JPS61124298A - Drive circuit of stepping motor - Google Patents

Drive circuit of stepping motor

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JPS61124298A
JPS61124298A JP24447884A JP24447884A JPS61124298A JP S61124298 A JPS61124298 A JP S61124298A JP 24447884 A JP24447884 A JP 24447884A JP 24447884 A JP24447884 A JP 24447884A JP S61124298 A JPS61124298 A JP S61124298A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
drive
command signal
step motor
transistor
excitation current
Prior art date
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Pending
Application number
JP24447884A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akihiko Tsukahara
塚原 明彦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Automob Antipollut & Saf Res Center
Automobile Appliance Anti Pollution and Safety Research Center
Original Assignee
Automob Antipollut & Saf Res Center
Automobile Appliance Anti Pollution and Safety Research Center
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Publication date
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Publication of JPS61124298A publication Critical patent/JPS61124298A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P8/00Arrangements for controlling dynamo-electric motors of the kind having motors rotating step by step
    • H02P8/36Protection against faults, e.g. against overheating, step-out; Indicating faults

Abstract

PURPOSE:To prevent a coil from wastefully generating heat by controlling an exciting current by the period of a drive command signal, and reducing an exciting current at stopping and low speed time. CONSTITUTION:A drive command signal (a) and a rotating direction command signal (b) are inputted to a distributor 3 to drive transistors Tr1-Tr4 to drive a stepping motor. The signal (a) is inputted also to a retriggerable monostable multivibrator 4, and when the period of a drive command signal (a) becomes the prescribed value or higher, a NOR gate is opened, and the output from a pulse oscillator 5 is inputted to a transistor Tr5. Thus, the ON drive transistor is switched by switching the transistor Tr5 to decrease an exciting current.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はインクリメンタル駆動の多い位置制御等に使わ
れるステップモータの駆動回路に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a drive circuit for a step motor used for position control that often involves incremental drive.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

一般にステップモータのトルクは磁気飽和してなければ
ステップモータの各相コイルに流れる励磁電流の大きさ
に比例する。しかしながらステップモータの回転数を高
くするために駆動指令信号パルスの周波数を高くすると
、各相コイルのインダクタンス分によりインピーダンス
が大きくなυ、各相コイルに流れる励磁電流が減少しそ
れによりトルクが低下する。この様子は第5図に示され
ている。今、第5図の点線の特性となるようにステップ
モータのコイル仕様を設定し、周波数がflの時のトル
クをT、とする。もしこれが不十分な値なら、これを改
善するためにステップモータのコイル仕様を変更して第
5図の実線のよつな特性とじなければならない。即ちス
テップモータの駆動指令信号パルスの周波数f1で駆動
している時の励磁電流を工、からI、になるようにすれ
ばトルクはT1からT!にアンプする。しかしながらス
テップモータに対して位置制御のようにインクリメンタ
ル駆動が多い使い方をすると、ステップモータを停止す
る時間が多くなる。そうするとこの停止時の励磁電流は
第5図のパルス周波数が00時の大きな値工。に相当し
、このためにコイル部の異常な温度上昇をまねき、コイ
ルの焼損にもつながる危険性がある。このような問題に
対処するため、つまりステップモータの応答性とトルク
アップを計るために駆動時の励磁電流を犬きくして停止
時の励磁電流低減を計るという色々な万策がとられてい
る。例えば特開昭58−175997に開示されたもの
では、励磁電流をオンオフさせる制御回路を設けるとと
もに、駆動指令信号パルスがその周期を過ぎても印加さ
れない時には停止中であると判定して制御回路により励
磁電流をオるが、回転駆動しているが停止しているかの
検出が1つの予め定められた回転速度に対して行われて
いるので、定速駆動時のみ有効であり、駆動速度が可変
すなわち、駆動指令信号の周波数が可変の場合には停止
状態の検出が困難となるという欠点がある。また停止か
らの再起動時に励磁電流のオンオフの1周期分はど遅れ
てステップモータが起動されるから起動応答性も低下す
る。
Generally, the torque of a step motor is proportional to the magnitude of the excitation current flowing through each phase coil of the step motor unless magnetically saturated. However, if the frequency of the drive command signal pulse is increased in order to increase the rotation speed of the step motor, the impedance increases due to the inductance of each phase coil, υ, and the excitation current flowing through each phase coil decreases, resulting in a decrease in torque. . This situation is shown in FIG. Now, the coil specifications of the step motor are set so as to have the characteristics shown by the dotted line in FIG. 5, and the torque when the frequency is fl is T. If this value is insufficient, the coil specifications of the step motor must be changed to achieve the characteristics shown by the solid line in FIG. 5 in order to improve this. That is, if the excitation current when the step motor is driven at the frequency f1 of the drive command signal pulse is changed from T to I, the torque will change from T1 to T! to amplify. However, if the step motor is used for many incremental drives such as position control, the time for stopping the step motor increases. Then, the excitation current at this stop has a large value when the pulse frequency is 00 in Figure 5. This results in an abnormal temperature rise in the coil section, which may lead to coil burnout. In order to deal with such problems, that is, to increase the responsiveness and torque of the step motor, various measures have been taken to increase the excitation current during driving and reduce the excitation current when stopped. For example, in the device disclosed in JP-A-58-175997, a control circuit is provided to turn the excitation current on and off, and when the drive command signal pulse is not applied even after the period, it is determined that the drive is stopped, and the control circuit Although the excitation current is turned off, the detection of whether the motor is rotating or stopped is performed for one predetermined rotation speed, so it is only effective when driving at a constant speed, and the drive speed is variable. That is, when the frequency of the drive command signal is variable, there is a drawback that it becomes difficult to detect a stopped state. Moreover, since the step motor is started with a delay of one cycle of on/off of the excitation current when restarting from a stop, the starting responsiveness also deteriorates.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は上述のような欠点をなくシ、駆動指令信
号の周波数が可変の場合でも低速時又は停止時に励磁電
流の低減がはかれ、かつ起動特性もよいステップモータ
の駆動回路を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks, and to provide a step motor drive circuit that reduces excitation current at low speeds or when stopped even when the frequency of a drive command signal is variable, and has good starting characteristics. There is a particular thing.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明の特徴は、駆動指令信号を再トリガ可能な単安定
マルチバイブレータへ印加し、単安定マルチバイブレー
タのパルス幅よりも大きい周期で駆動指令信号が印加さ
れたときもしくは停止時には単安定マルチバイブレータ
の出力がオフとなる時があるのでその間はステップモー
タの励磁電流をオンオフさせてその平均的な大きさを低
減させるようにしたことにある。
A feature of the present invention is that a drive command signal is applied to a retriggerable monostable multivibrator, and when the drive command signal is applied with a cycle larger than the pulse width of the monostable multivibrator or when the monostable multivibrator is stopped, the monostable multivibrator is activated. Since there are times when the output is off, the excitation current of the step motor is turned on and off during that time to reduce its average magnitude.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明を第1図の実施例により説明する。 The present invention will be explained below with reference to the embodiment shown in FIG.

第1図に於て、ステップモータの4個のコイルφ1.φ
2.φ3.φ4は1.各々ドライブトランジスタTri
、Tr2.Tr3.Tr4がオンすれば電源+vから励
磁電流が供給される。各々のドライブトランジスタのコ
レクタエミッタ間に並列に接続されているツェナーダイ
オードZDI。
In FIG. 1, four coils φ1. φ
2. φ3. φ4 is 1. Each drive transistor Tri
, Tr2. Tr3. When Tr4 is turned on, excitation current is supplied from the power supply +v. A Zener diode ZDI is connected in parallel between the collector and emitter of each drive transistor.

Zn2.Zn2.Zn2はドライブトランジスタがオフ
時コイルに発生するエネルギーを吸収してドライブトラ
ンジスタを保護するものでおる。ステップモータを1ス
テツプ角ずつ歩進させる駆動指令信号3と回転方向指令
信号すとを入力とする分配回路3は、抵抗を介して各々
のドライブトランジスタのペース端子と接続されて各々
のドライブトランジスタをオンオフ制御し、各々のコイ
ルの励磁を指令する相励磁信号A、A、B、Bを出力す
る。この分配回路3はDタイプスリップフロップ2個と
排他的論理和ゲート2例の組合せより構成されている。
Zn2. Zn2. Zn2 protects the drive transistor by absorbing energy generated in the coil when the drive transistor is off. A distribution circuit 3, which receives as input a drive command signal 3 for advancing the step motor by one step angle and a rotation direction command signal, is connected to the pace terminal of each drive transistor through a resistor, and is connected to the pace terminal of each drive transistor through a resistor. It performs on/off control and outputs phase excitation signals A, A, B, and B that instruct the excitation of each coil. This distribution circuit 3 is composed of a combination of two D type slip-flops and two exclusive OR gates.

また駆動指令信号aは、再トリガが可能な単安定マルチ
バイブレータ4にも入力されている。パルス発振回路5
の出力と単安定マルチバイブレータ4の出力CはNOR
ゲート6に入力され、NORゲート6の出力dは抵抗を
介して励磁電流制御用トランジスタTr5のペースに入
力される。この制御用トランジスタTr5のエミッタは
グランドに接地され、コレクタは各々ドライブトランジ
スタのペースにアノードが接続された逆流防止ダイオー
ドDI、D2.D3.D4の全力ノードと接続されてい
る。したがって、パルス発振回路5の出力がNORゲー
トを通過している間は、励磁電流制御用トランジスタT
r5はスイッチングされ、励磁電流制御用トランジスタ
Tr5のオン時は各々ドライブトランジスタのペース電
流が逆流防止ダイオードを介してTr5のコレクタ電流
となり、オンしていたドライブトランジスタはオフとな
るため、結果的に励磁電流制御用トランジスタTr5の
スイッチングにより、オンしているドライブトランジス
タもスイッチングされて励磁電流を低減させることにな
る。再トリガ可能な単安定マルチバイブレータ4の出力
Cのパルス巾Tは抵抗RX とコンデンサC1の値で決
まり、これを今’1’=40m9ecとすれば信号周期
が4Qm9eO以上か以下かを検出することになる。
The drive command signal a is also input to a monostable multivibrator 4 that can be retriggered. Pulse oscillation circuit 5
The output of C and the output C of monostable multivibrator 4 are NOR.
The output d of the NOR gate 6 is input to the gate of the excitation current control transistor Tr5 via a resistor. The emitter of this control transistor Tr5 is grounded, and the collector is connected to backflow prevention diodes DI, D2, . D3. It is connected to the full power node of D4. Therefore, while the output of the pulse oscillation circuit 5 passes through the NOR gate, the excitation current control transistor T
r5 is switched, and when the excitation current control transistor Tr5 is on, the pace current of each drive transistor becomes the collector current of Tr5 via the reverse current prevention diode, and the drive transistor that was on turns off, resulting in excitation. By switching the current control transistor Tr5, the turned-on drive transistor is also switched, thereby reducing the excitation current. The pulse width T of the output C of the retriggerable monostable multivibrator 4 is determined by the values of the resistor RX and the capacitor C1, and if this is now set to '1' = 40m9ec, it is possible to detect whether the signal period is greater than or less than 4Qm9eO. become.

つまり40m(8)経過しても次の信号が入らなければ
信号CはOとなり、NORゲート6をパルス発振器5の
出力が通過し、トランジスタTr5をオンオフするから
励磁電流が低減させられることになる。
In other words, if the next signal does not enter even after 40 m (8) have elapsed, the signal C becomes O, and the output of the pulse oscillator 5 passes through the NOR gate 6, turning on and off the transistor Tr5, so the excitation current is reduced. .

第2図は第1図の回路の各部波形を示すタイムチャート
で、まず分配回路3により生成される相励磁信号A、B
等は次のようなものである。駆動指令aが1つ入ると例
えば信号人が1になる。次の信号aが入ると信号Bもl
になり、その次の信号aで信号人だけがOに戻り、更に
その次の信号1で信号BもOに戻る。以下同様に信号a
のパルスが1つ入る毎に上記のような信号人又はBのレ
ベルを切換える。相励磁信号AI ”H夫&A、Bを反
転したものである。そこで今第2図のように駆動指令信
号aが入力されたとすると前述のように間隔がT以上と
なったところでは単安定マルチバイブレータ4の出力C
はOとなりこのc=0の間はNORゲート出力dにパル
ス発振器5からのパルスが現れる。従って前述したよう
に相励磁信号のうちオンのものはこのパルスによってオ
ンオフされるから、各コイルφ1〜φ4に流れる励磁電
流iム、lB等は第2図のように低減される。
FIG. 2 is a time chart showing the waveforms of each part of the circuit in FIG. 1. First, phase excitation signals A and B generated by the distribution circuit 3
etc. are as follows. When one drive command a is input, for example, the signal person becomes one. When the next signal a enters, signal B also l
Then, at the next signal a, only the signal person returns to O, and furthermore, at the next signal 1, signal B also returns to O. Similarly, signal a
The level of the signal person or B as described above is switched every time one pulse of . The phase excitation signal AI is an inversion of the H&A, B.If the drive command signal a is input as shown in Figure 2, as mentioned above, if the interval is greater than T, the monostable multi Vibrator 4 output C
becomes O, and during this time c=0, a pulse from the pulse oscillator 5 appears at the NOR gate output d. Therefore, as described above, the phase excitation signals that are on are turned on and off by this pulse, so the excitation currents im, IB, etc. flowing through each of the coils φ1 to φ4 are reduced as shown in FIG.

その時の低減の度合はパルス発振回路5出力のパルスの
デユーティ比すなわち励磁電流制御用トランジスタTr
5のオンオフのデユーティ比によって決定される。この
ようにして再トリガ可能な単安定マルチバイブレータ4
のパルス巾Tt”、例、tば駆動周波数f、以下なら励
磁電流を低減させて効率アップを計υたいということで
あればT=1/ r tと設定することにより所望の低
減効果を与えることができる。また本実施例で明らかな
ように、励磁開始直後には少くともT時間は必ずC=1
となっていて励磁電流はオンオフによって低減されない
ので立上りの早い電流波形となり、ステップモータのス
テータコイルの作る外部回転磁界にロータが応答性良く
追従するのでステップモータの応答性も高くなる。この
ため、応答性向上のためにコストの高い2電源方式や、
チョッパ方式を用いる必要もない。そして励磁電流制御
用トランジスタTr5は各々のドライブトランジスタの
ベース電流がコンフタ電流となるため小電力用のトラン
ジスタでよく、小型安価である。また再トリガが可能な
単安定マルチバイブレータ4としては、例えばモトロー
ラ社のMo 145280PのようなICを使うか、第
3図のような回路を構成してもよく、これも簡単な回路
でよい。なお第3図の回路は、入力パルスをコンデンサ
Cと抵抗几で微分し、その出力をインバータINV、、
INV。
The degree of reduction at that time is the duty ratio of the pulse of the pulse oscillation circuit 5 output, that is, the excitation current control transistor Tr.
It is determined by the on/off duty ratio of 5. Monostable multivibrator 4 that can be retriggered in this way
For example, if t is less than the driving frequency f, then if you want to increase efficiency by reducing the excitation current, set T = 1/ r t to give the desired reduction effect. Furthermore, as is clear from this example, immediately after the start of excitation, at least T time is always C=1.
Since the excitation current is not reduced by turning on and off, it has a current waveform that rises quickly, and the rotor follows the external rotating magnetic field created by the stator coil of the step motor with good responsiveness, resulting in high responsiveness of the step motor. For this reason, in order to improve responsiveness, a costly two-power supply system,
There is no need to use the chopper method. The excitation current control transistor Tr5 can be a low power transistor, and is small and inexpensive, since the base current of each drive transistor becomes a converter current. Further, as the retriggerable monostable multivibrator 4, an IC such as Motorola's Mo 145280P may be used, or a circuit as shown in FIG. 3 may be constructed, and this may also be a simple circuit. The circuit shown in Figure 3 differentiates the input pulse with a capacitor C and a resistor, and outputs the output from the inverter INV, .
INV.

でパルス状に整形するものである。This is used to shape the pulse into a pulse shape.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように、本発明によれば、インクリメンタル駆動
のような駆動周波数が広範囲におよぶ駆動方式において
、駆動指令信号の周期により励磁電流を制御して、停止
時および低速時においては励磁電流を低減させてコイル
の無駄な発熱を防止し、また高速時においては十分な励
磁電流を供給することによシトルクと応答性を向上させ
るという効率の良いステップモータを単1[:[でしか
も低コストで提供することができる。
As described above, according to the present invention, in a drive method such as incremental drive where the drive frequency ranges over a wide range, the excitation current is controlled by the cycle of the drive command signal, and the excitation current is reduced when stopped and at low speeds. This is an efficient step motor that prevents unnecessary heat generation in the coil, and improves torque and response by supplying sufficient excitation current at high speeds. can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例であるステップモータの駆動
回路を示す図、第2図は第1図の各部信号波形のタイム
チャート、第3図は第1図の再トリガ可能な単安定マル
チバイブレータ4の回路を示す図、第4図はステップモ
ータの特性を示す図である。 3・・・分配回路、4・・・再トリガ可能単安定マルチ
バイブレータ、5・・・パルス発振回路、6・・・NO
Rゲート、φ1.φ2.φ3.φ4・・・ステップモー
タコイA/、Tri、Tr2.Tr3.Tr4−・・ド
ライブトランジスタ、Tr5・・・励磁電流制御用トラ
ンジスタ。
Fig. 1 is a diagram showing a step motor drive circuit according to an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a time chart of signal waveforms of each part in Fig. 1, and Fig. 3 is a retriggerable monostable as shown in Fig. 1. FIG. 4 is a diagram showing the circuit of the multivibrator 4, and FIG. 4 is a diagram showing the characteristics of the step motor. 3... Distribution circuit, 4... Retriggerable monostable multivibrator, 5... Pulse oscillation circuit, 6... NO
R gate, φ1. φ2. φ3. φ4...Step motor coil A/, Tri, Tr2. Tr3. Tr4--drive transistor, Tr5--excitation current control transistor.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 1.駆動指令信号から各相コイルを各々励磁する相励磁
信号を生成して各相コイルに励磁電流を流すようにした
ステツプモータの駆動回路において、ある時点に駆動指
令信号が入力されてから予め定められた時間をこえて次
の駆動指令信号が入力された時にはそのこえた時間帯の
間ゲートをオンとする検出回路と、当該ゲートがオンの
間各相コイルの励磁電流をオンオフすることによつてそ
の平均値を低減せしめるためのスイツチング手段とを備
えたことを特徴とするステツプモータの駆動回路。
1. In a step motor drive circuit that generates a phase excitation signal that excites each phase coil from a drive command signal and causes an excitation current to flow through each phase coil, a drive command signal is input at a certain point and then a predetermined When the next drive command signal is input after a period of time, the detection circuit turns on the gate for the period of time that exceeds that period, and turns on and off the excitation current of each phase coil while the gate is on. A step motor drive circuit comprising switching means for reducing the average value.
2.前記検出回路を再トリガ可能な単安定マルチバイブ
レータにより構成したことを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載のステツプモータの駆動回路。
2. 2. A step motor drive circuit according to claim 1, wherein said detection circuit is constituted by a retriggerable monostable multivibrator.
JP24447884A 1984-11-21 1984-11-21 Drive circuit of stepping motor Pending JPS61124298A (en)

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