驱动器装置的制作方法

1.本公开涉及驱动器装置。


背景技术：

2.步进马达具有许多用途，如用于复印机和打印机中的送纸器、扫描仪中的图像阅读器等。一种用于步进马达的驱动器装置(马达驱动器)包括用于步进马达中的不同相的马达线圈中的每一个马达线圈的全桥电路(h桥电路)，用于向该驱动器装置供给输出电流(线圈电流)。随着每个相的马达线圈的输出电流的极性和大小步进方式变化，转子步进方式旋转。
3.用于步进马达的驱动器装置通常采用pwm恒定电流控制来控制其输出电流。通过pwm恒定电流控制，每个相的马达线圈的输出电流值保持在目标电流值上下持续一个期望的时段。固定目标电流值导致转子角度保持不变。
4.引用列表
5.专利文献
6.专利文献1：jp-a-2002-17099


技术实现要素：

7.技术问题
8.在用于保持转子的角度不变的保持控制期间，如果外力施加到转子，则转子可以抵抗保持控制而旋转。例如，在步进马达用于驱动如上所述的送纸器的情况下，复印机或者打印机的用户拉动卡在送纸器中的纸张的力就是一种这样的外力。由于向转子施加外力，转子的旋转可能导致由系统识别的转子的电角度与转子的实际机械角度之间的差异，并且这可能使后续的控制变得不稳定。施加外力还可能导致机械故障或劣化。
9.能够检测如上所述的外力的施加将允许通过适当的措施来进行应对并且有助于增强便利性。提供单独的编码器可以使得能够检测外力的施加，但是会导致成本增加。虽然已经聚焦于步进马达论述了与驱动器装置相关联的情况，但是用于控制螺线管致动器等的驱动的驱动器装置也可以是类似的情况。
10.本公开的目的是提供一种能够检测对可移动部件的外力的施加的驱动器装置。
11.问题的解决方案
12.根据本公开，一种利用通过向线圈供应输出电流而生成的磁性来移动可移动部件的驱动器装置包括：输出级电路，其被配置为通过向线圈施加电压来向线圈供应输出电流；以及控制电路，其被配置为控制输出级电路。该控制电路被配置为能够通过对输出级电路的控制执行保持控制以通过暂停可移动部件的移动来保持可移动部件的状态不变。该驱动器装置还包括：外力检测器，其被配置为在由控制电路进行的保持控制期间，基于由输出级电路向线圈供电的状态、输出电流或者流过输出级电路的电流，检测反抗保持控制趋于改变可移动部件的状态的外力的施加。
13.本发明的有益效果
14.根据本公开，可以提供一种能够检测对可移动部件的外力的施加的驱动器装置。
附图说明
15.图1是根据本公开实施例的马达驱动系统的总体配置图。
16.图2是根据本公开实施例的马达驱动器的外观透视图。
17.图3是示出关于本公开实施例的全步激励模式的图。
18.图4是示出关于本公开实施例的全步激励模式中的扭矩矢量的图。
19.图5是示出根据本公开实施例的pwm恒定电流控制的图。
20.图6示出了关于本公开实施例的从供电模式到慢供电模式的切换。
21.图7示出了关于本公开实施例的从供电模式到快供电模式的切换。
22.图8是示出关于本公开实施例的由于施加外力而在流向马达线圈的输出电流的波形中观察到的电流凸起(current bump)的图。
23.图9是示出关于本公开实施例的输出电流上升到目标电流值以上的图。
24.图10是示出关于本公开实施例的第一实例的检测特定电流波形以应对电流凸起的第一方法的示意图。
25.图11是示出关于本公开实施例的第一实例的检测目标时段、参考时段、以及评估时段之间的关系的图。
26.图12是示出关于本公开实施例的第二实例的检测特定电流波形以应对电流凸起的第二方法的示意图。
27.图13是示出关于本公开实施例的第三实例的检测特定电流波形以应对电流凸起的第三方法的示意图。
28.图14是关于本公开实施例的第四实例的用于检测流过输出晶体管的电流的配置图。
具体实施方式
29.在下文中，将参考附图具体描述实现本公开的示例。在所引用的图中，相同的部分由相同的附图标记标识，并且原则上将不再重复对相同部分的重复描述。在本说明书中，为了简单起见，指代信息、信号、物理量、元件、部分等的符号和附图标记有时与对应于这些符号和附图标记的信息、信号、物理量、元件、部分等的名称的省略或者缩写一起使用。例如，稍后描述并由附图标记“160”(参见图1)标识的外力检测器有时被称为外力检测器160，有时缩写为检测器160，两者都指代相同的实体。
30.首先，将定义用于描述本公开的实施例的一些术语。“接地”是指基准电位为0v(零伏)的基准电导体或者本身为0v的电位。基准电导体由诸如金属的导电材料形成。0v的电位有时被称为接地电位。在本发明的实施例中，在未提及特定基准的情况下提及的任何电压是相对于接地的电位。“电平”表示电位的电平，并且对于任何信号或者电压，“高电平”具有比“低电平”更高的电位。对于任何信号或者电压，其处于高电平意味着其电平等于高电平，其处于低电平意味着其电平等于低电平。信号的电平有时被称为信号电平，并且电压的电平有时被称为电压电平。
31.对于被配置为fet(场效应晶体管)的任何晶体管(其可以是mosfet)，“导通状态”是指晶体管的漏极-源极沟道导通的状态，“关断状态”是指晶体管的漏极-源极沟道不导通(关断)的状态。类似的定义适用于未被分类为fet的任何晶体管。除非另有说明，否则任何mosfet可以被理解为增强型mosfet。“mosfet”是“金属氧化物半导体场效应晶体管”的缩写。对于任何晶体管，其处于导通状态或者关断状态有时仅分别表示为其导通或者关断。
32.图1是本公开实施例的马达驱动系统sys的总体配置图。马达驱动系统sys包括作为驱动器装置的马达驱动器100、步进马达200、mpu(微处理器单元)300以及电流感测电阻器r[1]和r[2]。
[0033]
图2是马达驱动器100的外观透视图。马达驱动器100是通过将半导体集成电路密封在由树脂形成的封装中而形成的电子部件(半导体器件)。在马达驱动器100的封装上，设置多个外部端子以便暴露。在图1的配置示例中，在马达驱动器100上设置的多个外部端子包括电源端子vcc[1]和vcc[2]、输出端子a
out
[1]、b
out
[1]、a
out
[2]和b
out
[2]、电阻器连接端子rnf[1]和rnf[2]和接地端子gnd、以及基准电压输入端子tm
ref
和用作控制端子组tm
cnt
的端子。所述多个外部端子可以包括任何其他端子。这里，马达驱动器100上的外部端子的数量和图2中所示的马达驱动器100的外观视图仅仅是示例。
[0034]
步进马达200包括用于多个相的马达线圈(电枢绕组)和转子210。该实施例假设步进马达200是两相步进马达，并且在步进马达200中设置马达线圈l[1]和l[2]作为用于两相的马达线圈。可替代地，也可以使用具有三个马达线圈的三相步进马达或者具有五个马达线圈的五相步进马达作为步进马达200。
[0035]
mpu 300通过向马达驱动器100传输控制信号cnt来控制马达驱动器100的操作。马达驱动器100基于控制信号cnt驱动并且控制步进马达200。即，mpu 300是通过控制马达驱动器100来控制转子210的旋转的处理器件的示例。控制信号cnt被供给到控制端子组tm
cnt
。控制信号cnt由多个控制信号组成。并非所述多个控制信号中的所有控制信号都可以从mpu 300被供给。换言之，例如，在构成控制信号cnt的多个控制信号中，一个或者多个控制信号可以通过被下拉或者上拉而被固定在低电平或者高电平。
[0036]
马达驱动器100包括输入缓冲器111、转译器112、作为数模转换器的dac113、多个通道电路和外力检测器160。马达驱动器100包括与步进马达200中设置的马达线圈的数量一样多的通道电路。换言之，如果步进马达200具有n个马达线圈，为了与之对应，则在马达驱动器100中设置总共n个通道电路(其中n是2或者大于2的任何整数)。这里，在假设步进马达200包括两个马达线圈l[1]和l[2]的情况下，在马达驱动器100中设置对应于马达线圈l[1]的通道电路ch[1]和对应于马达线圈l[2]的通道电路ch[2]。此外，尽管未具体示出，但是在马达驱动器100中还设置振荡器、调节器和不同的保护电路。
[0037]
在马达驱动器100中，每个通道电路包括控制电路和输出级电路。设置在通道电路ch[i]中的控制电路和输出级电路分别被称为控制电路120[i]和输出级电路130[i]。这里，i是任意整数；如果i＝1，则控制电路120[i]指代控制电路120[1]，如果i＝2，则控制电路120[i]指代控制电路120[2]。这同样适用于输出级电路130[i]等。在每个通道电路中，控制电路120[i]包括比较器121[i]和控制逻辑122[i]。在每个通道电路中，输出级电路130[i]包括预驱动器131[i]和全桥电路132[i](h桥电路)。
[0038]
马达线圈和电流感测电阻器连接到每个通道电路。对应于通道电路ch[i]的马达
线圈和电流感测电阻器是马达线圈l[i]和电流感测电阻器r[i]。在下文中，包括给定通道电路的电路和包括对应于给定通道电路的马达线圈和电流感测电阻器的电路可以被称为通道。由通道电路ch[1]、马达线圈l[1]和电流感测电阻器r[1]组成的通道被称为第一通道，由通道电路ch[2]、马达线圈l[2]和电流感测电阻器r[2]组成的通道被称为第二通道。端子a
out
[i]、b
out
[i]、rnf[i]和vcc[i]是属于第i通道的端子(对应于第i通道的端子)。公共电源电压vcc从设置在马达驱动器100外部的电源电路(未示出)供给到电源端子vcc[1]和vcc[2]。电源电压vcc是正直流电压(例如，24v)。马达驱动器100中的电路基于电源电压vcc进行操作。接地端子gnd连接到地。
[0039]
通道电路ch[1]和ch[2]具有相同的电路配置，并且通道电路、马达线圈和电流感测电阻器之间的互连对于多个通道来说是共同的。因此，在实施例中，第i通道的配置、第i通道中的电压和电流等将使用表示任意整数的符号“i”来描述。
[0040]
输出端子a
out
[i]连接到马达线圈l[i]的一端，输出端子b
out
[i]连接到马达线圈l[i]的另一端。在输出端子a
out
[i]和b
out
[i]之间流过的电流(因此，流过马达线圈l[i]的电流)被称为输出电流i
out
[i]。当输出电流i
out
[i]从输出端子a
out
[i]经由线圈l[i]流向输出端子b
out
[i]时，假设输出电流i
out
[i]的极性为正，并且假设与其相反的输出电流i
out
[i]的极性为负。随着输出电流i
out
[1]和i
out
[2]的极性改变，或者随着输出电流i
out
[1]和i
out
[2]的大小和极性改变，转子210基于线圈l[1]和l[2]周围产生的磁力步进方式旋转。
[0041]
电流感测电阻器r[i]设置在马达驱动器100的外部。电流感测电阻器r[i]连接在电阻器连接端子rnf[i]和接地之间。电流感测电阻器r[i]感测流过马达线圈l[i]的电流并将感测到的电流转换为电压。电阻器连接端子rnf[i]处的电压被称为检测电压v
rnf
[i]。电阻器r[1]和r[2]具有相同的(允许一些误差)电阻值(例如，0.1ω至0.3ω)。电流感测电阻器r[i]构成电流传感器。电流传感器感测输出电流i
out
[i]以生成指示输出电流i
out
[i]的感测结果的电流感测信号。在输出电流i
out
[i]流过电阻器r[i]的时段期间，检测电压v
rnf
[i]具有与输出电流i
out
[i]成比例的电压值；因此，检测电压v
rnf
[i]充当电流感测信号。电流感测电阻器r[i]可以集成在马达驱动器100中。在这种情况下，电流传感器集成在马达驱动器100中。
[0042]
输入缓冲器111、转译器112和dac 113是在第一通道和第二通道之间共享的电路。
[0043]
输入缓冲器111是配置有运算放大器的电压跟随器，并且将基准电压vref输出到具有低阻抗的dac 113，基准电压vref被供给到基准电压输入端子tm
ref
。基准电压vref是正直流电压。根据稍后给出的描述将会明晰，基准电压vref确定输出电流i
out
[1]和i
out
[2]的大小的最大值。
[0044]
转译器112连接到控制端子组tm
cnt
以接收控制信号cnt。控制信号cnt确定马达200的驱动方案和激励模式以及转子210的旋转方向，并且转译器112基于控制信号cnt生成并输出内部控制信号cntv[1]、cntv[2]、cnt
p
[1]和cnt
p
[2]。在每个通道中，根据内部控制信号cntv[i]来控制输出电流i
out
[i]的大小，并且根据内部控制信号cnt
p
[i]来控制输出电流i
out
[i]的极性(输出逻辑)。
[0045]
基于通过输入缓冲器111供给的基准电压vref，dac 113生成分别由v
ref
[1]＝k
dac
1.×
vref和v
ref
[2]＝k
dac
[2]
×
vref得出的基准电压v
ref
[1]和v
ref
[2]。这里，系数k
dac
[i]由内部控制信号cntv[i]确定。例如，内部控制信号cntv[i]是2比特数字信号，并且系数k
dac
[i]
根据内部控制信号cntv[i]选择性地取值0、1/3、2/3和1中的一个。这里，dac 113可以配置有2比特数模转换器。然而，这并不意味着限制dac 113中的比特数。
[0046]
控制电路120[1]被供给有作为用于第一通道的信号的基准电压v
ref
[1]、检测电压v
rnf
[1]和内部控制信号cnt
p
[i]。控制电路120[2]被供给有作为用于第二通道的信号的基准电压v
ref
[2]、检测电压v
rnf
[2]和内部控制信号cnt
p
[2]。
[0047]
基于基准电压v
ref
[i]、检测电压v
rnf
[i]和内部控制信号cnt
p
[i]，控制电路120[i]控制输出级电路130[i]，使得输出电流i
out
[i]具有根据基准电压v
ref
[i]的大小并且输出电流i
out
[i]具有根据内部控制信号cnt
p
[i]的极性。
[0048]
具体地，在控制电路120[i]中，比较器121[i]的非反相输入端子被供给有基准电压v
ref
[i]，并且比较器121[i]的反相输入端子被供给有检测电压v
rnf
[i]。比较器121[i]将电压v
ref
[i]与电压v
rnf
[i]进行比较，并向控制逻辑122[i]输出指示比较结果的比较结果信号s
cmp
[i]。比较结果信号s
cmp
[i]在基准电压v
ref
[i]高于检测电压v
rnf
[i]时处于高电平，在基准电压v
ref
[i]低于检测电压v
rnf
[i]时处于低电平。当v
ref
[i]＝v
rnf
[i]时，比较结果信号s
cmp
[i]处于高电平或者低电平。
[0049]
控制逻辑122[i]基于比较结果信号s
cmp
[i]和内部控制信号cnt
p
[i]生成指定全桥电路132[i]中的输出晶体管的导通/关断状态的马达驱动信号，并且将所生成的马达驱动信号输出到预驱动器131[i]。根据马达驱动信号，预驱动器131[i]分别导通和关断构成全桥电路132[i]的多个输出晶体管。这里，基于在输出电流i
out
[i]从端子rnf[i]经由电阻器r[i]流到接地的时段中的比较结果信号s
cmp
[i]，控制逻辑122[i]生成马达驱动信号，使得在该时段期间的检测电压v
rnf
[i]接近(理想地，基本上等于)基准电压v
ref
[i]并且输出电流i
out
[i]的极性与由内部控制信号cnt
p
[i]指定的极性相同。
[0050]
以这种方式，基准电压v
ref
[i]和内部控制信号cnt
p
[i]构成电流设定信号(换言之，电流命令信号)，该电流设定信号设定待供给到马达线圈l[i]的输出电流i
out
[i]的目标。在控制检测电压v
rnf
[i]以接近(理想地，基本上等于)基准电压v
ref
[i]的情况下，输出电流i
out
[i]具有与基准电压v
ref
[i]成比例的大小(然而，由于某种原因，输出电流i
out
[i]可能具有与该控制相矛盾的大小；这将在稍后进行详细描述)。换言之，输出电流i
out
[i]的大小的目标由基准电压v
ref
[i]设定。此外，输出电流i
out
[i]的极性的目标由内部控制信号cnt
p
[i]设定。
[0051]
全桥电路132[1]由配置为p沟道mosfet的输出晶体管m1[1]和m2[1]以及配置为n沟道mosfet的输出晶体管m3[1]和m4[1]组成。全桥电路132[2]由配置为p沟道mosfet的输出晶体管m1[2]和m2[2]以及配置为n沟道mosfet的输出晶体管m3[2]和m4[2]组成。p沟道mosfet伴随有正向方向从漏极指向源极的寄生二极管，并且n沟道mosfet伴随有正向方向从源极指向漏极的寄生二极管。在图1中，从图示中省略了这些寄生二极管。
[0052]
在全桥电路132[i]中，输出晶体管m1[i]和m2[i]的源极都连接到电源端子vcc[i]，并且电源电压vcc被施加到输出晶体管m1[i]和m2[i]的相应源极。在全桥电路132[i]中，输出晶体管m1[i]和m3[i]的漏极都连接到输出端子a
out
[i]，输出晶体管m2[i]和m4[i]的漏极都连接到输出端子b
out
[i]，并且输出晶体管m3[i]和m4[i]的源极都连接到电阻器连接端子rnf[i]。通过根据来自控制逻辑122[i]的马达驱动信号来控制输出晶体管m1[i]至m4[i]的栅极电位，预驱动器131[i]分别导通和关断输出晶体管m1[i]至m4[i]。
[0053]
虽然以上描述涉及全桥电路132[i]配置有p沟道mosfet和n沟道mosfet的示例，但是构成全桥电路132[i]的输出晶体管可以全部是n沟道mosfet。在这种情况下，根据需要修改电路。全桥电路132[i]可以配置有双极晶体管而不是mosfet。
[0054]
马达驱动器100可以根据控制信号cnt以多种激励模式中的一种激励模式来驱动步进马达200。所述多种激励模式包括全步激励模式、半步激励模式和四分之一步激励模式，在全步激励模式中，转子210以每90
°
的电角度步进方式旋转，在半步激励模式中，转子210以每45
°
的电角度步进方式旋转，在四分之一步激励模式中，转子210以每22.5
°
的电角度步进方式旋转。
[0055]
将参考图3描述全步激励模式。在全步激励模式的实施方式的一个示例中，如图3所示，状态st1、st2、st3和st4按顺序发生。此外，重复发生状态序列st1、st2、st3和st4。因此，以状态st1开始，状态st1、st2、st3和st4按照该顺序发生，并且在状态st4之后，状态st1、st2、st3和st4按照该顺序再次发生。
[0056]
输出电流i
out
[i]的目标值被称为目标电流值。输出电流i
out
[1]的目标电流值由符号“i
tg
[1]”表示，并且输出电流i
out
[2]的目标电流值由符号“i
tg
[2]”表示。目标电流值i
tg
[i]的大小(绝对值)对应于输出电流i
out
[i]的大小的目标(以下称为目标大小)，并且由基准电压v
ref
[i]确定。目标电流值i
tg
[i]的极性对应于输出电流i
out
[i]的极性的目标(以下称为目标极性)，并且由内部控制信号cnt
p
[i]确定。正如输出电流i
out
[i]，目标电流值i
tg
[i]具有极性。如果电阻器r[i]的电阻值由符号“r[i]”表示，则|i
tg
[i]|＝v
ref
[i]/r[i]。在全步激励模式中，目标电流值i
tg
[1]和i
tg
[2]的大小(绝对值)都等于预定电流值i
ref
并且是常数(i
ref
》0)。因此，在全步激励模式中，基准电压v
ref
[1]和v
ref
[2]固定在恒定电压(例如，固定在等于基准电压vref的电压)。电流值i
ref
具有与基准电压vref成比例的正值。
[0057]
具体地，
[0058]
在状态st1中，(i
tg
[1]，i
tg
[2])＝(i
ref
，i
ref
)，
[0059]
在状态st2中，(i
tg
[1]，i
tg
[2])＝(-i
ref
，i
ref
)，
[0060]
在状态st3中，(i
tg
[1]，i
tg
[2])＝(-i
ref
，-i
ref
)，以及
[0061]
在状态st4中，(i
tg
[1]，i
tg
[2])＝(i
ref
，-i
ref
)。
[0062]
因此，控制电路120[1]和120[2]基于基准电压v
ref
[1]和v
ref
[2]、检测电压v
rnf
[1]和v
rnf
[2]以及内部控制信号cnt
p
[1]和cnt
p
[2]来控制输出级电路130[1]和130[2]，使得
[0063]
在状态st1中，(i
out
[1]，i
out
[2])＝(i
ref
，i
ref
)，
[0064]
在状态st2中，(i
out
[1]，i
out
[2])＝(-i
ref
，i
ref
)，
[0065]
在状态st3中，(i
out
[1]，i
out
[2])＝(-i
ref
，-i
ref
)，以及
[0066]
在状态st4中，(i
out
[1]，i
out
[2])＝(i
ref
，-i
ref
)。
[0067]
图4是示出在全步激励模式下的步进马达200的扭矩矢量的图，其以电角度的度数表示。矢量vec1、vec2、vec3和vec4分别是状态st1、st2、st3和st4中的扭矩矢量。如图3所示，随着状态序列st1、st2、st3和st4重复发生，转子210在第一旋转方向上以每90
°
的电角度步进方式旋转；同时转子210的机械角度在第一旋转方向上对应于电角度的变化量而步进方式改变每个角度。与图3中所示的相反，可以使状态st4、st3、st2和st1以这种顺序发生。在这种情况下，转子210在与第一旋转方向相反的第二旋转方向上以每90
°
的电角度步进方式旋转；同时转子210的机械角度在第二旋转方向上对应于电角度的变化量而步进方式改变每
个角度。
[0068]
在全步激励模式中，如上所述，每个通道的目标电流值i
tg
[i]在两个电流值“i
ref”和
“‑iref”之间切换。用于在半步激励模式和四分之一步激励模式中控制输出电流i
out
[1]和i
out
[2]的方法是众所周知的，正如在全步激励模式中的方法一般；因此将不再详细描述。在半步激励模式中，每个通道的目标电流值i
tg
[i]在总共三个电流值“i
ref”、“0”和
“‑iref”之间切换，并且在四分之一步激励模式中，每个通道的目标电流值i
tg
[i]在总共七个电流值“i
ref”、“(2/3)i
ref”、“(1/3)i
ref”、“0”、
“‑
(1/3)i
ref”、
“‑
(2/3)i
ref”和
“‑iref”之间切换。
[0069]
马达驱动器100通过pwm恒定电流控制将输出电流i
out
[i]的值保持在目标电流值i
tg
[i]上下。pwm是“脉宽调制”的缩写。
[0070]
现在将参考图5，图5描述pwm恒定电流控制。为了给出具体描述，假设i
tg
[i]》0并且正输出电流i
out
[i]正在流过。
[0071]
在pwm恒定电流控制中，控制电路120[i]是指当输出电流i
out
[i]流过电阻器r[i]时所观察到的检测电压v
rnf
[i]。如果v
ref
[i]》v
rnf
[i]，则控制电路120[i]将第i通道的操作模式设定为供电模式，直到检测电压v
rnf
[i]达到基准电压v
ref
[i](即，直到输出电流i
out
[i]的值达到目标电流值i
tg
[i])。当检测电压v
rnf
[i]达到基准电压v
ref
[i]时(即，当输出电流i
out
[i]的值达到目标电流值i
tg
[i]时)，控制电路120[i]将第i通道的操作模式从供电模式切换到衰减模式。在切换到衰减模式之后，当规定的衰减时间t
decay
已经经过时，第i通道的操作模式从衰减模式切换回供电模式。
[0072]
在第i通道的操作模式是供电模式的时段中，控制电路120[i]使输出级电路130[i]进入供电状态以执行供电模式操作，并且在第i通道的操作模式是衰减模式的时段中，使输出级电路130[i]进入衰减状态以执行衰减模式操作。供电状态和供电模式操作是用于增加输出电流i
out
[i]的大小的状态和操作，并且衰减状态和衰减模式操作是用于使输出电流i
out
[i]的大小衰减的状态和操作。相继执行的一个供电模式操作和一个衰减模式操作的序列被称为单元操作。在pwm恒定电流控制中，通过单元操作的重复，输出电流i
out
[i]的大小保持在目标电流值i
tg
[i]上下，同时等于或者小于绝对值|i
tg
[i]|(即，等于或者小于目标电流值|i
tg
[i]|的大小)。
[0073]
衰减模式具有慢衰减模式和快衰减模式。图6示出了从供电模式到慢衰减模式的切换。图7示出了从供电模式到快衰减模式的切换。注意，在图6和图7中，假设i
tg
[i]》0。将参考图6和图7描述在i
tg
[i]》0的情况下的供电模式、慢衰减模式和快衰减模式。
[0074]
在第i通道中且处于供电模式下，输出级电路130[i]处于供电状态。当输出级电路130[i]处于供电状态时，意味着全桥电路132[i]处于供电状态。图6和图7中的箭头虚线621指示供电状态下的输出电流i
out
[i]的流动。当输出级电路130[i]处于供电状态时，输出晶体管m1[i]和m4[i]导通，此外，输出晶体管m2[i]和m3[i]关断。因此，在第i通道的供电模式下，正输出电流i
out
[i]从供给有电源电压vcc的端子经由输出晶体管m1[i]、马达线圈l[i]、输出晶体管m4[i]和电阻器r[i]朝向接地流过，并且输出电流i
out
[i]的大小随着时间增大。利用处于供电状态的输出级电路130[i]实现的操作对应于供电模式操作。
[0075]
在第i通道中且处于慢衰减模式下，输出级电路130[i]处于慢衰减状态，慢衰减状态是一种衰减状态。当输出级电路130[i]处于慢衰减状态时，意味着全桥电路132[i]处于慢衰减状态。图6中的箭头虚线622指示慢衰减状态下的输出电流i
out
[i]的流动。当输出级
电路130[i]处于慢衰减状态时，输出晶体管m3[i]和m4[i]导通，此外，输出晶体管m1[i]和m2[i]关断。因此，在第i通道的慢衰减模式下，正输出电流i
out
[i]流过经由输出晶体管m3[i]、马达线圈l[i]和输出晶体管m4[i]的路径，并且输出电流i
out
[i]的大小随着时间减小。利用处于慢衰减状态的输出级电路130[i]实现的操作是一种衰减模式操作。在第i通道的慢衰减模式下，输出晶体管m3[i]可以关断。
[0076]
在第i通道中且处于快衰减模式下，输出级电路130[i]处于快衰减状态，快衰减状态是另一种衰减状态。当输出级电路130[i]处于快衰减状态时，意味着全桥电路132[i]处于快衰减状态。图7中的箭头虚线623指示快衰减状态下的输出电流i
out
[i]的流动。当输出级电路130[i]处于快衰减状态时，输出晶体管m3[i]导通，此外，输出晶体管m1[i]、m2[i]和m4[i]关断。因此，在第i通道的快衰减模式下，正输出电流i
out
[i]从接地经由电阻器r[i]、输出晶体管m3[i]、马达线圈l[i]和输出晶体管m2[i](输出晶体管m2[i]中的寄生二极管)朝向供给有电源电压vcc的端子流过，并且输出电流i
out
[i]的大小随着时间减小。输出级电路130[i]在快衰减状态下实现的操作是另一种衰减模式操作。这里，在第i通道的快衰减模式中，输出晶体管m2[i]可以导通，或者输出晶体管m3[i]可以关断。在第i通道的快衰减模式中，输出晶体管m1[i]至m4[i]可以全部关断。尽管没有具体示出，但是在从供电状态到慢衰减状态或者快衰减状态的转换或者相反方向的转换的情况下，根据需要插入死区时间以可靠地防止串联连接的输出晶体管同时导通。
[0077]
慢衰减模式和快衰减模式比较如下：输出电流i
out
[i]的衰减率在慢衰减模式下比在快衰减模式下更低。众所周知，慢衰减模式和快衰减模式各有优缺点。在每个单元操作中的衰减模式操作中，可以执行混合衰减模式操作，其中输出级电路130[i]处于慢衰减状态的时段和输出级电路130[i]处于快衰减状态的时段被混合。基于包括在控制信号cnt中的衰减模式设定信号，用作衰减模式操作的操作从仅具有慢衰减状态的慢衰减模式操作、仅具有快衰减状态的快衰减模式操作和混合衰减模式操作中被选择。虽然以上描述涉及i
tg
[i]》0情况下的不同模式操作，但是同样适用于i
tg
[i]《0的情况。
[0078]
在任何情况下，在第i通道中的供电模式操作中，输出级电路130[i]处于供电状态，其中输出级电路130[i]将电力供给到马达线圈l[i]以增加输出电流i
out
[i]的大小，并且在第i通道中的衰减模式操作中，输出级电路130[i]处于衰减状态，其中输出级电路130[i]暂停供应电力(暂停旨在增加输出电流i
out
[i]的大小的电力供应)以使输出电流i
out
[i]的大小衰减。
[0079]
在步进马达200中，控制(以下称为保持控制)是可能的，由此转子210的旋转被暂停以保持转子210的角度不变。转子210的角度表示转子210相对于预定固定轴线的电角度或者机械角度。在转子210的电角度保持不变的情况下，自然地，转子210的机械角度保持不变。保持控制对应于针对每个通道执行pwm恒定电流控制，其中目标电流值i
tg
[1]和i
tg
[2]都保持恒定，并且保持控制的代理是控制电路120[1]和120[2]。即使保持控制有效，但如果等于或者大于预定大小的外力施加到转子210，转子210也会旋转。在本实施例中，外力是反抗保持控制使转子210旋转(即，改变转子210的电角度和机械角度)并且从步进马达200的外部(从马达驱动系统sys的外部)施加的力，同时该保持控制通过控制电路120[1]和120[2]的操作生效。外力的一个示例是，在步进马达200用于驱动复印机或者打印机中的送纸器的情况下，复印机或者打印机的用户拉动被卡在送纸器中的纸张的力。
[0080]
如果由外力作用的转子210旋转，则在由马达驱动系统sys识别的转子210的电角度和转子210的实际机械角度之间可能出现差异，从而使后续控制变得不稳定。外力还可能导致机械故障或者劣化。能够检测如上所述的外力的作用将允许通过适当的措施来进行应对并且有助于增强便利性。考虑到这一点，马达驱动器100设置有用于检测上述外力的施加的外力检测器160。
[0081]
参考图8，将描述响应于外力施加的输出电流的行为。图8聚焦于第一通道并且示出输出电流i
out
[1]的波形。随着时间的推移，时间点t
a1
、t
a2
和t
a3
以这种顺序发生。至少在时间点t
a1
和t
a3
之间，执行保持控制，使得i
tg
[1]＝i
ref
并且i
tg
[2]＝i
const
。这里，i
const
表示恒定电流值(例如，i
ref
或者(-i
ref
))。即，至少在时间点t
a1
和t
a3
之间，通过将目标电流值i
tg
[1]保持在计数值i
ref
并且将目标电流值i
tg
[2]保持在电流值i
const
，执行保持控制以保持转子210的角度不变。在图8中的示例中，在时间点t
a1
和t
a3
之间，原则上没有外力施加，并且仅在以时间点t
a2
为中心的极短的外力施加时段中，向转子210施加外力以使其旋转。
[0082]
通过用于保持控制的pwm恒定电流控制，在没有外力施加的时段期间，输出电流i
out
[1]保持在目标电流值i
tg
[1]上下。相反，在上述外力施加时段期间，转子210在外力作用下的旋转使得步进马达200用作发电机；因此步进马达200产生能量，这增加了输出电流i
out
[1]。虽然图8示出了其中输出电流i
out
[1]响应于外力的施加而具有一个峰值的波形的示例，但是其可以具有多个峰值，这取决于转子210由于外力的施加而如何旋转。
[0083]
图9示出了在外力施加时段(对应于自t
a21
起的三个单元操作的时段)的部分期间的输出电流i
out
[1]的波形。通常，当构成全桥电路的输出晶体管在导通状态和关断状态之间切换时，出现尖峰噪声。为了通过pwm恒定电流控制来抑制尖峰噪声的影响，在每个通道中，在从衰减状态转换到供电状态之后，输出级电路被强制地进入供电状态持续预定的强制供电时间t
force
(最小导通时间)。强制地使输出级电路进入供电状态被称为强制供电。
[0084]
将聚焦于第i通道来描述与强制供电有关的操作。在第i通道中的强制供电期间，不论检测电压v
rnf
[i]如何(即，不管基准电压v
ref
[i]与检测电压v
rnf
[i]之间的大小关系)，输出级电路130[i]都进入供电状态，使得执行上述供电模式操作。然后，在第i通道中，在供电模式操作开始之后，当强制供电时间t
force
已经经过时，如果比较器121[i]检测到输出电流i
out
[i]的大小已经变得等于或者大于目标电流值i
tg
[i]的大小(即，比较结果信号s
cmp
[i]处于低电平)，则从供电模式切换到衰减模式，并且衰减模式操作被执行持续预定的衰减时间t
decay
。在衰减模式操作被执行持续衰减时间t
decay
之后，供电模式操作再次开始，并且供电模式操作至少被执行持续强制供电时间t
force
。在图9中，在时间点t
a22
和t
a23
之间以及在时间点t
a24
和t
a25
之间执行强制供电。固有地，强制供电时间t
force
被设定得如此短以致于在强制供电期间，输出电流i
out
[i]的大小可能不会上升到目标电流值i
tg
[i]的大小之上。
[0085]
然而，在聚焦于i
tg
[1]＝i
ref
情况下的第一通道的图9中，在时间点t
a22
之后，在外力的施加下，输出电流i
out
[1]被增大到目标电流值i
tg
[1](这里，i
ref
)以上。虽然在图9中的示例中，在时间点t
a22
之后的衰减模式中，输出电流i
out
[1]减小，但是即使在衰减模式中，输出电流i
out
[1]也可以依据转子210在外力作用下如何旋转而上升。如上所述，输出电流i
out
[1]的大小超过目标电流值i
tg
[1]的大小(这里，i
ref
)的事件将被称为电流凸起。在该实施例中受到关注的电流凸起是由在保持控制有效时所施加的外力引起的。不论正在使用哪种衰减模式(慢衰减模式、快衰减模式、或者混合衰减模式)，由于外力引起的电流凸起都可以发
生。
[0086]
虽然到目前为止的描述聚焦于当目标电流值i
tg
[1]为正时会发生的情况，但是当目标电流值i
tg
[1]为负时，电流凸起同样可以发生。换言之，电流凸起是输出电流i
out
[1]的大小反抗保持控制上升到目标电流值i
tg
[1]的大小(目标大小|i
ref
|)以上的事件。虽然本说明书聚焦于第一通道，但是电流凸起可以发生在第一通道和第二通道中的任一通道中。
[0087]
图1中所示的外力检测器160可以在输出电流i
out
[i]的波形中检测满足用于区分电流凸起的预定条件的特定电流波形的出现。同时，在保持控制期间，外力检测器160检测其中输出电流i
out
[i]的大小反抗保持控制上升到目标大小(例如，i
ref
)以上的波形(对应于图8中时间点t
a2
周围的波形)作为特定电流波形。这里，特定电流波形是由基于外力的电流凸起引起的电流波形；在检测到特定电流波形的出现时，外力检测器160识别外力的施加。换言之，外力检测器160可以通过检测特定电流波形的出现来检测外力的施加。检测特定电流波形的出现等效于检测外力的施加(换言之，识别外力的施加)。为了防止由轻微凸起引起的电流波形被检测为特定电流波形，设定用于区分电流凸起的条件。在稍后描述的任何实例中，被识别为特定电流波形的电流波形(即，被识别为指示外力的施加的电流波形)都满足用于区分电流凸起的条件。当在输出电流i
out
[1]和i
out
[2]的波形中的至少一个波形中检测到特定电流波形的出现时，外力检测器160识别外力的施加，并且在其管理的标记flg(未示出)中替换成“1”。标记flg的初始值是“0”并且保持在“0”，除非识别出特定电流波形的出现(即，除非识别出外力的施加)。
[0088]
当在标记flg中替换成“1”时，外力检测器160可以向mpu 300传输指示检测到外力施加的预定检测信号。当在标记flg中替换成“1”时，外力检测器160可以响应于从mpu 300接收到预定请求信号而传输检测信号，或者可以在不需要接收请求信号等的情况下响应于在标记flg中替换成“1”而传输检测信号。在传输检测信号之后，可以在标记flg中替换成“0”，或者可以将标记flg的值锁存为“1”。
[0089]
由于外力检测器160，由外力引起且系统不期望的转子210的旋转可以在马达驱动器100和马达驱动系统sys中被识别，并且可以通过适当的措施进行应对。例如，如上所述，可以警告用户不要向送纸器施加外力，或者可以执行预定的错误处理进程。这有助于稳定包含马达驱动系统sys的设备。
[0090]
又例如，在检测到外力时，在其后的任何时间点，可以使控制电路120[1]和120[2]执行预定的初始化进程。这确保在施加外力之后步进马达200的稳定驱动。初始化进程是转子210的电角度被设定为预定初始角度的进程，并且可以与马达驱动器100启动时执行的进程相同。
[0091]
在下文中，通过多个实例，将对马达驱动器100(尤其，外力检测器160)的操作的具体示例连同应用的技术、经修改的技术等一起进行描述。除非另有说明或者除非不一致，否则上面结合实施例描述的任何特征都适用于下面描述的实例。对于与上述内容相矛盾的实例的任何特征，以结合实例给出的描述为准。除非不一致，否则多个实例中的任一实例的任何特征都可以应用于任何其他实例(即，多个实例中的任何两个或者两个以上的实例可以以任何组合实现)。
[0092]
《《第一实例》》
[0093]
将描述第一实例。在第一实例中，外力检测器160通过第一检测方法检测外力的施
加(特定电流波形的出现)。图10为第一检测方法的示意图。
[0094]
为了给出具体的描述，假设在i
tg
[1]＝i
ref
并且i
tg
[2]＝i
const
的情况下并且聚焦于第一通道来执行保持控制，将描述第一检测方法。外力检测器160可以将在执行保持控制的时段内的任何时段设定为检测目标时段(这同样适用于下面描述的任何其他实例)。在检测目标时段中，通过保持控制期间的pwm恒定电流控制，重复执行上述单元操作，以便实现i
out
[1]＝i
ref
和i
out
[2]＝i
const
。
[0095]
在检测目标时段中，对于每个单元操作，外力检测器160检测输出级电路130[1]处于供电状态的时间作为输出导通时间。在属于检测目标时段的多个单元操作中，第j个单元操作中的输出导通时间由符号“t
on
[j]”表示。这里，j是任意整数。
[0096]
例如，外力检测器160可以基于输出晶体管m1[1]至m4[1]的栅极电压来检测输出导通时间t
on
[j]。在这种情况下，对于每个单元操作，外力检测器160检测输出晶体管m1[1]的栅极电压处于低电平的时间长度以及输出晶体管m4[1]的栅极电压处于高电平的时间长度作为输出导通时间。在输出晶体管m1[1]和m2[1]中的每一个被配置为p沟道mosfet的情况下，输出晶体管m1[1]和m2[1]在其栅极电压处于低电平时导通，并且在其栅极电压处于高电平时关断。在输出晶体管m3[1]和m4[1]中的每一个被配置为n沟道mosfet的情况下，输出晶体管m3[1]和m4[1]在其栅极电压处于高电平时导通，并且在其栅极电压处于低电平时关断。
[0097]
又例如，外力检测器160可以基于从控制逻辑122[1]供给至预驱动器131[1]以指定输出晶体管m[1]至m4[1]的导通/关断状态的马达驱动信号来检测输出导通时间t
on
[j]。再例如，外力检测器160可以基于输出端子a
out
[1]处的电压来检测输出导通时间t
on
[j]。
[0098]
在检测目标时段中，外力检测器160基于已经检测到的一个或者多个输出导通时间来设定参考导通时间t
onref
。例如，当输出导通时间t
on
[j]作为最新输出导通时间而被获得时，输出导通时间t
on
[j]本身被设定为参考导通时间t
onref
，或者全部q个输出导通时间t
on
[j-q 1]、t
on
[j-q 2]、
……
、t
on
[j-1]和t
on
[j]的简单移动平均值或者加权移动平均值被设定为参考导通时间t
onref
。这里，q是2或者更大的整数。
[0099]
如图11所示，检测目标时段包括参考时段(第一时段)和发生在参考时段之后的评估时段(第二时段)。基于属于检测目标时段的参考时段中的一个或者多个输出导通时间，外力检测器160设定参考导通时间t
onref
。此后，在评估时段期间，检查是否正在施加外力。在执行保持控制的时段内，外力检测器160可以将任何时段设定为参考时段，并且可以将参考时段之后的任何时段设定为评估时段。这里假设在参考时段期间无外力施加。
[0100]
利用第一检测方法，在检测目标时段中，外力检测器160基于从输出级电路130[1]到马达线圈l[1]的供电的状态来检测外力的施加(特定电流波形的出现)。在该过程中用作供电状态的指标的是在输出级电路130[1]处于供电状态的情况下从输出级电路130[1]向马达线圈l[1]供电的时间，即，输出导通时间。换言之，利用第一检测方法，在检测目标时段中，外力检测器160基于输出导通时间的变化来检查是否正在施加外力。更具体地，利用第一检测方法，外力检测器160通过将在评估时段期间依序检测到的输出导通时间与参考导通时间t
onref
进行比较来检测评估时段期间外力的施加。
[0101]
例如，该方法如下方式进行。将评估时段期间的一个输出导通时间称为评估导通时间。如果满足要求评估导通时间短于参考导通时间t
onref
的先决条件cnd
1a
，并且另外还满
足以下条件cnd
1b
和cnd
1c
中的任一个，则外力检测器160识别评估时段期间外力的施加：条件cnd
1b
，要求参考导通时间t
onref
与评估导通时间之间的差的绝对值等于或者大于预定差阈值dif
th1
；以及条件cnd
1c
，要求评估导通时间与参考导通时间t
onref
的比率等于或者小于预定比率阈值ratio
th1
。
[0102]
因此，当评估导通时间等于输出导通时间t
on
[n](其中n是任意整数)时，
[0103]
如果t
onref
》t
on
[n]，则满足先决条件cnd
1a
，
[0104]
如果|t
onref-t
on
[n]|≥dif
th1
，则满足条件cnd
1b
，并且
[0105]
如果t
on
[n]/t
onref
≤ratio
th1
，则满足条件cnd
1c
。
[0106]
差阈值dif
th1
具有以时间表示的预定正值。比率阈值ratio
th1
是无量纲量，并且具有小于1的预定正值(例如，0.5)。
[0107]
这种配置也是可能的：其中外力检测器160将评估时段期间的多个连续的输出导通时间作为多个评估导通时间，并且仅当多个评估导通时间中的每一个都满足先决条件cnd
1a
以及条件cnd
1b
或者cnd
1c
时，才识别评估时段期间的外力的施加。
[0108]
如果在评估时段期间转子210由于施加外力而旋转，则评估时段期间的输出导通时间预期变得短于参考时段期间的输出导通时间。因此，可以通过检查是否满足上述条件来准确地检测外力的施加。
[0109]
虽然已经聚焦于在第一通道的i
tg
[1]＝i
ref
的情况下保持控制而描述了第一检测方法，但是第一检测方法同样可以适用于在任何其他情况下保持控制(例如，在i
tg
[1]＝-i
ref
的情况下保持控制)，并且同样也可以适用于第二通道。
[0110]
《《第二实例》》
[0111]
将描述第二实例。第二实例的外力检测器160通过第二检测方法检测外力的施加(特定电流波形的出现)。同样在第二实例中，为了给出具体描述，假设在i
tg
[1]＝i
ref
和i
tg
[2]＝i
const
的情况下执行保持控制。将注意结合第一实例提到的检测目标时段(参见图10)。图12为第二检测方法的示意图。
[0112]
第二检测方法的外力检测器160在执行保持控制的检测目标时段期间设定大于输出电流i
out
[1]的目标大小的电流阈值i
th2
，并且基于电流阈值i
th2
与输出电流i
out
[1]的大小之间的比较来识别外力的施加(特定电流波形的出现)。
[0113]
如上所述，输出电流i
out
[1]的目标大小是输出电流i
out
[1]的大小的目标，并且是目标电流值i
tg
[1]的大小(绝对值|i
tg
[1]|)。这里，假设i
tg
[1]》0，因此可以设定电流阈值i
th2
大于目标电流值i
tg
[1]。考虑到目标电流值i
tg
[1]可以为负数，可以根据下面的表达式(2a)或(2b)设定电流阈值i
th2
。这里，δ2具有预定正值，并且k2具有大于1的预定值(例如，1.1)。
[0114]ith2
＝|i
tg
[1]| δ2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2a)
[0115]ith2
＝|i
tg
[1]|
×
k2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2b)
[0116]
利用第二检测方法，在检测目标时段期间，外力检测器160在检测到具有等于或者大于电流阈值i
th2
的大小的输出电流i
out
[1]时识别外力的施加。外力检测器160可以在检测目标时段期间的任何采样定时检测输出电流i
out
[1]。例如，在检测目标时段期间的每个单元操作中，可以对紧接着供电模式操作结束之前的输出电流i
out
[1]进行采样和检测，并且如果检测到的输出电流i
out
[1]的大小等于或者大于电流阈值i
th2
，则可以识别外力的施加。
可替代地，还可以在多个连续单元操作中的每一个单元操作中对输出电流i
out
[1]进行采样，并且仅当多个单元操作中采样的输出电流i
out
[1]的多个大小都等于或者大于电流阈值i
th2
时，才识别外力的施加。
[0117]
外力检测器160接收指示输出电流i
out
[1]的检测结果的信号。指示输出电流i
out
[1]的检测结果的信号可以是使用电阻器r[1]获得的检测电压v
rnf
[1]，或者使用除电阻器r[1]以外的电流传感器获得的任何其它信号。除了电阻器r[1]以外的电流传感器被布置在输出电流i
out
[1]流过或者与其成比例的电流流过的点处，并且基于该电流传感器的检测结果，检测输出电流i
out
[1](如通过检测其大小)。
[0118]
虽然已经聚焦于在第一通道的i
tg
[1]＝i
ref
的情况下保持控制而描述了第二检测方法，但是第二检测方法同样可以适用于在任何其他情况下保持控制(例如，在i
tg
[1]＝-i
ref
的情况下保持控制)，并且同样也可以适用于第二通道。
[0119]
《《第三实例》》
[0120]
将描述第三实例。第三实例的外力检测器160通过第三检测方法检测外力的施加(特定电流波形的出现)。同样在第三实例中，为了给出具体描述，假设在i
tg
[1]＝i
ref
和i
tg
[2]＝i
const
的情况下执行保持控制。将注意结合第一实例提到的检测目标时段(参见图10)。图13为第三检测方法的示意图。
[0121]
利用第三检测方法，在执行保持控制的检测目标时段期间，外力检测器160基于在输出级电路130[1]处于供电状态的情况下输出电流i
out
[1]的大小的增加的斜率来检测外力的施加(特定电流波形的出现)。当i
out
[1]》0时，输出电流i
out
[1]的大小的增加等效于输出电流i
out
[1]的增加。在以下描述中，输出电流i
out
[1]的大小的增加的斜率被称为电流斜率slp。
[0122]
在检测目标时段中，对于每个单元操作，外力检测器160在输出级电路130[1]处于供电状态的情况下检测输出电流i
out
[1]的电流斜率slp。在属于检测目标时段的多个单元操作中，第j个单元操作中的输出电流i
out
[1]的电流斜率slp具体由符号“slp[j]”标识，其中j是任意整数。
[0123]
为了检测电流斜率slp，外力检测器160接收指示输出电流i
out
[1]的检测结果的信号。如结合第二实例所提及，指示输出电流i
out
[1]的检测结果的信号可以是使用电阻器r[1]获得的检测电压v
rnf
[1]，或者使用除电阻器r[1]以外的电流传感器获得的任何其它信号。关于第j个单元操作，电流斜率slp[j]通过将供电模式操作的开始定时处的输出电流i
out
[1]的检测值与供电模式操作的结束定时处的输出电流i
out
[1]的检测值之间的差的绝对值除以供电模式操作的持续时间来确定。
[0124]
利用第三检测方法，在检测目标时段期间，外力检测器160在检测到电流斜率slp[j]等于或者大于预定斜率阈值slp
th3
时识别外力的施加。换言之，关于检测目标时段期间的第j个单元操作，如果所获取的电流斜率slp[j]等于或者大于斜率阈值slp
th3
，则外力检测器160可以识别外力的施加。可替代地，仅当多个连续检测到的电流斜率(例如，slp[n]、slp[n 1]和slp[n 2])全部等于或者大于斜率阈值slp
th3
时，也可以识别外力的施加。
[0125]
如果在检测目标时段期间转子210由于外力的施加而旋转，则预期上述电流斜率slp会增大；因此，利用上述方法，可以检测外力的施加。
[0126]
利用第三检测方法，还可以如图11所示设定参考时段和评估时段，并且通过参考
时段期间的电流斜率slp与评估时段期间的电流斜率slp的比较来检测外力的施加(特定电流波形的出现)。这现在将被描述为第三检测方法的修改版本。参考时段和评估时段具有与结合第一实例提及的相同的重要性。
[0127]
外力检测器160基于在参考时段期间检测到的一个或者多个电流斜率slp来设定参考斜率slp
ref
。例如，假设电流斜率slp[j]被获得作为最近的电流斜率slp，则电流斜率slp[j]被视为参考斜率slp
ref
。又例如，全部q个电流斜率slp[j-q 1]、slp[j-q 2]、
……
、slp[j-1]和slp[j]的简单移动平均值或者加权移动平均值可以被视为参考斜率slp
ref
。这里，q是2或者更大的整数。
[0128]
利用第三检测方法的修改版本，外力检测器160基于检测目标时段期间的电流斜率slp的变化来检测外力的施加(特定电流波形的出现)。更具体地，利用第三检测方法的修改版本，外力检测器160通过将在评估时段期间连续检测到的电流斜率slp与参考斜率slp
ref
进行比较来检测评估时段期间的外力的施加(特定电流波形的出现)。
[0129]
例如，该方法如下方式进行。将评估时段期间的一个电流斜率slp称为评估斜率。如果满足要求评估斜率大于参考斜率slp
ref
的先决条件cnd
3a
，并且另外满足以下条件cnd
3b
和cnd
3c
中的任一个，则外力检测器160识别评估时段期间外力的施加：条件cnd
3b
，要求参考斜率slp
ref
与评估斜率之间的差的绝对值等于或者大于预定差阈值dif
th3
；以及条件cnd
3c
，要求评估斜率与参考斜率slp
ref
的比率等于或者大于预定比率阈值ratio
th3
。
[0130]
因此，在评估斜率为电流斜率slp[n](其中n为任意整数)的情况下，
[0131]
如果slp
ref
《slp[n]，则满足先决条件cnd
3a
，
[0132]
如果|slp[n]-slp
ref
|≥dif
th3
，则满足条件cnd
3b
，并且
[0133]
如果slp[n]/slp
ref
≥ratio
th3
，则满足条件cnd
3c
。
[0134]
差阈值dif
th3
具有预定正值。比率阈值ratio
th3
具有大于1的预定正值(例如，2)。
[0135]
外力检测器160可以采用评估时段期间的多个连续的电流斜率slp作为多个评估斜率，并且仅当多个评估斜率中的每一个都满足先决条件cnd
3a
以及条件cnd
3b
和cnd
3c
中的任一个时，才识别评估时段期间的外力的施加。
[0136]
虽然已经聚焦于在第一通道的i
tg
[1]＝i
ref
的情况下保持控制而描述了第三检测方法，但是第三检测方法同样可以适用于在任何其他情况下保持控制(例如，在i
tg
[1]＝-i
ref
的情况下保持控制)，并且同样也可以适用于第二通道。
[0137]
《《第四实例》》
[0138]
将描述第四实例。这里，马达驱动器100包括晶体管电流传感器，其分别感测流过构成半桥电路132[1]和132[2]的多个输出晶体管的电流。图14示出了针对第i通道中的半桥电路132[i]设置的与半桥电路132[i]一起的晶体管电流传感器。在图14中，晶体管中的寄生二极管从图示中省略。
[0139]
用于半桥电路132[i]的晶体管电流传感器包括对应于输出晶体管m1[i]的感测晶体管sm1[i]和感测电阻器r1[i]、对应于输出晶体管m2[i]的感测晶体管sm2[i]和感测电阻器r2[i]、对应于输出晶体管m3[i]的感测晶体管sm3[i]和感测电阻器r3[i]、以及对应于输出晶体管m4[i]的感测晶体管sm4[i]和感测电阻器r4[i]。感测晶体管sm1[i]和sm2[i]被配置为p沟道mosfet以用于输出晶体管m1[i]和m2[i]，并且感测晶体管sm3[i]和sm4[i]被配置为n沟道mosfet以用于输出晶体管m3[i]和m4[i]。
[0140]
在晶体管sm1[i]和m1[i]之间，源极连接在一起并且栅极连接在一起。同样，在晶体管sm2[i]和m2[i]之间，源极连接在一起并且栅极连接在一起。同样，在晶体管sm3[i]和m3[i]之间，源极连接在一起并且栅极连接在一起。同样，在晶体管sm4[i]和m4[i]之间，源极连接在一起并且栅极连接在一起。
[0141]
感测晶体管sm1[i]的漏极经由感测电阻器r1[i]连接到输出晶体管m1[i]的漏极。感测晶体管sm2[i]的漏极经由感测电阻器r2[i]连接到输出晶体管m2[i]的漏极。感测晶体管sm3[i]的漏极经由感测电阻器r3[i]连接到输出晶体管m3[i]的漏极。感测晶体管sm4[i]的漏极经由感测电阻器r4[i]连接到输出晶体管m4[i]的漏极。
[0142]
设定输出晶体管与感测晶体管之间的源极面积比，使得流过给定输出晶体管的漏极电流与流过对应于该输出晶体管的感测晶体管的漏极电流之间的比率具有预定值(例如，100:1)。因此，晶体管电流传感器可以通过检测感测电阻器r1[i]、r2[i]、r3[i]和r4[i]两端的电压降来感测流过输出晶体管m1[i]、m2[i]、m3[i]和m4[i]的电流。流过输出晶体管m1[i]、m2[i]、m3[i]和m4[i]的电流分别由i1[i]、i2[i]、i3[i]和i4[i]表示。
[0143]
用于第一通道的晶体管电流传感器是除了结合第二实例和第三实例提到的电阻器r[1]以外的电流传感器的一个示例。类似的描述适用于第二通道。
[0144]
输出电流i
out
[i]流过输出晶体管m1[i]至m4[i]中的两个输出晶体管，因此外力检测器160可以基于输出晶体管m1[i]至m4[i]的相应栅极电压(即，输出晶体管m1[i]至m4[i]的导通/关断状态)和电流i1[i]至i4[i]来识别输出电流i
out
[i]。此外，基于流过输出晶体管m1[i]至m4[i]的电流的检测结果(即，感测电阻器r1[i]至r4[i]两端的电压降)，外力检测器160可以根据输出电流i
out
[i]获取输出晶体管m1[i]至m4[i]中的电流波形。输出晶体管m1[i]至m4[i]中的电流波形对应于电流i1[i]至i4[i]的波形。
[0145]
另一方面，虽然没有示出特定波形，但是，在施加外力时，输出晶体管m1[i]至m4[i]的电流波形表现出不施加外力时则无法观察到的独特电流波形。因此，利用第四实例的第四检测方法，可以用以下方式检测外力的施加(特定电流波形的出现)。
[0146]
例如，在马达驱动器100的设计阶段通过实验等获取如下这样的电流波形：即在i
tg
[1]＝i
ref
的保持控制期间当施加外力而转子210旋转时在输出晶体管m1[i]至m4[i]处的如预期被观察到的电流波形。由此获取的电流波形被视为参考电流波形(预定电流波形)，并且表示参考电流波形的波形信息被存储在外力检测器160内的非易失性存储器(未示出)中。之后，当内置在马达驱动系统sys中的马达驱动器100进入实际操作时，在上述检测目标时段期间(参见图10)，外力检测器160将输出晶体管m1[1]至m4[1]中的电流波形(电流i1[1]至i4[1]的检测结果)与基于非易失性存储器中的波形信息的参考电流波形进行比较；基于这些波形之间的相似性，外力检测器160然后可以检测外力的施加(特定电流波形的出现)。可以通过任何已知的方法来评估波形之间的相似性。如果在检测目标时段期间获取的输出晶体管m1[1]至m4[1]中的电流波形与参考电流波形的相似度等于或者高于预定阈值，则外力检测器160可以识别外力的施加。
[0147]
虽然已经聚焦于在第一通道的i
tg
[1]＝i
ref
的情况下保持控制而描述了第四检测方法，但是第四检测方法同样可以适用于在任何其他情况下保持控制(例如，在i
tg
[1]＝-i
ref
的情况下保持控制)，并且同样也可以适用于第二通道。
[0148]
马达驱动器100包括过电流保护电路(未示出)。在感测到具有等于或者大于预定
过电流保护阈值的大小的输出电流i
out
[i]的流动时，过电流保护电路识别第i通道处于过电流状态。在识别到第i通道处于过电流状态时，过电流保护电路关断第i通道中的所有输出晶体管(m1[i]至m4[i])并且锁存(保持)它们处于关断状态，或者关断第一通道和第二通道中的所有输出晶体管(m1[1]至m4[1]和m1[2]至m4[2])并且锁存(保持)它们处于关断状态。基于上述晶体管电流传感器对电流i1[i]至i4[i]的检测结果，过电流保护电路可以感测输出电流i
out
[i]的大小以便与过电流保护阈值进行比较。换言之，通过将基于感测电阻器r1[i]至r4[i]两端的电压降检测到的电流i1[i]至i4[i]的大小中的一个大小作为输出电流i
out
[i]的大小来进行参照，过电流保护电路可以将所参照的输出电流i
out
[i]的大小与过电流保护阈值进行比较。该过电流保护阈值大于结合第二实例提到的电流阈值i
th2
(参见图12)。换言之，外力检测器160通过感测输出电流i
out
[i]中如此小的凸起来检测外力的施加，以致于不会被过电流保护作为目标。
[0149]
《《第五实例》》
[0150]
将描述第五实例。
[0151]
该实施例的马达驱动系统sys和马达驱动器100应用于复印机和打印机中的送纸器、扫描仪中的图像读取器以及采用步进马达的任何装置。
[0152]
对于任何信号或者电压，其高电平与低电平之间的关系可以颠倒，只要其可在不脱离上文已描述的内容的情况下进行即可。
[0153]
根据本公开，驱动器装置包括：输出级电路，其将电压施加到线圈，从而向线圈供应输出电流；以及控制电路，其控制输出级电路。驱动器装置使可移动部件随着由输出电流的供应所产生的磁性而移动。控制电路被配置为通过对输出级电路的控制执行保持控制以通过暂停可移动部件的移动来保持可移动部件的状态不变。虽然在上面已经讨论了本公开应用于具有作为线圈和可移动部件的马达线圈和转子的步进马达的示例，但是上述配置还可以应用于除了步进马达以外的任何设备。例如，本公开可以应用于螺线管致动器。一些螺线管致动器具有线圈和可移动磁极。在螺线管致动器中，向线圈施加电压使得电流(输出电流)被提供给线圈，并且产生磁场，该磁场使可移动磁极运动(线性运动或者旋转运动)。在本公开的驱动器装置应用于螺线管致动器的情况下，本公开的驱动器装置的线圈和可移动部件对应于螺线管致动器的线圈和可移动磁极。
[0154]
在不脱离所附权利要求书中限定的技术概念的范围的情况下，可以根据需要以许多方式修改本公开的实施例。本文描述的实施例仅仅是例示出可以如何实现本公开，并且用于描述本公开及其组成元件的任何术语的含义不限于结合实施例具体提及的内容。以上描述中提到的具体数值仅仅是说明性的，并且无需多言可以被修改为不同的数值。
[0155]
《《说明》》
[0156]
下面是结合本公开的说明，已经通过上面的实例描述了本公开的实施方式的具体示例。
[0157]
根据本公开的一个方面，一种利用通过向线圈(l[i])供应输出电流(i
out
[i])而产生的磁性来移动可移动部件(例如，使转子旋转)的驱动器装置包括：输出级电路(130[i])，其被配置为通过向线圈施加电压来向线圈供应输出电流；以及控制电路(120[i])，其被配置为控制输出级电路。控制电路被配置为能够通过对输出级电路的控制执行保持控制以通过暂停可移动部件的移动来保持可移动部件的状态不变(即，保持转子的角度不变)。驱动
器装置还包括：外力检测器(160)，其被配置为在由控制电路进行的保持控制期间，基于由输出级电路向线圈供电的状态(参见第一实例；图10)、输出电流(参见第二实例和第三实例；图12和图13)或者流过输出级电路的电流(参见第四实例；图14)，检测反抗所述保持控制而趋于改变可移动部件的状态的外力的施加。(第一配置)。
[0158]
在上述第一配置的驱动器装置中(参见图5至图7)，控制电路可以被配置为基于设定要提供给线圈的输出电流的目标的电流设定信号(cnt
p
[i]，v
ref
[i])和指示输出电流的检测结果的电流感测信号(v
rnf
[i])来控制输出级电路。控制电路可以被配置为在保持控制中重复地执行包括供电模式操作和衰减模式操作的序列的单元操作，以使输出电流的大小接近由电流设定信号设定的目标大小(i
tg
[i])。输出级电路可以被配置为在供电模式操作中进入供电状态，其中输出级电路向线圈供电以增加输出电流的大小，并且在衰减模式操作中进入衰减状态，其中输出级电路暂停向线圈供电以减小输出电流的大小。(第二配置)。
[0159]
在上述第二配置的驱动器装置中，控制电路可以被配置为：在每个单元操作中，执行供电模式操作至少持续预定的强制供电时间；如果当在供电模式操作开始之后已经经过强制供电时间时，检测到输出电流的大小等于或者大于目标大小，则结束供电模式操作；并且执行衰减模式操作持续预定衰减时间。(第三配置)。
[0160]
在上述第二或第三配置的驱动器装置中(第一实例；参见图10)，外力检测器可以被配置为，检测在每个单元操作中输出级电路处于供电状态的时间作为输出导通时间(t
on
[j])，并且基于在控制电路中执行保持控制的检测目标时段期间输出导通时间的变化来检测外力的施加。(第四配置)。
[0161]
在上述第四配置的驱动器装置中，检测目标时段可以包括第一时段和在第一时段之后发生的第二时段。外力检测器可以被配置为，基于在第一时段期间被检测为输出导通时间的一个或者多个输出导通时间来设定参考导通时间，并且基于参考导通时间与第二时段期间的输出导通时间之间的比较来检测第二时段期间外力的施加。(第五配置)。
[0162]
在上述第五配置的驱动器装置中，外力检测器可以被配置为，在作为第二时段期间的输出导通时间的评估导通时间短于参考导通时间的情况下，如果参考导通时间与评估导通时间之间的差的绝对值等于或者大于预定差阈值，或者如果评估导通时间与参考导通时间的比率等于或者小于预定比率阈值，则识别第二时段期间外力的施加。(第六配置)。
[0163]
在上述第二或第三配置的驱动器装置中(第二实例；参见图12)，外力检测器可以被配置为，在控制电路中执行保持控制的检测目标时段期间，基于电流阈值与输出电流的大小之间的比较，使用大于目标大小(i
ref
)的电流阈值(i
th2
)来检测外力的施加。(第七配置)。
[0164]
在上述第七配置的驱动器装置中，外力检测器可以被配置为，如果在检测目标时段期间检测到具有大于电流阈值的大小的输出电流，则识别外力的施加。(第八配置)。
[0165]
在上述第二或第三配置的驱动器装置中(第三实例；参见图13)，外力检测器可以被配置为，在控制电路中执行保持控制的检测目标时段期间，基于在输出级电路处于供电状态的情况下输出电流的大小增加的斜率(slp[j])来检测外力的施加。(第九配置)。
[0166]
在上述第九配置的驱动器装置中，外力检测器可以被配置为，在检测目标时段期间，在每个单元操作中，检测在输出级电路处于供电状态的情况下输出电流的大小增加的斜率，并且如果该斜率被检测为等于或者大于预定斜率阈值，则识别外力的施加。(第十配
置)。
[0167]
在上述第九配置的驱动器装置中，检测目标时段可以包括第一时段和在第一时段之后发生的第二时段。外力检测器可以被配置为，基于在第一时段期间被检测为斜率的一个或者多个斜率来设定参考斜率，然后，基于参考斜率与第二时段期间的斜率之间的比较，检测第二时段期间外力的施加。(第十一配置)。
[0168]
在上述第十一配置的驱动器装置中，外力检测器可以被配置为，在作为第二时段期间的斜率的评估斜率大于参考斜率的情况下，如果参考斜率与评估斜率之间的差的绝对值等于或者大于预定差阈值，或者如果评估斜率与参考斜率的比率等于或者大于预定比率阈值，则识别第二时段期间外力的施加。(第十二配置)。
[0169]
在上述第一至第三配置中任一配置的驱动器装置中(第四实例；参见图14)，输出级电路可以包括全桥电路，该全桥电路包括四个输出晶体管。对应于输出电流的电流可以分别流过输出晶体管。外力检测器可以被配置为，基于分别流过输出晶体管的电流的检测结果(对应于r1[i]至r4[i]两端的电压降)来分别获取输出晶体管中的电流波形；在控制电路中执行保持控制的检测目标时段期间，基于输出晶体管中的电流波形与预定电流波形(参考电流波形)之间的比较来检测外力的施加。(第十三配置)。
[0170]
在上述第一至第十三配置中任一配置的驱动器装置中，外力检测器可以被配置为如果检测到要被施加的外力，则将预定的检测信号传输到驱动器装置外部的设备。(第十四配置)。
[0171]
在上述第一至第十四配置中任一配置的驱动器装置中，驱动器装置可以是用于步进马达的驱动器装置。线圈可以设置在步进马达中。可移动部件可以是步进马达的转子，并且可移动部件的移动可以是转子的旋转。在保持控制中，转子的角度可以保持不变。外力可以是趋于使转子抵抗保持控制而旋转的外力。(第十五配置)。
[0172]
在上述第十五配置的驱动器装置中，可以在步进马达中设置多个线圈作为所述线圈。在驱动器装置中，多个通道电路可以分别分配给多个线圈，并且多个输出级电路和多个控制电路可以分别提供给通道电路。转子可以由于在每个通道电路中对输出电流的控制而旋转。(第十六配置)
[0173]
附图标记列表
[0174]
sys：马达驱动系统，100：马达驱动器，ch[1]、ch[2]：通道电路，120[1]、120[2]：控制电路，130[1]、130[2]：输出级电路，160：外力检测器，200：步进马达，210：转子，l[1]、l[2]：马达线圈，300：mpu。