DE102005024284B4

DE102005024284B4 - 1 - 3Schaltungsanordnung zum Erkennen von Schrittverlusten bei Schrittmotoren

Info

Publication number: DE102005024284B4
Application number: DE102005024284.7A
Authority: DE
Inventors: Eduard Pankratz
Original assignee: Behr Hella Thermocontrol GmbH
Current assignee: Behr Hella Thermocontrol GmbH
Priority date: 2005-05-27
Filing date: 2005-05-27
Publication date: 2016-08-18
Anticipated expiration: 2025-05-28
Also published as: DE102005024284A1

Abstract

Schaltungsanordnung (S) zum Erkennen von Schrittverlusten bei Schrittmotoren (SM) – mit einem Messsignaleingang (Em), über welchen die Schaltungsanordnung (S) mit einem Messsignal (Um) beaufschlagbar ist, – mit einem Komparator (K) zum Vergleichen des Messsignals (Um) mit einem Referenzsignal (Uref), – mit Mitteln (Mref) zum Erzeugen des Referenzsignals (Uref) und – mit Mitteln (&) zum Erkennen des Schrittverlustes, die mit einem Ausgang des Komparators verbunden sind, – wobei die Schaltungsanordnung (S) einen Steuersignaleingang (Etr) für ein getaktetes Steuersignal hat und – wobei die Mittel (Mref) zum Erzeugen des Referenzsignals (Uref) mit dem Messsignaleingang (Em) und mit dem Steuersignaleingang (Etr) verbunden sind und Elemente (A, M, D) zum Verknüpfen des Messsignals (Um) und des Steuersignals (Utr) zum Erzeugen des Referenzsignals (Uref) aufweisen. dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (Mref) zum Erzeugen des Referenzsignals (Uref) einen Mittelwertbilder (D) zum Bilden eines Mittelwerts des Messsignals, als Element zum Verknüpfen einen Modulator (M) zum Modulieren des Messsignals (Um) mit dem Steuersignal (Utr) und als Element zum Verknüpfen einen Addierer (A) zum Addieren des modulierten Messsignals mit dem Mittelwert des Messsignals umfassen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Erkennen von Schrittverlusten bei Schrittmotoren mit einem Signaleingang, über welchen die Schaltungsanordnung mit einem Messsignal beaufschlagbar ist, mit einem Komparator zum Vergleichen des Messsignals mit einem Referenzsignal, mit Mitteln zum Erzeugen des Referenzsignals und mit Mitteln zum Erkennen des Schrittverlustes, die mit dem Ausgang des Komparators verbunden sind. Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung aus einem Schrittmotor und einer derartigen Schaltungsanordnung.
Aus der Druckschrift mit der Veröffentlichungsnummer EP 1 182 772 A2 ist eine Schaltung der eingangs genannten Art bekannt. Zum Erzeugen der Referenzspannung wird ein Potentiometer genutzt, über dessen Mittelabgriff die Referenzspannung, d. h. des Referenzsignals genutzt wird. Ferner weist die Schaltungsanordnung einen sogenannten Steuerabschnitt auf, in dem verschiedene Speicher vorgesehen sind, in welchen verschiedene Signaleigenschaften gespeichert sind. Die gespeicherten Signaleigenschaften werden mit dem Ausgang des Komparators vorliegenden Signals verglichen und bilden die Mittel zum Erkennen des Schrittverlustes. Die so ausgestalteten Mittel zum Erkennen des Schrittverlustes sind insbesondere aufgrund der elektronischen Speicher aufwändig und teuer.
Aus dem Dokument DE 296 09 570 U1 ist eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt. Die Schaltungsanordnung weist Mittel zum Erzeugen des Referenzsignals auf, die einen Kondensator umfassen (siehe DE 296 09 570 U1 , 1, Bzz. C). In dem Kondensator wird die Referenzspannung, die am nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers anliegt, gespeichert. Wie man insbesondere der DE 296 09 570 U1 , 2 entnehmen kann, erfolgt ein Aufladen des Kondensators immer zu diskreten Zeitpunkten, nämlich wenn der Transistor durchgeschaltet wird. Der Kondensator wird dann auf die an der Schaltungsanordnung anliegende Messspannung gebracht. D. h., die Referenzspannung entspricht der Messspannung zu einem diskreten Zeitpunkt. Sofern zu diesem diskreten Zeitpunkt ein unbrauchbarer Messwert vorläge, würde dieser unbrauchbare Messwert als Referenzspannung in dem Kondensator gespeichert. Ein solcher fehlerhafter Wert für die Referenzspannung ist jedoch für die ordnungsgemäße Funktion der Schaltungsanordnung von Nachteil.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so fortzubilden, dass sie robuster und zuverlässiger funktioniert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Durch den Vergleich des Referenzsignals mit dem Messsignal wird eine höhere Menge an Informationen gewonnen, bevor das von dem Komparator erzeugte Signal von den Mitteln zum Erkennen der Schrittverluste angesprochen wird. Dadurch kann es gelingen, als Mittel zum Erkennen des Schrittverlustes ein UND-Gatter vorzusehen, welches kostengünstiger ist als das aus dem Stand der Technik bekannte Mittel mit Speichern. Das Referenzsignal wird unter Zuhilfenahme des Messsignals erzeugt, was auf den ersten Blick als widersprüchlich erscheint. Von dem Messsignal werden jedoch nur die Informationen benötigt, die nicht die Störung, d. h. den Schrittverlust darstellen. Die Informationsteile des Messsignals, die den Schrittverlust darstellen, werden durch geeignete Elemente des Mittels zum Erzeugen des Referenzsignals abgeschwächt, so dass andere Informationsteile des Messsignals als Referenzsignal genutzt werden können.
Gemäß der Erfindung umfassen die Mittel zum Erzeugen des Referenzsignals einen Modulator zum Modulieren des Messsignals mit dem Steuersignal als Element zum Verknüpfen. Ein weiteres Element zum Verknüpfen ist ein Addierer, welcher das modulierte Messsignal mit einem Mittelwert des Messsignals addiert.
Die Mittel zum Erzeugen des Referenzsignals umfassen einen Mittelwertbildner zum Bilden des Mittelwerts des Messsignals.
Bei einer Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung wird nicht nur ein diskreter Messwert verwendet, sondern vielmehr das Messsignal eines längeren Zeitraums. Über den Mittelwertbildner wird das Messsignal über den Zeitraum nivelliert. Eine singuläre Störung, wie sie bei der Schaltungsanordnung gemäß der DE 296 09 570 U1 zu Fehlfunktionen führen kann, hat somit bei einer erfindungsgemäßen Anordnung keine so gravierenden Folgen. Die Schaltungsanordnung ist in ihrer Funktion dadurch robuster.
Die Schaltungsanordnung ist vorteilhaft so ausgelegt, dass als Referenzsignal und als Steuersignal Spannungen genutzt werden können.
Die Schaltungsanordnung kann ferner für ein Steuersignal geeignet sein, dass eine Frequenz hat, die halb so groß ist wie die Frequenz des Messsignals. Das Messsignal schwingt somit mit der doppelten Frequenz des Steuersignals. Das Steuersignal ist im Übrigen vorteilhaft ein Rechtecksignal, während das Messsignal annähernd ein Sägezahnsignal sein kann.
Ein Ausführungsbeispiel für eine Anordnung aus einem Schrittmotor und einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Erkennen von Schrittverlusten dieses Schrittmotors ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
1 ein Blockschaltbild der Anordnung,
2 ein Spannungs-Zeit-Diagramm des Rechtecksignals und
3 ein Spannungs-Zeit-Diagramm des Messsignals und des Referenzsignals.
Die in der 1 dargestellte Anordnung umfasst einen Schrittmotor S_m, der über einen Treiber T von einem Controller C angesteuert wird. Ein Spulenstrom des Schrittmotors ist über einen Messwiderstand R_m zum Bezugspotential geführt. Über den Messwiderstand R_m fällt dann eine Messspannung U_m(t) ab, die als Messsignal an einem Messsignaleingang E_m der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Erkennen von Schrittverlusten des Schrittmotors SM angeschlossen ist. Der Eingang der Schaltungsanordnung S ist hochohmig, so dass kein nennenswerter Strom in die Schaltungsanordnung S hineinfließt.
Der Controller C erzeugt neben dem Ansteuersignal für den Treiber T ein Triggersignal, das in 2 dargestellt ist. Das Triggersignal, das auch als Steuersignal bezeichnet wird, ist rechteckförmig und liegt an einem Steuersignaleingang E_tr der Schaltungsanordnung S an.
Die Schaltungsanordnung S hat einen Ausgang A, an dem Schrittverluste angezeigt werden. Der Ausgang A der Schaltungsanordnung S ist mit dem Controller C verbunden.
Das Erkennen von Schrittverlusten mittels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung beruht darauf, dass im Falle eines Schrittverlusts das Messsignal U_m eine ansteigende Flanke hat, die von der ansteigenden Flanke im fehlerfreien Betriebsfall nach oben hin abweicht. Es ist daher möglich, durch ein Überwachen der ansteigenden Flanke des Messsignals U_m Schrittverluste zu erkennen.
Das Verfahren zum Erkennen der Schrittverluste erfolgt mit der erfindungsgemäßen Schaltung zweistufig. Zunächst wird das Messsignal U_m mit einem geeigneten Referenzsignal U_ref verglichen. Dabei wird sowohl die ansteigende Flanke als auch die abfallende Flanke des Referenzsignals U_ref mit dem Messsignal verglichen.
Das Ergebnis des Vergleichs zwischen der fallenden Flanke des Referenzsignals U_ref und dem Messsignal U_m wird für die weiteren Untersuchungen nicht verwertet und wird daher in einer zweiten Stufe von einem Mittel zum Erkennen des Schrittverlustes verworfen. Bei diesem Mittel zum Erkennen von Schrittverlusten handelt es sich um ein UND-Gatter, das einerseits mit dem Ausgang des Komparators K und andererseits mit dem Steuersignaleingang E_tr verbunden ist.
Die Mittel zur Erzeugung des Referenzsignals U_ref erzeugen aus dem Steuersignal E_tr und dem Messsignal U_m das Referenzsignal U_ref. Dazu wird das Referenzsignal mit einem Modulator M moduliert. Das modulierte Referenzsignal wird mittels eines Addierers A mit dem Mittelwert des Messsignals U_m addiert, wobei der Mittelwert des Messsignals U_m von einem Mittelwertsbildner D erzeugt wird.
Das Referenzsignal ist im Übrigen in 3 dargestellt. In 3 ist neben dem Referenzsignal U_ref auch das Messsignal U_m dargestellt. Zu erkennen ist, dass das Referenzsignal so eingestellt ist, dass in einem fehlerfreien Betriebsfall ohne Schrittverluste die ansteigende Flanke des Messsignals unmittelbar unterhalb des Referenzsignals U_ref liegt. Kommt es durch eine Blockierung des Schrittmotors zu einem Schrittverlust, steigt die ansteigende Flanke des Messsignals über die ansteigende Flanke des Referenzsignals U_ref an (nicht dargestellt). Dieses wird von dem Komparator festgestellt, wie von dem Komparator jeder Zustand erkannt wird, in dem das Messsignal Um über dem Referenzsignal U_ref liegt, was insbesondere auch im Bereich der fallenden Flanke des Referenzsignals der Fall ist. Um die Bereiche des fallenden Referenzsignals U_ref von der Erkennung des Schrittverlustes auszuschließen, erfolgt die logische Verknüpfung mit dem Steuersignal U_tr in dem UND-Gatter. Die ansteigende Flanke des Referenzsignals läuft synchron zu dem Referenzsignal und zwar zu dem High-Pegel des rechteckförmigen Steuersignals U_tr. Die fallende Flanke läuft synchron zu der Pulspause zwischen zwei Steuersignalpulsen. Liegt am Komparatorausgang eine bezogen auf das UND-Gatter logische 1 an, was immer dann der Fall ist, wenn das Referenzsignal U_ref kleiner ist als das Messsignal U_m und liegt gleichzeitig über das Steuersignal U_tr eine logische 1 am Eingang des UND-Gatters an, erzeugt das UND-Gatter an seinem Ausgang eine logische 1, was dem Vorliegen eines Schrittverlustes entspricht. Liegt eine logische 0 am Ausgang des Komparators an und trifft diese logische 0 des am Komparatorausgang auf ein Puls des Steuersignals führt dies am Ausgang des UND-Gatters zu einer logischen 0, d. h. ein Schrittverlust liegt nicht vor.
Da in den Pulspausen am Eingang des UND-Gatters immer eine logische 0 anliegt und auch die Referenzspannung unterhalb der Messspannung liegt, d. h. einen logische 1 am Ausgang des Komparators anliegt, führt dies zu einer logischen 0 am Ausgang des UND-Gatter, was wiederum einem fehlerfreien Betrieb des Schrittmotors entspricht.

Claims

Schaltungsanordnung (S) zum Erkennen von Schrittverlusten bei Schrittmotoren (SM) – mit einem Messsignaleingang (E_m), über welchen die Schaltungsanordnung (S) mit einem Messsignal (U_m) beaufschlagbar ist, – mit einem Komparator (K) zum Vergleichen des Messsignals (Um) mit einem Referenzsignal (U_ref), – mit Mitteln (M_ref) zum Erzeugen des Referenzsignals (U_ref) und – mit Mitteln (&) zum Erkennen des Schrittverlustes, die mit einem Ausgang des Komparators verbunden sind, – wobei die Schaltungsanordnung (S) einen Steuersignaleingang (E_tr) für ein getaktetes Steuersignal hat und – wobei die Mittel (M_ref) zum Erzeugen des Referenzsignals (U_ref) mit dem Messsignaleingang (E_m) und mit dem Steuersignaleingang (E_tr) verbunden sind und Elemente (A, M, D) zum Verknüpfen des Messsignals (U_m) und des Steuersignals (U_tr) zum Erzeugen des Referenzsignals (U_ref) aufweisen. dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (M_ref) zum Erzeugen des Referenzsignals (U_ref) einen Mittelwertbilder (D) zum Bilden eines Mittelwerts des Messsignals, als Element zum Verknüpfen einen Modulator (M) zum Modulieren des Messsignals (Um) mit dem Steuersignal (U_tr) und als Element zum Verknüpfen einen Addierer (A) zum Addieren des modulierten Messsignals mit dem Mittelwert des Messsignals umfassen.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Erkennen des Schrittverlustes ein UND-Gatter (&) ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (S) für Spannungen als Messsignal (U_m) oder Steuersignal (U_tr) geeignet ist.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (S) für ein Steuersignal (U_tr) mit einer Frequenz geeignet ist, die halb so groß ist, wie die Frequenz des Messsignals (U_m).
Anordnung aus einem Schrittmotor (SM) und einer Schaltungsanordnung (S) zum Erkennen von Schrittverlusten bei Schrittmotoren (S_m), dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (S) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ausgebildet ist.