DE2944872B1 - Anordnung zur Steuerung eines Schrittmotors fuer batteriebetriebene Geraete - Google Patents
Anordnung zur Steuerung eines Schrittmotors fuer batteriebetriebene GeraeteInfo
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- G04C3/00—Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means
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- G04C3/143—Means to reduce power consumption by reducing pulse width or amplitude and related problems, e.g. detection of unwanted or missing step
Description
25
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Steuerung eines Schrittmotors für batteriebetriebene
Geräte, insbesondere Uhren, mit einer Oszillatorschaltung und mit einer Teilerschaltung, mit einer Steuer- und
Treiberschaltung zur Erzeugung von Impulsen zur Ansteuerung einer Erregerwicklung eines Schrittmotors,
mit einer Meßeinrichtung zur Erfassung des Stroms durch die Erregerwicklung des Schrittmotors, mit einer
Erkennungsschaltung zum Erfassen des zeitlichen Verlaufs des Stroms durch die Erregerwicklung, so daß
durch die Erkennungsschaltung bei einer vorbestimmten Änderung des Stroms die von der Steuer- und
Treiberschaltung erzeugten Impulse zur Ansteuerung der Erregerwicklung des Schrittmotors beendbar sind,
mit einer ersten Schaltung, durch die bestimmt ist, daß die Dauer der Impulse zur Ansteuerung der Erregerwicklung
einen ersten vorbestimmten Zeitraum nicht unterschreitet und mit einer zweiten Schaltung, durch
die bestimmt ist, daß die Dauer der Impulse zur Ansteuerung der Erregerwicklung einen zweiten vorbestimmten
Zeitraum nicht überschreitet. Eine derartige Anordnung ist aus der DE-OS 23 46 975 bekannt.
Diese bekannte Schaltung geht von einem für Schrittmotoren charakteristischen Stromverlauf durch
die Erregerwicklung beim Anlegen eines rechteckförmigen Steuersignals aus. Dieser Stromverlauf ist vom
verwendeten Schrittmotor, von der anliegenden Spannung in Abhängigkeit des Ladezustandes der Batterie
und von der Belastung des Schrittmotors abhängig. Bei bestimmten Kombinationen dieser Parameter kann der
Fall eintreten, daß die für eine Stromeinsparung notwendige Unterbrechung der Steuerimpulse nicht
erfolgen kann, da das für das Ansprechen der Steuerschaltung notwendige Stromminimum nicht zustande
kommt. In diesem Fall wird bei der aus obengenannter DE-OS bekannten Schaltung das längstmögliche
Steuersignal verwendet, obwohl dies nicht notwendig wäre. Es wird zwar auch erwähnt, daß es
möglich ist, das Steuersignal an einem anderen, früheren Zeitpunkt abzuschalten, es wird jedoch kein Hinweis
gegeben, wie dies technisch gelöst werden kann. Um eine Energieeinsparung auch dann zu erzielen, wenn
kein Stromminimum auftritt, ist es daher nötig, andere Kriterien für die Steuerung der Dauer der Antriebsimpulse
für den Schrittmotor zu verwenden.
Ein weiterer Nachteil der aus obengenannter DE-OS bekannten Schaltung ist darin zu sehen, daß dort zur
Erkennung des Stromminimums ein Differenzierglied aus einem Widerstand und einem Kondensator vorgesehen
ist. Eine für diese Schaltung notwendige Kapazität ist aber nur schwer integrierbar und muß daher als
externes Element eingebaut werden. Zusätzlich arbeitet diese Schaltung im Bereich der Strommessung und
Erkennung analog mit sehr geringen Spannungen, so daß eine gewisse Störanfälligkeit durch Einwirkungen
von außen gegeben ist.
Weiter ist aus der DE-OS 14 88 113 ein Verfahren zur
Steuerung der einem elektrischen Motor zur Ausführung einer gleichmäßigen Drehbewegung zuzuführenden
Energiemenge bekannt. Dabei soll bei einem elektrischen Motor, der mit einer nichtstabilisierten
Spannung gespeist wird, die zugeführte Energie bzw. die Drehzahl konstant gehalten werden. Dies wird dadurch
erreicht, daß der Motor mit Impulsen mit konstantem Spannungs-Zeit-Integral, also mit konstantem Energieinhalt,
angesteuert wird. Dabei kann die Drehzahl des Motors nur konstant bleiben, solange die Belastung des
Motors konstant ist, da eine Überwachung der Motordrehzahl nicht vorhanden ist. Es handelt sich also
um eine Stabilisierung der Energiezufuhr für den Motor, wobei aber das Steuersignal nicht durch eine Überwachung
des Motors b:?w. des Stromflusses durch den Motor gewonnen wird, sondern die Dauer der
Antriebsimpulse direkt aus der Höhe der Versorgungsspannung abgeleitet wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Schaltung anzugeben, bei der eine Begrenzung
der Dauer der Antriebsimpulse auf die höchstens notwendige Länge auch dann möglich ist, wenn im
Stromverlauf kein Minimum auftritt. Außerdem soll eine analoge Signalverarbeitung so weit wie möglich
vermieden werden und nur in einem Bereich geschehen, in dem genügend große Spannungen vorliegen, so daß
die Störungsempfindlichkeit der Schaltung gering ist. Weiter soll die Verwendung größerer Kapazitäten
vermieden werden, so daß eine vollständige Integration der Schaltung möglich wird.
Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht bei einer Anordnung der eingangs genannten Art darin, daß die
der Meßeinrichtung zur Erfassung des Stroms durch die Erregerwicklung nachgeschaltete Erkennungsschaltung
mit mindestens einem Takt ansteuerbar ist, der durch die Steuer- und Treiberschaltung und/oder die Teilerschaltung
erzeugbar ist, und daß als erste Schaltung eine Verzögerungsschaltung vorgesehen ist, durch die der
Beginn der Erfassung des Zeitlichen Verlaufs des Stroms durch die Erregerwicklung mittels der Erkennungsschaltung um einen vorgegebenen Zeitraum gegen den
Beginn eines jeden Steuerimpulses verzögerbar ist, wobei dieser Zeitraum dadurch bestimmt ist, daß der
Betrag des Gradienten des zeitlichen Verlaufs des Stroms unter allen Betriebsbedingungen des Schrittmotors
ein erstes Minimum mindestens erreicht hat.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen noch näher beschrieben.
F i g. 1 zeigt ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Antriebssystems; '*
F i g. 2 zeigt ein bevorzugtes Schaltungsbeispiel mit einem bipolaren Schrittmotor;
F i g. 3 zeigt verschiedene Möglichkeiten des Stromverlaufs am Anfang der Ansteuerperiode des Schrittmotors;
Fig.4 zeigt Spannungs-Zeitdiagramme an — in
F i g. 2 eingezeichneten — ausgewählten Punkten des bevorzugten Schaltungsbeispiels.
In F i g. 1 ist ein Blockschaltbild des Antriebssystems
für einen Schrittmotor wiedergegeben. Mit 1 wird eine Oszillatorschaltung bezeichnet, die Taktimpulse bevorzugt
mit einer für Uhren üblichen Frequenz von 32 768 bzw. 4 194 304 Hz an eine mehrstufige Teilerschaltung 2
liefert, an deren Ausgängen verschiedene Taktfrequenzen zur Verfugung stehen. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel
sind das die Frequenzen 2048 und 1024 Hz sowie 16, 8, 4, 2 und 1 Hz. Mit den letzten fünf
Taktfrequenzen wird eine Steuer- und Treiberschaltung 3 über Eingänge 4 angesteuert. Die Steuer- und
Treiberschaltung 3 erzeugt entsprechende Antriebsimpulse für eine Erregerwicklung 5 eines Schrittmotors an
Ausgängen 6. Weiter liefert die Steuer- und Treiberschaltung 3 verschiedene Taktimpulse an einen zweiten
Eingang 7 einer Erkennungsschaltung 8, an einen Eingang 9 einer Verzögerungsschaltung 10 sowie an
einen ersten Eingang 11 einer Meßeinrichtung 12 Weiter Hefen die Steuer- und Treiberschaltung 3 ein
Signal proportional zum Strom durch die Erregerwicklung 5 des Schrittmotors an mindestens einen zweiten
Eingang 13 der Meßeinrichtung 12.
Mit den ersten beiden der obengenannten Taktfrequenzen aus der Teilerschaltung 2 wird über erste
Eingänge 14 die Erkennungsschaltung 8 angesteuert Mit einem weiteren Takt, den die Verzögerungsschaltung
10 erzeugt, wird ein dritter Eingang 15 der Erkennungsschaltung 8 angesteuert. Außerdem wird ein
weiterer Eingang 16 derselben Erkennungsschaltung 8 mit einem Signal, das durch die Meßeinrichtung 12
erzeugt wird, angesteuert.
Die Erkennungsschaltung 8 gibt schließlich über einen
Ausgang 17 an die Steuer- und Treiberschaltung 3 ein Signal zur Steuerung der Dauer der Antriebsimpulse für
die Erregerwicklung 5 des Schrittmotors ab, d. h., die Erkennungsschaltung 8 schaltet den Schrittmotor dann
ab, wenn feststeht, daß der Rotor einen ausreichenden Antriebsimpuls erhalten hat, um sicher einen begonnenen
Drehschritt auszuführen und in seine nächste Ruhelage einzulaufen. Je nach Belastung des Schrittmotors
bzw. der anliegenden Batteriespannung muß die Erkennungsschaltung 8 daher den Antriebsimpuls
früher oder später abschalten. Das entsprechende Kriterium wird durch das Ausgangssignal der Meßschaltung
geliefert. Dabei beträgt die minimale Dauer der Antriebsimpulse in einer bevorzugten Schaltung 10 ms.
Diese Zeit ist durch die Verzögerungsschaltung 10 bestimmt. Die maximale Dauer der Impulse beträgt
31,25 ms, ebenfalls in einer bevorzugten Schaltungsausführung. Diese Dauer ergibt sich aus der Erzeugung der
Taktimpulse aus fünf Taktfrequenzen von 16,8,4,2 und
1 Hz, wie im folgenden beschrieben.
F i g. 2 zeigt ein Schaltungsbeispiel für eine bevorzugte Ausführung der Erfindung mit einem bipolaren
Schrittmotor, der durch eine Erregerwicklung 5 dargestellt ist. Die Oszillatorschaltung 1 und die
Teilerschaltung 2 liefern an die Eingänge 4 eines UND-Gatters 18, wie oben bereits beschrieben,
Taktfrequenzen von 16,8,4,2 und 1 Hz. Daraus werden
am Ausgang des UND-Gatters 18 Taktfrequenzen von 1 Hz mit einer Impulsdauer von 31,25 ms erzeugt,
welche eine erste Steuerlogik aus einem UND-Gatter 19 und einem J K-Flipflop 20 steuern. Diese erste
Steuerlogik kann die Impulsdauer aufgrund von aus der Erkennungsschaltung 8 erhaltbaren Steuersignalen
verkürzen. Diese verkürzten Steuerimpulse steuern eine zweite Logikschaltung aus einem als Zähler geschalteten JK-Flipflop 21 (siehe auch Tietze und Schenk:
»Halbleiter-Schaltungstechnik«, 4. Auflage [19781 Seiten 166 bis 168) mit Takteingang, zwei UN D-Gattern 22,
22' und zwei Invertern 23,23'. Diese zweite Logikschal tung liefert vier später noch näher erläuterte Taktim
pulsreihen zur Ansteuerung einer Polwenderschaltung aus vier Feldeffekttransistoren 24, 24', 25, 25' in der
üblichen Weise. Mit Hilfe dieser Polwenderschaltung wird die Erregerwicklung 5 des bipolaren Schrittmotors
mit wechselnder Stromrichtung angesteuert, wobei zwischen zwei Antriebsimpulsen die Erregerwicklung
zum Zwecke der Dämpfung der Rotorbewegung jeweils kurzgeschlossen wird. Mit den gleichen Taktimpulsreihen, mit denen die Feldeffekttransistoren 24, 24'
angesteuert werden, werden auch zwei Analogschalter 26, 26' angesteuert Unter Analogschaltern werden,
auch im folgenden, elektronische Schalter mit der Funktion eines Relais verstanden, deren Schaltgeschwindigkeit auch bei höheren Frequenzen genügt,
saubere Rechteckimpulse herzustellen. Diese Analogschalter 26, 26' verbinden in geeigneter Weise die
beiden Anschlüsse der Erregerwicklung 5 mit dem Eingang eines Operationsverstärkers 27 so, daß
während des Zeitraums der Ansteuerung der Erreger wicklung 5 am Ausgang des Operationsverstärkers 27
eine Spannung proportional zum Strom durch die Erregerwicklung 5 des Schrittmotors erzeugbar ist
Diese Spannung gelangt zu einer nachgeordneten Sample-Hold-Schaltung 28 (a^.O, Seiten 407 bis 410,
»Abtast-Halte-Glieder«), welche mit ihrem Ausgang an
einem ersten Eingang eines Komparator 29 liegt Mit einem zweiten Eingang des Komparators 29 ist der
Ausgang des Operationsverstärkers 27 direkt verbunden. Am Ausgang des Komparators 29 liegt ein
Analogschalter 30. Derselbe Analogschalter 30 und die Sample-Hold-Schaltung 28 werden mit einer dritten
Steuerlogik aus Invertern 31,32 und UND-Gattern 33, 34 so gesteuert, daß bei einer vorherbestimmten
Änderung des Stroms durch die Erregerwicklung ein Steuerimpuls an ein Monoflop 35 abgegeben wird, das
einen z. B. mindestens 1 ms langen Impuls erzeugt, der
das JK-Flipflop 20 aus der ersten Steuerlogik ansteuert und damit die Dauer der Taktimpulse zur Ansteuerung
des Schrittmotors begrenzt Im Sinne der Erfindung ist
so es auch möglich, den Analogschalter 30 zusammen mit dem der Ansteuerung desselben dienenden UND-Gatter 34 und dem Inverter 32 durch andere geeignete
Bauelemente zu ersetzen. Dabei wird im einfachsten Fall ein UND-Gatter mit einem invertierenden und vier
nicht invertierenden Eingängen verwendet Dann wird der Ausgang des Komparators 29 an einen nicht
invertierenden Eingang des UND-Gatters gelegt und die Leitung zur Ansteuerung des Inverters 32 direkt an
den invertierenden Eingang des UND-Gatters ange schlossen. Der Ausgang des UND-Gatters liefert dann
den Steuerimpuls zur Ansteuerung des Monoflop« 35. Die dritte Steuerlogik wird mit zwei Taktfrequenzen
von bevorzugt 2048 und 1024 Hz aus der Teilerschaltung 2 angesteuert Zusätzlich werden die Taktimpulse,
welche die Feldeffekttransistoren 24 und 24' steuern. Ober ein ODER-Gatter 36 zusammengeführt und
steuern die dritte Steuerlogik. Schließlich wird die dritte
Steuerlogik noch von einem invertierten Ausgang eines
Monoflops 37 angesteuert, welches Taktimpulse erzeugt,
die aus den Anstiegsflanken der Taktimpulse am Ausgang des ODER-Gatters 36 erzeugt werden und im
bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Länge von 10 ms
besitzen. Diese Taktimpulse bewirken, daß die Erkennungsschaltung 8 erst 10 ms nach dem Beginn eines
jeden Antriebsimpulses für die Erregerwicklung 5 des Schrittmotors zu arbeiten beginnt.
Die Fig.3a, 3b und 3c zeigen verschiedene
Möglichkeiten des Verlaufs des Stroms / durch die Erregerwicklung 5 zu Beginn der Ansteuerung mit
einem Rechteckimpuls und den Gradienten des Strom Verlaufs d//dt Dieser Stromverlauf kommt
dadurch zustande, daß durch die Beschleunigung des Rotors des Schrittmotors eine Gegenspannung (EMK)
induziert wird, die der Bewegung des Rotors entgegenwirkt.
Empirische Untersuchungen haben nun ergeben, daß ein Schrittmotor einen vollständigen Drehschritt ausführen
kann, wenn die Antriebsimpulse eine solche Länge besitzen, daß der Stromanstieg nach einem
Minimum oder einem Wendepunkt wieder begonnen hat. Die Erkennungsschaltung 8 ist nun so angelegt, daß
ein Anstieg des zum Strom durch die Erregerwicklung 5 proportionalen Signals aus der Meßeinrichtung 12 einen
Impuls auslöst, der die Antriebsimpulse für den Schrittmotor jeweils beendet. Damit die Erkennungsschaltung 8 aber nicht bereits auf den Anstieg des
Stroms zum Beginn eines Antriebsimpulses anspricht, muß die Erkennungsschaltung 8 so lange gesperrt
werden, bis der erste Stromanstieg beendet ist, d. h\, bis der Stromverlauf ein Maximum oder einen Wendepunkt
erreicht hat. Dieser Punkt ist dadurch charakterisiert, daß der Betrag des Gradienten d//di des Strom Verlaufs
ein erstes Minimum durchläuft.
Schaltungstechnisch ist dies so gelöst, daß die Erkennungsschaltung 8 durch die Verzögerungsschaltung
10 ab Beginn eines Ansteuerimpulses bis mindestens zum Erreichen des oben definierten Punktes
gesperrt bleibt. In der bevorzugten Schaltungsausführung wird die Verzögerungszeit der Verzögerungsschaltung
10, die im wesentlichen aus einem Monoflop 37 besteht, auf 10 ms eingestellt. Zur Anpassung an
verschiedene Schrittmotoren, verschiedene Belastungen und verschiedene Batteriespannungen ist auch eine
Möglichkeit zur Veränderung dieser Verzögerungszeit vorsehbar. Im Sinne der Erfindung ist es natürlich auch,
daß als Verzögerungsschaltung 10 ein anderes geeignetes elektronisches Bauelement, wie z. B. ein Zähler,
verwendet wird. Dabei bekommt der Zähler zu Beginn eines Ansteuerimpulses einen Startimpuls und zählt
danach mit einer höheren Frequenz, beispielsweise 1024 Hz, bis 10 (entspricht 10 ms) und gibt dann einen
Steuerimpuls ab. Durch eine Programmierbarkeit des Zählers wird auch hier eine Anpassung der Verzögerungszeit
an verschiedene Schrittmotoren, Belastungen und Batteriespannungen möglich.
Die Funktion der gesamten Schaltung soll im folgenden anhand Fig.4 näher erläutert werden. In
Fig.4 sind die verschiedenen in der Schaltung vorkommenden Signalformen dargestellt. Der Zeitmaßstab
dazu ist jeweils in der Zeichnung eingetragen: In den F i g. 4a bis 4m entsprechen 100 ms etwa 16 mm; die
Fig.4j und 4k sind wiederholt mit einem Maßstab 10 ms=20 mm. Den gleichen Maßstab besitzen die
Fig.4n bis 4s. Die Fig.4t bis 4y sind schließlich so
gezeichnet, daß 1 ms etwa 10 mm entspricht; im gleichen Maßstab sind die Fig.4p bis 4s und 4g
wiederholt. Die Kleinbuchstaben zur Untergliederung von Fig.4 sind jeweils in Fig.2 bei den Leitungen
eingezeichnet, auf welchen die entsprechenden Signalformen meßbar sind.
In den F i g. 4a bis 4e sind die Signalformen an den entsprechenden Ausgängen der Teilerschaltung 2
aufgetragen. Durch die Verknüpfung im UND-Gatter
18 ergeben sich 1-Hz-Impulse mit einer Dauer von 31,25ms, wie in Fig.4f dargestellt. Die 1-Hz-ImpuIse
können in der ersten Steuerlogik aus dem UND-Gatter
19 und dem J K-Flipflop 20 durch einen Steuerimpuls aus
der Erkennungsschaltung 8 (F i g. 4y) verkürzt werden. In Fig.4g ist ein verkürzter Steuerimpuls dargestellt,
wobei der gestrichelte Teil die maximal mögliche Impulslänge andeutet. Aus diesem Signal (Fig.4g)
werden die Steuerimpulse (F i g. 4j bzw. 4k) für die Feldeffekttransistoren 24 bzw. 24' erzeugt Dazu wird
das Signal einmal als Takt auf den JK-Flipflop 21 gegeben, zum anderen direkt auf das UND-Gatter 22
bzw. 22'. Am anderen Eingang von 22 bzw. 22' liegen die Ausgänge von JK-Flipflop 21, die jeweils wechselweise
1 s logisch hoch bzw. niedrig liegen (F i g. 4h bzw. 4i). Die dazu inversen Steuerimpulse, dargestellt in den
F i g. 41 und 4m, steuern die Feldeffekttransistoren 25, 25' der Polwenderschaltung. Durch diese Steuerung
werden nun während der Dauer eines Steuerimpulses abwechselnd die Feldeffekttransistoren 24 und 25' bzw.
24' und 25 auf Durchlaß geschaltet und der Schrittmotor dadurch angetrieben. Nach dem Ende des Steuerimpulses
werden die Feldeffekttransistoren 25, 25' bis zum Beginn des nächsten Steuerimpulses auf Durchlaß
geschaltet, so daß die Erregerwicklung 5 des Schrittmotors nahezu kurzgeschlosen ist. Dies dient der
Dämpfung der Bewegung des Schrittmotors nach dem Ende des Antriebsimpulses.
In Fig.4n ist ein typischer Stromverlauf in der Erregerwicklung 5 eines Schrittmotors während eines
Drehschrittes dargestellt. Durch die Analogschalter 26, 26', die mit den Impulsreihen j bzw. k gesteuert werden,
wird eine Spannung proportional zum Strom durch die Erregerwicklung 5 an den Eingang des Operationsverstärkers
27 gelegt (dargestellt in F i g. 4o). Dabei dienen die Analogschalter 26, 26' dazu, daß das Signal,
unabhängig von der Richtung des Stroms durch die Erregerwicklung 5, die gleiche Polarität beibehält.
Der Ausgang des Operationsverstärkers 27 ist über eine Sample-Hold-Schaltung 28 mit einem ersten
Eingang eines Komparator 29 (das dort anliegende Signal ist in Fig.4g dargestellt) und direkt mit einem
zweiten Eingang desselben Komparator 29 verbunden (das hier anliegende Signal ist in Fig.4p dargestellt).
Am Ausgang des Komparator 29 ist ein Analogschalter 30 angeschlossen, der das am Ausgang des Komparators
29 erscheinende Signal (F i g. 4x) nur während bestimmter Zeiten weiterleitet (das Signal nach dem Analogschalter
30 ist in F i g. 4y dargestellt). Zur Steuerung der Sample-Hold-Schaltung 28 wird der Takt t verwendet,
zur Steuerung des Analogschalters 20 der Takt w. Der Takt t entsteht durch Verknüpfung folgender Signalfolgen
in einem UND-Gatter 33: Takt r vom Ausgang des ODER-Gatters 36; Takt s vom Ausgang des Monoflops
und Takt u mit einer Frequenz von 1024 Hz vom Teiler 2. Die beiden Signalfolgen j und k zur Steuerung
der beiden Feldeffekttransistoren 24 und 24' werden im ODER-Gatter 36 verknüpft. Die dabei entstehende
Signalfolge r steuert das UND-Gatter 33 direkt und über das Monoflop 37. Dabei ^rzeugt das Monoflop 37
an seinem inversen Ausgang Q ein Signal s, welches zu
130113/263
Beginn eines jeden Antriebsimpulses von logisch 1 auf
togisch 0 wechselt und in der bevorzugten Schaltung nach 10 ms wieder auf logisch 1 geht Mit diesen beiden
Signalen r und s ist die Sample-Hold-Schaltung 28 und damit die gesamte Erkennungsschaltung 8 nur während
eines Zeitraumes in Betrieb, der 10 ms nach Beginn eines jeden Antriebsimpulses anfängt und mit dem Ende
des Antriebsrmpulses aufhört. Zusätzlich wird das UND-Gatter 33 mit einer Taktfolge u mit einer
Frequenz von 1024 Hz gesteuert, di£ dafür sorgt, daß die
Sample-Hold-Schaltung 28 wähfendihref Betriebszeit in etwa 1-ms-Abständen für etwa 0,5 ms sampelt (s. Takt
dargestellt in Fig.4t). Der Komparator 29 erzeugt nun
an seinem Ausgang eine logische 1, wenn die Bedingung erfüllt ist, daß das Signal ρ größer ab das Signal q ist,
d. h, wenn der Strom durch die Erregerwicklung 5 ansteigt Um zu verhindern, daß die Steuer- und
Treiberschaltung 3 ein nicht relevantes Steuersignal von der Erkennungsschaltung 8 während der Sample-Periode erhält, wird der Analogschalter 30 ahi Ausgang der
Erkennungsschaltung 8 über den Inverter 31 Und das UND-Gatter 34 mit dem Signal / gesteuert Das
bedeutet, daß der Analogschalter 30 während der
Sample-Periode geöffnet ist. Weiter wird das UND-
10
Gatter 34 mit den Taktreihen r Unas gesteuert, so daß
der AnaJögschaltef 30 erst It) ms rtaoh dem Beginn «mes
j Wen Antriebsimpülses fur ö^n SdiHUmotOf schfeßeh
Karin und zum Ende eines jeden Ahtnebsimptitees öffnet
Zusätzlich wird das UND-Gatte> 34 noch mit ^i#er
Taktfolge v; die über den Wivertei* 32 aus der Taktfolgte
ν aus der Teilerschaltung 2 erzeugt wird; angesteuert.
Bei einem Vergleich des vom UND-Gatttf 34 erzeugten
Taktes w mit dem vom UND^Gätte*33 erzeugten Takt t
kann festgesteüt werden, däß wahrend der Zeit, irt der
die Erkentiungsschiahung 8 in Betrieb ist jeweils in
l-ms-Periodcn für etwa 0,5 ms gesampelt wird, danüch
für etwa 0-25 ms gewartet and während der letzten etwa
0,25 ms der Periode kann ein tmä vorhandenes SigiwU
is (dargestellt in Fig. 4y) art die Steuer- uHd Treiberschaltung 3 weitergegeben werden. '-'^ ■■"■■·■ '^:« :'*ϊ--'
Das Monoflop 35 schließlich dient der EntpreHung
des Eingangs der Steuer- und Treiberschaltung 3.; Es
erzeugt einen lmfJüfe definierter Utage von z.B. 1 ms,
wenn am Ausgaiig der ■ Erkennungsschaltung B "■ «m
Signal erscheint Dies ist 'notwendig, da bei Eirscheirten
desselben Signals jeweils die ArttriebsimpWse für den
Schrittmotor unterljrocfien werdeh und damit auch die
Erkennungsschältung8ruht l
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen
Claims (11)
1. Anordnung zur Steuerung eines Schrittmotors für batteriebetriebene Geräte, insbesondere Uhren,
mit einer Oszillatorschaltung und mit einer Teilerschaltung, mit einer Steuer- und Treiberschaltung
zur Erzeugung von Impulsen zur Ansteuerung einer Erregerwicklung eines Schrittmotors, mit einer
Meßeinrichtung zur Erfassung des Stromes durch die Erregerwicklung des Schrittmotors, mit einer
Erkennungsschaltung zum Erfassen des zeitlichen Verlaufs des Stroms durch die Erregerwicklung, so
daß durch die Erkennungsschaltung bei einer vorbestimmten Änderung des Stroms die von der
Steuer- und Treiberschaltung erzeugten Impulse zur Ansteuerung der Erregerwicklung des Schrittmotors
beendbar sind, mit einer ersten Schaltung, durch die bestimmt ist, daß die Dauer der Impulse zur
Ansteuerung der Erregerwicklung einen ersten vorbestimmten Zeitraum nicht unterschreitet, und
mit einer zweiten Schaltung, durch die bestimmt ist, daß die Dauer der Impulse zur Ansteuerung der
Erregerwicklung einen zweiten vorbestimmten Zeitraum nicht überschreitet, dadurch gekennzeichnet,
daß die der Meßeinrichtung (12) zur Erfassung des Stroms durch die Erregerwicklung
(5) nachgeschaltete Erkennungsschaltung (8) mit mindestens einem Takt ansteuerbar ist, der durch die
Steuer- und Treiberschaltung (3) und/oder die Teilerschaltung (2) erzeugbar ist, und daß als erste
Schaltung eine Verzögerungsschaltung (10) vorgesehen ist, durch die der Beginn der Erfassung des
zeitlichen Verlaufs des Stroms durch die Erregerwicklung (5) mittels der Erkennungsschaltung (8) um
einen vorgegebenen Zeitraum gegen den Beginn eines jeden Steuerimpulses verzögerbar ist, wobei
dieser Zeitraum dadurch bestimmt ist, daß der Betrag des Gradienten des zeitlichen Verlaufs des
Stroms unter allen Betriebsbedingungen des Schrittmotors ein erstes Minimum mindestens erreicht hat.
2. Anordnung zur Steuerung eines Schrittmotors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Erkennungsschaltung (8) an einem ersten Eingang (14) durch Taktimpulse aus der der Oszillatorschaltung
(1) nachgeschalteten Teilerschaltung (2) steuerbar ist, daß weiter die Erkennungsschaltung (8) an
einem zweiten Eingang (7) mit Taktimpulsen aus der Steuer- und Treiberschaltung (3) ansteuerbar ist, daß
die Erkennungsschaltung (8) außerdem an einem so dritten Eingang (15) von Steuersignalen aus der
Verzögerungsschaltung (10) ansteuerbar ist, welche wiederum von Taktimpulsen ansteuerbar ist, die
durch die Steuer- und Treiberschaltung (3) aus der derselben vorgeschalteten Teilerschaltung (2) erzeugbar
sind, daß die Erkennungsschaltung (8) schließlich an einem vierten Eingang (16) mit
Signalen aus der Meßeinrichtung (12) ansteuerbar ist, welche Meßeinrichtung (12) wiederum von der
Steuer- und Treiberschaltung (3) mit Taktimpulsen und einem Signal proportional zum Strom der durch
die Steuer- und Treiberschaltung (3) ansteuerbaren Erregerwicklung (5) eines Schrittmotors ansteuerbar
ist, und daß an einem Ausgang (17) der Erkennungsschaltung (8) ein Steuersignal zur Ansteuerung der
Steuer- und Treiberschaltung (3) erzeugbar ist.
3. Anordnung zur Steuerung eines Schrittmotors nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Erkennungsschaltung (8) aus einem mit Impulsen steuerbaren ersten Schaltkreis zum
Zwischenspeichern und Auslesen von Spannungswerten, einem zweiten Schaltkreis zum Vergleichen
von zwei Spannüngswerten und einem mit Impulsen steuerbaren Analogschalter (30) am Ausgang des
zweiten Schaltkreises, sowie aus einer Logikschaltung besteht, durch welche der erste Schaltkreis und
der Analogschalter (30) steuerbar sind.
4. Anordnung zur Steuerung eines Schrittmotors nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Erkennungsschaltung (8) aus einem Sample-HoW-Schaltkreis
(28), einem Komparator (29) und dem Analogschalter (30) sowie mindestens zwei UND-Gattern
(33,34) besteht
5. Anordnung zur Steuerung eines Schrittmotors nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
mittels des !Comparators (29) eine vom Sample-Hold-Schaltkreis
(28) erzeugte Referenzspannung mit der jeweils gegenwärtig anliegenden Spannung
vergleichbar ist und daß durch den Komparator (29) ein Ausgangssignal nur dann erzeugbar ist, wenn die
jeweils gegenwärtig anliegende Spannung höher ist als die Referenzspannung.
6. Anordnung zur Steuerung eines Schrittmotors
nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Logikschaltung innerhalb der
Erkennungsschaltung (8) mit einer ersten und einer zweiten Taktfolge ansteuerbar ist, welche aus der
Teilerschaltung (2) erhaltbar sind, wobei die Frequenz der zweiten Taktfolge mindestens etwa
das einhundertfache bzw. das zweihundertfache, bevorzugt das etwa eintausendfache bzw. das
zweitausendfache der Frequenz der Impulse zur Ansteuerung des Schrittmotors beträgt, daß die
erste Taktfolge gegenüber der zweiten invertiert und das Frequenzverhältnis der ersten zur zweiten
Taktfolge 2 :1 ist und daß die genannte Logikschaltung außerdem mit den invertierten Ausgangsimpulsen der Verzögerungsschaltung (10) und allen
Impulsen zur Ansteuerung der Erregerwicklung (5) des Schrittmotors ansteuerbar ist
7. Anordnung zur Ansteuerung eines Schrittmotors nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
am Ausgang des Komparators (29) der elektronische Analogschalter (30) liegt, der mit den am Ausgang
des ersten UND-Gatters (34) erhaltbaren Impulsen so steuerbar ist, daß ein Ausgangssignal nur dann
erzeugbar ist, wenn die Sample-Hold-Schaltung (28)
in Hold-Stellung ist, wenn ferner ein Impuls zur Ansteuerung der Erregerwicklung (5) des Schrittmotors vorhanden ist, wenn außerdem der durch die
Verzögerungsschaltung (10) bestimmte Zeitraum beendet ist und wenn schließlich ein Impuls aus der
ersten Taktfolge vorliegt
8. Anordnung zur Ansteuerung eines Schrittmo tors nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Sample-Hold-Schaltung (28) mit einer Taktfolge ansteuerbar ist, die am Ausgang des zweiten
UND-Gatters (33) der Logiksteuerung erzeugbar ist, so daß die Sample-Stellung nur dann einschaltbar ist,
wenn ein Impuls zur Ansteuerung der Erregerwicklung (5) des Schrittmotors vorliegt, wenn ferner der
durch die Verzögerungsschaltung (10) bestimmte Zeitraum jeweils beendet ist und wenn außerdem ein
Impuls aus der zweiten Taktfolge vorliegt
9. Anordnung zur Ansteuerung eines Schrittmotors nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
ORtOtNAL
gekennzeichnet, daß als Verzögerungsschaltung (10) ein Monoflop (37) verwendbar ist.
10. Anordnung zur Ansteuerung eines Schrittmotors nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
das Monoflop (37) der Verzögerungsschaltung (10) % eine veränderbare Zeitkonstante besitzt, so daß die
Schaltung an verschiedene Schrittmotoren anpaßbar ist.
11. Anordnung zur Ansteuerung eines Schrittmotors nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines bipolaren Schrittmotors die der Erkennungsschaltung (8)
vorgeschaltete Meßeinrichtung (12) zur Erfassung des Stroms durch die Erregerwicklung (5) über zwei
mit Taktimpulsen so steuerbaren Analogschaltern (26, 26') mit den beiden Anschlüssen der Erregerwicklung
(5) des Schrittmotors verbunden ist, daß das am Ausgang der Meßeinrichtung (12) erhaltbare
Signal — unabhängig von der Richtung des Stromflusses durch die Erregerspule (5) während der
Ansteuerperiode — die gleiche Polarität besitzt.
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