JP2003284373A - 複数のセンサを有する制御用回路 - Google Patents
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- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
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- H03K5/08—Shaping pulses by limiting; by thresholding; by slicing, i.e. combined limiting and thresholding
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Abstract
制限されずに維持することのできる回路を実現すること
である。モータに適用する際には、回路はモータ静止状
態でも障害を抑圧できなければならない。 【解決手段】 差動段(K1,K2,K3)のそれぞれ
の入力側には、別個のセンサ(H1/H2,H2/H
3,H3/H1)の相互に位相のずれた2つのセンサ信
号の結合が印加される。
Description
念による、複数のセンサを有する制御回路であって、逆
相のセンサ信号に対するそれぞれ2つの出力側を有し、
センサのセンサ信号は同種であり、かつ相互に位相がず
れており、評価のために比較器に供給される形式の制御
回路に関する。
697から公知であり、例えばビデオレコーダでのキャ
プスタンモータの転流または速度制御に用いられる。
サとして、ホール素子を使用することができる。ホール
素子は大きな出力電圧領域を有する。しかしこの種の素
子の出力電圧には障害が重畳されており、この障害はと
りわけモータコイルから直接磁気的に発せられたもので
ある。この種の障害はすべての公差を考慮すると最小の
信号電圧よりも大きい。この理由から簡単な解決手段、
例えば障害を閾値電圧またはヒステリシスによってろ波
除去することはできないか、または制限的にしか適用で
きない。AGC回路も適用できない。なぜなら、モータ
は静止状態から直ちに正しく始動しなければならないか
らである。AGC回路は、確実に安定するためには入力
信号のいくつかの周波を必要とする。
題は、前記の障害を抑圧することができ、能力を時間的
に制限されずに維持することのできる回路を実現するこ
とである。モータに適用する際には、回路はモータ静止
状態でも障害を抑圧できなければならない。
制御回路において、差動段のそれぞれの入力側には、別
個のセンサの相互に位相のずれた2つのセンサ信号の結
合が印加されるように構成して解決される。
に基づくものである。センサのセンサ信号に対するそれ
ぞれの比較器が応答する時点、すなわち比較器の出力信
号が両方の論理値“0”と“1”との間で変化する時点
では、周知のように比較器に供給されるセンサ信号は0
の付近にある。本発明ではさらに次の事実が使用され
る。すなわち、他のセンサのセンサ信号は形式が同じで
あり、位相差が一定であるからある程度の振幅を有す
る。例えば、120゜ずれた対称性回転磁界に対する3
つのセンサを有する構成では、それぞれ他方のセンサの
センサ信号は86%の領域の振幅を有する。それぞれ1
つのセンサ信号に対する比較器において、ヒステリシス
の変化のために他方のセンサのセンサ信号が使用され
る。
明する。
に図2、図3の信号が発生する。
同種の、相互に120゜だけ位相のシフトされた3つの
信号a,b,cが抵抗1、2、3を介して、比較器A,
B,Cのそれぞれ負の入力側に供給される。信号a,
b,cはその他に、OR段を形成するダイオードDa,
Db,Dcに供給される。OR段の出力側を形成するこ
れらの接続点dはそれぞれ抵抗4、5、6およびスイッ
チSa,Sb,Scを介して、比較器A,B,Cの正の
入力側と接続されている。この正の入力側はさらに抵抗
7、8、9を介して一定の基準電圧、例えばアースに接
続されている。
“0”または“1”を有するデジタル出力電圧UA,U
B,UCを形成する。これら電圧UA,UB,UCはさ
らに線路La,Lb,Lcを介してスイッチSa,S
b,Scを制御する。
る。図2は相互に120゜位相のシフトされた、振幅の
同じ正弦波センサ信号a,b,cを示す。点dにはそれ
ぞれ比較的に大きな振幅を有する信号が発生する。これ
によって、点dに対しては太い実線で示した曲線が生じ
る。以下、比較器Aにおけるセンサ信号aに対する機能
を説明する。時点t1まで、信号aはヒステリシス値の
下にある。信号aは比較器Aの負の入力側に印加される
から、UAは論理状態“1”である。ここではまず、ス
イッチSaが開放されており、したがって比較器Aの正
の入力側はゼロ電位にあると仮定する。時点t1で信号
aはヒステリシス電圧に達する。これにより、UAは状
態“0”となる。実線SaによりスイッチSaの閉成し
ていることが示され、破線によりスイッチSaの開放し
ていることが示される。したがってt1からt2までS
aは開放し、比較器Aの応答に対するゼロラインは正確
に0Vである。時点t2で信号aは再びゼロラインを通
過し、負の値をとる。したがってUAの値は“0”から
“1”に変化する。この跳躍は正確にゼロ通過の際に行
われる。なぜならスイッチSaがまだ開放しており、比
較器Aの正の入力側はゼロ電位にあり、したがってヒス
テリシスは作用しないからである。時点t2でスイッチ
Saは閉成される。比較器Aの正の入力側はしたがっ
て、抵抗4と7の値、並びにセンサ信号の振幅に依存し
て電圧dの正の電圧値をとる。したがって比較器Aのゼ
ロラインにオフセットが生じる。これはずらされたゼロ
ライン0’により示されている。すなわち、比較器Aが
応答する際にゼロラインはシフトされる。比較器Aの次
の応答、すなわちUAの“1”から“0”への切り替わ
りは、信号aがゼロラインと交差する時点t3ではな
く、信号aがシフトされたゼロライン0’を横切る時点
である。このことによって、UAの逆切換には片側ヒス
テリシスの生じることがわかる。片側とは、切換時点が
+方向および−方向にずらされるのではなく、+方向に
のみずらされることを意味する。信号の+から−への移
行の際には、切換は理想的にはゼロ値で行われる。すな
わち例えばt2で行われる。しかし−から+への移行の
際にはゼロ値ではなく、上記のように遅れて行われる。
から、この関係は3つすべての信号a,b,cに対して
当てはまる。UHyにより示されているヒステリシスに
対して、センサ信号の所定のパーセンテージを仮定すれ
ば、このことによりセンサ信号の振幅に依存して、ヒス
テリシスよりも小さなパーセンテージで重畳された障害
が回路を通過しないようにできる。
の極性を入れ替えれば、負の電圧ピークに応答するよう
に構成することができる。この場合、図2のt1〜t2
のゼロラインは負方向にずらされ、図2とは反対にt2
〜t3のゼロラインは正確に0となる。生徒負のピーク
の評価を組み合わせることも可能である。この場合は、
ゼロラインに対して対称の1つのヒステリシスが達成さ
れる。
負のピークは−1.0Vまで達し、極性を変化する。す
なわち、上に向かって反転する。このことは矢印Pによ
って示されている。信号bの負のピークは前記OR段の
出力側での電圧dのピーク間にあることがわかる。利点
は、時間単位当たりに比較的に大きな電圧ピークを使用
できることであり、電圧ピーク間の落ち込みが小さくな
ることである。この構成では、電圧dのピークと、その
間にある振幅の反転した電圧のピークを別のOR段に供
給することができる。このことによって、ヒステリシス
電圧UHyがさらに良好に平滑化され、落ち込みが小さ
くなるといる利点が得られる。UHyの経過は、振幅が
相応に分圧されて、電圧dの経過に相応する。
す。これらセンサ信号は図2のように同じではなく、異
なる振幅を有する。信号aは最大振幅の100%、bは
約75%、cは約50%を有する。図3でも、図2で説
明したように、すべての信号a,b,cの負のピーク
は、矢印Pにより示されているように上に向かって反転
している。負の極性は極性反転用回路によって正の極性
へ変換される。交互に連続して、100%の振幅を有す
る信号aの元から正のピークS1、信号bの正に反転さ
れたピークS2、信号cの元から正のピークS3、信号
aの反転されたピークS4、信号bの元から正のピーク
S5、信号cの反転された負のピークS6、信号aの元
から正のピークS7と続く。図示のヒステリシス電圧U
Hyは相応して振幅を分圧され、順次、ピークS2,S
4,S5を有する曲線に追従する。異なる振幅を有する
この種の信号では、負の信号ピークを正の領域に反転す
ることにより付加的なピークが得られ、ピーク間の落ち
込みの減少することがわかる。OR段の出力側の電圧に
よるヒステリシスの変化に関しては、図1の回路は図3
の信号によっても前記のように動作する。
対する比較器の入力側にそれぞれ、相互に位相のずれた
2つの別個のセンサのセンサ信号の和が供給される。有
利には異なるセンサのそれぞれの出力側は直接相互に接
続される。n個のセンサを有する構成では、センサのそ
れぞれの出力側は次のセンサの出力側と接続され、最後
のセンサの出力側が第1のセンサの出力側と再び接続さ
れる。所望の作用を得るために出力側を直接相互に接続
すること、すなわち短絡接続することは必ずしも必要で
はない。比較器のそれぞれ1つの入力側に供給される信
号が、2つの別個のせんんさの2つの出力側からの信号
から統合されることが重要である。別個のセンサの2つ
の出力側の信号を加算段、または減算段に供給し、この
段の出力側を比較器の相応する入力側とそれぞれ接続す
ることも可能である。この手段には、両方の加算または
減算された信号がそのまま保存されたままであり、短絡
の場合のようにそのまますべてが失われるようなことが
ない、という利点がある。センサは有利にはホール素子
として構成され、ホール素子は磁界の作用に応答する。
センサは有利には電気モータの回転子の角度位置の検出
に用いる。これは、例えばビデオレコーダのキャプスタ
ンモータの転流または回転数制御に使用する。
られる。別個のセンサのそれぞれ2つの出力側を1つの
出力側にまとめることにより、すべてのセンサの出力側
の総数が半分になる。センサがICに配置されるなら、
このことによってICで必要な端子ピンの数が半分にな
る。このことは実際のIC製造とスペース効率の点でと
くに有利である。障害抑圧に関しては次の有利な作用が
達成される。例えばセンサを含むモータにあるコイルに
電流が流れると、すべてのセンサ、有利には3つのセン
サへのクロストークが生じる。その際に1つのセンサは
クロストークを正の方向で受け取り、別のセンサは負の
方向で受け取る。別個のセンサの種々異なる位相の出力
電圧をまとめることによって、例えば出力側を短絡する
ことによって、両方のセンサ出力側におけるクロストー
クの割合が共通の出力側で補償される。例えば第1の比
較器は第1のセンサからのクロストークと、第2のセン
サからの別の位相のクロストークを受け取る。このよう
にして障害電圧成分(これらは有利には相互に120゜
の位相ずれを有している)のベクトル加算によって、ク
ロストークが補償される。このことによっても、比較器
の出力側における信号は、センサの出力側におけるセン
サ信号に対して相対的に正しい位相を再び有するように
なる。
て説明する。
は図7〜11の信号が発生する。図6で使用されるシン
ボルは以下の意味を有する。
1、H2、H3を示す。これらのセンサはブリッジ回路
の抵抗の形でそれぞれ示されている。各センサは信号V
+を有する正出力側と、信号V−を有する負出力側を有
する。センサH1〜H3のそれぞれの出力信号V+とV
−は3つの差動増幅器K1,K2,K3の入力側に供給
される。これらの差動増幅器はその出力側に図示の信号
を送出する。デジタル回路に適用する場合は、差動増幅
器K1〜K3を比較器によって置換することができる。
力側における信号a,b,cを示す。これらの信号は同
じ振幅を有するが、相互に120゜位相がずれている。
相応する180゜逆相のセンサ信号V−は図7には簡単
にするため図示されていない。
の信号h,i,kを示す。これらの信号は、傾きが2倍
であるため図7の信号の2倍の振幅を有する。垂直の破
線Z1により示されているように、図7と図8の信号は
同じ位相を有する。この回路は、モータのコイルの磁気
的クロストークによりセンサに達する障害を抑圧しな
い。
側が図示の線路により相互に接続されている。すなわ
ち、短絡接続されている。この場合、センサ構成全体は
3つの出力側d,e,fを有し、これらの出力側は線路
L1,L2,L3,L4を介して比較器K1,K2,K
3の相応する入力側に導かれている。ここで線路L1と
L2は同じ信号を導く。
サH1,H2,H3の出力側は同じ出力抵抗を有するか
ら、1つのセンサのセンサ信号はこのセンサの出力抵抗
と、これに接続されたセンサの出力抵抗により半分にさ
れる。したがってそれぞれの出力側には相互に接続され
た2つのセンサのセンサ信号の和の半分が得られる。比
較器K1〜K3の入力側における各信号は2つのセンサ
出力信号から組成されたものであることがわかる。同じ
ように、差動増幅器K1〜K3の出力側の信号h,i,
kは常に、3つすべてのセンサH1,H2,H3の信号
成分から組成されたものである。ここで符号は、3つの
センサH1,H2,H3の障害が比較器において相互に
相殺され、その際に有用信号は影響を受けないことを示
す。
す。図10は、ここから得られる図5の信号e,f,d
を示す。別個のセンサのセンサ信号をベクトル加算する
ことによって、図9の信号と図10の信号との間に位相
差の生じていることがわかる。信号のゼロ通過も、図9
と図10が示すようにずれている。
出力側における出力信号i,h,kを示す。ここでこれ
ら信号の振幅には意味がない。なぜなら、ゼロ通過だけ
を評価するからである。図11の信号のゼロ通過は、図
9の信号に対して再び正しい位置を有することがわか
る。したがって差動増幅器の各出力側では、ゼロ通過の
検出の際に、センサ信号の組み合わせであるにもかかわ
らず、比較器に配属されたセンサのセンサ信号のみが評
価される。
幅または異なる内部抵抗を有していれば、形成された出
力信号にひずみが生じることがある。これはとくに、ホ
ール素子がいわゆるオフセットを有している場合にそう
である。図12から図17に基づいて、オフセットによ
るこの種の偏差を回避するための変形実施例を説明す
る。
づいて説明する。図13の上部にはセンサH1,H2,
H3の信号が両方の極性に対して示されている。実線は
それぞれ正の信号を示し、破線は負の信号を示す。これ
らの信号はそれぞれ1つのセンサにおいて180゜ずれ
ている。例えばH3−とH3+の加算により再び、同じ
ゼロ通過を有する信号が得られる。評価するのは、例え
ばモータの次のコイルの投入接続に対する信号のゼロ通
過だけである。したがって信号の振幅は評価に対しては
重要でない。ラインLにより示された信号H1+の最初
のゼロ通過に注目する。このゼロ通過の際に信号H3−
とH2+は交差点Pを有することがわかる。すなわち同
じ振幅を有する。したがって、H1+の最初のゼロ通過
は、2つの別のセンサの信号H2+とH3−が同じ振幅
を有するという基準から導くことができる。このこと
は、1つのセンサの本来の出力信号を形成するためにこ
のセンサの信号は全く必要なく、他の2つのセンサの信
号により代替できることを意味する。したがって1つの
センサに対して、ゼロ通過の評価を当該センサの信号自
体を使用しないで行うことができる。その代わりに2つ
の別のセンサの信号を使用される。しかしこの別のセン
サ信号は第1のセンサの前記ゼロ通過の際には特別の振
幅を有する。
の補充された回路は次のように構成される。すなわち、
1つのセンサの出力信号がそれぞれ他のセンサの出力信
号からのみ組成され、前記1つのセンサの本来の出力信
号を全く含まないように構成される。図示の差動増幅器
K4,K5,K6はセンサH1,H2,H3に配属され
ているが、それぞれ別のセンサの信号のみを受け取る。
図12は、センサH1の出力信号を送出する差動増幅器
K4がセンサH2とH3の信号成分のみを受け取りこと
を示す。同じようにセンサH2に対する比較器K5はセ
ンサH1とH3の信号成分のみを、センサH3に対する
比較器K6はセンサH1とH2の信号成分のみを受け取
る。
H1+のゼロ通過の時にゼロであり、したがって同じよ
うに評価できることを示す。この変形実施例は図14に
示されている。同じように信号H2−とH3−とを加算
することができる。この和も同じように図13ではH1
+のゼロ通過の際に値ゼロである。
点を有する。センサ、例えばホール素子がオフセットを
有することができるという利点を有する。このオフセッ
トは“+”出力側と“−”出力側とで同じ大きさであ
る。とくに図12と図14が示すように、数式は差動増
幅器K4,K5,K6の出力側において、反対極性の別
のセンサのそれぞれの信号成分を含む。すなわち、K4
の出力側では例えばH2+とH2−、およびH3+とH
3−である。オフセットは“+”出力側と“−”出力側
とで常に同じ大きさであるから、これによって有利には
それ自体障害となるオフセットを補償することができ
る。
ンサ信号が発生されるから、全部で2つのセンサのみを
使用することができる。したがってセンサが1つ節約さ
れることとなる。第1のセンサから公知のように第1の
信号が、第2のセンサから公知のように第2の信号が得
られ、これら2つのセンサの出力信号を本発明により結
合することによって第3の信号が得られる。
るためのブロック回路図である。
図であり、前記の極性の変化された、すなわち正に反転
された電圧ピークを有している。
線図である。
の回路図である。
る。
線図である。
めの線図である。
めの線図である。
ある。
めの線図である。
ある。
めの線図である。
めの線図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 複数のセンサ(H1,H2,H3)を有
する制御回路であって、逆相のセンサ信号(V+,V
−)に対するそれぞれ2つの出力側(+と−)を有し、 センサのセンサ信号は同種であり、かつ相互に位相がず
れており、評価のために比較器(K1〜K3)に供給さ
れる形式の制御回路において、 差動段(K1,K2,K3)のそれぞれの入力側には、
別個のセンサ(H1/H2,H2/H3,H3/H1)
の相互に位相のずれた2つのセンサ信号の結合が印加さ
れる、ことを特徴とする制御回路。 - 【請求項2】 センサ(H1/H2,H2/H3,H3
/H1)のそれぞれ異なる出力側が相互に接続されてお
り、または2つの別個のセンサの出力側が加算段または
減算段の入力側に接続されており、当該加算段または減
算段の出力側は差動段の入力側と接続されている、請求
項1記載の回路。 - 【請求項3】 センサ(S1)の出力信号のゼロ通過
は、別の2つのセンサ(S2,S3)の出力信号が同じ
振幅を有するという基準から導かれ、 1つのセンサ(H1)に対するそれぞれの信号路は差動
段(K4〜K6)を有し、該差動段には別の2つのセン
サ(H2,H3)の出力信号のみが供給される、請求項
1記載の回路。 - 【請求項4】 2つのセンサのみが使用され、第1のセ
ンサの第1の信号、第2のセンサの第2の信号および第
3の信号が、第1および第2のセンサの出力信号の比較
によって形成される、請求項1記載の回路。
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