[实用新型]具有动态扭力控制的步进马达驱动装置

说明书

本实用新型涉及一种马达驱动装置，且特别涉及一种步进马达的驱动装置。

在所有的自动化设备中，马达一直是设备的核心，为符合不同环境下的使用需求，各研发单位也发展出具有不同特性的马达，某些具有高效率的优点，也有的能符合速度及定位上的要求。在各类型的马达当中，由于步进马达(stepping motor)具备速度稳定及定位精确等特点，因此在控制系统中始终占有重要的地位，而要如何准确地控制步进马达的动态特性并让马达的效能发挥到极致，便成为相当重要的课题。

目前较常用的步进马达有PM型(永久磁铁型)及Hybrid型(混和型)两种，而较常用的驱动方式则为定电压驱动及定电流驱动两种类型，由于定电流驱动具有功率晶体管负担较轻且运转效率高等特点，因此其适用范围也较为广泛，下文中亦将以步进马达的定电流驱动为例并加以说明。参照图1，其绘示传统的步进马达驱动装置方块图，各元件间的耦接关系如图中所绘示。就传统作法而言，是利用马达控制器120来控制步进马达150的运转，在做法上，可先将控制信号CT馈入马达控制器120中，然后马达控制器120即可依据控制信号CT的内容产生步进马达150运转所需的时钟(clock)信号CK，并将其馈入马达驱动器140中；当马达驱动器140接收到时钟信号CK及参考电压Vr后，便可依据这两个信号对应产生驱动信号145，并利用驱动信号145来控制步进马达150的运转。需要注意的是，马达驱动器140为定电流马达驱动器，因此马达驱动器140在接收到参考电压Vr之后，会先将其转换为驱动电流后再据以驱动马达，而步进马达的运转特性将于下文中结合附图详细说明。

参照图2，其绘示步进马达某定电流驱动时的运转特性。附图中横座标为时钟频率，也就是图1中时钟信号CK的频率，而纵座标则为步进马达的转矩(torque)大小。需要注意的是，附图的曲线表示步进马达150以定电流I驱动时，时钟频率改变所对应的马达转矩变化，当时钟频率为f1时，步进马达的输出转矩为T1，当时钟频率为f2时，步进马达的输出转矩为T2，由附图可清楚看出，当时钟频率增加时，马达转矩反而降低，由于较高的时钟频率意味着步进马达具有较高的转速，因此在步进马达的驱动电流保持固定的情况下，若将转速提高其扭力便会随之降低，使马达驱动负载的能力下降。更重要的是，传统的步进马达控制方法是以马达控制器120的时钟信号CK作为信号来源，如图1所绘示，因此当马达控制器发生异常时，便极有可能造成步进马达的损毁。举例来说，当马达高速运转时若系统突然发生异常(例如因故障或异常的操作程序导致系统停机)，马达便极有可能被锁死，此时马达线圈就会因为流过的电流太大而发热，甚至将马达烧毁。由于产品设计时须符合严格的安全规定，因此为避免马达在意外发生时烧毁，设计人员便会将驱动电流的最大值降低，但如此一来也就降低了系统的最高速度，也使得马达的效能无法完全发挥，相当的不经济。

有鉴于此，本实用新型的目的旨在提供一种具有动态扭力控制的步进马达驱动装置，藉由驱动电流的调整来解决马达振动的问题，并提高能源的利用率。

本实用新型的另一目的旨在提供一种具有动态扭力控制的步进马达驱动装置，能在系统异常时提供有效的过电流防护，以避免马达烧毁。

根据上述目的，本实用新型提出一种具有动态扭力控制的步进马达驱动装置，此装置的简述如下。

具有动态扭力控制的步进马达驱动装置包括马达控制器、马达驱动器及频率/电压转换器，马达控制器在接收到控制信号后，可依据控制信号的型态产生对应的时钟信号，并将此时钟信号馈入马达驱动器及频率/电压转换器中；频率/电压转换器在接收到时钟信号后，即可产生与时钟信号的频率高低相对应的参考电压，并将其馈入马达驱动器。马达驱动器在接收到时钟信号及参考电压后，即可依据参考电压的高低产生对应的驱动电流，并利用时钟信号及驱动电流控制步进马达的运转，达到动态调整马达扭力的目的。

为使本实用新型的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并结合附图作详细说明如下。

图1绘示传统的步进马达驱动装置方块图；

图2绘示步进马达以某定电流驱动时的运转特性；

图3绘示具有多段式驱动电流调整的步进马达的运转特性；

图4A绘示依照本实用新型一较佳实施例所提供的具有动态扭力控制的步进马达驱动装置方块图；

图4B绘示图4A中频率/电压转换器的方块图；

图5绘示图4A中参考电压、驱动电流与时钟频率三者间的关系。