DE19543810C1

DE19543810C1 - Control circuit for electromechanical positioning devices stepper motors e.g. for vehicle actuators

Info

Publication number: DE19543810C1
Application number: DE1995143810
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Eckl; Robert Dipl Ing Sitzmann
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1995-11-24
Filing date: 1995-11-24
Publication date: 1997-02-20
Anticipated expiration: 2015-11-25

Abstract

The positioning device has at least one stepper motor and a control circuit (1). The latter supplies power to at least one drive circuit (7,8) for the stepper motor. The exciting coils (2,3) of the stepper motor are operated with a dc current in a hold state (4) and are operated with an alternating (ac) current in a drive state (4). In the preferred arrangement a control logic may be provided in the control circuit (1) to receive phase signals from the control signals and to form ac control signals from the phase signals in the drive state and dc control signals in the hold state. At least one driver circuit (7,8) may be provided to generate an ac or dc current for the exciting coils (2,3) from the respective control signals. A comparator may be provided to compare the current strengths through the coils (2,3) and to inform the control logic when a predetermined current strength is reached.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerschaltung für eine Positioniervorrichtung mit wenigstens einem Schrittmotor, die bei mechanisch geführten Meßgeräten einsetzbar ist.The invention relates to a control circuit for a positioning device with at least one stepper motor, which is used in mechanically guided measuring devices can be used.

In ferngesteuerten Meßvorrichtungen wird das jeweilige Meßgerät oder die Meßsonde beispielsweise mittels mechanischer Verfahreinrichtungen positioniert. Dabei wird die Verfahreinrichtung von Schrittmotoren angetrieben. Diese arbeiten im Wechselstrombetrieb und werden von entsprechenden, kommerziell erhältlichen Steuerschaltungen für Schrittmotoren angesteuert. Durch den verwendeten Wechselstrombetrieb emittieren die Schrittmotoren und die Zuleitungen hochfrequente, elektromagnetische Strahlung mit nicht unerheblicher Leistung, so daß beim Messen mit empfindlichen Sensoren Fehler auftreten. Die elektromagnetische Strahlung überlagert sich dem empfangenen Meßsignal so stark, daß eine fehlerhafte Detektion die Folge ist.In remote-controlled measuring devices, the respective measuring device or Measuring probe positioned for example by means of mechanical traversing devices. The moving device is driven by stepper motors. These works in AC operation and are available from corresponding, commercially available Control circuits for stepper motors controlled. By the used AC operation emit the stepper motors and leads high frequency, electromagnetic radiation with not insignificant power, so that errors occur when measuring with sensitive sensors. The electromagnetic radiation is superimposed on the received measurement signal so strongly that incorrect detection is the result.

In DE 44 11 794 A1 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Verstelleinrichtung in einem Fahrzeug angegeben, bei dem der Energieverbrauch bei der Steuerung der Verstelleinrichtung in einem Fahrzeug mittels Schrittmotor abgesenkt wird. Dazu wird vorzugsweise in stationären oder quasi-stationären Betriebsphasen der durch die Schrittmotorwicklungen fließende Strom abgesenkt, indem die entsprechenden Stromwerte aus zwei oder mehr unterschiedlichen Stromtabellen ausgelesen werden. Durch die unterschiedlichen Stromwerte bzw. Stromtabellen werden die Schrittmotorwicklungen je nach Betriebszustand mit Strömen verschiedener Amplituden aber gleichem Verlauf versorgt. Daher entstehen durch die Wicklungen in jedem Betriebszustand elektromagnetische Strahlungen.DE 44 11 794 A1 describes a method and a device for controlling a Adjustment device specified in a vehicle in which the energy consumption at the control of the adjustment device in a vehicle by means of a stepper motor is lowered. This is preferably done in stationary or quasi-stationary Operating phases of the current flowing through the stepper motor windings are reduced, by making the corresponding current values from two or more different ones Current tables can be read out. Due to the different current values or Depending on the operating state, the stepper motor windings are included in the current tables Currents of different amplitudes but supplied the same course. Therefore arise by the windings electromagnetic radiation in every operating state.

Aus US 4,661,755 ist ebenfalls eine Kontrollvorrichtung für einen Schrittmotor in einer Positioniervorrichtung bekannt, die die Erregerspulen des Schrittmotors je nach Betriebszustand mit verschiedenen Spannungen versorgt. Dabei werden die Erregerspulen des Schrittmotors lediglich während einer bestimmten Zeitdauer in der Startphase aus einem Ruhezustand heraus mit einer hohen Erregerspannung versorgt.A control device for a stepper motor is also known from US Pat. No. 4,661,755 a positioning device known that the excitation coils of the stepper motor each supplied with different voltages depending on the operating state. The Excitation coils of the stepper motor only during a certain period of time Start phase supplied with a high excitation voltage from an idle state.

Durch den Betrieb der Erregerspulen der Schrittmotoren mit einer niedrigen Erregerspannung, so bald die Positioniervorrichtung sich in einem stabilen, aktiven Betriebszustand befindet, wird der Energieverbrauch gesenkt. Da nur die Amplitude der Versorgungsspannung variiert wird, werden von den Erregerspulen in jedem Betriebszustand elektromagnetische Störemissionen verursacht.By operating the excitation coils of the stepper motors with a low Excitation voltage as soon as the positioning device is in a stable, active Operating state, energy consumption is reduced. Since only the amplitude of the supply voltage varies will be electromagnetic from the excitation coils in every operating state Causes interference emissions.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die elektromagnetischen Störemissionen des Schrittmotors währende der Messung zu reduzieren.The invention is therefore based on the object, the electromagnetic Reduce interference emissions from the stepper motor during the measurement.

Diese Aufgabe wird bei einer Positioniervorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß eine Steuerschaltung zur Versorgung wenigstens einer Erregerspule des Schrittmotors mit einem Gleichstrom in einem Haltezustand und zur Versorgung mit einem Wechselstrom in einem Fahrzustand vorgesehen ist. This object is achieved in a positioning device of the type mentioned solved in that a control circuit for supplying at least one Excitation coil of the stepping motor with a direct current in a holding state and is provided for supply with an alternating current in a driving state.

Die beanspruchte Positioniervorrichtung ist derart gestaltet, daß die Schrittmotoren mit verschieden geformten Stromverläufen betrieben werden können. Dazu ist eine Steuerschaltung vorgesehen, die ein Umschalten zwischen unterschiedlichen Be triebsarten ermöglicht. Dabei wird insbesondere zwischen dem Fahrzustand (wäh rend des Positioniervorgangs) und dem Haltezustand (während des Meßvorgangs) unterschieden. Im Fahrzustand werden die Schrittmotoren mit Wechselstrom betrieben, wogegen die Erregerspulen im Haltezustand mit Gleichstrom versorgt werden. Während des Fahrzustandes ist der Wechselstrombetrieb notwendig, um hohe Fahrgeschwindigkeiten zu erreichen. Als Wechselstrom ist z. B. ein annähernd impulsförmiger Stromverlauf zu verstehen, dem insbesondere auch ein Gleichstrom überlagert sein kann. Im Haltezustand reicht ein entsprechend dimensionierter Gleichstrom durch die Erregerspulen aus, um den Rotor des Schrittmotors zu fixieren. Da beim Gleichstrom keine Impulse auftreten, kann auch keine Stör strahlung entstehen. Durch diesen Unterschied zu kommerziell erhältlichen Steuer schaltungen für Schrittmotoren werden die die Messung beeinflussenden elektro magnetischen Emissionen der Schrittmotoren und der Zuleitungen reduziert. Damit sind auch mit elektromechanisch positionierbaren Meßgeräten Messungen mit empfindlichen Sensoren möglich, ohne daß auf die hohe Fahrgeschwindigkeit der Schrittmotoren bei Wechselstrombetrieb verzichtet werden muß.The claimed positioning device is designed such that the stepper motors can be operated with differently shaped currents. There is one Control circuit provided that switching between different loading modes possible. In particular, a distinction is made between the driving state (wäh during the positioning process) and the stop state (during the measuring process) distinguished. The stepper motors are powered by alternating current operated, whereas the excitation coils are supplied with direct current in the holding state will. During the driving state, AC operation is necessary to to achieve high driving speeds. As an alternating current. B. an approximate to understand pulse-shaped current profile, in particular a direct current can be overlaid. An appropriately sized one is sufficient in the holding state DC current through the excitation coils to the rotor of the stepper motor fix. Since there are no pulses in direct current, there can be no interference radiation arise. Because of this difference to commercially available tax Circuits for stepper motors become the electro influencing the measurement magnetic emissions of the stepper motors and the supply lines reduced. In order to are also measurements with electromechanically positionable measuring devices sensitive sensors possible without the high driving speed of the Stepper motors in AC operation must be dispensed with.

Bei einer Ausführungsform der eingangs genannten Erfindung ist in der Steuer schaltung eine Steuerlogik zum Empfang von aus Steuersignalen abgeleiteten Phasensignalen, denen Phasen der Erregerspulen zugeordnet sind, und zur Bildung von Wechselstromsteuersignalen aus den Phasensignalen in einem Fahrzustand und zur Bildung von Gleichstromsteuersignalen aus den Phasensignalen in einem Haltezustand vorgesehen, und es ist wenigstens eine Treiberschaltung zur Erzeugung eines Wechsel- und Gleichstroms für die Erregerspulen aus den Wechsel- und Gleichstromsteuersignalen vorgesehen.In one embodiment of the invention mentioned in the tax circuit a control logic for receiving those derived from control signals Phase signals, to which phases of the excitation coils are assigned, and for formation of AC control signals from the phase signals in a driving state and to form direct current control signals from the phase signals in one Hold state is provided, and there is at least one driver circuit for generation an alternating and direct current for the excitation coils from the alternating and DC control signals provided.

Die Steuerschaltung kann über Steuersignale für einen Halte- oder Fahrzustand, für eine Bewegungsrichtung, für einen Halb- oder Vollschrittbetrieb, für eine Aktivierung der Steuerschaltung und für eine Rücksetzung der Steuerschaltung in einen Nullzustand, bezogen auf die Lage der Positioniervorrichtung im Meßraum, beeinflußt werden. Diese Steuersignale werden von einer übergeordneten Vorrichtung geliefert und liegen an der Steuerschaltung als Eingabesignale an. Für die Positionierung nehmen die Erregerspulen verschiedene Phasen ein, so daß eine bestimmte Anzahl von Schritten in einer bestimmten Richtung ausgeführt wird. Dazu müssen die Erregerspulen jeweils mit einem entsprechenden Strom versorgt werden, der jeweils unterschiedlich sein kann. Dabei entspricht jede mögliche Kombination der Stromversorgung für alle Erregerspulen einer Phase des Schrittmotors. Die Phasensignale steuern die Stromversorgung für die Erregerspulen. Während des Fahrzustandes werden aus diesen Phasensignalen Wechselstromsteuersignale gebildet, um eine schnelle Positionierung zu ermögli chen. Dagegen werden aus ihnen während des Haltezustandes Gleichstromsteuer signale gebildet, um störende elektromagnetische Emissionen während der Messun gen zu reduzieren. Diese Gleich- und Wechselstromsteuersignale werden in wenig stens einer Treiberschaltung zu einem Gleich- und Wechselstrom durch die Erreger spulen verstärkt.The control circuit can control signals for a stop or driving state, for a direction of movement, for a half or full step operation, for activation of the control circuit and for one Resetting the control circuit to a zero state, based on the position of the Positioning device in the measuring room can be influenced. These control signals are delivered by a higher-level device and are due to the control circuit Input signals. The excitation coils use different ones for the positioning Phases so that a certain number of steps in a certain Direction is running. To do this, the excitation coils must each have a appropriate power can be supplied, which can be different. Here corresponds to every possible combination of the power supply for all excitation coils a phase of the stepper motor. The phase signals control the power supply for the excitation coils. During the driving state, these phase signals become AC control signals formed to enable quick positioning chen. In contrast, they become direct current control during the holding state signals are generated to measure interfering electromagnetic emissions during measurement to reduce gene. These DC and AC control signals are used in little At least one driver circuit for direct and alternating current through the exciter coils reinforced.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist bei einem Fahrzustand die Steuerlogik zu vorgegebenen Zeitpunkten zur Lieferung eines Stromes und bei einer bestimmten Stromstärke durch wenigstens eine Erregerspule zur Abschaltung des Stromes vorgesehen. Die Steuerlogik erzeugt die Wechselstromsteuersignale durch Lieferung eines Stromes zu festgelegten Zeitpunkten, wenn ein Phasensignal anliegt. Der Strom wird abgeschaltet, wenn der Strom durch wenigstens eine Erregerspule eine bestimmte Stromstärke erreicht. Dieser Zyklus wiederholt sich bei dem nächsten vorgegebenen Zeitpunkt. Durch das wiederholte An- und Abschalten der Phasen signale im Fährzustand entstehen Wechselstromsteuersignale mit annähernd impuls förmigem Stromverlauf. In a preferred development, the control logic is closed in a driving state given times for the delivery of electricity and at a certain time Current through at least one excitation coil for switching off the current intended. The control logic generates the AC control signals by delivery of a current at specified times when a phase signal is present. Of the Current is switched off when the current through at least one excitation coil certain current reached. This cycle is repeated on the next one given time. By repeatedly switching the phases on and off Signals in the driving state generate AC control signals with approximately impulses shaped current flow.

Bei einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist jeweils ein Komparator zum Vergleich der Stromstarke durch eine zugeordnete Erregerspule und bei Erreichen der bestimmten Stromstarke zur Meldung an die Steuerlogik vorgesehen. Der Zeitpunkt des Abschaltens des Stromes durch die Erregerspulen wird durch eine bestimmte Vergleichsspannung festgelegt, die von einer Schaltung zur Verfügung gestellt wird. Ein Komparator vergleicht die Stromstarke durch die ihm zugeordnete Erregerspule, indem die Spannung über einem in Reihe zur Erregerspule geschalte ten Meßwiderstand gemessen wird. Diese gemessene Spannung wird im Komparator mit der von der Schaltung erzeugten Spannung verglichen. Erreicht die Spannung über dem Meßwiderstand die einstellbare Spannung, meldet der Komparator der Steuerschaltung die Erfüllung der Bedingung.In an advantageous embodiment of the invention, a comparator for each Comparison of the current through an assigned excitation coil and when it is reached the specific current is provided for reporting to the control logic. Of the The point in time at which the current through the excitation coils is switched off is by a certain reference voltage set by a circuit available is provided. A comparator compares the current intensity with that assigned to it Excitation coil by connecting the voltage across a series to the excitation coil th measuring resistor is measured. This measured voltage is in the comparator compared to the voltage generated by the circuit. Reaches the tension The comparator reports the adjustable voltage across the measuring resistor Control circuit fulfilling the condition.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist in der Steuerschaltung ein in seiner Zählrichtung und seiner Zählschrittweite durch entsprechende Steuersignale steuer barer Zähler zur Bildung von Zählerzustandssignalen vorgesehen. Der Zähler führt einen Zählschritt bei einem Taktsignal aus, wobei sich sowohl Zählrichtung als auch Zählschrittweite steuern lassen. Dazu erhält er die Steuersignale für die Bewegungs richtung und für den Halb- oder Vollschrittbetrieb. Eine Umkehr der Zählrichtung entspricht dabei einer Umkehr der Drehrichtung des Schrittmotors. Der Wechsel vom Halb- in den Vollschrittbetrieb ist einer Verdoppelung der Zählschritte pro Takt und damit der Drehgeschwindigkeit des Schrittmotors gleichzusetzen. Die binären Ausgangssignale des Zählers bilden die Zählerzustandssignale.In an advantageous embodiment, one is in the control circuit Control the counting direction and its counting step by means of appropriate control signals bar counter provided to form counter status signals. The counter leads a counting step for a clock signal, with both counting direction and Have the counting step controlled. For this he receives the control signals for the movement direction and for half or full step operation. A reversal of the counting direction corresponds to a reversal of the direction of rotation of the stepper motor. The change from half to full step operation is a doubling of the counting steps per cycle and thus equate to the speed of rotation of the stepper motor. The binary Output signals from the counter form the counter status signals.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist in der Steuerschaltung ein Decoder zur Bildung der Phasensignale durch Umordnung der empfangenen Zählerzustandssignale vorgesehen. Mit dem Zähler werden auf einfache Weise verschiedene Zustände erzeugt. Jeder Zählerzustand entspricht dabei einer anderen Phasen der Erregerspulen des Schrittmotors. Dazu werden die Zählerzustandssignale im Decoder beispielsweise mittels einer festverdrahteten Logik umgearbeitet, so daß die Phasensignale für die Erregerspulen entstehen. Weiterhin kann der Decoder jeweils bei Erreichen eines bestimmten Zählerzustandes ein Kontrollsignal ausgeben, so daß der Betrieb des Zählers während des Fahrzustandes beispielsweise durch den Anschluß einer LED überwacht werden kann.In an advantageous development of the invention, one is in the control circuit Decoder for forming the phase signals by rearranging the received ones Counter status signals are provided. Using the counter is simple different states generated. Each counter state corresponds to a different one Phases of the excitation coils of the stepper motor. To do this, the counter status signals reworked in the decoder, for example, using hard-wired logic so that the phase signals for the excitation coils arise. Furthermore, the decoder output a control signal each time a certain counter state is reached, so that the operation of the counter during the driving state, for example, by the Connection of an LED can be monitored.

Vorzugsweise werden bei der Erfindung in einer Treiberschaltung zur Erzeugung der Phasen der Erregerspulen jeweils eine H-förmige Brückenschaltung mit je zwei in Reihe geschalteten, als steuerbare Schalter arbeitenden Transistoren in zwei parallelen Zweigen vorgesehen. Des weiteren sind die zwei Verbindungsknoten zwischen den beiden Transistoren in den parallelen Zweigen zum Anschluß einer Erregerspule und der jeweilige Steuereingang eines Transistors zum Empfang der Wechsel- und Gleichstromsteuersignale vorgesehen. Die beispielsweise als Bipolar- oder Feldeffekttransistoren ausgeführten steuerbaren Schalter sind als Elemente der Brückenschaltungen derart seriell verbunden, daß sie durch Ansteuerung ihres Basis- oder Gateanschlusses jeweils leitend werden können. Im Brückenzweig zwischen den beiden parallelen Zweigen ist eine Erregerspule angeschlossen. Dabei wird je einer ihrer Anschlüsse mit dem Verbindungsknoten zwischen den zwei in Reihe geschalteten Transistoren eines Parallelzweiges verbunden. Wenn die Transistoren an ihren Basis- oder Gateanschlüssen mit den Wechsel- oder Gleichstromsteuersignalen angesteuert werden, kann eine Versorgungsspannung durchgeschaltet werden. Dadurch wird ein Stromfluß in einer bestimmten Richtung durch die Erregerspule eingestellt. Durch die entsprechende Kombination der angesteuerten Transistoren entsteht die Strom flußrichtung in der Erregerspule. Durch das Zusammenwirken aller Erregerspulen werden so die Phasen der Schrittmotoren realisiert und einzelne Schritte in einer bestimmten Richtung ausgeführt.The invention preferably uses a driver circuit for generation the phases of the excitation coils each have an H-shaped bridge circuit with two each transistors connected in series and operating as controllable switches in two parallel branches are provided. Furthermore, the two connection nodes between the two transistors in the parallel branches for connecting one Excitation coil and the respective control input of a transistor for receiving the AC and DC control signals are provided. For example, as a bipolar Controllable switches or field effect transistors are designed as elements of the Bridge circuits connected in series in such a way that they can be or gate connection can become conductive. In the bridge branch between the an excitation coil is connected to both parallel branches. One each their connections with the connecting node between the two connected in series Transistors of a parallel branch connected. If the transistors at their base or gate connections controlled with the AC or DC control signals a supply voltage can be switched through. This will make a Current flow set in a certain direction through the excitation coil. By the corresponding combination of the controlled transistors creates the current flow direction in the excitation coil. By the interaction of all excitation coils the phases of the stepper motors are realized and individual steps in one certain direction.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in der Steuerschaltung ein Spannungsumschalter mit einem ersten und zweiten, als steuerbarer Schalter arbeitenden Transistor enthalten und die Steuerlogik noch zur Erzeugung eines Schaltsignals zur Angabe des Fahr- oder Haltezustandes aus den Steuersignalen vorgesehen. Weiterhin ist in Abhängigkeit von dem Schaltsignal der erste Transistor zum Anlegen einer ersten Gleichspannung an den Versorgungseingang einer Treiberschaltung während des Fahrzustandes und der zweite Transistor zum Anlegen einer zweiten Gleichspannung an den Versorgungseingang einer Treiberschaltung während des Haltezustandes vorgesehen. Mit diesem Spannungsumschalter wird jeweils die für den Betriebszustand passende Spannung an die Treiberschaltungen gelegt. Die als Bipolar- oder Feldeffekttransistoren ausgeführten steuerbaren Schalter sind mit je einer Versorgungsspannung und mit den Versorgungseingängen der Treiberschaltungen verbunden. Durch Ansteuerung ihres Basis- oder Gateanschlusses können sie jeweils die angeschlossene Versorgungsspannung durchschalten. Dabei ist jeweils nur ein Transistor leitend, während der andere sperrt, so daß nur die gewähl te Spannung anliegt und die andere Spannung ohne Einfluß ist. Das Schaltsignal für die Ansteuerung der Transistoren liefert die Steuerlogik in Abhängigkeit vom eingegebenen Steuersignal für den Halte- oder Fahrzustand. Für die Fixierung des Schrittmotors im Haltezustand mit Gleichstrom ist eine geringere Spannung als beim Betrieb mit Wechselstrom während der Positionierung notwendig.In a preferred embodiment of the invention is in the control circuit Voltage switch with a first and second, as a controllable switch working transistor included and the control logic to generate a Switching signal to indicate the driving or stopping status from the control signals intended. Furthermore, the first transistor is dependent on the switching signal for applying a first DC voltage to the supply input of a Driver circuit during the driving state and the second transistor to apply a second DC voltage to the supply input of a driver circuit provided during the holding state. With this voltage switch in each case the voltage suitable for the operating state to the driver circuits placed. The controllable switches designed as bipolar or field effect transistors are each with a supply voltage and with the supply inputs of the Driver circuits connected. By controlling your base or gate connection you can switch through the connected supply voltage. It is only one transistor conductive while the other blocks, so that only the selected te voltage is present and the other voltage has no influence. The switching signal for the control of the transistors provides the control logic depending on entered control signal for the stop or driving state. For the fixation of the Stepper motor in the holding state with direct current is a lower voltage than with AC operation required during positioning.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert werden. Dabei zeigenAn embodiment of the invention will now be described with reference to the drawings are explained. Show

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Steuerschaltung einer Positioniervorrichtung, Fig. 1 is a block diagram of a control circuit of a positioning device,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Auswerteeinheit in der in Fig. 1 dargestellten Steuerschaltung, Fig. 2 is a block diagram of an evaluation unit in the embodiment shown in Fig. 1 the control circuit,

Fig. 3 die Schaltskizze einer Treiberschaltung in der in Fig. 1 dargestellten Steuer schaltung mit möglichen Polungen der Erregerwicklungen, und Fig. 3 shows the circuit diagram of a driver circuit in the control circuit shown in Fig. 1 with possible polarities of the excitation windings, and

Fig. 4 die Schaltskizze eines Spannungsumschalters in der in Fig. 1 dargestellten Steuerschaltung zum Wechsel zwischen zwei Spannungsversorgungen. Fig. 4 shows the circuit diagram of a voltage changeover switch in the control circuit shown in Fig. 1 for changing between two voltage supplies.

In Fig. 1 ist eine prinzipielle Darstellung einer möglichen Ausführungsform der Erfindung angegeben. Eine Steuerschaltung 1 ist dabei Bestandteil einer Positionier vorrichtung, wie sie zum Beispiel in Meßvorrichtungen vorkommt, bei denen ein Meßkopf mit einer Meßsonde in einem Meßraum mittels Linearantrieben und Schrittmotoren positioniert wird. Die Verwendung von Schrittmotoren hat den Vorteil der direkten Abhängigkeit der angefahrenen Position vom Ansteuersignal, so daß eine Lageerfassung und -regelung unnötig ist.In Fig. 1 shows a schematic representation of a possible embodiment of the invention is indicated. A control circuit 1 is part of a positioning device such as occurs, for example, in measuring devices in which a measuring head with a measuring probe is positioned in a measuring space by means of linear drives and stepper motors. The use of stepper motors has the advantage of the direct dependence of the position approached on the control signal, so that position detection and control is unnecessary.

An einer Auswerteeinheit 5 der Steuerschaltung 1 der Positioniervorrichtung liegen als Steuersignale an den Eingängen 4 und 9 bis 13 Signale für einen Halte- oder Fahrzustand 4, einen Takt 9, eine Bewegungsrichtung 10, für einen Halb- oder Vollschrittbetrieb 11 sowie für eine Aktivierung 12 und eine Rücksetzung in einen Nullzustand 13 an. Des weiteren steht noch das Ausgangssignal eines externen Oszillators 18 zur Verfügung. Weiterhin erhält die Auswerteeinheit 5 Signale von einer Funktionsüberwachung 22 und von zwei Komparatoren 19 und 20. Nach Auswertung dieser Signale gibt die Auswerteeinheit 5 entsprechende Steuersignale an Treiberschaltungen 7 und 8 für Erregerspulen 2 und 3 des Schrittmotors und an einen Spannungsumschalter 6 aus. Diese Treiberschaltungen 7 und 8 sowie der Spannungsumschalter 6 regeln das Umschalten zwischen den verschiedenen Betriebs zuständen der Steuerschaltung 1. Zur Überwachung des Betriebes dient die mit der Auswerteeinheit 5 gekoppelte Funktionsüberwachung 22. Eine Schaltung 24 liefert einen konstanten, einstellbaren Spannungswert.On an evaluation unit 5 of the control circuit 1 of the positioning device, signals for a stop or driving state 4 , a clock 9 , a direction of movement 10 , for a half or full step operation 11 as well as for an activation 12 and are present as control signals at the inputs 4 and 9 to 13 a reset to a zero state 13 . Furthermore, the output signal of an external oscillator 18 is still available. The evaluation unit 5 also receives signals from a function monitor 22 and from two comparators 19 and 20 . After evaluating these signals, the evaluation unit 5 outputs corresponding control signals to driver circuits 7 and 8 for excitation coils 2 and 3 of the stepping motor and to a voltage switch 6 . These driver circuits 7 and 8 and the voltage switch 6 regulate the switching between the different operating states of the control circuit 1st The function monitor 22 coupled to the evaluation unit 5 is used to monitor the operation. A circuit 24 provides a constant, adjustable voltage value.

Die Steuersignale 4 und 9 bis 13 werden von einer übergeordneten Steuereinheit geliefert. Dabei bestimmt das Signal 4 darüber, ob die Steuerschaltung 1 im Halte- oder Fahrzustand betrieben werden soll. Das Signal für den Haltezustand kann auch direkt von einem nicht dargestellten Störungs- oder Fehlermelder erzeugt werden.The control signals 4 and 9 to 13 are supplied by a higher-level control unit. The signal 4 determines whether the control circuit 1 is to be operated in the stopped or driving state. The signal for the hold state can also be generated directly by a fault or error detector, not shown.

Das Signal 10 entscheidet über die Bewegungsrichtung und das Signal 11 stellt den Halb- oder Vollschrittbetrieb ein. Das heißt, neben Vor- und Rückwärtsbewegungen sind auch zwei verschiedene Positioniergeschwindigkeiten möglich. Das Signal 12 aktiviert die Steuerschaltung 1 und mit Signal 13 kann die Steuerschaltung 1 in einen Nullzustand, bezogen auf die gegenwärtige Position im Meßraum, zurückgesetzt werden. Des weiteren werden noch das Taktsignal 9 und das Oszillatorsignal 18 geliefert.The signal 10 decides on the direction of movement and the signal 11 sets the half or full step operation. In addition to forward and backward movements, two different positioning speeds are also possible. The signal 12 activates the control circuit 1 and with signal 13 the control circuit 1 can be reset to a zero state, based on the current position in the measuring space. The clock signal 9 and the oscillator signal 18 are also supplied.

Die Signale der Komparatoren 19 und 20 sowie der Funktionsüberwachung 22 sind interne Rückmeldungen der Steuerschaltung 1. Die Funktionsüberwachung 22 kontrolliert dabei verschiedene Funktionsparameter der Steuerschaltung 1 wie Kühlkörpertemperatur, Unter- und Überspannung einer Versorgungsspannung 25 oder 26 (vgl. Fig. 4) und die Stromaufnahme der gesamten Steuerschaltung 1. Bei einer Fehlererkennung wird die Steuerschaltung 1 abgeschaltet und muß aus Si cherheitsgründen, bevor sie wieder betrieben werden kann, von der Versorgungs spannung 25 bzw. 26 getrennt werden.The signals from the comparators 19 and 20 and the function monitor 22 are internal feedback from the control circuit 1 . The function monitor 22 controls various function parameters of the control circuit 1 such as heat sink temperature, undervoltage and overvoltage of a supply voltage 25 or 26 (see FIG. 4) and the current consumption of the entire control circuit 1 . If an error is detected, the control circuit 1 is switched off and must be separated from the supply voltage 25 or 26 for safety reasons before it can be operated again.

In den Komparatoren 19 und 20 werden die in den Treiberschaltungen 7 und 8 gemessenen Spannungen mit einem bestimmten, einstellbaren Spannungswert verglichen, den eine Schaltung 24 erzeugt. Wenn der gemessene Spannungswert diesen bestimmten Wert erreicht, gibt der jeweilige Komparator 19 bzw. 20 ein Signal an die Auswerteeinheit 5 aus.In the comparators 19 and 20 , the voltages measured in the driver circuits 7 and 8 are compared with a specific, adjustable voltage value that a circuit 24 generates. When the measured voltage value reaches this specific value, the respective comparator 19 or 20 outputs a signal to the evaluation unit 5 .

Entsprechend der Auswertung der Eingabesignale 4, 9 bis 13, 18 bis 20 und 22 gibt die Auswerteeinheit 5 Signale für zwei Treiberschaltungen 7 und 8 und den Span nungsumschalter 6 aus. Da der Schrittmotor zwei Erregerspulen 2 und 3 besitzt, die jeweils mittels einer Treiberschaltung betrieben werden, sind auch zwei Treiber schaltungen vorgesehen. Der Aufbau und die Funktion der Treiberschaltungen wird beispielhaft anhand der Treiberschaltung 8 mit der Erregerspule 2 bei einer Versor gungsspannung 25 in Fig. 3 dargestellt und weiter unten erläutert. According to the evaluation of the input signals 4 , 9 to 13 , 18 to 20 and 22 , the evaluation unit 5 outputs signals for two driver circuits 7 and 8 and the voltage switch 6 . Since the stepper motor has two excitation coils 2 and 3 , each of which is operated by means of a driver circuit, two driver circuits are also provided. The structure and function of the driver circuits is shown by way of example using the driver circuit 8 with the excitation coil 2 at a supply voltage 25 in FIG. 3 and explained further below.

Der Spannungsumschalter 6 schaltet zwischen zwei Versorgungsspannungen 25 und 26 um und versorgt die beiden Treiberschaltungen 7 und 8 mit der jeweils durch geschalteten Spannung 25 oder 26. Die Funktion wird weiter unten unter Zuhilfe nahme der Fig. 4 anhand des genauen Aufbaus erläutert.The voltage switch 6 switches between two supply voltages 25 and 26 and supplies the two driver circuits 7 and 8 with the voltage 25 or 26 which is switched by each. The function is explained below with the aid of FIG. 4 based on the exact structure.

In der Fig. 2 ist der Aufbau der Auswerteeinheit 5 mit einem Blockschaltbild genauer dargestellt. Die Auswerteeinheit 5 setzt sich zusammen aus einem Kippglied 23, einem Zähler 16, einem Decoder 15 und einer Steuerlogik 14.In FIG. 2, the structure of the evaluation unit 5 is illustrated in more detail with a block diagram. The evaluation unit 5 is composed of a flip-flop 23 , a counter 16 , a decoder 15 and a control logic 14 .

Das Kippglied 23 speichert das Signal für die Bewegungsrichtung 10 bei der fallenden Flanke des Taktsignals 9. Damit kann jederzeit ohne Störung der Steuerlo gik 14 das Signal für die Bewegungsrichtung 10 geändert werden. Da der Zähler 16 jeweils bei der steigenden Flanke des Taktsignals 9 weiterzählt, wird die Bewe gungsrichtung kurz vor einem Zählschritt für die Zeit, in der der Zähler 16 um einen Schritt weiterzählt, im Kippglied 23 gespeichert.The flip-flop 23 stores the signal for the direction of movement 10 on the falling edge of the clock signal 9 . Thus, the signal for the direction of movement 10 can be changed at any time without disturbing the Steuerlo gik 14 . Since the counter 16 continues to count on the rising edge of the clock signal 9 , the direction of movement shortly before a counting step for the time in which the counter 16 counts one step further is stored in the flip-flop 23 .

Der Zähler 16 erhält außer dem Taktsignal 9 und dem Signal für die Bewegungs richtung 10 noch das Signal für den Halb- oder Vollschrittbetrieb 11, mit dem zwischen zwei Zählschrittweiten umgeschaltet werden kann. Dabei ist die Um schaltung von Halb- auf Vollschrittbetrieb einer Erhöhung der Anzahl der Zähl schritte pro Takt von 1 auf 2 gleichzusetzen und entsprechend umgekehrt. Schritt motoren benötigen ganz bestimmte Ansteuerphasen der Spulen, um einzelne Schritte in einer bestimmten Drehrichtung auszuführen. Die dargestellten zweiphasigen, bipolaren Schrittmotoren mit zwei Erregerspulen 2 und 3, in denen die Stromfluß richtung umgepolt wird, besitzen bei Halb- oder Vollschrittbetrieb acht verschiedene Phasen. Zur Ansteuerung der Erregerspulen 2 und 3 müssen die Treiberschaltungen 7 und 8 daher acht verschiedenen Zustände einnehmen können. Zur Realisierung dieser Zustände wird im Zähler 16 ein 3-Bit-Zähler eingesetzt. In Abhängigkeit vom Signal für die Bewegungsrichtung 10 und für den Halb- oder Vollschrittbetrieb 11 und vom alten Zählerstand zählt der Zähler 16 so bei jeder steigenden Flanke des Taktsignals 9 weiter und nimmt einen neuen Zustand ein.In addition to the clock signal 9 and the signal for the direction of movement 10 , the counter 16 also receives the signal for the half or full step operation 11 , with which it is possible to switch between two counting step sizes. Switching from half-step to full-step mode is equivalent to increasing the number of counting steps per cycle from 1 to 2 and vice versa. Stepper motors require specific control phases of the coils in order to carry out individual steps in a certain direction of rotation. The two-phase, bipolar stepper motors shown with two excitation coils 2 and 3 , in which the current flow direction is reversed, have eight different phases in half or full step operation. To activate the excitation coils 2 and 3 , the driver circuits 7 and 8 must therefore be able to assume eight different states. A 3-bit counter is used in counter 16 to implement these states. Depending on the signal for the direction of movement 10 and for the half or full step operation 11 and the old counter reading, the counter 16 continues to count on each rising edge of the clock signal 9 and assumes a new state.

Die Eingänge des Decoders 15 sind mit den Ausgängen des Zählers 16 verbunden. Der Decoder 15 erzeugt aus den drei binären Zählerzustandssignalen für die acht Zählerzustände jeweils acht Phasensignale. Außerdem gibt der Decoder 15 jeweils beim Erreichen eines bestimmten Zählerzustandes ein Kontrollsignal 17 aus, so daß während des Fahrzustandes der Betrieb der Steuerschaltung 1 überwacht werden kann. Eine mögliche Anwendung des Kontrollsignals 17 ist die Ansteuerung einer LED, so daß der Betrieb im Fahrzustand durch regelmäßiges Blinken der LED kontrolliert werden kann.The inputs of the decoder 15 are connected to the outputs of the counter 16 . The decoder 15 generates eight phase signals from the three binary counter state signals for the eight counter states. In addition, the decoder 15 outputs a control signal 17 each time a certain counter state is reached, so that the operation of the control circuit 1 can be monitored during the driving state. A possible application of the control signal 17 is the control of an LED, so that the operation in the driving state can be checked by the LED flashing regularly.

Diese acht Phasensignale werden in der Steuerlogik 14 verarbeitet, die mit dem Decoder 15 verbunden ist. Als Steuersignale liegen an der Steuerlogik 14 weiterhin das Signal für den Halte- oder Fahrzustand 4 sowie die Ausgangssignale des externen Oszillators 18 und der Komparatoren 19 und 20 an. Die Ausgangssignale der Steuerlogik 14 bilden acht Wechsel- oder Gleichstromsteuersignale für die Treiberschaltungen 7 und 8 sowie ein Schaltsignal für den Spannungsumschalter 6.These eight phase signals are processed in the control logic 14 , which is connected to the decoder 15 . The control logic 14 also has the signal for the holding or driving state 4 and the output signals of the external oscillator 18 and the comparators 19 and 20 as control signals. The output signals of the control logic 14 form eight AC or DC control signals for the driver circuits 7 and 8 and a switching signal for the voltage changeover switch 6 .

Dabei werden die Phasensignale bei einem anliegenden Signal 4 für den Halte zustand unverändert vom Decoder 15 an die Treiberschaltungen 7 und 8 wei tergeleitet und es wird mittels des Schaltsignals für den Spannungsumschalter 6 die Gleichspannung 26 (ca. +4,5 V) für den Betrieb im Haltezustand eingestellt.The phase signals with an applied signal 4 for the hold state are passed unchanged from the decoder 15 to the driver circuits 7 and 8 and it is the DC voltage 26 (approx. +4.5 V) for operation by means of the switching signal for the voltage switch 6 set on hold.

Wenn mittels des Signals 4 der Fahrzustand vorgegeben wird, werden die Treiber schaltungen 7 und 8 und damit die Erregerspulen 2 und 3 mit Wechselstrom betrieben. Da bei einer Fahrgeschwindigkeit von 10000 Schritten pro Sekunde nur 200 µs bleiben, in denen die Spannung 25 an den Erregerspulen 2 und 3 des Schrittmotors anliegt, werden in dieser Zeit nur etwa 10,8% des Nennstromes für die Erregerspulen 2 und 3 erreicht. Um dennoch schnelle Fahrbewegungen mit ausreichend hohem Drehmoment zu erzielen, werden die Treiberschaltungen 7 und 8 mit Wechselstrom (sog. "Copper-Current"-Technik) betrieben. Dabei wird mittels des Spannungsumschalters 6 eine vielfach höhere Spannung (25) für den Wechsel strombetrieb an die Erregerspule 2 und 3 gelegt (ca. +45 V).If the driving state is specified by means of the signal 4 , the driver circuits 7 and 8 and thus the excitation coils 2 and 3 are operated with alternating current. Since at a speed of 10000 steps per second only 200 µs remain, in which the voltage 25 is applied to the excitation coils 2 and 3 of the stepper motor, only about 10.8% of the nominal current for the excitation coils 2 and 3 is reached during this time. In order to nevertheless achieve fast driving movements with a sufficiently high torque, the driver circuits 7 and 8 are operated with alternating current (so-called "copper current" technology). A much higher voltage ( 25 ) for AC operation is applied to the excitation coils 2 and 3 (approx. +45 V) by means of the voltage switch 6 .

Über einen zu den Spulen 2 und 3 in Reihe geschalteten Meßwiderstand 21 (vgl. Fig. 3) wird der Strom gemessen. Erreicht der Strom durch die Spulen 2 und 3 einen bestimmten Wert, wird er wieder abgeschaltet. Dazu liefern die jeweiligen Komparatoren 19 oder 20 ein Signal an die Steuerlogik 14, wenn der Spannungs abfall über dem Meßwiderstand 21 einen bestimmten Wert übersteigt, der mit der Schaltung 24 eingestellt werden kann. Synchron mit dem Taktsignal des mit der Steuerlogik 14 gekoppelten externen Oszillators 18 wird mittels der Treiberschaltun gen 7 und 8 der Strom durch die Erregerspulen 2 und 3 eingeschaltet. Bei einer Oszillatorfrequenz von 19 kHz wird damit während der Zeit, in der ein Strom durch die Erregerspulen 2 und 3 fließt, selbst bei hoher Schrittfrequenz ein größerer Strom als der Nennwert für die Erregerspulen 2 und 3 erreicht.The current is measured via a measuring resistor 21 connected in series with the coils 2 and 3 (cf. FIG. 3). If the current through the coils 2 and 3 reaches a certain value, it is switched off again. For this purpose, the respective comparators 19 or 20 deliver a signal to the control logic 14 when the voltage drop across the measuring resistor 21 exceeds a certain value which can be set with the circuit 24 . In synchronization with the clock signal of the external oscillator 18 coupled to the control logic 14, the current through the excitation coils 2 and 3 is switched on by means of the driver circuits 7 and 8 . With an oscillator frequency of 19 kHz, a larger current than the nominal value for the excitation coils 2 and 3 is thus achieved during the time in which a current flows through the excitation coils 2 and 3 , even at a high step frequency.

Der Wechselstrombetrieb mit derart gepulstem Stromverlauf hat besonders für Anwendungen in Meßsystemen mit positionierbaren, empfindlichen Sensoren den Nachteil, daß die Sensoren abgestrahlte hochfrequente Strahlung als Störsignal empfangen. Um dieses Störsignal zu vermeiden, wird zwischen dem Halte- und dem Fahrzustand mittels des Signals 4 unterschieden. Während des Fahrzustandes ist der Wechselstrombetrieb zwingend notwendig, um hohe Fahrgeschwindigkeiten zu erreichen. Im Haltezustand reicht ein entsprechend dimensionierter Gleichstrom durch die Spulen 2 und 3 aus, um den Rotor des Schrittmotors zu fixieren. Da beim Gleichstrom keine Impulse auftreten, kann auch keine Störstrahlung entstehen.AC operation with such a pulsed current profile has the disadvantage, in particular for applications in measuring systems with positionable, sensitive sensors, that the sensors receive emitted high-frequency radiation as an interference signal. In order to avoid this interference signal, a distinction is made between the stop and the driving state by means of the signal 4 . AC operation is essential to achieve high driving speeds while driving. In the holding state, a correspondingly dimensioned direct current through the coils 2 and 3 is sufficient to fix the rotor of the stepping motor. Since no pulses occur with direct current, no interference radiation can arise.

Daher werden während des Haltezustandes die Steuersignale für die Treiberschaltun gen 7 und 8 nicht gepulst, sondern es wird ein Gleichstrombetrieb eingestellt. So werden die Vorteile der hohen Fahrgeschwindigkeit mit denen der störarmen Messung verknüpft. Therefore, the control signals for the driver circuits 7 and 8 are not pulsed during the hold state, but rather a DC operation is set. This combines the advantages of high driving speed with those of low-interference measurement.

In der Fig. 3 ist eine der beiden als Brückenschaltung ausgeführten Treiberschaltun gen 7 und 8 dargestellt. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit wird hier die Treiberschaltung 8 für die Erregerspule 2 erläutert. Die MOSFET-Transistoren 31, 32, 33 und 34 bilden eine Anordnung, die die Wechsel- oder Gleichstromsteuer signale der Steuerlogik 14 verstärkt, indem sie die jeweilige Versorgungsspannung 25 oder 26 mit der Erregerspule 2 verbindet. Die Erregerspule 2 ist hier als ideale Induktivität und ohmscher Widerstand dargestellt. Sie bildet den Brückenzweig der Brückenschaltung, während jeweils zwei in Reihe geschaltete Transistoren die beiden parallelen Zweige bilden. Der in Reihe zur Brückenschaltung dargestellte Meßwider stand 21 ist für die Messung des Stromes durch die Erregerspule 2 vorgesehen. Die abzugreifende Spannung wird in einem Komparator 20 mit einer bestimmten, von der Schaltung 24 eingestellten Spannung verglichen. Während des Wechselstrom betriebes im Fahrzustand wird die Versorgungsspannung 25 jeweils bei Erreichen der eingestellten Spannung durch die Steuerlogik 14 abgeschaltet und synchron mit dem Taktsignal des externen Oszillators 18 wieder eingeschaltet. Mittels der Schaltung 24 ist so die Pulsbreite des Wechselstromes durch die Erregerspule 2 regelbar.In Fig. 3 one of the two bridge circuits designed as Schalterschaltun gene 7 and 8 is shown. Without restricting the generality, the driver circuit 8 for the excitation coil 2 is explained here. The MOSFET transistors 31 , 32 , 33 and 34 form an arrangement which amplifies the AC or DC control signals of the control logic 14 by connecting the respective supply voltage 25 or 26 to the excitation coil 2 . The excitation coil 2 is shown here as an ideal inductance and ohmic resistance. It forms the bridge branch of the bridge circuit, while two transistors connected in series form the two parallel branches. The measuring resistor 21 , shown in series with the bridge circuit, is provided for measuring the current through the excitation coil 2 . The voltage to be tapped is compared in a comparator 20 with a specific voltage set by the circuit 24 . During the AC operation in the driving state, the supply voltage 25 is switched off when the set voltage is reached by the control logic 14 and switched on again in synchronism with the clock signal of the external oscillator 18 . The pulse width of the alternating current through the excitation coil 2 can thus be regulated by means of the circuit 24 .

Die Stromflußrichtung durch die Erregerspule 2 ändert sich in Abhängigkeit von der angesteuerten Phase des Schrittmotors, nach der bestimmte Schritte in einer be stimmten Richtung durchgeführt werden. Durch die Ausführung als Brücken schaltung kann die Änderung der Bewegungsrichtung einfach durch veränderte Ansteuerung der Schaltelemente realisiert werden. Der jeweilige Stromfluß für die beiden möglichen Bewegungsrichtungen ist durch die Pfeile in den Abbildungen der Fig. 3 dargestellt. Im ersten Fall werden die Transistoren 31 und 34 mit Wechsel strom angesteuert, während die Transistoren 32 und 33 sperren. Im zweiten Fall wird der Stromfluß durch die Erregerspule 2 umgepolt, indem die Transistoren 32 und 33 angesteuert werden und die Transistoren 31 und 34 sperren. The direction of current flow through the excitation coil 2 changes depending on the controlled phase of the stepping motor, after which certain steps are carried out in a certain direction. As a bridge circuit, the change in the direction of movement can be realized simply by changing the control of the switching elements. The respective current flow for the two possible directions of movement is shown by the arrows in the figures in FIG. 3. In the first case, the transistors 31 and 34 are driven with alternating current, while the transistors 32 and 33 block. In the second case, the current flow through the excitation coil 2 is reversed by driving the transistors 32 and 33 and blocking the transistors 31 and 34 .

Wenn der Haltezustand eingestellt ist, werden die Steuersignale beibehalten und es wird mittels der Steuerlogik 14 von Wechsel- auf Gleichstromsteuersignale umge stellt, so daß an den entsprechenden Transistoren bis zur Änderung der Eingabe signale die Phasensignale des Dekoders 15 direkt anliegen. Daher muß der Dekoder 15 in Abhängigkeit vom Zustand des Zählers 16 jeweils vier Signale für den Brückentreiber 8 zur Verfügung stellen. Des weiteren muß noch das Schaltsignal für den in Fig. 4 dargestellten und nachfolgend beschriebenen Spannungsumschalter 6 erzeugt werden.If the hold state is set, the control signals are maintained and it is switched by means of the control logic 14 from AC to DC control signals, so that the phase signals of the decoder 15 are present directly at the corresponding transistors until the input changes. Therefore, depending on the state of the counter 16 , the decoder 15 must provide four signals for the bridge driver 8 . Furthermore, the switching signal for the voltage switch 6 shown in FIG. 4 and described below must also be generated.

In Fig. 4 ist eine Ausführungsform dargestellt, in der die Umschaltung der Versor gungsspannung für die Treiberschaltungen 7 und 8 mit Hilfe von MOSFET-Transistoren 36 und 37 realisiert wird. Die beiden Versorgungsspannungen 25 und 26 sind beide parallel mit den Versorgungseingängen der beiden Treiberschaltungen 7 und 8 verbunden und können jeweils mittels eines zwischengeschalteten Transistors 36 oder 37 durchgeschaltet werden.In Fig. 4, an embodiment is shown in which the switching of the supply voltage for the driver circuits 7 and 8 is realized with the aid of MOSFET transistors 36 and 37 . The two supply voltages 25 and 26 are both connected in parallel to the supply inputs of the two driver circuits 7 and 8 and can each be switched through by means of an interposed transistor 36 or 37 .

Um die von Nadelimpulsen bei Wechselstrombetrieb im Fahrzustand verursachte Störstrahlung zu vermeiden, wird vor einer Meßwertaufnahme im Haltezustand für die Fixierung des Schrittmotors in seiner Position auf Gleichstrombetrieb umgeschal tet. Die Umschaltung darf jedoch erst vorgenommen werden, wenn die Stromfluß periode in den Erregerspulen durch Erreichen der eingestellten Spannung 24 beendet ist. Die Steuerlogik 14 verzögert das Schaltsignal für den Spannungsumschalter 6 dementsprechend. Für die sichere Fixierung der Rotorposition bei einer Gleich stromansteuerung ist eine entsprechend kleinere Versorgungsspannung 26 notwendig, so daß der Spannungsumschalter 6 die Versorgungsspannung von +45 V (25) im Fahrzustand auf +4,5 V (26) im Haltezustand umschalten muß. Die Umschaltung der Versorgungsspannungsquellen wird beispielsweise mit MOSFET-Transistoren realisiert, wobei auch andere steuerbare Schalter wie Bipolartransistoren o. ä.
denkbar sind. Da zu keinem Zeitpunkt Querströme von einer Versorgungsspan nungsquelle über die Transistoren 36 und 37 zur anderen Versorgungsspannungs quelle fließen dürfen, ist eine genaue Untersuchung der Potentiale an den Transisto ren in beiden Schaltpositionen erforderlich. Aus diesen Potentialen ergibt sich nur eine mögliche Auswahl von Schalttransistortypen. Im Fahrzustand wird der Transi stor 36 durchgeschaltet, und der Transistor 37 muß zuverlässig sperren. In diesem Modus liegt an den Treiberschaltungen die Versorgungsspannung 25 an, vermindert um die Spannung, die am Widerstand zwischen Drain- und Sourceanschluß von 36 abfällt, wenn der Gateanschluß von 36 angesteuert wird (R_DS(on)). Am Transistor 37 liegen in diesem Fall ca. +45 V am Drainanschluß und +4,5 V am Sourceanschluß an. Der Transistor 37 sperrt zuverlässig, wenn ein n-Kanal-Typ eingesetzt wird und sein Gatepotential ebenfalls auf +4,5 V gehalten wird. Im Haltezustand leitet der Transistor 37, und der Transistor 36 muß zuverlässig sperren. An den Treiber schaltungen liegen jetzt ca. +4,5 V (26) an. Dieses Potential liegt damit auch am Drainanschluß von 36 an. Der Transistor 36 kann nur dann zuverlässig sperren, wenn ein p-Kanal-Typ eingesetzt und seine Gatespannung auf +45 V gelegt wird.In order to avoid the interference radiation caused by needle pulses during AC operation in the driving state, the position is switched to DC operation before a measurement is taken in the holding state for fixing the stepping motor in its position. However, the switchover may only be carried out when the current flow period in the excitation coils has ended by reaching the set voltage 24 . The control logic 14 delays the switching signal for the voltage switch 6 accordingly. For secure fixing of the rotor position at a direct current drive, a correspondingly smaller power supply 26 is necessary so that the voltage switch 6 must switch the supply voltage of +45 V (25) in the driving state at +4.5 V (26) in the holding state. The switching of the supply voltage sources is implemented, for example, with MOSFET transistors, with other controllable switches such as bipolar transistors or the like.
are conceivable. Since at no time cross currents may flow from one supply voltage source via transistors 36 and 37 to the other supply voltage source, a precise analysis of the potentials at the transistors in both switching positions is necessary. Only a possible selection of switching transistor types results from these potentials. In the driving state, the Transi stor 36 is turned on , and the transistor 37 must block reliably. In this mode, the supply voltage 25 is present at the driver circuits, minus the voltage that drops across the resistor between drain and source terminal of 36 when the gate terminal of 36 is driven (R _{DS (on)} ). In this case, the transistor 37 has approximately +45 V at the drain connection and +4.5 V at the source connection. The transistor 37 reliably blocks when an n-channel type is used and its gate potential is also kept at +4.5 V. In the hold state, transistor 37 conducts and transistor 36 must reliably block. The driver circuits are now approximately +4.5 V ( 26 ). This potential is therefore also present at the drain connection of 36 . The transistor 36 can only block reliably if a p-channel type is used and its gate voltage is set to +45 V.

Beide Transistoren müssen einen sehr niedrigen Widerstand R_DS(on) besitzen, um den Spannungsabfall zwischen Drain und Source im leitenden Zustand gering zu halten.Both transistors must have a very low resistance R _{DS (on) in} order to keep the voltage drop between drain and source low in the conductive state.

Die Versorgungsspannungsquellen 25 und 26 sind für diese Anwendung vorgegeben, und können nicht verändert werden. Steigt der Spannungsabfall über den Transisto ren 36 und 37 zu hoch an, so kann es vorkommen, daß innerhalb einer Einschalt periode der Erregerspule 2 der Nennstrom nicht erreicht werden kann, und die Steuerlogik 14 außer Tritt kommt.The supply voltage sources 25 and 26 are specified for this application and cannot be changed. If the voltage drop across the transistors 36 and 37 increases too high, it can happen that the nominal current cannot be reached within a switch-on period of the excitation coil 2 , and the control logic 14 comes out of step.

Claims

1. Positioning device with at least one stepper motor and with a control circuit ( 1 ) for supplying at least one excitation coil ( 2 , 3 ) of the stepper motor with a direct current in a holding state ( 4 ) and with an alternating current in a driving state ( 4 ) is provided.

2. Positioning device according to claim 1, characterized in that
that in the control circuit ( 1 ) a control logic ( 14 )

- For receiving phase signals derived from control signals, to which phases of the excitation coils ( 2 , 3 ) are assigned, and
- is provided for forming AC control signals from the phase signals in a driving state and for forming DC control signals from the phase signals in a holding state, and

that at least one driver circuit ( 7 , 8 ) is provided for generating an alternating and direct current for the excitation coils ( 2 , 3 ) from the alternating current and direct current control signals.

3. Positioning device according to claim 2, characterized in that in a driving state, the control logic ( 14 ) is provided at predetermined times for supplying a current and at a certain current intensity by at least one excitation coil for switching off the current.

4. Positioning device according to claim 3, characterized in that in each case a comparator ( 19 , 20 ) is provided for comparing the current strength through an associated excitation coil ( 2 , 3 ) and when the specific current strength is reached for reporting to the control logic ( 14 ).

5. Positioning device according to claim 4, characterized in that in the control circuit ( 1 ) in its counting direction and its counting step by corresponding control signals ( 10 , 11 ) controllable counter ( 16 ) is provided to form counter state signals.

6. Positioning device according to claim 5, characterized in that in the control circuit ( 1 ) a decoder ( 15 ) is provided for forming the phase signals by rearranging the received counter state signals.

7. Positioning device according to claim 6, characterized in that in a driver circuit ( 7 , 8 ) for generating the phases of the excitation coils ( 2 , 3 ) each have an H-shaped bridge circuit each with two series-connected transistors ( 31 to 34 ) is provided in two parallel branches, that the two connection nodes between the two transistors in the parallel branches are provided for connecting an excitation coil ( 2 , 3 ) and that the respective control input of a transistor ( 31 to 34 ) for receiving the alternating and DC control signals is provided.

8. Positioning device according to claim 7, characterized in that
that the control circuit ( 1 ) contains a voltage switch ( 6 ) with a first and a second transistor ( 36 , 37 ) operating as a controllable switch,
that the control logic ( 14 ) is also provided for generating a switching signal ( 6 ) for specifying the driving or stopping state from the control signals and
that as a function of the switching signal ( 6 ) the first transistor ( 36 ) for applying a first DC voltage ( 25 ) to the supply input of a driver circuit ( 7 , 8 ) during the driving state and the second transistor ( 37 ) for applying a second DC voltage ( 26 ) to the supply input of a driver circuit ( 7 , 8 ) is provided during the holding state.