CH668337A5 - Circuito di controllo a corrente costante per un motore a passo di tipo unipolare, particolarmente per l'impiego a bordo di autoveicoli. - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE La presente invenzione si riferisce ai circuiti di controllo per motori a passo di tipo unipolare, aventi nell'impiego il terminale comune delle fasi collegato ad una batteria di alimentazione, in particolare per l'impiego a bordo di autoveicoli.
L'invenzione si riferisce più specificamente ad un circuito del tipo che, per ciascuna coppia di fasi complementari del motore a passo, comprende:
un primo ed un secondo ingresso per segnali logici complementari di comando, ed un primo ed un secondo dispositivo commutatore a conduzione controllata, collegati ad una fase e rispettivamente alla fase complementare, ed atti ad assumere, in funzione dei segnali di comando impartiti ai detti ingressi, una prima ed una seconda condizione in cui ciascuno consente ovvero impedisce il passaggio di corrente nella fase cui è rispettivamente collegato.
Lo scopo dell'invenzione è di realizzare un circuito del tipo sopra definito, il quale consenta di realizzare un funzionamento del motore a passo a corrente costante, anche al variare della tensione di alimentazione.
L'invenzione ha per oggetto a tale scopo un circuito di controllo del tipo sopra specificato, caratterizzato dal fatto che per ciascuna coppia di fasi del motore comprende:
un sensore collegato a detti primo e secondo dispositivo commutatore, per fornire un segnale indicativo della corrente fluente nella fase di volta in volta eccitata,
mezzi generatori atti a fornire un segnale di riferimento sostanzialmente costante, e mezzi di confronto e regolazione, collegati a detti mezzi generatori ed a detto sensore, ed atti a modificare la conduzione di corrente nel dispositivo commutatore di volta in volta eccitato, in modo tale da minimizzare il divario tra il segnale fornito dal sensore e detto segnale di riferimento.
Secondo un'ulteriore caratteristica di una forma d'esecuzione dell'invenzione il circuito comprende inoltre mezzi di comando atti a provocare una riduzione della corrente circolante nelle due fasi eccitate nella condizione di motore fermo.
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Tali mezzi di comando comprendono:
un ulteriore ingresso per un segnale di attivazione di tipo logico, ed un circuito di comando collegato a,detto ulteriore ingresso e a detti mezzi generatori, ed atto, quando attivato, a modificare detto segnale di riferimento, in modo tale da provocare, tramite detti mezzi di confronto e regolazione, una riduzione della corrente circolante nei dispositivi commutatori associati alle fasi che risultano eccitate a motore fermo.
Le suddette caratteristiche e vantaggi del circuito di controllo secondo l'invenzione appariranno dalla descrizione dettagliata che segue, effettuata con riferimento ai disegni allegati, forniti a puro titolo di esempio non limitativo, nei quali:
la figura 1 è uno schema circuitale, in parte a blocchi, di un circuito di controllo secondo l'invenzione, e la figura 2 è uno schema circuitale dettagliato di una parte del circuito di controllo della figura 1.
Con riferimento alla figura 1, con SM è complessivamente indicato un motore a passo di tipo unipolare, con due coppie di fasi A, A e B, B, aventi un terminale comune collegato ad una sorgente di tensione continua di alimentazione Vb.
Il motore SM può essere utilizzato ad esempio per il controllo della posizione della valvola a farfalla nel carburatore del motore di un autoveicolo, ed in tale applicazione la tensione Vb sarebbe la tensione erogata dalla batteria dell'autoveicolo.
Fra la sorgente di tensione Vb e la massa è collegato un condensatore Co di elevata capacità, avente la funzione di limitare l'irradiazione di disturbi.
Alle fasi del motore SM sono ordinatamente collegate le uscite Oi, Ôî e O2, C>2 di un circuito di controllo secondo l'invenzione. Tale circuito presenta due coppie di ingressi complementari li, li e I2,12, destinati a ricevere segnali di comando di tipo logico complementati, così, ad esempio, quando l'ingresso li riceverà un segnale a livello basso, l'ingresso li riceverà un segnale a livello alto.
Il circuito di controllo presenta un ulteriore ingresso indicato con Ilc, anch'esso destinato a ricevere un segnale di comando di tipo logico, le cui funzioni saranno chiarite nel seguito.
Gli interessi del circuito di controllo sono destinati ad essere collegati ad un'unità elettronica di controllo e comando, ad esempio a microprocessore.
Lasciando momentaneamenteda parte l'ingresso Ilc, fra_ ciascuno degli ingressi Ii, li; I2 e I2 e le uscite Oi, Oi, O2 e O2 il circuito di controllo presenta quattro rami circuitali aventi la medesima struttura. Tale struttura verrà descritta unicamente per il ramo tra l'ingresso li e l'uscita Oi. A tale ingresso Ri è collegata la base di un transistore Ti di tipo npn, avente l'emettitore collegato alla base di un transistore di potenza Di, ad esempio di tipo Darlington. Fra Ja base di quest'ultimo transistore e la massa è interposto un transistore R2. Il collettore Di è collegato alla fase A del motore a passo collegato all'anodo di un diodo di ricircolo d. Fra il collettore Di e la massa è collegato un condensatore Ci.
Un resistore R3 è collegato fra l'ingresso li ed una sorgente di tensione continua di alimentazione Vs.
Circa i riferimenti adottati per i componenti dei rami circuitali che collegano gli altri tre ingressi alle altre tre uscite del circuito di controllo si rinvia alla figura 1.
I catodi dei diodi di ricircolo d sono collegati alla sorgente di tensione Vb tramite un unico resistore di ricircolo R4. Gli emettitori di Di, Di e rispettivamente D2, D2 sono connessi tra loro, e collegati alla massa attraverso rispettivi resistori di shunt Si e rispettivamente S2. Tali resistori sono preferibilmente del tipo a strato metallico, e presentano una resistenza assai modesta.
I terminali non a massa di Si e S2 sono collegati ad un primo ingresso la, 2a di due circuiti di regolazione indicati con 1 e 2. Ad un secondo ingresso lb, 2b di tali circuiti è collegata la uscita di un circuito generatore di un segnale di tensione di riferimento costante, indicato con 3. A tale circuito è collegata l'uscita di un circuito di comando 4, avente l'ingresso collegato all'ingresso Ilc-
I circuiti 1 e 2 presentano la medesima struttura interna, ad esempio quella mostrata nella figura 2 con riferimento al circuito 1. Quest'ultimo comprende un amplificatore differenziale integrato IC, ad esempio un circuito LM 2904. IC ha l'ingresso invertente collegato al resistore Si tramite un resistore R5. Fra l'ingresso invertente e l'uscita sono interposti un condensatore C2 ed un resistore Rß, fra loro in serie. Un condensatore C3 è collegato tra l'ingresso non-invertente e la massa.
I circuiti 1 e 2 hanno la rispettiva uscita collegata ai collettori di Ti, Ti e rispettivamente T2, T2 tramite resistori R7.
II circuito 3, come appare nella figura 2, comprende un partitore resistivo tra la sorgente di tensione Vs e la massa, tale partitore comprendendo tre resistori Rs, R9 e Rio fra loro in serie. In parallelo a Rio è disposto un ulteriore resistore Rn, preferibilmente di tipo regolabile. Rappresenta l'uscita del circuito 3.
Il circuito di comando 4 comprende un transistore T3, di tipo npn, avente la base collegata all'ingresso Ilc tramite un resistore R12, l'emettitore collegato alla massa, ed il collettore collegato al terminale comune a Rs e R9, tramite un resistore R13 preferibilmente di tipo regolabile. Con R14 è indicato un resistore collegato fra Ilc e la sorgente di tensione Vs.
Il circuito di controllo sopra descritto funziona nel modo seguente. _
Si supponga che li e I2 siano a livello 1 e li e I2 a livello O. In tale condizione Ti e T2, e quindi Di e D2 conducono corrente, e le fasi A e B risultano sotto tensione. In tale situazione il motore è fermo. Se Ilc è anch'esso a livello 1, allora T3 è conduttivo, e la tensione che il circuito 3 presenta all'ingresso noninvertente di IC presenta un valore ridotto, e così pure la tensione di uscita di IC, e quindi Ti, T2 e Di e D2 vengono mantenuti moderatamente conduttivi. In tal modo nelle fasi A e B del motore sotto tensione circola una corrente ridotta e si consegue il duplice vantaggio di limitare la potenza dissipata nel motore e l'assorbimento di corrente a carico della sorgente di tensione VB.
Non appena occorra comandare un movimento 0 scatto del motore, l'ingresso Ilc deve essere portato a livello O, interdicendo T3. Si ha un conseguente innalzamento della tensione di riferimento presentata dal circuito 3 all'ingresso non-invertente di IC ed un corrispondente aumento della tensione di uscita di quest'ultimo. Ne consegue che cresce la corrente circolante in Ti e T2. Il condensatore C3 consente di rendere graduale la commutazione fra il regime a bassa corrente ed il regime ad alta corrente nelle fasi del motore sotto tensione. Se gli ingressi li e li passano quindi simultaneamente a livelloO e, rispettivamente a livello 1, Ti e Di si interdicono, e Ti e Di entrano in conduzione: di conseguenza, la fase A non viene più percorsa da corrente, mentre viene messa sotto tensione la fase A.
A seconda dei segnali applicati agli ingressi complementari li, li e I2,12, il funzionamento del circuito di controllo, è dunque del motore a passo SM, procede quindi in modo analogo a quanto sopra descritto.
In ogni fase di funzionamento la caduta di tensione ai capi di Si e S2 è indicativa della corrente circolante in una delle due fasi del motore cui ciascuno di tali resistori è rispettivamente associato. Se ad esempio, a seguito di una diminuzione della carica della batteria Vb, tale corrente tende a diminuire, diminuisce la tensione presentata all'ingresso invertente di IC, e corrispondentemente cresce la tensione fornita ai transistori T o T in quell'istante conduttivi, tale tensione rendendoli ulteriormente conduttivi, determinando quindi un incremento della corrente fluente nelle fasi sotto tensione. Tale incremento compensa la diminuzione di corrente dovuta alla scarica della batteria Vb.
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Il circuito di controllo consente dunque il funzionamento del motore a corrente costante. Il controllo a corrente costante consente l'ottimizzazione della frequenza di passo cioè del tempo di inversione della corrente in una coppia di avvolgimenti o fasi. Si può infatti verificare che se tale corrente è costante si ha la massima rapidità di commutazione.
Il circuito sopra descritto consente il pilotaggio delle fasi del motore nei tre modi classici, noti con terminologia anglosassone come modi «full step», «half step» e modo «one phase on».
L'impiego di sensori di corrente costituiti da resistori di shunt del tipo a strato metallico risulta particolarmente conveniente. Infatti tali resistori sono assai economici, e consentono di ottenere una buona stabilità delle prestazioni del circuito al variare della temperatura.
Nel circuito di regolazione 1, il condensatore C2 nella rete di reazione tra l'ingresso invertente e l'uscita dell'integrato IC consente di smorzare eventuali oscillazioni.
Il circuito 4 di comando della riduzione di corrente viene attivato con un 1 all'ingresso Ilc ogni volta che il motore SM 5 debba rimanere fermo. Oltre ai vantaggi già ricordati, la riduzione di corrente consente di scongiurare in modo sicuro eventuali movimenti del motore indesiderati, e consente di contenere la potenza dissipata sui transistori finali D e D.
Il resistore R4 consente il ricircolo di corrente quando, alla 10 commutazione, i transistori di potenza commutano da «on» a «off». I condensatori Ci, oltre ad un'azione di protezione del circuito da interferenze elettromagnetiche, consentono di limitare il picco di tensione sui transistori finali nei primi istanti della commutazione tra «on» e «off», quando i diodi di ricirco-15 lo d non sono ancora entrati in conduzione. Detti condensatori consentono dunque di utilizzare diodi di ricircolo di tipo «lento», e quindi particolarmente economico.
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2 fogli disegni
Claims (13)
1. Circuito di controllo per un motore a passo (SM) di tipo unipolare, particolarmente per l'impiego a bordo di autoveicoli, detto motore (SM) avendo il terminale comune delle fasi (A, A; B, B) collegato ad una batteria di alimentazione (Vb); detto cir-cuito_comprendendo, per ciascuna coppia di fasi complementari (A, A; B, B) del motore _ _
un primo ed un secondo ingresso (Ii, Ii; I2,12) per segnali logici complementari di comando,
un primo ed un secondo dispositivo commutatore a conduzione controllata (Di, Di; D2, D2) collegatiaduna fase (A; B) e rispettivamente alla fase complementare (A; B) ed atti ad assumere, in funzione dei segnali di comando impartiti a detti ingressi (li, li; I2,12) una prima ed una seconda condizione in cui ciascuno consente ovvero impedisce il passaggio di corrente nella fase cui è rispettivamente collegato,
caratterizzato dal fatto che per ciascuna coppia di fasi (A, Ä; B, B) del motore (SM) comprende un sensore (Si; S2) collegato_a detti primo e secondo dispositivo commutatore (Di, Di; D2, D2) per fornire un segnale indicativo della corrente fluente nella fase di volta in volta eccitata,
mezzi generatori (3) atti a fornire un segnale di riferimento costante, e mezzi di confronto e regolazione (1; 2), collegati a detti mezzi generatori (3) e a detto sensore (Si; S2) ed atti a modificare la conduzione di corrente nel dispositivo commutatore (Di, Di; D2, D2) di volta in volta eccitato, in modo tale da minimizzare il divario fra il segnale fornito dal sensore (Si; S2) e detto segnale di riferimento.
2. Circuito di controllo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi generatori (3) forniscono un medesimo segnale di riferimento ai mezzi di confronto e regolazione (1, 2) associati alle due coppie di fasi (A, A; B, B) del motore (SM).
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RIVENDICAZIONI
3. Circuito di controllo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende mezzi di comando (Ilc; 4) atti a provocare una riduzione della corrente circolante nelle due fasi (A, B; A, B) eccitate nella condizione di motore (SM) fermo.
4. Circuito di controllo secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di comando comprendono un ulteriore ingresso (Ilc) per un segnale di attivazione di tipo logico, ed un circuito di comando (4) collegato a detto ulteriore ingresso (Ilc) e a detti mezzi generatori (3), ed atto, quando attivato, a modificare detto segnale di riferimento in modo tale da provocare, tramite detti mezzi di confronto e regolazione (1, 2) una riduzionedella corrente circolante nei dispositivi commutatori (Di, D2; Di, D2) associati alle fasi (A, B; A, B) che risultano eccitate a motore (SM) fermo.
5. Circuito di controllo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che ciascuno di detti sensori comprende un resistore a strato metallico (Si; S2).
6. Circuito di controllo secondo una qualsiasi delle_rivendi-cazioni precedenti, in cui per ciascuna fase (A, A; B, B) del motore (SM) è presente un transistore di potenza (Di, Di; D2, D2) avente il collettore destinato ad essere collegato alla corrispondente fase (A, A; B, B) e l'emettitore collegato all'emettitore del transistore di potenza associato alla fase complementare; al collettore di ciascun transistore di potenza (Di, Di; D2, D2) essendo collegato un diodo di ricircolo (d), caratterizzato dal fatto che i diodi_di ricircolo (d) di tutti i transistori di potenza (Di, Di; D2, D2) sono collegati alla batteria (Vb) tramite un unico resistore (R4).
7. Circuito secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto chefra il collettore di ciascun transistore di potenza (Di, Di; D2, D2) e la massa è interposto un condensatore (Ci).
8. Circuito secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che per ciascuna coppia di fasi complementari (A, A; B, B) detti mezzi di confronto e regolazione comprendono un amplificatore differenziale (IC) avente un primo ingresso (la; 2a) collegato a detto sensore (Si, S2) e un secondo ingresso (lb) collegato a detti mezzi generatori (3).
9. Circuito secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detti mezzi generatori (3) comprendono un partitore resistivo di tensione (Rs a Ru) fra una sorgente stabilizzata di tensione (Vs) e la massa del circuito.
10. Circuito secondo le rivendicazioni 8 e 9, caratterizzato dal fatto che fra detto particolare di tensione (Rs a Rn) e detto secondo ingresso (lb; 2b) dell'amplificatore differenziale (IC) è interposto un condensatore (C3) in parallelo fra detto secondo ingresso (lb; 2b) e la massa.
11. Circuito secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detto amplificatore differenziale (IC) presenta una rete di reazione includente un condensatore (C2) fra detto primo ingresso (la) e l'uscita.
12. Circuito secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 4 a 11, caratterizzato dal fatto che comprende mezzi (R13; Rn) atti a consentire la regolazione indipendente di entrambi i valori assunti da detto segnale di riferimento.
13. Circuito secondo le rivendicazioni 4 e 9, caratterizzato dal fatto che detto circuito di comando (4) comprende un transistore (T3) avente la base collegata a detto ulteriore ingresso di comando (Ilc) e il collettore collegato ad un terminale intermedio di detto partitore resistivo di tensione (Rs a Rn ).
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PL | Patent ceased |