DE4446492C2

DE4446492C2 - Circuit arrangement for controlling several stepper motors

Info

Publication number: DE4446492C2
Application number: DE19944446492
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl Ing Vinnemann
Original assignee: Daimler Benz AG; Mercedes Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1994-12-23
Filing date: 1994-12-23
Publication date: 1997-01-16
Anticipated expiration: 2014-12-24
Also published as: DE4446492A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung mehrerer Schrittmotoren gemäß dem Oberbegriff des Patentan spruchs 1.The invention relates to a circuit arrangement for control several stepper motors according to the preamble of the patent saying 1.

Ein Schrittmotor, beispielsweise des zweiphasigen, viersträngi gen Typs mit Permanentmagnetrotor benötigt zu seiner Ansteuerung neben einer Versorgungsleitung vier Phasensteuerleitungen, die unipolar über vier Transistorschalter im Impulsbetrieb gespeist werden (Taschenbuch für den Maschinenbau/Dubbel. Hrsg. von W. Beitz und K.-H. Küttner - 17. Aufl.: Springer 1990, Seite V30). Es ist bekannt, zur Ansteuerung von Schrittmotoren lediglich ein Taktsignal und ein digitales Drehrichtungssignal zu verwenden, wobei mittels einer dem Schrittmotor vorgeschalteten Steuer schaltung aus diesen beiden Signalen die Phasensteuersignale ge wonnen werden. Bei Vorgabe eines Taktes mit bestimmter Schritt frequenz führt der Schrittmotor eine Drehung jeweils um einen bestimmten Schrittwinkel aus.A stepper motor, for example the two-phase, four-strand type with permanent magnet rotor required for its control in addition to a supply line, four phase control lines that Unipolar powered via four transistor switches in pulse mode become (Paperback for mechanical engineering / Dubbel. Ed. by W. Beitz and K.-H. Küttner - 17th ed .: Springer 1990, page V30). It is known to control only stepper motors Clock signal and a digital direction of rotation signal to use whereby by means of a control upstream of the stepper motor circuit from these two signals the phase control signals ge be won. When specifying a bar with a specific step the stepper motor rotates by one frequency certain step angle.

Schrittmotoren werden zunehmend auch in Kraftfahrzeugen als Stellmotoren eingesetzt, bespielsweise zur Steuerung von Lüf tungsklappen einer Klimatisierungsanlage. Zur Ansteuerung einer Gruppe von Schrittmotoren durch ein zentrales Steuergerät stehen bisher sternförmige oder serielle Informationsübertragungssy steme (Bussysteme) zur Verfügung (DE 39 28 451 A1).Stepper motors are also increasingly being used in motor vehicles Servomotors used, for example to control ventilation ventilation flaps of an air conditioning system. To control one Group of stepper motors through a central control unit previously star-shaped or serial information transfer system systems (bus systems) are available (DE 39 28 451 A1).

Ein Informationsübertragungssystem mit sternförmiger Architek tur, bei dem die Schrittmotoren direkt durch ein zentrales Steu ergerät angesteuert werden, bedingt einen großen Verkabelungs aufwand, da neben der Speisung durch eine gemeinsame Versor gungsleitung jeder Schrittmotor separat mit vier Phasensteuer leitungen bzw. mit einem Takt- und einem Drehrichtungssignal an gesteuert werden muß (GB 2 198 297). Vorteilhaft ist allerdings, daß alle Schrittmotoren unabhängig voneinander gleichzeitig angesteuert werden können.An information transmission system with a star-shaped architecture tur, in which the stepper motors directly by a central control be controlled, requires a large cabling effort, because in addition to the supply by a common supplier Power line each stepper motor separately with four phase control lines or with a clock and a direction of rotation signal must be controlled (GB 2 198 297). However, it is advantageous that all Stepper motors controlled independently of each other at the same time can be.

Ein serielles Bussystems (DE 39 28 451 A1) erfordert einen erhöhten dezentralen Schaltungsaufwand, da eine jedem Schrittmotor vorgeschaltete Elektronik nicht nur die vier Phasensteuersignale generiert son dern zuvor ein ankommendes Datentelegramm interpretieren und ge gebenenfalls verändern muß. Zur Interpretation des Datentele gramms gehört, daß jedem Schrittmotor eine eigene Adresse zuge wiesen wurde, so daß er individuell angesprochen werden kann. Das erfordert ab Werk und bei jedem Austausch eines Bauteils ei nen entsprechenden Initialisierungsvorgang oder eine entspre chende hardwaremäßige Codierung des Gehäuses bespielsweise durch Codierschalter mit dem Nachteil eines hohen Kostenaufwands und einer erhöhten Fehleranfälligkeit. Ein weiterer Nachteil ist, daß immer nur ein Schrittmotor angesteuert werden kann. Vorteil haft ist allerdings die einfache Verkabelung mit insgesamt drei Leitungen, nämlich jeweils eine für die Spannungsversorgung, der Masse und dem seriellen Bus. Die drei Leitungen können sehr ein fach durch eine Schneid-Klemm-Technik von Motor zu Motor durch geschleift werden.A serial bus system (DE 39 28 451 A1) requires an increased decentralized Circuit effort, as each stepper motor upstream Electronics not only generates the four phase control signals interpret an incoming data telegram beforehand and ge may need to change. For the interpretation of the data tele heard that each stepper motor has its own address was shown so that it can be addressed individually. This requires ex works and every time a component is replaced a corresponding initialization process or a corresponding one appropriate hardware coding of the housing, for example Coding switch with the disadvantage of a high cost and an increased susceptibility to errors. Another disadvantage is that only one stepper motor can be controlled at a time. Advantage however, the simple cabling with a total of three is important Lines, namely one for the power supply, the Ground and the serial bus. The three lines can be very one fold through by an insulation displacement technique from motor to motor be ground.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zur An steuerung mehrerer Schrittmotoren bereitzustellen, welche gegen über einer sternförmigen Anordnung den Verkabelungsaufwand und gegenüber einem seriellen Bussystem den Schaltungsaufwand für die am Schrittmotor zu vollziehende Informationsauswertung ver ringert.The object of the invention is to provide a circuit arrangement for provide control of multiple stepper motors, which counter the wiring effort and compared to a serial bus system, the switching effort for ver the information evaluation to be performed on the stepper motor wrestles.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Schaltungsanordnung durch die kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wo bei die Merkmale der Unteransprüche vorteilhafte Aus- und Wei terbildungen kennzeichnen. This object is achieved with a generic circuit arrangement solved by the characterizing features of claim 1 where advantageous characteristics of the subclaims mark training.

Die Erfindung sieht vor, daß durch eine am Schrittmotor lokali sierte Steuerschaltung, beispielsweise durch eine als ASIC (Application Specific Integrated Circuit) realisierte, einfache Gatterlogik, die Phasensteuersignale generiert werden. Die Se lektion, welche der Schrittmotoren gerade angesteuert werden sollen, geschieht durch Zu- oder Wegschalten der Versorgungs spannung der jeweiligen Schrittmotoren durch das zentrale Steu ergerät. Sowohl das Taktsignal als auch das Drehrichtungssignal werden jeweils über eine gemeinsame Signalleitung durch das zen trale Steuergerät bereitgestellt. So wird durch Anlegen der Ver sorgungsspannung an den jeweiligen Schrittmotor dieser in Abhän gigkeit vom anliegenden Drehrichtungssignal, welches die Dreh richtung gemäß einem Rechts- oder Linkslauf (R/L) bestimmt, und von der angelegten Taktfrequenz gesteuert. Nachdem die Anzahl der gewünschten, aus dem Taktsignal abgeleiteten Schritte von dem Schrittmotor durchgeführt wurden, wird die Versorgungsspan nung wieder abgeschaltet. Da hier kein Adressierung eines spezi fischen Schrittmotors benötigt wird, sondern erst durch Zu- oder Abschalten der Spannungsversorgung der entsprechende Motor akti viert wird, liegt hier kein typisches Bussystem vor.The invention provides that locally by a stepper motor based control circuit, for example by an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) realized simple Gate logic that generate phase control signals. The Se lesson which of the stepper motors are currently being driven is done by switching the supply on or off voltage of the respective stepper motors through the central control he gets into. Both the clock signal and the direction of rotation signal are each via a common signal line through the zen central control unit provided. So by creating the Ver supply voltage to the respective stepper motor depending on the applied direction of rotation signal, which indicates the rotation direction determined according to a right or left rotation (R / L), and controlled by the applied clock frequency. After the number the desired steps of derived from the clock signal the stepper motor, the supply chip switched off again. Since there is no addressing of a speci fishing stepper motor is needed, but only by adding or Switch off the voltage supply of the corresponding motor acti fourth, there is no typical bus system here.

Vorteile der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gegenüber dem Stand der Technik bestehen darin, daß neben den drei gemeinsamen Leitungen für Taktsignal, Drehrichtungssignal und Masse, die von Motor zu Motor durchgeschleift sein können, lediglich eine wei tere Versorgungsleitung für jeden hinzukommenden Schrittmotor benötigt werden. Damit ist der Verkabelungsaufwand gegenüber ei ner sternförmigen Schaltungsanordnung zur Ansteuerung der Schrittmotoren erheblich reduziert.Advantages of the circuit arrangement according to the invention over the State of the art is that in addition to the three common Lines for clock signal, direction of rotation signal and ground by Engine to engine can be looped through, just a white tter supply line for each additional stepper motor are needed. This makes the cabling effort compared to egg ner star-shaped circuit arrangement for controlling the Stepper motors significantly reduced.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung läßt auch eine gleich zeitige Ansteuerung mehrerer Schrittmotoren im gleichen Takt und mit gleicher Drehrichtung zu, indem die entsprechenden Schritt motoren gleichzeitig mit der Spannungsversorgung verbunden wer den. The circuit arrangement according to the invention also leaves one the same timed control of several stepper motors in the same cycle and with the same direction of rotation too, by taking the appropriate step motors connected to the power supply at the same time the.

Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung läßt auch eine gegensinnige Drehrichtung gleichzeitig aktivier ter Schrittmotoren zu. Dazu ist in den Steuerschaltungen für die Schrittmotoren jeweils ein Signalspeicher vorgesehen, der beim Einschalten des zugehörigen Schrittmotors das gerade anliegende Drehrichtungssignal (R/L) abspeichert, so daß einen Taktimpuls später ein anderer Schrittmotor mit einem gleich- oder gegensin nigen Drehrichtungssignal angesteuert werden kann.A further development of the circuit arrangement according to the invention can also activate an opposite direction of rotation at the same time stepper motors. This is in the control circuits for the Stepper motors each provided a latch, which at Switching on the associated stepper motor the currently applied Direction of rotation signal (R / L) stores, so that a clock pulse later another stepper motor with the same or opposite nig direction of rotation signal can be controlled.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kann überall eingesetzt werden, wo mehrere Schrittmotoren durch ein zentrales Steuerge rät angesteuert werden sollen, beispielsweise bei einer Klimati sierungsanlage in einem Kraftfahrzeug.The circuit arrangement according to the invention can be used anywhere where multiple stepper motors are controlled by a central control advises to be controlled, for example in a climate sierungsanlage in a motor vehicle.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei spiels entsprechend der Zeichnung dargestellt und näher be schrieben. Es zeigen:In the following, the invention is illustrated by means of an embodiment game shown according to the drawing and be closer wrote. Show it:

Fig. 1: die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, Fig. 1: the circuit arrangement according to the invention,

Fig. 2: eine Steuerschaltung (ASIC) zur Generierung der Phasen steuersignale für den Schrittmotor. Fig. 2: a control circuit (ASIC) for generating the phase control signals for the stepper motor.

Die Schaltungsanordnung in Fig. 1 setzt sich zusammen aus einem zentralen Steuergerät 1, das über individuelle Spannungsversor gungsleitungen 3.1-3.n, einer gemeinsamen Taktsignalleitung 4, einer gemeinsamen Drehrichtungssignalleitung 5 und einer gemein samen Masseleitung 6 mit n Schrittmotoren 2.1-2.n beziehungs weise deren zugeordnete Steuerschaltungen (ASIC) 4.1-4.n verbun den ist, wobei stellvertretend für n Schrittmotoren nur zwei 4.1 und 4.n in der Zeichnung dargestellt sind.The circuit arrangement in Fig. 1 is composed of a central control unit 1 , the supply lines via individual power supply 3.1-3. n, a common clock signal line 4 , a common direction of rotation signal line 5 and a common ground line 6 with n stepper motors 2.1-2. n or their associated control circuits (ASIC) 4.1-4. n is connected, only two 4.1 and 4 .n are shown in the drawing, representing n stepper motors.

Die Steuerschaltungen 4.1-4.n weisen jeweils einen Versorgungs eingang a, einen Takteingang b, einen Drehrichtungssignaleingang c sowie einen Masseanschluß d auf. Der Versorgungseingang a ei ner Steuerschaltung 4.1 wird von der entsprechenden individuellen Spannungsversorgungsleitung 3.1 gespeist, während der Taktein gang b und der Drehrichtungssignaleingang c jeweils mit der ent sprechenden Signalleitung 4, 5 verbunden sind. Aus den Ein gangsignalen werden mittels einer einfachen und an sich bekann ten Gatterschaltung die Phasensteuersignale gebildet, die an den Ausgängen e-h von dem jeweils zugehörigen Schrittmotor abgegrif fen werden.The control circuits 4.1-4. n each have a supply input a, a clock input b, a direction of rotation signal input c and a ground connection d. The supply input a egg ner control circuit 4.1 is fed by the corresponding individual voltage supply line 3.1 , while the clock input b and the direction of rotation signal input c are each connected to the corresponding signal line 4 , 5 . From the input signals, the phase control signals are formed by means of a simple and known gate circuit, which are tapped at the outputs by the respective stepper motor.

Das Taktsignal und das digitale Drehrichtungssignal werden von einer in dem Steuergerät 1 integrierten Rechnereinheit 10 (Mikrocomputer) anwendungs- und programmgemäß bereitgestellt, jeweils bezogen auf den gerade anzusteuernden Schrittmotor. Zur Aktivierung bestimmter Schrittmotoren 2.1-2.n kann die Rechner einheit 10 individuell n Schalttransistoren 9.1-9.n mit einem Schaltsignal 10.1-10.n ansteuern. Die Schalttransistoren 9.1-9.n sind einerseits mit dem Pluspol einer Spannungsversorgung 8 und andererseits jeweils mit einer der individuellen Versorgungslei tung 3.1-3.n verbunden.The clock signal and the digital direction of rotation signal are provided by a computer unit 10 (microcomputer) integrated in the control unit 1 in accordance with the application and program, in each case based on the stepper motor to be controlled. To activate certain stepper motors 2.1-2. n can the computer unit 10 individually n switching transistors 9.1-9. n with a switching signal 10.1-10. n control. The switching transistors 9.1-9. n are on the one hand with the positive pole of a voltage supply 8 and on the other hand each with one of the individual supply line 3.1-3. n connected.

Bei Vorliegen eines entsprechenden Schaltsignals 10.1 beispiels weise am Schalttransistor 9.1 stellt dieser eine leitende Ver bindung zwischen dem Pluspol der Spannungsversorgung 8 und der zugeordneten Versorgungsleitung 3.1 her, womit der entsprechende Schrittmotor 2.1 aktiviert ist. Gleichzeitig gibt die Rechner einheit 10 das programmgemäße, für den Schrittmotor 2.1 be stimmte Taktsignal und Drehrichtungssignal auf die jeweilige ge meinsame Signalleitung 4, 5, so daß der aktivierte Schrittmotor 2.1 die programmgemäßen Schrittsequenzen ausführt.If a corresponding switching signal 10.1 is present, for example, on the switching transistor 9.1 , this produces a conductive connection between the positive pole of the voltage supply 8 and the associated supply line 3.1 , with which the corresponding stepping motor 2.1 is activated. At the same time, the computer unit 10 gives the program, for the stepper motor 2.1 be clock signal and direction of rotation signal on the respective common ge signal line 4 , 5 , so that the activated stepper motor 2.1 executes the program step sequences.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung läßt zunächst eine An steuerung mehrerer Schrittmotoren nur bei gleicher Drehrichtung zu. Falls auch die Möglichkeit einer gegensinnigen Ansteuerung von gleichzeitig aktivierten Schrittmotoren erwünscht ist, so bieten sich zwei Lösungen an. Es kann die Drehrichtungssignal leitung 5 in zwei Stränge 5, 5′ aufgeteilt werden, so daß alle Schrittmotoren eines Stranges, unabhängig von denen am zweiten Strang angekoppelten, in ihrer Drehrichtung gesteuert werden können. The circuit arrangement according to the invention initially allows a control of several stepper motors only in the same direction of rotation. If the possibility of controlling oppositely activated stepper motors at the same time is also desired, two solutions are available. The direction of rotation signal line 5 can be divided into two strands 5 , 5 ', so that all stepper motors of one strand, regardless of those coupled to the second strand, can be controlled in their direction of rotation.

Eine weitere, ohne mit zusätzlichen Verkabelungsaufwand verbun dene Lösung besteht darin, daß in jeder Steuerschaltung 4.1-4.n nur das Drehrichtungssignal gespeichert und zugrundegelegt wird, welches beim Einschalten des entsprechenden Schrittmotors auf der Drehrichtungssignalleitung 5 vorliegt.Another, without verbun with additional wiring effort solution is that in each control circuit 4.1-4. n only the direction of rotation signal is stored and taken as a basis, which is present on the direction of rotation signal line 5 when the corresponding stepping motor is switched on.

Eine solche Steuerschaltung ist in der Fig. 2 dargestellt. Die an sich bekannte Steuerschaltung 11 ist dabei ergänzt um einen Signalwertspeicher 12, welcher den am Eingang c vorliegenden Si gnalwert speichert (HOLD), wenn an seinem Steuereingang 13 ein "EIN"-Signal vorliegt. Letzteres Signal wird von einem Pulsfor mer 14 bereitgestellt, welcher eingangsseitig mit dem Versor gungseingang a verbunden ist. Wird nun eine Versorgungsspannung auf den Versorgungseingang a geschaltet, so gibt der Pulsformer 14 einen Puls von definierter Breite an den Triggereingang 13 des Signalwertspeichers 12 ab. Es ist sinnvoll die Pulsbreite an die Breite des Taktsignals anzupassen, also z. B. eine Puls breite von 2,5 ms bei einer Taktfrequenz von 400 Hz zu wählen. Mit dieser Dimensionierung können schon nach einem Takt die Schrittmotoren der gegensinnigen Drehrichtung aktiviert werden. Der Zeitverzug von der Größenordnung 2,5 ms kann für die meisten Anwendungen vernachlässigt werden.Such a control circuit is shown in FIG. 2. The per se known control circuit 11 is thereby supplemented by a signal value memory 12, which the c at the entrance to the present Si gnalwert stores (HOLD), when an "ON" signal is present at its control input. 13 The latter signal is provided by a Pulsfor mer 14 , which is connected on the input side to the supply input a. If a supply voltage is now connected to the supply input a, the pulse shaper 14 outputs a pulse of a defined width to the trigger input 13 of the signal value memory 12 . It makes sense to adjust the pulse width to the width of the clock signal, e.g. B. to choose a pulse width of 2.5 ms at a clock frequency of 400 Hz. With this dimensioning, the stepper motors of the opposite direction of rotation can be activated after just one cycle. The time delay of the order of 2.5 ms can be neglected for most applications.

Claims

1. A circuit arrangement for controlling a plurality of stepper motors, each stepper motor having an associated control circuit which is arranged in its immediate vicinity and is connected to a central control unit via signal lines, characterized in that

- That the signal lines ( 4 , 5 ) comprise at least one common, al le control circuits ( 4.1-4. n) simultaneously driving clock signal line ( 4 ) and at least one direction of rotation signal line ( 5 ) and
- That each stepper motor ( 2.1-2. n) together with the associated control circuit ( 4.1-4. n) via an individual voltage supply line ( 3.1-3. n) with the central control unit ( 1 ) is connected.

2. Circuit arrangement for controlling a plurality of stepping motors, according to claim 1, characterized in that the central control unit ( 1 ) has a corresponding number of switching transistors ( 9.1-9. N) to the stepping motors ( 2.1-2. N), which individually from an integrated computer unit ( 10 ) with a switching signal ( 10.1-10. n) can be controlled, which means that the switching transistors ( 9.1-9. n) supply current into a stepper motor ( 2.1-2. n) assigned to individual voltage supply lines device ( 3.1-3. n) can be fed .

3. Circuit arrangement for controlling a plurality of stepper motors according to claim 2, characterized in that the computer unit ( 10 ) simultaneously with a switching signal ( 10.1-10. N) gives a clock signal and a direction signal to the corresponding signal line ( 4, 5 ), wherein both signals to that stepping motor (2.1-2. n) are related, which is activated by means of the switching signal (10.1-10. n).

4. Circuit arrangement for controlling a plurality of stepper motors according to claim 1, characterized in that with the direction of rotation signal line ( 5 ) all control circuits ( 4.1-4. N) can be controlled simultaneously .

5. Circuit arrangement for controlling a plurality of stepper motors according to claim 1, characterized in that the signal lines ( 4 , 5 , 5 ') comprise a plurality of direction of rotation signal lines ( 5 , 5 ') sen, each with a direction of rotation signal line ( 5 , 5 ') a group of Stepper motors can be controlled, in which in the event of a simultaneous activation of a plurality of stepper motors, these can only ever be set in rotation in the same direction.

6. Circuit arrangement for controlling a plurality of stepper motors according to claim 1, characterized in that each control circuit ( 4.1-4. N) has a signal value memory ( 12 ) which immediately after the occurrence of a supply voltage on the associated voltage supply line (a; 3.1-3. n) the control circuit ( 4.1-4. n) stores the direction of rotation signal present on the direction of rotation signal line ( 5 ) and this value defines the direction of rotation for the associated stepper motor ( 2.1-2. n) until it is switched off.

7. Circuit arrangement for controlling a plurality of stepper motors according to claim 1, characterized in that ventilation flaps of an air conditioning system are actuated by the step motors ( 2.1-2. N).