本發(fā)明專利技術(shù)提供一種控制器，用于步進(jìn)電機(jī)，所述步進(jìn)電機(jī)具有磁性的轉(zhuǎn)子和至少一個(gè)線圈；所述控制器包括：功率級(jí)電路，用于向所述至少一個(gè)線圈提供電流；至少一個(gè)模擬霍爾傳感器，用于根據(jù)所述轉(zhuǎn)子相對(duì)于所述霍爾傳感器的位置而輸出信號(hào)；以及第一反饋支路，用于將所述霍爾傳感器連接至所述功率級(jí)電路以將所述霍爾傳感器的輸出信號(hào)反饋至所述功率級(jí)電路，所述功率級(jí)電路根據(jù)所述霍爾傳感器的輸出信號(hào)向所述至少一個(gè)線圈提供電流。還提供一種專用集成電路、步進(jìn)電機(jī)、致動(dòng)器以及相關(guān)應(yīng)用。本發(fā)明專利技術(shù)可使步進(jìn)電機(jī)在被驅(qū)動(dòng)時(shí)振動(dòng)較小，實(shí)現(xiàn)以可靠、穩(wěn)健地方式驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及用于驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的控制器、專用集成電路、步進(jìn)電機(jī)、致動(dòng)器以及它們的應(yīng)用。
技術(shù)介紹
由于存在由尚散的步進(jìn)序列引起的振動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)固有地具有噪聲大的缺點(diǎn)。已有的一類步進(jìn)電機(jī)控制器用于開(kāi)環(huán)操作，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。然而，這類步進(jìn)電機(jī)的尺寸和功率都必須超要求配置以防止任何失步。這種對(duì)電機(jī)的控制方式不考慮電機(jī)的實(shí)際動(dòng)態(tài)而具有局限性，產(chǎn)生的后果之一便是大的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，而轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)會(huì)轉(zhuǎn)化為噪聲。此外，過(guò)大的輸入功率意味著大的浪費(fèi)。已有的另一類步進(jìn)電機(jī)控制器基于無(wú)傳感器換向，在此換向方式中，通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)系進(jìn)行探測(cè)以獲得反電動(dòng)勢(shì)(back electromotive force)，并試圖獲得轉(zhuǎn)子位置和相應(yīng)的調(diào)節(jié)換向序列。這種換向方式無(wú)需在轉(zhuǎn)子外部進(jìn)行位置感應(yīng)，十分方便。然而，這種方式僅在有限的運(yùn)行條件下才比較穩(wěn)定，而當(dāng)負(fù)載快速變化時(shí)(例如電機(jī)運(yùn)行至止動(dòng)結(jié)構(gòu)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生此種情況)，則難以適用。此外，這類控制器為了調(diào)速和產(chǎn)生正弦波電流，需要微處理(microprocessing)技術(shù)。另一個(gè)問(wèn)題是，當(dāng)電機(jī)停頓而不產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)時(shí)，無(wú)法獲知轉(zhuǎn)子位置，在開(kāi)環(huán)模式下啟動(dòng)程序必須運(yùn)行。在無(wú)刷直流電機(jī)中，采用數(shù)字霍爾傳感器(Digital Hall Sensor)檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置。數(shù)字霍爾傳感器輸出的位置信息是離散的，并非連續(xù)的。為了產(chǎn)生一個(gè)平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，需要相當(dāng)精確的微處理和邏輯控制。然而，數(shù)字電子器件易于由于諸如編碼錯(cuò)誤、條件定義錯(cuò)誤、電磁干擾或者高溫而導(dǎo)致發(fā)生錯(cuò)誤。估計(jì)算法在快速變化的情況發(fā)生時(shí)(例如電機(jī)發(fā)生堵轉(zhuǎn)或自動(dòng)反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí))經(jīng)常不能可靠計(jì)算出位置和速度，在低速或者速度為零時(shí)，對(duì)位置和速度的估算變得十分不準(zhǔn)確。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種簡(jiǎn)化的控制器，其可使步進(jìn)電機(jī)在被驅(qū)動(dòng)時(shí)振動(dòng)較小，實(shí)現(xiàn)以可靠、穩(wěn)健地方式驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，尤其是在啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)時(shí)。本專利技術(shù)的控制器，用于步進(jìn)電機(jī)，所述步進(jìn)電機(jī)具有磁性的轉(zhuǎn)子和至少一個(gè)線圈；所述控制器包括:功率級(jí)電路，用于向所述至少一個(gè)線圈提供電流；至少一個(gè)模擬霍爾傳感器，用于根據(jù)所述轉(zhuǎn)子相對(duì)于所述霍爾傳感器的位置而輸出信號(hào)；以及第一反饋支路，用于將所述霍爾傳感器連接至所述功率級(jí)電路以將所述霍爾傳感器的輸出信號(hào)反饋至所述功率級(jí)電路，所述功率級(jí)電路根據(jù)所述霍爾傳感器的輸出信號(hào)向所述至少一個(gè)線圈提供電流。所述控制器包括用于驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的功率級(jí)電路，一條反饋支路將所述功率級(jí)電路同至少一個(gè)模擬霍爾傳感器連接而形成閉環(huán)電路。此種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是將反饋信號(hào)傳送至所述功率級(jí)電路，使得步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方式在振動(dòng)、由振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲、效率以及操作穩(wěn)定性方面得以改進(jìn)。由于可以優(yōu)化步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)過(guò)程，無(wú)需為了防止失步而超要求地配置電機(jī)的尺寸。也就是說(shuō)，相對(duì)于用于相同應(yīng)用的已有步進(jìn)電機(jī)，本專利技術(shù)的步進(jìn)電機(jī)的尺寸和功率都可以更小。進(jìn)一步地，所述控制器可以被設(shè)計(jì)成能確保轉(zhuǎn)子的運(yùn)轉(zhuǎn)可靠和精確，尤其是啟動(dòng)位于停止位置的轉(zhuǎn)子或者使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向停止位置，所述停止位置例如由止動(dòng)結(jié)構(gòu)界定。優(yōu)選的，本專利技術(shù)進(jìn)一步提供包括速度控制級(jí)電路的另一個(gè)閉環(huán)電路，所述速度控制級(jí)電路用于產(chǎn)生一個(gè)參考信號(hào)以調(diào)節(jié)霍爾傳感器輸出信號(hào)的幅度，由此，電機(jī)的轉(zhuǎn)速可被調(diào)節(jié)至期望值。另外，由溫度變化導(dǎo)致的磁通變化或線圈阻抗變化可以被抵消。本專利技術(shù)還提供一種包含控制器的步進(jìn)電機(jī)、一種專用集成電路、一種致動(dòng)器以及一種用于供暖、通風(fēng)和/或空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用。以下將通過(guò)示例性實(shí)施例和附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本專利技術(shù)。【附圖說(shuō)明】圖1示出了本專利技術(shù)一個(gè)控制器實(shí)施例的電路框圖；圖2示出了轉(zhuǎn)子和第一霍爾傳感器的示意圖，其中標(biāo)識(shí)出了第二霍爾傳感器可能的位置；圖3示出了兩個(gè)霍爾傳感器的輸出信號(hào)波形圖，其中，第二霍爾傳感器位于圖2所示的位置42處；圖4示出了兩個(gè)霍爾傳感器的輸出信號(hào)波形圖，其中，第二霍爾傳感器位于圖2所示的位置43處；圖5示出了用于相同應(yīng)用的一個(gè)常規(guī)電機(jī)的和一個(gè)包含本專利技術(shù)控制器的電機(jī)的轉(zhuǎn)矩-速度圖；圖6示出了一個(gè)包含本專利技術(shù)控制器的步進(jìn)電機(jī)的透視圖；圖7示出了一個(gè)包含圖6所示步進(jìn)電機(jī)的致動(dòng)器的透視圖；圖8示出了同一個(gè)電機(jī)分別被一個(gè)常規(guī)控制器驅(qū)動(dòng)時(shí)和被一個(gè)本專利技術(shù)控制器驅(qū)動(dòng)時(shí)檢測(cè)到的噪聲水平的對(duì)比圖。【具體實(shí)施方式】圖1示出了一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的控制器電路I的框圖，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)速可以預(yù)設(shè)。該步進(jìn)電機(jī)包括轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子具有一個(gè)多磁極的磁體10，典型的，磁體10至少具有4個(gè)磁極，可以為6個(gè)以上的磁極，或8個(gè)以上，優(yōu)選地，具有不少于10個(gè)磁極。電路包括一個(gè)模擬霍爾傳感器11，模擬霍爾傳感器11的輸出信號(hào)隨著其所檢測(cè)到的磁場(chǎng)的變化而變化，并且，作為模擬電子器件，其直接輸出電壓信號(hào)。傳感器11的存在使得對(duì)位于電氣單元中的磁體10的角度位置的檢測(cè)是通過(guò)非接觸方式完成的。控制器電路I形成了一個(gè)閉環(huán)電路。具體的，控制器電路I包括功率級(jí)電路20和第一反饋支路12a，第一反饋支路12a將傳感器11通過(guò)一個(gè)用于調(diào)節(jié)增益的器件連接至功率級(jí)電路20的輸入端，該用于調(diào)節(jié)增益的器件例如是乘法器13。功率級(jí)電路20形成了一個(gè)電壓控制的電流源，其含有另一個(gè)反饋回路。功率級(jí)電路20包括濾波器21和功率放大器22，濾波器21可以包括一個(gè)比例積分控制器(Proport1nal-1ntegral Controller,PI Controller)，功率放大器22包括一個(gè)輸出端23和一個(gè)第二反饋支路24，功率放大器22的輸出端23用于與電機(jī)的線圈連接，第二反饋支路24將功率放大器22的輸出信號(hào)反饋回功率級(jí)電路20的輸入端。功率級(jí)電路20的輸入端處具有一個(gè)比較器25，用于分別接收乘法器13的輸出信號(hào)和功率級(jí)電路20的輸出信號(hào)并進(jìn)行比較。功率放大器22的運(yùn)行例如是基于脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulat1n, PffM)，以控制提供給負(fù)載(例如線圈)能量，通過(guò)以高頻率切換開(kāi)、關(guān)狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)該控制，用占空比調(diào)制提供給負(fù)載的平均電壓，也即提供能量。控制器電路I進(jìn)一步包括第三個(gè)反饋回路。具體的，一個(gè)第三反饋支路12b將傳感器11連接至速度控制級(jí)電路30的第一輸入端。在第三反饋支路12b中接入有一個(gè)頻率-電壓轉(zhuǎn)換器14。速度控制級(jí)電路30包括一個(gè)用于接收外部信號(hào)的第二輸入端36、比較器35、比例積分控制器31和連接至乘法器13的限幅器32。比例積分控制器31和限幅器32均屬于調(diào)節(jié)器件，它們界定了第三反饋回路的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。所述外部信號(hào)界定了轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的期望值，它可能是，例如，由用戶觸發(fā)產(chǎn)生。該信號(hào)的值例如可以是恒定值或者是隨時(shí)間變化的值，這取決于具體應(yīng)用的需要。在運(yùn)行過(guò)程中，模擬霍爾傳感器11根據(jù)磁體的極化方式和位置產(chǎn)生一個(gè)電壓信號(hào)。對(duì)于一個(gè)沿軸向磁化的多極環(huán)形磁體，其產(chǎn)生的電壓信號(hào)具有與反電動(dòng)勢(shì)相一致的正弦波形狀，該反電動(dòng)勢(shì)例如是在線圈中轉(zhuǎn)動(dòng)的磁體10引起的。霍爾傳感器11輸出當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3 本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種控制器，用于步進(jìn)電機(jī)，所述步進(jìn)電機(jī)具有磁性的轉(zhuǎn)子和至少一個(gè)線圈；所述控制器包括：功率級(jí)電路(20)，用于向所述至少一個(gè)線圈提供電流；至少一個(gè)模擬霍爾傳感器(11)，用于根據(jù)所述轉(zhuǎn)子相對(duì)于所述霍爾傳感器(11)的位置而輸出信號(hào)；以及第一反饋支路(12a)，用于將所述霍爾傳感器(11)連接至所述功率級(jí)電路(20)以將所述霍爾傳感器(11)的輸出信號(hào)反饋至所述功率級(jí)電路(20)，所述功率級(jí)電路(20)根據(jù)所述霍爾傳感器(11)的輸出信號(hào)向所述至少一個(gè)線圈提供電流。
【技術(shù)特征摘要】
...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：米哈·弗蘭，依凡·布克，馬克西姆·布呂哈特，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：德昌電機(jī)深圳有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：廣東;44
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