DE2650367C3

DE2650367C3 - Steuerschaltung eines für die Zeitmessung benutzten Schrittmotors

Info

Publication number: DE2650367C3
Application number: DE2650367A
Authority: DE
Inventors: Jean-Claude Epalinges Berney (Schweiz)
Original assignee: Jean-Claude Berney Sa Epalinges (schweiz)
Current assignee: Jean-Claude Berney Sa Epalinges (schweiz)
Priority date: 1975-11-18
Filing date: 1976-11-03
Publication date: 1979-10-11
Also published as: GB1538887A; DE2650367B2; FR2332646A1; JPS5263767A; CH611484GA3; CH611484B; DE2650367A1; FR2332646B1; US4110968A

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 Komple mentären 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.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Steuerschaltung der einleitend angegebenen Art verfügbar 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 St haltung der vorausgesetzten Art, die dadurch gekennzeichnet 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 Gateanschlüssen 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 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 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 üblichen Fall ist und die dazu ausreicht, die Leistungstransistoren in deren Sättigungsbereich zu bringen, braucht eine solche Spannungserhöhungsschaltung nicht vorgesehen zu sein.

Für den Fall, daß die Steuerschaltung für einen 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 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 Q\ gerade positive Impulse liefert und in Q₂ ungerade positive Impulse. Der Ausgang Q\ 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-Leistuingstransistors T\ verbunden. Der Ausgang des Tores 5 ist mit dem zweiten Eingang des Tores 3 und min dem Gate des N-MOS-Leistungstransistors 7} verbunden. Der Ausgang des Tores 6 ist mit dem zweiten Eingang des Tores 8, mit dem zweiten Eingang des To;k:s 9, mit dem zweiten Eingang des Tores 10 und mil 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 in verbunden.

Die Source des Transistors Ti liegt a.rri negativen Pol der Batterie Pi und sein Drain an dem Anschluß der Antriebswicklung B\ und an der Source von Tj. Der Drain von Ti liegt am positiven Pol der Batterie. Die ri Source des Transistors Tj liegt am negativen Pol der Batterie und sein Drain am anderen Anschluß der Antriebswicklung und an der Source von Ti. Der Drain von Ti ist mit dem positiven Pol der Batterie verbunden. Der Ausgang des Tores 9 liegt am Gate eines ■· P-MOS-Transistors Ts, dessen Source nut dem positiven Pol der Batterie verbunden ist und dessen Drain an einen Anschluß einer Kapazität Q und Ein 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 P₁ speist unmittelbar den Oszillator l.den Frequenzteiler 2 und das, Tor 10.

Die Arbeitsweise der beschriebenen Schaltung kann man wie folgt erklären.

In Abwesenheit jeglicher Impulse auf Qi und Q₂ liegen v. die Ausgänge der Inverter 4 und 7 auf 1. Die Ausgänge der Tore 5 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 T₅ ist leitend. Das Potential r seines Drains ist gleich der Spannung Vp der Batterie. Die Kapazität ist also mit dieser Spannung geladen. Die Leistungstransistoren Ti und Tj sind leitend. Der Strom in der Antriebswicklung B\ des Motors ist gleich Null.

Erscheint ein positiver Impuls in Q\, so gehen der Ausgang des Verstärkers 4 sowie der Ausgang d^s Tores 3 auf 0 über. Der Transistor Ti leitet nicht mehr. Der Ausgang des Tores 9 geht auf 1 über und der Transistor T₅ leitet nicht mehr. In gleicher Weise geht der Ausgang des Tores 10 auf + Vp über. 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 Ti sind dann positiv. T₂ und Tj sind leitend und Ti und T₄ nicht leitend. Die Spannung der Source von T₂ ist + Vp und diejenige des Drains von T₃ gleich Null. 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 über, der Transistor T^ wird abgeschaltet und die Spannung sei ■ -s Drains geht auf + 2Vp über. Die Spannung am Ausgang der Tore 3, S und 9 wird also +2Vp. Die Gate-Drain-Spannungen von T^ und Ti sind positiv. Ti und Ti sind leitend. T-i und T₃ nicht. Die Source von T₄ hat die Spannung + Vp, der Drain ■ on T, die Spannung Null. Während des Impulses erhält die Antriebsspule des Motors einen negativen Strom. Im soeben beschriebenen Beispiel ergibt der Spannungserhöher eine verdoppelte Spannung nur bei jedem Impuls. Man könnte aber auch tinen Spannungserhöher vorsehen, welcher diese doppelte Spannung ununterbrochen liefern würde.

Ist der Motor unipolar gespeist, ~o kann man auf die Transistoren T₃ und Ti, auf den In erter 7 und auf die Tore 6 und 8 verzichten. Der eine Anschluß der Antriebswicklung wird dann mit dem Drain von Ti und mit der Source von T₂ verbunden. Der andere Anschluß der Wicklung liegt am negativen Pol der Speisespannung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

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 Leisiungsstufe, welche die zum Antrieb des Motors nötigen Impulse liefert und paarweise miteinander verbundene Transistoren aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren der Leistungsstufe (T_u T₂, T₃, T₁) sämtlich N-MOS-Transistoren sind, daß bei jedem Transistorpaar der Leistungsstufe die Source des einen Transistors (T\; Ti) mit einem Pol der Batterie (P\) und dessen Drain mit einem Anschluß der Antriebswicklung (B\) und mit der Source des anderen Transistors (Tr, Ti) verbunden und der Drain des letzteren Transistors an den anderen Pol der Batterie (P₁) angeschlossen ist, und daß der Impulsformer (9, 10. CV 7s) eine mindestens eine Kapazität (Q) aufweisende Spannungserhöhungsschaltung umfaßt, über welche den Gateanschlüssen der Transistoren (T] bis Ti) 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 (T\, T₂) besteht und daß der nicht m·' dem Drain des ersten (Ti) und der Source des zweiten (T₂) Transistors verbundene Anschluß der Antriebsipule (L·,) an den anderen Pol der Batterie (P\) angeschlossen ist.