FR2539259A1 - Circuit for control of a stepper electric motor - Google Patents
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Abstract
Description
Circuit de commande de moteur électrique pas a pas.Stepper electric motor control circuit.
La présente invention se rapporte à un circuit de commande d'un moteur électrique-pas à pas alimenté à partir d'une source de courant continu. The present invention relates to a control circuit of an electric stepper motor supplied from a direct current source.
Zes moteurs pas à pas présentent l'avantage de la facilité de commande dans les asservissements numériques, du fait qu'ils convertissent directement un signal électrique en un mouvement angulaire déterminé appelé pas
En revanche, leurs enroulements présentent une inductance tres élevée
qui freine l'établissement du courant, ce qui limite la vitesse de rotation du moteur.Stepper motors have the advantage of ease of control in digital servo drives, because they directly convert an electrical signal into a determined angular movement called steps
However, their windings have a very high inductance
which slows down the establishment of current, which limits the speed of rotation of the motor.
Une solution connue pour palier à cet inconvénient consiste à monter des résistances en série avec les enroulements, pour réduire le rapport L/R du circuit des enroulements, et à alimenter le circuit des enroulements avec une tension accrue. Le courant s'établit ainsi plus rapidement dans les enroulements. A known solution to overcome this drawback consists in mounting resistors in series with the windings, in order to reduce the L / R ratio of the winding circuit, and in supplying the winding circuit with an increased voltage. The current is thus established more quickly in the windings.
Cette solution qui a l'avantage de la simplicité, donc d'un fait coût, présente l'inconvénient d'un mauvais rendement. This solution, which has the advantage of simplicity and therefore of cost, has the disadvantage of poor performance.
Une autre solution connue consiste a appliquer à l'enroulement une tension d'alimentation plus élevée que celle nécessaire au courant nominal et à prévoir une limitation en courant dans la source de tension d'alimentation. Another known solution consists in applying a higher supply voltage to the winding than that necessary for the nominal current and in providing a current limitation in the supply voltage source.
Cette solution devient rapidement complexe et coûteuse si on cherche à obtenir un bon rendement. This solution quickly becomes complex and expensive if one seeks to obtain a good yield.
La présente invention a pour objet une commande de moteur électrique pas à pas permettant une vitesse de rotation élevée en assurant un bon rendement tout en restant d'une réalisation très simple. The present invention relates to a stepping electric motor control allowing a high rotational speed while ensuring good efficiency while remaining very simple to produce.
Le circuit de commande conforme à l'invention de moteur électrique pas à pas alimenté à partir d'une source de courant continu comprend, pour chaque enroulement du moteur, une diode montée en anti-parallèle avec l'enroulement, ainsi qu'un hâcheur. te hâcheur comprend un élément interrupteur monté en série avec l'enroulement, entre ce dernier et le pôle négatif de la source d'alimentation, ainsi qu'un circuit basculeur assurant la commutation cyclique dudit élément interrupteur tant qu'un signal de commande y est appliqué, à une fréquence et avec un rapport cyclique tels que le courant emmagasiné dans l'enroulenent du moteur lorsque l'élément interrupteur est fermé se décharge en partie par la diode pendant le temps d'ouverture de l'élé- ment interrupteur. The control circuit according to the invention of a stepping electric motor supplied from a direct current source comprises, for each winding of the motor, a diode mounted in anti-parallel with the winding, as well as a chopper . The chopper comprises a switch element mounted in series with the winding, between the latter and the negative pole of the power source, as well as a switching circuit ensuring the cyclic switching of said switch element as long as a control signal is there. applied, at a frequency and with a duty cycle such that the current stored in the motor winding when the switch element is closed is partially discharged by the diode during the opening time of the switch element.
Dans la commande suivant l'invention, on utilise donc l'inductance des enroulements du moteur pour emmagasiner de l'énergie pendant que l'élément interrupteur est fermé, cette énergie étant restituée à travers la diode fonctionnant en diode de libre circulatIon ou de roue libre, lorsque l'elé- ment interrupteur est fermé. Tant qu'un signal de commande est appliqué, l'enroulement du moteur est ainsi parcouru par un courant continu dont l'ondulation est d'autant plus faible que la fréquence de hâchage est élevée. In the control according to the invention, therefore, the inductance of the motor windings is used to store energy while the switch element is closed, this energy being restored through the diode operating as a free circulation or wheel diode. free, when the switch element is closed. As long as a control signal is applied, the motor winding is thus traversed by a direct current, the ripple of which is lower the higher the chopping frequency.
L'élément interrupteur du circuit de commande est avantageusement constitué par un transistor, de préférence par un transistor à effet de champ du type NOS. Un tel transistor se distingue par une fréquence de commutation élevée, des pertes de commutation réduites et une commande simple. The switch element of the control circuit is advantageously constituted by a transistor, preferably by a field effect transistor of the NOS type. Such a transistor is distinguished by a high switching frequency, reduced switching losses and simple control.
En cas d'utilisation d'un tel transistor du type MOS, le circuit basculeur comprend avantageusement une résistance montée entre le transitor et le pôle négatif de la source d'alimentation Le circuit basculeur comprend, en outre, un comparateur dont une première entrée est reliée entre ledit transistor et ladite résistance, tandis que sa seconde entrée reçoit une tension de référence positive. Le circuit basculeur comprend, par ailleurs, une porte ET dont une premiere entrée est reliée à la sortie dudit comparateur et dont la seconde entrée reçoit le signal de commande, la sortie de ladite porte étant reliée a l'électrode de commande du transistor. If such a MOS type transistor is used, the rocker circuit advantageously includes a resistor mounted between the transitor and the negative pole of the power source. The rocker circuit further comprises a comparator, a first input of which is connected between said transistor and said resistor, while its second input receives a positive reference voltage. The rocker circuit further comprises an AND gate, a first input of which is connected to the output of said comparator and the second input of which receives the control signal, the output of said gate being connected to the transistor control electrode.
Notamment en cas d'utilisation d'un transistor du type MOS, il est avantageux de monter un condensateur entre la première entrée du comparateur et la sortie de ce dernier, ce condensateur réduisant la fréquence de commutation du transistor. In particular when using a MOS type transistor, it is advantageous to mount a capacitor between the first input of the comparator and the output of the latter, this capacitor reducing the switching frequency of the transistor.
En prélevant la tension de référence applique à la seconde entrée du comparateur sur un potentiomètre, il est possible de régler d'une manière simple l'intensité du courant dans ltenroulement du moteur. By taking the reference voltage applied to the second comparator input on a potentiometer, it is possible to adjust in a simple way the intensity of the current in the motor winding.
En se reférant aux dessin annexés, on va décrire ciaprès plus en détail un mode de réalisation illustratif et non limitatif d'un circuit de commande de moteur pas à pas conforme à l'invention; sur ce dessin :
la figure 1 représente le schéma du circuit de commande d'un enroulement de moteur pas à pas;
les figures 2a et 2b montrent l'évolution du courant absorbé dans l'alimentation et du courant dans l'enroulement du moteur lorsqu'un signal de commande est appliqué au circuit de commande selon la figure 1;
la figure 3 r présente le schéma d'un circuit de commande analogue à celui de la figure 1, pour un moteur pas à pas à quatre enroúlements. Referring to the accompanying drawings, there will be described below in more detail an illustrative and non-limiting embodiment of a stepping motor control circuit according to the invention; on this drawing :
FIG. 1 represents the diagram of the control circuit of a stepping motor winding;
Figures 2a and 2b show the evolution of the current absorbed in the power supply and of the current in the motor winding when a control signal is applied to the control circuit according to Figure 1;
Figure 3 r shows the diagram of a control circuit similar to that of Figure 1, for a stepping motor with four coils.
Selon le schéma de la figure 1, une diode Drl est montée en antiparallèle avec l'enroulement E d'un moteur électrique pas à pas alimenté à partir d'une source-de courant continu (tension d!alimentation V). According to the diagram in FIG. 1, a diode Dr1 is mounted in antiparallel with the winding E of a stepping electric motor supplied from a direct current source (supply voltage V).
Un transistor T est monté en série avec l'enroulement E, une résistance
R étant intercalée entre le transistor T et la masse.A transistor T is connected in series with the winding E, a resistor
R being interposed between transistor T and ground.
Dans l'exemple représenté, le transistor T est constué par un tran
sistor à effet de champ du type MOS à canal N, l'électrode D dite de drain
étant reliée à l'enroulement E et à la diode Drl, tandis que l'électrode S dite de source est relié à la résistance R.In the example shown, the transistor T is formed by a tran
N-channel MOS field effect sistor, the so-called drain electrode D
being connected to the winding E and to the diode Drl, while the so-called source electrode S is connected to the resistor R.
Le circuit de commande du transistor T comprend un comparateur CO et une porte ET référencée P. The control circuit of transistor T includes a comparator CO and an AND gate referenced P.
L'entrée a du comparateur CO est reliée à la un point A entre la source
S du transistor T et la résistance R. L'autre entrée b du comparateur CO reçoit une tension continue positive de référence Vr.The CO comparator input a is connected to a point A between the source
S of transistor T and resistance R. The other input b of comparator CO receives a positive direct voltage of reference Vr.
L'entrée c de la porte P est reliée à la sortie du comparateur CO
L'autre entrée d de la porte P est l'entrée de commande du circuit, à laquelle est appliqué un signal de commande Sc lorsque l'on veut faire avancer le moteur d'un pas. La sortie de la porte P est reliée à l'électrode de commande du transistor, en occurence l'Electrode G dite de grille du transistor MOS.The input c of the door P is connected to the output of the CO comparator
The other input d of door P is the circuit control input, to which a control signal Sc is applied when the motor is to be advanced by one step. The output of gate P is connected to the control electrode of the transistor, in this case the G electrode called the gate of the MOS transistor.
Un condensateur CA est monté entre l'entrée a et la sortie du comparateur CO. De plus, une tension continue positive est appliquée par l'intermédiaire d'une résistance de polarisation Rp à la sortie du comparateur CO. An AC capacitor is mounted between the input a and the output of the CO comparator. In addition, a positive direct voltage is applied via a bias resistor Rp to the output of the comparator CO.
Tant que le signal de commande Sc ntest pas appliqué à l'entrée d dé la porte P, l'autre entrée c de cette porte P reçoit un 1 logique de la sortie du comparateur CO dont l'entrée a reliée au point A est au potentiel de la masse tant que la transistor T est bloqué. As long as the control signal Sc is not applied to the input d of the gate P, the other input c of this gate P receives a logic 1 from the output of the comparator CO whose input has connected to the point A is at ground potential as long as transistor T is blocked.
Lors que l'application d'un signal de commande Sc, à savoir d'un 1 logique, à l'entrée d de la porte P, cette dernière délivre un 1 logique à la grille G du transistor T, de sorte que le transistor T devient passant. A cet moment, pratiquement toute la tension d'alimentation +V se retrouve aux bornes de l'enroulement E, la résistance R pouvant être choisie très faible. When the application of a control signal Sc, namely a logic 1, to the input d of the gate P, the latter delivers a logic 1 to the gate G of the transistor T, so that the transistor T becomes passerby. At this moment, practically all of the supply voltage + V is found at the terminals of the winding E, the resistance R being able to be chosen very low.
Le courant dans l'enroulement E crolt de façon exponentielle, de norme que la tension au point A. Cette tension se retrouve à l'entrée a du copa- rateur CO et charge le condensateur CA. The current in the winding E grows exponentially, of standard as the voltage at point A. This voltage is found at the input a of the CO co-driver and charges the capacitor CA.
Lorsque la tension à l'entrée a du comparateur CO atteint la tension de référence Vr, la sortie du comparateur CO, reliée à l'entrée c de la porte P, passe à O. De ce fait, la porte P dont l'autre entrée d reçoit toujours le signal de commande Sc délivre à sa sortie un 0, ce qui bloque le transistor
T.When the voltage at the input a of the comparator CO reaches the reference voltage Vr, the output of the comparator CO, connected to the input c of the gate P, changes to O. Therefore, the gate P, the other of which input d always receives the control signal Sc delivers a 0 at its output, which blocks the transistor
T.
Le courant emmagasiné dans I'enrouJeent E pendant que le transistor T était passant circule alors par la diode Drl et décroit lenteiaent. The current stored in the winder E while the transistor T was on then flows through the diode Drl and decreases slowly.
Dès que le transistor T est bloqué, le condensateur CA se décharge dans la résistance R, et la tension au point A diminue rapidement. As soon as the transistor T is blocked, the capacitor CA discharges in the resistance R, and the voltage at the point A decreases quickly.
Dès que la tension au point A, donc également à l'entrée a du cor.pa- rateur CO, tombe en dessous de la tension de référence Vr appliquée à l'autre entrée b du comparateur CO, la sortie de ce dernier repasse à 1, de sorte que la porte P délivre de nouveau un 1 à la grille G du transistor T, qui redevient passant. As soon as the voltage at point A, therefore also at the input a of the CO comparator, falls below the reference voltage Vr applied to the other input b of the CO comparator, the output of the latter compares to 1, so that the gate P again delivers a 1 to the gate G of the transistor T, which again turns on.
Ce cycle de commutation se répète de la manière décrite tant que le signal de commande Sc est appliqué à l'entrée e de la porte P. This switching cycle is repeated as described as long as the control signal Sc is applied to the input e of the gate P.
Une comparaison des figures 2a et 2b dont l'une monere le courant absorbé dans l'alimentation et l'autre courant circulant dans l'enroulement E font apparaître clairement que le courant moyen Ime dans l'enroulement est plus élevé que le courant moyen Ima absorbé-dans l'alimentation. A comparison of FIGS. 2a and 2b, one of which shows the current absorbed in the power supply and the other current flowing in the winding E make it clear that the average current Ime in the winding is higher than the average current Ima absorbed-in food.
La figure 3 illustre le schéma complet d'une commande de moteur pas à pas à quatre enroulements. On retrouve ici, pour chacun des quatre enroulements El, E2, E3, E4 le meme circuit de commande que sur la figure 1, avec une diode roue libre Drll Drl2, Drl3, Drl4, un transistor T1, T2, T3, T4, un comparateur CO1, C02, C03, C04, une porte P1, P2, P3, P4, une résistance R1,
R2, R3, R4 et une résistance de polarisation Rpl, Rp2, Rp3, Rp4 des sorties des quatre portes P1, P2, P3, P4 sont reliées aux électrodes de grille G des transistors T1, T2, T3, T4, respectivement. La commande des différents enroulements se fait par les entrées dl, d2, d3, d4, des portes P1, P2, P3, P4.FIG. 3 illustrates the complete diagram of a stepping motor control with four windings. We find here, for each of the four windings El, E2, E3, E4 the same control circuit as in FIG. 1, with a freewheeling diode Drll Drl2, Drl3, Drl4, a transistor T1, T2, T3, T4, a comparator CO1, C02, C03, C04, a gate P1, P2, P3, P4, a resistor R1,
R2, R3, R4 and a bias resistor Rpl, Rp2, Rp3, Rp4 of the outputs of the four gates P1, P2, P3, P4 are connected to the gate electrodes G of the transistors T1, T2, T3, T4, respectively. The different windings are controlled by the inputs dl, d2, d3, d4, of the doors P1, P2, P3, P4.
Un potentioaètre PO commun permet d'appliquer aux quatres comparateurs
CO1, C02, C03, C04 une tension de référence réglable, en vue du réglage de l'intensité du courant dans les enroulements. A common PO potentiometer allows to apply to the four comparators
CO1, C02, C03, C04 an adjustable reference voltage, for adjusting the intensity of the current in the windings.
Des condensateurs Cp reliant les électrodes de source S des transistors
T1, T2, T3, T4 à la masse et des diodes Dp reliant les électrodes de drain D des transistors à la masse sont prévus pour la protection des trensistors T.Capacitors Cp connecting the source electrodes S of the transistors
T1, T2, T3, T4 to ground and diodes Dp connecting the drain electrodes D of the transistors to ground are provided to protect the trensistors T.
I1 va de soi que le circuit de commande conforme à l'invention, tel que décrit cidessus et illustré par le dessin annexé, peut recevoir de nombreuses modifications et variantes dans le cadre de l'invention. Le transistor de technologique MOS, utilisé pour la fréquence de commutation élevée et les faibles pertes de commutation de ce type de transistor, ainsi que par la simplicité de sa commande, pourrait être remplacé par un autre type de transistor It goes without saying that the control circuit according to the invention, as described above and illustrated by the appended drawing, can receive numerous modifications and variants within the framework of the invention. The MOS technology transistor, used for the high switching frequency and low switching losses of this type of transistor, as well as for the simplicity of its control, could be replaced by another type of transistor.
Claims (7)
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|---|---|---|---|
| FR8300215A FR2539259B1 (en) | 1983-01-07 | 1983-01-07 | STEPPER ELECTRIC MOTOR CONTROL CIRCUIT |
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|---|---|---|---|
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|---|---|
| FR2539259A1 true FR2539259A1 (en) | 1984-07-13 |
| FR2539259B1 FR2539259B1 (en) | 1986-02-07 |
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Family Applications (1)
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| FR (1) | FR2539259B1 (en) |
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|---|---|
| FR2539259B1 (en) | 1986-02-07 |
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