FR2465229A1 - Piece d'horlogerie comportant un circuit de detection et de controle pour moteur pas a pas - Google Patents

Abstract

LA PIECE D'HORLOGERIE COMPORTE UN CIRCUIT DE DETECTION ET DE CONTROLE POUR MOTEUR PAS A PAS. CE CIRCUIT COMPREND D'UNE PART UN AMPLIFICATEUR 24 COMPORTANT AU MOINS UN TRANSISTOR MOS 4 RECEVANT SUR UNE PREMIERE BORNE UNE TENSION REPRESENTATIVE DU COURANT DANS LA BOBINE DU MOTEUR ET DONT UNE DEUXIEME BORNE EST RELIEE A UN CONDENSATEUR 3 BRANCHE A L'UN DES POLES DE LADITE SOURCE D'ALIMENTATION. L'AMPLIFICATEUR 24 DELIVRE DES SIGNAUX REPRESENTATIFS DU COURANT DANS LE CONDENSATEUR. LE CIRCUIT COMPREND D'AUTRE PART DES MOYENS 23, 27, 35, 36 RELIES A L'AMPLIFICATEUR POUR CONTROLER LES IMPULSIONS MOTRICES. UN TEL CIRCUIT EST FACILE A INTEGRER ET CONSOMME PEU D'ENERGIE.

Description

Il est bien connu que les montres à quartz analogiques

utilisent le plus souvent pour l'entraînement des aiguil-

les un moteur pas à pas. Le moteur est alimenté généralement d'impulsions de durée fixe. Cette durée est choisie de manière à assurer le bon fonctionnement du moteur dans les conditions les plus défavorables de tension d'alimentation et de couple. Il s'ensuit que, dans la majorité des cas, le moteur est suralimenté. On pourrait donc réduire sensiblement sa consommation de courant, et l'on sait combien cela est important dans les montres alimentées par pile, en adaptant l'impulsion motrice aux besoins réels du moteur. Pour cela, il est nécessaire d'utiliser un dispositif de détection du passage correct du rotor à partir duquel on peut déterminer, généralement par un système d'asservissement, la durée

optimum des impulsions motrices.

Certains systèmes connus utilisent comme dispositif de dé-

tection un contact solidaire du rouage. D'autres systèmes connus utilisent des dispositifs de détection entièrement

électroniques. Tous ces systèmes connus consistent à ana-

lyser la forme ou l'amplitude du courant dans la bobine du

moteur, soit pendant, soit juste après l'impulsion motrice.

La principale difficulté consiste à trouver une configuration de circuit facile a intégrer, consommant très peu d'énergie

et dont la valeur des composants n'est pas critique.

Le but de la présente invention est précisément une pièce d'horlogerie comportant un circuit de détection réunissant ces avantages et utilisable dans un système de contrôle

du nombre ou de la durée des impulsions motrices.

Pour atteindre ce but, la pièce d'horlogerie selon l'inven-

tion est caractérisée en ce qu'elle comprend d'une part un amplificateur recevant une tension représentative du courant dans la bobine dudit moteur, ledit amplificateur comportant 2 2- au moins un transistor MOS, un condensateur dont une des

bornes est reliée à l'un des pôles de ladite source d'alimen-

tation, des moyens susceptibles de charger ledit condensateur et des moyens, susceptibles de décharger ledit condensateur, ledit amplificateur délivrant un signal représentatif du cou- rant dans ledit condensateur, et d'autre part des moyens pour

contrôler les impulsions motrices, lesdits moyens étant re-

liés audit amplificateur et audit formateur d'impulsions.

L'invention va être décrite ci-dessous à titre d'exemple à l'aide du dessin dans lequel: La figure 1 représente quelques courbes caractéristiques du courant dans un moteur pas à pas pour pièce d'horlogerie,

la figure 2 représente un premier amplificateur pour le cir-

cuit de la pièce d'horlogerie selon l'invention,

la figure 3 représente un deuxième amplificateur pour le cir-

cuit de la pièce d'horlogerie selon l'invention, la figure la figure la figure la figure 4 représente la forme des signaux de sortie des amplificateurs des figures 2, 3 et 5, représente un troisième amplificateur pour le

circuit de la pièce d'horlogerie selon l'inven-

tion,

6 représente un circuit pour la montre selon l'in-

vention dans lequel l'amplificateur est associé à

des moyens pour raccourcir la durée des impul-

sions motrices et pour détecter et rattraper des pas non effectués, et

7 représente un circuit pour la montre selon l'in-

vention dans lequel l'amplificateur est associé à des moyens pour asservir la durée de l'impulsion motrice. -3- Dans la figure 1 sont représentées les courbes du courant d'un moteur Lavet. Il s'agit d'un moteur à deux positions

stables nécessitant des impulsions de commande bipolaires.

Lorsque le rotor n'est pas dans la position de départ corres-

pondant à la polarité de l'impulsion, on obtient la courbe 1. Si le rotor est bloqué, mais dans la position correspondant à la polarité de l'impulsion, on obtient la courbe 2. Si le

rotor est libre et dans la position correspondant à la pola-

rité de l'impulsion, on obtient la courbe 3. La courbe 4 re-

présente l'intégrale de la courbe 3 et permet de connaître la

consommation du moteur en fonction de la largeur de l'impul-

sion motrice.

Dans les cas des courbes 1 et 2, le rotor ne se déplace pas et le courant augmente de manière régulière pendant la durée de l'impulsion motrice pour atteindre la valeur maximum

correspondant à la valeur de la tension divisée par la résis-

tance de la bobine. Dans le cas 3, par contre, le rotor se déplace et induit une tension contre-électro-motrice qui a tendance à réduire le courant. Celui-ci diminue donc après un certain laps de temps (ta) pour réaugmenter par la suite (tb) et dépasser la valeur atteinte au point A (tc) pour

atteindre enfin sa valeur maximum.

On a donc trois points caractéristiques A, B et C qui n'exis-

tent pas sur les courbes 1 et 2. En détectant la présence ou l'absence de l'un de ces trois points, on peut donc détecter des pas non effectués par le rotor. On peut également, en détectant l'un ou l'autre de ces points, contrôler ou asservir la durée de l'impulsion motrice. Par exemple, on sait que, dans la pratique, on peut interrompre l'impulsion motrice -au point B sans affecter le bon fonctionnement du moteur. La consommation passe alors de 2,88 p C pour une impulsion standard de 8 ms à 1,3 iC, soit un gain de 50 %. En interrompant l'impulsion au point C, la comsommation passe à

1,55 1C, ce qui est également intéressant.

- 4- La figure 2 représente un amplificateur permettant de détecter les points A et B. Il comporte deux transistors N-MOS 1 et 2 dont les sources sont reliées entre elles et à l'entrée de l'amplificateur. La grille du transistor 1 est branchée à un condensateur 3 relié au pole/de la source d'alimentation et à une résistance 4 de très grande valeur, reliée au drain du transistor 1. Ce drain est relié au pôle positif de la source d'alimentation par une résistance 5 et à la grille du transistor 2. Le drain du transistor 2 est relié par une résistance 6 au pôle positif de la source d'alimentation et à une borne de sortie de l'amplificateur. Les transistors 1 et 2 ainsi que les résistances 5 et 6 sont appariés de manière que les deux étages de l'amplificateur aient les mêmes caractéristiques. La tension appliquée à l'entrée de l'amplificateur est proportionnelle au courant dans la bobine motrice et elle a donc la même forme que celui-ci. Son amplitude est de quelques dizaines de millivolts. Cet amplificateur fonctionne comme suit. Lorsque la tension d'entrée est invariable, les tensions sur la grille et le drain du transistor 1 sont égales, de même que la tension sur la sortie. Il ne circule donc aucun courant dans la résitance 4 et la tension aux bornes du condensateur 3 est

stable.

Si la tension d'entrée augmente, la tension grille-source du

transistor 1 diminue, ce qui entraîne une diminution du cou-

rant dans celui-ci et dans la résistance 5. La tension sur le

drain du transistor 1 augmente et la sortie de l'amplifica-

teur passe à 0. Parallèlement un courant passe dans la ré-

sistance 4 et charge le condensateur 3, tendant à rétablir

l'équilibre précédent.

Si la tension d'entrée diminue, la tension grille-source du transistor 1 augmente, ce qui entraîne une augmentation du courant dans celui-ci et dans la résistance. La tension sur

le drain du transistor 1 diminue et la sortie de l'amplifica-

teur passe à 1. Parallèlement, un courant passe dans la ré-

sistance 4 et décharge la capacité 3.

- 5 - Si la tension d'entrée cesse d'augmenter ou de diminuer et se stabilise à une nouvelle valeur, la tension aux bornes de la

résistance 4 tend vers 0 et l'on retrouve le premier cas dé-

crit.

On voit que la tension de sortie de l'amplificateur est indé-

pendante de l'amplitude de la tension d'entrée, mais repré-

sente au signe près la polarité du courant dans la résistance

4 et le condensateur 3. Toute augmentation de la tension d'en-

trée se traduit par un 0 à la sortie et toute diminuation de

ce courant par un 1.

Si l'on se reporte à la forme de cette tension représentée à la figure 4, on voit que la sortie de l'amplificateur va être

à 0 entre 0 et ta, puis va passer à 1 entre ta et tb, puis re-

venir à 0 entre tb et td.

On voit que les différents composants de cet amplificateur sont facile à intégrer. Les résistances 4, 5 et 6 peuvent être remplacées par des sources de courant MOS ou par couche d'oxyde. Le condensateur 3 étant branché contre l'alimentation, on peut réaliser une capacité contre le substrat. On sait que l'on peut ainsi obtenir des valeurs de plusieurs dizaines de pf. On peut noter que, si le courant a une des formes 1 ou 2 de la figure 1, le condensateur se charge en permanence et la sortie de l'amplificateur reste à 0 pendant toute la durée de l'impulsion motrice. Cette

particularité permet de détecter des pas non effectués.

La figure 3 représente un amplificateur permettant de détecter les points A et C de la courbe 3 de la figure 1. En effet, le point B est parfois difficile à déterminer avec précision en raison de vibrations parasites du rotor qui provoquent

une tension induite parasite et une ondulation du courant.

Par contre le point C se trouve dans une région o la pente est déjà élevée et peut dans tous les cas être déterminée

avec précision.

- 6- Cet amplificateur est en fait 1e même qui celui de la figure 2 et comporte également les transistors 1 et 2 de type N-MOS, le condensateur 3 et les résistances 4, 5 et 6.Une diode 7 est branchée en parallèle avec la résistance 4. Cette résistance est choisie de valeur très élevée, de manière que la dé- charge du condensateur soit négligeable pendant la durée de l'impulsion motrice (durée inférieure à 10 millisecondes), le

condensateur pouvant pourtant se décharger à travers cette ré-

sistance 4 entre deux impulsions motrices (durée de 1 seconde).

Cette diode 7 ne permet que de charger le condensateur 3 et non de le décharger. Pendant l'impulsion motrice, lorsque la tension d'entrée augmente, la tension de sortie est à 0 et le condensateur se charge. Par contre, quand la tension d'entrée diminue, la tension de sortie passe à 1, mais le condensateur 3 ne pouvant se décharger de manière significative, garde la

tension précédemment acquise et il faudra que la tension d'en-

trée revienne au niveau précédemment atteint et dépasse celui-

ci pour que la sortie revienne à 0. Ainsi, en se reportant à la figure 1, la sortie revient à 0 au moment o le courant atteint et dépasse le niveau au point A, ce qui se produit au point C. La forme de la tension de sortie de l'amplificateur

est représentée à la figure 4.

En replaçant la résistance 4 par une diode indiquée en pointillé montée en opposition par rapport à la diode 7, on rend l'amplificateur à nouveau symétrique. On permet au condensateur de se décharger

et l'on retrouve le même signal de sortie que pour l'ampli-

ficateur de la figure 2. Toutefois, cette configuration est moins sensible aux perturbations que l'amplificateur de la

figure 2.

Il est visible que dans l'amplificateur de la figure 3, les moyens de charge du condensateur sont distincts des moyens de décharge de celui-ci. C'est grâce à cette particularité qu'il est possible de détecter le point C de la courbe 3 de

la figure 1.

-7 _ Il est bien clair que les amplificateurs représentés aux

figures 2 et 3 sont simplifiés à l'extrême en vue de facili-

ter l'explication. Par exemple, afin d'avoir une consommation

minimum, il est souhaitable de ne faire fonctionner l'ampli-

ficateur que pendant le temps rigoureusement nécessaire. D'autre part, il est préférable de remplacer les diodes par des transistors MOS plus facile à intégrer. Un amplificateur correspondant à ces caractéristiques et comportant des moyens distincts pour la charge et la décharge du condensateur est représenté à la figure 5, à titre d'exemple. Il est bien clair que de nombreuses autres configurations sont possible. Cet amplificateur permet également de détecter les points A et C

de la figure 1.

L'amplificateur comprend le transistor 1, le condensateur 3

et la résistance 5, qui peut être une source de courant MOS.

Le drain de 1 est relié à l'entrée d'un amplificateur inverseur 8 formé de deux transistors MOS complémentaires. La sortie de l'inverseur 8 est reliée à la grille du transistor P-MOS 9

dont la source est reliée au drain de 1 et le drain à la gril-

le de 1 et au condensateur 3 ainsi qu'au drain du transistor

N-MOS 10 dont la source est reliée au pâle négatif de l'ali-

mentation et la grille à la sortie d'un inverseur 11 formé de deux transistors complémentaires. L'entrée de l'inverseur 11 est reliée à la résistance 5 et reçoit une tension positive

pendant la durée de l'impulsion motrice. En dehors de l'im-

pulsion motrice, l'entrée de l'inverseur 11 est à 0 et sa

sortie à 1. Le transistor 10 est conducteur, ce qui court-

circuite le condensateur 3. Le potentiel sur la grille de 1 est à 0 et ce transistor est non conducteur. L'entrée de 11

étant à 0, ce potentiel est transmis au drain de 1 par la ré-

sistance 5. La sortie de l'inverseur 8 est à 1, le transistor 9 est non conducteur et la consommation de l'amplificateur

est pratiquement nulle.

Lorsque apparaît l'impulsion motrice, l'entrée de 11 passe à 1, de même que le drain de 1. La sortie de l'inverseur 8

passe à 0 et le transistor 9 devient conducteur. Paralèlle-

_8 - ment, la sortie de 11 passe à 0 et le transistor 10 devient non conducteur. On voit que dans cet amplificateur, les moyens pour charger le condensateur (transistor 9) et pour décharger le condensateur (transistor 10) sont distincts et peuvent être commutés de manière à être mis hors service à

tour de rôle. Le transistor 9 étant conducteur, le condensa-

teur 3 se charge à travers la résistance 5. Toutefois, le po-

tentiel sur cette résistance (drain de 1) reste suffisamment

élevé, de sorte que la sortie de 8 reste à 0 et que le tran--

sistor 9 reste conducteur tant que la tension à l'entrée aug-

mente, c'est-à-dire jusqu'au point A de la figure 1. Lorsque la tension d'entrée diminue, le courant dans 1 augmente, le potentiel à l'entrée de 8 diminue et la sortie de 8 passe à 1, ce qui bloque le transistor 9. Le condensateur 3 ne peut plus ni se charger ni se décharger et maintient donc sur la grille de 1 une tension correspondant à la tension d'entrée au point A. Il faudra donc attendre que la tension d'entrée devienne supérieure (point C) à la tension en A, pour que la sortie de 8 revienne à 0, que le transistor 9 conduise à nouveau et que

le condensateur 3 se charge à nouveau. Dès la fin de l'impul-

sion motrice, l'amplificateur est remis hors service, la sor-

tie de 11 passe à 1, le transistor 10 devient conducteur et

décharge le condensateur 3.

Pour le type de moteur dont les-caractéristiques sont données à la figure 1, le point A apparaît entre la deuxième et la quatrième milliseconde de l'impulsion motrice. La non

apparition sur la sortie de l'amplificateur du signal corres-

pondant (flanc positif) pendant ce laps de temps signifie que l'on a affaire au cas 2, rotor bloqué, ou plus probablement au cas 1, rotor déphasé, ce qui signifie dans la plupart des cas que le pas précédent n'a pas été effectué. On peut alors

faire un rattrapage consistant, pour ce type de moteur, à dé-

livrer deux impulsions de polarité alternée supplémentaires

permettant le rattrapage du pas précédent puis du pas à ef-

fectuer. - 9 - L'apparition, dans le signal de sortie de l'amplificateur, d'un flanc négatif succédant au flanc positif correspondant au point A de la courbe 3 de la figure 1, signifie que le courant du moteur a atteint une valeur correspondant aux points B ou C de la même courbe, selon le type d'amplifica- teur choisi, et ce flanc négatif peut être utilisé pour

raccourcir l'impulsion motrice présente aux bornes du moteur.

Le circuit donné en exemple à la figure 6 permet de réaliser ces différentes fonctions. Pour faciliter l'explication, nous admettons que les diviseurs et compteurs sont activés sur le flanc négatif sur leur entrée d'horloge, et vice-versa pour les flip-flops de type D et les flipflops de type RS avec

portes NON-OU.

L'oscillateur 12 est relié à l'entrée a d'un diviseur 13 de

type binaire de 5 étages, délivrant à l'entrée a d'un comp-

teur 14 de type Johnson par 8 un signal de fréquence 1 kHz.

La sortie b de ce compteur 14 est appliquée à l'entrée a d'un diviseur binaire 15 de 8 étages délivrant sur sa sortie b un signal carré de fréquence 0,5 Hz, Cette sortie est branchée à l'entrée a d'un "OUEXCLUSIF" 16 dont la sortie c est reliée d'une part à l'entrée d'horloge c d'un flip-flop FF 17 de type D, et d'autre part, par intermédiaire d'un inverseur 18, à l'entrée d'horloge c d'un flip-flop FF 19 de type Do Les FF 17 et 19 dont les entrées D sont à 1, sont actionnés chaque seconde à tour de rôle et produisent les impulsions paires et impaires destinées à la commande du moteur. Pour cela, les sorties Q des FF 17 et 19 -sont branchées respectivement aux inverseurs de puissance 20 et 21 dont les sorties sont reliées respectivement aux bornes b et a de la bobine 22 du moteur pas

à pas.

Les entrées de remise à zéro R des FF 19 et FF 17, qui per-

mettent de déterminer la durée des impulsions motrices sont reliées à la sortie c d'une porte OU 23 dont l'entrée b est

reliée à la sortie Ql (c) du diviseur 15 qui délivre un sig-

nal carré à la fréquence de 64 Hz. Ce signal est à 0 au mo-

_ 10 _

ment o les flip-flops FF 17 ou FF 19 passent à 1, et passe à l'état 1 au bout de 8 ms. La durée maximum des impulsions motrices est donc de 8 ms, mais elle peut être raccourcie par le signal appliqué à l'entrée a de la porte 23. L'entrée a de l'amplificateur de détection 24, qui peut être l'un des amplificateurs des figures 2, 3 ou 5, est reliée à un commutateur formé des transistors N-MOS 25 et 26 dont les sources sont reliées respectivement aux bornes b et a de la bobine motrice 22, et les grilles aux entrées d'horloges des FF 17 et FF 19. L'entrée a de l'amplificateur 24, reliée aux

drains des transistors 25 et 26, est donc commutée alternati-

vement à chacune des bornes a et b de la bobine motrice 22,

les transistors 25 et 26 étant branchés de manière à sélec-

tionner la borne qui est maintenue au potentiel O pendant

l'impulsion motrice. On sait que les. amplificateurs de puis-

sance à MOS complémentaires ne sont pas parfaits et pré-

sentent une certaine résistance interne. Il apparaît donc à leur sortie une certaine chute de tension proportionnelle au courant délivré, c'est-àdire au courant circulant dans la bobine. Cette tension a donc la forme qui est représentée à la figure 1 (courbes 1, 2 ou 3) et elle a une amplitude de quelques dizaines de millivolts, ce qui est suffisant pour commander l'amplificateur 24. La sortie de l'amplificateur 24 est reliée à l'entrée d'un inverseur 27 et à l'entrée a d'une

porte ET 28 dont l'entrée b est reliée à la sortie d'un flip-

flop RS 29. L'entrée de remise à zéro R du RS 29 est reliée à la sortie Q4 du compteur Johnson 14, alors que l'entrée de positionnement S du RS 29 est branchée à la sortie d'une porte

ET 30. Les entrées de cette porte 30 sont branchées respec-

tivement à la sortie Q2 du compteur Johnson 14 et à la sortie d'une porte OU 31 dont les entrées sont reliées aux sorties Q

des FF 17 et FF 19.

Pendant la durée des impulsions motrices, qu'elles soient paires ou impaires, la sortie de la porte 31 est à 1. A la deuxième milliseconde de l'impulsion motrice, la sortie Q2 du compteur Johnson 14 passe à 1, de même que l'entrée S du

RS 29 qui passe à 1. A la quatrième milliseconde de l'im-

- il -

pulsion motrice, la sortie Q4 du compteur Johnson passe à 1 et remet le RS 29 à 0. L'entrée b du ET 28 est donc à 1 entre la deuxième et la quatrième milliseconde de l'impulsion motrice. Nous savons que c'est pendant cet intervalle de temps que doit apparaître le point A de la courbe 3 de la figure 1, ce qui se traduit par un flanc positif à la sortie de l'amplificateur 24. Si c'est le cas, la sortie de la porte

28 passe à 1.

La sortie de la porte 28 est reliée à l'entrée a d'une porte OU 32 dont la sortie est reliée à l'entrée de remise à zéro R d'un flip-flop FF 33 de type D. L'entrée d'horloge C de ce FF 33 est reliée à la sortie de la porte 31, sa sortie Q à l'entrée D d'un flip-flop FF 34, sa sortie U à l'entrée a

d'une porte ET 35 et son entrée D au pôle positif de l'ali-

mentation.L'entrée d'horloge C du FF 34 est reliée à la sor-

tie Q2 du diviseur 15, branchée également à l'entrée d'un in-

verseur 36 dont la sortie est reliée à l'entrée b de la porte ET 35. La sortie Q du FF 34 est branchée d'une part à l'entrée

b de la porte OU 32, et d'autre part à l'entrée b du OU-EXCLU-

SIF 16. Enfin, la sortie de l'amplificateur 27 va à l'entrée c de la porte ET 35 dont la sortie est reliée à l'entrée a de

la porte OU 23.

Au début-de chaque impulsion motrice, la sortie de la porte 31 passe à 1, ce qui a pour effet de faire basculer le FF 33 à 1 dont la sortie U passe à 0 et bloque la porte ET 35. Si la sortie de l'amplificateur 24 passe à 1 entre la deuxième

et la quatrième milliseconde à partir du début de l'impul-

sion motrice (point A), la sortie de la porte ET 28 passe à 1

de même que la sortie de la porte OU 32, ce qui a pour ef-

fet de remettre à zéro le FF 33. La sortie Q de ce dernier passe à 1 et libère la porte ET 35. Lorsque la sortie de

l'amplificateur 24 passe à 0 (point B ou C selon le type d'am-

plificateur utilisé), la sortie de l'amplificateur 27 passe à 1. La sortie de l'amplificateur 36 étant également à 1 lors

de l'impulsion motrice normale (sortie Q2 de 15 à 0), la sor-

tie de la porte ET 35 passe à 1 de même que la sortie de la

- 12 -

porte OU 23, ce qui a pour effet d'effectuer la remise à zéro

des FF 17 et FF 19 et d'interrompre ainsi l'impulsion motrice.

Cette dernière est ainsi raccourcie de manière sensible ce

qui permet une sérieuse économie d'énergie.

Examinons maintenant ce qui se passe si le point A n'est pas

détecté, c'est-à-dire si le passage de la sortie de l'amplifi-

cateur 24 à 1 entre la deuxième et la quatrième millisecon-

de de l'impulsion motrice n'existe pas. Le FF 33, qui a passé à 1 au début de l'impulsion motrice, n'est plus remis à 0. Au

bout de 16 ms, la sortie Q2 du diviseur 15 passe à 1 et com-

mande le FF 34 qui passe également à 1, ce qui effectue la

remise à zéro du FF 33 par la porte 32. Au bout de 30 nouvel-

les millisecondes, la sortie Q2 du diviseur 15 passe encore une fois à 1 et le FF 34 revient à 0. Le passage du FF 34 à 1 inverse la sortie du OUEXCLUSIF 16 et -actionne le flip-flop correspondant, c'est-à-dire le FF 17, si la sortie de 16 était à 0 et le FF 19 dans le cas contraire. Le flip-flop fournit une première impulsion motrice de rattrapage. Au

moment ou le FF 34 revient à 0, la sortie de la porte 16 re-

vient en phase et c'est le deuxième flip-flop qui fournit

une deuxième impulsion motrice de rattrapage avec une pola-

rité inverse de celle de la première. Notons que ces impul-

sions de rattrapage arrivent au moment o la sortie Q2 du diviseur 15 passe à 1. La sortie de l'inverseur 36 est à 0 et la porte ET 35 est bloquée. On ne tient donc pas compte de l'état de la sortie de l'amplificateur 24 et les impulsions

de rattrapage sont automatiquement de durée maximum.

L'utilisation du dispositif de détection et notamment de l'amplificateur 24 permet donc soit de détecter et de rattraper

des pas non effectués, soit de raccourcir l'impulsion motrice.

Dans ce dernier cas, il ne s'agit pas d'un asservissement, mais bien d'un auto-déclenchement du moteur, ce qui n'est possible que par le fait que l'amplificateur 24 permet de surveiller le moteur pendant toute la durée de l'impulsion motrice. Par ce système d'auto-déclenchement, la durée de l'impulsion motrice s'adapte automatiquement à chaque pas

- 13 -

sans aucune constante de temps, ce qui ne serait pas le cas avec un système asservi. L'amplificateur 24 peut donc être incorporé dans d'autres types de formateurs d'impulsions motrices auto-déclenchés, permettant par exemple des avances ultrarapides en marche synchrone, ou des avances par deux pas

succcessifs permettant la réalisation de moteurs bidirection-

nels. On peut également, en mesurant les variations de durée

d'une impulsion à l'autre, détecter des variations caractéris-

tiques du couple demandé au moteur. Il est également possible

d estimer la fin de vie de la pile en détectant une augmenta-

tion importante et durable de la durée des impulsions motrices.

Dans certains cas, notamment pour diminuer encore la consom-

mation d'énergie, on peut fixer la durée optimum de l!impul-

sion motrice par d'autres moyens sans recourir à l'auto-dé-

clenchemento La figure 7 donne un exemple de cette nature. Dans celui-ci,

et coimmite dans la figure 6, on utilise le dispositif de détec-

tion du point A formé de! amplificateur 24, des portes 28, , 31 et 32, du RS 29 et du flip-flop FF 33, de mim'e que les inverseurs de puissance 20 et 21 et le commutateur formé des

cransistors 25 et 26. Ces éléments ne sont donc pas repre-

sentés dans la figure 7. Nous savons simplement que la sortie

détection (sortie Q de FF 33) passe à 1 au début de l!impul-

sion motrice et revient normalement à O avant la fin de l'im-

pulsion motrice. Sur la figure 7, on retrouve l'oscillateur 12, le diviseur 13, le compteur de type Johnson 14 et le diviseur 15 branchés en cascade, ainsi que l'inverseur 18 et les deux flip-flops FF 17 et FF 19 pour former les impulsions paires et impaires. La sortie b, 0,5 Hz du diviseur 15 est

reliée à l'entrée d'horloge du EFF 17 et à l'entrée de l'inver-

seur 18 dont la sortie est reliée par un condensateur 37 à une résistance 38 et à l'entrée a d'une porte OU 39, la sortie de cette porte étant reliée à l'entrée d'horloge C du

FF 19.

_ 14 -

Le condensateur 37 et la résistance 38 formant un circuit différentiateur permettant d'obtenir une impulsion positive fine lorsque la sortie de l'inverseur 18 passe à 1, soit lorsque la sortie b du diviseur 15 passe à 0. Les FF 17 et FF 19 passent donc à 1 à tour de r6le à chaque seconde. La durée des impulsions formées par ces flip-flops dépend du signal présent sur les entrées de remise à zéro R des FF 17 et FF 19, c'est-àdire de l'état de la sortie Q4 d'un compteur

de type Johnson par 8, à laquelle elles sont reliées.

L'entrée d'horloge du compteur Johnson 40 est reliée à la sortie Q d'un flip-flop FF 41, ainsi qu'à l'entrée D de ce flip-flop. Ce dernier est branché en diviseur par 2, et son entrée d'horloge est reliée à la sortied'une porte NON-ET 42 dont l'entrée -a est reliée à la sortie Q4 du

diviseur 13 sur laquelle le signal a une fréquence de 2 kHz.

Le FF 41 et le compteur 40 forment un diviseur par 16 d'une période de 8 ms, synchrone mais non en phase avec le compteur Johnson 14, c'est-à-dire avec la sortie b du diviseur 15. La durée des impulsions formées par les FF 17 et FF 19 dépend donc de cet écart de phase, qui peut varier de 0 à 7,5-ms par pas de 0,5 ms (la fréquence d'entrée est de 2 kHz, chaque écart d'une période correspondant à 0,5 ms; l'écart maximum

est de 15 périodes).

Examinons les moyens qui permettent de varier et fixer cet écart de phase, de manière à choisir la durée optimum de l'impulsion motrice. La sortie b du diviseur 15 est reliée également à l'entrée d'horloge C d'un diviseur supplémentaire 43 composé de 7 étages binaires. La sortie S de ce diviseur passe à 1 toutes les 256 secondes, soit toutes les quatre

minutes environ.

La sortie S de 43 est reliée à l'entrée d'horloge d'un flip-

flop FF 44 de type D dont l'entrée D est au pÈle positif de l'alimentation et la sortie Q est branchée à l'entrée D d'un deuxième flip-flop FF 45 de type D et à un condensateur 46 relié à une résistance 47 et aux entrées de remise à zéro R du diviseur par 16 formé des éléments 40 et 41. L'entrée _15_ d'horloge de FF 45 est reliée à la sortie Q2 du diviseur 15 sur laquelle le signal à une fréquence de 32 Hz, alors que son entrée R de remise à zéro est reliée à la sortie Q5 (1 kHz) du diviseur 13. La sortie Q du FF 45 est reliée à l'entrée b de la porte OU 39 et la sortie Q de ce même flip-flop à l'entrée b de la porte NON-ET 42. La remise à zéro du FF 44 est branchée à la sortie d'une porte OU 48 dont l'entrée a est reliée à la sortie d'une porte ET 49 et l'entrée b à la

sortie Q6 du diviseur 15 sur laquelle le signal a une fré-

quence de 2 Hz. Enfin, l'entrée a de la porte ET 49 est reliée à la sortie Ql du diviseur 15 sur laquelle le signal a une fréquence de 64 Hz, alors que l'entrée b de cette même porte 49 est reliée à la sortie détection du circuit de la

figure 6. Ces différents éléments forment un circuit de re-

cherche de la durée optimum de l'impulsion motrice.

Toutes les 4 minutes environ l'entrée d'horloge C du FF 44 passe à 1, simultanément avec la sortie de l'amplificateur 18

et l'entrée d'horloge du FF 19 et le FF 44 passe à 1. L'en-

trée D du FF 45 passe à 1 et les compteurs 41 et 40 sont re-

mis à zéro à travers le condensateur 46 qui délivre une im-

pulsion positive fine aux entrées de remise à zéro R de 40 et 41. Le FF 41 a sa sortie Q à 1 et le compteur 40 va basculer à 1 après 0,5 ms. La sortie Q4 va donc passer à 1 après 3,5 ms ce qui effectue la remise à zéro de l'impulsion motrice en cours. La première impulsion de recherche a donc une durée de 3,5 ms. Ensuite, le flip-flop FF 45, recevant un signal d'horloge de 32 Hz et remis à zéro par un signal de 1 kHz, délivre sur sa sortie Q des impulsions positives de fréquence 32 Hz et de

durée de 0,5 ms.

* Au bout de 0,25 secondes, la sortie Q6 du diviseur 15 passe à 1 et effectue la remise à zéro du FF 44 par l'intermédiaire de la porte 48. A ce moment, l'entrée D du FF 45 revient à 0 et

celui-ci ne peut plus revenir à 1.

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Ce flip-flop 45 a donc délivré 8 impulsions à la fréquence de 32 Hz (31 ms) pendant ce laps de temps de 0,25 secondes. Ces impulsion sont appliquées par l'intermédiaire de la porte OU

39 à l'entrée d'horloge du FF 19, lequel produit autant d'im-

pulsions motrices, toutes de même polarité. Le circuit de recherche est donc formé de manière à fournir, toutes les

quatre minutes, un train d'impulsions motrices de même pola-

rité, dont la première, nous l'avons vu, a une durée de 3,5

ms. Ce train d'impulsions peut être interrompu à tout ins-

tant par l'apparition d'un état logique 1 à la sortie de la porte ET 49 qui, transmis par l'intermédiaire de la porte 48 effectue la remise à zéro de FF 44. La sortie Q du FF 45, qui passe à 0 pendant 0,5 ms à chaque impulsion de recherche, est reliée à l'entrée b de la porte NON-ET 42. Cette porte

est donc bloquée pendant 0,5 ms ce qui a pour effet de sous-

traire une impulsion d'horloge à l'entrée du FF 41 lors de chaque impulsion de recherche. A chaque fois, la sortie Q4 du compteur Johnson 40 se déphasé en retard de 0,5 ms, ce qui a

évidemment pour effet d'augmenter la durée des impulsions mo-

trices. Ainsi, la première impulsion motrice a 3,5 ms, la deuxième aura 4 ms, la troisième 4,5 ms, etc. jusqu'à 7,5 ms. Le système de recherche fournit donc un train d'impulsions

motrices de même polarité incrémentées de 3,5 à 7,5 ms.

Voyons de quelle manière intervient la sortie du détecteur.

Lorsque le rotor reçoit une impulsion trop courte, il se dé-

place correctement et dans le bon sens pendant l'impulsion, mais ne va pas assez vite pour franchir le pas et revient en arrière. La forme du courant est pourtant très proche de celle de la courbe 3 de la figure 1. Le détecteur détecte donc le point A et la sortie du détecteur revient à 0 avant que la

sortie Q1 du diviseur 15 ne passe à 1.

Par contre, si le rotor reçoit une impulsion de durée suffi-

sante, il avance de 1 pas. Le détecteur ne permet pas de

faire de différence entre ces deux situations.

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Si l'on ajoute une deuxième impulsion de même polarité, on arrive aux situations suivantes: Dans le premier cas, le

rotor n'ayant pas passé est toujours en phase et se déplace.

Par contre, dans le deuxième cas, le rotor ayant effectué un pas, se trouve à contre phase et l'on est dans le cas de la courbe 1. La sortie du détecteur reste à 1 et la sortie de la porte 49 passe à 1 après 8 ms, effectuant la remise à zéro

du FF 44 à travers la porte 48. Le cycle de recherche est in-

terrompu et le diviseur 40, 41 maintient le déphasage corres-

pondant à la durée d'impulsion voulue.

En résumé, dans ce cas, le détecteur permet de stopper la re-

cherche en détectant si l'impulsion motrice prédécente a fait tourner le rotor. Le système de recherche n'est efficace que si l'on part de la durée d'impulsion minimum, et que l'on

augmente cette durée progressivement.

On interrompt la recherche et on fixe la durée de celle-ci, dès qu'elle est suffisante pour faire passer le rotor, c'est-à-dire véritablement à la limite du fonctionnement

correct et aux conditions minimum de consommation.

Notons que ce circuit peut être combiné avec le circuit de

rattrapage de la figure 6, ce qui permet d'augmenter la sécu-

rité du système.

Il existe encore d'autres combinaisons entre le dispositif de

détection comportant des amplificateurs selon la description

et des systèmes de contrôle ou d'asservissement des durées d'impulsions motrices, les circuits des figures 6 et 7 ne

constituant que des exemples représentatifs.

- 18 -

Claims (14)

REVENDICATIONS

1. Pièce d'horlogerie comportant un diviseur de fréquence, un formateur d'impulsions motrices, un moteur pas à pas, des moyens de détection du courant dudit moteur et une source d'alimentation, caractérisée par le fait qu'elle comprend d'une part un amplificateur (24) comportant au moins un transistor MOS (1) recevant sur une première borne une tension représentative du courant dans la bobine (22) dudit

moteur et dont une deuxième borne est reliée à un condensa-

teur (3) branché à l'un des pôles de ladite source d'ali-

mentation, des moyens susceptibles de charger ledit condensa-

teur (7, 9) et des moyens susceptibles de décharger ledit con-

densateur (4, 10) ledit amplificateur délivrant des signaux représentatifs du courant dans ledit condensateur, et d'autre

part des moyens (23, 27, 35, 36) pour contrôler les impul-

sions motrices, lesdits moyens étant reliés audit amplifica-

teur et audit formateur d'impulsions motrices (17, 19.)

2. Pièce d'horlogerie selon la revendication 1, caractérisée

par le fait que lesdits moyens (7, 9) pour charger le conden-

sateur (3) sont différents desdits moyens (4, 10) pour dé-

charger ledit condensateur.

3. Pièce d'horlogerie selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'au moins une partie (4, 7) desdits moyens pour charger et décharger le condensateur (3) sont branchés en contreréaction entre une sortie de l'amplificateur (24) et

ledit condensateur (3).

4. Pièce d'horlogerie selon la revendication 1, caractérisée par le fait que lesdits moyens pour charger et décharger le condensateur (3) comprennent au moins un élément actif (9, ).

5. Pièce d'horlogerie selon la revendication 4, caractérisée par le fait que lesdits éléments actifs sont susceptibles de mettre la charge et/ou la décharge dudit condensateur (3) hors service.

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6. Pièce d'horlogerie selon la revendication 4, caractérisée par le fait qu'au moins un desdits éléments actifs (9) a sa borne de commande reliée à une sortie de l'amplificateur (24).

7. Pièce d'horlogerie selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'entrée dudit amplificateur (24) est reliée au moins indirectement à l'une des bornes (a, b) de ladite

bobine (22) du moteur pas à pas.

8. Pièce d'horlogerie selon la revendication 1, caractérisée

par le fait que ledit amplificateur (24) est enclenché pério-

diquement par des impulsions de même durée que celle des impulsions motrices, ledit amplificateur étant déclenché

entre lesdites impulsions.

9. Pièce d'horlogerie selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle comprend des moyens séquentiels (28, 29, , 31, 32, 33) de détection de la présence à la sortie dudit 'amplificateur (24) d'un signal correspondant à une valeur déterminée du courant dans ladite bobine (22) du moteur pas à pas.

10. Pièce d'horlogerie selon la revendication 9, caractérisée par le fait que lesdits moyens de détection sont reliés à un circuit (16, 18, 34) susceptible de commander le formateur (17, 19) d'impulsions motrices de manière qu'il délivre audit

moteur des impulsions motrices supplémentaires.

11. Pièce d'horlogerie selon la revendication 9, caractérisée par le fait que lesdits moyens de détection sont reliés audit formateur (17, 19) des impulsions motrices pour raccourcir la

durée desdites impulsions motrices à l'arrivée dudit signal.

12. Pièce d'horlogerie selon la revendication 9, caractérisée par le fait que lesdits moyens de détection sont reliés à un

circuit (40, 41, 42) pour varier la durée des impulsions mo-

trices et collaborant avec un circuit d'asservissement (44,

46, 47) de ladite durée.

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13. Pièce d'horlogerie selon la revendication 1, caractérisée

par le fait que ledit circuit pour varier la durée des impul-

sions motrices comporte un diviseur auxiliaire (40) synchrone avec le diviseur de fréquence (13) et des moyens-(41, 42) pour déphaser le signal de sortie dudit diviseur auxiliaire par

rapport au signal de sortie de la chaine (13, 14, 15) de di-

vision de fréquence.

14. Pièce d'horlogerie selon la revendication 12, caractéri-

sée par le fait que le circuit pour varier la durée des impul-

sions motrices et lesdits moyens de détection collaborant avec un circuit d'asservissement de ladite durée comportent des moyens (45) susceptibles de fournir des trains d'impulsions

motrices de même polarité et de durée progressive.