DE3911478A1

DE3911478A1 - MOTOR DRIVE DEVICE

Info

Publication number: DE3911478A1
Application number: DE19893911478
Authority: DE
Inventors: Yoichi Seki; Hiroyuki Saito; Michio Taniwaki; Teruyo Hayakawa
Original assignee: Seikosha KK
Current assignee: Seikosha KK
Priority date: 1988-04-08
Filing date: 1989-04-08
Publication date: 1989-10-19
Also published as: JP2667988B2; HK23094A; GB2218582A; GB2218582B; JPH01257927A; GB8907683D0

Abstract

A motor driving device comprises: a converter (2) for generating a stepped up source voltage (VDD) stepped up from a battery source (1, VE) a driving circuit (5), to which the stepped up source voltage is supplied, for driving a motor (4); and a control circuit (3), to which the stepped up source voltage (VDD) is supplied, for controlling the driving circuit. The driving and control circuits (5, 3) are each composed of C-MOS transistors and are integrated on the same chip. The motor may be a stepping motor used for opening and closing a shutter of a camera. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Motorantriebseinrichtung ent sprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs.The invention relates to a motor drive device ent speaking the preamble of the claim.

Eine bekannte Antriebseinrichtung zum Antrieb eines Schrittmotors zum Öffnen und Schließen eines Kameraver schlusses der in Fig. 3 dargestellten Art enthält eine Batterie 11, eine Motorantriebsschaltung 16 mit Transistoren Tr 11 bis Tr 18 und Dioden D 11 bis D 18 zum Antreiben des Schrittmotors 15, sowie eine Steuerschaltung 12 zur Steuerung der Motorantriebsschaltung.A known drive device for driving a stepper motor for opening and closing a camera closure of the type shown in Fig. 3 contains a battery 11 , a motor drive circuit 16 with transistors Tr 11 to Tr 18 and diodes D 11 to D 18 for driving the stepper motor 15 , and a control circuit 12 for controlling the motor drive circuit.

Eine Generatorschaltung 13 bildet eine Spannungs-Regulier einrichtung in Kombination mit einem Operationsverstärker 14 und einem bipolaren Transistor Tr 10, dessen konstante Span nung Vcc der Motorantriebsschaltung 16 zugeführt wird.A generator circuit 13 forms a voltage regulating device in combination with an operational amplifier 14 and a bipolar transistor Tr 10 , the constant voltage Vcc of the motor drive circuit 16 is supplied.

Die zu einem Signalverarbeitungssystem gehörigen Schaltungen in der Steuerschaltung 12 werden durch CMOS-Transistoren gebildet. Die Schaltungen, die große elektrische Stromstärken in der Motorantriebsschaltung 16 zum Antrieb eines Schritt motors 15 aufnehmen können, bestehen aus bipolaren Transi storen oder bipolaren integrierten Schaltungen.The circuits in the control circuit 12 belonging to a signal processing system are formed by CMOS transistors. The circuits that can accommodate large electrical currents in the motor drive circuit 16 for driving a stepper motor 15 consist of bipolar transistors or bipolar integrated circuits.

Derartige Motorantriebseinrichtungen sind derart ausgebildet, daß eine konstante Spannung Vcc der Motorantriebsschaltung 16 über die Spannungs-Reguliereinrichtung zugeführt wird, die aus einer Bezugsspannungs-Generatorschaltung 13, einem Operationsverstärker 14 und einem bipolaren Transistor Tr 10 besteht. Bei einer derartigen Schaltung wird eine kon stante Spannung Vcc im Prinzip dadurch erzeugt, daß die Spannung VE einer als Spannungsquelle dienenden Batterie 11 verringert wird. Aus diesem Grund wird in manchen Fällen bei der Erzeugung einer konstanten Spannung eine so große Wärmemenge erzeugt, daß diese nicht im Vergleich zu Situationen vernachlässigbar ist, bei denen eine Vielfalt von unterschiedlichen Schaltungskomponenten wie beispiels weise bei einer Kamera vorgesehen sind, welche von Last bedingungen eines Schrittmotors 15 abhängen. Die aus CMOS- Transistoren bestehende Steuerschaltung 12 und die aus bipolaren Transistoren bestehende Antriebsschaltung 16 er fordern eine beträchtliche Anzahl von Komponenten, weshalb insbesondere als nachteilig angesehen wird, daß sich ein unerwünschter Raumbedarf bei einer gedruckten Schaltungs platte oder derartigen Einrichtungen ergibt.Such motor drive devices are designed such that a constant voltage Vcc is supplied to the motor drive circuit 16 via the voltage regulating device, which consists of a reference voltage generator circuit 13 , an operational amplifier 14 and a bipolar transistor Tr 10 . In such a circuit, a constant voltage Vcc is generated in principle by reducing the voltage VE of a battery 11 serving as a voltage source. For this reason, in some cases when generating a constant voltage, such a large amount of heat is generated that it is not negligible in comparison to situations in which a variety of different circuit components such as, for example, are provided in a camera, which one of load conditions Detach stepper motor 15 . The control circuit 12 consisting of CMOS transistors and the drive circuit 16 consisting of bipolar transistors, he require a considerable number of components, which is why it is particularly considered to be disadvantageous that there is an undesirable space requirement in a printed circuit board or such devices.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Motorantriebsein richtung der eingangs genannten Art unter möglichst weit gehender Vermeidung der genannten Nachteile und Schwierig keiten derart zu verbessern, daß ein günstigerer Raumfaktor einer gedruckten Schaltungsplatte mit einer kleinen Anzahl von Komponenten erzielt werden kann, und daß die Motoran triebsschaltung und deren Steuerschaltung derart ausge bildet sind, daß sie praktisch keine Wärme erzeugen.It is therefore an object of the invention to be a motor drive direction of the type mentioned at as far as possible avoiding the mentioned disadvantages and difficult nits to improve such that a cheaper space factor a printed circuit board with a small number of components can be achieved, and that the motor drive circuit and its control circuit so out forms are that they generate practically no heat.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs gelöst. Bei einer derartigen Motorantriebs einrichtung wird deshalb entsprechend einem Merkmal der Erfindung eine Einrichtung vorgesehen, die eine Batterie als Spannungsquelle und einen Wandler zur Erzeugung einer hinauf transformierten Spannung ausgehend von der Batteriespannung aufweist, eine Antriebsschaltung, der die hinauftransformier te Spannung zum Antrieb eines Motors zugeführt wird, sowie eine Steuerschaltung, welcher die hinauftransformierte Spannung außerdem zugeführt wird, um die Antriebsschaltung zu steuern, und wobei erfindungsgemäß die Antriebs- und Steuerschaltungen aus CMOS-Transistoren gebildet sind und auf demselben Chip integriert sind.This object is achieved by the subject of Claim resolved. With such a motor drive facility is therefore designed according to a characteristic of Invention provided a device as a battery Voltage source and a converter to generate an up transformed voltage based on the battery voltage has a drive circuit that transforms up te voltage is supplied to drive a motor, and a control circuit which transformed the up Voltage is also supplied to the drive circuit to control, and according to the invention the drive and Control circuits are formed from CMOS transistors and are integrated on the same chip.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise in Verbindung mit einem Ausführungsbeispiel näher erläutert wer den, bei dem ein Schrittmotor zum Öffnen und Schließen eines Kameraverschlusses benutzt wird. Es zeigen:Based on the drawing, the invention is intended, for example, in Connection with an embodiment explained in more detail the one with a stepper motor to open and close a Camera shutter is used. Show it:

Fig. 1 ein Schaltbild einer Antriebseinrichtung gemäß der Erfindung für einen Schrittmotor, Fig. 1 is a circuit diagram of a drive device according to the invention for a stepping motor,

Fig. 2 ein Schaltbild eines Wandlers für eine Antriebsein richtung gemäß der Erfindung, Fig. 2 is a circuit diagram of a converter for a Antriebsein device according to the invention,

Fig. 3 ein Schaltbild einer bekannten Antriebseinrichtung für einen Schrittmotor; und Fig. 3 is a circuit diagram of a known driving device for a stepping motor; and

Fig. 4 und 5 graphische Darstellungen zur Erläuterung der Erfindung. FIGS. 4 and 5 are graphs for explaining the invention.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Batterie 1 mit einer Spannung VE vorgesehen, die an einen Wandler 2 zur Erzeugung einer hinauftransformierten Spannung VDD angelegt wird. Die hinauftransformierte Spannung VDD ist deshalb höher als die Klemmenspannung VE der Batterie. Wenn beispielsweise die Spannung VE der Batterie 3 V beträgt, kann die hinauftransformierte Spannung VDD 5 V betragen.In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, a battery 1 with a voltage VE is provided, which is applied to a converter 2 for generating a step-up voltage VDD . The step-up voltage VDD is therefore higher than the terminal voltage VE of the battery. For example, if the voltage VE of the battery is 3 V, the step-up voltage VDD may be 5 V.

Die Antriebseinrichtung enthält eine Antriebsschaltung 5 für den Schrittmotor, welcher die hinauftransformierte Spannung VDD zugeführt wird, um den Schrittmotor 4 anzutreiben. Es ist ferner eine Steuerschaltung 3 vorgesehen, der die hinauf transformierte Spannung VDD ebenfalls zugeführt wird, um die Antriebsschaltung für den Schrittmotor zu steuern.The drive device contains a drive circuit 5 for the stepper motor, to which the step-up voltage VDD is supplied in order to drive the stepper motor 4 . A control circuit 3 is also provided, to which the step-up voltage VDD is also fed in order to control the drive circuit for the stepper motor.

Die Antriebsschaltung 5 enthält zwei CMOS-Transistoren Tr 1 und Tr 2.Der Transistor Tr 1 hat einen P-Kanal und der Transistor Tr 2 einen N-Kanal. Zwischen der hinauftransformier ten Spannungsguelle VDD und einer Bezugsspannung sind zwei Paare von gleich ausgebildeten CMOS-Transistoren Tr 3 bis Tr 8 vorgesehen. Diese Transistoren sind in entsprechenden Positionen einer komplementären Schaltung mit Transistoren Tr 11 bis Tr 18 wie in Fig. 3 angeordnet.The drive circuit 5 contains two CMOS transistors Tr 1 and Tr 2. The transistor Tr 1 has a P-channel and the transistor Tr 2 has an N-channel. Between the up-transformed voltage source VDD and a reference voltage, two pairs of identical CMOS transistors Tr 3 to Tr 8 are provided. These transistors are arranged in corresponding positions of a complementary circuit with transistors Tr 11 to Tr 18 as in FIG. 3.

Zwischen Drainelektrode und Source-Elektrode der CMOS- Transistoren Tr 1 bis Tr 8 sind Dioden D 1 bis D 8 angeschlossen, um die betreffenden Transistoren zu schützen.Diodes D 1 to D 8 are connected between the drain electrode and the source electrode of the CMOS transistors Tr 1 to Tr 8 in order to protect the relevant transistors.

Wie die Antriebsschaltung 5 besteht auch die Steuerschaltung 3 aus CMOS-Transistoren. Die Steuerschaltung 3 ist in an sich bekannter Weise vorgesehen, so daß sich eine nähere Beschreibung erübrigt.Like the drive circuit 5 , the control circuit 3 consists of CMOS transistors. The control circuit 3 is provided in a manner known per se, so that a detailed description is unnecessary.

Mit den Gate-Elektroden der CMOS-Transistoren Tr 1 bis Tr 8 sind Signalleitungen von der Steuerschaltung 3 verbunden. Ausgangsstifte von Paaren von CMOS-Transistoren Tr 1 bis Tr 8 sind mit den Ankerelementen 4 a und 4 b des Schrittmotors 4 verbunden.Signal lines from the control circuit 3 are connected to the gate electrodes of the CMOS transistors Tr 1 to Tr 8 . Output pins of pairs of CMOS transistors Tr 1 to Tr 8 are connected to the armature elements 4 a and 4 b of the stepping motor 4 .

Der in Fig. 2 dargestellte Wandler enthält eine Spule 21, die an die Batterie 1 angeschlossen ist, einen bipolaren Transistor Tr 21, eine Diode D 21, zwei CMOS-Transistoren Tr 22 und Tr 23, eine Zenerdiode ZD 1, einen Komparator 22 und eine NAND-Schaltung 23.The converter shown in FIG. 2 contains a coil 21 which is connected to the battery 1 , a bipolar transistor Tr 21 , a diode D 21 , two CMOS transistors Tr 22 and Tr 23 , a Zener diode ZD 1 , a comparator 22 and a NAND circuit 23 .

Nach Zufuhr eines Signals vom Anschluß a der NAND-Schaltung 23 werden die CMOS-Transistoren Tr 22 und Tr 23 entsprechend den Ausgangssignalen von der NAND-Schaltung 23 aktiviert, um den bipolaren Transistor Tr 21 umzuschalten. Der so umge schaltete Wechselstrom wird mit Hilfe der Diode D 21 gleich gerichtet, um die hinauftransformierte Spannung VDD zu er halten. Die hinauftransformierte Spannung VDD wird mit einer Bezugsspannung verglichen, die durch die Zenerdiode ZD 1 bestimmt wird. Aufgrund des Ergebnisses des Vergleichs beendet die Komparatorschaltung 22 die Ausgangssignale der NAND-Schaltung 23. Der Wandler 2, die Antriebsschaltung 5 für den Schrittmotor und die Steuerschaltung 3 sind auf demselben Chip LSI in Großintegration vorgesehen.After supply of a signal from the terminal a of the NAND circuit 23, the CMOS transistors Tr 22 and Tr 23 are activated according to the output signals from the NAND circuit 23 to switch to the bipolar transistor Tr 21st The alternating current thus switched is rectified with the aid of the diode D 21 in order to maintain the step-up voltage VDD . The step-up voltage VDD is compared with a reference voltage which is determined by the Zener diode ZD 1 . Based on the result of the comparison, the comparator circuit 22 ends the output signals of the NAND circuit 23 . The converter 2 , the drive circuit 5 for the stepper motor and the control circuit 3 are provided on the same chip LSI in large scale integration.

Im folgenden soll die Arbeitsweise näher erläutert werden. Wenn ein durch Herabdrücken des Auslösers betätigter Schalter geschlossen wird, wird die Spannung VE der Batterie 1 in die hinauftransformierte Spannung VDD mit Hilfe der Schaltung in den Fig. 1 und 2 umgewandelt. Die hinauftrans formierte Spannung VDD wird mit der Bezugsspannung verglichen, welche durch die Zenerdiode ZD 1 definiert wird. Entsprechend dem Ergebnis dieses Vergleichs arbeitet der Komparator 22, wobei eine konstante Spannung erhalten wird. Unmittelbar bei Zufuhr einer hinauftransformierten Spannung VDD werden die Antriebsschaltung 5 und die Steuerschaltung 3 wirksam. Fig. 4 zeigt die Abhängigkeit des Spulenwiderstands RL von der Wicklungszahl T einer Spule. Deshalb wird eine Ampere windung des Motors konstant eingestellt (d.h. ohne Ver ringerung des Abtriebsdrehmoments des Motors), wenn dieser durch die hinauftransformierte Spannung angetrieben wird. Es ist deshalb möglich, den Motor bei geringerem elektrischen Stromverbrauch anzutreiben. Im Fig. 5 ist die Abhängigkeit des Widerstands R _ON im eingeschalteten Zustand von der Spannung VGS zwischen Gate- und Source-Elektrode dargestellt, welcher Widerstand sich in typischer Weise verringert. Deshalb ist es möglich, sowohl den elektrischen Energieverbrauch der CMOS-Einheit als auch die Größe der Antriebsschaltung zu ver ringern, wenn eine hinauftransformierte Spannung VDD vorge sehen wird, die als Antriebsspannungsquelle dient.The mode of operation will be explained in more detail below. When a switch operated by depressing the trigger is closed, the voltage VE of the battery 1 is converted into the step-up voltage VDD by means of the circuit in FIGS. 1 and 2. The step-up voltage VDD is compared with the reference voltage which is defined by the Zener diode ZD 1 . According to the result of this comparison, the comparator 22 operates, whereby a constant voltage is obtained. The drive circuit 5 and the control circuit 3 take effect immediately when a step-up voltage VDD is supplied. Fig. 4 shows the dependence of the coil resistance RL on the number of turns T of a coil. Therefore, an ampere turn of the motor is set constant (ie without reducing the output torque of the motor) when this is driven by the step-up voltage. It is therefore possible to drive the motor with less electrical power consumption. In Fig. 5 the dependence of the resistance R _ON in the on state by the voltage VGS between the gate and source electrode is shown, which resistance decreases typically. Therefore, it is possible to reduce both the electrical power consumption of the CMOS unit and the size of the drive circuit when a step-up voltage VDD is provided that serves as the drive voltage source.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel betrifft einen Schritt motor, aber die Erfindung ist auch bei Verwendung von anderen Motorarten anwendbar.The described embodiment relates to one step motor, but the invention is also when used by others Motor types applicable.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel bestehen die Motor antriebsschaltung und die Steuerschaltung aus CMOS-Transisto ren und sind ferner in demselben Chip integriert. Aufgrund dieser Ausbildung kann die Herstellung und Konstruktion der gedruckten Schaltungsplatte oder dergleichen Einrichtung vereinfacht werden, um eine vorteilhafte Verwendung in einer Kamera oder dergleichen Gerät zu ermöglichen. Insbesondere kann dadurch der erforderliche Raumbedarf verringert werden. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist keine nachteilige Reguliereinrichtung erforderlich und die erforderliche elektrische Energie ist kleiner als bei be kannten bipolaren Transistoren. Ferner ergibt sich eine niedrige Sättigungsspannung, so daß eine Wärmeerzeugung und Übertragung von Wärme durch die Schaltungen vermieden werden kann. Im Gegensatz zu einem bipolaren Transistor ist kein Basisstrom erforderlich, so daß die verbrauchte Stromstärke in der Antriebsschaltung verringert werden kann. Die Schaltungen können auf der Basis der Wandler derart ausge bildet werden, welche jeweils eine kleine Kapazität aufwei sen.In the described embodiment, the motor drive circuit and the control circuit from CMOS-Transisto ren and are also integrated in the same chip. Because of this training can manufacture and design the printed circuit board or the like device be simplified to an advantageous use in a To enable camera or similar device. In particular the required space can be reduced. In the described embodiment of the invention no disadvantageous regulating device required and the required electrical energy is smaller than with be knew bipolar transistors. There is also a low saturation voltage, so that heat generation and Transfer of heat through the circuits can be avoided can. In contrast to a bipolar transistor, there is no Base current required so that the current consumed can be reduced in the drive circuit. The Circuits can be based on the converter in such a way are formed, which each have a small capacity sen.

Claims

Motor drive device with a converter for generating a voltage transformed up from a battery voltage, which voltage is fed up to a drive circuit and a control circuit therefor, characterized in that the drive circuit ( 5 ) and the control circuit ( 3 ) contain CMOS transistors and are on the same chip ( LSI ) are integrated.