JPS6057317B2 - Stepping motor drive circuit - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、ステッピングモータの駆動回路に関するも
のである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a stepping motor drive circuit.

一般にステッピングモータの駆動回路は、第１〜２図に
示すようにステッピングモータのステータ２（第４図）
に各別に巻いた励磁コイルｆｌ、ｆ２、ｆ３、ｆ４の一
端に正電圧Ｖｃｃを加え、各コイルの他端に電流逆流防
止用の順方向ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４及び各
ダイオードにコレクタを接続したスイッチング用のトラ
ンジスタＴＲＩ、ＴＲ２、ＴＲ３、ＴＲ４のベース電圧
を第５図のように経時的にＨ（高）レベルまたはＬ（低
）レベルに切り換えることによりロータ１を回転させる
ようにしている。In general, the driving circuit of a stepping motor includes a stator 2 (Fig. 4) of the stepping motor as shown in Figs.
A positive voltage Vcc is applied to one end of the excitation coils fl, f2, f3, and f4 which are wound separately, and forward direction diodes D1, D2, D3, and D4 are connected to the other end of each coil to prevent current backflow, and a collector is connected to each diode. The rotor 1 is rotated by switching the base voltages of the connected switching transistors TRI, TR2, TR3, and TR4 to H (high) level or L (low) level over time as shown in Fig. 5. .

さて、従来、励磁コイルに電流を供給する方式として第
１図のドロッパ式と第２図のチョッパ式とが知られ、ド
ロッパ式は励磁コイルｆｌ、＄３の端と電源Ｖｃｃとの
間に介在させた抵抗Ｒ１及び励磁コイルｆｌ、ｆ３の他
端間に接続したコンデンサＣｌと、励磁コイル（ｊ２、
ｆ４の一端と電源Ｖｃｃとの間に介在させた抵抗Ｒ２及
び励磁コイルｆ２、ｆ４の他端間に接続したコンデンサ
Ｃ２とを備えることを特徴としている。Conventionally, the dropper type shown in Fig. 1 and the chopper type shown in Fig. 2 are known as methods of supplying current to the excitation coil. The capacitor Cl connected between the resistor R1 and the other ends of the excitation coils fl and f3, and the excitation coils (j2,
It is characterized by comprising a resistor R2 interposed between one end of f4 and the power supply Vcc, and a capacitor C2 connected between the other ends of exciting coils f2 and f4.

コンデンサＣｌ９Ｃ２はトランジスタＴＲＩ、ＴＲ２９
ＴＲ３、ＴＲ４の逆起電圧からの保護及びロータ１の振
動を抑えるダンパ特性の改善のためのものであり、例え
ば第５図においてクロックＴｉからＴ２に至つてステッ
ピングモータが静止励磁状態になつたとすると５１がＨ
からＬに立ち下がるため励磁コイルｆｌはオンからオフ
に切り換えられる。このため励磁コイル（ｆ−１には逆
起電圧が生じるが、このとき第１図に示すように励磁コ
イルｆ３及びコンデンサＣｌとの間で逆起電圧が環流す
るので、逆起電圧がトランジスタＴＲＩ、ＴＲ３に流れ
込むことを防止できるとともに、ロータ１の振動エネル
ギーが逆起電圧の環流によつて熱エネルギーに変換され
るのでロータ１の振動が速やかに抑えられる。また、抵
抗Ｒ１、Ｒ２は励磁コイルの立ち上がり特性改善のため
のものであり、例えば励磁コイルｆ１を非励磁から励磁
に切り換えるとその電流ｉの立ち上がりは励磁コイルｆ
１のインダクタンスをＬ１時間をｔとしたときｉ＝（■
ＣＣ／Ｒ１） （１−Ｅｘｐ（−Ｒｌｔ／Ｌ））で示
されるのでＲ１の値を大きくするほど電流１の立ち上が
り特性が良くなることがわかる。Capacitor Cl9C2 is transistor TRI, TR29
This is to protect TR3 and TR4 from the back electromotive force and to improve the damper characteristics to suppress vibration of the rotor 1. For example, in FIG. 5, if the stepping motor enters the static excitation state from clock Ti to T2 51 is H
The excitation coil fl is switched from on to off. Therefore, a back electromotive voltage is generated in the excitation coil (f-1), but at this time, as shown in FIG. , TR3 can be prevented, and the vibration energy of the rotor 1 is converted into thermal energy by the circulation of the back electromotive force, so the vibration of the rotor 1 can be quickly suppressed.In addition, the resistors R1 and R2 are connected to the excitation coil. For example, when the excitation coil f1 is switched from de-excited to energized, the rise of the current i is the same as that of the excitation coil f.
When the inductance of 1 and L1 time is t, i=(■
CC/R1) (1-Exp(-Rlt/L)) It can be seen that the larger the value of R1, the better the rise characteristics of the current 1.

しかし、一方Ｒｌ，Ｒ２の値を大きくするとｉの値が減
少するため電源電圧Ｖｃｃを上昇させねばならず、する
と抵抗Ｒｌ，Ｒ２による熱損失も増大してしまうという
欠点がある。一方、第２図に示すチョッパ式は、三角波
発生回路０ＳＬからの出力信号に、抵抗Ｒ３，Ｒ４によ
り電源■Ｃｃの電圧を分割して重畳電圧Ｖ１となすとと
もに第６図に示すように、抵抗Ｒ５，Ｒ６による分割電
圧に抵ｔ／ＬＲＳによる検知電圧を加えて基準電圧ＶＳ
とし、上記重畳電圧Ｖ１と基準電圧Ｖｓとをオペアンプ
０Ｐにより差動増幅してエミッタとベースの間に抵抗Ｒ
８を接続したトランジスタＴＲ５をオペアンプ０Ｐの出
力■２のＬレベルによりオンさせ、Ｈレベルによりオフ
させることにより電源Ｖｃｃの直流電圧をチョッピング
するので駆動電流の平均値が減少するからドロッパ式よ
りも消費電力を低減できる。また、駆動電流を抵抗Ｒｓ
により検出してコンデンサＣ３及び抵抗Ｒ９により平滑
化し、オペアンプ０Ｐの同相端子に加えることにより基
準電圧■Ｓのレベルを変化させて、第６図に示すように
基準電任■Ｓが増大したときは、チョッピング電圧のパ
ルス幅を減少させ、一方基準電圧■Ｓが減少したときは
チョッピング電圧のパルス幅を増大させるので第２図の
回路により駆動電流の値を自動的に調節することができ
る。尚、第２図中抵抗Ｒ７はオペアンプ０Ｐにヒステリ
シスを設けて動作を安定させるためのものでＪあり、ダ
イオードＤ５は励磁コイルＦｌ，ｆ２，ｆ３，ｆ４のフ
ライホィールのためのものである。However, on the other hand, if the values of Rl and R2 are increased, the value of i decreases, so the power supply voltage Vcc must be increased, which has the disadvantage that heat loss due to the resistors Rl and R2 also increases. On the other hand, in the chopper type shown in Fig. 2, the voltage of the power supply ■Cc is divided by resistors R3 and R4 into the output signal from the triangular wave generating circuit 0SL to form a superimposed voltage V1, and as shown in Fig. 6, the voltage of the power supply ■Cc is divided into a superimposed voltage V1. The reference voltage VS is obtained by adding the detection voltage by the resistor t/LRS to the divided voltage by R5 and R6.
The superimposed voltage V1 and the reference voltage Vs are differentially amplified by an operational amplifier 0P, and a resistor R is connected between the emitter and the base.
By turning on the transistor TR5 connected to 8 by the L level of the output of the operational amplifier 0P and turning it off by the H level, the DC voltage of the power supply Vcc is chopped, so the average value of the drive current decreases, so the consumption is lower than that of the dropper type. Power consumption can be reduced. Also, the drive current is changed to the resistance Rs
When the level of the reference voltage S is changed by detecting it by the capacitor C3 and the resistor R9, and applying it to the in-phase terminal of the operational amplifier 0P, the reference voltage S increases as shown in Fig. 6. , the pulse width of the chopping voltage is decreased, and on the other hand, when the reference voltage S is decreased, the pulse width of the chopping voltage is increased, so that the value of the drive current can be automatically adjusted by the circuit shown in FIG. In FIG. 2, the resistor R7 is J for providing hysteresis to the operational amplifier 0P to stabilize its operation, and the diode D5 is for the flywheel of the excitation coils Fl, f2, f3, f4.

さて、第２図のチョッパ式駆動回路においても、トラン
ジスタＴＲｌ〜ＴＲ４の保護及びロータ・１のダンパ特
性の改善のために第１図のドロッパ式と同様に励磁コイ
ルＦｌ，ｆ３の他端間及び励磁コイルＦ２，ｆ４の他端
間にそれぞれコンデンサＣｌ，Ｃ２を接続することが望
ましいのであるが、もしそのようにコンデンサを接続す
ると、チョッパ電流は脈動電流であるため常時コンデン
サを導通し例えば励磁コイルｆ１が励磁状態にあるとき
はコンデンサと励磁コイルＦ３とで環流が生じて励磁コ
イルＦ３も励磁状態となつてしまうのでステッピングモ
ータは正常に動作することが難しくなる。Now, in the chopper type drive circuit shown in Fig. 2, in order to protect the transistors TRl to TR4 and improve the damper characteristics of the rotor 1, as in the dropper type shown in Fig. 1, the It is desirable to connect the capacitors Cl and C2 between the other ends of the excitation coils F2 and f4, respectively. However, if the capacitors are connected in this way, the chopper current is a pulsating current, so the capacitors are constantly conducting, for example, the excitation coil When f1 is in the excited state, a circulation occurs between the capacitor and the exciting coil F3, and the exciting coil F3 is also in the excited state, making it difficult for the stepping motor to operate normally.

即ち、チョッパ式においてはコンデンサを用いた方法で
トランジスタＴＲｌ〜ＴＲ４の保護及びダンパ特性の改
善をはかることができな・い、という欠点がある。この
発明は上記ドロッパ式及びチョッパ式の欠点に着目して
なされたものであり、簡単な構成により両方式の欠点を
ともに除去することのてきるステッピングモータの駆動
回路を提供することを目的とする。That is, the chopper type has the disadvantage that it is not possible to protect the transistors TR1 to TR4 and improve the damper characteristics using a method using a capacitor. This invention was made by focusing on the drawbacks of the dropper type and chopper type, and aims to provide a stepping motor drive circuit that can eliminate the drawbacks of both types with a simple configuration. .

以下、第３図によりこの発明の実施例を説明する。An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.

尚、本発明は基本的には第２図のチョッパ方式を採用す
るので、以下第２図と同一の構成については同番号を付
し説明を省略する。Incidentally, since the present invention basically employs the chopper system shown in FIG. 2, the same components as those in FIG. 2 will be designated by the same reference numerals and their explanations will be omitted.

さて、第３図において、Ｆｌ，ｆ３の付勢回路に対して
ＰＮＰ型の二箇のトランジスタＴＲ６，ＴＲ７をそれぞ
れのエミッタとコレクタが互いに逆向きになるように接
続し、トランジスタＴＲ６のエミッタはコンデンサＣ４
を介して励磁コイルｆ１のトランジスタＴＲ５とは逆側
の端子（以下他端とする）に接続し、トランジスタＴＲ
７のエミッタはコンデンサＣ５を介して励磁コイルＦ３
の他端に接続し、トランジスタＴＲ６のベースとトラン
ジスタＴＲｌのベース間及びトランジスタＴＲ７のベー
スとトランジスタＴＲ３のベース間をそれぞれ接続する
。Now, in FIG. 3, two PNP type transistors TR6 and TR7 are connected to the energizing circuits Fl and f3 so that their respective emitters and collectors are in opposite directions, and the emitter of the transistor TR6 is connected to the capacitor C4.
is connected to the terminal (hereinafter referred to as the other end) of the excitation coil f1 on the opposite side to the transistor TR5, and the transistor TR
The emitter of 7 is connected to the exciting coil F3 via the capacitor C5.
The base of the transistor TR6 and the base of the transistor TRl are connected to the other end, and the base of the transistor TR7 and the base of the transistor TR3 are connected, respectively.

また、励磁コイルＦ２，ｆ４に対してもＰＮＰ型の二個
のトランジスタＴＲ８，ＴＲ９を、励磁コイルＦｌ，ｆ
３に対してトランジスタＴＲ６，ＴＲ７を接続したのと
同様にしてコンデンサＣ６，Ｃ７を介して接続し、トラ
ンジスタＴＲ８のベースとトランジスタＴＲ２のベース
間及びトランジスタＴＲ９のベースとトランジスタＴＲ
４のベース間をそれぞれ接続する。Also, two PNP type transistors TR8, TR9 are connected to the excitation coils F2, f4, and the excitation coils Fl, f
In the same way as transistors TR6 and TR7 were connected to transistors TR3 and 3, connections were made via capacitors C6 and C7, and between the base of transistor TR8 and the base of transistor TR2, and between the base of transistor TR9 and transistor TR.
Connect the bases of 4.

本発明は以上の構成であり、次に作用を説明する。The present invention has the above configuration, and the operation will be explained next.

トランジスタＴＲｌがオンであるクロックＴＯからＴ１
に移行するとＳ２がＬからＨになるので（第５図）、ト
ランジスタＴＲｌがオン状態と変らず、トランジスタＴ
Ｒ２がオンに切り換わる。T1 from clock TO when transistor TRl is on
When S2 changes from L to H (Fig. 5), the transistor TRl remains on and the transistor T
R2 switches on.

これにより、励磁コイルＦ２に電流が流れ始めるので励
磁コイルＦ２には逆起電圧が生じ、この逆起電圧はダイ
オードＤ２、トランジスタＴＲ２、抵抗ＲＳｌダイオー
ドＤ５という経路でフライホィールされる。このときＳ
２がＨレベルであることからトランジスタＴＲ８がオフ
に保たれるため、励磁コイルＦ２からコンデンサＣ６側
に電流が流れることはない。次に、クロックＴ１からク
ロックＴ２に移行し、この状態で静止励磁させるとＳ１
がＨからＬになるのでトランジスタＴＲｌがオフに切り
換わる。これにより励磁コイルｆ）１の電流が遮断され
るので、励磁コイルｆ１には逆起電圧が生じるが、Ｓ１
がＬレベルであることからトランジスタＴＲ６がオンと
なつてコンデンサＣ牡トランジスタＴＲ６、コンデンサ
Ｃ６、励磁コイルＦ３という経路で逆起電圧がバイパス
されるので、トランジスタＴＲｌに加わる逆起電圧の値
が低減される。また、上記逆起電圧のバイパスによりロ
ータ１（第４図）の振動が熱エネルギーに変換されるの
で、ロータ１の振動が速やかに減衰する。以上のように
、この発明によれば、ステッピングモータのチョッパ式
駆動回路において、ステータにおいて隣接しない二箇の
励磁コイルの電源供給回路とは逆側の端子間にコンデン
サと、常には開路とし通電方向を制御可能とした能動ス
イッチング素子とを直列に接続し、二箇の励磁コイルの
うち一方がオンからオフに切り換えられたときのみ一方
から他方の励磁コイル側に通電可能となるように能動ス
イッチング素子を作動させるようしたため、励磁コイル
の駆動電流であるチョッパ（脈動）電流は常にはコンデ
ンサに流入することがないのでステッピングモータの作
動に支障を来たすことがなく、また励磁コイルがオンか
らオフに切じ換えられたときは、スイッチング素子がオ
ンとなつて励磁コイルに発生した逆起電圧がコンデンサ
に流入することができるので、逆起電圧をバイパスして
トランジスタの焼損を防止することができるとともに、
ロータの振動を抑えるダンパ効果も得られる。また、チ
ョッパ式駆動回路を用いることができるので、駆動電流
を減少して発熱、消費電力を低減することができる。As a result, a current begins to flow through the exciting coil F2, and a back electromotive force is generated in the exciting coil F2, and this back electromotive voltage is flywheeled through a path including the diode D2, the transistor TR2, and the resistor RSl diode D5. At this time S
2 is at H level, the transistor TR8 is kept off, so no current flows from the exciting coil F2 to the capacitor C6. Next, when clock T1 is shifted to clock T2 and static excitation is performed in this state, S1
changes from H to L, so the transistor TRl is switched off. As a result, the current in the excitation coil f)1 is cut off, so a back electromotive force is generated in the excitation coil f1, but S1
Since the transistor TR6 is at the L level, the transistor TR6 is turned on and the back electromotive voltage is bypassed through the path of the capacitor C male transistor TR6, the capacitor C6, and the exciting coil F3, so the value of the back electromotive force applied to the transistor TRl is reduced. Ru. Further, since the vibration of the rotor 1 (FIG. 4) is converted into thermal energy by bypassing the back electromotive force, the vibration of the rotor 1 is quickly attenuated. As described above, according to the present invention, in a chopper drive circuit for a stepping motor, a capacitor is connected between the terminals of two non-adjacent excitation coils on the opposite side of the power supply circuit in the stator, and the current direction is always kept open. A controllable active switching element is connected in series, and the active switching element is activated so that only when one of the two excitation coils is switched from on to off, current can be passed from one excitation coil to the other excitation coil. As a result, the chopper (pulsating) current that drives the excitation coil does not always flow into the capacitor, so it does not interfere with the operation of the stepping motor, and the excitation coil can be switched from on to off. When the switching element is turned on, the back electromotive force generated in the excitation coil can flow into the capacitor, thereby bypassing the back electromotive voltage and preventing burnout of the transistor.
It also provides a damper effect to suppress rotor vibration. Furthermore, since a chopper type drive circuit can be used, the drive current can be reduced to reduce heat generation and power consumption.

尚、上記実施例においては、能動スイッチング素子とし
てエミッタとコレクタとを逆向きに接続した二箇のトラ
ンジスタを用いるが、例えばサイリスタまたはトライア
ツクを用いても同様の効果を得ることができる。In the above embodiment, two transistors with emitters and collectors connected in opposite directions are used as active switching elements, but the same effect can be obtained by using, for example, a thyristor or a triac.

また、上記実施例では４相のステッピングモータを１〜
２相励磁方式で駆動させるようにしているが、本発明は
ステッピングモータの相数及び励磁方式に限定されるこ
となく用いることができる。In addition, in the above embodiment, the 4-phase stepping motor is
Although the stepping motor is driven using a two-phase excitation method, the present invention can be used without being limited to the number of phases and the excitation method of the stepping motor.

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

第１図は従来のドロッパ式駆動回路の図、第２図は従来
のチョッパ式駆動回路の図、第３図は本発明に係る駆動
回路の図、第４図はステッピングモータのロータとステ
ータの配置を示す図、第５図は励磁方式のクロックの図
、第６図はチョッパ式による電流制御作用を示す図であ
る。 ｆ１〜Ｆ４・・・励磁コイル、１・・・ロータ、２・・
・ステータ、゛■１〜ＴＲ４・・・スイッチング手段（
トランジスタ）、Ｃ４〜Ｃ７・・・コンデンサ、ＴＲ６
〜ＴＲ９・・・能動スイッチング素子。Fig. 1 is a diagram of a conventional dropper type drive circuit, Fig. 2 is a diagram of a conventional chopper type drive circuit, Fig. 3 is a diagram of a drive circuit according to the present invention, and Fig. 4 is a diagram of a rotor and stator of a stepping motor. FIG. 5 is a diagram showing the arrangement, FIG. 5 is a diagram of the excitation type clock, and FIG. 6 is a diagram showing the current control effect by the chopper type. f1-F4... Excitation coil, 1... Rotor, 2...
・Stator, ゛■1 to TR4...Switching means (
transistor), C4 to C7... capacitor, TR6
~TR9...active switching element.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] １ 複数の励磁コイルを円周方向に沿つて順次各別に巻
いたステータ及び励磁コイルの励磁・非励磁により回転
駆動されるロータとをもつステッピングモータと、各励
磁コイルに対し微少時間幅で脈動するチョッパ電流を供
給するチョッパ回路と、複数の励磁コイルを個別に開路
または閉路可能とするように各励磁コイルに接続した複
数のスイッチング手段、とを備えたステッピングモータ
の駆動回路において、複数の励磁コイルのうち互いに隣
接しない二箇づつの励磁コイルをそれぞれ組となし、各
組の励磁コイルにおいてチョッパ回路とは逆側の端子間
にコンデンサ及び常には開路とし通電方向を制御可能と
した能動スイッチング素子とを直列に接続し、一方の励
磁コイルの開路に関連して能動スイッチング素子をして
一方から他方の励磁コイル側に通電させることを特徴と
するステッピングモータの駆動回路。1. A stepping motor that has a stator in which a plurality of excitation coils are sequentially wound individually along the circumferential direction, a rotor that is rotationally driven by the excitation and de-excitation of the excitation coils, and a stepping motor that pulsates in a minute time width for each excitation coil. A stepping motor drive circuit comprising a chopper circuit that supplies a chopper current and a plurality of switching means connected to each excitation coil so as to individually open or close the plurality of excitation coils. Of these, two excitation coils that are not adjacent to each other are each formed into a set, and in each set of excitation coils, a capacitor and an active switching element that is always open circuit and capable of controlling the direction of conduction are connected between the terminals on the opposite side of the chopper circuit. A driving circuit for a stepping motor, which is connected in series and is characterized in that an active switching element is used in connection with opening of one excitation coil to energize from one excitation coil to the other excitation coil.