ES2232986T3 - Circuito de mando con varios sensores. - Google Patents
Circuito de mando con varios sensores.Info
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Abstract
PARA UN CONTROL A TRAVES DE SENSORES, POR EJEMPLO PARA UNA REGULACION DE VELOCIDAD Y/O UNA CONMUTACION DE UN MOTOR, ES CONOCIDA LA COORDINACION DEL MOTOR CON SENSORES MULTIPLES, QUE GENERAN MULTIPLES SEÑALES DE SENSOR QUE INDICAN LAS POSICIONES DEL ROTOR, DEL MISMO TIPO, DESPLAZADAS DE FASE UNA CONTRA OTRA. CON ELLO SE OBTIENE EN COMPARADORES, COMO POR EJEMPLO AMPLIFICADORES DIFERENCIALES, SEÑALES DE CONTROL PARA LA CONMUTACION O LA REGULACION DE VELOCIDAD. CON LAS SEÑALES LA SALIDA DE LOS SENSORES SE SUPERPONEN EN LA PRACTICA PERTURBACIONES, QUE PROCEDEN POR EJEMPLO DE PISTAS DE MOTOR E INFLUYEN LA VALORACION. EL OBJETIVO ES EL MONTAJE DE UN CIRCUITO DE TIPO CONOCIDO, QUE TAMBIEN CUANDO EL MOTOR SE ENCUENTRA EN SITUACION PARADA, SUPRIMA LAS PERTURBACIONES. DE ACUERDO CON LA INVENCION SE INSTALA RESPECTIVAMENTE EN UNA ENTRADA DE UNA ETAPA DIFERENCIAL (K1, K2, K3) UNA COMBINACION DE DOS SENSORES (H1/H2, H2/H3, H3/H1) DE SEÑALES DE SENSOR SEPARADAS CON DESPLAZAMIENTO DE FASE OPUESTA. CON PREFERENCIA LAS SALIDAS RESPECTIVAS DE LOS SENSORES SEPARADOS ESTAN UNIDAS DIRECTAMENTE UNA CON OTRA. A TRAVES DE LA COMBINACION DE LAS SEÑALES DE SENSOR CON DESPLAZAMIENTO DE FASE OPUESTO SE COMPENSAN LAS PERTURBACIONES O LAS SEÑALES DE PERTURBACION QUE LLEGAN DE LOS SENSORES. LA APLICACION DE LA INVENCION ES ESPECIALMENTE PARA REGULACION DE VELOCIDAD O DE CONMUTACION DE UN MOTOR CAPSTAN EN UN REPRODUCTOR DE VIDEO.
Description
Circuito de mando con varios sensores.
La invención parte de la base de un circuito de
mando con tres sensores de acuerdo con el preámbulo de la
reivindicación 1. Los circuitos de este tipo se utilizan por ejemplo
para la conmutación o la regulación de velocidad del eje impulsor en
un aparato de vídeo. El documento
JP-A-04150792 da a conocer un
circuito de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1. El
documento EP-B-0351697 muestra un
circuito de mando con dos sensores.
Como sensores para la posición angular
correspondiente del rotor se pueden utilizar elementos de efecto
Hall. Sin embargo, la tensión de salida de un elemento de este tipo
tiene perturbaciones superpuestas debidas a diafonías magnéticas
directas producidas por las bobinas de motor entre otras causas.
Teniendo en cuenta todas las tolerancias, estas perturbaciones
pueden ser mayores que la tensión de señal mínima. Por este motivo
no es aplicable una solución sencilla, por ejemplo para eliminar las
perturbaciones por filtrado mediante una tensión umbral o
histéresis, o sólo lo es de forma limitada. Tampoco se puede
utilizar un circuito de CAG (control automático de ganancia), ya que
el motor ha de arrancar inmediatamente de forma correcta desde la
parada. Un circuito de CAG requeriría algunas oscilaciones en la
señal de entrada para estabilizarse.
La invención tiene por objetivo realizar un
circuito que también pueda suprimir dichas perturbaciones y que
mantenga esta capacidad sin límite de tiempo. Si se utiliza en un
motor, el circuito también ha de poder suprimir perturbaciones
estando el motor parado.
Este objetivo se resuelve mediante la invención
indicada en la reivindicación 1. Las
sub-reivindicaciones indican perfeccionamientos
ventajosos de la invención.
En la invención, la suma de dos señales defasadas
entre sí, de sensores diferentes son respectivamente alimentadas a
una entrada de un amplificador diferencial o comparador de las
tensiones de salida de un sensor. Preferentemente, las respectivas
salidas de sensor individuales están conectadas directamente entre
sí. En la disposición reivindicada de 3 sensores, una respectiva
salida de un sensor está conectada con una salida del siguiente
sensor y después una salida del último sensor está conectada a su
vez con la entrada del primer sensor, presentando las respectivas
salidas de los sensores conectadas entre sí polaridad diferente.
Para lograr el efecto deseado no es estrictamente necesario conectar
directamente entre sí las salidas, es decir, ponerlas en
cortocircuito. Se trata de que la señal conducida en cada caso a una
entrada de un comparador esté formada por las señales de dos salidas
de dos sensores individuales. Los sensores están configurados
preferentemente como elementos de efecto Hall, que responden a la
acción de un campo magnético. Los sensores sirven preferentemente
para detectar la posición angular del rotor de un electromotor para
una conmutación o una regulación de velocidad, por ejemplo del eje
impulsor en un aparato de vídeo.
La solución según la invención presenta varias
ventajas. Dado que en cada caso dos salidas de sensor individuales
están reunidas en una sola salida, la cantidad total de salidas se
divide por la mitad. En consecuencia, si los sensores están
dispuestos sobre un circuito integrado, la cantidad de espigas de
conexión o "pins" necesarios en el circuito integrado también
se divide por la mitad. En la práctica, esto resulta especialmente
ventajoso en relación con la fabricación del circuito integrado y el
aprovechamiento del espacio. En lo que respecta a la supresión de
perturbaciones se logra el efecto ventajoso descrito a continuación.
Por ejemplo, cuando se aplica corriente a una bobina de un motor que
contiene los sensores se produce una diafonía en todos los sensores,
preferentemente tres. Un sensor recibe la diafonía en sentido
positivo y otro sensor la recibe en sentido negativo. Mediante la
combinación de tensiones de salida de fase diferente procedentes de
sensores individuales, por ejemplo mediante la puesta en
cortocircuito de las salidas, las componentes de diafonía se
compensan en la salida que ahora es común para las dos salidas de
sensor. Por ejemplo, el primer comparador recibe una diafonía del
primer sensor y una diafonía con una fase diferente del segundo
sensor. De este modo, mediante la adición vectorial de componentes
de tensión parásita, que preferentemente presentan un desplazamiento
de fase mutuo de 120º, se compensan señales de diafonía. No obstante
se logra que las señales en las salidas de los comparadores tengan
de nuevo la fase correcta con respecto a las señales de sensor en
las salidas de los sensores.
La invención se explica a continuación con
referencia a los dibujos. Los dibujos muestran:
Figura 1: Un circuito de evaluación conocido para
tres sensores.
Figura 2: Un circuito de evaluación configurado
según la invención.
Figura 3: Una tabla de las señales indicadas en
la Figura 2.
Figuras 4, 5: Curvas explicativas de la Figura
1.
Figuras 6 a 8: Curvas explicativas del circuito
según la invención de acuerdo con la Figura 2.
Figura 9: Un circuito no reivindicado.
Figura 10: Curvas explicativas del funcionamiento
del circuito según la Figura 9.
Figura 11: Otro circuito no reivindicado.
Figura 12: Curvas explicativas del funcionamiento
del circuito según la Figura 11.
Figura 13: Una variante del circuito según la
invención.
Figura 14: Curvas explicativas del funcionamiento
del circuito según la Figura 13.
Las letras minúsculas a hasta k indican en qué
puntos de las Figuras 1, 2 se encuentran las señales según las
Figuras 4 a 8. Los símbolos utilizados en la Figura 3 tienen el
siguiente significado:
- H1+
- Señal de sensor en la salida positiva del sensor H1
- H1-
- Señal de sensor en la salida negativa del sensor H1
- H2+
- Señal de sensor en la salida positiva del sensor H2
- H2-
- Señal de sensor en la salida negativa del sensor H2
- H3+
- Señal de sensor en la salida positiva del sensor H3
- H3-
- Señal de sensor en la salida negativa del sensor H3
La Figura 1 muestra tres sensores H1, H2, H3
configurados como elementos de efecto Hall, cada uno de los cuales
está representado en forma de resistencias a modo de un circuito en
puente. Cada sensor tiene una salida positiva con la señal V+ y una
salida negativa con la señal V-. Las señales de salida V+ y V- de
los sensores H1-H3 son conducidas respectivamente a
las entradas de tres amplificadores diferenciales K1, K2, K3, que
suministran en sus salidas h, i, k las señales presentadas. En
aplicaciones digitales, los amplificadores diferenciales K1 a K3
pueden ser sustituidos por comparadores.
La Figura 4 muestra las señales a, b, c en las
salidas positivas de los sensores H1, H2, H3, que presentan la misma
amplitud y un desplazamiento de fase mutuo de 120º. Para
simplificar, en la Figura 4 no están representadas las señales de
sensor V- correspondientes en oposición de fase de 180º.
La Figura 5 muestra las señales de salida h, i, k
resultantes en las salidas de los comparadores K1, K2, K3, que
debido a la doble negación tienen el doble de amplitud que las
señales de la Figura 4. Como se indica mediante la línea discontinua
vertical Z1, las señales de las Figuras 4 y 5 tienen la misma fase.
Este circuito no puede suprimir ninguna perturbación que llegue a
los sensores debido a la diafonía magnética de bobinas de un
motor.
En la Figura 2, las salidas de los sensores H1,
H2, H3 están conectadas entre sí, es decir puestas en cortocircuito,
a través de las líneas representadas. De este modo, toda la
disposición de sensores ya sólo tiene tres salidas d, e, f, que
están conectadas con las entradas correspondientes de los
comparadores K1, K2, K3 a través de las líneas L1, L2, L3, L4,
conduciendo las líneas L1 y L4 la misma señal.
La Figura 3 muestra las señales resultantes de la
Figura 2. Dado que las salidas de los sensores H1, H2, H3 presentan
la misma resistencia de salida y, en consecuencia, la señal de un
sensor se divide por la mitad debido a la resistencia de salida de
dicho sensor y la resistencia de salida del sensor conectado con él,
en la salida resulta en cada caso la mitad de la suma de las señales
de los dos sensores conectados entre sí. Se puede observar que cada
señal en las entradas de los comparadores K1-K3 está
compuesta por dos señales de salida de sensor. También se puede ver
que las señales de salida h, i, k en las salidas de los
amplificadores diferenciales K1-K3 siempre están
compuestas por componentes de señal de los tres sensores H1, H2, H3.
Los signos son de tal modo que las perturbaciones de los tres
sensores H1, H2, H3 se anulan entre sí en los comparadores sin que
ello influya negativamente en las señales útiles.
La Figura 6 muestra de nuevo las señales a, b, c
según al Figura 4. La Figura 7 muestra las señales e, f, g
resultantes de ello según la Figura 2. Se puede observar que
mediante la adición vectorial de señales de sensor individuales se
produce un desplazamiento de fase entre las señales según la Figura
6 y la señal según la Figura 7. En consecuencia, los pasos por cero
de las señales están desplazados entre sí, como muestra la
comparación de las Figuras 6 y 7.
La Figura 8 muestra la señal de salida i, h, k en
las salidas de los amplificadores diferenciales K1, K2, K3. La
amplitud de estas señales carece de importancia, dado que sólo se
evalúan los pasos por cero. Se puede observar que los pasos por cero
de las señales de la Figura 8 tienen de nuevo la posición correcta
con respecto a las señales de la Figura 6. En consecuencia, en cada
salida de los amplificadores diferenciales, a pesar de la
combinación de las señales de sensor, en la detección de los pasos
por cero sólo se evalúa la señal del sensor asignado al
comparador.
Cuando las señales de los sensores H1, H2, H3
presentan amplitudes diferentes o resistencias interiores
diferentes, se pueden producir distorsiones en las señales de salida
generadas, sobre todo cuando los elementos de efecto Hall presentan
un, así llamado, "offset". Mediante las Figuras 9 a 14 se
describen variantes que evitan principalmente este tipo de
desviaciones debidas a "offset".
El funcionamiento fundamental del
perfeccionamiento mencionado se describe en primer lugar con
referencia a la Figura 10. La parte superior de la Figura 10 muestra
de nuevo las señales de los sensores H1, H2, H3 incluyendo las dos
polaridades. La línea continua muestra en cada caso la señal
positiva y la línea de puntos la señal negativa, que están
desplazadas en cada caso en 180º en un sensor. La adición por
ejemplo de H3- y H3+ da como resultado de nuevo un seno con los
mismos pasos por cero. En cada caso se evalúa únicamente el paso por
cero de una señal, por ejemplo para la conexión de la siguiente
bobina en un motor. Por ello, la amplitud de las señales no tiene
ninguna importancia para la evaluación. Considérese el primer paso
por cero de la señal H1+, que está marcado por la línea L. Se puede
observar que en este paso por cero las señales H3- y H2+ presentan
el punto de intersección P, es decir, tienen la misma amplitud. En
consecuencia, el primer paso por cero de H1+ se puede deducir a
partir del criterio consistente en que las señales H2+ y H3- de los
otros dos sensores presentan la misma amplitud. Esto significa que
para generar la señal de salida propia de un sensor no se requiere
la señal de dicho sensor, sino que ésta se puede sustituir por las
señales de otros dos sensores. Por consiguiente, la evaluación del
paso por cero de un sensor se puede producir sin tener que recurrir
para ello a la propia señal del sensor. En lugar de ello se utilizan
las señales de otros dos sensores. Sin embargo, éstos tienen una
amplitud considerable durante dicho paso por cero del primer
sensor.
Los circuitos representados en las Figuras 9, 11,
13 y completados mediante ecuaciones están formados de tal modo que
en cada caso la señal de salida de un sensor sólo está compuesta por
las señales de salida de los otros sensores, es decir, no incluye la
señal de salida real del propio sensor. En consecuencia, los
amplificadores diferenciales K4, K5, K6 representados, que están
asignados a los sensores H1, H2, H3, sólo reciben en cada caso
señales de los otros sensores. La Figura 9 muestra que el
amplificador diferencial K4, que suministra la señal de salida del
sensor H1, sólo recibe componentes de señal de los sensores H2 y H3.
Igualmente, el comparador K5 para el sensor H2 sólo recibe
componentes de señal de los sensores H1 y H3, y el comparador K6
para el sensor H3 sólo recibe componentes de señal de los sensores
H1 y H2.
La Figura 10 muestra que la suma de las señales
H2+ y H3+ en el paso por cero de H1+ da como resultado cero y, en
consecuencia, también se puede evaluar. Esta variante está
representada en la Figura 11. También es posible sumar las señales
H2- y H3-. Esta suma también da como resultado el valor cero en la
Figura 10 durante el paso por cero de H1+.
El perfeccionamiento de la invención descrito
tiene la siguiente ventaja: los sensores, en particular los
elementos de efecto Hall, pueden presentar un "offset". Este
"offset" tiene la misma magnitud en la salida "+" y en la
salida "-". Tal como muestran en particular la Figura 9 y la
Figura 11, las ecuaciones en las salidas de los amplificadores
diferenciales K4, K5, K6 incluyen en cada caso componentes de señal
de los otros sensores de polaridades opuestas, es decir, en la
salida de K4 por ejemplo H2+ y H2- y H3+ y H3-. De este modo, dado
que el "offset" en las salidas "+" y las salidas "-"
siempre tiene la misma magnitud, el "offset" perturbador en sí
se compensa de forma ventajosa.
Claims (4)
1. Circuito de mando con tres sensores (H1, H2,
H3), cada uno de los cuales presenta respectivas salida de señal
positiva (+) y salida de señal negativa (-) para generar señales de
sensor mutuamente opuestas (V+, V-) del mismo tipo que son
respectivamente alimentadas a las dos entradas de señal de tres
amplificadores diferenciales (K1, K2, K3) para su evaluación,
caracterizado porque cada entrada de señal de un amplificador
diferencial (K1-K3; K4-K6) está
respectivamente conectada con una de las salidas de señal de dos
sensores respectivos (H1, H2, H3), de modo que cada entrada de señal
es alimentada por una combinación de dos señales de sensor de dos
sensores diferentes, donde las respectivas dos salidas de señal
(+,-) de los sensores (H1, H2, H3) que están conectadas con una
entrada de señal de un amplificador diferencial
(K1-K3; K4-K6), tienen diferente
polaridad.
2. Circuito según la reivindicación 1,
caracterizado porque los sensores (H1, H2, H3) están
dispuestos como elementos de efecto Hall.
3. Circuito según la reivindicación 1 y/o 2,
caracterizado porque los sensores (H1, H2, H3) están
previstos para detectar la posición angular del rotor de un
electromotor conmutable electrónicamente, durante la conmutación o
la regulación de velocidad de éste.
4. Circuito según la reivindicación 1,
caracterizado porque en aplicaciones digitales se utilizan
comparadores en lugar de amplificadores diferenciales
(K1-K3; K4-K6).
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