信息的驱动电流设置信息；和D/A转换器，将所读取的驱动电流设置信号转换成模拟信号。
根据本发明的一方面，该装置包括存储装置，用于存储对应于其中所计算的转矩信息的驱动电流设置信息。
根据本发明的一方面，该存储单元存储所计算的转矩信息和在其中的对应的驱动电流设置信息，导致转矩与驱动电流成正比。
本发明的上述和/或其他方面可通过提供一种控制步进电动机的方法来获得，该方法包括输出对应于施加到步进电动机的转矩的信号；输出驱动控制信号，以便根据驱动电流设置信号将可变驱动电流施加到步进电动机；以及根据驱动控制信号驱动步进电动机。
根据本发明的一方面，输出对应于施加到步进电动机的转矩的信号包括检测在步进电动机的每一励磁相中流入的驱动电流；A/D转换在每一励磁相中检测的驱动电流；根据关于驱动电流的信息计算转矩；读取对应于所计算的转矩信息的驱动电流设置信息；以及D/A转换驱动电流设置信息并输出该D/A已转换的信息。
根据本发明的一方面，该驱动电流设置信息导致施加到步进电极的驱动电流与施加到步进电动机的转矩成正比。
图1示出了一种控制步进电动机的常规装置的示意方框图；图2示出了根据本发明实施例的控制步进电动机的装置的示意方框图；图3示出了图2的转矩计算器的详细方框图；和图4示出了控制图2的步进电动机的装置的操作流程图。
具体实施例方式
现在详细描述本发明的优选实施例，本发明的示例在附图中示出，其中全文相同的参考标号指相同的元件。
图2示出了根据本发明实施例的控制步进电动机的装置的示意方框图。如图2所示，控制步进电动机的装置包括控制器200、驱动器210、电流检测器230和转矩计算器240。
控制器200输出控制信号以便将可变驱动电流施加到步进电动机220。该可变驱动电流根据一个输入驱动电流设置信号Vref的变化而变化。
驱动器210根据从控制器200输入的控制信号将可变驱动电流施加到步进电动机220，从而驱动步进电动机220。电流检测器230检测流入步进电动机220的电流，并将该检测电流输出至转矩计算器240。
转矩计算器240依据初始电源将预定驱动电流设置信号输出至控制器200。该转矩计算器240对从电流检测器230输入的电流模数转换，并根据从电流检测器230输入的电流计算施加到步进电动机220的转矩。而且，转矩计算器240读取对应于所计算的转矩的驱动电流设置信息，并将数模转换的驱动电流设置信号输出至控制器200。
图3示出了图2的转矩计算器的详细方框图。如图3所示，转矩计算器240包括A/D转换器242、CPU 244、存储单元246和D/A转换器248。A/D转换器242将在步进电动机220的每一励磁相中从电流检测器230输入的电流转换成数字信号，并将该转换的信号输出至CPU 244。
CPU 244通过使用关于在步进电动机220的每一励磁相中的电流量的信息来计算施加到步进电动机220的转矩大小。该信息是从A/D转换器242输入的。由于基于电流而计算转矩的方法为大家熟知，因此这里不再赘述。但是，CPU 244从存储单元246读取对应于所计算转矩信息的驱动电流设置信息，并将该读取的信息输出至D/A转换器248。
D/A转换器248将驱动电流设置信号输出至控制器200(即，D/A转换器248输出从CPU 244输出的驱动电流设置信息中转换的模拟信号)。存储单元246存储对应于所计算的转矩信息的驱动电流设置信息。
表1示出了对应于存储在存储单元246中的转矩信息的驱动电流设置信息的示例。
表1
如表1所示，转矩信息和驱动电流设置信息是互相成正比的。因此，转矩计算器240将与施加到步进电动机220的转矩大小成正比的驱动电流设置信号输出至控制器200。
结果，通过将可变驱动电流施加到步进电动机220，步进电动机220的转矩余量保持恒定。
在下文，将参考图4解释本发明的控制步进电动机的方法。
电流检测器230对在步进电动机220的每一励磁相流动的电流进行检测，并将该检测电流输出至转矩计算器240(操作S400)。
转矩计算器240的A/D转换器242将每一励磁相中的电流转换成数字信号，并将该转换的信号输出至转矩计算器240的CPU 244(操作S410)。
CPU 244根据从A/D转换器242输入的每个励磁相位的励磁电流信息而计算施加到步进电动机220的转矩幅度(操作S420)。然后CPU 244从存储单元246读取对应于所计算的转矩信息的驱动电流设置信息Vref(或参考电压)，并将该读取的信息输出到转矩计算器240的D/A转换器248(操作S430)。
D/A转换器248将驱动电流设置信号输出至控制器200(即，输出从CPU244输入的驱动电流设置信息转换的模拟信号(操作S440))。
控制器200将控制信号输出至驱动其210，以便将基于从D/A转换器248输入的驱动电流设置信号的可变驱动电流施加到步进电动机220。然后驱动器210用基于控制器200的控制信号的可变驱动电流驱动步进电动机220(S450)。
根据本发明的控制步进电动机的装置和方法防止了控制IC(控制器)和步进电动机的过热和不正确的操作，并改善了例如低功耗、低振动和低噪声的步进电动机的驱动特性。
尽管示出并描述了本发明的少数优选例，但是本领域的技术人员应当理解，在不背离本发明的原理和精神的这些实施例中，可以做出各种改动，本发明的范围在所附权利要求和它们的等效物中被定义。
权利要求
1.一种控制步进电动机的装置，包括转矩计算器，用于计算施加到步进电动机的转矩，和输出对应于所计算的转矩的驱动电流设置信号；控制器，用于输出控制信号，以便将基于驱动电流设置信号的可变驱动电流施加至步进电动机；和驱动器，根据从控制器输入的控制信号来驱动步进电动机。
2.如权利要求1所述的装置，进一步包括电流检测器，用于检测流入步进电动机的驱动电流，和将所检测的驱动电流输出至转矩计算器。
3.如权利要求2所述的装置，其中，转矩计算器包括A/D转换器，用于将输入的驱动电流转换成数字信号；中央处理器，通过使用有关A/D转换的驱动电流的信息来计算转矩，并读取对应于所计算的转矩信息的驱动电流设置信息；和D/A转换器，用于将所读取的驱动电流设置信号转换成模拟信号。
4.如权利要求3所述的装置，进一步包括存储装置，用于存储对应于其中所计算的转矩信息的驱动电流设置信息。
5.如权利要求4所述的装置，其中，存储单元存储所计算的转矩信息和在其中的对应的驱动电流设置信息，使转矩与驱动电流成正比。
6.如权利要求1所述的装置，其中，可变驱动电流根据输入到控制器的驱动电流设置信号的变化而变化。
7.如权利要求6所述的装置，其中，驱动器根据从控制器输入的控制信号将可变驱动电流施加至步进电动机，以驱动步进电动机。
8.如权利要求2所述的装置，其中，转矩计算器转换从电流检测器输入的所检测的驱动电流，以计算施加到步进电动机的转矩。
9.如权利要求3所述的装置，其中，CPU通过使用关于步进电动机的每一励磁相上的电流量的信息，来计算施加到步进电动机的转矩大小。
10.如权利要求9所述的装置，其中，施加到步进电动机的转矩的大小与驱动电流设置信号成正比。
11.如权利要求1所述的装置，其中，可变驱动电流与施加到步进电动机的转矩的大小成正比，因此转矩余量维持在一个恒定状态。
12.一种控制步进电动机的方法，包括输出对应于施加到步进电动机的转矩的信号；输出驱动控制信号，以便根据驱动电流设置信号将可变驱动电流施加到步进电动机；以及根据驱动控制信号驱动步进电动机。
13.如权利要求12所述的方法，其中，输出对应于施加到步进电动机的转矩的信号的步骤包括检测在步进电动机的每个受激相位中流动的驱动电流；A/D转换在每一励磁相中检测到的驱动电流；根据关于驱动电流的信息来计算转矩；读取对应于所计算的转矩信息的驱动电流设置信息；和D/A转换驱动电流设置信息并输出该D/A转换的信息。
14.如权利要求12所述的方法，其中，驱动电流设置信息导致施加到步进电极的驱动电流与施加到步进电动机的转矩成正比。
15.一种控制步进电动机的方法，包括计算施加到步进电动机的转矩，并输出对应于所计算的转矩的驱动电流设置信号；输出控制信号，以将基于驱动电流设置信号的可变驱动电流施加到步进电动机；以及根据从控制器输入的控制信号来驱动步进电动机。
全文摘要
一种控制步进电动机的装置和方法，包括一转矩计算器，用来计算在步进电动机上操作的转矩，和将对应于所计算的转矩的驱动电流设置信号输出至控制器。控制器将控制信号输出至驱动器，以便将基于驱动电流设置信号的可变驱动电流施加到步进电动机。该驱动器根据从控制器输入的控制信号来驱动步进电动机。因此，可以防止控制IC(控制器)和步进电动机的过热和不正确的操作，并且可以改善诸如低功耗、低振动和低噪声的驱动特性。
文档编号H02P8/12GK1485978SQ0315434
公开日2004年3月31日 申请日期2003年8月15日 优先权日2002年8月20日
发明者韩硕均 申请人:三星电子株式会社