DE2608611A1

DE2608611A1 - Brushless DC motor speed control system - uses control and reference pulses fed to bistable switch to interrupt supply

Info

Publication number: DE2608611A1
Application number: DE19762608611
Authority: DE
Inventors: Hans Ing Grad Steinbusch
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1976-03-02
Filing date: 1976-03-02
Publication date: 1977-09-08

Abstract

Electronically commutated brushless motors are used to drive tape recorders, punched tape readers and similar apparatus. A pulse train whose frequency depends on motor speed but whose pulse width is inversely proportional to speed is compared with a second, reference, train of the same frequency but having fixed pulse width. The comparator operates a bistable switch such that if the fixed pulses are longer than the variable control pulses the motor supply is interrupted, whilst if the opposite is the case the motor supply is maintained. Two modes of operation therefore exist. In the normal range the motor control operates in known manner the pulse applications being load dependant. At sub-synchronous speeds the motor supply is maintained in the 'on' state until synchronism is again established. At super-synchronous speeds the supply to the windings remains off until normal conditions are re-established.

Description

Schaltungsanordnung zur unstetigen Regelung der DrehzahlCircuit arrangement for the discontinuous regulation of the speed

eines bürstenlosen Gleichstrommotors Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur unstetigen Regelung der Drehzahl eines bürstenlosen Gleichstrommotors. of a brushless DC motor The invention relates to a circuit arrangement for the discontinuous regulation of the speed of a brushless DC motor.

Zur Drehzahlregelung bürstenloser Gleichstrommotore sind bereits verschiedene Schaltungsanordnungen bekannt, so z.B.There are already various types of speed control for brushless DC motors Circuit arrangements are known, e.g.

aus der DOS 2 052 695 und der GB-PS 1 123 992. Bei der Anordnung nach der zuerst genannten Druckschrift besteht die Wicklung des Motors aus einem oder mehreren Teilen, und es ist ein elektronischer Kommutator vorgesM en, der steuerbare Schaltelemente enthält, über welche die Betriebsspannung an die einzelnen Wicklungsteile gelangt. Außerdem ist eine Steuervorrichtung mit mindestens einem Positionsindikator vorgesehen, aus der sich Impulse entnehmen lassen, die bestimmten Winkelstellungen des Läufers eindeutig zugeordnet sind und die zur Einstellung der Einschaltwinkel der steuerbaren Schaltelemente des Kommutators dienen. Dabei werden wenigstens ein durch einen derartigen Positionsimpuls gesteuertes Verzögerungsglied mit fester oder variabler Zeitkonstante zur Erzeugung von Impulsen mit einer bestimmten Dauer und ein Netzwerk zur Verknüpfung dieser Impulse mit bestimmten Positionsimpulsen und anschließender Ansteuerung der steuerbaren Schaltelemente des Kommutators mit den resultierenden Steuerimpulsen vorgesehen. Eine derartige Anordnung arbeitet innerhalb des Regelbereiches stetig als Proportionalverstärker.from DOS 2 052 695 and GB-PS 1 123 992. In the arrangement according to the first mentioned document consists of the winding of the motor from one or several parts, and there is an electronic commutator that is controllable Contains switching elements via which the operating voltage is sent to the individual winding parts got. In addition, there is a control device with at least one position indicator provided, from which pulses can be taken, the specific angular positions clearly assigned to the runner are and those used to set the The switch-on angle of the controllable switching elements of the commutator are used. Be there at least one delay element controlled by such a position pulse with fixed or variable time constant for generating pulses with a certain Duration and a network for linking these impulses with specific position impulses and subsequent activation of the controllable switching elements of the commutator the resulting control pulses provided. Such an arrangement works Constantly as a proportional amplifier within the control range.

Aus der weiterhin genannten GB-PS 1 123 992 ist ebenfalls eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung von Gleichstrommotoren bekannt. Auch dort werden Positionsimpulse erzeugt, die mit Zeitbasisimpulsen verglichen werden. Die Differenz zwischen beiden Impulsen wird in einem Verstärker zu einem Steuersignal gleicher Impulsfrequenz verarbeitet.A circuit arrangement is also disclosed in GB-PS 1 123 992, which is also mentioned known for speed control of DC motors. There are also position impulses which are compared with time base pulses. The difference between the two In an amplifier, pulses become a control signal with the same pulse frequency processed.

Die Erfahrung hat gelehrt, daß Schaltungsanordnungen der beschriebenen Arten verhältnismäßig große Regelabweichungen aufweisen, die insbesondere dann störend sind, wenn an die Drehzahlkonstanz hohe Anforderungen gestellt werden, so z.Experience has taught that circuit arrangements of the described Species have relatively large deviations, which are particularly disturbing are, if high demands are made on the speed constancy, so z.

B. Bandantrieben für Tonbänder, Lochstreifen und Ähnliches.B. tape drives for tapes, punched tape and the like.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine bessere Regelgenauigkeit gewährleistet.The present invention is therefore based on the object of a To create a circuit arrangement of the type mentioned above, the ensures better control accuracy.

Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß eine bistabile Schaltstufe mit wenigstens zwei Eingängen zum Vergleich der Längen der Pulse eines Pulsgebers mit denen der jeweiligen Verzögerungspulse vorgesehen und derart geschaltet ist, daß der eine stabile Zustand der bistabilen Schaltstufe die Stromzuführung zur Wicklung unterbricht und solange beetehen bleibt, wie die Verzögerungspulse länger sind als die auslösenden Pulse des Pulsgebers, während der andere stabile Zustand eine leitende Verbindung zwischen der Stromquelle und der Wicklung des Motors über die steuerbaren Schaltelemente des elektronischen Kommutators herstellt und solange bestehen bleibt, wie die Verzögerungspulse kürzer sind als die auslösenden Pulse des Pulsgebers.This is done according to the invention in that a bistable switching stage with at least two inputs for comparing the lengths of the pulses from a pulse generator with which the respective delay pulses are provided and switched in such a way that that the one stable state of the bistable switching stage is the power supply to the winding interrupts and remains active as long as the delay pulses are longer than the triggering pulse of the pulse generator, while the other stable state is a conductive one Connection between the power source and the winding of the motor via the controllable Manufactures switching elements of the electronic commutator and remains in place for as long as how the delay pulses are shorter than the triggering pulses from the pulse generator.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher beschrieben.The invention is described in more detail with the aid of the drawing.

Darin zeigen Fig. 1 ein Impulsdiagramm, Fig. 2 ein Prinzipschaltbild mit zugehörigem Impulsdiagrams, und Fig. 3 ein ausführliches Schaltungsbeispiel.1 shows a pulse diagram, and FIG. 2 shows a basic circuit diagram with associated pulse diagrams, and FIG. 3 shows a detailed circuit example.

Das Impulsdiagramm nach Fig. 1 zeigt in der ersten Zeile die vom Drehwinkel abhängigen Pulse A, deren Ist-Dauer Ti mit der eines in der zweiten Zeile gezeigten konstanten Pulses B mit einer Soll-Dauer T5 verglichen wird. Dabei wird der Puls B jeweils von der Vorderflanke des Pulses A ausgelöst.The pulse diagram according to FIG. 1 shows the angle of rotation in the first line dependent pulses A, the actual duration of which Ti corresponds to that of the one shown in the second line constant pulse B is compared with a target duration T5. The pulse is thereby B triggered by the leading edge of pulse A.

Die Länge des Pulses B ist T ~ v S ~ m.nS s v und m sind konstant und es bedeuten v = Tastverhältnis des Geber-Signals, m = Pulszahl pro Umdrehung, n5 = Drehzahl-Sollwert, T5 = Pulsdauer-Sollwert und T. = Pulsdauer-Istwert.The length of the pulse B is T ~ v S ~ m. NS s v and m are constant and v = pulse duty factor of the encoder signal, m = number of pulses per revolution, n5 = speed setpoint, T5 = pulse duration setpoint and T. = pulse duration actual value.

Ein Flip-Flop 1, in Fig. 2 als üblicher Basisstein (z.B. SN 5495 oder ähnlich) dargestellt, wird nur von der Rückflanke des Pulses B geschaltet, und zwar eingeschaltet nur dann, wenn die Rückflanke des Pulses A noch ansteht (entsprechend einer zu niedrigen Motordrehzahl), bzw. ausgeschaltet nur dann, wenn der Puls A nicht mehr ansteht (entsprechend einer zu hohen Motordrehzahl). Mit den Ausgangsimpulsen des Flip-Flops wird dem Motor 4 die Betriebsspannung in an sich bekannter Weise über Leistungsstufen 5 entsprechend pulsförmig zugeführt.A flip-flop 1, in Fig. 2 as a common base stone (e.g. SN 5495 or similar), is only switched by the trailing edge of pulse B, namely switched on only when the trailing edge of pulse A is still present (corresponding to an engine speed that is too low), or switched off only when the pulse A is no longer pending (corresponding to an excessively high engine speed). With the output pulses of the flip-flop, the motor 4 is supplied with the operating voltage in a manner known per se accordingly supplied in a pulsed manner via power levels 5.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist wie folgt. Einem mit einem Motor mechanisch gekoppelten Pulsgeber werden in bekannter Weise Pulse A entnommen, deren Breite beliebigen, aber konstanten Umfangswinkeln entspricht. Die Frequenz dieses Pulses A ändert sich proportional, die Pulsbreite jedoch umgekehrt proportional mit der Motordrehzahl. Mit der Vorder-oder Rückflanke jedes Pulses A wird ein Verzögerungsglied 2 mit einer festen Zeitkonstante zur Erzeugung von Pulsen B konstanter Dauer angestoßen. Sowohl die Pulse A wie die dem Verzögerungsglied 2 entnommenen Pulse B gelangen auf die Eingänge des Flip-Flops 1, wie Fig. 2 zeigt. Ein solcher Flip-Flop kann z.B. ein R-S-, ein J-K- oder ein B-Flip-Flop sein.The operation of the arrangement is as follows. One with an engine mechanically coupled pulse generators are taken in a known manner, pulses A, their Width corresponds to any, but constant circumferential angles. The frequency of this Pulse A changes proportionally, but the pulse width is inversely proportional with the engine speed. With the leading or trailing edge of each pulse A, a delay element is created 2 with a fixed time constant for generating pulses B more constant Duration initiated. Both the pulses A and those taken from the delay element 2 Pulses B reach the inputs of the flip-flop 1, as FIG. 2 shows. Such a Flip-flop can be, for example, an R-S, a J-K or a B flip-flop.

Ein Ausgangssignal C des Flip-Flops 1 und ein Puls D des Positionsgebers werden einem UND-Gatter 3 zugeführt, an dessen Ausgang ein Signal E entsteht, wie Fig. 3 zeigt.An output signal C of the flip-flop 1 and a pulse D of the position transmitter are fed to an AND gate 3, at the output of which a signal E arises, as Fig. 3 shows.

In dieser Fig. 3 sind (links unten) nochmals das Flip-Flop 1 und das Verzögerungsglied 2 dargestellt. Mittels der Signale E wird den Wicklungen 4 des Motors über Leistungsstufen 5 die Betriebsspannung +U pulsförmig zugeführt, wie es z.B. in der DT-OS 1 815 091 beschrieben ist.In this Fig. 3 (bottom left) are again the flip-flop 1 and the Delay element 2 shown. By means of the signals E, the windings 4 of the Motor via power levels 5, the operating voltage + U is supplied in pulses, such as it is described e.g. in DT-OS 1 815 091.

Mittels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird also dem Motor die Ankerspannung in Pulsen zugeführt, deren Breite im Regelbereich lastabhängig und außerhalb des Regelbereiches bei Untersynchronismus konstant bzw. bei Ubersynchronismus null ist. Auf diese Weise läßt sich mit sehr geringem Aufwand und unter Verwendung handelsüblicher Elemente eine hohe Regelgüte erzielen, die zugleich auch eine große Stabilität und einen hohen Wirkungsgrad aufweist.By means of the circuit arrangement according to the invention, the motor the armature voltage is supplied in pulses, the width of which depends on the load in the control range and outside the control range with undersynchronism constant or with oversynchronism is zero. In this way, with very little effort and using commercially available elements achieve a high control quality that is also great Has stability and high efficiency.

PATENTANSPRÜCHE: L e e r s e i t e PATENT CLAIMS: L e r s e i t e

Claims

Claims: C circuit arrangement for the discontinuous regulation of the Speed of a brushless DC motor with one of one or more Share existing winding and an electronic commutator consisting of controllable Switching elements through which the operating voltage is sent to the individual winding parts arrives, a pulse generator coupled to the motor shaft and one through the pulses of the pulse generator influenced delay element, characterized in that a bistable switching stage (1) with at least two inputs for comparing the lengths the pulses of the pulse generator are provided with those of the respective delay pulses and is switched in such a way that the one stable state of the bistable switching stage (1) interrupts the power supply to the winding and remains as long as the Delay pulses (B) are longer than the triggering pulses (A) of the pulse generator, while the other stable state is a conductive connection between the power source and the winding of the motor via the controllable switching elements of the electronic Commutator and remains as long as the delay pulse (B) are shorter than the triggering pulses (A) of the pulse generator

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the bistable switching stage (1) is a flip-flop is.