基于霍尔效应的线性电机控制器制造技术

本发明专利技术提供一种用于线性控制系统中的线性运动控制设备。该线性运动控制设备包括用于驱动线圈的线圈驱动器，所述线圈在被驱动时实现具有磁体的运动设备的线性运动。所述线性运动控制设备还包括用于检测与所述线性运动相关联的磁场的磁场传感器以及用于将所述磁场传感器的输出以及所述线圈驱动器的输入连接到外部控制器的接口。所述接口包括反馈回路以使所述磁场传感器输出信号与所述线圈驱动器输入相关。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术通常涉及线性运动控制。
技术介绍
无论变化的条件如何，为了实现期望的输出(或者维持恒定输出)，线性运动控制 系统中的闭环控制不需要进行调节。典型地，通过执行固件的微控制器执行闭环控制，该固 件将系统的输出信号与期望的命令进行比较以确定对于该系统的驱动。因而，调节驱动输 入，直到输出信号与期望的命令相匹配为止。在一些线性定位应用中，微控制器使用来自包括位置传感器的多个不同部件的输 出信号数据。例如，在小型线性电机应用中，可以使用诸如霍尔效应传感器的磁场传感器来 感测电机位置，然后微控制器使用该电机位置向该电机提供驱动电流。在没有位置传感器 反馈的线性运动控制应用中，可以使用协处理器(例如数字信号处理器)例如通过根据驱 动电流特征化线性位移来推导位置信息。然而，这种类型的闭环控制不是没有问题。为了确保环路稳定性，经常需要很慢地 操作系统。这样的操作导致对电机位置变化的长响应时间。而且，由于电机机械运动中的 滞后，难以实现精确的线性运动控制。
技术实现思路
通常，按照一个方面，本专利技术涉及线性运动控制设备(“设备”)。所述设备包括线 圈驱动器，用于驱动线圈，所述线圈在被驱动时实现具有磁体的运动设备的线性运动。所述 设备还包括磁场传感器，用于检测与所述线性运动相关联的磁场并且响应于所述磁场而产 生输出信号。所述设备还包括接口，用于将所述磁场传感器的输出以及所述线圈驱动器的 输入连接到控制器。所述接口包括反馈回路以使所述磁场传感器输出信号与所述线圈驱动 器输入相关。本专利技术的实施例包括下面特征中的一个或者多个。所述接口可以包括差分放大器，所述差分放大器用于接收所述磁场传感器输出信 号以及由所述控制器提供的输入信号作为输入，并且从这些输入产生输出信号。由所述差 分放大器产生的所述输出信号在所述线圈驱动器输入端被接收作为输入信号。所述磁场传 感器可以包括霍尔传感器或者磁阻传感器。所述线圈驱动器可以连接到所述线圈以沿一个 方向或多于一个方向驱动经过所述线圈的电流。所述线圈驱动器可以是音圈驱动器或者利 用H桥电路实现的线性电机驱动器。所述线圈驱动器、磁场传感器以及接口可以集成为半 导体集成电路。在另一方面，本专利技术涉及对照相机模块中的透镜进行调焦的方法。确定对于所述 透镜的位移范围并且使用所述位移范围请求所述透镜的期望位移。通过使用内部控制环路 调节施加到音圈致动器的线圈的驱动电流，向通过所述音圈致动器使所述透镜发生位移的 设备提供所述请求。本专利技术的特定实施例可以提供下列优点中的一个或者多个。所述内部传感器到驱 动器反馈可以补偿线性运动设备(例如，音圈致动器、线性电机、扬声器)非线性以及机械 滞后。在照相机透镜调焦应用中，透镜位移范围的确定连同传感器到驱动器反馈能够校准 对于特定透镜组件的控制。附图说明通过下面对附图的详细描述，能够更加充分地理解本专利技术的前述特征以及本专利技术 本身，在附图中图1是采用线性运动控制设备的示例性控制系统的方框图，所述线性运动控制设 备包括磁场传感器、线圈驱动器以及提供传感器到驱动器反馈的接口 ；图2是(来自图1)所述接口的示意图；图3是利用霍尔传感器以及用于驱动外部线性电机的H桥线圈驱动器实现的(来 自图1)所述线性运动控制设备的局部框图和局部示意图；图4是可以用于图3的所述线性运动控制设备的霍尔传感器的方框图；图5示出了示例性磁体和线圈/磁体组件；图6示出了所述磁体相对于所述线圈和所述线性运动控制设备的定位(实现为半 导体集成电路)；图7是可以利用诸如图1所示的线性运动控制设备的示例性照相机透镜调焦系统 的方框图；图8是利用霍尔传感器以及用于驱动诸如图7所示的外部音圈致动器的下侧驱动 器实现的(来自图1)所述线性运动控制设备的局部框图和局部示意图；图9是说明示例性照相机透镜调焦处理的流程图；以及图10示出了位置输入请求对输出响应以及图7-8中系统的实际运动的曲线图。具体实施例方式图1示出了向定位应用提供闭环线性运动控制的控制系统10。控制系统10包括 连接到线性运动控制设备(或者“设备”)14的控制器12。控制系统10还包括运动设备16， 该运动设备16包括磁体18和线圈20。在所描述的实施例中，磁体18相对于线圈20可移 动。控制系统10控制磁体18与线圈20的运动。运动设备16可以是任何类型的线性运动 设备，例如线性电机或者线性音圈致动器。该定位应用可以是涉及或者利用这样的运动设 备的磁体的线性位移的任何应用。线性运动控制设备14包括磁场传感器22、线圈驱动器24以及接口 26。磁场传感 器22可以是任何磁场感测设备，例如霍尔效应传感器(霍尔传感器)或者一些类型的磁阻 (MR)传感器。设备14向线圈20提供与从控制器12接收的电输入信号30相关的电流信号 28。设备14使用磁场传感器22检测磁场强度32并且基于该检测向控制器12返回电信号 (示出为输出信号34)。仍然参照图1，接口 26用于分别经由输出信号34和输入信号30将磁场传感器22 接口到控制器12并且将线圈驱动器24接口到控制器12。接口 26还将磁场传感器22耦合 到线圈驱动器24。接口 26接收磁场传感器22的输出作为输入电压信号36并且向线圈驱动器24提供输出电压信号，线圈驱动器24将该电压输出信号转换为要施加到线圈20的驱 动电流(电流信号28)。接口 26因而提供从磁场传感器22到线圈驱动器24的反馈环路， 这将在下面参照图2进行描述。接口 26的传感器到驱动器反馈允许用户请求(经由控制 器12)单个值并且使系统自稳定。换句话说，传感器到驱动器反馈环路允许系统基于传感 器反馈来校正位置以提供位置反馈信息，而没有控制器12 (和/或用户)的干预或者不需 要诸如线性定位编码器的其它部件。参照图2，接口 26包括将磁场传感器输出36作为输出信号34传送到控制器12的 缓冲器40。此外，接口 26包括第一放大器44和第二放大器46。第一放大器44是按照比 较器操作的高增益差分放大器。第一放大器44接收来自控制器12的输入信号30以及磁 场传感器输出信号36作为输入。第一放大器44基于信号30和36生成输出信号48，并且 提供该输出信号48作为到第二放大器46的输入信号之一。另一放大器输入(对于第二放 大器46)，输入信号50，耦合到线圈驱动器24并且通过感测电阻器54连接到地52。第二放 大器的输出信号表示为线圈驱动器输入56。尽管表示为接口 26的一部分，但是部件46和 54(以及相关联的连接)可以代替地包括作为线圈驱动器24的一部分。在这样的划分中， 比较器的输入(输出信号48)将是线圈驱动器24的输入。图2中还示出了将线圈驱动器 24连接到外部电源(“VDD”)的电源线56。包括作为反馈元件的比较器44允许实现内部 (到设备14)闭环控制。应该意识到，根据特定设计的需要，可以包括例如微控制器接口、信 号整形或者滤波部件的其它电路。由控制器向设备14的接口 26提供的信号30可以是脉宽调制(PWM)输入信号或 者模拟信号，但是也可以容易地实现串行接口。如果使用PWM输入，则其被转换为模拟基准 电压。参照图1-2，线性运动控制设备14按照下面进行操作。接口 26的反馈电路驱动通过 线圈20的电流。线圈20中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备，包括：线圈驱动器，用于驱动线圈，所述线圈在被驱动时实现具有磁体的运动设备的线性运动；磁场传感器，用于检测与所述线性运动相关联的磁场并且响应于所述磁场而产生输出信号；接口，用于将所述磁场传感器的输出以及所述线圈驱动器的输入连接到控制器；并且其中，所述接口包括反馈回路以使所述磁场传感器输出信号与所述线圈驱动器输入相关。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-10-1 11/865,118一种设备，包括线圈驱动器，用于驱动线圈，所述线圈在被驱动时实现具有磁体的运动设备的线性运动；磁场传感器，用于检测与所述线性运动相关联的磁场并且响应于所述磁场而产生输出信号；接口，用于将所述磁场传感器的输出以及所述线圈驱动器的输入连接到控制器；并且其中，所述接口包括反馈回路以使所述磁场传感器输出信号与所述线圈驱动器输入相关。2.如权利要求1所述的设备，其中，所述接口包括差分放大器，所述差分放大器用于接 收所述磁场传感器输出信号以及由所述控制器提供的输入信号作为输入，并且由其产生输 出信号。3.如权利要求2所述的设备，其中，由所述差分放大器产生的所述输出信号在所述线 圈驱动器处被接收作为输入信号。4.如权利要求1所述的设备，其中，所述磁场传感器包括霍尔传感器。5.如权利要求1所述的设备，其中，所述磁场传感器包括一种磁阻传感器。6.如权利要求1所述的设备，其中，所述线圈驱动器连接到所述线圈以沿一个方向驱 动经过所述线圈的电流。7.如权利要求6所述的设备，其中，所述线圈驱动器包括音圈驱动器。8.如权利要求1所述的设备，其中，所述线圈驱动器连接到所述线圈以沿多于一个方 向驱动经过所述线圈的电流。9.如权利要求8所述的设备，其中，所述线圈驱动器包括线性电机驱动器，所述线性电 机驱动器包括H桥电路。10.如权利要求1所述的设备，其中，所述线圈驱动器、所述磁场传感器以及所述接口 被集成为半导体集成电路。11.一种系统，包括 控制器；以及耦合到所述控制器的线性运动控制设备，所述线性运动控制设备包括线圈驱动器，用于驱动线圈，所述线圈在被驱动时实现具有磁体的致动器的线性运动；磁场传感器，用于检测...

【专利技术属性】
技术研发人员：P大卫，SD米拉诺，
申请(专利权)人：阿莱戈微系统公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]