專利名稱：一種步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路及控制方法
一種步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路及控制方法
涉及領(lǐng)域
本發(fā)明涉及汽車空調(diào)控制領(lǐng)域，特別涉及一種步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路及控制方法。
技術(shù)背景
隨著現(xiàn)代轎車的小型化，車內(nèi)空間的大型化，以及車身自身重量和能源節(jié)能方面的要求，汽車空調(diào)中使用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，越來越不能滿足車載設(shè)備的要求。
目前，汽車空調(diào)控制器中步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路均用專用芯片對其進(jìn)行控制，但是其價(jià)格昂貴并且電機(jī)控制電路到電機(jī)端線束多且長，占用PCB空間大，造成控制面板占用汽車空間大。
并且步進(jìn)電機(jī)在使用的過程中常常出現(xiàn)丟步和超步現(xiàn)象，這是因?yàn)閯?lì)磁變化快但是步進(jìn)電機(jī)機(jī)械位置移動(dòng)跟不上，如果勵(lì)磁頻率選擇不當(dāng)，電機(jī)不能移到新的位置，則實(shí)際的負(fù)載位置與目的位置出現(xiàn)永久誤差，即發(fā)生失步現(xiàn)象；或者在停止時(shí)如果以最大勵(lì)磁頻率突停止則由于慣性原因從而使電機(jī)超過了目的位置從而出現(xiàn)超步現(xiàn)象。
提供一種新型的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路及控制方法，以更小的體積、更低的成本對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并且防止步進(jìn)電機(jī)出現(xiàn)失步、超步和堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象是現(xiàn)有技術(shù)需要解決的問題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路及控制方法，以更小的體積、更低的成本對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并且防止步進(jìn)電機(jī)出現(xiàn)失步、超步和堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于所述的驅(qū)動(dòng)電路為電源信號輸入濾波保護(hù)電路、電機(jī)電流檢測電路、按鍵掃描電路同時(shí)接入控制芯片，控制芯片發(fā)出控制信號給一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片；內(nèi)外循環(huán)電機(jī)、混合風(fēng)門電機(jī)、模式電機(jī)共用四根相線接入電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，并且分別通過一個(gè)獨(dú)立的電機(jī)電源線接入電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，從而利用內(nèi)外循環(huán)電機(jī)、混合風(fēng)門電機(jī)、模式電機(jī)不能同時(shí)工作這一原理， 使用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片和一套相線實(shí)現(xiàn)對內(nèi)外循環(huán)電機(jī)、混合風(fēng)門電機(jī)、模式電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。
所述的內(nèi)外循環(huán)電機(jī)、混合風(fēng)門電機(jī)、模式電機(jī)間設(shè)有濾波處理防干涉電路，從而避免突然通電斷電期間各電機(jī)產(chǎn)生電磁干擾和很高的反電動(dòng)勢電壓。
所述的控制芯片的型號為ATMEL MEGA16L。
所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的型號為UL擬803A。
一種步進(jìn)電機(jī)控制方法，其特征在于所述的控制方法為控制芯片控制內(nèi)外循環(huán)電機(jī)、混合風(fēng)門電機(jī)、模式電機(jī)以安全啟動(dòng)頻率啟動(dòng)并加速，在未到達(dá)停止位置時(shí)候進(jìn)行減速處理，在到達(dá)目的位置時(shí)減速到零；并且對電流進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)電流過大時(shí)控制芯片切斷電源和相驅(qū)動(dòng)輸出，從而防止步進(jìn)電機(jī)出現(xiàn)失步、超步和堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。
所述的控制芯片在啟動(dòng)前對內(nèi)外循環(huán)電機(jī)、混合風(fēng)門電機(jī)、模式電機(jī)進(jìn)行復(fù)位操作，內(nèi)外循環(huán)電機(jī)、混合風(fēng)門電機(jī)、模式電機(jī)找到自己絕對零位置，從而消除以前的誤差。
所述的內(nèi)外循環(huán)電機(jī)、混合風(fēng)門電機(jī)、模式電機(jī)的加減速時(shí)間為控制芯片采集按鍵信息計(jì)算目標(biāo)步數(shù)，判斷目標(biāo)步數(shù)是否允許加速到最大速度并計(jì)算出加減速時(shí)間點(diǎn)，以使電機(jī)以最短的時(shí)間且不丟步超步的到達(dá)目標(biāo)位置。
所述的內(nèi)外循環(huán)電機(jī)、混合風(fēng)門電機(jī)、模式電機(jī)的電源線在復(fù)位時(shí)同時(shí)通斷電，當(dāng)復(fù)位成功后，電機(jī)電源線不能同時(shí)通電即只允許一個(gè)電機(jī)運(yùn)行。
一種步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路及控制方法，由于采用上述電路結(jié)構(gòu)和方法，該驅(qū)動(dòng)電路具有以下優(yōu)點(diǎn)1、占用PCB空間小，實(shí)現(xiàn)增加車內(nèi)空間容量的目的；2、共用電機(jī)相線，減少線束根數(shù)，使得外部接線簡單；3、防止步進(jìn)電機(jī)出現(xiàn)失步、超步和堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象；4、只使用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，降低生產(chǎn)成本。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明；
圖1為本發(fā)明一種步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的方框圖2為現(xiàn)有技術(shù)中步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的方框圖3為本發(fā)明一種步進(jìn)電機(jī)控制方法的步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)停止運(yùn)行示意圖4為本發(fā)明一種步進(jìn)電機(jī)控制方法的主程序流程在圖1-2中，1、電源信號輸入濾波保護(hù)電路；2、電機(jī)電流檢測電路；3、按鍵掃描電路；4、控制芯片；5、電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片；6、濾波處理防干涉電路；7、內(nèi)外循環(huán)電機(jī)；8、混合風(fēng)門電機(jī)；9、模式電機(jī)。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明占用PCB空間小，以實(shí)現(xiàn)增加車內(nèi)空間容量的目的，共用電機(jī)相線，通過控制各個(gè)電源線來控制相應(yīng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行，線束根數(shù)減少使得外部接線簡單。
如圖1所示，本發(fā)明為電源信號輸入濾波保護(hù)電路1、電機(jī)電流檢測電路2、按鍵掃描電路3同時(shí)接入控制芯片4，控制芯片4發(fā)出控制信號給一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片5 ；內(nèi)外循環(huán)電機(jī)7、混合風(fēng)門電機(jī)8、模式電機(jī)9共用四根相線接入電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片5，并且分別通過一個(gè)獨(dú)立的電機(jī)電源線接入電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片5，從而利用內(nèi)外循環(huán)電機(jī)7、混合風(fēng)門電機(jī)8、模式電機(jī)9不能同時(shí)工作這一原理，使用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片5和一套相線實(shí)現(xiàn)對內(nèi)外循環(huán)電機(jī)7、 混合風(fēng)門電機(jī)8、模式電機(jī)9的驅(qū)動(dòng)。
內(nèi)外循環(huán)電機(jī)7、混合風(fēng)門電機(jī)8、模式電機(jī)9間設(shè)有濾波處理防干涉電路6，從而避免突然通電斷電期間各電機(jī)產(chǎn)生電磁干擾和很高的反電動(dòng)勢電壓?？刂菩酒?的型號為 ATMEL MEGA16L ；電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片5的型號為UL擬803A。
電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片5采用普通的UL擬803A控制內(nèi)外循環(huán)電機(jī)7、混合電機(jī)8、模式電機(jī) 9運(yùn)行，不僅可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制，而且具備堵轉(zhuǎn)保護(hù)功能，有效避免步進(jìn)電機(jī)堵轉(zhuǎn)后燒毀情況，提高產(chǎn)品的安全性和可靠性，及步進(jìn)電機(jī)的使用壽命。
電源信號輸入濾波保護(hù)電路1，電源電路部分具有抗電磁干擾能力，此部分電路同時(shí)供給各個(gè)芯片及電機(jī)運(yùn)行的電源。
電機(jī)電流檢測電路2用來檢測電機(jī)轉(zhuǎn)信息，從而及時(shí)停止電機(jī)運(yùn)行，防止燒毀電機(jī)。
按鍵掃描電路3用三個(gè)按鍵控制三個(gè)電機(jī)的啟動(dòng)停止及正反轉(zhuǎn)。
控制芯片4用來把按鍵信息及過流信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)電機(jī)的啟停正反轉(zhuǎn)的具體動(dòng)作。
電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片5因電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)候的電流為小于等于175mA，一般控制芯片4驅(qū)動(dòng)能力不夠，且電機(jī)運(yùn)行的電壓較高與控制芯片4驅(qū)動(dòng)電壓不匹配，所以加電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 5，以達(dá)到使電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)停止，同時(shí)起到保護(hù)控制芯片4的功能。
本發(fā)明主要在于公用相線，各自用各自的電源線，例如當(dāng)需要內(nèi)外循環(huán)電機(jī)7運(yùn)行時(shí)候，相線為內(nèi)外循環(huán)電機(jī)7所用，同時(shí)內(nèi)外循環(huán)電機(jī)7的電源電源線通電，其余電機(jī)電源線斷電，此時(shí)內(nèi)外循環(huán)電機(jī)7開始運(yùn)行，由于電機(jī)是感性負(fù)載，在突然通電斷電期間必然產(chǎn)生電磁干擾和很高的反電動(dòng)勢電壓，若不加濾波處理將會干擾其他期間正常工作，同時(shí)其余三個(gè)電機(jī)也會微弱轉(zhuǎn)動(dòng)，造成系統(tǒng)混亂，為此特意加入濾波處理防干涉電路6。
以使用三臺電機(jī)為例，本發(fā)明相對于傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電路節(jié)省了兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片、8 根相線，而且每增加一臺電機(jī)也只需增加一條電機(jī)電源線。
本發(fā)明為控制芯片4控制內(nèi)外循環(huán)電機(jī)7、混合風(fēng)門電機(jī)8、模式電機(jī)9以安全啟動(dòng)頻率啟動(dòng)并加速，在未到達(dá)停止位置時(shí)候進(jìn)行減速處理，在到達(dá)目的位置時(shí)減速到零；并且對電流進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)電流過大時(shí)控制芯片4切斷電源和相驅(qū)動(dòng)輸出，從而防止步進(jìn)電機(jī)出現(xiàn)失步、超步和堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。
控制芯片4在啟動(dòng)前對內(nèi)外循環(huán)電機(jī)7、混合風(fēng)門電機(jī)8、模式電機(jī)9進(jìn)行復(fù)位操作，內(nèi)外循環(huán)電機(jī)7、混合風(fēng)門電機(jī)8、模式電機(jī)9找到自己絕對零位置，從而消除以前的誤差。
內(nèi)外循環(huán)電機(jī)7、混合風(fēng)門電機(jī)8、模式電機(jī)9的加減速時(shí)間為控制芯片4采集按鍵信息計(jì)算目標(biāo)步數(shù)，判斷目標(biāo)步數(shù)是否允許加速到最大速度并計(jì)算出加減速時(shí)間點(diǎn)，以使電機(jī)以最短的時(shí)間且不丟步超步的到達(dá)目標(biāo)位置。
內(nèi)外循環(huán)電機(jī)7、混合風(fēng)門電機(jī)8、模式電機(jī)9的電機(jī)電源線為同時(shí)供電、斷電；當(dāng)相驅(qū)動(dòng)相位不同時(shí)，則只允許一個(gè)電機(jī)運(yùn)行。
如圖3所示，F(xiàn)s為安全啟動(dòng)頻率，Tl階段為加速階段，T2-T3階段為減速階段，若以大于Fs的頻率由于電機(jī)響應(yīng)較慢則會出現(xiàn)丟步現(xiàn)象。若在T3時(shí)間點(diǎn)直接停止由于系統(tǒng)慣性則會使電機(jī)超步。因此，在步進(jìn)電機(jī)變速運(yùn)行中，必須進(jìn)行正確的加減速控制。
本控制方法的具體工作步驟為
1.控制芯片(4)重新上電一次，對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行復(fù)位操作，以使各個(gè)電機(jī)找到自己絕對零位置，從而消除以前的誤差；
2.控制芯片4采集按鍵信息，計(jì)算目標(biāo)步數(shù)；
3.控制芯片4判斷是否此時(shí)允許本電機(jī)運(yùn)行和目標(biāo)步數(shù)是否允許加速到最大速度，計(jì)算加減速時(shí)間點(diǎn)，以使電機(jī)以最短的時(shí)間且不丟步超步的到達(dá)目標(biāo)位置；
4.若允許此電機(jī)運(yùn)行，控制芯片(4)使此電機(jī)電源線通電同時(shí)步進(jìn)電機(jī)相線周期性輸出高低電平信號；
5.當(dāng)此運(yùn)行電機(jī)達(dá)到減速時(shí)間點(diǎn)時(shí)減速運(yùn)行，達(dá)到目標(biāo)位置時(shí)切斷本電機(jī)電源線及電機(jī)相線電壓信號；
6.控制芯片4檢測到的電流大，此時(shí)為了保護(hù)電機(jī)需斷掉電源和相驅(qū)動(dòng)輸出。
本控制方法的主程序流程為
步驟1 上電控制芯片(4)進(jìn)行外圍設(shè)備的初始化程序；
步驟2 判斷是否已經(jīng)掉電復(fù)位，若未復(fù)位進(jìn)入步進(jìn)電機(jī)復(fù)位程序；
步驟3 控制芯片(4)采集按鍵信息，計(jì)算目標(biāo)步數(shù)；
步驟4 控制芯片(4)判斷是否此時(shí)允許本電機(jī)運(yùn)行和目標(biāo)步數(shù)是否允許加速到最大速度，計(jì)算加減速時(shí)間點(diǎn)，以使電機(jī)以最短的時(shí)間且不丟步超步的到達(dá)目標(biāo)位置；
步驟5 當(dāng)此運(yùn)行電機(jī)達(dá)到減速時(shí)間點(diǎn)時(shí)減速運(yùn)行，達(dá)到目標(biāo)位置時(shí)切斷本電機(jī)電源線及電機(jī)相線電壓信號；
步驟6 控制芯片4檢測到的電流大，此時(shí)為了保護(hù)電機(jī)需斷掉電源和相驅(qū)動(dòng)輸出，返回步驟3
上面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行的各種改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)直接應(yīng)用于其它場合的， 均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于所述的驅(qū)動(dòng)電路為電源信號輸入濾波保護(hù)電路(1)、電機(jī)電流檢測電路O)、按鍵掃描電路⑶同時(shí)接入控制芯片G)，控制芯片⑷發(fā)出控制信號給一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片(5)；內(nèi)外循環(huán)電機(jī)(7)、混合風(fēng)門電機(jī)(8)、模式電機(jī)(9) 共用四根相線接入電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片(5)，并且分別通過一個(gè)獨(dú)立的電機(jī)電源線接入電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于所述的內(nèi)外循環(huán)電機(jī) (7)、混合風(fēng)門電機(jī)(8)、模式電機(jī)(9)間設(shè)有濾波處理防干涉電路(6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于所述的控制芯片(4) 的型號為 ATMEL MEGA 16L。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 (5)的型號為ULN2803Ao
5.一種步進(jìn)電機(jī)控制方法，其特征在于所述的控制方法為控制芯片(4)控制內(nèi)外循環(huán)電機(jī)(7)、混合風(fēng)門電機(jī)(8)、模式電機(jī)(9)以安全啟動(dòng)頻率啟動(dòng)并加速，在未到達(dá)停止位置時(shí)候進(jìn)行減速處理，在到達(dá)目的位置時(shí)減速到零；并且對電流進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)電流過大時(shí)控制芯片切斷電源和相驅(qū)動(dòng)輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種步進(jìn)電機(jī)控制方法，其特征在于所述的控制芯片(4) 在啟動(dòng)前對內(nèi)外循環(huán)電機(jī)(7)、混合風(fēng)門電機(jī)(8)、模式電機(jī)(9)進(jìn)行復(fù)位操作，內(nèi)外循環(huán)電機(jī)(7)、混合風(fēng)門電機(jī)(8)、模式電機(jī)(9)找到自己絕對零位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種步進(jìn)電機(jī)控制方法，其特征在于所述的內(nèi)外循環(huán)電機(jī) (7)、混合風(fēng)門電機(jī)(8)、模式電機(jī)(9)的加減速時(shí)間為控制芯片⑷采集按鍵信息計(jì)算目標(biāo)步數(shù)，判斷目標(biāo)步數(shù)是否允許加速到最大速度并計(jì)算出加減速時(shí)間點(diǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種步進(jìn)電機(jī)控制方法，其特征在于所述的內(nèi)外循環(huán)電機(jī) (7)、混合風(fēng)門電機(jī)(8)、模式電機(jī)(9)的電機(jī)電源線為同時(shí)供電、斷電；當(dāng)相驅(qū)動(dòng)相位不同時(shí)，則只允許一個(gè)電機(jī)運(yùn)行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路及控制方法，其特征在于所述的驅(qū)動(dòng)電路為電源信號輸入濾波保護(hù)電路、電機(jī)電流檢測電路、按鍵掃描電路同時(shí)接入控制芯片，控制芯片發(fā)出控制信號給一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片；內(nèi)外循環(huán)電機(jī)、混合風(fēng)門電機(jī)、模式電機(jī)共用四根相線接入電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，并且分別通過一個(gè)獨(dú)立的電機(jī)電源線接入電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，由于采用上述電路結(jié)構(gòu)，該驅(qū)動(dòng)電路具有以下優(yōu)點(diǎn)1、占用PCB空間小，實(shí)現(xiàn)增加車內(nèi)空間容量的目的；2、共用電機(jī)相線，減少線束根數(shù)，使得外部接線簡單；3、防止步進(jìn)電機(jī)出現(xiàn)失步、超步和堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象；4、只使用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，降低生產(chǎn)成本。
文檔編號H02P8/40GK102522934SQ20111043644
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月23日
發(fā)明者劉曉明, 彭昊, 盛云峰 申請人:蕪湖博耐爾汽車電氣系統(tǒng)有限公司