用电动机控制器集成电路控制伺服电动机的方法和设备技术

一种改进型ＤＣ伺服电动机驱动电路，基于一种容易得到的常规步进电动机驱动器集成电路（ＩＣ）。通常与低值电阻器连接的ＩＣ的电流“传感”线代替地与ＤＣ共极或地连接。通常与电流传感线连接的ＩＣ的“比较器”输入与脉冲输入信号连接，该信号向比较器提供适当的电压，以每当电路的剩余部分试图向ＤＣ伺服电动机提供电流时，使比较器认为需要更多的电流。在ＩＣ的“脉冲时间”输入处提供一个ＲＣ电路，适当地触发单稳态定时器。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
用电动机控制器集成电路控制伺服电动机的方法和设备本专利技术一般涉及电动机驱动设备，并且特别涉及一种驱动DC伺服电动机的类型的电路。本专利技术具体地以一种和常规步进电动机驱动器集成电路相配合的接口电路公开，与常规DC伺服电动机驱动器集成电路比较，这种接口电路允许该步进电动机驱动器集成电路以较低的费用来满意地驱动DC伺服电动机。许多喷墨打印机用DC伺服电动机驱动包含喷墨打印头的可动托架。多年来，DC伺服电动机用来驱动变速装置，或用来驱动低功率恒速装置，这些DC伺服电动机以直流而非交流为动力运行。然而，在许多低功率应用中，不仅对于可变定位装置，而且对于变速或恒速装置，步进电动机已经变得更为普遍。因此，与控制DC伺服电动机的集成电路比较，控制步进电动机的集成电路由于它们的生产量大得多，所以变得便宜得多。虽然步进电动机驱动电路比DC伺服电动机驱动电路便宜，但是这些装置相互之间肯定不可互换，而且它们的实际电动机构造相互之间不可互换。步进电动机要求控制两个分开的绕阻，并且通过这些绕阻中各自的电流必须由驱动电路双向可控。此外，步进电动机对于精确定位应用非常有用，而且对于某些应用，例如使用低功率DC电源的恒速驱动，步进电动机还没有完全地代替DC伺服电动机。DC伺服电动机典型地用一种包括“H桥”输出驱动级的电子电路驱动，这种电子电路在图1稍加详细地说明，并且在后文将更详细地叙述。构成“H桥”的电路的支路包括四个输出晶体管和DC伺服电动机，DC伺服电动机包括“H”的横臂。控制这四个晶体管的方法决定了DC伺服电动机是沿其正向还是沿其反向转动。与通常使用的由SGS-Thomson Microelectronics制造的L6202集-->成电路比较，如果能够用较低成本的集成电路来驱动DC伺服电动机，那么商业上将是极为有利的。因此，本专利技术的一个主要目的是提供一种低成本的DC伺服电动机驱动电路，它使用一种容易得到的步进电动机驱动器集成电路片。本专利技术的另一个目的是提供一种DC伺服电动机驱动电路，它比那些可通常得到的标准化常规驱动电路要便宜得多。本专利技术的又一个目的是提供一种接口电路，它用能够驱动DC伺服电动机的步进电动机集成电路来操作。本专利技术的另外优点和其他新特点将在以下叙述中部分地陈述，并且对于本领域技术人员来说，在查看了以下叙述之后，这些优点和特点将部分地变得显而易见，或可以从本专利技术的实践中弄清楚。为了获得上述和其他优点，按照本专利技术的一个方面，提供一种改进型DC伺服电动机驱动电路，这种电路基于一种容易得到的常规集成电路，但是它专门设计用于步进电动机。通常与一个低值电阻器连接的电流“传感”线代替与DC共极或与地连络。另外，通常与电流传感线连接的“比较器”输入与一个脉冲输入信号连接，该脉冲输入信号向比较器提供适当的电压，以在每次电路的剩余部分试图对DC伺服电动机提供电流时，使比较器认为需要更多的电流。在“脉冲时间”输入设置一个RC电路，以便适当地触发单稳态定时器，该单稳态定时器又将向逻辑驱动器发送适当信号，逻辑驱动器在适当瞬间接通功率晶体管。在一个示例电路中，本DC伺服电动机驱动器用于打印机，该打印机用一个微处理器控制一个专用集成电路(ASIC)，该电路提供适当的逻辑信号，不仅控制DC伺服电动机的方向，而且还提供适当频率和占空因数的脉冲，以便模拟一个脉冲宽度调制器，这样起主输入控制信号的作用。方向信号与“相”输入连接，并且把脉冲宽度调制信号提供给驱动比较器和脉冲时间输入的接口电路。通过适当地使用由ASIC产生的信号，使步进电动机驱动器集成电路之内的H桥驱动级中的输出晶体管得到控制，以便在DC伺服电-->动机的电动机绕阻之间提供脉冲宽度调制电压脉冲，这样该DC伺服电动机能精确地操作，好像它由专用DC伺服电动机驱动电路驱动。随时间供给DC伺服电动机的平均电流直接与其绕阻之间的脉冲宽度调制电压脉冲的占空因数有关，这个占空因数又直接与主输入控制信号的占空因数有关。ASIC还与一个光编码条接口，它对打印机的托架的实际位置提供闭环反馈控制。对于本领域技术人员来说，本专利技术的其他优点将从以下叙述和附图中变得显而易见，其中以预期实现本专利技术的最好方式之一，叙述和表示了本专利技术的一个优选实施例。如将要认识到，本专利技术能够有其他不同的实施例，并且其若干细节在所有不违反本专利技术范围的各种明显方面能够变更。因此，附图和说明书实质上将被认为是说明性的，而非限定性的。引入并构成本说明书一部分的附图说明本专利技术的若干方面，而且和说明书及权利要求书一起，用来说明本专利技术的原理。在附图中：图1是用于常规打印机的现有技术DC伺服电动机驱动电路的部分示意图的方框图。图2是图1现有技术DC伺服电动机驱动器的某些重要物理参数对时间的曲线图。图3是图1的DC伺服电动机驱动器的其他物理参数对时间的另外曲线图。图4是用于生成本专利技术的DC伺服电动机驱动电路的接口电路的简化示意图，它包括一个设计为驱动步进电动机的集成电路。图5是图4的DC伺服电动机驱动器的部分示意图的方框图。图6是图4的DC伺服电动机驱动器的某些物理参数对时间的示意图。图7是图4的伺服电动机驱动器的其他物理参数对时间的另外示意图集。现在将详细参考本专利技术的现有优选实施例，其中一例在附图中说明，其中相同标号在所有视图中表示同样元件。-->现在参考附图，图1是取部分示意图的方框图，表示现有技术DC伺服电动机驱动电路10，该电路包括一个“H桥”输出级。这个H桥包括四个用Q1、Q2、Q3和Q4表示的场效应晶体管，以及用标号12表示的DC伺服电动机M1的磁场绕阻。根据这些场效应晶体管(FET)的组合，伺服电动机12或将处在静止，或将沿其正向或反向转动。DC伺服电动机12的激励由起动四个晶体管Q1-Q4中一对或另一对的脉冲来控制。在正向时，用一个逻辑元件和高电压接口驱动器14适当地接通晶体管Q2和Q3。在反向时，用一个类似的逻辑元件和高电压接口驱动器16接通晶体管Q1和Q4。这些正向和反向驱动器14和16又分别由一个专用集成电路(ASIC)20来控制，该电路又由微处理器22控制。这种常规DC伺服电动机驱动器10已经用于许多喷墨打印机电路，并且在这样的应用中，用一个直线编码器24向ASIC 20提供位置反馈信号。如本领域周知，沿打印机的喷墨盒托架的路径布置一个示例直线编码条，并且编码条24优选地包括一个具有直线隔开的暗线的塑料条，这些暗线由安装在托架上的传感器光读出。这样的条典型地用在常规DC伺服电动机驱动器中，并且优选地有两个由光传感器产生的脉冲通道，其中这些脉冲相互之间有正交关系。FET Q1-Q4各自包括一个保护二极管D1-D4，并且在图1中用节点11和13画出了一个示例集成电路的输出。用于驱动DC伺服电动机的这样的示例集成电路是由SGS-Thomson Microelectronics制造的号码为L6202的部件。在该L6202集成电路片中，包括H桥晶体管Q1-Q4和二极管D1-D4，以及正向和反向逻辑驱动器14和16。ASIC 20和微处理器22典型地以打印机控制机构的部分提供，并且直线编码器24向ASIC 20提供称为“X”的信号。在一个由LexmarkInternational Inc.制造的示例喷墨打印机中，驱动电压Vcc设本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制伺服电动机的方法，所述方法包括：（ａ）提供：（ｉ）一个步进电动机控制器集成电路，（ｉｉ）一个双向旋转的ＤＣ伺服电动机，（ｉｉｉ）一个脉冲宽度调制速度控制信号，（ｉｖ）一个方向控制信号，和（ｖ）一个接口电路；（ｂ）把所述方 向控制信号施加到所述步进电动机控制器集成电路的相位控制输入，以便：所述方向控制信号的第一逻辑状态趋于使所述ＤＣ伺服电动机正向旋转，并且所述方向控制信号的第二逻辑状态趋于使所述ＤＣ伺服电动机反向旋转；（ｃ）把所述速度控制信号施加到所述接口 电路，所述接口电路产生：（ｉ）一个比较器信号，把它提供给所述步进电动机控制器集成电路的比较器输入，和（ｉｉ）一个触发器信号，把它提供给所述步进电动机控制器集成电路的脉冲时间输入，所述速度控制信号在所述ＤＣ伺服电动机以任一方向旋转时产生脉冲；以及（ｄ）在要使所述ＤＣ伺服电动机以任一方向旋转时，把所述步进电动机控制器集成电路产生的输出信号施加到所述ＤＣ伺服电动机，所述输出信号具有和所述速度控制信号的占空因数有关的占空因数。

【技术特征摘要】
US 1999-2-16 09/250,5221.一种用于控制伺服电动机的方法，所述方法包括：(a)提供：(i)一个步进电动机控制器集成电路，(ii)一个双向旋转的DC伺服电动机，(iii)一个脉冲宽度调制速度控制信号，(iv)一个方向控制信号，和(v)一个接口电路；(b)把所述方向控制信号施加到所述步进电动机控制器集成电路的相位控制输入，以便：所述方向控制信号的第一逻辑状态趋于使所述DC伺服电动机正向旋转，并且所述方向控制信号的第二逻辑状态趋于使所述DC伺服电动机反向旋转；(c)把所述速度控制信号施加到所述接口电路，所述接口电路产生：(i)一个比较器信号，把它提供给所述步进电动机控制器集成电路的比较器输入，和(ii)一个触发器信号，把它提供给所述步进电动机控制器集成电路的脉冲时间输入，所述速度控制信号在所述DC伺服电动机以任一方向旋转时产生脉冲；以及(d)在要使所述DC伺服电动机以任一方向旋转时，把所述步进电动机控制器集成电路产生的输出信号施加到所述DC伺服电动机，所述输出信号具有和所述速度控制信号的占空因数有关的占空因数。2.如权利要求1所述的方法，其中所述比较器信号从所述速度控制信号逻辑反相。3.如权利要求1所述的方法，其中所述触发器信号呈现一个波形，所述波形在所述速度控制信号的各脉冲的上升沿快速地上升，并且由于所述接口电路的时间常数而引起指数下降，所述时间常数在所述速度控制信号的各脉冲的下降沿之前，允许所述触发器信号接近于逻辑0。4.如权利要求1所述的方法，其中改变所述速度控制信号的占空因数，以便控制供给所述DC伺服电动机的电流随时间的平均量，以便对于由所述DC伺服电动机驱动的部件，满足随时间的速度要求。5.一种用于控制伺服电动机的方法，所述方法包括：(a)提供：(i)一个步进电动机控制器集成电路，(ii)一个双向旋转的DC伺服电动机，(iii)一个方向控制信号，(iv)一个比较器信号，和(v)一个触发器信号；(b)通过把第一逻辑状态的所述方向控制信号施加到所述步进电动机控制器集成电路的相位控制输入，把一系列脉冲的所述触发器信号施加到所述步进电动机控制器集成电路的相位时间输入，以及把一系列脉冲的所述比较器信号施加到所述步进电动机控制器集成电路的比较器输入，使所述DC伺服电动机正向旋转，其中：(i)所述比较器信号的脉冲前沿大致上与所述触发器信号的脉冲前沿同步，(ii)所述比较器信号的脉冲后沿在所述触发器信号的后沿之后出现，以及(iii)在其前沿与后沿之间的时间期间，所述比较器信号呈现一个电压电平，以便要求从所述步进电动机控制器集成电路向所述DC伺服电动机输出更多的电流；以及(c)通过把第二逻辑状态的所述方向控制信号施加到所述步进电动机控制器集成电路的相位控制输入，把一系列脉冲的所述触发器信号施加到所述步进电动机控制器集成电路的相位时间输入，以及把一系列脉冲的所述比较器信号施加到所述步进电动机控制器集成电路的比较器输入，使所述DC伺服电动机反向旋转，其中：(i)所述比较器信号的脉冲前沿大致上与所述触发器信号的脉冲前沿同步，(ii)所述比较器信号的脉冲后沿在所述触发器信号的后沿之后出现，以及(iii)在其前沿与后沿之间的时间期间，所述比较器信号呈现一个电压电平，以便要求从所述步进电动机控制器集成电路向所述DC伺服电动机输出更多的电流6.如权利要求5所述的方法，其中所述比较器信号从所述触发器信号逻辑反相。7.如权利要求5所述的方法，其中所述触发器信号呈现一个波形，所述波形在一个速度控制信号的各脉冲的上升沿快速地上升，并且呈现一个时间常数而指数下降，所述时间常数在所述速度控制信号的各脉冲的下降沿之前，允许所述触发信号的下降电压接近于逻辑0。8.如权利要求7所述的方法，其中改变所述速度控制信号的占空因数，以便控制供给所述DC伺服电动机的电流随时间的平均量，以便对于由所述DC伺服电动机驱动的部件，满足随时间的速度要求。9.一种伺服电动机控制电路，包括：(a)一个逻辑电路，产生：(i)一个脉冲宽度调制速度控制信号，和(ii)一个方向控制信号；(b)一个接口电路，接收所述速度控制信号，并且产生：(i)一个比较器信号，和(ii)一个触发器信号；(c)一个步进电动机控制器集成电路，具有：(i)一个接收所述方向控制信号的相位输入，(ii)一个接收所述比较器信号的比较器输入，(iii)一个接收所述触发器信号的脉冲时间输入，(iv)一个电动机驱动输出信号，和(v)一个定时器电路；(d)所述逻辑电路布置为：(i)当要使所述电动机驱动输出信号输出电流时，根据所述速度控制信号产生电脉冲，所述速度控制信号的占空因数与随时间输出的电流的平均量有关，以及(ii)与在所述电动机驱动输出信号时输出的电流的方向有关，使所述方向控制信号设置为第一逻辑状态或第二逻辑状态；以及(e)所述接口电路布置为：(i)当所述逻辑电路根据所述速度控制信号产生电脉冲时，产生所述比较器信号，该信号具有使所述步进电动机控制器集成电路在所述电动机驱动输出信号下产生电流的值，以及(ii)产生一个触发器信号，该信号具有使所述步进电动机控制器集成电路起动其定时器电路，从而允许输出电流在所述电动机驱动输出信号下流通的值；所述电动机驱动输出信号具有和所述速度控制信号的所述占空因数有关的脉冲占空因数。10.如权利要求9所述的伺服电动机控制电路，还包括一个与所述电动机驱动输出信号电连接的DC伺服电动机，当电流以第一方向从所述电动机驱动输出信号输出时，所述DC伺服电动机正向旋转，而当电流以第二相对方向从所述电动机驱动输出信号输出时，所述DC伺服电动机反向旋转。11.如权利要求10所述的伺服电动机控制电路，其中当所述方向控制信号在其第一逻辑状态的时候，所述DC伺服电动机按所述正向旋转，并且其中当所述方向控制信号在其第二逻辑状态的时候，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰菲利谱伯拉施，马克约瑟弗艾德华，
申请(专利权)人：莱克斯马克国际公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]