CN103684152A - 步进电机控制电路、机芯和模拟电子钟表 - Google Patents

步进电机控制电路、机芯和模拟电子钟表 Download PDF

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Abstract

步进电机控制电路、机芯和模拟电子钟表。降低负荷变动的影响进行准确的旋转检测。旋转检测电路在被划分为多个区间(T1~T3)的检测区间(T)中检测流过步进电机的驱动线圈的感应电流,根据表示在各个区间(T1~T3)中是否检测到超过预定基准值的感应电流的模式检测步进电机的旋转状况。控制部选择与旋转检测部检测到的旋转状况相应的驱动脉冲(P10~P1m、P2),向驱动线圈提供驱动电流对步进电机进行旋转驱动。所述旋转检测部根据在最初区间(T1)中是否检测到多个超过多个基准值的感应电流,在第1区间(T1)后的区间(T2、T3)中选定感应电流的检测方向进行检测,根据基于在各个区间(T1~T3)中检测到的感应电流的模式检测步进电机的旋转状况。

Description

步进电机控制电路、机芯和模拟电子钟表
技术领域
本发明涉及步进电机控制电路、具有上述步进电机控制电路的机芯以及采用上述机芯的模拟电子钟表。
背景技术
一直以来,在模拟电子钟表等中使用步进电机,该步进电机具备:定子,其具有转子收容用贯通孔以及决定转子的稳定静止位置的多个定位部;配设在上述转子收容用贯通孔内的转子;缠绕在上述定子上的驱动线圈。为了使上述步进电机更可靠地进行旋转而进行旋转检测,进行与旋转检测结果相应的驱动(例如,参照专利文献1~4)。
专利文献1、2所记载的旋转检测方式构成为具有:检测驱动脉冲断开后的转子运动状态的第1检测区间;以及为了根据结果进行最终的旋转判定而检测与第1检测区间反方向的感应信号的第2检测区间。由此进行步进电机的旋转检测,利用与旋转检测结果相应的驱动脉冲进行旋转驱动。
虽然利用此结构可进行旋转检测,但存在这样的问题:在负荷变动(日历负荷、较大针力矩的负荷)较大时,感应信号产生变动,难以进行准确的旋转检测。
另一方面,专利文献3所述的旋转检测方式构成为,在利用主驱动脉冲P11使转子旋转之后,当感应信号的检测电压低于基准电压Vcomp时,利用校正驱动脉冲P2进行驱动,下一个主驱动脉冲P1变更(脉冲上升)为能量比主驱动脉冲P11大的主驱动脉冲P12而进行驱动,另外,在检测到利用主驱动脉冲P12进行了旋转时的检测时刻比基准时间早的情况下,从主驱动脉冲P12脉冲下降至主驱动脉冲P11,利用适当的主驱动脉冲P1进行驱动。
但是,因为是利用了随着相对于驱动能量的相对负荷增加、感应信号的检测时刻延迟并且上述感应信号的电平降低的情况的旋转检测方式,所以当产生一定程度以上的负荷变动(日历负荷、较大针力矩的负荷)时,转子的角速度降低,尽管正在旋转,感应信号也降低。因此,存在将旋转误检测为非旋转而利用校正驱动脉冲进行驱动的问题。结果,存在消耗电流增加、电池寿命降低的问题。
另外,专利文献4所述的旋转检测方式利用感应信号的检测时刻伴随着负荷增大而延迟的情况,并且利用了将检测区间划分为多个区间后的区间中的感应信号VRs的模式根据步进电机的旋转状况而不同的情况,但与专利文献3所述的发明同样,存在可能由于负荷变动的影响而进行错误的旋转检测而增加功耗的问题。
专利文献1:日本专利第3302804号公报
专利文献2:日本专利第4165092号公报
专利文献3:日本国际公开第2005/119377号
专利文献4:日本特开2010-166798号公报
发明内容
本发明是鉴于上述问题点而完成的,其课题是降低负荷变动的影响而进行准确的旋转检测。
根据本发明的第1方面,提供如下的步进电机控制电路,其特征是具备:旋转检测部,其在划分为多个区间的检测区间中检测由于步进电机的自由振动而流过驱动线圈的感应电流,利用随着相对于驱动能量的相对负荷增加,所述感应电流的检测时刻产生延迟并且所述感应电流的水平降低的情况,根据表示在所述各个区间中是否检测到超过预定基准值的感应电流的模式,检测所述步进电机的旋转状况;以及控制部,其从能量互不相同的多种驱动脉冲中选择与所述旋转检测部检测到的旋转状况对应的驱动脉冲,利用所述选择的驱动脉冲向所述驱动线圈提供驱动电流,对所述步进电机进行旋转驱动,所述旋转检测部根据在所述检测区间的作为最初区间的第1区间中是否检测到超过预定基准值的感应电流,在所述第1区间之后的区间中选定感应电流的检测方向而进行检测,根据基于在所述各个区间中检测到的所述感应电流的模式,检测所述步进电机的旋转状况。
根据本发明的第2方面,提供如下的步进电机控制电路,其特征是具备:旋转检测部,其在划分为多个区间的检测区间中检测由于步进电机的自由振动而流过驱动线圈的感应电流,利用随着相对于驱动能量的相对负荷增加,所述感应电流的检测时刻产生延迟并且所述感应电流的水平降低的情况,根据表示在所述各个区间中是否检测到超过预定基准值的感应电流的模式,检测所述步进电机的旋转状况;以及控制部,其从能量互不相同的多种驱动脉冲中选择与所述旋转检测部检测到的旋转状况对应的驱动脉冲,利用所述选择的驱动脉冲向所述驱动线圈提供驱动电流,对所述步进电机进行旋转驱动,所述旋转检测部具有检测由于所述步进电机的自由振动而彼此反方向地流过所述驱动线圈的感应电流的第1检测元件、第2检测元件,并且在所述检测区间中,通过使包含所述步进电机的驱动线圈和所述检测元件的第1闭合电路以及由所述驱动线圈和低阻抗元件构成的第2闭合电路反复交替来检测所述感应电流,根据在所述检测区间内的作为最初区间的第1区间中使用所述第1检测元件、第2检测元件检测所述感应电流而得到的结果,选定在所述第1区间之后的区间中使用的检测元件而进行检测,根据基于在所述各个区间中检测到的所述感应电流的模式,检测所述步进电机的旋转状况。
另外,根据本发明的第3方面,提供一种机芯,其特征是具有上述步进电机控制电路。
另外,根据本发明的第4方面,提供一种模拟电子钟表,其特征是具有上述机芯。
发明效果
根据本发明的步进电机控制电路,可降低负荷变动的影响进行准确的旋转检测。
根据本发明的机芯,能够构成可降低负荷变动的影响进行准确的旋转检测的模拟电子钟表。
另外,根据本发明的模拟电子钟表,可降低负荷变动的影响进行准确的旋转检测,因此,能够实现准确的走针、低功耗化。
附图说明
图1是本发明各实施方式的步进电机控制电路、机芯以及模拟电子钟表共用的框图。
图2是在本发明各实施方式的模拟电子钟表使用的步进电机的结构图。
图3是本发明第1实施方式的步进电机控制电路、机芯以及模拟电子钟表的时序图。
图4是本发明第1实施方式的步进电机控制电路、机芯以及模拟电子钟表的判定图。
图5是本发明第1、第3实施方式的步进电机控制电路、机芯以及模拟电子钟表的部分详细电路图。
图6是本发明第1实施方式的步进电机控制电路、机芯以及模拟电子钟表的时序图。
图7是本发明第1实施方式的步进电机控制电路、机芯以及模拟电子钟表的时序图。
图8是本发明第1实施方式的步进电机控制电路、机芯以及模拟电子钟表的流程图。
图9是本发明第2实施方式的步进电机控制电路、机芯以及模拟电子钟表的时序图。
图10是本发明第2实施方式的步进电机控制电路、机芯以及模拟电子钟表的判定图。
图11是本发明第2实施方式的步进电机控制电路、机芯以及模拟电子钟表共用的部分详细电路图。
图12是本发明第2实施方式的步进电机控制电路、机芯以及模拟电子钟表的时序图。
图13是本发明第2实施方式的步进电机控制电路、机芯以及模拟电子钟表的时序图。
图14是本发明第2实施方式的步进电机控制电路、机芯以及模拟电子钟表的流程图。
图15是本发明第3实施方式的步进电机控制电路、机芯以及模拟电子钟表的时序图。
图16是本发明第3实施方式的步进电机控制电路、机芯以及模拟电子钟表的判定图。
图17是本发明第3实施方式的步进电机控制电路、机芯以及模拟电子钟表的时序图。
图18是本发明第3实施方式的步进电机控制电路、机芯以及模拟电子钟表的时序图。
图19是本发明第3实施方式的步进电机控制电路、机芯以及模拟电子钟表的流程图。
标号说明
101振荡电路;102分频电路;103控制电路;104主驱动脉冲产生电路;105校正驱动脉冲产生电路;106电机驱动电路;107步进电机;108旋转检测电路;109检测区间判定电路;111表壳;112模拟显示部;113机芯;114时针;115分针;116时针;201定子;202转子;203转子收容用贯通孔;204、205缺口部(内凹槽);206、207缺口部(外凹槽);208磁芯;209驱动线圈;210、211可饱和部;OUT1第1端子;OUT2第2端子;301、302检测电阻;303开关控制电路;304、310、311比较器;305、306反相器;307NAND电路;Q1~Q6晶体管。
具体实施方式
以下,说明本发明的实施方式。此外,在各个实施方式的附图中对具有同一功能的部分标注同一标号。
图1是本发明各实施方式的步进电机控制电路、具有上述步进电机控制电路的机芯、具有上述机芯的模拟电子钟表共用的框图,示出模拟电子手表的例子。
在图1中,模拟电子钟表具备:振荡电路101,其产生预定频率的信号;分频电路102,其对振荡电路101产生的信号进行分频,产生作为计时基准的钟表信号;以及控制电路103,其进行以计时动作为代表的、构成电子钟表的各电子电路要素的控制或者驱动脉冲的变更控制(脉冲控制)等各种控制,其中,计时动作是通过对上述钟表信号进行计数来进行的。
另外,模拟电子钟表具备:主驱动脉冲产生电路104,其根据来自控制电路103的主驱动脉冲控制信号,选择并输出能量互不相同的多种主驱动脉冲P1中的一个;以及校正驱动脉冲产生电路105,其根据来自控制电路103的校正驱动脉冲控制信号,输出能量比所述各个主驱动脉冲P1大的校正驱动脉冲P2。
另外,模拟电子钟表具备根据来自主驱动脉冲产生电路104的主驱动脉冲P1、来自校正驱动脉冲产生电路105的校正驱动脉冲P2驱动步进电机107的电机驱动电路106、步进电机107。
另外,模拟电子钟表具备:表壳111;模拟显示部112,其配置在表壳111的外面侧,具有由步进电机107驱动的时刻指针(时针114、分针115、秒针116)或日历显示部(未图示);以及机芯113,其配置在表壳111内。
另外,模拟电子钟表具备:旋转检测电路108,其在利用主驱动脉冲P1刚刚驱动步进电机107之后的检测区间T中,检测由于步进电机107的自由振动而产生并超过预定的多个基准值(第1基准值和第2基准值这两种)的感应电流Ik;以及检测区间判定电路109,其判定旋转检测电路108在上述检测区间T内的哪个区间中检测到超过上述基准值的感应电流Ik。
此外,后面详细进行叙述,为了检测超过上述基准值的感应电流Ik,构成为利用检测元件将感应电流Ik变换为电压进行检测。检测到超过预定的第1基准电压Vinv的感应电压信号VRs的情况与检测到超过第1基准值的感应电流Ik的情况等效,另外,检测到超过预定的第2基准电压Vcomp的感应电压信号VRs的情况与检测到超过第2基准值的感应电流Ik的情况等效。第2基准值大于第1基准值,而且第2基准电压Vcomp设定为大于第1基准电压Vinv的值。第2基准电压Vcomp是进行一个极性的旋转检测时的基准电压,第1基准电压Vinv是判定驱动能量的余量程度的基准并且是进行另一个极性的旋转检测时的基准电压。作为第1基准电压Vinv、第2基准电压Vcomp,按照同一极性,采用一个极性的电压。
另外,检测区间判定电路109构成为,通过判定旋转检测电路108在上述检测区间T内的哪个区间中检测到超过第1基准电压Vinv或第2基准电压Vcomp的感应电压信号VRs,来判定在检测区间T内的哪个区间中检测到超过上述第1基准值或第2基准值的感应电流Ik。在主驱动脉冲P1刚刚断开之后设置检测步进电机107的旋转状况的检测区间T,并且将该检测区间T划分为多个区间(在本实施方式中为区间T1~T3这3个区间)。
检测区间判定电路109在检测区间T的各个区间中判定(判定值)旋转检测电路108所检测到的感应电压信号VRs是否超过基准电压Vinv、Vcomp,根据各个区间中的判定值的组合模式(感应电压信号VRs的模式),向控制电路103输出表示驱动的能量的余量程度或非旋转等旋转状况的检测信号。
振荡电路101、分频电路102、控制电路103、主驱动脉冲产生电路104、校正驱动脉冲产生电路105、电机驱动电路106、步进电机107、旋转检测电路108以及检测区间判定电路109是机芯113的构成要素。
一般,将由钟表的动力源、时间基准等的装置构成的钟表的机械体称为机芯。有时将电子式的机芯称为模块。在作为钟表的完成状态下,机芯上安装有表盘、指针,并收容于表壳内。
控制电路103还具有如下的功能等:根据在检测区间T内的各个区间中感应电压信号VRs是否超过基准电压Vinv、Vcomp的判定值的模式来判定步进电机107的旋转状况(是否已旋转、主驱动脉冲P1的能量的余量程度等)。
旋转检测电路108判定由于步进电机107刚刚旋转驱动后的自由振动而产生的感应电压信号VRs的电平,检测超过基准电压Vinv、Vcomp的感应电压信号VRs的产生时刻。基准电压Vinv、Vcomp被设定为如下这样的值,该值可根据检测到超过基准电压Vinv、Vcomp的感应电压信号VRs的区间的组合模式来进行旋转或非旋转等旋转状况的判定及驱动脉冲的变更控制(脉冲控制)。
在如步进电机107进行了旋转的情况等那样的步进电机107的转子进行超过一定速度的动作的情况下,检测超过第2基准电压Vcomp的感应电压信号VRs,在如步进电机107不进行旋转的情况等那样的步进电机107的转子不进行超过一定速度的动作的情况下,不检测超过第2基准电压Vcomp的感应电压信号VRs。将第1基准电压Vinv设定为低于第2基准电压Vcomp的值。例如,将第2基准电压Vcomp设定为电源电压。另外,可利用使步进电机控制电路进行集成电路(IC)化时的反相器的阈值电压作为第1基准电压Vinv,由此将第1基准电压设定为电源电压的1/2。
这里,振荡电路101以及分频电路102构成信号产生部,模拟显示部112构成显示部。控制电路103、旋转检测电路108以及检测区间判定电路109构成旋转检测部。主驱动脉冲产生电路104以及校正驱动脉冲产生电路105构成驱动脉冲产生部。电机驱动电路106构成电机驱动部。振荡电路101、分频电路102、控制电路103、主驱动脉冲产生电路104、校正驱动脉冲产生电路105以及电机驱动电路106构成控制部。另外,振荡电路101、分频电路102、控制电路103、主驱动脉冲产生电路104、校正驱动脉冲产生电路105、电机驱动电路106、旋转检测电路108以及检测区间判定电路109构成步进电机控制电路。
上述旋转检测部在划分为多个区间的检测区间中检测由于步进电机107的自由振动而流过驱动线圈209的感应电流Ik,利用随着相对于步进电机107的驱动能量的相对负荷增加、感应电流Ik的检测时刻延迟并且感应电流Ik的水平降低的情况,根据表示在上述各个区间中是否检测到超过预定基准值的感应电流的模式来检测步进电机107的旋转状况。
概括地说明作为通常动作的时刻指针(时针114、分针115、秒针116)走针动作,在图1中,振荡电路101产生预定频率的信号,分频电路102对振荡电路101产生的上述信号进行分频,产生作为计时基准的钟表信号(例如,1秒周期的信号),输出至控制电路103。
控制电路103对上述钟表信号进行计数,为了利用与对应于负荷的电源电压大小(即,驱动能量的余量程度)相应的能量的主驱动脉冲P1按照预定周期对步进电机107进行旋转驱动,向主驱动脉冲产生电路104输出主驱动脉冲控制信号。
在本发明的各实施方式中,准备多种驱动脉冲,作为用于对步进电机107进行旋转驱动的驱动脉冲。作为上述驱动脉冲,采用能量互不相同的多种(即,多个等级)主驱动脉冲P1、能量大于上述各主驱动脉冲P1的校正驱动脉冲P2。
主驱动脉冲P1是用于在通常动作时使步进电机107正常地旋转而使时刻指针114~116走针的驱动脉冲。另外,校正驱动脉冲P2是用于在通常动作时利用主驱动脉冲P1的驱动无法使步进电机107旋转(正常旋转)的情况下强制地使步进电机107旋转的驱动脉冲。
主驱动脉冲产生电路104将与来自控制电路103的主驱动脉冲控制信号对应的能量等级的主驱动脉冲P1输出到电机驱动电路106。电机驱动电路106利用所述主驱动脉冲P1对步进电机107进行旋转驱动。步进电机107通过上述主驱动脉冲P1被旋转驱动,对时刻指针114~116进行旋转驱动。由此,在步进电机107正常旋转的情况下,在模拟显示部112中,利用时刻指针114~116进行当前时刻显示。
旋转检测电路108的动作根据各个实施方式而不同,后面详细地进行叙述。概括地说,在本发明的第1实施方式中,旋转检测电路108采用两种基准阈值电压Vinv、Vcomp,在预定的检测区间T中,利用检测元件将由于步进电机107的旋转自由振动而在驱动线圈209中产生的感应电流Ik变换为感应电压信号VRs,检测超过基准电压Vinv、Vcomp的感应电压信号VRs作为与超过预定基准值(第1基准值、第2基准值)的感应电流Ik等效的信号。即,旋转检测电路108通过在检测区间T中检测超过基准电压Vinv、Vcomp的感应电压信号VRs,等效地检测超过预定基准值(第1基准值、第2基准值)的感应电流Ik。
在本发明的第2实施方式内,旋转检测电路108采用1种基准阈值电压Vcomp,在预定的检测区间T中,利用检测元件将由于步进电机107的旋转自由振动而在驱动线圈209中产生的感应电流Ik变换为感应电压信号VRs,检测超过基准电压Vcomp的感应电压信号VRs作为与超过预定基准值的感应电流Ik等效的信号。即,旋转检测电路108通过在检测区间T中检测超过基准电压Vcomp的感应电压信号VRs,等效地检测超过预定基准值的感应电流Ik。
另外,在本发明的第3实施方式中,旋转检测电路108与上述第1实施方式同样采用两种基准阈值电压Vinv、Vcomp,在预定的检测区间T中,利用检测元件将由于步进电机107的旋转自由振动而在驱动线圈209中产生的感应电流Ik变换为感应电压信号VRs,检测超过基准电压Vinv、Vcomp的感应电压信号VRs作为与超过预定基准值(第1基准值、第2基准值)的感应电流Ik等效的信号。即,旋转检测电路108通过在检测区间T中检测超过基准电压Vinv、Vcomp的感应电压信号VRs,等效地检测超过预定基准值(第1基准值、第2基准值)的感应电流Ik。
在本发明的各个实施方式中,将基准电压Vinv、Vcomp设定为,在如步进电机107进行了旋转的情况等那样的步进电机107的转子进行一定程度的快速动作的情况下,感应电压信号VRs超过基准电压Vinv、Vcomp,另外,在如步进电机107未旋转的情况等那样的转子未进行一定程度的快速动作的情况下,感应电压信号VRs不超过基准电压Vinv、Vcomp。
检测区间判定电路109比较旋转检测电路108检测到的超过基准电压Vinv、Vcomp的感应电压信号VRs的检测时刻与区间,生成感应电压信号VRs的模式,判定驱动能量的余量程度。
这样,旋转检测电路108检测步进电机107产生的超过基准电压Vinv、Vcomp的感应电压信号VRs(换言之,超过基准值的感应电流Ik)。检测区间判定电路109判定上述感应电压信号VRs属于检测期间T中的哪个区间,根据表示感应电压信号VRs所属的区间的模式,判定此时驱动的驱动脉冲的驱动余量程度。
控制电路103根据来自检测区间判定电路109的感应电压信号VRs的模式,向主驱动脉冲产生电路104输出主驱动脉冲控制信号而进行脉冲控制,以进行使主驱动脉冲P1的能量上升1个等级的动作(脉冲上升)、使主驱动脉冲P1的能量下降1等级的动作(脉冲下降)或者维持主驱动脉冲P1不进行变更,另外,向校正驱动脉冲产生电路105输出校正驱动脉冲控制信号而进行脉冲控制,以利用校正驱动脉冲P2进行驱动。
主驱动脉冲产生电路104、校正驱动脉冲产生电路105将与上述控制信号对应的驱动脉冲输出到电机驱动电路106,电机驱动电路106利用该驱动脉冲对步进电机107进行旋转驱动。
图2是在本发明各个实施方式中使用的步进电机107的结构图,示出在模拟电子钟表中一般使用的钟表用步进电机的例子。
在图2中,步进电机107具备:具有转子收容用贯通孔203的定子201、可旋转地配设在转子收容用贯通孔203中的转子202、与定子201接合的磁芯208、缠绕在磁芯208上的驱动线圈209。当在模拟电子钟表中使用步进电机107时,将定子201以及磁芯208通过螺钉(未图示)固定到底板(未图示)上并相互接合。驱动线圈209具有第1端子OUT1、第2端子OUT2。
转子202被磁化出两极(S极和N极)。在由磁性材料形成的定子201的外端部,在隔着转子收容用贯通孔203而彼此相对的位置上,设置有多个(本实施方式中为两个)缺口部(外凹槽)206、207。在各外凹槽206、207与转子收容用贯通孔203之间设有可饱和部210、211。
可饱和部210、211构成为,不会因转子202的磁通而发生磁饱和,而是当驱动线圈209被励磁时达到磁饱和而增加其磁阻。转子收容用贯通孔203构成为圆孔形状,且在轮廓为圆形的贯通孔的相对部分处一体地形成有多个(在本实施方式中为两个)半月状的缺口部(内凹槽)204、205。
缺口部204、205构成用于确定转子202的停止位置的定位部。在驱动线圈209未被励磁的状态下,转子202如图2所示稳定地停止在与所述定位部对应的位置处,换言之,停止在转子202的磁极轴A与连接缺口部204、205的线段垂直的位置(角度θ0的位置)处。将以转子202的旋转轴(旋转中心)为中心的XY坐标空间划分为4个象限(第1象限I~第4象限IV)。
现在,当从电机驱动电路106向驱动线圈209的端子OUT1、OUT2之间提供矩形波的驱动脉冲(例如设第1端子OUT1侧为正极、第2端子OUT2侧为负极)而在图2的箭头方向上流过驱动电流i时,在定子201上沿虚线箭头方向产生磁通。由此,可饱和部210、211饱和从而磁阻增大,然后,由于在定子201中产生的磁极与转子202的磁极之间的相互作用,转子202沿图2的箭头方向旋转180度,磁极轴稳定地停止在角度θ1的位置处。另外,设通过对步进电机107进行旋转驱动来进行通常动作(由于在本实施方式中为模拟电子钟表,因此是走针动作)的旋转方向(在图2中为逆时针方向)为正向、其相反方向(顺时针方向)为逆向。
接着,当从电机驱动电路106向驱动线圈209的端子OUT1、OUT2提供相反极性的矩形波驱动脉冲(为了产生与上述驱动相反的极性而设第1端子OUT1侧为负极、第2端子OUT2侧为正极)而在图2的与箭头相反的方向上流过驱动电流i时,在定子201中沿虚线箭头的相反方向产生磁通。由此,首先,可饱和部210、211饱和,然后,由于在定子201中产生的磁极与转子202的磁极之间的相互作用,转子202向与上述相同的方向(正向)旋转180度,磁极轴稳定地停止在角度θ0的位置处。
然后,以这种方式向驱动线圈209提供极性不同的信号(交变信号)来重复进行上述动作,从而能够使转子202沿着箭头方向以180度为单位连续旋转。
控制电路103通过利用极性互不相同的主驱动脉冲P1交替地进行驱动来对步进电机107进行旋转驱动,在利用主驱动脉冲P1无法旋转的情况下,利用与该主驱动脉冲P1相同极性的校正驱动脉冲P2进行旋转驱动。
图3是在本发明第1实施方式中利用主驱动脉冲P1来驱动步进电机107时的时序图,一并示出与负荷对应的主驱动脉冲P1的能量的余量程度、步进电机107的转子202的旋转位置、表示旋转状况的感应电压信号VRs的模式以及脉冲控制动作。
图3是通常驱动时(在模拟电子钟表的电源电压为额定电压的情况下利用主驱动脉冲P1对时刻指针114~116进行走针驱动时)的状态。另外,在图3中,P1表示主驱动脉冲P1并且表示利用主驱动脉冲P1对转子202进行旋转驱动的驱动区间,另外,a~e是表示利用主驱动脉冲P1进行驱动时的转子202的磁极轴A的旋转位置的区域。
将主驱动脉冲P1刚刚驱动结束之后的预定时间作为用于检测旋转状况的检测区间T,将检测区间T划分为连续的多个区间(在本第1实施方式中为3个区间T1~T3)。在本实施方式中,将主驱动脉冲P1的驱动结束后的最初的预定时间作为第1区间T1,将第1区间T1之后的预定时间作为第2区间T2,将第2区间T2之后的预定时间作为第3区间T3。
在把以转子202为中心、转子202的磁极轴A随转子202的旋转而所处的XY坐标空间划分成第1象限I~第4象限IV的情况下,区间T1~区间T3可表示如下。
例如,在维持主驱动脉冲P1的等级而不进行变更的负荷增量大的驱动(余量小的旋转)的状态下,第1区间T1是判定第2象限II中的转子202最初的正方向区域a的旋转状况的区间,第2区间T2是判定第2象限II中的转子202最初的正方向区域a的旋转状况以及第3象限III中的转子202最初的正方向区域b的旋转状况的区间,第3区间T3是判定第3象限III中的转子202最初的反方向区域c的旋转状况的区间。
另外,在对主驱动脉冲P1进行脉冲下降控制的负荷增量中等的驱动(余量中等的旋转)的状态下,第1区间T1是判定第2象限II中的转子202最初的正方向区域a的旋转状况的区间,第2区间T2是判定第2象限II中的转子202最初的正方向区域a的旋转状况以及第3象限III中的转子202最初的正方向区域b的旋转状况的区间,第3区间T3是判定第3象限III中的转子202最初的反方向区域c的旋转状况的区间。负荷增量中等的驱动(余量中等的旋转)的状态是与负荷对应的主驱动脉冲P1的能量比负荷增量大的驱动(余量小的旋转)的状态大的状态。
另外,在对主驱动脉冲P1进行脉冲下降控制的负荷增量小的驱动(余量大的旋转)的状态下,第1区间T1是判定第2象限II中的转子202最初的正方向区域a的旋转状况的区间,第2区间T2是判定第3象限III中的转子202最初的正方向区域b的旋转状况以及最初的反方向区域c的旋转状况的区间,第3区间T3是判定第3象限III中的转子202最初的反方向区域c的旋转状况的区间。负荷增量小的驱动(余量大的旋转)的状态是与负荷对应的主驱动脉冲P1的能量比负荷增量中等的驱动(余量中等的旋转)的状态大的状态。
另外,在对主驱动脉冲P1进行脉冲下降控制的负荷增量极小的驱动(余量极大的旋转)的状态下,第1区间T1是判定第3象限III中的转子202最初的正方向区域b的旋转状况的区间,第2区间T2是判定第3象限III中的转子202最初的正方向区域b的旋转状况以及最初的反方向区域c的旋转状况的区间,第3区间T3是判定第3象限III中的转子202最初的反方向区域c后面的状况的区间。负荷增量极小的驱动(余量极大的旋转)的状态是与负荷对应的主驱动脉冲P1的能量比负荷增量小的驱动(余量大的旋转)的状态大的状态。
另外,在对主驱动脉冲P1进行脉冲上升控制的负荷增量大的驱动(临界旋转)的状态下,第1区间T1是判定第2象限II中的转子202最初的正方向区域a的旋转状况的区间,第2区间T2是判定第2象限II中的转子202最初的正方向区域a的旋转状况以及第3象限III中的转子202最初的正方向区域b的旋转状况的区间,第3区间T3是判定第3象限III中的转子202最初的反方向区域c的旋转状况的区间。负荷增量大的驱动(临界旋转)的状态是与负荷对应的主驱动脉冲P1的能量比负荷增量大的驱动(余量小的旋转)的状态小的状态。
另外,在利用主驱动脉冲P1的驱动未旋转(利用校正驱动脉冲P2的驱动以及对主驱动脉冲P1进行脉冲上升控制的负荷增量极大的驱动(非旋转))的状态下,第1区间T1是判定第2象限II中的转子202最初的正方向区域a的旋转状况的区间,第2区间T2是判定第2象限II中的转子202最初的正方向区域a的旋转状况以及第2象限II、第1象限Ⅰ中的转子202最初的反方向区域d的旋转状况的区间,第3区间T3是判定第1象限Ⅰ中的转子202最初的反方向区域d的旋转状况以及第1象限Ⅰ中的转子202的第2次的正方向区域e的旋转状况的区间。负荷增量极大的驱动(非旋转)的状态是与负荷对应的主驱动脉冲P1的能量比负荷增量大的驱动(临界旋转)的状态小的状态。
准备多个检测感应电压信号VRs的基准电压(在本第1实施方式中为第1基准电压Vinv和第2基准电压Vcomp这两种)。
在区间T1中,检测与向和驱动电流i相同的方向流过驱动线圈209的感应电流Ik对应的感应电压信号VRs。
区间T1是驱动电流i与感应电流Ik同方向流动的区域。当与主驱动脉冲P1的能量对应的负荷变大时,转子202的旋转变慢,所以感应电流的产生时刻延迟。在区间T1之前产生的感应电流Ik延迟,在区间T1中被检测出。
即,在与主驱动脉冲P1的能量对应的负荷小于预定值时,在区间T1中转子202以比一定速度快的速度进行旋转,未检测出超过预定值的感应电流Ik,但当与主驱动脉冲的能量对应的负荷大于预定值时,在区间T1中,转子202的旋转变慢,检测出超过预定值的感应电流Ik。
在本第1实施方式中,利用此现象,根据在区间T1内是否检测到多个(在本实施方式中为T1、T1next这两个)超过预定基准电压的感应电压信号VRs,选择在区间T2、T3中使用的基准电压,另外,切换向与驱动电流i相同的方向或相反的方向流动的感应电流Ik的选择而进行检测,由此进行旋转状况的判定、脉冲控制。
这样,根据在最初的区间T1中是否检测到多个超过预定基准值的感应电流Ik,来切换在区间T1之后的区间T2、T3中检测感应电流Ik的极性(检测方向)而进行检测,根据上述各个区间T1~T3中的感应电流Ik(实际上是与感应电流Ik等效的感应电压信号VRs)来检测步进电机107的旋转状况。因此,即使在负荷变大、转子202的旋转变慢的情况下,也能够在转子202的旋转较快的阶段进行旋转检测,能够降低负荷变动的影响,进行准确的旋转检测。
另外,在旋转较慢的情况下,可通过减小基准值来准确地检测旋转状况。另外,在无法在最初的区间T1中检测到多个超过预定基准值的感应电流Ik这样的、转子202以超过一定速度的速度进行旋转的情况下,即使不切换感应电流Ik的方向也能够检测足够大的感应电压信号VRs,所以不切换感应电流Ik的方向,而根据与和主驱动脉冲P1同方向流动的感应电流Ik对应的感应电压信号VRs进行旋转检测,由此能够简化检测处理。
例如,在图3中,在负荷增量极小的驱动(余量极大的旋转)的状态、负荷增量小的驱动(余量大的旋转)的状态以及负荷增量极大的驱动(非旋转)的状态下,在区间T1内仅检测到一个超过第1基准电压Vinv的感应电压信号VRs,所以使用第2基准电压Vcomp进行之后的区间T2、T3中的旋转检测。
另一方面,在负荷增量中等的驱动(余量中等的旋转)的状态、负荷增量大的驱动(余量小的旋转)的状态以及负荷增量大的驱动(临界旋转)的状态下,在区间T1内多次(在本实施方式中,超过第1基准电压Vinv的感应电压信号VRs为2个,超过第2基准电压Vcomp的感应电压信号VRs为1个)检测到超过多个基准值的感应电流,所以使用第2基准电压Vcomp在区间T2R、T3R中进行之后的旋转检测。此外,在图3中示出out1使用区间T1~T3的情况、out2使用区间T2R、T3R的情况。
这样,无法在区间T1中多次检测到超过多个基准值的感应电流Ik的情况是因为主驱动脉冲P1的能量足够大而可顺利旋转的情况或由于能量不足而不能旋转的情况中的一种情况,所以不变更之后的旋转检测动作,就能准确地进行旋转、非旋转的检测。
与此相对,可在区间T1中多次检测到超过多个基准值的感应电流Ik的情况是主驱动脉冲P1的能量并非完全不足但也不能称为足够大的状态,旋转变慢,可能难以进行准确的旋转判定。但是,如上所述通过切换感应电流Ik的检测方向,将之后的区间T2、T3中的旋转检测从驱动电流i与感应电流Ik同方向时的区域c中的旋转检测切换为驱动电流i与感应电流Ik反方向时的区域b中的旋转检测,提高旋转检测精度。
图4是归纳本发明第1实施方式中的脉冲控制动作的判定图。
在图4中,T1表示区间T1并且表示在区间T1内是否检测到超过基准电压Vinv、Vcomp的第1个感应电压信号VRs的判定值。另外,T1next表示在区间T1内是否检测到超过基准电压Vinv、Vcomp的第2个感应电压信号VRs的判定值。
区间T1、T2、T3是在驱动电流i与感应电流Ik同方向流动时进行检测的区间,区间T2R、T3R是使检测方向成为与区间T2、T3相反的方向而检测感应电流Ik的区间。区间T2与区间T2R的宽度以及位置是相同的,另外,区间T3与区间T3R的时间宽度以及位置是相同的。即,区间T2、T3与区间T2R、T3R的不同点仅仅是感应电流Ik的检测方向相反。
如上所述,将检测到超过第1基准电压Vinv、第2基准电压Vcomp的感应电压信号VRs的情况分别表示为判定值“1”,将未检测到超过第1基准电压Vinv、第2基准电压Vcomp的感应电压信号VRs的情况分别表示为判定值“0”。“1/0”表示判定值可以是“1”、“0”中的任意一个。另外,“-”表示不考虑为感应电压信号VRs的模式。
在使用区间T1、T2、T3的模式的情况下,感应电压信号VRs的模式表示为(在区间T1内是否最初检测到超过基准电压Vinv、Vcomp的感应电压信号VRs的判定值(T1)、在区间T1内是否第二次检测到超过基准电压Vinv、Vcomp的感应电压信号VRs的判定值(T1next)、在区间T2内是否检测到超过第2基准电压Vcomp的感应电压信号VRs的判定值(T2)、在区间T3内是否检测到超过第2基准电压Vcomp的感应电压信号VRs的判定值(T3))。
在使用区间T1、T2R、T3R的模式的情况下,表示为(在区间T1内是否最初检测到超过基准电压Vinv、Vcomp的感应电压信号VRs的判定值(T1)、在区间T1内是否第2次检测到超过基准电压Vinv、Vcomp的感应电压信号VRs的判定值(T1next)、在区间T2R内是否检测到超过第1基准电压Vinv的感应电压信号VRs的判定值(T2R)、在区间T3R内是否检测到超过第1基准电压Vinv的感应电压信号VRs的判定值(T3R))。
旋转检测电路108检测有无超过基准电压Vinv、Vcomp的感应电压信号VRs,检测区间判定电路109判定感应电压信号VRs的模式(表示主驱动脉冲P1的能量的富余度。),控制电路103参照存储在控制电路103内部的图4的判定图,根据上述模式进行主驱动脉冲P1的脉冲上升、脉冲下降或者校正驱动脉冲P2的驱动等后述的脉冲控制,对步进电机107进行旋转控制。
图5是本发明第1、第3实施方式的步进电机控制电路、机芯以及模拟电子钟表中使用的部分详细电路图,是电机驱动电路106以及旋转检测电路108的部分详细电路图。
后面叙述动作的详细内容,开关控制电路303在旋转驱动时,响应于从主驱动脉冲产生电路104或校正驱动脉冲产生电路105提供的控制信号Vi,使晶体管Q2、Q3同时成为导通状态或者使晶体管Q1、Q4同时成为导通状态,由此在正方向或反方向向驱动线圈209提供驱动电流,从而对步进电机107进行旋转驱动。
此外,在本发明的各个实施方式中,主驱动脉冲P1和校正驱动脉冲P2使用了提供驱动能量的提供状态与停止驱动能量的提供的提供停止状态按照预定周期交替地重复的波形(梳齿状)的驱动脉冲。
另外,开关控制电路303在旋转检测时进行如下的控制:将晶体管Q3~Q6控制为导通状态、截止状态、开关状态中的一种,在第1检测电阻301或第2检测电阻302上产生感应电压信号VRs。
晶体管Q1、Q2是电机驱动电路106的构成要素,晶体管Q5、Q6以及检测电阻301、302是旋转检测电路108的构成要素。晶体管Q3、Q4、开关控制电路303是电机驱动电路106和旋转检测电路108双方共用的构成要素。另外,检测电阻301、302、比较器304、反相器305、306、NAND电路307是旋转检测电路108的构成要素。检测电阻301、302是电阻值相同的元件,构成检测元件。另外,晶体管Q1~Q6在导通状态下导通电阻较小,构成低阻抗元件。检测电阻301、302是导通电阻比晶体管Q1~Q6大的电阻值,构成高阻抗元件。
比较器304的基准信号输入部被输入第2基准电压Vcomp,其第1、第2输入部分别被输入检测电阻301、302检测到的感应电压信号VRs。当在检测电阻301或302上产生超过第2基准电压Vcomp的感应电压信号VRs时,从比较器304向检测区间判定电路109输出高电平信号“1”的检测信号Vs。
另外,反相器305、306的阈值分别被设定为第1基准电压Vinv。当在检测电阻301上产生超过第1基准电压Vinv的感应电压信号VRs时,从反相器306输出低电平信号“0”,从NAND电路307向检测区间判定电路109输出高电平“1”的检测信号Vs。当在检测电阻302上产生超过第1基准电压Vinv的感应电压信号VRs时,从反相器305输出低电平信号“0”,从NAND电路307向检测区间判定电路109输出高电平“1”的检测信号Vs。
检测区间判定电路109根据感应电流Ik的检测方向、使用的基准电压Vinv、Vcomp,选择来自比较器304或NAND电路307的检测信号Vs,判定感应电压信号VRs属于哪个区间T1~T3、T2R、T3R。
图6是本发明的第1实施方式的时序图,是不切换感应电流Ik的检测方向进行检测时的时序图。图6是负荷增量小的驱动(余量大的旋转)的状态时的时序图,示出在感应电流Ik与驱动电流i朝同一方向流动的状态(区间T1、T2、T3)中进行检测时的时序。
在对步进电机107进行旋转驱动的情况下,开关控制电路303在驱动期间P1即时刻ta~tb的期间,在晶体管Q3为导通的状态下,使晶体管Q2按照预定周期反复导通状态(供给状态)和截止状态(供给停止状态)而进行开关动作,由此生成梳齿状的主驱动脉冲P1,向步进电机107的驱动线圈209提供图6箭头方向的驱动电流i。从而,在步进电机107旋转的情况下,转子202向正方向旋转180度。
另一方面,在从主驱动脉冲P1的驱动期间P1结束时刻tb到时刻tc的检测区间T中进行旋转状况的检测。
即,在从时刻tb开始的区间T1中,开关控制电路303在晶体管Q3、Q6成为导通状态的状态下,使晶体管Q4按照预定周期以导通状态和截止状态而进行开关动作,由此,感应电流Ik与驱动电流i同方向地流过检测电阻302。从而在检测电阻302上产生感应电压信号VRs。
比较器304对感应电压信号VRs与第2基准电压Vcomp进行比较,当感应电压信号VRs超过第2基准电压Vcomp时,将“1”作为检测信号Vs向检测区间判定电路109输出,当没有超过时,将“0”作为检测信号Vs向检测区间判定电路109输出。
另外,反相器305在感应电压信号VRs超过第1基准电压Vinv时输出“0”,在没有超过时输出“1”,NAND电路307将使其翻转后的信号“1”或“0”作为检测信号Vs向检测区间判定电路109输出。
检测区间判定电路109根据来自比较器304与NAND电路307的检测信号Vs,判定在区间T1中是否检测到超过预定基准电压的多个感应电压信号VRs(在本实施方式中,至少是超过第1基准电压Vcomp的2个感应电压信号VRs)。
在图6的例子内,因为在区间T1中没有检测到超过预定基准电压Vinv的多个感应电压信号VRs,所以旋转检测电路108的开关控制电路303在区间T2、T3中也不用变更感应电流Ik流动的方向而进行检测动作。因此,在区间T2、T3中也可以对各个晶体管进行驱动控制,以进行与上述相同的动作。
在此情况下,在区间T2、T3中仅采用不是使用第1基准电压Vinv而是使用第2基准电压Vcomp判定的感应电压信号VRs的判定值。即,从NAND电路307和比较器304双方向检测区间判定电路109输入检测信号Vs,但检测区间判定电路109在区间T2、T3中仅对来自比较器304的检测信号Vs判定是否属于区间T2、T3。由此,即使是在区间T1中没有检测到超过预定基准电压Vinv的多个感应电压信号VRs的非旋转状况,也能够采用电平高的第2基准电压Vcomp进行判定,由此可更准确地进行旋转状况的判定。另外,因为不切换励磁电流Ik的检测方向,所以检测动作简单。
检测区间判定电路109向控制电路103输出感应电压信号VRs的模式(区间T1中的最初的判定值、区间T1中的下一个判定值(T1next)、区间T2的判定值、区间T3的判定值)作为其判定结果。
控制电路103根据来自检测区间判定电路109的模式,参照图4的判定图来判定步进电机107的旋转状况,进行脉冲下降、脉冲上升+校正驱动脉冲P2的驱动等脉冲控制。
在图6所示的循环结束之后,在下一循环中,当在区间T1中没有检测到超过预定的预定基准电压Vinv的多个感应电压信号VRs时,对各个晶体管Q1~Q6进行驱动控制,以进行同样的动作。即,取代晶体管Q3而使晶体管Q4成为导通状态,并且取代晶体管Q2而使晶体管Q1按照与晶体管Q2相同的周期进行开关驱动,进行与前循环相反的极性的梳齿状主驱动脉冲P1的驱动。另外,在检测区间T中,取代晶体管Q4而使晶体管Q3以与晶体管Q4相同的周期进行开关动作,取代晶体管Q3、Q6而将晶体管Q4、Q5驱动为导通状态。由此,进行基于感应电流Ik的旋转检测。
在检测电阻301上产生由于步进电机107的旋转而产生的感应电压信号VRs,比较器304将感应电压信号VRs与第2基准电压Vcomp比较的结果作为检测信号Vs输出至检测区间判定电路109。另外,反相器306对感应电压信号VRs与第1基准电压Vinv进行比较,根据比较结果输出“1”或“0”,NAND电路307将使其翻转后的信号“0”或“1”作为检测信号Vs输出至检测区间判定电路109。
当在区间T1中没有检测到超过预定的基准电压Vinv的多个感应电压信号VRs时进行上述同样的动作,在区间T2、T3中与前循环同样,检测区间判定电路109仅对来自比较器304的检测信号Vs进行区间判定。
检测区间判定电路109向控制电路103输出感应电压信号VRs的模式(区间T1中的最初的判定值、区间T1中的下一判定值(T1next)、区间T2的判定值、区间T3的判定值)。
控制电路103根据来自检测区间判定电路109的模式,判定步进电机107的旋转状况,进行基于脉冲下降、脉冲上升+校正驱动脉冲P2的驱动等脉冲控制。
当在区间T1中没有检测到超过预定的基准电压Vinv的多个感应电压信号VRs时,通过交替地反复上述2个循环,来进行步进电机107的旋转控制。
图7是本发明的第1实施方式的时序图,是切换感应电流Ik的检测方向进行检测时的时序图,示出负荷增量大的驱动(余量小的旋转)的状态时的时序。在图7中,为了在区间T2R、T3R中将感应电流Ik的检测方向切换为相反方向进行检测,使感应电压信号VRs的极性翻转后进行检测。由此,构成为,不是如图6那样在时间延迟的区域c中进行检测,而是能够在时间提前的区域b中检测感应电压信号VRs,即使在旋转慢的情况下,也能够更高精度地进行旋转检测。
在对步进电机107进行旋转驱动的情况下,开关控制电路303在驱动期间P1即时刻ta~tb的期间内,在晶体管Q3导通的状态下,使晶体管Q2以预定周期反复导通状态(供给状态)和截止状态(供给停止状态)进行开关动作,由此利用梳齿状的主驱动脉冲P1,向步进电机107的驱动线圈209提供图5箭头方向的驱动电流i。由此,在步进电机107旋转的情况下,转子202向正方向旋转180度。
另一方面,在从主驱动脉冲P1的驱动期间P1的结束时刻tb到时刻tc的检测区间T中进行旋转状况的检测。
即,在从时刻tb开始的区间T1中,开关控制电路303在晶体管Q3、Q6成为导通状态的状态下,使晶体管Q4按照预定周期以导通状态和截止状态进行开关动作,由此感应电流Ik与驱动电流i同方向地流过检测电阻302。从而在检测电阻302中产生感应电压信号VRs。
比较器304对感应电压信号VRs与第2基准电压Vcomp进行比较,当感应电压信号VRs超过第2基准电压Vcomp时,将“1”作为检测信号Vs向检测区间判定电路109输出,当没有超过时,将“0”作为检测信号Vs向检测区间判定电路109输出。
另外,反相器305在感应电压信号VRs超过第1基准电压Vinv时输出“0”,在没有超过时输出“1”,NAND电路307将使其翻转的信号“1”或“0”作为检测信号Vs向检测区间判定电路109输出。
检测区间判定电路109根据来自比较器304与NAND电路307的检测信号Vs,判定在区间T1中是否检测到超过预定基准电压的多个感应电压信号VRs(在本实施方式中为超过第1基准电压Vinv的2个感应电压信号VRs)。即,检测区间判定电路109判定在区间T1中、转子202的旋转是否比预定速度慢。
在图7的例子中,因为在区间T1中检测到超过预定基准电压的多个感应电压信号VRs(在本实施方式中为超过第1基准电压Vinv的2个感应电压信号VRs)(转子202的旋转较慢的状态。),所以开关控制电路303在继区间T1之后的区间(区间T2R、区间T3R)中进行动作,使感应电流Ik的检测方向切换为与此前相反的方向进行检测。
在区间T2R、T3R中,开关控制电路303在晶体管Q4、Q5成为导通状态、晶体管Q6成为截止状态的状态下,使晶体管Q3按照预定周期以导通状态和截止状态进行开关动作,由此,使感应电流Ik流过检测电阻301。在检测电阻301上产生检测方向与区间T2、T3相反的感应电压信号VRs,进行检测方向被切换为反方向的感应电流Ik的检测。由此,检测在区域b中产生的感应电压信号VRs。
比较器304对感应电压信号VRs与第2基准电压Vcomp进行比较,当感应电压信号VRs超过第2基准电压Vcomp时,将“1”作为检测信号Vs向检测区间判定电路109输出,当没有超过时,将“0”作为检测信号Vs向检测区间判定电路109输出。
另外,反相器306在感应电压信号VRs超过第1基准电压Vinv时,输出“0”,在没有超过时,输出“1”,NAND电路307将使其翻转后的信号“1”或“0”作为检测信号Vs向检测区间判定电路109输出。
在区间T2R、T3R中,因为旋转较慢、感应信号VRs的电平较低,所以为了提高检测灵敏度,仅采用不是使用第2基准电压Vcomp、而是使用第1基准电压Vinv判定的感应电压信号VRs的判定值。即,从NAND电路307和比较器304双方向检测区间判定电路109输入检测信号Vs,但检测区间判定电路109在区间T2R、T3R中,仅对来自NAND电路307的检测信号Vs判定是否属于区间T2R、T3R。
检测区间判定电路109向控制电路103输出感应电压信号VRs的模式(区间T1中的最初的判定值、区间T1中的下一个判定值(T1next)、区间T2的判定值、区间T3的判定值)作为其判定结果。
控制电路103根据来自检测区间判定电路109的模式,判定步进电机107的旋转状况,进行脉冲下降、维持、脉冲上升等脉冲控制。
这样,当在区间T1中判定为与负荷对应的主驱动脉冲P1的能量较小且转子202的旋转较慢时,在区间T1之后的区间中将感应电流Ik的检测方向切换为相反方向进行检测,进行旋转状况的判定,由此能够在转子的旋转较快的阶段(转子202的旋转区域b)中进行旋转检测,所以能够更准确地检测旋转状况。另外,在转子202的旋转较慢且感应电压信号VRs的电平较低的情况下,在区间T1中也能够检测到超过预定基准电压的多个感应电压信号VRs(在本实施方式中为超过第1基准电压Vinv的2个感应电压信号VRs),所以能够可靠地稳定静止在与连接缺口部204、205的线段垂直的位置,通过使用作为更低的基准电压的第1基准电压Vinv,可进行更准确的旋转状况判定。
图7所示的循环结束之后,在下一循环中,当在区间T1中检测到超过多个预定基准电压Vinv、Vcomp的多个感应电压信号VRs时,对各个晶体管Q1~Q6进行驱动控制,以进行上述同样的动作。即,取代晶体管Q3而使晶体管Q4成为导通状态,并且取代晶体管Q2而使Q1按照与晶体管Q2相同的周期进行开关驱动,进行基于与前循环相反极性的梳齿状主驱动脉冲P1的驱动。
在检测区间T的区间T1中,取代晶体管Q4而使晶体管Q3以与晶体管Q4相同的周期进行开关动作,取代晶体管Q3、Q6而将晶体管Q4、Q5驱动为导通状态。由此,感应电流Ik与驱动电流i同方向地流过检测电阻301,在检测电阻301上产生感应电压信号VRs。由此,进行基于与驱动电流i同方向流动的感应电流Ik的旋转检测。
另外,在区间T2R、T3R中,在取代晶体管Q4、Q5而使晶体管Q3、Q6成为导通状态的状态下,取代晶体管Q3而使晶体管Q4按照预定周期以导通状态和截止状态进行开关动作,由此使感应电流Ik流过检测电阻302。在检测电阻302上产生感应电压信号VRs,由此,进行检测方向被切换为相反方向的感应电流Ik的检测。
与前循环同样,由于步进电机107的旋转而产生的感应电压信号VRs在区间T1中根据第1基准电压Vinv以及第2基准电压Vcomp获得判定值,另外,在区间T2R、T3R中,仅根据第1基准电压Vinv获得判定值。
检测区间判定电路109向控制电路103输出感应电压信号VRs的模式(区间T1中的最初判定值、区间T1中的下一个判定值(T1next)、区间T2的判定值、区间T3的判定值)作为其判定结果。
控制电路103根据来自检测区间判定电路109的模式,判定步进电机107的旋转状况,进行脉冲下降、维持、脉冲上升等脉冲控制。
当在区间T1中检测到超过预定基准电压Vinv的多个感应电压信号VRs时,交替地重复上述2个循环,由此进行步进电机107的旋转控制。
通过上述4个循环的组合,进行与对应于负荷的主驱动脉冲P1的能量大小相应的旋转驱动动作、旋转检测动作、脉冲控制动作。
图8是示出本发明第1实施方式的步进电机控制电路、机芯以及模拟电子钟表的动作的流程图,是主要示出控制电路103的处理的流程图。
以下,参照图1~图8详细地说明本发明第1实施方式的动作。
在图1中,振荡电路101产生预定频率的基准时钟信号,分频电路102对振荡电路101产生的上述信号进行分频,产生作为计时基准的钟表信号,输出至控制电路103。
控制电路103对上述钟表信号进行计数,实施计时动作,首先,将主驱动脉冲P1n的能量等级n以及表示同一主驱动脉冲P1的连续驱动次数的计数值N复位为0(图8的步骤S501)。
控制电路103进行初始设定,使旋转检测电路108根据与驱动电流i同方向地流动的感应电流Ik(换言之感应电压信号VRs)进行旋转检测(设为Rs-N)(步骤S502)。
接着,控制电路103输出主驱动脉冲控制信号,以利用在处理步骤S501中设定的最小能量的主驱动脉冲P10对步进电机107进行旋转驱动(步骤S503、S504)。
主驱动脉冲产生电路104响应于来自控制电路103的上述控制信号,向电机驱动电路106输出与上述控制信号对应的主驱动脉冲P10。电机驱动电路106利用主驱动脉冲P10对步进电机107进行旋转驱动。步进电机107由主驱动脉冲P10旋转驱动,从而对模拟显示部112的时刻指针114~116进行旋转驱动。由此,在步进电机107正常旋转的情况下,在模拟显示部112中利用时刻指针114~116随时显示当前时刻。另外,在步进电机107对未图示的日历显示部进行了旋转驱动时,日历显示被切换为次日的显示。
旋转检测电路108检测有无与驱动电流i同方向地流动并超过预定基准值的感应电流Ik。换言之,旋转检测电路108判定在区间T1中是否检测到超过多个预定基准电压Vinv、Vcomp的多个感应电压信号VRs。即,旋转检测电路108首先如图6、图7所说明的那样进行驱动以使感应电流Ik与驱动电流i同方向地流动,并且检测感应电压信号VRs。控制电路103判定旋转检测电路108是否检测到超过第1基准电压Vinv的感应电压信号VRs(步骤S505)。
当在处理步骤S505中判定为没有检测到超过第1基准电压Vinv的感应信号时,控制电路103控制旋转检测电路108,使得在以后的区间中如图6所示那样不改变而维持感应电流Ik的检测方向并且判定是否检测到超过第2基准电压Vcomp的感应电压信号VRs。检测区间判定电路109判定旋转检测电路108检测到的超过第2基准电压Vcomp的感应电压信号VRs属于哪个区间T2、T3。
控制电路103判定在区间T2中是否检测到超过第2基准电压Vcomp的感应电压信号VRs(步骤S506),当判定为在区间T2内没有检测到超过第2基准电压Vcomp的感应电压信号VRs时,判定在区间T3中是否检测到超过第2基准电压Vcomp的感应电压信号VRs(步骤S507)。
当在处理步骤S507中判定为在区间T3内没有检测到超过第2基准电压Vcomp的感应电压信号VRs时(负荷增量极大的驱动(非旋转)的情况。),控制电路103向校正驱动脉冲产生电路105输出控制信号,以利用校正驱动脉冲P2进行驱动(步骤S508)。校正驱动脉冲产生电路105响应于来自控制电路103的上述控制信号,向电机驱动电路106输出校正驱动脉冲P2。电机驱动电路106利用校正驱动脉冲P2强制地使步进电机107进行旋转。
接着,当本次驱动的主驱动脉冲P1(处理步骤S504的主驱动脉冲)的能量等级n不是最大等级m时(步骤S509),控制电路103使下次驱动的主驱动脉冲P1的等级n上升1个等级,然后,返回至处理步骤S502(步骤S510)。主驱动脉冲产生电路104在下次的处理步骤S504中利用上升1个等级后的主驱动脉冲P1(n+1)进行旋转驱动。
当在处理步骤S509中判定为主驱动脉冲P1的等级n是最大等级m时,由于不能提高主驱动脉冲P1的等级n也不能旋转,所以为了实现省电化,控制电路103将主驱动脉冲P1的等级设定为降低预定等级a后的主驱动脉冲P1(n-a),然后,返回至处理步骤S502(步骤S511)。
当在处理步骤S506中判定为在区间T2内检测到超过第2基准电压Vcomp的感应电压信号VRs时(负荷增量极小(余量极大的旋转)的情况。),控制电路103判定主驱动脉冲P1是否是最低等级0(步骤S530)。
当在处理步骤S530中判定为主驱动脉冲P1的等级n不是最低等级0时,控制电路103使连续驱动次数的计数值N加1(步骤S532),判定计数值N是否为预定次数(在本第1实施方式中为80次)(步骤S533)。
当在处理步骤S533中判断为没有成为上述预定次数时,控制电路103不变更主驱动脉冲P1的等级n而返回至处理步骤S502(步骤S531),当判断为已成为上述预定次数时,使主驱动脉冲P1的等级n下降1个等级,并且使计数值N复位为0,返回至处理步骤S502(步骤S534)。
当在处理步骤S530中判定为主驱动脉冲P1是最低等级0时,控制电路103向处理步骤S531转移,不变更主驱动脉冲P1的等级n而返回至处理步骤S502。
另一方面,当在处理步骤S505中判定为旋转检测电路108检测到超过第1基准电压Vinv的感应电压信号VRs时,控制电路103判定该感应电压信号VRs是否超过第2基准电压Vcomp(步骤S520)。
当在处理步骤S520中判定为该感应电压信号VRs未超过第2基准电压Vcomp时,控制电路103转移至处理步骤S506。
当在处理步骤S520中判定为该感应电压信号VRs超过第2基准电压Vcomp时,控制电路103判定旋转检测电路108接下来检测到的感应电压信号VRs(T1next)在区间T1内是否超过第1基准电压Vcomp(步骤S521)。
当在处理步骤S521中判定为上述接下来检测到的感应电压信号VRs(T1next)在区间T1内没有超过第1基准电压Vcomp时,控制电路103转移至处理步骤S506。
当在处理步骤S521中判定为上述接下来检测到的感应电压信号VRs(T1next)在区间T1内超过第1基准电压Vinv时(检测到超过多个基准电压的多个感应电压信号VRs的情况。),控制电路103如图7所说明的那样控制旋转检测电路108,以将感应电流Ik(换言之,感应电压信号VRs)的检测方向切换为相反方向进行旋转检测(设为Rs-R)(步骤S522)。
以后,旋转检测电路108如图7所说明的那样在区间T2R、T3R中,切换检测电阻301、302,由此将感应电流Ik的检测方向切换为相反方向,检测有无超过第1基准电压Vinv的感应电压信号VRs。检测区间判定电路109判定旋转检测电路108检测到的超过第1基准电压Vinv的感应电压信号VRs是否属于区间T2R、T3R,向控制电路103输出感应电压信号VRs的模式。
即,控制电路103判定上述接下来检测到的感应电压信号VRs在区间T1内是否超过第2基准电压Vcomp(步骤S523),当判定为上述接下来检测到的感应电压信号VRs超过第2基准电压Vcomp时,判定在区间T2R内是否检测到超过第1基准电压Vinv的其它感应电压信号VRs(步骤S525)。
当在处理步骤S525中判定为在区间T2R内没有检测到超过第1基准电压Vinv的其它感应电压信号VRs时,控制电路103判定在区间T3R内是否检测到超过第1基准电压Vinv的感应电压信号VRs(步骤S526)。
当在处理步骤S526中判定为在区间T3R内没有检测到超过第1基准电压Vinv的感应电压信号VRs时(负荷增量极大的驱动(非旋转)的情况。),控制电路103转移至处理步骤S508,当判定为在区间T3R内检测到超过第1基准电压Vinv的感应电压信号VRs时(负荷增量大的驱动(临界旋转)的情况。),控制电路103转移至处理步骤S509。
当在处理步骤S525中判定为在区间T2R内检测到超过第1基准电压Vinv的感应电压信号VRs时(负荷增量大的驱动(余量小的旋转)的情况。),控制电路103转移至处理步骤S531。
当在处理步骤S523中判定为上述接下来检测到的感应电压信号VRs没有超过第2基准电压Vcomp时,控制电路103判定在区间T2R内是否检测到超过第1基准电压Vinv的感应电压信号VRs(步骤S524)。
当在处理步骤S524中判定为在区间T2R内没有检测到超过第1基准电压Vinv的感应电压信号VRs时,控制电路103转移至处理步骤S526,当判定为在区间T2R内检测到超过第1基准电压Vinv的感应电压信号VRs时(负荷增量中等的驱动(余量中等的旋转)的情况。),控制电路103转移至处理步骤S530。
通过反复上述处理,选择与步进电机107的旋转状况相应的能量的驱动脉冲P1、P2,进行步进电机107的旋转驱动。
如以上所述,本发明第1实施方式的步进电机控制电路的特征在于,具备:旋转检测部,其在划分为多个区间T1~T3的检测区间T中检测由于步进电机107的自由振动而流过驱动线圈209的感应电流Ik,利用随着相对于驱动能量的相对负荷增加、感应电流Ik的检测时刻延迟并且感应电流Ik的水平降低的情况,根据表示在各个区间T1~T3中是否检测到超过预定基准值Vinv的感应电流Ik的模式,检测步进电机107的旋转状况;以及控制部,其从能量互不相同的多种驱动脉冲中选择与所述旋转检测部检测到的旋转状况对应的驱动脉冲,利用所述选择的驱动脉冲向驱动线圈209提供驱动电流i,对步进电机107进行旋转驱动,所述旋转检测部根据在检测区间T的作为最初区间的第1区间T1中是否检测到超过预定基准值Vinv的感应电流Ik,在第1区间T1之后的区间T2、T3中选定感应电流Ik的检测方向而进行检测,根据基于在各个区间T1~T3中检测到的感应电流Ik的模式,检测步进电机107的旋转状况。
这里,上述旋转检测部可构成为,当在上述第1区间T1中检测到超过预定基准值Vinv的感应电流Ik时,在第1区间T1之后的区间T2、T3中将感应电流Ik的检测方向选定为第1方向进行检测,当在第1区间T1中没有检测到超过上述预定基准值Vinv的感应电流Ik时,在第1区间T1之后的区间T2、T3中,将感应电流Ik的检测方向选定为与上述第1方向反方向的第2方向进行检测,根据基于在各个区间T1~T3中检测到的感应电流Ik的模式,检测步进电机107的旋转状况。
另外,上述旋转检测部可构成为,根据是否在检测区间T的最初的第1区间T1中检测到多个超过预定基准值Vinv的感应电流Ik,在第1区间T1之后的区间T2、T3中选定感应电流Ik的检测方向而进行检测,根据基于在各个区间T1~T3中检测到的感应电流Ik的模式,检测步进电机107的旋转状况。
另外,上述旋转检测部可构成为,当在检测区间T的最初的第1区间T1中检测到多个超过预定基准值Vinv的感应电流Ik时,在第1区间T1之后的区间T2、T3中将感应电流Ik的检测方向切换为与第1区间T1相反的方向而进行检测,根据基于在各个区间T1~T3中检测到的感应电流Ik的模式,检测步进电机107的旋转状况。
另外,上述旋转检测部可构成为,当在检测区间T的最初的第1区间T1中没有检测到多个超过预定基准值Vinv的感应电流Ik时,在第1区间T1之后的区间T2、T3中将检测方向设为与第1区间T1相同的方向而检测感应电流Ik,根据基于在各个区间T1~T3中检测到的感应电流Ik的模式,检测步进电机107的旋转状况。
另外,可构成为在第1区间T1中以驱动电流i与感应电流Ik同方向流动的方式进行检测。
另外,可构成为设置有第1基准值Vinv和大于第1基准值Vinv的第2基准值Vcomp作为上述多个基准值。
另外,上述旋转检测部可构成为,当在检测区间T的最初的第1区间T1中检测到多个超过第1基准值的感应电流Ik时,在第1区间T1之后的区间T2、T3中根据上述第1基准值检测感应电流Ik。
另外,上述旋转检测部可构成为,当在检测区间T的最初的第1区间T1中没有检测到多个超过第1基准值的感应电流Ik时,在第1区间T1之后的区间T2、T3中根据第2基准值检测感应电流Ik。
另外,可构成为,检测区间T被划分为主驱动脉冲P1的驱动之后的第1区间T1、第1区间T1之后的第2区间T2、第2区间T2之后的第3区间T3,并且在维持驱动脉冲的等级n而驱动步进电机107的状态下,第1区间T1是判定以步进电机107的转子202为中心的空间的第2象限II中的转子202的最初正方向的旋转状况的区间,第2区间T2是判定第2象限II中的转子202的最初正方向的旋转状况以及第3象限III中的转子202的最初正方向的旋转状况的区间,第3区间T3是判定第3象限III中的转子202的最初反方向的旋转状况的区间,当在第1区间T1中检测到多个超过第1基准值的感应电流Ik时,上述旋转检测部在第2区间T2以及第3区间T3中使用第1基准值检测感应电流Ik。
另外,检测区间T被划分为主驱动脉冲P1刚刚进行驱动之后的第1区间T1、第1区间T1之后的第2区间T2、第2区间T2之后的第3区间T3,并且在维持主驱动脉冲P1的等级n而驱动步进电机107的状态下,第1区间T1是判定以步进电机107的转子202为中心的空间的第2象限II中的转子202的最初正方向的旋转状况的区间,第2区间T2是判定第2象限II中的转子202的最初正方向的旋转状况以及第3象限III中的转子202的最初正方向的旋转状况的区间,第3区间T3是判定第3象限III中的转子202的最初反方向的旋转状况的区间,当在第1区间T1中没有检测到多个超过第1基准值的感应电流Ik时,上述旋转检测部在第2区间T2以及第3区间T3中使用第2基准值检测感应电流Ik。
另外,上述旋转检测部可构成为,具备第1检测电阻301、第2检测电阻302,它们检测由于步进电机107的自由振动而彼此反方向地流过驱动线圈209的感应电流Ik,并且在检测区间T中,通过使包含步进电机107的驱动线圈209和检测电阻301或302的第1闭合电路以及由驱动线圈208和低阻抗元件构成的第2闭合电路反复交替来检测感应电流Ik,根据检测到的感应电流Ik的方向,将构成第1闭合电路的检测电阻切换为第1检测电阻301或第2检测电阻302进行检测。
因此,根据本发明的实施方式的步进电机控制电路,可降低负荷变动的影响进行准确的旋转检测。
另外,在旋转变慢的情况下,可通过检测在主驱动脉冲P1断开之后、转子202的速度最大的区间(b区域)内的旋转,获得高水平且稳定的感应电流Ik(换言之,感应电压信号VRs),可提供不易受负荷变动的影响且稳定的检测性能。
另外,通过进行主驱动脉冲P1断开之后的旋转检测,可获得如下这样的效果:不易受到负荷变动的影响,可实现基于感应电压信号VRs产生时刻的驱动控制动作的精度提高,可降低无谓的功耗。
另外,因为旋转检测精度提高,所以能够降低尽管已旋转但误检测为非旋转而进行校正驱动脉冲P2的驱动的情况,可抑制功耗的浪费。
另外,在利用旋转检测时间伴随着负荷增大而延迟的情况来检测旋转状况时,可降低如下这样情况的发生:在一定程度以上的负荷变动(日历负荷、较大针力矩的负荷)中,转子202的角速度降低,虽然正在旋转,但感应电压信号VRs降低,利用校正驱动脉冲P2进行驱动。因此,可降低功耗,进而延长作为电源使用的电池的寿命。
另外,在利用感应电压信号VRs的检测时刻伴随着负荷增大而延迟的情况的步进电机控制电路中,可实现不易受到负荷变动的影响且稳定的检测。
接着,说明本发明的第2实施方式。
上述第1实施方式构成为通过检测单方极性的感应信号VRs来判定旋转状况,根据该判定的结果选择感应电流Ik的方向进行旋转检测,本发明的第2实施方式构成为,通过检测双方极性的感应信号VRs判定旋转状况,根据该判定的结果选择感应电流Ik的方向进行旋转检测。由此,即使在与负荷对应的驱动能量相对降低的情况下也能够选择适当的感应电流Ik,可靠地进行区域b的旋转检测,而不是区域c的旋转检测,能够进行准确的旋转检测。此外,在第1实施方式中,采用两种基准电压Vinv、Vcomp作为基准电压,在本第2实施方式中构成为采用1种基准阈值电压Vcomp作为基准电压。
图9是在本发明第2实施方式中利用主驱动脉冲P1驱动步进电机107时的时序图。
图9是通常驱动时(在模拟电子钟表的电源电压为额定电压的情况下利用主驱动脉冲P1对时刻指针114~116进行走针驱动时)的状态。另外,在图9中,P1表示主驱动脉冲P1并且表示利用主驱动脉冲P1对转子202进行旋转驱动的驱动区间,另外,a~e是表示利用主驱动脉冲P1进行驱动时的转子202的磁极轴A的旋转位置的区域。
将主驱动脉冲P1驱动结束后的预定期间设为用于检测旋转状况的检测区间T,将检测区间T划分为连续的多个区间。在检测与在利用主驱动脉冲P1进行驱动时流过驱动线圈209的驱动电流同方向的感应电流Ik的情况下,使用第1区间T1b和第4区间T2这2个区间,另外,在检测与在利用主驱动脉冲P1进行驱动时流过驱动线圈209的驱动电流相反方向的感应电流Ik的情况下,使用第1区间T1b、第2区间T2R、第3区间T3R这3个区间。区间T2R与区间T3R的时间宽度之和等于区间T2的时间宽度。此外,区间T1a是在主驱动脉冲刚刚驱动之后设置的屏蔽区间,在该区间T1a中产生的感应电流Ik不用于旋转状况的判定。
在把以转子202为中心、转子202的磁极轴A随转子202的旋转而所处的XY坐标空间划分成第1象限I~第4象限IV的情况下,区间T1b、T2、T2R、T3R可如下表示。
例如,在不变更而维持主驱动脉冲P1的等级的负荷增量大的驱动(余量小的旋转)的状态下,当检测到与驱动电流i相反方向(其它方向)的感应电流Ik时,区间T2R是判定第3象限III中的转子202的最初正方向区域b的旋转状况的区间,区间T3R是判定第3象限III中的转子202的最初反方向区域c的旋转状况的区间。
在使主驱动脉冲P1脉冲下降的余量大的旋转的状态下,当检测到与驱动电流i同方向(一个方向)的感应电流Ik时,区间T1b是判定第3象限III中的转子202的最初正方向区域b的旋转状况的区间,区间T2是判定第3象限III中的转子202的最初反方向区域c以后的旋转状况的区间。
采用1种基准电压Vcomp作为检测感应电压信号VRs的基准电压。
在区间T1b中,检测到对应于与驱动电流i同方向地流过驱动线圈209的感应电流Ik的感应电压信号VRs、对应于与驱动电流i反方向地流过驱动线圈209的感应电流Ik的感应电压信号VRs双方。
当与主驱动脉冲P1的能量对应的负荷变大时,转子202的旋转变慢,所以感应电流Ik的产生时刻延迟。在此情况下,在区间T1b之前产生的感应电流Ik延迟,并且在区间T1b中被检测出。
即,在区间T1b中,当与主驱动脉冲P1的能量对应的负荷是预定值以下时,转子202以比一定速度快的速度进行旋转,因此未检测到与驱动电流i同方向流动并超过预定值的感应电流Ik,检测到与驱动电流i反方向流动并超过预定值的感应电流Ik。
相反,当与主驱动脉冲P1的能量对应的负荷大于预定值时,在区间T1b中,转子202的旋转速度减慢到一定速度以下,因此检测到与驱动电流i同方向流动并超过预定值的感应电流Ik,未检测到与驱动电流i反方向流动并超过预定值的感应电流Ik。
在本第2实施方式中利用此现象,根据在各个极性的区间T1b中是否检测到超过预定基准电压的感应电压信号VRs,选择在后续区间中检测的感应电流Ik的方向而进行检测,由此进行旋转状况的判定、脉冲控制。
这样,根据在双方极性的最初区间T1b中是否检测到超过预定基准值的感应电流Ik,切换在区间T1b之后的区间T2、T2R、T3R中检测感应电流Ik的极性(检测方向)进行检测,根据上述各个区间T1b、T2、T2R、T3R中的感应电流Ik(实际上是与感应电流Ik等效的感应电压信号VRs)检测步进电机107的旋转状况。因此,即使在负荷较大、转子202的旋转较慢的情况下,也能够在转子202的旋转较快的阶段进行旋转检测,能够降低负荷变动的影响进行准确的旋转检测。
另外,在最初的区间T1b内在一方的极性中无法检测到超过预定基准值的感应电流Ik这样的、转子202以超过一定速度的速度进行旋转的情况下,即使不切换感应电流Ik的方向也能够检测到足够大的感应电压信号VRs,所以不切换感应电流Ik的方向,而根据与和主驱动脉冲P1同方向流动的感应电流Ik对应的感应电压信号VRs进行旋转检测,由此能够简化检测处理。
这样,在区间T1b内在双方的极性中检测超过基准值的感应电流Ik,切换之后区间中的检测对象,由此提高旋转检测精度。
图10是归纳本发明第2实施方式中的脉冲控制动作的判定图。
区间T1b、T2是在驱动电流i与感应电流Ik同方向流动时检测的区间,区间T2R、T3R是使检测方向成为与区间T2相反的方向而检测感应电流Ik的区间。区间T2的宽度与区间T2R、区间R3的宽度的总和相同。
如上所述,将检测到超过基准电压Vcomp的感应电压信号VRs的情况分别表示为判定值“1”,将没有检测到超过基准电压Vcomp的感应电压信号VRs的情况分别表示为判定值“0”。“1/0”表示判定值可以是“1”、“0”中的任意一个。另外,“-”表示不考虑为感应电压信号VRs的模式。
旋转检测电路108检测有无超过基准电压Vcomp的感应电压信号VRs,检测区间判定电路109判定感应电压信号VRs的模式(表示主驱动脉冲P1的能量的富余度。),控制电路103参照存储在控制电路103内部的图10的判定图,根据上述模式进行主驱动脉冲P1的脉冲上升、脉冲下降或者校正驱动脉冲P2的驱动等后述的脉冲控制,对步进电机107进行旋转控制。
图11是在本发明第2实施方式的步进电机控制电路、机芯以及模拟电子钟表中使用的部分详细电路图,是电机驱动电路106以及旋转检测电路108的部分详细电路图。对与图5相同的部分标注同一标号。
具备用于检测在检测电阻301上产生的感应信号VRs的比较器310、用于检测在检测电阻302上产生的感应信号VRs的比较器311。比较器310、311是旋转检测电路108的构成要素。
作为各个比较器310、311的基准电压,输入相同的基准阈值电压Vcomp。在由对应的检测电阻301、302检测到的感应电压信号VRs超过基准阈值电压Vcomp时,比较器310、311将判定值“1”作为检测信号输出,在感应电压信号VRs没有超过基准阈值电压Vcomp时,将判定值“0”作为检测信号Vs输出。检测区间判定电路109选择与检测的感应电流Ik的方向对应的比较器310、311的输出,判定并输出各个区间的判定值。
图12是本发明第2实施方式的时序图,是不切换感应电流Ik的检测方向进行检测时的时序图。图12是负荷增量小的驱动(余量大的旋转)的状态时的时序图,示出在感应电流Ik与驱动电流i同一方向流动的状态下进行检测时的时序。在此情况下,利用第1区间T1b与第4区间T2中的感应信号VRs的判定值的模式来判定旋转状况。
在对步进电机107进行旋转驱动的情况下,开关控制电路303在驱动期间P1即时刻ta~tb的期间,在晶体管Q3导通的状态下,使晶体管Q2按照预定周期反复导通状态(供给状态)和截止状态(供给停止状态)而进行开关动作,由此生成梳齿状的主驱动脉冲P1,向步进电机107的驱动线圈209提供图11箭头方向的驱动电流i。从而,在步进电机107旋转的情况下,转子202向正方向旋转180度。
另一方面,在从主驱动脉冲P1的驱动期间P1结束时刻tb到时刻tc的检测区间T中进行旋转状况的检测。
在旋转状况的检测中,首先,在从时刻tb开始的区间T1(对区间T1b附加屏蔽区间T1a后的区间)中,检测双方极性的感应信号VRs。在此情况下,开关控制电路303在使晶体管Q1、Q2截止的状态下,控制各个晶体管Q1~Q6,交替地反复如下的状态:(1)第1检测状态,在使晶体管Q3、Q6成为导通状态的状态下,使晶体管Q4按照预定周期以导通状态和截止状态进行开关动作,由此使感应电流Ik与驱动电流i同方向地流过检测电阻302而进行检测;(2)第2检测状态,在晶体管Q4、Q5成为导通状态的状态下,使晶体管Q3按照预定周期以导通状态和截止状态进行开关动作,由此使感应电流Ik与驱动电流i反方向地流过检测电阻301而进行检测。
由此,在第1检测状态下,在检测电阻302上产生感应电压信号VRs,在第2检测状态下,在检测电阻301上产生感应电压信号VRs。
比较器311对在检测电阻302上产生的感应电压信号VRs和基准电压Vcomp进行比较,当感应电压信号VRs超过基准电压Vcomp时,将“1”作为检测信号Vs向检测区间判定电路109输出,当没有超过时,将“0”作为检测信号Vs向检测区间判定电路109输出。
另外,比较器311对在检测电阻301上产生的感应电压信号VRs和基准电压Vcomp进行比较,当感应电压信号VRs超过基准电压Vcomp时,将“1”作为检测信号Vs向检测区间判定电路109输出,当没有超过时,将“0”作为检测信号Vs向检测区间判定电路109输出。
检测区间判定电路109忽略屏蔽区间T1a中的感应电压信号VRs不进行判定,而是进行区间T1b中的感应电压信号VRs的判定。
在一个极性OUT1中判定值为“0”,在另一个极性OUT2中判定值为“1”,所以检测区间判定电路109在后面的区间中检测与驱动电流i同方向流动的感应电流Ik。即,检测区间判定电路109判定在区间T2中是否检测到超过基准阈值电压Vcomp的感应电压信号VRs。
在此情况下,从比较器310、311双方向检测区间判定电路109输入检测信号Vs,但检测区间判定电路109在区间T2中仅对来自比较器311的检测信号Vs判定是否属于区间T2。由此,能够更准确地进行旋转状况的判定。另外,因为不切换励磁电流Ik的检测方向,所以检测动作简单。
检测区间判定电路109向控制电路103输出感应电压信号VRs的模式(区间T1b中的判定值、区间T2中的判定值)作为其判定结果。
控制电路103根据来自检测区间判定电路109的模式,参照图10的判定图来判定步进电机107的旋转状况,进行脉冲下降、脉冲上升+校正驱动脉冲P2的驱动等脉冲控制。
在图12所示的循环结束之后,在下一循环中,也在区间T1b内根据双方极性的感应电压信号VRs决定在区间T1之后的区间中检测的感应电压信号VRs的极性,进行旋转检测动作。
图13是本发明第2实施方式的时序图,是切换感应电流Ik的检测方向进行检测时的时序图,示出负荷增量大的驱动(余量小的旋转)的状态时的时序。在图13中,在区间T2R、T3R中为了将感应电流Ik的检测方向切换为反方向进行检测,翻转感应电压信号VRs的极性进行检测。由此,如图12那样,构成为不是在时间延迟的区域c中进行检测,而是能够在时间提前的区域b中检测感应电压信号VRs,即使在旋转较慢的情况下,也能够更高精度地进行旋转检测。
即,在图13中,与图12同样,在时刻ta~tb的期间对步进电机107进行旋转驱动之后,在从时刻tb开始的区间T1(区间T1a+区间T1b)中,检测双方极性的感应信号VRs。
在一个极性OUT1中判定值为“1”、在另一个极性OUT2中判定值为“0”,所以检测区间判定电路109在之后的区间中检测与驱动电流i反方向流动的感应电流Ik。即,检测区间判定电路109判定在区间T2R、区间T3R中是否检测到超过基准阈值电压Vcomp的感应电压信号VRs。
在此情况下,从比较器310、311双方向检测区间判定电路109输入检测信号Vs,但检测区间判定电路109在区间T2R、TR3中仅对来自比较器310的检测信号Vs判定是否属于区间T2R、TR3。由此,早期地检测旋转状况,所以能够更准确地判定旋转状况。
检测区间判定电路109向控制电路103输出感应电压信号VRs的模式(区间T1b中的判定值、区间T2R中的判定值、区间T3R中的判定值)作为其判定结果。
控制电路103根据来自检测区间判定电路109的模式,参照图10的判定图来判定步进电机107的旋转状况,进行维持、脉冲上升等脉冲控制。
在图13中,开关控制电路303在区间T1b之后的区间(第3区间T2R、第4区间T3R)中进行动作,将感应电流Ik的检测方向切换为与此前相反的方向进行检测。区间T2R、区间T3R的时间宽度之和与区间T2相同。
在区间T2R、T3R中,开关控制电路303在晶体管Q4、Q5成为导通状态、晶体管Q6成为截止状态的状态下,使晶体管Q3按照预定周期以导通状态和截止状态进行开关动作,由此使感应电流Ik流过检测电阻301。在检测电阻301上产生检测方向与区间T1b相反的感应电压信号VRs,进行检测方向被切换为反方向的感应电流Ik的检测。由此,检测在区域b中产生的感应电压信号VRs。
比较器310对感应电压信号VRs与基准电压Vcomp进行比较,当感应电压信号VRs超过基准电压Vcomp时,将“1”作为检测信号Vs向检测区间判定电路109输出,当没有超过时,将“0”作为检测信号Vs向检测区间判定电路109输出。
另外,比较器311对感应电压信号VRs与基准电压Vcomp进行比较,当感应电压信号VRs超过基准电压Vcomp时,将“1”作为检测信号Vs向检测区间判定电路109输出,当没有超过时,将“0”作为检测信号Vs向检测区间判定电路109输出。
检测区间判定电路109根据来自比较器310的检测信号,向控制电路103输出感应电压信号VRs的模式(区间T1b中的判定值、区间T2R的判定值、区间T3R的判定值)作为其判定结果。
控制电路103根据来自检测区间判定电路111的模式,判定步进电机107的旋转状况,进行维持、脉冲上升等脉冲控制。
这样,当在区间T1b中根据双方极性OUT1、OUT2的激励电流Ik判定为与负荷对应的主驱动脉冲P1的能量较小、转子202的旋转较慢时,在区间T1之后的区间中,将感应电流Ik的检测方向切换为相反方向进行检测,进行旋转状况的判定,由此能够在转子的旋转较快的阶段(转子202的旋转区域b)中进行旋转检测,所以能够更准确地检测旋转状况。
在图13所示的循环结束之后,在下一循环中也在区间T1b内根据双方极性的感应电压信号VRs决定在区间T1之后的区间中检测的感应电压信号VRs的极性,对各个晶体管Q1~Q6进行驱动控制,以进行旋转检测动作。
图14是示出本发明第2实施方式的步进电机控制电路、机芯以及模拟电子钟表的动作的流程图,是主要示出控制电路103的处理的流程图。对进行与图8同一内容的处理的部分标注同一标号。
以下,参照图1、图2、图9~图14详细地说明本发明第2实施方式的动作。
控制电路103对来自分频电路102的钟表信号进行计数来实施计时动作,首先,将主驱动脉冲P1n的能量等级n以及表示同一主驱动脉冲P1的连续驱动次数的计数值N复位为0(图14的步骤S501)。
控制电路103进行初始设定,以使旋转检测电路108根据与驱动电流i同方向流动的感应电流Ik(换言之,感应电压信号VRs)进行旋转检测(设为Rs-N)(步骤S502)。
接着,控制电路103输出主驱动脉冲控制信号,以利用在处理步骤S501中设定的最小能量的主驱动脉冲P10对步进电机107进行旋转驱动(步骤S503、S504)。
主驱动脉冲产生电路104响应于来自控制电路103的上述控制信号,向电机驱动电路106输出与上述控制信号对应的主驱动脉冲P10。电机驱动电路106利用主驱动脉冲P10对步进电机107进行旋转驱动。步进电机107由主驱动脉冲P10旋转驱动,从而对模拟显示部112的时刻指针114~116进行旋转驱动。由此,在步进电机107正常旋转的情况下,在模拟显示部112中利用时刻指针114~116随时显示当前时刻。另外,在步进电机107对未图示的日历显示部进行了旋转驱动时,日历显示被切换为次日的显示。
旋转检测电路108检测有无与驱动电流i同方向地流动并超过预定基准值的感应电流Ik。换言之,旋转检测电路108判定在区间T1b中是否检测到超过预定的基准电压Vcomp的感应电压信号VRs。即,旋转检测电路108首先如图12、图13所说明的那样进行驱动以使感应电流Ik与驱动电流i同方向地流动,并且检测感应电压信号VRs。控制电路103判定旋转检测电路108是否检测到超过基准电压Vcomp的感应电压信号VRs(步骤S505)。
当在处理步骤S505中判定为没有检测到超过基准电压Vcomp的感应信号VRs时,控制电路103在以后的区间中如图12所示那样,控制旋转检测电路108,不改变而维持感应电流Ik的检测方向,并且判定是否检测到超过基准电压Vcomp的感应电压信号VRs。检测区间判定电路109判定旋转检测电路108在区间T2中是否检测到超过基准电压Vcomp的感应电压信号VRs。
控制电路103判定在区间T2中是否检测到超过基准电压Vcomp的感应电压信号VRs(步骤S506),当判定为在区间T2内没有检测到超过基准电压Vcomp的感应电压信号VRs时,在进行处理步骤S508~S511的处理之后,返回至处理步骤S502。
当在处理步骤S506中判定为在区间T2内检测到超过基准电压Vcomp的感应电压信号VRs时,控制电路103在进行处理步骤S530~S534的处理之后,返回至处理步骤S502。
另一方面,当在处理步骤S505中判定为旋转检测电路108检测到超过基准电压Vcomp的感应电压信号VRs时,控制电路103进行如下控制:如图13所说明的那样,使得旋转检测电路108将感应电流Ik(换言之,感应电压信号VRs)的检测方向切换为反方向进行旋转检测(设为Rs-R)(步骤S522)。
以后,旋转检测电路108如图13所说明的那样,在区间T2R、T3R中,切换检测电阻301、302,由此将感应电流Ik的检测方向切换为反方向,检测有无超过基准电压Vcomp的感应电压信号VRs。检测区间判定电路109判定旋转检测电路108检测到的超过基准电压Vcomp的感应电压信号VRs是否属于区间T2R、T3R,向控制电路103输出感应电压信号VRs的模式。
即,当判定为在区间T1b中检测到的感应电压信号VRs超过基准电压Vcomp时,控制电路103判定在区间T2R内是否检测到超过基准电压Vcomp的感应电压信号VRs(步骤S525)。
当在处理步骤S525中判定为在区间T2R内没有检测到超过基准电压Vcomp的感应电压信号VRs时,控制电路103判定在区间T3R内是否检测到超过基准电压Vcomp的感应电压信号VRs(步骤S526)。
当在处理步骤S526中判定为在区间T3R内没有检测到超过基准电压Vcomp的感应电压信号VRs时,控制电路103在进行处理步骤S508~SS511的处理之后,返回至处理步骤S502,当判定为在区间T3R内检测到超过基准电压Vcomp的感应电压信号VRs时,控制电路103在进行处理步骤S509~S511的处理之后,返回至处理步骤S502。
当在处理步骤S525中判定为在区间T2R内检测到超过基准电压Vcomp的感应电压信号VRs时,控制电路103转移至处理步骤S531。
如以上所述,本发明第2实施方式的步进电机控制电路的特征在于,具备:旋转检测部,其在划分为多个区间的检测区间中检测由于步进电机的自由振动而流过驱动线圈的感应电流,利用随着相对于驱动能量的相对负荷增加,所述感应电流的检测时刻产生延迟并且所述感应电流的水平降低的情况,根据表示在所述各个区间中是否检测到超过预定基准值的感应电流的模式,检测所述步进电机的旋转状况;以及控制部,其从能量互不相同的多种驱动脉冲中选择与所述旋转检测部检测到的旋转状况对应的驱动脉冲,利用所述选择的驱动脉冲向所述驱动线圈提供驱动电流,对所述步进电机进行旋转驱动,所述旋转检测部具有检测由于所述步进电机的自由振动而彼此反方向地流过所述驱动线圈的感应电流的第1检测元件、第2检测元件,并且在所述检测区间中,通过使包含所述步进电机的驱动线圈和所述检测元件的第1闭合电路以及由所述驱动线圈和低阻抗元件构成的第2闭合电路反复交替来检测所述感应电流,根据在所述检测区间内的作为最初区间的第1区间T1b中使用所述第1检测元件、第2检测元件检测所述感应电流而得到的结果,选定在所述第1区间之后的区间中使用的检测元件而进行检测,根据基于在所述各个区间中检测到的所述感应电流的模式,检测所述步进电机的旋转状况。
这里,上述检测区间被划分为利用驱动脉冲进行驱动后的第1区间T1b、第1区间T1b之后的第2区间T2R、第2区间T2R之后的第3区间T3R,并且在维持主驱动脉冲P1的等级而驱动步进电机107的状态下,第1区间T1b是判定以步进电机107的转子202为中心的空间的第2象限II中的转子202的最初正方向的旋转状况的区间,第2区间T2R是判定第3象限III中的转子202的最初正方向的旋转状况的区间,第3区间T3R是判定第3象限III中的转子202的最初反方向的旋转状况的区间,在检测到与驱动电流i反方向的超过预定值的感应电流Ik时,上述旋转检测部在第2区间T2R以后进行与驱动电流i同方向的感应电流Ik的检测,进行旋转状况的判定。
另外,上述旋转检测部可构成为,在检测到与驱动电流i反方向的超过预定值的感应电流Ik时,将第2区间T2R以及第3区间T3R作为合并的1个第4区间T2进行感应电流Ik的检测,根据在第1区间T1b以及第4区间T2中检测到的感应电流Ik的模式,进行旋转状况的判定。
另外,检测区间T被划分为利用驱动脉冲进行驱动后的第1区间T1b、第1区间T1b之后的第2区间T2R、第2区间T2R之后的第3区间T3R,在维持驱动脉冲的等级而驱动上述步进电机的状态下,第1区间T1b是判定以步进电机107的转子202为中心的空间的第2象限II中的转子202的最初正方向的旋转状况的区间,第2区间T2R是判定第3象限III中的转子202的最初正方向的旋转状况的区间,第3区间TR3是判定第3象限III中的转子202的最初反方向的旋转状况的区间,在检测到与驱动电流i同方向的超过预定值的感应电流Ik时,上述旋转检测部在第2区间T2R以后进行与驱动电流i反方向的感应电流Ik的检测,进行旋转状况的判定。
另外,上述旋转检测部可构成为,在检测到与驱动电流i同方向的超过预定值的感应电流Ik时,根据在第1区间T1b至第3区间T3R中检测到的感应电流Ik的模式进行旋转状况的判定。
这样,在本发明的第2实施方式中,对于驱动余力(与驱动能量相对的负荷的大小)的变动,根据区间T1b中的两个极性(out1、2)的感应信号VRs选择适当的旋转检测电流方向,实现高精度的旋转判定。
因此,不仅起到与上述第1实施方式同样的效果,还能够通过在驱动脉冲P1断开后的转子速度最大的区域b中进行检测,获得与在区域c中进行检测相比更高电平且稳定的感应信号VRs,从而能够获得不易受负荷变动的影响、稳定的检测性能。
另外,通过驱动脉冲P1刚刚断开之后的旋转检测,具有如下这样的效果:不易受到负荷变动的影响,实现根据超过预定电平的感应信号VRs的产生时刻来判定驱动余量的控制动作的精度提高,能够降低无谓的功耗。
接着,说明本发明的第3实施方式。
在本发明的第1实施方式中构成为,通过在时间宽度固定的最初区间T1中检测单方极性的感应信号VRs来判定旋转状况,根据该判定的结果,选择感应电流Ik的方向进行旋转检测。在本发明的第3实施方式中构成为,通过在时间宽度变化的最初区间中检测单方极性的感应信号VRs来判定旋转状况,根据该判定的结果,选择感应电流Ik的方向进行旋转检测。另外,与第1实施方式同样地构成为,采用两种基准电压Vinv、Vcomp作为基准电压。
由此,即使在与负荷对应的驱动能量相对降低的情况下,也能够准确地掌握旋转状况,可靠地进行区域b中的旋转检测,而不是区域c中的旋转检测,从而能够进行准确的旋转检测。
图15是在本发明的第3实施方式中利用主驱动脉冲P1驱动步进电机107时的时序图。图15是通常驱动时(在模拟电子钟表的电源电压为额定电压的情况下利用主驱动脉冲P1对时刻指针114~116进行走针驱动时)的状态。
将主驱动脉冲P1驱动结束后的预定期间设为用于检测旋转状况的检测区间T,将检测区间T划分为连续的多个区间。在检测与在利用主驱动脉冲P1进行驱动时流过驱动线圈209的驱动电流i同方向的感应电流Ik的情况下,使用第5区间T1a、第6区间T1b、第4区间T2这3个区间,另外,在检测与在利用主驱动脉冲P1进行驱动时流过驱动线圈209的驱动电流i反方向的感应电流Ik的情况下,使用第5区间T1a、第6区间T1b、第2区间T2R、第3区间T3R这4个区间。
区间T1a的时间宽度固定为恒定值。区间T1b的时间宽度根据检测的感应信号VRs进行变化,但其最长时间宽度被设定为预定值。区间T3R的时间宽度固定为预定宽度。另外,区间T1b、区间T2R以及第3区间T3R的时间宽度之和构成为与区间T2的时间宽度相等。区间T1a和区间T1b构成区间T1。检测区间T的时间宽度构成为不发生变化。此外,在本第3实施方式中没有设置屏蔽区间。
在把以转子202为中心、转子202的磁极轴A随转子202的旋转而所处的XY坐标空间划分成第1象限I~第4象限IV的情况下,区间T1、T1a、T1b、T2、T2R、T3R可表示如下。
例如,在不变更而维持主驱动脉冲P1的等级的负荷增量大的驱动(余量小的旋转)的状态下,区间T1a以及区间T1b是判定第2象限II中的转子202的最初正方向区域a的旋转状况的区间,区间T2R是判定第2象限II中的转子202的最初正方向区域a的旋转状况以及第3象限III中的转子202的最初正方向区域b的旋转状况的区间,区间T3R是判定第3象限III中的转子202的最初正方向区域b的旋转状况以及第3象限III中的转子202的最初反方向区域c的旋转状况的区间。
另外,在使主驱动脉冲P1的等级下降的负荷增量小的驱动(余量极大的旋转,不采用区间T1b)的状态下,区间T1a是判定第3象限III中的转子202的最初正方向区域b的旋转状况的区间,区间T2是判定第3象限III中的转子202的最初正方向区域b的旋转状况以及第3象限III中的转子202的最初反方向区域c以后的旋转状况的区间。
与上述第1实施方式同样,采用预定的两种基准电压Vinv、Vcomp作为检测感应电压信号VRs的基准电压。检测到超过第1基准电压Vinv的感应电压信号VRs的情况与检测到超过第1基准值的感应电流Ik的情况等效,另外,检测到超过第2基准电压Vcomp的感应电压信号VRs的情况与检测到超过第2基准值的感应电流Ik的情况等效。第2基准值大于第1基准值,另外,第2基准电压Vcomp被设定为大于第1基准电压Vinv的值。第1基准电压Vinv是判定驱动能量的余量程度的基准,并且是根据与驱动电流i相反极性的感应电流Ik进行旋转检测时的基准电压,第2基准电压Vcomp是根据与驱动电流i同极性的感应电流Ik进行旋转检测时的基准电压。
在区间T1a、T1b中,进行基于基准电压Vinv的旋转判定,根据检测结果选择检测方向以及基准电压进行旋转检测。
例如,当在区间T1a中多个感应信号VRs未超过基准电压Vinv时,检测对应于与主驱动脉冲P1的驱动电流i相同电流方向的感应电流Ik的感应信号VRs,为了可靠地进行非旋转的判定,使用较高的基准电压Vcomp进行判定。即,进行区间T2中的旋转检测。在此情况下,在图15的例子中,成为余量极大的旋转,使主驱动脉冲P1进行脉冲下降。
当在区间T1a中检测到超过基准电压Vinv的多个感应信号VRs时,继续检测,直到产生低于基准电压Vinv的感应信号VRs为止。当在区间T1a中多个感应信号VRs超过基准电压Vinv、之后在区间T1a内感应信号VRs不再超过基准电压Vinv时、或者在区间T1b内感应信号VRs不再超过基准电压Vinv时,在区间T1a结束时刻或者感应信号VRs不再超过基准电压Vinv的时刻,切换为基于与主驱动脉冲P1的驱动电流i反方向的感应电流Ik的旋转检测,使用基准电压Vinv进行旋转检测。即,进行区间T2R、区间T3R中的旋转检测。在此情况下,在图15的例子中,成为余量中等的旋转,使主驱动脉冲P1进行脉冲下降。
当在区间T1a中检测到超过基准电压Vinv的多个感应信号VRs时,在区间T1a的全部区域中感应信号VRs超过基准电压Vinv、在区间T1b中感应信号VRs也超过基准电压Vinv的情况下,在区间T1b中进行检测,直至产生低于基准电压Vinv的感应信号VRs为止。当在区间T1b内产生低于基准电压Vinv的感应信号VRs时,在此时刻,使用基准电压Vinv,切换为基于与主驱动脉冲P1的驱动电流i反方向的感应电流Ik的旋转检测。即,进行区间T2R、区间T3R中的旋转检测。在此情况下,在图15的例子中,成为余量小的旋转,维持主驱动脉冲P1。
当在区间T1a中检测到超过基准电压Vinv的多个感应信号VRs时,在区间T1a的全部区域中感应信号VRs超过基准电压Vinv、在区间T1b的全部区域中感应信号VRs也超过基准电压Vinv的情况下,在区间T1b的最大宽度结束的时刻,使用基准电压Vinv,切换为基于与主驱动脉冲P1的驱动电流i反方向的感应电流Ik的旋转检测。即,进行区间T2R、区间T3R中的旋转检测。在此情况下,在图15的例子中成为余量小的旋转,使主驱动脉冲P1进行脉冲上升。此外,将区间T1b的最大宽度设定成预定宽度而作为第7区间。另外,将区间T1a与区间T1b的时间宽度之和的最大长度设为检测区间T的1/2以下。
图16是归纳本发明第3实施方式中的脉冲控制动作的判定图。
区间T1a、T1b、T2是在驱动电流i与感应电流Ik同方向流动时进行检测的区间,区间T2R、T3R是将检测方向设为与区间T2相反的方向而检测感应电流Ik的区间。
旋转检测电路108检测有无超过基准电压Vcomp的感应电压信号VRs,检测区间判定电路109判定感应电压信号VRs的模式(表示主驱动脉冲P1的能量的富余度。),控制电路103参照存储在控制电路103内部的图16的判定图,根据上述模式进行主驱动脉冲P1的脉冲上升、脉冲下降或校正驱动脉冲P2的驱动等后述的脉冲控制,对步进电机107进行旋转控制。
图17是本发明第3实施方式的时序图,是不切换感应电流Ik的检测方向进行检测时的时序图。图17是负荷增量小的驱动(余量极大的旋转)的状态时的时序图,示出在感应电流Ik与驱动电流i同方向流动的状态下进行检测时的时序。在此情况下,根据区间T1a和区间T2中的感应信号VRs的判定值的模式来判定旋转状况。
在对步进电机107进行旋转驱动的情况下,开关控制电路303在驱动期间P1即时刻ta~tb的期间,在晶体管Q3导通的状态下,使晶体管Q2按照预定周期反复导通状态(供给状态)和截止状态(供给停止状态)而进行开关动作,由此生成梳齿状的主驱动脉冲P1,向步进电机107的驱动线圈209提供图5箭头方向的驱动电流i。从而,在步进电机107旋转的情况下,转子202向正方向旋转180度。
另一方面,在从主驱动脉冲P1的驱动期间P1结束时刻tb到时刻tc的检测区间T中进行旋转状况的检测。
即,在从时刻tb开始的区间T1a中,开关控制电路303在晶体管Q3、Q6成为导通状态的状态下,使晶体管Q4按照预定周期以导通状态和截止状态进行开关动作,由此使感应电流Ik与驱动电流i同方向地流过检测电阻302。从而在检测电阻302上产生感应电压信号VRs。
比较器304对感应电压信号VRs与第2基准电压Vcomp进行比较,当感应电压信号VRs超过第2基准电压Vcomp时,将“1”作为检测信号Vs向检测区间判定电路109输出,当没有超过时,将“0”作为检测信号Vs向检测区间判定电路109输出。
另外,反相器305在感应电压信号VRs超过第1基准电压Vinv时,输出“0”,当没有超过时,输出“1”,NAND电路307将使其翻转后的信号“1”或“0”作为检测信号Vs向检测区间判定电路109输出。
检测区间判定电路109根据来自比较器304与NAND电路307的检测信号Vs,判定在区间T1a中是否检测到超过预定基准电压的多个感应电压信号VRs(在本实施方式中,至少是超过第1基准电压Vcomp的2个感应电压信号VRs)。
在图17的例子内,因为在区间T1a中没有检测到超过预定的基准电压Vinv的多个感应电压信号VRs,所以旋转检测电路108的开关控制电路303在区间T2中,也不变更感应电流Ik的流动方向而进行检测动作。因此,在区间T2中,也对各个晶体管进行驱动控制,以进行与上述相同的动作。
此时,在区间T2中,仅采用不是使用第1基准电压Vinv而是使用第2基准电压Vcomp判定的感应电压信号VRs的判定值。即,从NAND电路307和比较器304双方向检测区间判定电路109输入检测信号Vs,但检测区间判定电路109在区间T2中仅对来自比较器304的检测信号Vs判定是否属于区间T2。由此,即使是在区间T1a中没有检测到超过预定基准电压Vinv的多个感应电压信号VRs的非旋转的状况,通过采用电平较高的第2基准电压Vcomp进行判定,不会将非旋转误判定为旋转,从而能够更准确地进行旋转状况的判定。另外,因为不切换励磁电流Ik的检测方向,所以检测动作简单。
检测区间判定电路109向控制电路103输出感应电压信号VRs的模式(区间T1a的判定值、区间T1b的判定值、区间T2的判定值)作为其判定结果。
控制电路103根据来自检测区间判定电路109的模式,参照图16的判定图来判定步进电机107的旋转状况,进行脉冲上升等脉冲控制。
在图17所示的循环结束之后,在下一循环中,当在区间T1a内没有检测到超过预定基准电压Vinv的多个感应电压信号VRs时,对各个晶体管Q1~Q6进行驱动控制,以进行同样的动作。即,取代晶体管Q3而使晶体管Q4成为导通状态,并且取代晶体管Q2而使晶体管Q1按照与晶体管Q2相同的周期进行开关驱动,进行与前循环相反极性的梳齿状主驱动脉冲P1的驱动。另外,在检测区间T中,取代晶体管Q4而使晶体管Q3按照与晶体管Q4相同的周期进行开关动作,取代晶体管Q3、Q6而将晶体管Q4、Q5驱动为导通状态。由此,进行基于感应电流Ik的旋转检测。
在检测电阻301上产生由于步进电机107的旋转而产生的感应电压信号VRs,比较器304将对感应电压信号VRs与第2基准电压Vcomp进行比较的结果作为检测信号Vs向检测区间判定电路109输出。另外,反相器306对感应电压信号VRs与第1基准电压Vinv进行比较,根据比较结果输出“1”或“0”,NAND电路307将使其翻转后的信号“0”或“1”作为检测信号Vs向检测区间判定电路109输出。
当在区间T1a中没有检测到超过预定基准电压Vinv的多个感应电压信号VRs时进行上述同样的动作,在区间T2中,与前循环同样,检测区间判定电路109仅对来自比较器304的检测信号Vs进行区间判定。
检测区间判定电路109将感应电压信号VRs的模式(区间T1a的判定值、区间T1b的判定值、区间T2的判定值)输出到控制电路103。
控制电路103根据来自检测区间判定电路109的模式,判定步进电机107的旋转状况,进行脉冲上升等脉冲控制。
当在区间T1a中没有检测到超过预定基准电压Vinv的多个感应电压信号VRs时,交替地反复上述2个循环,由此进行步进电机107的旋转控制。此外,在非旋转的情况下,进行校正驱动脉冲P2的驱动,在此情况下,不进行旋转检测动作。
图18是本发明第3实施方式的时序图,是切换感应电流Ik的检测方向进行检测时的时序图,示出负荷增量大的驱动(余量小的旋转)的状态时的时序。在图18内,在区间T2R、T3R中为了将感应电流Ik的检测方向切换为反方向进行检测,使感应电压信号VRs的极性翻转而进行检测。由此,如图17那样构成为不是在时间延迟的区域c中进行检测,而是能够在时间提前的区域b中检测感应电压信号VRs,从而即使在旋转较慢的情况下,也能够更高精度地进行旋转检测。
在对步进电机107进行旋转驱动的情况下,开关控制电路303在驱动期间P1即时刻ta~tb的期间,在晶体管Q3导通的状态下使晶体管Q2按照预定周期反复导通状态(供给状态)和截止状态(供给停止状态)进行开关动作,由此利用梳齿状的主驱动脉冲P1向步进电机107的驱动线圈209提供图5箭头方向的驱动电流i。从而,在步进电机107旋转的情况下,转子202向正方向旋转180度。
另一方面,在从主驱动脉冲P1的驱动期间P1结束时刻tb到时刻tc的检测区间T中进行旋转状况的检测。
即,在从时刻tb开始的区间T1a中,开关控制电路303在晶体管Q3、Q6成为导通状态的状态下,使晶体管Q4按照预定周期以导通状态和截止状态进行开关动作,由此使感应电流Ik与驱动电流i同方向地流过检测电阻302。从而在检测电阻302上产生感应电压信号VRs。
比较器304对感应电压信号VRs与第2基准电压Vcomp进行比较,当感应电压信号VRs超过第2基准电压Vcomp时,将“1”作为检测信号Vs向检测区间判定电路109输出,当没有超过时,将“0”作为检测信号Vs向检测区间判定电路109输出。
另外,反相器305在感应电压信号VRs超过第1基准电压Vinv时,输出“0”,当没有超过时,输出“1”,NAND电路307将使其翻转后的信号“1”或“0”作为检测信号Vs向检测区间判定电路109输出。
检测区间判定电路109根据来自比较器304与NAND电路307的检测信号Vs,判定在区间T1a中是否检测到超过预定基准电压的多个感应电压信号VRs(在本实施方式中,是超过第1基准电压Vinv的至少2个感应电压信号VRs)。即,检测区间判定电路109在区间T1a中判定转子202的旋转是否比规定速度慢。
在图18的例子中,因为在区间T1a的全部区域中检测到超过第1基准电压Vinv的多个感应电压信号VRs(转子202的旋转较慢的状态。),所以,开关控制电路303在区间T1a之后的区间T1b中也使用第1基准电压Vinv进行动作,以不变更感应电流Ik的检测方向而进行检测。由此,在区间T1b中检测到超过基准电压Vinv的感应信号。
在区间T1b中,当感应信号VRs的电平成为第1基准电压Vinv以下时,开关控制电路303从此时刻开始进行动作,以在区间T2R、区间T3R中将感应电流Ik的检测方向切换为与此前相反的方向进行检测。在该情况下,为了提高检测灵敏度以便在旋转较慢的情况下也能够进行准确的旋转检测,使用第1基准电压Vinv作为基准电压。
在区间T2R、T3R中,开关控制电路303在晶体管Q4、Q5成为导通状态、晶体管Q6成为截止状态的状态下,使晶体管Q3按照预定周期以导通状态和截止状态进行开关动作,由此使感应电流Ik流过检测电阻301。在检测电阻301上产生检测方向与区间T2、T3相反的感应电压信号VRs,进行检测方向被切换为反方向的感应电流Ik的检测。由此,检测在区域b中产生的感应电压信号VRs。
比较器304对感应电压信号VRs与第2基准电压Vcomp进行比较,当感应电压信号VRs超过第2基准电压Vcomp时,将“1”作为检测信号Vs向检测区间判定电路109输出,当没有超过时,将“0”作为检测信号Vs向检测区间判定电路109输出。
另外,反相器306在感应电压信号VRs超过第1基准电压Vinv时,输出“0”,当没有超过时,输出“1”,NAND电路307将使其翻转后的信号“1”或“0”作为检测信号Vs向检测区间判定电路109输出。
在区间T2R、T3R中,因为旋转较慢、感应信号VRs的电平较低,所以为了提高检测灵敏度,仅采用不是使用第2基准电压Vcomp、而是使用第1基准电压Vinv判定的感应电压信号VRs的判定值。即,从NAND电路307和比较器304双方向检测区间判定电路109输入检测信号Vs,但检测区间判定电路109在区间T2R、T3R中,仅对来自NAND电路307的检测信号Vs判定是否属于区间T2R、T3R。
检测区间判定电路109向控制电路103输出感应电压信号VRs的模式(区间T1a的判定值、区间T1b的判定值、区间T2R的判定值、区间T3R的判定值)作为其判定结果。
控制电路103根据来自检测区间判定电路109的模式,判定步进电机107的旋转状况,进行脉冲上升等脉冲控制。
这样,当在区间T1a(在使用区间T1b的情况下也包含区间T1b。)中判定为与负荷对应的主驱动脉冲P1的能量较小、转子202的旋转较慢时,在区间T1a之后的区间中,将感应电流Ik的检测方向切换为反方向而进行检测,进行旋转状况的判定,由此能够在转子的旋转较快的阶段(转子202的旋转区域b)中进行旋转检测,所以能够更准确地检测旋转状况。另外,在转子202的旋转较慢、感应电压信号VRs的电平较低的情况下,在区间T1a中也能够检测到超过预定基准电压的多个感应电压信号VRs(在本实施方式中为超过第1基准电压Vinv的2个感应电压信号VRs),所以能够可靠地稳定静止在与连接缺口部204、205的线段垂直的位置,通过采用作为更低的基准电压的第1基准电压Vinv,能够进行更准确的旋转状况判定。
图18所示的循环结束之后,在下一循环中,当在区间T1a中检测到超过多个预定基准电压Vinv、Vcomp的多个感应电压信号VRs时,对各个晶体管Q1~Q6进行驱动控制,以进行上述同样的动作。即,取代晶体管Q3而使晶体管Q4成为导通状态,并且取代晶体管Q2而使Q1按照与晶体管Q2相同的周期进行开关驱动,进行与前循环相反极性的梳齿状主驱动脉冲P1的驱动。
在检测区间T的区间T1a中,取代晶体管Q4而使晶体管Q3按照与晶体管Q4相同的周期进行开关动作,取代晶体管Q3、Q6而将晶体管Q4、Q5驱动为导通状态。由此,使感应电流Ik与驱动电流i同方向地流过检测电阻301,在检测电阻301上产生感应电压信号VRs。由此,进行基于与驱动电流i同方向流动的感应电流Ik的旋转检测。
另外,在区间T2R、T3R中,在取代晶体管Q4、Q5而使晶体管Q3、Q6成为导通状态的状态下,取代晶体管Q3而使晶体管Q4按照预定周期以导通状态和截止状态进行开关动作,由此使感应电流Ik流过检测电阻302。在检测电阻302上产生感应电压信号VRs,由此,进行检测方向被切换为反方向的感应电流Ik的检测。
与前循环同样,由于步进电机107的旋转而产生的感应电压信号VRs在区间T1a中根据第1基准电压Vinv获得判定值,另外,在区间T2R、T3R中仅根据第1基准电压Vinv获得判定值。
检测区间判定电路109向控制电路103输出感应电压信号VRs的模式(区间T1a的判定值、区间T1b的判定值、区间T2的判定值、区间T3的判定值)作为其判定结果。
图19是示出本发明第3实施方式的步进电机控制电路、机芯以及模拟电子钟表的动作的流程图,是主要示出控制电路103的处理的流程图。对进行与图8同一内容的处理的部分标注同一标号。
以下,参照图1、图2、图5、图15~图19,详细说明本发明第3实施方式的动作。
控制电路103对来自分频电路102的钟表信号进行计数,实施计时动作,首先,使主驱动脉冲P1n的能量等级n以及表示同一主驱动脉冲P1的连续驱动次数的计数值N复位为0(图19的步骤S501)。
控制电路103进行初始设定,使旋转检测电路108根据与驱动电流i同方向地流动的感应电流Ik(换言之,感应电压信号VRs)进行旋转检测(设为Rs-N)(步骤S502)。
接着,控制电路103输出主驱动脉冲控制信号,以利用在处理步骤S501中设定的最小能量的主驱动脉冲P10对步进电机107进行旋转驱动(步骤S503、S504)。
主驱动脉冲产生电路104响应于来自控制电路103的上述控制信号,向电机驱动电路106输出与上述控制信号对应的主驱动脉冲P10。电机驱动电路106利用主驱动脉冲P10对步进电机107进行旋转驱动。
旋转检测电路108检测有无与驱动电流i同方向地流动并超过预定基准值的感应电流Ik。换言之,旋转检测电路108判定在区间T1a中是否检测到超过预定的基准电压Vinv的多个感应电压信号VRs。即,旋转检测电路108首先如图17、图18所说明的那样进行驱动以使感应电流Ik与驱动电流i同方向地流动,并且检测感应电压信号VRs。控制电路103判定旋转检测电路108是否检测到超过基准电压Vinv的多个感应电压信号VRs(步骤S505)。
当在处理步骤S505中判定为没有检测到超过基准电压Vinv的多个感应信号VRs时,控制电路103在以后的区间T2中如图17所示那样,控制旋转检测电路108,不改变而维持感应电流Ik的检测方向,并且判定是否检测到超过基准电压Vcomp的感应电压信号VRs。另外,检测区间判定电路109判定旋转检测电路108在区间T2中是否检测到超过基准电压Vcomp的感应电压信号VRs。
控制电路103判定在区间T2中是否检测到超过基准电压Vcomp的感应电压信号VRs(步骤S506),当判定为在区间T2内没有检测到超过基准电压Vcomp的感应电压信号VRs时,在进行处理步骤S508~S511的处理之后,返回至处理步骤S502。
当在处理步骤S506中判定为在区间T2内检测到超过基准电压Vcomp的感应电压信号VRs时,控制电路103在进行处理步骤S530~S534的处理之后,返回至处理步骤S502。
另一方面,当在处理步骤S505中判定为旋转检测电路108检测到超过基准电压Vinv的感应电压信号VRs时,控制电路103进行如下控制:如图18所说明的那样,在区间T2R、T3R中使得旋转检测电路108将感应电流Ik(换言之,感应电压信号VRs)的检测方向切换为反方向进行旋转检测(设为Rs-R)(步骤S522)。
旋转检测电路108在区间T1b中检测有无与驱动电流i同方向流动的感应电流Ik,即,检测有无超过基准电压Vinv的感应电压信号VRs,检测区间判定电路109判定旋转检测电路108检测到的超过基准电压Vinv的感应电压信号VRs是否包含在区间T1b中。
控制电路103判定旋转检测电路108是否检测到超过基准电压Vinv的感应电压信号VRs(步骤S191)。
当在处理步骤S191中判定为在区间T1b内没有检测到超过基准电压Vinv的感应电压信号VRs时(步骤S191),控制电路103判定旋转检测电路108在区间T2R中是否检测到超过基准电压Vinv的感应电压信号VRs(步骤S192)。
当在处理步骤S192中判定为检测电路108在区间T2R中没有检测到超过基准电压Vinv的感应电压信号VRs时,控制电路103转移至处理步骤S530。
当在处理步骤S192中判定为检测电路108在区间T2R中检测到超过基准电压Vinv的感应电压信号VRs时,控制电路103转移至处理步骤S531。
当在处理步骤S191中判定为在区间T1b内检测到超过基准电压Vinv的感应电压信号VRs时,控制电路103判定在区间T2R中是否检测到超过基准电压Vinv的感应电压信号VRs(步骤S193)。
当在处理步骤S193中判定为在区间T1b内检测到超过基准电压Vinv的感应电压信号VRs时,控制电路103转移至处理步骤S531。
当在处理步骤S193中判定为在区间T1b内没有检测到超过基准电压Vinv的感应电压信号VRs时,控制电路103在处理步骤S194中判定在区间T3R内是否检测到超过基准电压Vinv的感应电压信号VRs(步骤S194)。
当在处理步骤S194中判定为在区间T3R内没有检测到超过基准电压Vinv的感应电压信号VRs时,控制电路103转移至处理步骤S508(步骤S194)。
当在处理步骤S194中判定为在区间T3R内检测到超过基准电压Vinv的感应电压信号VRs时,控制电路103转移至处理步骤S509。
如以上所述,本发明第3实施方式的步进电机控制电路的特征在于,具备:旋转检测部,其在划分为多个区间的检测区间中检测由于步进电机的自由振动而流过驱动线圈的感应电流,利用随着相对于驱动能量的相对负荷增加,上述感应电流的检测时刻产生延迟并且上述感应电流的水平降低的情况,根据表示在上述各个区间中是否检测到超过预定基准值的感应电流的模式,检测上述步进电机的旋转状况;以及控制部,其从能量互不相同的多种驱动脉冲中选择与上述旋转检测部检测到的旋转状况相应的驱动脉冲,利用上述选择的驱动脉冲向上述驱动线圈提供驱动电流,对上述步进电机进行旋转驱动,上述旋转检测部根据在上述检测区间内的作为最初区间的第1区间中是否检测到超过预定基准值的感应电流,在上述第1区间之后的区间中选定感应电流的检测方向而进行检测,根据基于在上述各个区间中检测到的上述感应电流的模式,检测上述步进电机的旋转状况,在第1区间T1中从该第1区间T1的开头起设置有预定时间宽度的第5区间T1a,上述旋转检测部根据在第5区间T1a中是否检测到多个超过预定基准值的感应电流Ik,在第5区间T1a之后的区间中选定感应电流Ik的检测方向而进行检测,根据基于在第5区间T1a以及第5区间T1a以后的区间中检测到的感应电流Ik的模式,检测步进电机107的旋转状况。
这里,上述旋转检测部可构成为,当在第5区间T1a中未检测到多个超过上述基准值的感应电流Ik时,将第5区间T1a设为第1区间T1,在第1区间T1之后的区间中,将检测方向设为与第1区间T1相同的方向而检测感应电流Ik,根据基于在第1区间T1以及第1区间T1以后的区间中检测到的感应电流Ik的模式,检测步进电机107的旋转状况。
另外,上述旋转检测部可构成为,当在第5区间T1a中检测到多个超过上述基准值的感应电流Ik时,将从第5区间T1a结束之后到检测出低于上述基准值的感应电流Ik为止的区间设为第6区间T1b,在第6区间T1b之后的区间中,将检测方向设为与第5区间T1a相反的方向而检测感应电流Ik,根据基于在第5区间T1a、第6区间T1b以及其它区间中检测到的感应电流Ik的模式,检测步进电机107的旋转状况。
另外,上述旋转检测部可构成为,当在第5区间T1a中检测到多个超过上述基准值的感应电流Ik时,在从第5区间T1a结束之后到检测出低于上述基准值的感应电流为止的第7区间(区间T1b的最大宽度)超过预定时间宽度的情况下,在第7区间之后的区间中,将检测方向设为与第5区间T1a相反的方向而检测上述感应电流,根据基于在第5区间T1a、第7区间以及其它区间T2R、T3R中检测到的感应电流Ik的模式,检测步进电机107的旋转状况。
另外,可构成为,在维持主驱动脉冲P1的等级而驱动步进电机107的状态下,第5区间T1a以及第7区间是判定以步进电机107的转子202为中心的空间的第2象限II中的转子202的最初正方向的旋转状况的区间。
另外,上述旋转检测部可构成为,具备第1检测电阻301、第2检测电阻302,它们检测由于步进电机107的自由振动而彼此反方向地流过驱动线圈209的感应电流Ik,并且在检测区间T中,通过使包含步进电机107的驱动线圈209和检测电阻301、302的第1闭合电路以及由驱动线圈209和低阻抗元件构成的第2闭合电路反复交替来检测感应电流Ik,根据检测到的感应电流Ik的方向,将构成第1闭合电路的检测元件切换为第1检测电阻301或第2检测电阻302而进行检测。
在上述第1实施方式中,将判定检测的感应电流Ik的电流方向的切换的区间T1设定为一定时间宽度,所以无法获得适当的切换定时,虽然已旋转但可能误判定为非旋转。在此第3实施方式中,判定检测的感应电流Ik的方向的切换的检测区间(T1a+T1b)以使区间T2R开始时的转子202的位置成为水平磁极轴X的方式进行变化,所以能够在早期进行准确的旋转检测。另外,在决定感应电流Ik的电流方向之后,在适当的时刻转移至旋转检测,所以能够进行稳定的旋转检测。另外,能够避免旋转误判定和抑制无谓的功耗。
另外,本发明的各个实施方式的机芯具有上述各步进电机控制电路,所以能够构成可降低负荷变动的影响进行准确的旋转检测的模拟电子钟表。
另外,本发明的各个实施方式的模拟电子钟表具有上述各个机芯,所以能够降低负荷变动的影响进行准确的旋转检测,因此,能够实现准确的走针、低功耗化。
此外,在本发明的各个实施方式中,以将检测区间T基本上划分为3个区间T1~T3的例子进行了说明,但只要区间数是多个就可以应用。
另外,在本发明的各个实施方式内,当在最初的区间T1中检测到多个超过多个基准值的感应电流Ik时,在区间T1之后的全部区间中使感应电流Ik成为与区间T1相反的方向流过驱动线圈209而进行旋转检测,但也可以仅在区间T1之后的一部分区间中使感应电流Ik成为与区间T1相反的方向流过驱动线圈209而进行旋转检测。
此外,本发明的实施方式的步进电机控制电路还可以应用于驱动时刻指针、日历以外的部件的步进电机。
另外,作为步进电机的应用例,以电子钟表为例进行了说明,但还可以应用于使用电机的电子设备。
工业上的可利用性
本发明的步进电机控制电路可应用于使用步进电机的各种电子设备。
另外,本发明的机芯以及模拟电子钟表可应用于以带日历功能的模拟电子手表、带日历功能的模拟电子座钟等各种带日历功能的模拟电子钟表为代表的各种模拟电子钟表。

Claims (22)

1.一种步进电机控制电路,其特征在于,该步进电机控制电路具备:
旋转检测部,其在划分为多个区间的检测区间中检测由于步进电机的自由振动而流过驱动线圈的感应电流,利用随着相对于驱动能量的相对负荷增加,所述感应电流的检测时刻产生延迟并且所述感应电流的水平降低的情况,根据表示在所述各个区间中是否检测到超过预定基准值的感应电流的模式,检测所述步进电机的旋转状况;以及
控制部,其从能量互不相同的多种驱动脉冲中选择与所述旋转检测部检测到的旋转状况对应的驱动脉冲,利用所述选择的驱动脉冲向所述驱动线圈提供驱动电流,对所述步进电机进行旋转驱动,
所述旋转检测部根据在所述检测区间的作为最初区间的第1区间中是否检测到超过预定基准值的感应电流,在所述第1区间之后的区间中选定感应电流的检测方向而进行检测,根据基于在所述各个区间中检测到的所述感应电流的模式,检测所述步进电机的旋转状况。
2.根据权利要求1所述的步进电机控制电路,其特征在于,
所述旋转检测部根据在所述检测区间的最初的第1区间中是否检测到多个超过预定基准值的感应电流,在所述第1区间之后的区间中选定感应电流的检测方向而进行检测,根据基于在所述各个区间中检测到的所述感应电流的模式,检测所述步进电机的旋转状况。
3.根据权利要求2所述的步进电机控制电路,其特征在于,
当在所述第1区间中检测到多个超过所述预定基准值的感应电流时,所述旋转检测部在所述第1区间之后的区间中将所述感应电流的检测方向切换为与所述第1区间相反的方向而进行检测,根据基于在所述各个区间中检测到的所述感应电流的模式,检测所述步进电机的旋转状况。
4.根据权利要求2或3所述的步进电机控制电路,其特征在于,
当在所述第1区间中没有检测到多个超过所述预定基准值的感应电流时,所述旋转检测部在所述第1区间之后的区间中将检测方向设为与所述第1区间相同的方向而检测所述感应电流,根据基于在所述各个区间中检测到的感应电流的模式,检测所述步进电机的旋转状况。
5.根据权利要求2至4中的任意一项所述的步进电机控制电路,其特征在于,
在所述第1区间中以所述驱动电流与感应电流同方向流动的方式进行检测。
6.根据权利要求2至5中的任意一项所述的步进电机控制电路,其特征在于,
设置有第1基准值和大于所述第1基准值的第2基准值作为基准值,
当在所述第1区间中检测到多个超过所述第1基准值的感应电流时,所述旋转检测部在所述第1区间之后的区间中将所述感应电流的检测方向切换为与所述第1区间相反的方向并且根据所述第1基准值检测所述感应电流。
7.根据权利要求2至6中的任意一项所述的步进电机控制电路,其特征在于,
设置有第1基准值和大于所述第1基准值的第2基准值作为基准值,
当在所述第1区间中没有检测到多个超过所述第1基准值的感应电流时,所述旋转检测部在所述第1区间之后的区间中将检测方向设为与所述第1区间相同的方向并且根据所述第2基准值检测所述感应电流。
8.根据权利要求6或7所述的步进电机控制电路,其特征在于,
所述检测区间被划分为利用驱动脉冲进行驱动后的所述第1区间、所述第1区间之后的第2区间、所述第2区间之后的第3区间,并且在维持驱动脉冲的等级而驱动所述步进电机的状态下,所述第1区间是判定以所述步进电机的转子为中心的空间的第2象限中的所述转子的最初正方向的旋转状况的区间,所述第2区间是判定第2象限中的所述转子的最初正方向的旋转状况以及第3象限中的所述转子的最初正方向的旋转状况的区间,所述第3区间是判定第3象限中的所述转子的最初反方向的旋转状况的区间,
当在所述第1区间中检测到多个超过所述第1基准值的感应电流时,所述旋转检测部在所述第2区间以及第3区间中使用所述第1基准值检测所述感应电流。
9.权利要求6至8中的任意一项所述的步进电机控制电路,其特征在于,
所述检测区间被划分为紧接在利用驱动脉冲进行驱动之后的第1区间、所述第1区间之后的第2区间、所述第2区间之后的第3区间,并且在维持驱动脉冲的等级而驱动所述步进电机的状态下,所述第1区间是判定以所述步进电机的转子为中心的空间的第2象限中的所述转子的最初正方向的旋转状况的区间,所述第2区间是判定第2象限中的所述转子的最初正方向的旋转状况以及第3象限中的所述转子的最初正方向的旋转状况的区间,所述第3区间是判定第3象限中的所述转子的最初反方向的旋转状况的区间,
当在所述第1区间中没有检测到多个超过所述第1基准值的感应电流时,所述旋转检测部在所述第2区间以及第3区间中使用所述第2基准值检测所述感应电流。
10.一种步进电机控制电路,其特征在于,该步进电机控制电路具备:
旋转检测部,其在划分为多个区间的检测区间中检测由于步进电机的自由振动而流过驱动线圈的感应电流,利用随着相对于驱动能量的相对负荷增加,所述感应电流的检测时刻发生延迟并且所述感应电流的水平降低的情况,根据表示在所述各个区间中是否检测到超过预定基准值的感应电流的模式,检测所述步进电机的旋转状况;以及
控制部,其从能量互不相同的多种驱动脉冲中选择与所述旋转检测部检测到的旋转状况对应的驱动脉冲,利用所述选择的驱动脉冲向所述驱动线圈提供驱动电流,对所述步进电机进行旋转驱动,
所述旋转检测部具有检测由于所述步进电机的自由振动而彼此反方向地流过所述驱动线圈的感应电流的第1检测元件和第2检测元件,并且在所述检测区间中,通过使包含所述步进电机的驱动线圈和所述检测元件的第1闭合电路以及由所述驱动线圈和低阻抗元件构成的第2闭合电路反复交替来检测所述感应电流,根据在所述检测区间内的作为最初区间的第1区间中使用所述第1检测元件、第2检测元件检测所述感应电流而得到的结果,选定在所述第1区间之后的区间中使用的检测元件而进行检测,根据基于在所述各个区间中检测到的所述感应电流的模式,检测所述步进电机的旋转状况。
11.根据权利要求10所述的步进电机控制电路,其特征在于,
所述检测区间被划分为利用驱动脉冲进行驱动后的所述第1区间、所述第1区间之后的第2区间、所述第2区间之后的第3区间,并且在维持驱动脉冲的等级而驱动所述步进电机的状态下,所述第1区间是判定以所述步进电机的转子为中心的空间的第2象限中的所述转子的最初正方向的旋转状况的区间,所述第2区间是判定第3象限中的所述转子的最初正方向的旋转状况的区间,所述第3区间是判定第3象限中的所述转子的最初反方向的旋转状况的区间,
当检测到与驱动电流相反方向的超过预定值的感应电流时,所述旋转检测部在所述第2区间以后进行与所述驱动电流相同方向的感应电流的检测,进行旋转状况的判定。
12.根据权利要求11所述的步进电机控制电路,其特征在于,
当检测到与驱动电流相反方向的超过预定值的感应电流时,所述旋转检测部将所述第2区间以及第3区间作为合并的1个第4区间而进行感应电流的检测,根据在所述第1区间以及第4区间中检测到的感应电流的模式,进行旋转状况的判定。
13.根据权利要求10至12中的任意一项所述的步进电机控制电路,其特征在于,
所述检测区间被划分为利用驱动脉冲进行驱动后的所述第1区间、所述第1区间之后的第2区间、所述第2区间之后的第3区间,并且在维持驱动脉冲的等级而驱动所述步进电机的状态下,所述第1区间是判定以所述步进电机的转子为中心的空间的第2象限中的所述转子的最初正方向的旋转状况的区间,所述第2区间是判定第3象限中的所述转子的最初正方向的旋转状况的区间,所述第3区间是判定第3象限中的所述转子的最初反方向的旋转状况的区间,
当检测到与驱动电流相同方向的超过预定值的感应电流时,所述旋转检测部在所述第2区间以后进行与所述驱动电流相反方向的感应电流的检测,进行旋转状况的判定。
14.根据权利要求13所述的步进电机控制电路,其特征在于,
当检测到与驱动电流相同方向的超过预定值的感应电流时,所述旋转检测部根据在所述第1区间至第3区间中检测到的感应电流的模式,进行旋转状况的判定。
15.根据权利要求1所述的步进电机控制电路,其特征在于,
在所述第1区间中,从该第1区间的开头起设置有预定时间宽度的第5区间,
所述旋转检测部根据在所述第5区间中是否检测到多个超过预定基准值的感应电流,选定在所述第5区间之后的区间中感应电流的检测方向而进行检测,根据基于在所述第5区间以及所述第5区间之后的区间中检测到的所述感应电流的模式,检测所述步进电机的旋转状况。
16.根据权利要求15所述的步进电机控制电路,其特征在于,
当在所述第5区间中没有检测到多个超过所述预定基准值的感应电流时,所述旋转检测部将所述第5区间作为所述第1区间,在所述第1区间之后的区间中将检测方向设为与所述第1区间相同的方向而检测所述感应电流,根据基于在所述第1区间以及所述第1区间以后的区间中检测到的所述感应电流的模式,检测所述步进电机的旋转状况。
17.根据权利要求15或16所述的步进电机控制电路,其特征在于,
当在所述第5区间中检测到多个超过所述预定基准值的感应电流时,所述旋转检测部将从所述第5区间结束后到检测出低于所述基准值的感应电流为止的区间作为第6区间,在所述第6区间之后的区间中将检测方向设为与所述第5区间相反的方向而检测所述感应电流,根据基于在所述第5区间、第6区间以及其它区间中检测到的所述感应电流的模式,检测所述步进电机的旋转状况。
18.根据权利要求15至17中的任意一项所述的步进电机控制电路,其特征在于,
当在所述第5区间中检测到多个超过所述预定基准值的感应电流时,在从所述第5区间结束后到检测出低于所述基准值的感应电流为止的第7区间超过预定时间宽度的情况下,所述旋转检测部在所述第7区间之后的区间中将检测方向设为与所述第5区间相反的方向而检测所述感应电流,根据基于在所述第5区间、第7区间以及其它区间中检测到的所述感应电流的模式,检测所述步进电机的旋转状况。
19.根据权利要求18所述的步进电机控制电路,其特征在于,
在维持主驱动脉冲的等级而驱动所述步进电机的状态下,所述第5区间以及第7区间是判定以所述步进电机的转子为中心的空间的第2象限中的所述转子的最初正方向的旋转状况的区间。
20.根据权利要求1至19中的任意一项所述的步进电机控制电路,其特征在于,
所述旋转检测部具有检测由于所述步进电机的自由振动而彼此反方向地流过所述驱动线圈的感应电流的第1检测元件和第2检测元件,并且在所述检测区间中,通过使包含所述步进电机的驱动线圈和所述检测元件的第1闭合电路以及由所述驱动线圈和低阻抗元件构成的第2闭合电路反复交替来检测所述感应电流,根据检测的感应电流的方向,将构成所述第1闭合电路的检测元件切换为所述第1检测元件或所述第2检测元件而进行检测。
21.一种机芯,其特征在于,该机芯具有权利要求1至20中的任意一项所述的步进电机控制电路。
22.一种模拟电子钟表,其特征在于,该模拟电子钟表具有权利要求21所述的机芯。
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