步进马达的控制装置及其控制方法 (1)技术领域
本发明有关一种马达控制装置，特别是有关一种使用於图像扫描器的步进马达控制装置。
(2)背景技术
在传统的扫描器或其它类型如影印机的图像处理系统中，步进马达是供作移动扫描头及控制其位置的驱动装置。步进马达的步进驱动特点是由步进马达的转子及定子的设计及其绕组实现。
使用於图像扫描器的步进马达及其驱动器的构造是如图1A所示的马达1及驱动器2。驱动器2是用于提供电流驱动马达1。驱动器2通常为一组双载子接合晶体管(bipolar Junction transistor)或一组金氧半导体场效应晶体管(metaloxide semiconductor field effect transistor)。以驱动模式为单相绕组模式(1-phase-winding-model)的步进马达为例，马达1及驱动器2的电路图可以图1B表示。图1A的马达1相应图1B的马达电路100，其可以一电感L串联一电阻RM表示。图1A的驱动器2相应图1B的一组双载子接合晶体管102及104。马达电路100的驱动能力，即其驱动转矩，是由流经其定子绕组(即电感L)的电流所提供。此驱动电流是由电力源VP提供。当双载子接合晶体管102的电流流经双载子接合晶体管104的基极踹VB时，双载子接合晶体管104被打开，电力源VP即提供驱动电流予马达电路100，以产生驱动转矩。
图1C是使用於图像扫描器的一现有驱动装置的功能方块图。此驱动装置包括一控制电路10、一驱动电路12、一马达驱动器14及一步进马达16。控制电路10是相应一输入信号以控制驱动电路12。一般而言，控制电路10可以一特殊应用集成电路来表现。驱动电路12是相应控制电路10输出一参考电压Vref(reference voltage)至马达驱动器14。马达驱动器14通常具有一约12伏特的电力源VP，以提供驱动电流予步进马达16。通过驱动电路12送入的参考电压Vref；，可调整马达驱动器14提供给步进马达16的驱动电流的大小。当电力源VP输出功率不足或超过时，通过控制参考电压Vref地输出大小，以调整步进马达16的驱动电流至一适当值。
图1D是驱动电路12的电路图，它是通过控制开关Q1、Q2、Q3、…及Qn-1的开/关，以控制参考电压Vref的输出。开关Q1、Q2、Q3、…及Qn-1的开/关是由控制电路10通过控制接脚(control pins)，即控制端1、控制端2、控制端3、……及控制端n-1，进行控制。参考电压Vref的输出大小是由分别串联至开关Q1、Q2、Q3、…及Qn-1的电阻R1、R2、R3、……及Rn-1的任一决定。如上所述，步进马达的驱动转矩是由流经电感L(即定子绕组)的驱动电流所提供。当马达驱动器14提供给步进马达16的驱动电流未控制得当时，会产生过剩的驱动转矩，造成扭力过剩，而使得步进马达产生噪音及振动。图1D所示的驱动电路12的电路图中，参考电压Vref的输出大小及其输出范围皆有限，使得对於马达驱动器14的驱动电流大小的调整受到限制。因此，往往使得步进马达16因驱动转矩过大，造成扭力过剩，产生噪音及振动。另外，控制电路10，例如特殊应用集成电路，亦需要额外的输出接脚以以控制驱动电路12的开关Q1、Q2、Q3、…及Qn-1的开/关，这些输出接脚占据控制电路10相当的面积。
据此，亟待提供一种经改进的步进马达控制装置，它可增加对步进马达驱动器的参考电压的控制，使步进马达工作於最适当的状态下，进而避免步进马达因扭力过剩所造成的噪音及振动问题。
(3)发明内容
本发明的目的是提供一种步进马达控制装置及其控制方法，它利用一具有n位元的数字模拟转换器控制送入步进马达驱动器的参考电压的大小，以调整提供给步进马达驱动电流的大小。此具有n位元的数字模拟转换器可提供2个具不同电压位准的参考电压，故可增加对驱动电流大小的调整能力，而更易於控制步进马达工作於最佳工作状态。
本发明的另一目的是提供一种步进马达控制装置其及控制方法，可使用内建於一特殊应用集成电路的数字模拟转换器控制参考电压的输出大小，使得此一特殊应用集成电路无需额外的输出接脚以控制外部切换电路，因此可缩小特殊应用集成电路的面积。
根据本发明一方面提供一种步进马达控制装置，其特点是，至少包括：一控制电路，用于供接收一组数字输入信号及输出一模拟信号，该模拟信号具有等值於该组数字输入信号的一预定电压；及一驱动装置，具有一电力源，用于接收该模拟信号以供作一参考电压及提供一驱动电流予一步进马达，其中该驱动电流的大小是由该模拟信号的该预定电压所所控制。
根据本发明另一方面提供一种步进马达控制方法，其特点是，至少包括：输入一组数字信号；输出一模拟信号，其中该模拟信号具有等值於该组数字信号的一预定电压；及提供一驱动电流予一步进马达，该驱动电流的大小是由该模拟信号的该预定电压所决定。
为进一步说明本发明的目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细的描述。
(4)附图说明
图1A是现有的使用於图像扫描器的步进马达功能方块图；
图1B是现有的使用於图像扫描器的单极驱动步进马达的电路图；
图1C是现有的图像扫描器的驱动装置的功能方块图；
图1D是图1C的驱动电路的电路图；
图2是本发明的图像扫描器的驱动装置功能方块图；及
图3本发明一较佳实施例的图像扫描器驱动装置功能方块图。
(5)具体实施方式
本发明提供一种步进马达控制装置，特别是使用於图像扫描器的步进马达控制装置。此步进马达用于移动图像扫描器的扫描头，而本发明的控制装置用于提供驱动电流予步进马达，以产生一驱动转矩。本发明的控制装置包括一控制电路及一驱动装置。此控制电路是供接收一组数字输入信号并借以输出具有一等值於此组数字输入信号的预定电压的一模拟信号，以供作驱动装置的一参考电压Vref。驱动装置本身具有一电力源Vp，是用于提供驱动电流予步进马达。驱动装置接收此一模拟信号所提供的参考电压Vref，借以调整其输出的驱动电流大小。步进马达的驱动能力，即驱动转矩大小，即由本发明控制装置所提供的驱动电流所决定。
图2是本发明使用於图像扫描器的驱动装置功能方块图，它包括一应用界面22、一控制电路24、一马达驱动器26及一步进马达28；其中控制电路24及马达动器26是本发明控制装置的构成组件。当一使用者欲使用此图像扫描器时，其通过应用界面22选择一预定扫描解析度，然後开始进行扫描。扫描头即被步进马达带动并以相应此预定扫描解析度的步距/或间距移动。扫描头移动的步距/或间距与相应的扫描解析度之间的关系是由图像扫描器的设计者决定。使用者通过应用界面22选择此预定扫描解析度后，应用界面22即输出一组数字信号至控制电路24。控制电路24是用于将此组数字信号转换成具有一等值於此组数字信号的预定电压的一模拟信号，并将此模拟信号输出至马达驱动器26，以供作其参考电压Vref。本发明是通过控制电路24送入马达驱动器26的参考电压Vref，调整马达驱动器26的驱动电流输出大小。马达驱动器26送出经调整的驱动电流至步进马达28，以使其产生驱动转矩。
马达驱动器26本身具有一电力源VP，是用于提供驱动电流予步进马达28。由于此一电力源VP输出功率并非一直保持一定值，故通过不同参考电压Vref的调整，可控制马达驱动器26的驱动电流输出大小为一预定值，以使步进马达28产生所需要的适当驱动转矩。本发明中，使用者可通过应用界面22输入不同组的数字信号至控制电路24。以产生不同的参考电压Vref。
参照图3，本发明一较佳实施例中，控制电路24是以一特殊应用集成电路242实现。一具有n位元的数字模拟转换器244是内建于此特殊应用集成电路242中。此具n位元的数字模拟转换器244用于将输入特殊应用集成电路242的一组数字信号转换成具有等值于此组数字信号的一预定电压的一模拟信号。由于数字模拟转换器244具有n位元，其可接受2组包括高逻辑位准“1”及低逻辑位准“0”的数字信号。因此可输出2个具有不同电压位准的模拟信号，即输出2个具有不同电压位准的参考电压Vref予马达驱动器26。因此，通过数字模拟转换器244可控制适当的参考电压Vref输出，以相应马达驱动器26的电力源VP的变化，调整其驱动电流输出大小，进而控制步进马达28工作於最佳状态，以避免流经步进马达28的驱动电流过大，而造成扭力过剩，产生噪音或振动。另外，本发明可获得较大输出范围的参考电压Vref，更有利於控制步进马达28工作於最佳工作状态。
当然，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明权利要求书的范围内。