DE2650367B2 - Steuerschaltung eines für die Zeitmessung benutzten Schrittmotors - Google Patents
Steuerschaltung eines für die Zeitmessung benutzten SchrittmotorsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung eines für die Zeitmessung benutzten Schrittmotors mit einer
einzigen Batterie, mit einem Referenzoszillator, einem Frequenzunterteiler, einem Impulsformer in MOS-Technik
und einer eine Antriebsspule des Motors speisenden Leistungsstufe, welche die zum Antrieb des
Motors nötigen Impulse liefert und paarweise miteinander verbundene Transistoren aufweist
Bei Steuerschaltungen dieser Art ist die Leistungsstufe meist mit komplementären MOS-Transistoren
aufgebaut wie es beispielsweise die DE-OS 23 32 237 oder die US-PS 39 06 256 zeigen. P-MOS-Transistoren
sind jedoch für Leistungsanwendungen schlecht geeignet und müssen überdimensioniert werden, wenn man
vermeiden will, daß sie größere Verluste verursachen. P-MOS-Leistungstransistoren belegen daher üblicherweise
mindestens 30 bis 50% der Oberfläche einer sie enthaltenden integrierten Schaltung. Dies wirkt sich
nachteilig auf den Preis der Schaltung aus, der dem Quadrat der Oberfläche der integrierten Schaltung
annähernd proportional ist Dieser Preis ließe sich also erheblich herabsetzen, wenn man auf P-MOS-Leistungstransistoren
verzichten könnte.
Eine solche Steuerschaltung, die ohne P-MOS-Leistungstransistoren
auskommt ist aus der DE-OS 33 371 bekannt Bei dieser Steuerschaltung wird die Antriebsspule des Motors von zwei Leistungstransistorpaaren
gespeist, wobei jedes Paar aus zwei Komplementären bipolaren Transistoren besteht Da die
restliche Uhrenschaltung mit MOS-Transistoren aufgebaut ist müssen bei dieser bekannten Lösung zwei
grundsätzlich unterschiedliche Technologien angewendet werden, welche die Integration erschweren.
bar zu machen, die lediglich in MOS-Technik aufgebaut
ist und bei der platzraubende P-MOS-Transistoren nicht
erforderlich sind.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einer Schaltung der vorausgesetzten Art, die dadurch gekennzeichnet
ι» ist, daß die Transistoren der Leistungsstufe sämtlich
N-MOS-Transistoren sind, daß bei jedem Transistorpaar
der Leistungsstufe die Source des einen Transistors mit einem Pol der Batterie und dessen Drain mit einem
Anschluß der Antriebswicklung und mit der Source des anderen Transistors verbunden und der Drain des
letzteren Transistors an den anderen Pol der Batterie angeschlossen ist, und daß der Impulsformer eine
mindestens eine Kapazität aufweisende Spannungserhöhungsschaltung umfaßt, über welche den Gateanschlossen
der Transistoren der Leistungsstufe eine über der Batteriespannung liegende Spannung zuführbar ist
Damit ist eine Steuerschaltung eines für die Zeitmessung benutzten Schrittmotors verfügbar gemacht worden, die gänzlich in MOS-Technik aufgebaut
Damit ist eine Steuerschaltung eines für die Zeitmessung benutzten Schrittmotors verfügbar gemacht worden, die gänzlich in MOS-Technik aufgebaut
2r> ist und deren Spulentreiber-Leistungsstufe frei von
platzraubenden P-MOS-Transistoren ist Um bei der relativ niedrigen Spannung üblicherweise verwendeter
Uhrenbatterien sicherzustellen, daß die jeweils eingeschalteten Leistungstransistoren der Leistungsstufe in
μ den Sättigungsbereich gebracht werden, in dem die
Verlustleistung des jeweiligen Transistors sehr gering ist, ist der Impulsformer mit der Spannungserhöhungsschaltung
versehen. Wird allerdings eine Batterie verwendet deren Batteriespannung höher als im
Γ) üblichen Fall ist und die dazu ausreicht, die Leistungstransistoren in deren Sättigungsbereich zu bringen,
braucht eine solche Spannungserhöhungsschaltung nicht vorgesehen zu sein.
bipolar gespeisten Schrittmotor benutzt wird, besteht
die Leistungsstufe aus zwei Transistorpaaren und wird die Antriebsspule zwischen den Verbindungspunkt
zwischen dem einen und den Verbindungspunkt zwischen dem anderen Transistorpaar geschaltet Ist die
4"' Steuerschaltung dagegen für einen unipolar gespeisten
Schrittmotor vorgesehen, reicht ein Transistorpaar aus, wobei die Antriebsspule zwischen die Verbindungspunkte der beiden Transistoren und den anderen Pol der
Batterie geschaltet ist
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsform für den Fall eines bipolar gespeisten
Schrittmotors, bei dem aufeinanderfolgende Treibimpulse wechselweise positiv und negativ sind, anhand der
einzigen Figur der Zeichnung näher erläutert
Die Schaltung dieser Ausführungsform weist einen Quarz Q auf und seinen Oszillator 1, der auf einen
Frequenzunterteiler 2 wirkt der in Qi gerade positive Impulse liefert und in Q2 ungerade positive Impulse. Der
Ausgang Qi ist einerseits mit dem Eingang eines Tores NOR 3, andererseits mit einem Inverter 4 verbunden,
dessen Ausgang mit einem Eingang eines Tores NOR 5 verbunden ist Gleichermaßen ist der Ausgang Q2
einerseits mit dem Eingang eines NOR-Tores 6, andererseits mit einem Inverter 7 verbunden, dessen
'·'■ Ausgang mit dem Eingang eines Tores NOR 8
verbunden ist Der Ausgang des Tores 3 ist mit dem zweiten Eingang des Tores 5, mit einem Eingang des
Tores NAND 9, mit einem Eingang des Tores NAND IO
und mit einem Gate des N-MOS-Leistungstransistors 71
verbunden. Der Ausgang des Tores 5 ist mit dem zweiten Eingang des Tores 3 und mit dem Gate des
N-MOS-Leistungstransistors T2 verbunden. Der Ausgang
des Tores 6 ist mit dem zweiten Eingang des Tores 8, mit dem zweiten Eingang des Tores 9, mit dem
zweiten Eingang des Tores 10 und mit dem Gate des N-MOS-Leistungstransistors T3 verbunden. Der Ausgang
des Tores 8 ist mit dem zweiten Eingang des Tores 6 und mit dem Gate des N-MOS-Leistungstransistors T4 ι ο
verbunden.
Die Source des Transistors 71 liegt am negativen Pol der Batterie P\ und sein Drain an dem Anschluß der
Antriebswicklung B\ und an der Source von T2. Der
Drain von T2 liegt am positiven Pol der Batterie. Die is
Source des Transistors T3 liegt am negativen Pol der
Batterie und sein Drain am anderen Anschluß der Antriebswicklung und an der Source von X«. Der Drain
von Ta ist mit dem positiven Pol der Batterie verbunden.
Der Ausgang des Tores 9 liegt am Gate eines P-MOS-Transistors T5, dessen Source mit dem positiven
Pol der Batterie verbunden ist und dessen Drain an einen Anschluß einer Kapazität G und an die positiven
Pole der Tore 3, 5, 6, 8 und 9 angeschlossen ist Der Ausgang des Tores 10 liegt am anderen Anschluß der
Kapazität Q. Die Batterie Pi speist unmittelbar den
Oszillator 1, den Frequenzteiler 2 und das Tor 10.
Die Arbeitsweise der beschriebenen Schaltung kann man wie folgt erklären.
In Abwesenheit jeglicher Impulse auf Qi und Qz liegen
die Ausgänge der Inverter 4 und 7 auf 1. Die Ausginge der Tore S und 8 liegen auf 0 und die Ausgänge der Tore
3 und 6 liegen auf 1, wie auch die beiden Eingänge der NAND-Tore 9 und 10. Die Ausgänge dieser Tore liegen
also auf 0. Der Transistor 7s ist leitend. Das Potential
seines Drains ist gleich der Spannung Vp der Batterie. Die Kapazität ist also mit dieser Spannung geladen. Die
Leistungstransistoren T\ und T3 sind leitend. Der Strom
in der Antriebswicklung Bt des Motors ist gleich NuIL
Erscheint ein positiver Impuls in Qi, so gehen der Ausgang des Verstärkers 4 sowie der Ausgang des
Tores 3 auf 0 über. Der Transistor Tx leitet nicht mehr.
Der Ausgang des Tores 9 geht auf 1 über und der Transistor 7s leitet nicht mehr. In gleicher Weise geht
der Ausgang des Tores 10 auf + Vp Ober. Da die Kapazität Ci auf + Vp geladen war, gehen die Spannung
des Drains von Ts sowie die Speisespannung der Tore 3, 5,6,8 und 9 auf + Vp über. Die Spannung am Ausgang
der Tore 5, 6 und 9 wird also +2Vp. Die Gate-Drain-Spannungen von Ti und T3 sind dann
positiv. T2 und T3 sind leitend und 7] und 7i nicht leitend.
Die Spannung der Source von T2 ist + Vp und diejenige
des Drains von T3 gleich NuIL Solange der Impuls
dauert, erhält die Spule einen positiven Strom. Erscheint ein Impuls auf Q2, so gehen der Ausgang des Inverters 7
sowie der Ausgang des Tores 6 auf 0 über. Der Transistor T3 leitet nicht mehr. Die Ausgänge der Tore 9
und 10 gehen auf 1 fiber, der Transistor T5 wird
abgeschaltet und die Spannung seines Drains geht auf +2V^? über. Die Spannung am Ausgang der Tore 3, 8
und 9 wird also +2Vp. Die Gate-Drain-Spannungen von 7*4 und T\ sind positiv. T4 und Γι sind leitend, T2 und
T3 nicht Die Source von T4 hat die Spannung + Vp, der
Drain von Ti die Spannung NuIL Während des Impulses
erhält die \ntriebsspule des Motors einen negativen Strom. Im soeben beschriebenen Beispiel ergibt der
Spannungserhöher eine verdoppelte Spannung nur bei jedem Impuls. Man könnte aber auch einen Spannungserhöher
vorsehen, welcher diese doppelte Spannung ununterbrochen liefern würde.
Ist der Motor unipolar gespeist, so kann man auf die
Transistoren T3 und T4, auf den Inverter 7 und auf die
Tore 6 und 8 verzichten. Der eine Anschluß der Antriebswicklung wird dann mit dem Drain von T\ und
mit der Source von T2 verbunden. Der andere Anschluß
der Wicklung liegt am negativen Pol der Speisespannung.
Claims (2)
1. Steuerschaltung eines für die Zeitmessung benutzten Schrittmotors mit einer einzigen Batterie,
mit einem Referenzoszillator, einem Frequenzunterteiler, einem Impulsformer in MOS-Technik und
einer eine Antriebsspule des Motors speisenden Leistungsstufe, welche die zum Antrieb des Motors
nötigen Impulse liefert und paarweise miteinander verbundene Transistoren aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Transistoren der Leistungsstufe (Tu T2, T3. T4) sämtlich N-MOS-Transistoren
sind, daß bei jedem Transistorpaar der Leistungsstufe die Source des einen Transistors (Tf,
T3) mit einem Pol der Batterie (Pi) und dessen Drain
mit einem Anschluß der Antriebswicklung (Bt) und mit der Source des anderen Transistors (T2; T4)
verbunden und der Drain des letzteren Transistors an den anderen Pol der Batterie (Pi) angeschlossen
ist, und daß der Impulsformer (9, 10, Q, Ts) eine
mindestens eine Kapazität (Q) aufweisende Spannungserhöhungsschaltung
umfaßt, über welche den Gateanschlüssen der Transistoren (T1 bis T4) der
Leistungsstufe eine über der Batteriespannung liegende Spannung zuführbar ist
2. Steuerschaltung nach Anspruch 1 für den Fall
eines unipolar gespeisten Schrittmotors, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsstufe aus einem
Paar N-MOS-Transistoren (Tu T2) besteht und daß
der nicht mit dem Drain des ersten (Ti) und der Source des zweiten (T2) Transistors verbundene
Anschluß der Antriebsspule (Bi) an den anderen Pol der Batterie (P\) angeschlossen ist
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