DE2944872C2 - Anordnung zur Steuerung eines Schrittmotors für batteriebetriebene Geräte - Google Patents

Description

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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 t>o 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 bS gegeben, wie dies technisch gelöst werden kann. Um eine Energieeinsparung aucti dann zu erzielen, wenn kein Stromminimum auftritt, ist es daher nötig, andere Kriterien fur die Steue-ung 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-ZeiMntegral, 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 bzw. 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.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Antriebssystems;

Fig. 2 zeigt ein bevorzugtes Schaltungsbeispiel mit einem bipolaren Schrittmotor;

F i g. 3 zeigt verschiedene Möglichkeiten des Stromverlaufs am Anfang der Ansteuerperiode des Schrittmotors;

F i g. 4 zeigt Spannungs-Zeitdiagramme an — in F i g. 2 eingezeichneten — ausgewählten Punkten des bevorzugten S haltungsbeispiels.

In Fig. 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 Verfügung 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 liefert 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 3125 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 Oszfllatorschaltung 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 JK-Flipflop 20 steuern. Diese erste Steuerlogik kann die Impulsdauer aufgrund von aus der Erkennungsschaltung 8 erhaltbaren Steuersignalen verkürzen. Diese verkürzten Steuerimpulse steuern eine zweite Logikschaitung aus einem als Zähler geschalteten JK-Flipflop 21 (siehe auch Tietze und Schenk: »Halbleiter-Schaltungstechnik«, 4. Auflage [1978], Seiten 166 bis 168) mit Takteingang, zwei UN D-Gattern 22, 22' und zwei Invertern 23, 23'. Diese zweite Logikschaltung liefert vier später noch näher erläuterte Taktimpulsreihen 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 Erregerwicklung 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 Kornparators 29 liegt. Mit einem zweiten Eingang des Komparator 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 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 angeschlossen. Der Ausgang des UND-Gatters liefert dann den Steuerimpuls zur Ansteuerung des Monoflops 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, über 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 Stromverlaufs d//d/. 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//df des Stromverlaufs 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 Verzögcrungsschaltung 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 nun. Den gleichen Maßstab besitzen die Fig.4n bis 4s. Die Fig.4t bis 4y sind schließlich so gezeichnet, daß Ims etwa 10mm 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 Fig.4a bis 4e sind die Signalformen an den entsprechenden Ausgängen der Teilerschallung 2 aufgetragen. Durch die Verknüpfung im UND-Gatter

18 ergeben sich 1-Hz-Impulse mit einer Dauer von 31,25 ms, wie in F i g. 4f dargestellt. Die 1-Hz-lmpulse können in der ersten Steuerlogik aus dem UND-Gatter

19 und dem JK-Flipflop 20 durch einen Steuerimpuls aus der Erkennungsschaltung 8 (Fig.4y) verkürzt werden. In Fig.4g ist ein verkürzter Steuerimpuls dargestellt, wobei der gestrichelte Teil die maximal mögliche

I¹S Impulslänge andeutet. Aus diesem Signal (Fig.4g) werden die Steuerimpulse (Fig.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 Fig.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

J5 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 Komparators 29 (das dort anliegende Signal ist in F i g. 4q dargestellt) und direkt mit einem zweiten Eingang desselben Komparators 29 verbunden (das hier anliegende Signal ist in Fig.4p dargestellt). Am Ausgang des Komparators 29 ist ein Analogschalter 30 angeschlossen, der das am Ausgang des Komparators 29 erscheinende Signal (F i g. 4x) nur während bestimm ter Zeiten weiterleitet (das Signal nach dem Analog schalter 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 Signalfol gen in einem UND-Gatter 33: Takt r vom Ausgang des ODER-Gatters 36; Takt s vom Ausgang des Monoflops 37 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 erzeugt das Monoflop 37 an seinem inversen Ausgang Q ein Signal s, welches zu

Beginn eines jeden Antriebsimpulses von logisch 1 auf logisch 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 Antriebsimpulses aufhört. Zusätzlich wird das UND-Gatter 33 mit einer Taktfolge u mit einer Frequenz von 1024 Hz gesteuert, die dafür sorgt, daß die Sample-Hold-Schaltung 28 während ihrer 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 als 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 Sainple-Periode erhält, wird der Analogschalter 30 am Ausgang der Erkennungsschaltung 8 über den Inverter 31 und das UND-Gatter 34 mit dem Signal t gesteuert. Das bedeutet, daß der Analogschalter 30 während der Sample-Periode geöffnet ist. Weiter wird das UND-Gatter 34 mit den Taktreihen rund s gesteuert, so daß der Analogschalter 30 erst 10 ms nach dem Beginn eines jeden Antriebsimpulses für den Schrittmotor schließen kann und zum Ende eines jeden Antriebsimpulses öffnet.

■> Zusätzlich wird das UND-Gatter 34 noch mit einer Taktfolge v', die über den Inverter 32 aus der Taktfolge ν aus der Teilerschaltung 2 erzeugt wird, angesteuert. Bei einem Vergleich des vom UND-Gatter 34 erzeugten Taktes wmit dem vom UND-Gatter 33 erzeugten Takt t

ίο kann festgestellt werden, daß während der Zeit, in der die Erkennungsschaltung 8 in Betrieb ist, jeweils in 1-ms-Perioden für etwa 0,5 ms gesampelt wird, danach für etwa 0,25 ms gewartet und während der letzten etwa 0,25 ms der Periode kann ein etwa vorhandenes Signal (dargestellt in F i g. 4y) an die Steuer- und Treiberschaltung 3 weitergegeben werden.

Das Monoflop 35 schließlich dient der Entprellung des Eingangs der Steuer- und Treiberschaltung 3. Es erzeugt einen Impuls definierter Länge von z. B. 1 ms, wenn am Ausgang der Erkennungsschaltung 8 ein Signal erscheint. Dies ist notwendig, da bei Erscheinen desselben Signals jeweils die Antriebsimpulse für den Schrittmotor unterbrochen werden und damit auch die Erkennungsschaltung 8 ruht.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

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 d\e 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 Betriebsbedingungei. 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 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 Spannungswerten 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-Hold-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 Komparator (29) eine vom Sample-Kold-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 jeweil·: gegenwärtig anliegende Spannung höher ist als die Referenzspannung.

6. Anordnung zur Steuerung eines Schrittmotors nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, 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 Schrittmotors 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

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 Taktimpulsan 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