步进电机的驱动控制装置和驱动控制方法

摘要

本发明提供了一种电机驱动控制装置和驱动控制方法。基于本发明，可以利用检测到的步进电机的相电压和相电流可以确定步进电机的反电动势，并且可以根据步进电机的反电动势确定步进电机的转速，由此实现对步进电机的无感观测；根据以无感观测方式确定的转速，可以调节逆变驱动模块对步进电机产生的驱动功率，以通过电压补偿、或电压补偿与电流补偿的结合而使驱动功率跟随于与转速相匹配的负载变化而自适应变化，以避免步进电机失步。而且，根据以无感观测方式确定的转速，还可以在转速过低时切换至较低的驱动功率以减少步进电机的功耗。

权利要求

1.一种步进电机的驱动控制装置，其特征在于，包括：逆变驱动模块，用于产生对步进电机的驱动功率；

测速采样模块，用于从逆变驱动模块检测步进电机的相电压和相电流；

驱动控制模块，用于利用检测到的相电压和相电流，确定步进电机的反电动势的过零周期；根据步进电机的反电动势的过零周期，确定步进电机的转速；以及，根据步进电机的转速，调节逆变驱动模块对步进电机产生的驱动功率，其中：若当前转速大于预设第一高速阈值、且小于或等于比预设第一高速阈值更大的预设第二高速阈值，则，对逆变驱动模块的驱动电压提供电压补偿，以弥补驱动功率相比于步进电机与当前转速相匹配的第一负载的第一功率差额，该第一负载超过步进电机在逆变驱动模块产生的驱动功率为额定功率时的第一负载能力；

若当前转速大于预设第二高速阈值，则，在对逆变驱动模块的驱动电压提供电压补偿的基础上，进一步对逆变驱动模块的驱动电流提供电流补偿，以弥补基于电压补偿的驱动功率相比于步进电机与当前转速相匹配的第二负载的第二功率差额，该第二负载超过步进电机在逆变驱动模块产生的驱动功率达到大于额定功率的负载极限时的第二负载能力。

2.根据权利要求1所述的驱动控制装置，其特征在于，进一步包括电压调节模块，并且，驱动控制模块进一步向电压调节模块产生电压补偿信号，其中，电压补偿信号用于驱动电压调节模块将为逆变驱动模块提供的驱动电压的电压值提升为大于额定电压值、并用于弥补第一功率差额的补偿电压值。

3.根据权利要求2所述的驱动控制装置，其特征在于，驱动控制模块进一步在产生电压补偿信号的期间内向逆变驱动模块产生具有用于弥补第二功率差额的补偿占空比的PWM信号，其中，PWM信号的补偿占空比大于PWM信号在转速小于或等于预设第二高速阈值时的额定占空比，以提升逆变驱动模块中的各相桥臂的导通开关的开启幅度。

4.根据权利要求2所述的驱动控制装置，其特征在于，进一步包括PWM驱动模块，并且，驱动控制模块进一步在产生电压补偿信号的期间内向PWM驱动模块产生电流补偿信号，其中，电流补偿信号用于控制PWM驱动模块向逆变驱动模块产生具有用于弥补第二功率差额的补偿占空比的PWM信号，PWM信号的补偿占空比大于PWM信号在转速小于或等于预设第二高速阈值时的额定占空比，以提升逆变驱动模块中的各相桥臂的导通开关的开启幅度。

5.根据权利要求1所述的驱动控制装置，其特征在于，驱动控制模块进一步用于当转速小于预设低速阈值时，将逆变驱动模块的驱动电压调节为小于额定电压值，以降低步进电机的功耗。

6.根据权利要求5所述的驱动控制装置，其特征在于，进一步包括电压调节模块，其中，电压调节模块包括择一启用的第一电源和第二电源：当转速大于或等于预设低速阈值、并且小于或等于预设第一高速阈值时，驱动控制模块向电压调节模块产生第一电源选择信号，其中，第一电源选择信号用于启用第一电源为逆变驱动模块提供电压值为额定电压值的驱动电压；

当转速大于预设第一高速阈值、且小于或等于预设第二高速阈值时，驱动控制模块向电压调节模块产生第一电源选择信号和电压补偿信号，其中，电压补偿信号用于驱动第一电源将为逆变驱动模块提供的驱动电压的电压值提升为大于额定电压值、并用于弥补第一功率差额的补偿电压值；

当转速小于预设低速阈值时，驱动控制模块进一步向电压调节模块产生第二电源选择信号，将逆变驱动模块的驱动电压调节为小于在转速落入在预设第一高速阈值内时的额定电压值，其中，第二电源选择信号用于启用第二电源为逆变驱动模块提供电压值小于额定电压值的驱动电压。

7.一种步进电机的驱动控制方法，其特征在于，包括：利用从逆变驱动模块检测到的步进电机的相电压和相电流，确定步进电机的反电动势的过零周期；

根据步进电机的反电动势的过零周期，确定步进电机的转速；

根据步进电机的转速，调节逆变驱动模块对步进电机产生的驱动功率，其中：若当前转速大于预设第一高速阈值、且小于或等于比预设第一高速阈值更大的预设第二高速阈值，则，对逆变驱动模块的驱动电压提供电压补偿，以弥补驱动功率相比于步进电机与当前转速相匹配的第一负载的第一功率差额，该第一负载超过步进电机在逆变驱动模块产生的驱动功率为额定功率时的第一负载能力；

若当前转速大于预设第二高速阈值，则，在对逆变驱动模块的驱动电压提供电压补偿的基础上，进一步对逆变驱动模块的驱动电流提供电流补偿，以弥补基于电压补偿的驱动功率相比于步进电机与当前转速相匹配的第二负载的第二功率差额，该第二负载超过步进电机在逆变驱动模块产生的驱动功率达到大于额定功率的负载极限时的第二负载能力。

8.根据权利要求7所述的驱动控制方法，其特征在于，对逆变驱动模块的驱动电压提供电压补偿，包括：

向电压调节模块产生电压补偿信号，其中，电压补偿信号用于驱动电压调节模块将为逆变驱动模块提供的驱动电压的电压值提升为大于额定电压值、并用于弥补第一功率差额的补偿电压值。

9.根据权利要求8所述的驱动控制方法，其特征在于，在电压补偿的基础上对逆变驱动模块的驱动电流提供电流补偿，包括：在产生电压补偿信号的期间内，向逆变驱动模块产生具有用于弥补第二功率差额的补偿占空比的PWM信号，其中，PWM信号的补偿占空比大于PWM信号在转速小于或等于预设第二高速阈值时的额定占空比，以提升逆变驱动模块中的各相桥臂的导通开关的开启幅度。

10.根据权利要求8所述的驱动控制方法，其特征在于，在电压补偿基础上对逆变驱动模块的驱动电流提供电流补偿，包括：在保持向电压调节模块产生电压补偿信号的期间内，向PWM驱动模块产生电流补偿驱动信号，其中，电流补偿驱动信号用于控制PWM驱动模块向逆变驱动模块产生具有用于弥补第二功率差额的补偿占空比的PWM信号，PWM信号的补偿占空比大于PWM信号在转速小于或等于预设第二高速阈值时的额定占空比，以提升逆变驱动模块中的各相桥臂的导通开关的开启幅度。

说明书

步进电机的驱动控制装置和驱动控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电机驱动技术，特别涉及一种步进电机的驱动控制装置、以及一种步进电机的驱动控制方法。

背景技术

[0002] 步进电机的驱动控制通常采用开环控制方式，当使用基于开环控制方式的步进电机为摄像机的云台提供动力输出时，容易出现失步的现象。例如，摄像机为了追踪移动目
标、或在不同目标之前切换，会存在短时的高速移动需求，这样的短时高速移动会对步进电
机产生瞬时的负载增量，若负载增量过大，就会导致步进电机失步，进而导致摄像机的监控
失位。

[0003] 从而，如何避免步进电机的失步，成为现有技术有待解决的技术问题。

发明内容

[0004] 本发明的实施例提供的技术方案旨在避免步进电机的失步。

[0005] 在一个实施例中，提供了一种步进电机的驱动控制装置，包括：

[0006] 逆变驱动模块，用于产生对步进电机的驱动功率；

[0007] 测速采样模块，用于从逆变驱动模块检测步进电机的相电压和相电流；

[0008] 驱动控制模块，用于利用检测到的相电压和相电流，确定步进电机的反电动势的过零周期；根据步进电机的反电动势的过零周期，确定步进电机的转速；以及，根据步进电
机的转速，调节逆变驱动模块对步进电机产生的驱动功率，其中：

[0009] 若当前转速大于预设第一高速阈值、且小于或等于比预设第一高速阈值更大的预设第二高速阈值，则，对逆变驱动模块的驱动电压提供电压补偿，以弥补驱动功率相比于步
进电机与当前转速相匹配的第一负载的第一功率差额，该第一负载超过步进电机在逆变驱
动模块产生的驱动功率为额定功率时的第一负载能力；

[0010] 若当前转速大于预设第二高速阈值，则，在对逆变驱动模块的驱动电压提供电压补偿的基础上，进一步对逆变驱动模块的驱动电流提供电流补偿，以弥补基于电压补偿的
驱动功率相比于步进电机与当前转速相匹配的第二负载的第二功率差额，该第二负载超过
步进电机在逆变驱动模块产生的驱动功率达到大于额定功率的负载极限时的第二负载能
力。

[0011] 可选地，进一步包括电压调节模块，并且，驱动控制模块进一步向电压调节模块产生电压补偿信号，其中，电压补偿信号用于驱动电压调节模块将为逆变驱动模块提供的驱
动电压的电压值提升为大于额定电压值、并用于弥补第一功率差额的补偿电压值。

[0012] 可选地，驱动控制模块进一步在产生电压补偿信号的期间内向逆变驱动模块产生具有用于弥补第二功率差额的补偿占空比的PWM信号，其中，PWM信号的补偿占空比大于PWM
信号在转速小于或等于预设第二高速阈值时的额定占空比，以提升逆变驱动模块中的各相
桥臂的导通开关的开启幅度。

[0013] 可选地，进一步包括PWM驱动模块，并且，驱动控制模块进一步在产生电压补偿信号的期间内向PWM驱动模块产生电流补偿信号，其中，电流补偿信号用于控制PWM驱动模块
向逆变驱动模块产生具有用于弥补第二功率差额的补偿占空比的PWM信号，PWM信号的补偿
占空比大于PWM信号在转速小于或等于预设第二高速阈值时的额定占空比，以提升逆变驱
动模块中的各相桥臂的导通开关的开启幅度。

[0014] 可选地，驱动控制模块进一步用于当转速小于预设低速阈值时，将逆变驱动模块的驱动电压调节为小于额定电压值，以降低步进电机的功耗。

[0015] 可选地，进一步包括电压调节模块，其中，电压调节模块包括择一启用的第一电源和第二电源：当转速大于或等于预设低速阈值、并且小于或等于预设第一高速阈值时，驱动
控制模块向电压调节模块产生第一电源选择信号，其中，第一电源选择信号用于启用第一
电源为逆变驱动模块提供电压值为额定电压值的驱动电压；当转速大于预设第一高速阈
值、且小于或等于预设第二高速阈值时，驱动控制模块向电压调节模块产生第一电源选择
信号和电压补偿信号，其中，电压补偿信号用于驱动第一电源将为逆变驱动模块提供的驱
动电压的电压值提升为大于额定电压值、并用于弥补第一功率差额的补偿电压值；当转速
小于预设低速阈值时，驱动控制模块进一步向电压调节模块产生第二电源选择信号，将逆
变驱动模块的驱动电压调节为小于在转速落入在预设第一高速阈值内时的额定电压值，其
中，第二电源选择信号用于启用第二电源为逆变驱动模块提供电压值小于额定电压值的驱
动电压。

[0016] 在另一个实施例中，提供了一种步进电机的驱动控制方法，包括：

[0017] 利用从逆变驱动模块检测到的步进电机的相电压和相电流，确定步进电机的反电动势的过零周期；

[0018] 根据步进电机的反电动势的过零周期，确定步进电机的转速；

[0019] 根据步进电机的转速，调节逆变驱动模块对步进电机产生的驱动功率，其中：

[0020] 若当前转速大于预设第一高速阈值、且小于或等于比预设第一高速阈值更大的预设第二高速阈值，则，对逆变驱动模块的驱动电压提供电压补偿，以弥补驱动功率相比于步
进电机与当前转速相匹配的第一负载的第一功率差额，该第一负载超过步进电机在逆变驱
动模块产生的驱动功率为额定功率时的第一负载能力；

[0021] 若当前转速大于预设第二高速阈值，则，在对逆变驱动模块的驱动电压提供电压补偿的基础上，进一步对逆变驱动模块的驱动电流提供电流补偿，以弥补基于电压补偿的
驱动功率相比于步进电机与当前转速相匹配的第二负载的第二功率差额，该第二负载超过
步进电机在逆变驱动模块产生的驱动功率达到大于额定功率的负载极限时的第二负载能
力。

[0022] 可选地，对逆变驱动模块的驱动电压提供电压补偿，包括：向电压调节模块产生电压补偿信号，其中，电压补偿信号用于驱动电压调节模块将为逆变驱动模块提供的驱动电
压的电压值提升为大于额定电压值、并用于弥补第一功率差额的补偿电压值。

[0023] 可选地，在电压补偿的基础上对逆变驱动模块的驱动电流提供电流补偿，包括：在产生电压补偿信号的期间内，向逆变驱动模块产生具有用于弥补第二功率差额的补偿占空
比的PWM信号，其中，PWM信号的补偿占空比大于PWM信号在转速小于或等于预设第二高速阈
值时的额定占空比，以提升逆变驱动模块中的各相桥臂的导通开关的开启幅度。

[0024] 可选地，在电压补偿基础上对逆变驱动模块的驱动电流提供电流补偿，包括：在保持向电压调节模块产生电压补偿信号的期间内，向PWM驱动模块产生电流补偿驱动信号，其
中，电流补偿驱动信号用于控制PWM驱动模块向逆变驱动模块产生具有用于弥补第二功率
差额的补偿占空比的PWM信号，PWM信号的补偿占空比大于PWM信号在转速小于或等于预设
第二高速阈值时的额定占空比，以提升逆变驱动模块中的各相桥臂的导通开关的开启幅
度。

[0025] 可选地，根据步进电机的转速，调节逆变驱动模块对步进电机产生的驱动功率，进一步包括：当转速小于预设第一高速阈值时，将逆变驱动模块的驱动电压的电压值调节为
小于额定电压值，以降低步进电机的功耗。

[0026] 可选地，对逆变驱动模块的驱动电压提供电压补偿，包括：向电压调节模块产生第一电源选择信号和电压补偿信号，其中，第一电源选择信号用于启用电压调节模块中用于
提供驱动电压的额定电压值的第一电源，电压补偿信号用于驱动第一电源将为逆变驱动模
块提供的驱动电压的电压值提升为大于额定电压值的补偿电压值；将逆变驱动模块的驱动
电压的电压值调节为小于额定电压值，以降低步进电机的功耗，包括：向电压调节模块产生
第二电源选择信号，其中，第二电源选择信号用于启用电压调节模块中的第二电源为逆变
驱动模块提供电压值小于额定电压值的驱动电压。

[0027] 基于上述实施例，可以利用检测到的步进电机的相电压和相电流可以确定步进电机的反电动势，并且可以根据步进电机的反电动势确定步进电机的转速，由此实现对步进
电机的无感观测；根据以无感观测方式确定的转速，可以调节逆变驱动模块对步进电机产
生的驱动功率，以通过电压补偿、或电压补偿与电流补偿的结合而使驱动功率跟随于与转
速相匹配的负载变化而自适应变化，以避免步进电机失步。而且，根据以无感观测方式确定
的转速，还可以在转速过低时切换至较低的驱动功率以减少步进电机的功耗。

附图说明

[0028] 以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围：

[0029] 图1为一个实施例中的步进电机的驱动控制装置的原理示意图；

[0030] 图2为如图1所示驱动控制装置实现相电压和相电流检测的实例结构示意图；

[0031] 图3为基于如图2所示的实例确定的反电动势的信号波形示意图；

[0032] 图4为如图1所示驱动控制装置实现电压补偿的实例结构示意图；

[0033] 图5a和图5b为如图1所示驱动控制装置实现电流补偿的实例结构示意图；

[0034] 图6为如图1如图1所示驱动控制装置的扩展原理示意图；

[0035] 图7为基于如图6所示扩展原理的实例结构示意图；

[0036] 图8为另一个实施例中的步进电机的驱动控制方法的流程示意图；

[0037] 图9为如图8所示的驱动控制方法的扩展流程示意图。

具体实施方式

[0038] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。

[0039] 图1为一个实施例中的步进电机的驱动控制装置的原理示意图。请参见图1，在该实施例中，步进电机的驱动控制装置可以包括：

[0040] 逆变驱动模块10，用于产生对步进电机90的驱动功率；

[0041] 测速采样模块20，用于从逆变驱动模块10检测步进电机90的相电压和相电流；

[0042] 驱动控制模块30，用于利用从逆变驱动模块10检测到的步进电机90的相电压和相电流，确定步进电机90的反电动势的过零周期；根据步进电机90的反电动势的过零周期，确
定步进电机90的转速ω_det；以及，根据步进电机90的转速ω_det，调节逆变驱动模块10对
步进电机90产生的驱动功率，其中：

[0043] 当转速ω_det大于预设第一高速阈值ω_mid、且小于或等于预设第二高速阈值ω_high时，表示与当前的转速ω_det相匹配的负载已超出至额定功率足以负担的负载范
围、并且小于或等于使逆变驱动模块10以不低于预设效率阈值的逆变效率产生驱动功率的
负载极限，因此，可以对逆变驱动模块10的驱动电压V_drv提供电压补偿ΔV(恒压驱动)，以
弥补驱动功率相比于转速ω_det提升而引发的负载增量的功率差额；

[0044] 当转速ω_det大于预设第二高速阈值ω_high时，表示与当前的转速ω_det相匹配的负载超过了使逆变驱动模块10以不低于预设效率阈值的逆变效率产生驱动功率的负
载极限，因此，可以在电压补偿ΔV的基础上对逆变驱动模块10的驱动电流I_drv提供电流
补偿ΔI(定流驱动)，以弥补基于电压补偿ΔV的驱动功率相比于负载增量的功率差额。

[0045] 基于上述驱动控制装置，可以利用检测到的步进电机90的相电压和相电流可以确定步进电机的反电动势，并且可以根据步进电机90的反电动势确定步进电机90的转速ω_
det，由此实现对步进电机90的无感观测；根据以无感观测方式确定的转速ω_det，可以调
节逆变驱动模块10对步进电机90产生的驱动功率，以通过电压补偿ΔV、或电压补偿ΔV与
电流补偿ΔI的结合而使驱动功率跟随于与转速ω_det相匹配的负载变化而自适应变化，
以避免步进电机90失步。进而，在该步进电机90被用于驱动摄像机的云台时，通过避免步进
电机90失步，可以避免摄像机的监控失位。

[0046] 相比于采用基于闭环控制方式的伺服直流电机来避免摄像机监控失位的方案，使用以上述驱动控制装置驱动的步进电机90可以降低硬件成本并提高可靠性，这是因为：

[0047] 1、若使用基于闭环控制方式的伺服直流电机，则，为了提供闭环反馈，需要引入例如角编码器或者霍尔传感器等外置监测元件，而使用以上述驱动控制装置驱动的步进电机
90可以无需使用这些外置监测元件；

[0048] 2、若使用基于闭环控制方式的伺服直流电机，则，为了确保伺服直流电机的驱动精度，需要引入例如齿轮减速箱等高精度传动机构，而使用以上述驱动控制装置驱动的步
进电机90可以不需要额外使用高精度传动机构；

[0049] 3、若使用基于闭环控制方式的伺服直流电机，则，为了运行比步进电机的控制逻辑更复杂的伺服控制算法，需要使用例如DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理
器)等高性能的处理器件，上述驱动控制装置中的驱动控制模块30可以由MCU
(Microcontroller Unit，微控制单元)来实现，例如，驱动控制模块30可以选用型号为
STM32的MCU。

[0050] 即，驱动步进电机90的上述驱动控制装置不需要引入易损坏且成本高的外置监测元件和高精度传动机构、也可以不是必须使用例如DSP等等高性能的处理器件，因而相比于
基于闭环控制方式的伺服直流电机的方案，可以降低硬件成本、并且提高可靠性。

[0051] 另外，该实施例中的步进电机90可以是两相步进电机，或者也可以是三相步进电机。由于三相步进电机相对于两相步进电机具有更小的步进角、以及更小的低速共振区、更
低的噪音、更高的稳定性，因此，步进电机90优选地为三相步进电机。

[0052] 图2为如图1所示驱动控制装置中实现相电压和相电流检测的实例结构示意图。请参见图2，以步进电机90为三相步进电机为例，逆变驱动模块10可以包括三相H桥电路，测速
采样模块20可以包括：

[0053] 相电压采样电路21，用于从逆变驱动模块10的各相桥臂采集相电压(桥臂的端电压相对于地的电压值)，例如，相变电压采样电路21可以包括与各相桥臂分别连接的差分放
大器21a、21b以及21c，并且每路差分放大器21a、21b以及21c可以将采样得到的对应相的相
电压输出至驱动控制模块30中集成的ADC(Analog to Digital Converter，模拟数字转换
器)31；

[0054] 相电流检测电路22，用于对逆变驱动模块10的各相桥臂进行相电流的过零检测，例如，相电流采样电路22中可以包括分别连接各相桥臂的过零检测回路22a、22b以及22c，
并且，每路过零检测回路22a、22b以及22c可以向驱动控制模块30中集成的GPIO(General‑
purpose input/output，通用输入输出)接口输出对应相的相电流的过零检测信号。

[0055] 另外，逆变驱动模块10中各相桥臂的导通开关通常为MOS(Metal Oxide Semiconductor，金属氧化物半导体)管等半导体器件，其在开闭切换时容易产生尖峰电压，
为了能减小逆变驱动模块10中各相桥臂的导通开关产生的尖峰电压对检测到的相电压的
影响，测速采样电路20还可以在相电压采样电路21与驱动控制模块30之间增加滤波电路
23，例如RC低通滤波电路。

[0056] 图3为基于如图2所示的实例确定的反电动势的信号波形示意图。请参见图3，基于如图2所示的实例采集到的相电压的电压值、以及相电流的过零检测信号，驱动控制模块30
(其内部的控制内核33)可以利用在每一相的相电流为零的期间内检测到的各相的相电压、
以及预先设定的电机参数，确定该相的反电动势Ea、Eb、Ec，并且，根据各相的反电动势Ea、
Eb、Ec的零点分布，确定步进电机的反电动势的过零周期(图3中以方波脉冲的上升沿表示
反电动势的过零检测信号)。

[0057] 其中，确定反电动势所使用的电机参数，可以包括步进电机90的极对数N、反电势常数K、定子线圈的相电阻R和相电感L等。由于该实施例并不限制确定反电动势的确定方
式，因而此处不对确定反电动势的算法做具体描述。

[0058] 可以理解的是，对于两相步进电机，区别主要在于逆变驱动模块10中的桥臂数量的改变，但对相电压和相电流的检测方式、以及对反电动势和转速的确定都可以采用与三
相步进电机相同的原理。

[0059] 图4为如图1所示驱动控制装置实现电压补偿的实例结构示意图。请参见图4，该实施例中的驱动控制装置可以进一步包括电压调节模块40，其中：

[0060] 当转速ω_det大于预设第一高速阈值ω_mid、且小于或等于预设第二高速阈值ω_high时，驱动控制模块30可以向电压调节模块40产生电压补偿信号Sig_Vcomp，以对逆
变驱动模块10的驱动电压V_drv提供电压补偿ΔV，即，电压补偿信号Sig_Vcomp用于驱动电
压调节模块40将为逆变驱动模块10提供的驱动电压V_drv的电压值提升为大于额定电压值
的补偿电压值(V_drv与ΔV之和)，例如，通过启用电压调节模块40的参考电压端V_ref的参
考电压，而对电压调节模块40使电压输出端Vout产生的驱动电压V_drv被提升为V_drv与Δ
V之和的补偿电压值。

[0061] 图5a和图5b为如图1所示驱动控制装置实现电流补偿的实例结构示意图。在图5a和图5b所示的实例中，可以通过调节向逆变驱动模块10的PWM(Pulse Width Modulation，
脉冲宽度调制)信号的占空比来实现电流补偿。

[0062] 请先参见图5a，若驱动控制模块30内集成有DAC(Digital to Analog Converter，数字模拟转换器)34，则，当转速ω_det大于预设第二高速阈值ω_high时，驱动控制模块30
(控制内核33)可以在产生电压补偿信号Sig_Vcomp的期间内向逆变驱动模块10产生具有补
偿占空比的PWM信号，其中，PWM信号的补偿占空比大于PWM信号在转速小于或等于预设第二
高速阈值ω_high时的额定占空比，补偿占空比可以为额定占空比与占空比补偿量ΔPW之
和，例如，额定占空比可以为50％，占空比补偿量ΔPW可以介于1％～30％，则得到的补偿占
空比可以在31％～80％，以此提升逆变驱动模块10中的各相桥臂的导通开关(例如MOS管)
的开启幅度，从而可以实现在电压补偿ΔV的基础上对逆变驱动模块的驱动电流I_drv提供
电流补偿ΔI。

[0063] 请再参见图5b，若驱动控制装置进一步包括PWM驱动模块50(其可以与驱动控制模块10基于串行总现通讯)，则，驱动控制模块10可以不需要内部集成DAC或者不使用内部集
成的DAC，并且当转速ω_det大于预设第二高速阈值ω_high时，驱动控制模块10可以在产
生电压补偿信号Sig_Vcomp的期间内向PWM驱动模块50产生电流补偿信号Sig_Icomp，其中，
电流补偿驱动信号用于控制PWM驱动模块50向逆变驱动模块10产生具有补偿占空比的PWM
信号，PWM信号的补偿占空比大于PWM信号在转速小于或等于预设第二高速阈值ω_high时
的额定占空比，以此提升逆变驱动模块10中的各相桥臂的导通开关的开启幅度，从而同样
可以实现在电压补偿ΔV的基础上对逆变驱动模块10的驱动电流I_drv提供电流补偿ΔI。

[0064] 其中，图5b中所示的PWM驱动模块50可以选用DAC芯片，例如TI(Texas Instruments，德州仪器)出产的TVL(TI Low Value，德州仪器高性价比)系列的DAC芯片，并
且通过对DAC芯片配置合理的参考电压，可以使其提供足以打开逆变驱动模块10中的各相
桥臂的导通开关的开关电压。

[0065] 图6为如图1如图1所示驱动控制装置的扩展原理示意图。请参见图6，驱动控制模块30还可以用于当转速ω_det小于预设低速阈值ω_low时，例如，步进电机90停止运行或
以相对低的转速缓慢转动时，将逆变驱动模块10的驱动电压V_drv调节为低压电压值V_low
(该低压电压值V_low小于驱动电压在转速ω_det落入在速度区间[ω_low，ω_mid]内时的
额定电压值)，以降低步进电机90的功耗。

[0066] 而当转速ω_det大于预设第一高速阈值ω_mid时，可以参考如图4所示的方式，此处不再赘述。

[0067] 图7为基于如图6所示扩展原理的实例结构示意图。请参见图7，在该实施例中，驱动控制装置可以进一步包括电压调节模块60，其中，电压调节模块60包括择一启用的第一
电源61和第二电源62。

[0068] 当转速ω_det落入在速度区间[ω_low，ω_mid]内时，驱动控制模块30可以向电压调节模块60产生第一电源选择信号(Sel_V处于第一电平状态)，其中，第一电源选择信号
(Sel_V处于第一电平状态)用于启用电压调节模块60中的第一电源61，使第一电源61响应
于在转速ω_det落入在速度区间[ω_low，ω_mid]内时的第一电源选择信号(Sel_V处于第
一电平状态)而为逆变驱动模块10提供电压值为额定电压值的驱动电压V_drv。例如，第一
电源选择信号(Sel_V处于第一电平状态)可以将第一电源61的使能端En置为有效。

[0069] 当转速ω_det大于预设第一高速阈值ω_mid时，驱动控制模块30可以向电压调节模块60产生第一电源选择信号(Sel_V处于第一电平状态)和电压补偿信号Sig_Vcomp，其
中，电压补偿信号Sig_Vcomp用于驱动第一电源61将为逆变驱动模块10提供的驱动电压V_
drv的电压值提升为大于额定电压值的补偿电压值(V_drv与ΔV之和)，以对逆变驱动模块
10的驱动电压提供电压补偿ΔV；

[0070] 当转速ω_det小于预设低速阈值ω_low时，驱动控制模块30可以向电压调节模块60产生第二电源选择信号(Sel_V处于第二电平状态)，其中，第二电源选择信号(Sel_V处于
第二电平状态)用于启用电压调节模块60中的第二电源62为逆变驱动模块10提供电压值小
于额定电压值的驱动电压，以将逆变驱动模块10的驱动电压V_drv的电压值调节为小于在
转速落入在速度区间[ω_low，ω_mid]内时的额定电压值的低压电压值V_low。

[0071] 以上仅仅是以驱动控制装置驱动一个步进电机为例进行的说明，可以理解的是，对于例如球机等具有多自由度云台的摄像机中的至少两个步进电机，可以通过在上述驱动
控制装置中配置与步进电机数量相等的逆变驱动模块10和测速采样模块20即可，另外，电
压调节模块40或60可以根据驱动电压的电压值需求而为每个步进电机独立配置、或由至少
两个步进电机共享使用。若驱动控制模块30中具有足够的DAC资源，则可以不需要PWM驱动
模块50，若驱动控制模块30不具有足以分配给至少两个步进电机的DAC资源，则可以配置与
步进电机数量相等、或略少于步进电机数量的PWM驱动模块50。

[0072] 出了上述驱动控制装置之外，下述实施例还提供了一种可以由任意一种可用作驱动控制模块的处理器件执行的驱动控制方法。

[0073] 图8为另一个实施例中的步进电机的驱动控制方法的流程示意图。请参见图8，在该实施例中，步进电机的驱动控制方法可以包括：

[0074] S810：利用从逆变驱动模块检测到的步进电机的相电压和相电流，确定步进电机的反电动势的过零周期。

[0075] 例如，利用在每一相的相电流为零的期间内检测到的各相的相电压、以及预先设定的电机参数，确定该相的反电动势；并且，根据各相的反电动势的零点分布，确定步进电
机的反电动势的过零周期。

[0076] S830：根据步进电机的反电动势的过零周期，确定步进电机的转速ω_det，以根据步进电机的转速ω_det确定逆变驱动模块对步进电机产生的驱动功率的调节策略，其中：

[0077] 若转速大于预设第一高速阈值ω_mid、且小于或等于预设第二高速阈值ω_high，则表示与当前的转速ω_det相匹配的负载已超出至额定功率足以负担的负载范围、并且小
于或等于使逆变驱动模块以不小于预设效率阈值的逆变效率产生驱动功率的负载极限，因
此，可以跳转至S851；

[0078] 若转速大于预设第二高速阈值ω_high，则表示与当前的转速ω_det相匹配的负载已超过了使逆变驱动模块以不小于预设效率阈值的逆变效率产生驱动功率的负载极限，
因此，可以跳转至S853；

[0079] 否则，可以不对驱动功率进行补偿，然后结束本流程。

[0080] S851：当转速ω_det大于预设第一高速阈值ω_mid、且小于或等于预设第二高速阈值ω_high时，对逆变驱动模块的驱动电压提供电压补偿(恒压驱动)，以弥补驱动功率相
比于转速ω_det提升而引发的负载增量的功率差额。

[0081] 例如，可以向电压调节模块产生电压补偿信号，其中，电压补偿信号用于驱动电压调节模块将为逆变驱动模块提供的驱动电压的电压值提升为大于额定电压值的补偿电压
值。

[0082] S853：当转速ω_det大于预设第二高速阈值ω_high时，在电压补偿的基础上对逆变驱动模块的驱动电流提供电流补偿(定流驱动)，以弥补基于电压补偿的驱动功率相比于
负载增量的功率差额。

[0083] 例如，可以在产生电压补偿信号的期间内，向逆变驱动模块产生具有补偿占空比的PWM信号，其中，PWM信号的补偿占空比大于PWM信号在转速小于或等于预设第二高速阈值
ω_high时的额定占空比，以提升逆变驱动模块中的各相桥臂的导通开关的开启幅度。

[0084] 或者，也可以在产生电压补偿信号的期间内，向PWM驱动模块产生电流补偿驱动信号，其中，电流补偿驱动信号用于控制PWM驱动模块向逆变驱动模块产生具有补偿占空比的
PWM信号，PWM信号的补偿占空比大于PWM信号在转速小于或等于预设第二高速阈值ω_high
时的额定占空比，以提升逆变驱动模块中的各相桥臂的导通开关的开启幅度。

[0085] 基于上述流程，可以利用检测到的步进电机的相电压和相电流可以确定步进电机的反电动势，并且可以根据步进电机的反电动势确定步进电机的转速ω_det，由此实现对
步进电机的无感观测；根据以无感观测方式确定的转速ω_det，可以调节逆变驱动模块对
步进电机产生的驱动功率，以通过电压补偿、或电压补偿与电流补偿的结合而使驱动功率
跟随于与转速ω_det相匹配的负载变化而自适应变化，以避免步进电机失步。进而，在该步
进电机被用于驱动摄像机的云台时，通过避免步进电机失步，可以避免摄像机的监控失位。

[0086] 图9为如图8所示的驱动控制方法的扩展流程示意图。请参见图9，该实施例中的驱动控制方法可以进一步扩展为包括：

[0087] S910：利用从逆变驱动模块检测到的步进电机的相电压和相电流，确定步进电机的反电动势的过零周期。其中，本步骤可以与如图8所示的S810基本相同，此处不再赘述。

[0088] S930：根据步进电机的反电动势的过零周期，确定步进电机的转速ω_det，以根据步进电机的转速ω_det确定逆变驱动模块对步进电机产生的驱动功率的调节策略，其中：

[0089] 若转速大于预设第一高速阈值ω_mid、且小于或等于预设第二高速阈值ω_high，则表示与当前的转速ω_det相匹配的负载已超出至额定功率足以负担的负载范围、并且小
于或等于使逆变驱动模块以不小于预设效率阈值的逆变效率产生驱动功率的负载极限，因
此，可以跳转至S951；

[0090] 若转速大于预设第二高速阈值ω_high，则表示与当前的转速ω_det相匹配的负载已超过了使逆变驱动模块以不小于预设效率阈值的逆变效率产生驱动功率的负载极限，
因此，可以跳转至S953；

[0091] 若转速ω_det小于预设低速阈值ω_low，则表示步进电机当前停止运行或以相对低的转速缓慢转动，因此，可以跳转至S955；

[0092] 否则，即转速落入在速度区间[ω_low，ω_mid]内，可以不对驱动功率进行补偿和降功耗措施，例如，保持向电压调节模块仅产生第一电源选择信号，然后结束本流程。

[0093] S951：当转速ω_det大于预设第一高速阈值ω_mid、且小于或等于预设第二高速阈值ω_high时，对逆变驱动模块的驱动电压提供电压补偿(恒压驱动)，以弥补驱动功率相
比于转速ω_det提升而引发的负载增量的功率差额。

[0094] 例如，可以向电压调节模块产生第一电源选择信号和电压补偿信号，其中，第一电源选择信号用于启用电压调节模块中用于提供驱动电压的额定电压值的第一电源，电压补
偿信号用于驱动第一电源将为逆变驱动模块提供的驱动电压的电压值提升为大于额定电
压值的补偿电压值。

[0095] S953：当转速ω_det大于预设第二高速阈值ω_high时，在电压补偿的基础上对逆变驱动模块的驱动电流提供电流补偿(定流驱动)，以弥补对驱动电压补偿的补偿额度相比
于负载增量的功率差额。

[0096] 本步骤可以与如图8所示的S853基本相同，此处不再赘述。

[0097] S955：当转速ω_det小于预设低速阈值ω_low时，将逆变驱动模块的驱动电压的电压值调节为小于额定电压值，以降低步进电机的功耗。

[0098] 例如，可以向电压调节模块产生第二电源选择信号，其中，第二电源选择信号用于启用电压调节模块中的第二电源为逆变驱动模块提供电压值小于额定电压值的驱动电压。

[0099] 基于上述流程，可以在如图8所示流程产生的技术效果的基础上，进一步通过在转速过低时切换至较低的驱动功率而减少步进电机的功耗。

[0100] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。