TWI677181B - 多軸線圈共接式音圈馬達驅動裝置 - Google Patents

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Abstract

一種多軸線圈共接式音圈馬達驅動裝置，其包含控制信號處理介面及複數個驅動級電路。控制信號處理介面產生複數個控制訊號及複數個命令訊號。該些驅動級電路分別接收該些控制訊號及該些命令訊號，每一獨立的驅動級電路分別與音圈馬達之一線圈之一端及控制信號處理介面連接，並包含半橋開關電路；驅動級電路根據控制訊號控制半橋開關電路產生驅動電流以驅動線圈，並經線圈迴路上的回授元件之回授信號與命令訊號比較以產生調整訊號，並根據調整訊號控制半橋開關電路調整驅動電流，藉此使驅動電流追蹤命令訊號。

Description

多軸線圈共接式音圈馬達驅動裝置
本發明係有關於一種驅動裝置，特別是一種多軸線圈共接式音圈馬達驅動裝置。
音圈馬達為一種能將電能轉化為機械能的裝置，其具有重量輕、成本低、高頻寬及精度高等優點，因此目前已廣泛地應用在各種電子產品，例如數位相機、手機、筆記型電腦及硬碟等。
為了能夠有效地驅動音圈馬達，使音圈馬達能發揮最大的效能，音圈馬達驅動裝置的設計則扮演著極為重要的角色。
然而，部份現有音圈馬達驅動裝置無法對具有線圈共接式結構的音圈馬達進行驅動，因此應用上受到很大的限制。
此外，部份現有音圈馬達驅動裝置僅能對音圈馬達進行單向電流驅動控制，因此其效能還有待改善。
另外，部份現有音圈馬達驅動裝置以連續輸出方式地調整音圈馬達之線圈之電流，導致其具有較高的能耗，無法達到節能省電的目的。
因此，如何提出一種音圈馬達驅動裝置，能夠有效改善習知技藝之音圈馬達驅動裝置之各種限制已成為一個刻不容緩的問題。
有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之其中一目的就是在提供一種多軸線圈共接式音圈馬達驅動裝置，以解決習知技藝之音圈馬達驅動裝置之限制，而達成線圈共接結構之音圈馬達之驅動，並控制雙向電流驅動的目的。
根據本發明之其中一目的，提出一種多軸線圈共接式音圈馬達驅動裝置，其包含控制信號處理介面及驅動級電路。控制信號處理介面產生控制訊號及命令訊號。每一獨立的驅動級電路分別與音圈馬達之一線圈之一端及控制信號處理介面連接，並包含半橋開關電路；驅動級電路根據控制訊號控制半橋開關電路產生驅動電流以驅動線圈。驅動級電路具電流回授機制以將驅動電流之回授訊號與命令訊號比較以產生調整訊號，並根據調整訊號控制半橋開關電路以控制驅動電流，使驅動電流追蹤命令訊號。
1‧‧‧多軸線圈共接式音圈馬達驅動裝置
11‧‧‧控制信號處理介面
12x、12y、12z‧‧‧驅動級電路
121‧‧‧邏輯控制電路
122‧‧‧半橋開關電路
S1‧‧‧第一開關
S2‧‧‧第二開關
123‧‧‧回授電路
R‧‧‧電阻
CF‧‧‧電流回授單元
CP‧‧‧比較單元
VM1‧‧‧第一電壓源
VM2‧‧‧第二電壓源
G‧‧‧接地端
V‧‧‧音圈馬達
Cx‧‧‧X軸線圈
Cy‧‧‧Y軸線圈
Cz‧‧‧Z軸線圈
CS‧‧‧控制訊號
OS‧‧‧命令訊號
AS‧‧‧調整訊號
FS‧‧‧回授訊號
I+‧‧‧正電流
I-‧‧‧負電流
第1圖係為本發明之多軸線圈共接式音圈馬達驅動裝置之第一實施例之電路圖。
第2圖係為本發明之多軸線圈共接式音圈馬達驅動裝置之第二實施例之電路圖。
第3圖係為本發明之多軸線圈共接式音圈馬達驅動裝置之第二實施例之運作狀態之第一示意圖。
第4圖係為本發明之多軸線圈共接式音圈馬達驅動裝置之第二實施例之運作狀態之第二示意圖。
以下將參照相關圖式，說明依本發明之多軸線圈共接式音圈馬達驅動裝置之實施例，為了清楚與方便圖式說明之故，圖式中的各部件在尺寸與 比例上可能會被誇大或縮小地呈現。在以下描述及/或申請專利範圍中，當提及元件「連接」或「耦合」至另一元件時，其可直接連接或耦合至該另一元件或可存在介入元件；而當提及元件「直接連接」或「直接耦合」至另一元件時，不存在介入元件，用於描述元件或層之間之關係之其他字詞應以相同方式解釋。為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。
請參閱第1圖，其係為本發明之多軸線圈共接式音圈馬達驅動裝置之第一實施例之電路圖。如圖所示，多軸線圈共接式音圈馬達驅動裝置1與多軸音圈馬達V連接，並包含控制信號處理介面11、複數個驅動級電路12x、12y及12z、第一電壓源VM1以及第二電壓源VM2。
該些驅動級電路12x、12y及12z與控制信號處理介面11連接；此外，驅動級電路12x與音圈馬達V之X軸線圈Cx之一端連接；驅動級電路12y與Y軸線圈Cy之一端連接及驅動級電路12z與Z軸線圈Cz之一端連接。
第一電壓源VM1與該複數個驅動級電路12x、12y及12z連接。
音圈馬達V之X軸線圈Cx之另一端、Y軸線圈Cy之另一端及Z軸線圈Cz之另一端共同連接至一共接端，而第二電壓源VM2連接至此共接端。在一實施例中，第二電壓源VM2之電壓小於第一電壓源VM1；在另一實施例中，第二電壓源VM2之電壓約為第一電壓源VM1之電壓的1/2。
控制信號處理介面11產生複數個控制訊號CS及複數個命令訊號OS以分別驅動該些驅動級電路12x、12y及12z；由於本實施例以驅動級電路12x為例，故僅繪示輸入至驅動級電路12x之控制訊號CS及命令訊號OS。
驅動級電路12x、12y及12z則分別接收該些控制訊號CS及命令訊號；驅動級電路12x、12y及12z能透過半橋開關的機制以分別驅動X軸線圈Cx、 Y軸線圈Cy及Z軸線圈Cz。以驅動級電路12x為例，其包含半橋開關電路，並能根據控制訊號控制半橋開關元件產生驅動X軸線圈Cx的驅動電流，並將X軸線圈Cx之電流迴路上電流回授元件之回授訊號與命令訊號比較以產生調整訊號；此調整訊號可為脈波寬度調變(PWM)訊號。
然後，驅動級電路12x中的半橋開關元件根據調整訊號調整驅動X軸線圈Cx的驅動電流，藉此使X軸線圈Cx之驅動電流能有效地追蹤命令訊號，以達成多軸線圈共接式音圈馬達雙向電流驅動的目的。驅動級電路12y及12z有相同的運作機制，故不在此多加贄述。
由上述可知，多軸線圈共接式音圈馬達驅動裝置1可透過驅動級電路12x、12y及12z實現特殊的驅動電路設計及作動機制，使多軸線圈共接式音圈馬達驅動裝置1能驅動具有線圈共接結構的音圈馬達V，且能對音圈馬達之各軸驅動電流作雙向控制的目的。
請參閱第2圖、第3圖及第4圖；第2圖係為本發明之多軸線圈共接式音圈馬達驅動裝置之第二實施例之電路圖；第3圖及第4圖係為本發明之多軸線圈共接式音圈馬達驅動裝置之第二實施例之運作狀態之第一示意圖及第二示意圖。如第2圖所示，多軸線圈共接式音圈馬達驅動裝置1與多軸音圈馬達V連接，並包含控制信號處理介面11、複數個驅動級電路12x、12y及12z、第一電壓源VM1以及第二電壓源VM2。
該些驅動級電路12x、12y及12z與控制信號處理介面11連接；驅動級電路12x與音圈馬達V之X軸線圈Cx之一端連接；驅動級電路12y與Y軸線圈Cy之一端連接及驅動級電路12z與Z軸線圈Cz之一端連接。
音圈馬達V之X軸線圈Cx之另一端、Y軸線圈Cy之另一端及Z軸線圈Cz之另一端共同連接至一共接端，而第二電壓源VM2連接至此共接端；在本實施例中，第二電壓源VM2之電壓約為第一電壓源VM1之電壓的1/2。
控制信號處理介面11產生複數個控制訊號CS及複數個命令訊號OS。
驅動級電路12x、12y及12z則分別接收該些控制訊號CS及命令訊號；由於驅動級電路12x、12y及12z之內部電路結構及運作機制相同，故本實施例以驅動級電路12x舉例說明。驅動級電路12x包含邏輯控制電路121、半橋開關電路122及回授電路123。邏輯控制電路121與半橋開關電路122及回授電路123連接，而半橋開關電路122則透過回授電路123與X軸線圈Cx之一端連接。
邏輯控制電路121根據控制訊號CS控制半橋開關電路122產生驅動電流以驅動X軸線圈Cx。
半橋開關電路122包含第一開關S1及第二開關S2；其中，第一開關S1之第一端與邏輯控制電路121連接，第一開關S1之第二端與第一電壓源VM1連接，第二開關S2之第一端與邏輯控制電路121連接，第二開關S2之第二端與第一開關S1之第三端連接，第二開關S2之第三端與接地端G連接。
回授電路123包含電阻R、電流回授單元CF及比較單元CP。電阻R之一端與第一開關S1之第三端連接及第二開關S2之第二端連接，電阻R之另一端與X軸線圈Cx之一端連接。電流回授單元CF與電阻R及比較單元CP連接，並感測流入X軸線圈Cx之驅動電流以產生回授訊號FS，並將回授訊號FS輸入至比較單元CP之一輸入端；在一實施例中，電流回授單元CF可為差動放大器電路。比較單元CP之另一輸入端接收命令訊號OS，並將X軸線圈Cx之電流與命令訊號OS 比較後產生調整訊號AS，並將調整訊號AS輸入至邏輯控制電路121；在一實施例中，比較單元CP可為比較器。
邏輯控制電路121則根據調整訊號AS控制半橋開關電路122之上臂開關元件及下臂開關元件以控制X軸線圈Cx之驅動電流之流向，如此可以使X軸線圈Cx之驅動電流能有效地追蹤命令訊號OS，因此能夠更有效控制驅動電流。
如前述，回授電路123之比較單元CP能將X軸線圈Cx之電流與命令訊號OS比較後產生調整訊號AS，並將調整訊號AS輸入至邏輯控制電路121。如第3圖所示，當第一開關S1導通(ON)而第二開關S2切斷(OFF)時，正電流I+由第一電壓源VM1通過第一開關S1、電阻R流入X軸線圈Cx。而正電流I+可由下式(1)表示：
Figure TWI677181B_D0001
其中，I+表示正電流；Rf表示電阻R的電阻值、Rm表示X軸線圈Cx之內阻。
此時，若回授訊號FS大於命令訊號OS(即回授訊號FS之絕對值大於命令訊號OS)，比較單元CP則產生降低驅動電流之調整訊號AS；因此，邏輯控制電路121能根據調整訊號AS切斷第一開關S1。
如第4圖所示，當第一開關S1切斷(OFF)而第二開關S2導通(ON)時，負電流I-由第二電壓源VM2通過X軸線圈Cx、電阻R流入第二開關S2。而負電流I-可由下式(2)表示：
Figure TWI677181B_D0002
其中，I-表示負電流；Rf表示電阻R的電阻值、Rm表示X軸線圈Cx之內阻。
此時，若回授訊號FS小於命令訊號OS(即回授訊號FS之絕對值大於命令訊號OS)，比較單元CP則產生提升驅動電流之調整訊號AS；因此，邏輯控制電路121能根據調整訊號AS切斷第二開關S2。
由上述可知，多軸線圈共接式音圈馬達驅動裝置1可透過驅動級電路12x、12y及12z實現特殊的驅動電路設計及作動機制，使多軸線圈共接式音圈馬達驅動裝置1能驅動具有線圈共接結構的音圈馬達V，且能達到雙向電流驅動控制。
此外，多軸線圈共接式音圈馬達驅動裝置1之驅動級電路12x、12y及12z與音圈馬達V之X軸線圈Cx、Y軸線圈Cy及Z軸線圈Cz之共接端分別連接至第一電壓源VM1及第二電壓源VM2，且第二電壓源VM2之電壓為第一電壓源VM1之電壓的1/2；上述之電路設計可使正電流I+與負電流I-平衡，如式(1)及式(2)所示；因此，多軸線圈共接式音圈馬達驅動裝置1能更為適當地調整音圈馬達V之X軸線圈Cx、Y軸線圈Cy及Z軸線圈Cz之驅動電流，以進一步提升多軸線圈共接式音圈馬達驅動裝置1之效能。
值得一提的是，部份現有音圈馬達驅動裝置無法對具有線圈共接結構的音圈馬達進行驅動，因此應用上受到很大的限制。相反的，根據本發明之實施例，多軸線圈共接式音圈馬達驅動裝置具有特殊的驅動電路設計及作動機制，使音圈馬達驅動裝置能驅動具有線圈共接結構的音圈馬達，因此應用上更為廣泛。
又，部份現有音圈馬達驅動裝置僅能對音圈馬達進行單向電流驅動控制。相反的，根據本發明之實施例，多軸線圈共接式音圈馬達驅動裝置能透過多個驅動級電路以半橋開關電路結構分別控制音圈馬達之各軸線圈，以實現雙向電流驅動控制，故多軸線圈共接式音圈馬達驅動裝置可使音圈馬達V有更佳的效能。
另外，部份現有音圈馬達驅動裝置是連續性輸出音圈馬達之線圈電流，導致其具有較高的能耗，無法達到節能省電的目的。相反的，根據本發明之實施例，多軸線圈共接式音圈馬達驅動裝置能透過多個驅動級電路分別以半橋開關電路驅動並控制音圈馬達之各軸線圈電流，並使音圈馬達之各軸線圈電流能追蹤命令訊號，因此能精準地輸出電流並有效地降低能耗，以達到節能省電的目的。
再者，根據本發明之實施例，多軸線圈共接式音圈馬達驅動裝置之驅動級電路與音圈馬達之線圈之共接端連接至不同的電壓源，且連接至音圈馬達之線圈之共接端之電壓源之電壓為連接至驅動級電路之電壓源之電壓的1/2，如此設計使音圈馬達驅動裝置能適當地調整音圈馬達之線圈之電流，因此使音圈馬達驅動裝置之效能可以進一步提升。
可見本發明在突破先前之技術下，確實已達到所欲增進之功效，且也非熟悉該項技藝者所易於思及，其所具之進步性、實用性，顯已符合專利之申請要件，爰依法提出專利申請，懇請 貴局核准本件發明專利申請案，以勵創作，至感德便。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。其它任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應該包含於後附之申請專利範圍中。

Claims (9)

  1. 一種多軸線圈共接式音圈馬達驅動裝置，係包含： 一控制信號處理介面，係產生複數個控制訊號及複數個命令訊號；以及 複數個驅動級電路，係分別接收該些控制訊號及該些命令訊號，每一獨立的該驅動級電路係分別與一音圈馬達之一線圈之一端及該控制信號處理介面連接，該驅動級電路係包含一半橋開關電路，並根據該控制訊號控制該半橋開關電路產生一驅動電流以驅動該線圈； 其中，該驅動級電路具電流回授機制以將驅動該線圈之該驅動電流之一回授訊號與該命令訊號比較以產生一調整訊號，並根據該調整訊號控制該半橋開關電路以調整該驅動電流，使該驅動電流追蹤該命令訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之多軸線圈共接式音圈馬達驅動裝置，其中各個該驅動級電路係包含一邏輯控制電路，該邏輯控制電路根據該控制訊號及該調整訊號控制該半橋開關電路以產生該驅動電流。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之多軸線圈共接式音圈馬達驅動裝置，其中該半橋開關電路係包含一第一開關及一第二開關，該第一開關之第一端與該邏輯控制電路連接，該第一開關之第二端與一第一電壓源連接，該第二開關之第一端與該邏輯控制電路連接，該第二開關之第二端與該第一開關之第三端連接，該第二開關之第三端與一接地端連接。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之多軸線圈共接式音圈馬達驅動裝置，其中各個該驅動級電路係包含一回授電路，該回授電路與該邏輯控制電路、該線圈、該第一開關之第三端連接及該第二開關之第二端連接，並接收該命令訊號。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之多軸線圈共接式音圈馬達驅動裝置，其中該回授電路係包含一電阻、一電流回授單元及一比較單元，該電流回授單元感測該電阻之電壓，該比較單元將該電阻之電壓與該命令訊號比較以產生該回授訊號。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之多軸線圈共接式音圈馬達驅動裝置，其中該電流回授單元係為一差動放大器電路。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之多軸線圈共接式音圈馬達驅動裝置，其中該驅動級電路係與一第一電壓源連接，各軸之該線圈之另一端為一共接端，該共接端與一第二電壓源連接。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之多軸線圈共接式音圈馬達驅動裝置，其中該第一電壓源係大於該第二電壓源。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之多軸線圈共接式音圈馬達驅動裝置，其中該第二電壓源之電壓係為該第一電壓源之電壓之1/2。
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