DE4333465A1 - Schaltung zur Steuerung mit mehreren Sensoren - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Schaltung zur Steuerung mit mehreren Sensoren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Schaltung ist bekannt durch die EP-PS 0 351 697 und wird z. B. verwendet zur Kommutierung oder Geschwindigkeitsrege­ lung des Capstanmotors in einem Videorecorder.

Als Sensoren für die jeweilige Winkelstellung des Rotors können Hallelemente verwendet werden. Diese haben einen großen Aus­ gangsspannungsbereich. Der Ausgangsspannung eines derartigen Elementes sind jedoch Störungen überlagert, die unter anderem von den Motorspulen direkt magnetisch aufgesprochen werden. Derartige Störungen sind unter Berücksichtigung aller Toleranzen größer als die kleinste Signalspannung. Aus diesem Grunde ist eine einfache Lösung, z. B. die Störungen mittels einer Schwell­ spannung oder Hysterese herauszufiltern, nicht oder nur bedingt einsetzbar. Auch eine AGC-Schaltung ist nicht anwendbar, da der Motor aus dem Stand heraus sofort richtig starten muß. Eine AGC- Schaltung würde einige Schwingungen im Eingangssignal brauchen, um sich zu stabilisieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zu rea­ lisieren, die auch in der Lage ist, die genannten Störungen zu unterdrücken, und diese Fähigkeit auch zeitlich unbegrenzt aufrechterhält. Bei Anwendung auf einen Motor soll die Schaltung auch bei Motorstillstand Störungen unterdrücken können.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei der Erfindung wird also einem Eingang eines Komparators für die Ausgangsspannungen eines Sensors jeweils die Summe von zwei gegeneinander phasenverschobenen Sensorsignalen getrennter Sensoren zugeführt. Vorzugsweise sind jeweils Ausgänge verschie­ dener Sensoren direkt miteinander verbunden. Bei einer Anordnung von n Sensoren ist jeweils ein Ausgang eines Sensors mit einem Ausgang des nächsten Sensors und dann ein Ausgang des letzten Sensors wieder mit dem einem Ausgang des ersten Sensors verbunden. Es ist nicht unbedingt notwendig, daß zur Erzielung der gewünschten Wirkung die Ausgänge unmittelbar miteinander verbunden, also kurzgeschlossen werden. Es kommt darauf an, daß das jeweils einem Eingang eines Komparators zugeführte Signal aus den Signalen von zwei Ausgängen von zwei getrennten Sensoren zusammengesetzt ist. Es ist auch möglich, die Signale von zwei Ausgängen getrennter Sensoren einer Addierstufe oder einer Subtrahierstufe zuzuführen und den Ausgang dieser Stufe mit jeweils dem entsprechenden Eingang des Komparators zu verbinden. Diese Lösung hat den Vorteil, daß die beiden addierten oder subtrahierten Signale für sich erhalten bleiben und nicht wie bei einem Kurzschluß für sich alleine verloren gehen. Die Sensoren sind vorzugsweise als Hallelemente ausgebildet, die auf die Einwirkung eines Magnetfeldes ansprechen. Die Sensoren dienen vorzugsweise zur Detektierung der Winkelstellung des Ro­ tors eines Elektromotors für eine Kommutierung oder Drehzahlre­ gelung, z. B. des Capstanmotors in einem Videorecorder.

Durch die erfindungsgemäße Lösung ergeben sich mehrere Vorteile. Dadurch, daß jeweils zwei Ausgänge getrennter Sensoren zu einem Ausgang zusammengefaßt sind, wird die Gesamtzahl der Ausgänge aller Sensoren halbiert. Wenn somit die Sensoren auf einem IC angeordnet sind, wird dadurch die Anzahl der am IC benötigten Anschlußstifte oder Pins halbiert. Das ist in der Praxis hinsichtlich Herstellung des IC und Raumausnutzung besonders vorteilhaft. Hinsichtlich der Störunterdrückung wird folgende vorteilhafte Wirkung erreicht. Wenn z. B. eine Spule in einem die Sensoren enthaltenden Motor bestromt wird, gibt es ein Überspre­ chen auf alle, vorzugsweise drei Sensoren. Dabei empfängt ein Sensor das Übersprechen in positiver Richtung und ein anderer Sensor in negativer Richtung. Durch das Zusammenfassen von Ausgangsspannungen unterschiedlicher Phase von getrennten Sensoren, z. B. das Kurzschließen der Ausgänge, werden die Anteile des Übersprechens an den beiden Sensorausgängen nunmehr gemeinsamen Ausgang kompensiert. Beispielsweise bekommt der erste Komparator ein Übersprechen von dem ersten Sensor und ein Übersprechen anderer Phase von dem zweiten Sensor. Auf diese Weise werden durch die vektorielle Addition von Störspan­ nungskomponenten, die vorzugsweise eine Phasenverschiebung von 120° zueinander haben, Übersprechsignale kompensiert. Trotzdem wird erreicht, daß die Signale an den Ausgängen der Komparatoren wieder die richtige Phase relativ zu den Sensorsignalen an den Ausgängen der Sensoren haben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert.

Darin zeigen

Fig. 1 eine bekannte Auswertschaltung für drei Sensoren,

Fig. 2 eine erfindungsgemäß ausgebildete Auswertschaltung,

Fig. 3 eine Tabelle für die in Fig. 2 stehenden Signale,

Fig. 4, 5 Kurven zur Erläuterung der Fig. 1 und

Fig. 6-8 Kurven zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Schaltung gemäß Fig. 2.

Dabei zeigen die kleinen Buchstaben a-k, an welchen Punkten in Fig. 1, 2 die Signale gemäß Fig. 4-8 stehen. Die in Fig. 3 verwendeten Symbole haben folgende Bedeutung.
H1+ Sensorsignal am positiven Ausgang des Sensors H1
H1- Sensorsignal am negativen Ausgang des Sensors H1
H2+ Sensorsignal am positiven Ausgang des Sensors H2
H2- Sensorsignal am negativen Ausgang des Sensors H2
H3+ Sensorsignal am positiven Ausgang des Sensors H3
H3- Sensorsignal am negativen Ausgang des Sensors H3

Fig. 1 zeigt drei als Hallelemente ausgebildete Sensoren H1, H2, H3, die je in Form von Widerständen in Form einer Brückenschal­ tung dargestellt sind. Jeder Sensor hat einen positiven Ausgang mit dem Signal V+ und einen negativen Ausgang mit dem Signal V-. Jeweils die Ausgangssignale V+ und V- der Sensoren H1-H3 werden den Eingängen von drei als Differenzverstärker ausgebildeten Komparatoren K1, K2, K3 zugeführt, die an ihren Ausgängen h, i, k die dargestellten Signale liefern.

Fig. 4 zeigt die Signale a, b, c, an den positiven Ausgängen der Sensoren H1, H2, H3, die gleiche Amplitude und gegeneinander ei­ ne Phasenverschiebung von 120° aufweisen. Die entsprechenden um 180° gegenphasigen Sensorsignale V- sind in Fig. 4 zur Vereinfa­ chung nicht dargestellt.

Fig. 5 zeigt die sich daraus ergebenden Ausgangssignale h, i, k an den Ausgängen der Komparatoren K1, K2, K3, die wegen der dop­ pelten Negierung die doppelte Amplitude der Signale gemäß Fig. 4 haben. Wie durch die senkrechte gestrichelte Linie Z1 angedeu­ tet, haben die Signale gemäß Fig. 4, 5 gleiche Phase. Diese Schaltung kann keine Störungen unterdrücken, die durch magneti­ sches Übersprechen von Spulen eines Motors auf die Sensoren ge­ langen.

In Fig. 2 sind die Ausgänge der Sensoren H1, H2, H3 durch die dargestellten Leitungen miteinander verbunden, also kurzge­ schlossen. Die gesamte Anordnung der Sensoren hat dann nur noch drei Ausgänge d, e, f, die über die Leitungen L1, L2, L3, L4 auf die entsprechenden Eingänge der Komparatoren K1, K2, K3 geführt sind, wobei die Leitungen L1 und L4 dasselbe Signal führen.

Fig. 3 zeigt die in Fig. 2 sich ergebenden Signale. Da die Ausgänge der Sensoren H1, H2, H3 gleiche Ausgangswiderstände aufweisen, das Sensorsignal eines Sensors also durch den Ausgangswiderstand dieses Sensors und den Ausgangswiderstand des damit verbundenen Sensors halbiert wird, ergibt sich jeweils am dem Ausgang die Hälfte der Summe der Sensorsignale von den beiden miteinander verbundenen Sensoren. Es ist ersichtlich, daß jedes Signal an den Eingängen der Komparatoren K1-K3 aus zwei Sensor-Ausgangssignalen zusammengesetzt ist. Ebenso ist ersichtlich, daß die Ausgangssignale h, i, k an den Ausgängen der Komparatoren K1-K3 immer aus Signalanteilen aller drei Sensoren H1, H2, H3 zusammengesetzt sind. Dabei sind die Vorzeichen so, daß Störungen von den drei Sensoren H1, H2, H3 an den Komparatoren einander aufheben, ohne daß dabei die Nutzsignale beeinträchtigt werden.

Fig. 6 zeigt noch einmal die Signale a, b, c gemäß Fig. 4. Fig. 7 zeigt die sich daraus ergebenden Signale e, f, d gemäß Fig. 2.

Es ist ersichtlich, daß durch vektorielle Addition von Sensorsi­ gnalen getrennter Sensoren eine Phasenverschiebung zwischen den Signalen gemäß Fig. 6 und dem Signal gemäß Fig. 7 auftritt. Die Nulldurchgänge der Signale sind also gegeneinander verschoben, wie ein Vergleich der Fig. 6, 7 zeigt.

Fig. 8 zeigt die Ausgangssignal i, h, k an den Ausgängen der Komparatoren K1, K2, K3. Die Amplitude dieser Signale ist dabei ohne Bedeutung, da nur die Nulldurchgänge ausgewertet werden. Es ist ersichtlich, daß die Nulldurchgänge der Signale in Fig. 8 relativ zu den Signalen in Fig. 6 wieder die richtige Lage haben. An jedem Ausgang der Komparatoren wird also bei der Detektierung der Nulldurchgänge trotz der Kombination der Sensorsignale nur das Sensorsignal des dem Komparator zugeordne­ ten Sensors ausgewertet.

Claims (7)

1. Schaltung zur Steuerung mit mehreren Sensoren (H1, H2, H3) mit je zwei Ausgängen (+ und -) für gegenphasige Sensorsi­ gnale (V+, V-), wobei die Sensorsignale der Sensoren gleich­ artig, gegeneinander phasenverschoben und zur Auswertung Komparatoren (K1-K3) zugeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils an einen Eingang eines Komparators (K1, K2, K3) die Kombination von zwei gegeneinander phasenverschobenen Sensorsignalen getrennter Sensoren (H1/H2, H2/H3, H3/H1) angelegt ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je­ weils Ausgänge verschiedener Sensoren (H1/H2, H2/H3, H3/H1) miteinander verbunden sind.

3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Ausgänge (+ und -) unterschiedlicher Polarität getrennter Sensoren (S1, S2, S3) miteinander verbunden sind.

4. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei n Sensoren jeweils ein Ausgang (-) eines Sensors (H1) mit dem Ausgang (+) des nächsten Sensors (H2) und ein Ausgang des letzten Sensors (H3) mit dem Ausgang des ersten Sensors (H1) verbunden ist.

5. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die Ausgänge von zwei getrennten Sensoren an die Eingänge einer Addierstufe oder einer Subtrahierstufe angeschlossen sind, deren Ausgang mit einem Eingang eines Komparators ver­ bunden ist.

6. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren als Hallelemente ausgebildet sind.

7. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren als Sensoren zur Detektierung der Winkelstellung des Rotors eines Elektromotors für eine Kommutierung oder Drehzahlregulierung ausgebildet ist.