步进电机控制电路及模拟电子计时装置的制作方法

专利名称：步进电机控制电路及模拟电子计时装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及步进电机控制电路以及使用步进电机控制电路的模拟电子计时装置。
背景技术：
在现有技术中，在模拟电子计时装置等中使用以下的步进电机，该步进电机包括 定子(stator)，其具有转子(rotor)收纳孔以及用于确定转子的停止位置的定位部；转子， 其设置在转子收纳孔中；以及线圈，其中，通过向线圈提供交变信号而使得定子生成磁通 量，来使转子旋转并使转子停止在与定位部对应的位置处。 作为步进电机的控制方法，采用了如下的方法在校正驱动系统中，当通过主驱动 脉冲来驱动步进电机时，通过检测与步进电机中生成的感应电压对应的感应信号，来检测 该步进电机是否旋转，并根据是否旋转，该主驱动脉冲变为具有不同脉冲宽度的主驱动脉 冲来驱动步进电机，或者，将脉冲宽度比主驱动脉冲的脉冲宽度大的校正驱动脉冲用于强 制地驱动步进电机(例如，JP-B-61-15385)。 除了 JP-B-61-15385中介绍的检测感应电压之外，W02005/119377中介绍了如下 配置的校正驱动系统将紧接着主驱动脉冲的驱动之后的检测时段分成第一区间、第一区 间后面的第二区间、和第二区间后面的第三区间，并且通过在各个区间中检测到的感应电 压信号的组合来控制旋转的驱动。因此，高准确度地掌握了步进电机的旋转状态，从而可以 选择与旋转状态对应的合适的驱动脉冲来进行驱动。 在从旋转检测电路中接收到检测的结果后，当确定旋转没有继续时，执行脉冲提 升(pulse up)的操作，并重复该操作直到驱动脉冲达到能够驱动步进电机旋转的值为止。 同样，以规则的间隔执行脉冲下降(pulsedown)的操作以确认是否执行了过多的脉冲提升 操作。根据旋转被检测的时间判断电机的驱动余量，因此当确定没有足够的驱动余量时，禁 止脉冲下降。 但是，由于步进电机中的波动，即使低1级(rank)的驱动脉冲也足够进行驱动，有 可能过早地确定为缺少驱动余量而禁止脉冲下降，从而可能导致白白地消耗电功率。

发明内容
本发明的一个方面在于，通过更准确地掌握步进电机的驱动状态来实现省电。
根据本发明的另一个方面，提供了一种步进电机控制电路，该步进电机控制电路 包括脉冲下降计数器电路，其被配置为以预定周期输出用于对主驱动脉冲进行脉冲下降 控制的脉冲下降控制信号；驱动脉冲生成单元，其被配置为输出与脉冲控制信号相对应的 主驱动脉冲或校正驱动脉冲，并响应于所述脉冲下降控制信号而对所述主驱动脉冲执行脉 冲下降操作；电机驱动单元，其被配置为响应于来自所述驱动脉冲生成单元的驱动脉冲而 驱动步进电机旋转；旋转检测单元，其被配置为检测由于步进电机的旋转而在旋转检测时 段内生成的感应信号是否超过基准阈值电压；以及控制单元，其被配置为基于所述旋转检 测单元的检测结果而输出用于控制所述驱动脉冲生成单元的脉冲控制信号，以通过能量彼此不同的多个主驱动脉冲中的任何一个或者通过能量比相应的各主驱动脉冲的能量更大 的校正驱动脉冲，来驱动步进电机，其中，所述旋转检测时段被划分为第一区间，用于检测 由于紧接着所述主驱动脉冲的驱动之后的转子的旋转而至少在第二象限中生成的感应信 号；第二区间，位于所述第一区间之后并用于检测第三象限中的感应信号；以及第三区间， 其位于所述第二区间之后，所述控制单元控制所述脉冲下降计数器电路以使得当所述旋转 检测单元在所述第一区间和所述第二区间中检测到超过所述基准阈值电压的感应信号时， 所述脉冲下降计数器电路仅能输出一次所述脉冲下降控制信号，并且所述驱动脉冲生成单 元将响应于来自所述脉冲下降计数器电路的所述脉冲下降控制信号而经过了脉冲下降操 作的主驱动脉冲输出到所述电机驱动单元。 所述控制单元控制所述脉冲下降计数器电路以使得当所述旋转检测单元在所述 第一区间和所述第二区间中检测到超过所述基准阈值电压的感应信号时，所述脉冲下降计 数器电路仅能输出一次所述脉冲下降控制信号，并且所述驱动脉冲生成单元将响应于来自 所述脉冲下降计数器电路的所述脉冲下降控制信号而经过了脉冲下降操作的主驱动脉冲 输出到所述电机驱动单元。 优选的是，所述控制单元控制所述脉冲下降计数器电路以使得当所述旋转检测单 元在所述第一区间和所述第二区间中检测到超过了所述基准阈值电压的感应信号时，所述 脉冲下降计数器电路输出所述脉冲下降控制信号，并且所述控制单元将所述脉冲控制信号 输出至所述驱动脉冲生成单元以使所述驱动脉冲生成单元输出校正驱动脉冲，所述驱动脉 冲生成单元将响应于所述脉冲下降控制信号而经过了脉冲下降操作的主驱动脉冲输出至 所述电机驱动单元，然后输出所述校正驱动脉冲，并且所述电机驱动单元响应于来自所述 驱动脉冲生成单元的所述主驱动脉冲和所述校正驱动脉冲，通过所述主驱动脉冲来驱动步 进电机，然后，通过所述校正驱动脉冲来驱动步进电机。 优选的是，所述控制单元将所述脉冲控制信号输出至所述驱动脉冲生成单元以输
出脉冲下降前的主驱动脉冲来代替所述校正驱动脉冲，所述驱动脉冲生成单元响应于所述
脉冲下降控制信号而将经过了脉冲下降操作的主驱动脉冲输出至所述电机驱动单元，然后
将脉冲下降之前的主驱动脉冲输出，并且所述电机驱动单元利用经过了脉冲下降操作的主
驱动脉冲来驱动步进电机，然后利用脉冲下降之前的主驱动脉冲来驱动步进电机。 根据本发明的另一个方面，提供了一种模拟电子计时装置，该模拟电子计时装置
具有被配置为驱动时刻指针旋转的步进电机；以及被配置为对所述步进电机进行控制的
步进电机控制电路，其中，将上述步进电机控制电路用作所述步进电机控制电路。 根据本发明，准确地掌握了步进电机的驱动状态，从而实现省电。 根据本发明，通过更准确地掌握步进电机的驱动状态而提供了实现省电的模拟电
子计时装置。


图1是根据本发明的一个实施方式的模拟电子计时装置的框图；
图2是根据本发明的实施方式的模拟电子计时装置中使用的步进电机的结构图；
图3是用于说明根据本发明的实施方式的步进电机控制电路和模拟电子计时装 置的动作的定时图；用于说明根据本发明的实施方式的步进电机控制电路和模拟电子计时装 置的动作的定时图； 图5是用于说明根据本发明的实施方式的步进电机控制电路和模拟电子计时装 置的动作的定时图； 图6是用于说明根据本发明的实施方式的步进电机控制电路和模拟电子计时装 置的动作的定时图； 图7是用于说明根据本发明的实施方式的步进电机控制电路和模拟电子计时装 置的动作的定时图； 图8是用于说明根据本发明的实施方式的步进电机控制电路和模拟电子计时装 置的动作的确定图； 图9是用于说明根据本发明的实施方式的步进电机控制电路和模拟电子计时装 置的动作的流程图； 图10是用于说明根据本发明的实施方式的步进电机控制电路和模拟电子计时装 置的动作的流程图。
具体实施例方式
图1是使用了根据本发明的一个实施方式的步进电机控制电路的模拟电子计时 装置的框图，其示出了模拟手表的示例。 图1中，模拟电子计时装置包括振荡电路101，其被配置为生成预定频率的信号； 分频电路102，其被配置为对振荡电路101中生成的信号进行分频并生成用作计时的基准 的时钟信号；控制电路104，其被配置为执行控制(诸如对构成电子计时装置的各个电子电 路元件进行控制，或者对驱动脉冲的变化进行控制)；脉冲下降计数器电路103，其被配置 为，当对来自分频电路102的时钟信号计数了预定时段时，输出用于对主驱动脉冲执行脉 冲下降操作的脉冲下降控制信号；以及主驱动脉冲生成电路105，其被配置为基于来自控 制电路104的脉冲控制信号，选择用于驱动步进电机旋转的主驱动脉冲Pl，并将其输出。
模拟电子计时装置包括校正驱动脉冲生成电路106，其被配置为基于来自控制 电路104的脉冲控制信号，输出用于强制地驱动步进电机108旋转的校正驱动脉冲P2 ;电 机驱动器电路107，其被配置为响应于来自主驱动脉冲生成电路105的主驱动脉冲Pl和来 自校正驱动脉冲生成电路106的校正驱动脉冲P2，驱动步进电机108旋转；步进电机108 ; 便携式显示设备110，其由步进电机108驱动而旋转，并且具有表示时刻的时刻指针；以及 旋转检测电路109，其被配置为在预定的旋转检测时段内检测根据步进电机108的旋转而 生成的感应电压信号。 脉冲下降计数器电路103具有按照预定的周期将脉冲下降控制信号输出至主驱 动脉冲生成电路105的功能，并且被控制为当控制电路104指示时，输出脉冲下降控制信号。 控制电路104还具有作为区间判断电路的功能等，该区间判断电路将旋转检测电 路109检测到超过基准阈值电压Vcomp的感应信号的时刻与通过步进电机108的旋转而检 测到对应的感应信号的区间进行比较，并确定检测到的感应信号属于哪个区间。如下所述， 将用于检测步进电机108是否旋转的旋转检测时段划分为3个区间。
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旋转检测电路109具有与JP-B-61-15385中所述的旋转检测电路类似的结构，并且对在由驱动步进电机108的旋转之后的自由振动而生成的、超过预定基准阈值电压Vcomp的感应信号进行检测。 振荡电路101和分频电路102构成了信号生成单元，而模拟显示单元110构成显示单元。旋转检测电路109构成了旋转检测单元，而控制电路104构成控制单元。主驱动脉冲生成电路105和校正驱动脉冲生成电路106构成驱动脉冲生成单元。电机驱动器电路107构成电机驱动单元。 图2是在本发明的实施方式中使用的步进电机108的结构图，并且示出了通常在模拟电子计时装置中使用的计时装置的步进电机的示例。 图2中，步进电机108包括具有转子收纳通孔203的定子201 ;以能够在其中旋转的方式设置于转子收纳通孔203中的转子202 ;与定子201接合的磁芯208 ;以及围绕磁芯208缠绕的线圈209。当将步进电机108用于模拟电子计时装置中时，定子201和磁芯208被利用螺钉(未示出)固定到基板(未示出)并且彼此接合。线圈209具有第一端子0UT1和第二端子OUT2。 转子202被磁化为两个磁极(S极和N极)。在由磁性材料形成的定子201的外端部上转子收纳通孔203介于其间的彼此相对的位置处，设置有多个(此实施方式中为2个)切口部(外切口 )206和207。 在各个切口部206、207与转子收纳通孔203之间设置有可饱和部210和211。
可饱和部210和211被设置成不会由于转子202的磁通量而磁性饱和，并且当线圈209被激励而使得磁阻增大时磁性饱和。转子收纳通孔203被形成为圆孔形状，该圆孔形状具有在圆形轮廓通孔的相对部分处一体形成的多个(此实施方式中为2个)半圆形的切口部(内切口 )204、205。 切口部204和205构成了用于对转子202的停止位置进行定位的定位部。 将转子202旋转的空间围绕转子202的旋转轴而划分为4个象限(第一象限I至
第四象限IV)。 在线圈209不被激励的状态下，转子202稳定地停止在与上述定位部对应的位置处，换言之，转子202稳定地停止在转子202的磁极的轴A与连接切口部204和205的线段垂直地延伸的位置(相对磁流的方向X成预定角度位置9 0)处(如图2所示)。
当电机驱动器电路107在线圈209的端子0UT1与OUT2之间提供矩形驱动脉冲(例如，利用第一端子0UT1侧是正极而第二端子0UT2侧是负极的第一极性信号来驱动)并允许电流i按照图2的箭头所示的方向流动时，在定子201中生成虚线箭头方向的磁通量。因此，可饱和部210和211饱和，磁阻增大，然后，通过定子201中生成的磁极与转子202的磁极之间的相互作用，转子202在正向(图2的逆时针方向)旋转180° ，并且磁极的轴稳定地停止在角度位置9 1。 接着，当电机驱动器电路107在线圈209的端子0UT1与0UT2之间提供具有与第一极性相反的极性的矩形驱动脉冲(利用第一端子0UT1侧为负极而第二端子0UT2侧为正极的第二极性信号进行驱动)并允许电流按照与图2的箭头所示的方向相反的方向流动时，在定子201中生成与虚线箭头方向相反方向的磁通量。因此，可饱和部210和211首先饱和，然后，通过定子201中生成的磁极与转子202的磁极之间的相互作用，转子202在与上述方向相同的方向上旋转i80。，并且稳定地停止在角度位置ei处。 如此，通过向线圈209提供具有不同极性的信号(交变信号)，重复地执行操作，使得转子202在正向每次连续旋转180° 。在该实施方式中，将能量彼此不同的多个主驱动脉冲P10至Plm和校正驱动脉冲P2用作如下所述的驱动脉冲。 图3至图7是示出步进电机108的驱动定时、旋转检测定时和所使用的驱动脉冲的类型的定时图，并且在该实施方式中是在通过主驱动脉冲Pl及校正驱动脉冲P2来驱动步进电机108的情况下的定时图。在该实施方式中，将梳状脉冲用作主驱动脉冲Pl。
在紧接着步进电机108被主驱动脉冲Pl驱动的驱动时段之后，设置了用于检测步进电机108是否旋转的旋转检测时段。该旋转检测时段被分成多个区间。
在该实施方式中，将旋转检测时段划分成3个区间(第一区间Tl，其用于对紧接着主驱动脉冲P1的驱动之后由于转子202的旋转而至少在第二象限II中生成的感应信号VR进行检测；第二区间T2，其位于第一区间Tl之后，用于对第三象限ni中的感应信号VR进行检测；以及第三区间T3，其位于第二区间T2之后)，从而基于区间Tl至T3中的检测到超过基准阈值电压Vcomp的感应信号VR的区间来确定步进电机108的旋转状态，由此通过适当的驱动脉冲来控制步进电机108的驱动(脉冲控制)。区间Tl至T3中的检测结果还用于脉冲下降计数器电路103的脉冲下降控制信号的输出控制。 图3中，通过控制电路104的控制，从主驱动脉冲生成电路105输出主驱动脉冲Pl，并且通过电机驱动器电路107驱动步进电机108的旋转。在该示例中，旋转检测电路109仅在区间Tl至T3中的区间T2中检测到超过预定基准阈值电压Vcomp的感应信号VR，从而控制电路104确定步进电机108正在旋转，而主驱动脉冲Pl的驱动能量过剩(有余量的旋转)。 在这种情况下，控制电路104驱动了预定时段之后进行驱动时将驱动能量变为低1级的主驱动脉冲Pl (脉冲下降)，因此不禁止脉冲下降计数器电路103输出脉冲下降控制信号。因此，当达到预定周期时，脉冲下降计数器电路103向主驱动脉冲生成电路105输出脉冲下降控制信号，该脉冲下降控制信号用于对主驱动脉冲P1的驱动能量执行下降1级的脉冲下降操作。主驱动脉冲生成电路105响应于脉冲下降控制信号而对主驱动脉冲P1执行下降1级的脉冲下降操作，并经由电机驱动器电路107通过主驱动脉冲Pl来控制电机108的旋转。 图4示出了在该实施方式中当通过主驱动脉冲Pl来驱动步进电机108时，旋转检测电路109在第一区间Tl和第二区间T2中检测到超过基准阈值电压Vcomp的感应信号VR的情况的例子。 在这种情况下，控制电路104确定步进电机108正在旋转，主驱动脉冲Pl的驱动能量为最优(无余量的旋转)，并控制主驱动脉冲生成电路105以通过相同的主驱动脉冲Pl来执行随后的驱动。同时，控制电路104还控制脉冲下降计数器电路103即使在脉冲下降计数器电路103计数了预定的周期的情况下，也不输出脉冲下降控制信号。因此，由于脉冲下降计数器电路103不向主驱动脉冲生成电路105输出脉冲下降控制信号，所以没有实现主驱动脉冲Pl的脉冲下降。 图5示出了在该实施方式中当通过主驱动脉冲P1来驱动步进电机108时，旋转检测电路109仅在第三区间T3中检测到超过基准阈值电压Vcomp的感应信号VR的情况的例
8子。 在这种情况下，控制电路104确定步进电机108正在旋转，但是，主驱动脉冲P1的 驱动能量不足(临界旋转)，从而，在通过相同的主驱动脉冲P1进行随后的驱动时有可能出 现不旋转的状态，因此，对主驱动脉冲生成电路105进行控制，以在不由校正驱动脉冲P2进 行驱动的随后的驱动中，利用驱动能量被提升1级的主驱动脉冲P1(脉冲提升)进行驱动。
同时，控制电路104还控制脉冲下降计数器电路103即使在脉冲下降计数器电路 103计数了预定周期的情况下，也不输出脉冲下降控制信号。因此，由于脉冲下降计数器电 路103不向主驱动脉冲生成电路105输出脉冲下降控制信号，所以主驱动脉冲P1的脉冲下 降被禁止。 图6示出了在此实施方式中当通过主驱动脉冲P1来驱动步进电机108时，旋转检 测电路109在第一区间Tl至第三区间T3的任何一个区间中没有检测到超过基准阈值电压 Vcomp的任何感应信号的情况的例子。 在这种情况下，控制电路104确定步进电机108不旋转，因此，主驱动脉冲Pl的驱 动能量不足(不旋转)，因此，对校正驱动脉冲生成电路106进行控制以强制地利用校正驱 动脉冲P2来驱动步进电机108的旋转，然后，对主驱动脉冲生成电路105进行控制以使得 在进行随后的驱动时，利用驱动能量被提升了 1级的主驱动脉冲P1来驱动步进电机。因此， 校正驱动脉冲生成电路106利用校正驱动脉冲P2来驱动步进电机108，而在随后的驱动时 间中，主驱动脉冲生成电路105利用被提升了 1级的主驱动脉冲Pl来驱动步进电机108。
此时，控制电路104还控制脉冲下降计数器电路103即使在脉冲下降计数器电路 103计数了预定的周期的情况下，也不输出脉冲下降控制信号。因此，由于脉冲下降计数器 电路103不向主驱动脉冲生成电路105输出脉冲下降控制信号，所以没有实现主驱动脉冲 Pl的脉冲下降。 图7与图6 —样，示出了旋转检测电路109在第一区间Tl至第三区间T3的任何 一个区间中没有检测到超过基准阈值电压Vcomp的感应信号的情况的定时图，如后面所描 述的，是如下的示例通过主驱动脉冲P12(其是将主驱动脉冲P13下降1级后得到的主驱 动脉冲)来驱动步进电机108，然后通过脉冲下降之前的主驱动脉冲P13来驱动步进电机 108。 下面参照图2来说明驱动旋转时段和驱动检测时段与步进电机108的旋转操作的 关系。当将主驱动脉冲驱动的区域表示为a时，在第二象限II的范围a'中生成的感应信 号在第一区间Tl被检测为正极性，在第三象限III的范围b中生成的感应信号在第一区间 Tl和第二区间T2被检测为反向极性，而在第三象限III的范围c中生成的感应信号在第三 区间T3中被检测为正极性(与第三区间T3相比，在第二区间T2检测到的驱动能量的余量 更大)。 换言之，因为在驱动脉冲结束后转子的振动生成了感应信号VR，第一区间Yl感应 出感应信号的定时被限制在如下区域，该区域是从没有任何余力地被驱动旋转的状态(几 乎停止)至具有一定程度驱动余量的状态，并且该定时的特征是当不存在足够旋转力时该 定时不发生(图2中的区域a'对应于该状态)。 当剩余有足够的驱动余力时，因为在区域b中驱动脉冲结束，所以输出的感应信 号具有相反的相位。根据转子202的运动，第一区间Tl中的感应信号的高度与驱动余力的减小成反比。这样，确定了驱动余量的程度。 考虑到这种特征，在该实施方式中，当在第一区间Tl中生成了超过基准阈值电压
Vcomp的感应信号时，确定为旋转余力减少，从而脉冲下降计数器电路103保持脉冲而不执
行脉冲下降操作，并且不将驱动脉冲改变为具有更小能量的驱动脉冲。 图8是示出旋转检测的结果与驱动脉冲的升降级(ranking)操作的关系且包括上
述关系的确定流程图。 在图8中，当仅在第二区间T2中或者仅在T2和T3中检测到超过基准阈值电压 Vcomp的感应信号时，确定为驱动能量存在余量的旋转(有余量的旋转)，并且主驱动脉冲 Pl下降一级。 当在所有区间Tl至T3中或者仅在区间Tl和T2 (至少区间Tl和T2)中检测到超 过基准阈值电压Vcomp的感应信号时，确定为使驱动能量等级下降的无余量的旋转(无余 量的旋转)，并且主驱动脉冲PI保持现状不变。 当仅在区间T2和T3中或者仅在区间T3中检测到超过基准阈值电压Vcomp的感 应信号时，确定为具有临界驱动能量的旋转(临界旋转)，从而将主驱动脉冲PI提升一级。
当仅在区间Tl中检测到或者在区间Tl至T3的任何一个中都没有检测到超过基 准阈值电压Vcomp的感应信号时，确定为不旋转，从而通过校正驱动脉冲P2来驱动步进电 机108，然后将主驱动脉冲PI提升一级。 图9是示出了根据本发明的一个实施方式的步进电机控制电路和模拟电子计时 装置的动作的流程图，并且是与对脉冲下降计数器电路103的控制有关的部分的流程图。
图9中所示的处理是在正常条件下执行的序列流，当旋转检测电路109在检测时 段中检测的感应信号VR的检测模式(第一区间T1，第二区间T2和第三区间T3)变为(1， 1，1/0)( "l/0"表示"其中任意一个")的组合时，控制电路104将控制电路104内部的下 降许可标志设置为"l"以确认检测模式确实是(1，1，1/0)，并且在经过了预定时段(本实施 方式中为80秒)之后，通过处理步骤S911的分支，对主驱动脉冲Pl仅执行一次脉冲下降 操作。 这里，下降许可标志是当检测模式变为(1，1，1/0)的组合时被设置为"l"而当对 主驱动脉冲Pl执行一次脉冲下降操作时被设置为"0"的标志。下降禁止标志是当执行一 次脉冲下降操作时被设置为"l"而当检测模式变为非(1，1，1/0)的组合时被设置为"l"的 标志。 参照图1至图9，对根据本发明的实施方式的步进电机控制电路和模拟电子计时 装置的动作进行详细说明。 图1中，振荡电路101生成预定频率的信号，而分频电路102对振荡电路101生成 的信号进行分频并生成作为计时基准的时钟信号，并且将该时钟信号输出到脉冲下降计数 器电路103及控制电路104。 脉冲下降计数器电路103通过对来自分频电路102的时钟信号进行计数来执行计 时操作，并且，每当经过了预定周期后，开始操作以将脉冲下降控制信号输出至主驱动脉冲 生成电路105。 控制电路104将主驱动脉冲控制信号输出至主驱动脉冲生成电路105以通过具有 预定能量的主驱动脉冲Pl来驱动步进电机108旋转(步骤S901)。主驱动脉冲生成电路105响应于主驱动脉冲控制信号而将具有预定能量的主驱动脉冲PI输出至电机驱动器电 路107。电机驱动器电路107通过主驱动脉冲PI驱动步进电机108旋转。步进电机108由 主驱动脉冲PI驱动而旋转并驱动显示设备110。因此，由于步进电机108被配置为当正常 发挥功能时通过主驱动脉冲P1而可靠地旋转，所以通过显示设备110正常地实现了时刻指 针的当前时间显示等。 当旋转检测电路109检测到超过基准阈值电压Vcomp的感应信号时，立即通知给 控制电路104。 当控制电路104确定旋转检测电路109在第一区间Tl、第二区间T2和第三区间T3 的任何一个中都没有检测到超过基准阈值电压Vcomp的感应信号VR(在第一区间Tl、第二 区间T2和第三区间T3的任何一个中步进电机108不旋转)(检测模式为(O，O，O))时，即， 确定步进电机108不旋转(步骤S902， S903， S904)时，控制电路104将校正驱动脉冲控制 信号输出至校正驱动脉冲生成电路106并控制它输出校正驱动脉冲P2(步骤S905)。
校正驱动脉冲生成电路106响应于校正驱动脉冲控制信号而将校正驱动脉冲P2 输出至电机驱动器电路107。 电机驱动器电路107通过校正驱动脉冲P2来驱动步进电机108旋转。步进电机 108由校正驱动脉冲P2强制地驱动而旋转并驱动显示设备110。因此，步进电机108被强 制旋转，并通过显示设备110实现了时刻指针的当前时间显示等。 同时，控制电路104将脉冲提升控制信号输出至主驱动脉冲生成电路105以控制 主驱动脉冲P1提升一级(步骤S906)，然后，将布置在控制电路104中的下降禁止标志设置 为"0"(步骤S907)。 当在处理步骤S904中控制电路104确定旋转检测电路109在第三区间T3中检测 到超过基准阈值电压Vcomp的感应信号VR(检测模式是(O，O，l))时，S卩，确定该旋转是临 界旋转时，过程进入处理步骤S906而不输出校正驱动脉冲P2，其中，脉冲被提升。
当在处理步骤S903中控制电路104确定旋转检测电路109在第二区间T2中检测 到超过基准阈值电压Vcomp的感应信号VR(检测模式是(0，0，1/0))时，S卩，确定该旋转是 有余量的旋转时，控制电路104将下降禁止标志设置为"0"以允许脉冲下降(步骤S912)。
接着，当控制电路104中的计数器计数了预定的时段时(本实施方式中为80秒)， 控制电路104对主驱动脉冲Pl执行脉冲下降操作以将其下降为小一级的主驱动脉冲Pl， 而在控制电路104中的计数器没有计数80秒的状态下，过程返回至处理步骤S901 (步骤 S913，步骤S914)。因此，当存在驱动余量时，在每个预定的时段执行脉冲下降控制。
相反，在处理步骤S902中当控制电路104确定旋转检测电路109在第一区间Tl 中检测到超过基准阈值电压Vcomp的感应信号VR的情况下，并且如果控制电路104确定在 第二区间T2中没有检测到超过基准阈值电压Vcomp的感应信号VR，则过程进入处理步骤 S904 (步骤S908)。 当在处理步骤S908中控制电路104确定旋转检测电路109在第二区间T2中检测 到超过基准阈值电压Vcomp的感应信号VR(检测模式是(1，1，1/0))时，如果下降禁止标志 没有被设置为"1 "，则将下降许可标志设置为"1 "，然后，过程进入处理步骤S911 ，并且如果 下降禁止标志被设置为"l"，则过程立即进入处理步骤S911 (步骤S909， S910)。
当在处理步骤S911中控制电路104确定下降禁止标志没有被设置为"l"时，控制电路104返回至处理步骤S901，而当确定下降许可标志被设置为"1 "时，过程进入处理步骤 S913 ，其中，在经过了预定的时段之后，执行脉冲下降。 图10是示出根据本发明的一个实施方式的步进电机控制电路和模拟电子计时装 置的动作的流程图，并且是与对脉冲下降计数器电路103的控制有关的部分的流程图。
图10中的处理是用于在检测到检测模式是(1， 1， 1/0)的组合时，为了确认检测模 式不是(0， 1， 1/0)，而是(1， 1， 1/0)，只执行一次脉冲下降的处理流。根据第一区间Tl和第 二区间T2中的检测结果的组合来判断脉冲是否被提升至初始主驱动脉冲，并且校正驱动 脉冲P2始终用于驱动，而下降禁止标志被设置为"1"以禁止脉冲下降。
图10中，控制电路104将主驱动脉冲控制信号输出至主驱动脉冲生成电路105以 通过具有预定能量的主驱动脉冲Pl来驱动步进电机108旋转(步骤S1001)。主驱动脉冲 生成电路105响应于主驱动脉冲控制信号而将具有预定能量的主驱动脉冲Pl输出至电机 驱动器电路107。电机驱动器电路107通过主驱动脉冲Pl驱动步进电机108旋转。步进电 机108由主驱动脉冲Pl驱动而旋转并驱动显示设备110。因此，由于步进电机108被配置 为当正常发挥功能时通过主驱动脉冲Pl可靠地旋转，所以通过显示设备110正常地实现了 时刻指针的当前时间显示等。 当控制电路104确定旋转检测电路109在第一区间Tl和第二区间T2的任何一个 中都没有检测到超过基准阈值电压Vcomp的感应信号VR(检测模式是(O，O， 1/0))时，即， 确定步进电机108处于临界旋转或不旋转(步骤S1002，S1003)时，控制电路104将主驱动 脉冲控制信号输出至主驱动脉冲生成电路105，使得主驱动脉冲Pl被提升一级(在尝试执 行脉冲下降之前将脉冲提升为主驱动脉冲Pl)(步骤S1004)。 接着，控制电路104将下降许可标志设置为"O"(步骤S1005)，然后设置下降禁止 标志设置为"1"(步骤S1006)，然后将校正驱动脉冲控制信号输出至校正驱动脉冲生成电 路106以控制为通过校正驱动脉冲P2来驱动步进电机108 (步骤S1007)。
校正驱动脉冲生成电路106响应于校正驱动脉冲控制信号而将校正驱动脉冲P2 输出至电机驱动器电路107。电机驱动器电路107通过校正驱动脉冲P2来驱动步进电机 108旋转。因此，即使在尝试执行脉冲下降操作后试图进行驱动而不能驱动步进电机108旋 转的情况下，步进电机108仍然能可靠地旋转。 在处理步骤S1007中，作为如图7所示校正驱动脉冲P2的代替，可以将执行脉冲
下降操作之前的主驱动脉冲用于进行驱动。这也能够可靠地驱动旋转。 当在处理步骤S1003中控制电路104确定旋转检测电路109在第二区间T2中检
测到超过基准阈值电压Vcomp的感应信号VR(检测模式是(0， 1， 1/0))时，即，确定旋转是
有余量的旋转时，控制电路104前进至处理步骤S1005而不进行脉冲提升。 相反，当在处理步骤S1002中控制电路104确定旋转检测电路109在第一区间Tl
中检测到超过基准阈值电压Vcomp的感应信号VR时，如果旋转检测电路109在第二区间T2
中没有检测到超过基准阈值电压Vcomp的感应信号VR，则过程进入处理步骤S1004以进行
脉冲提升，而如果旋转检测电路109在第二区间T2中检测到超过基准阈值电压Vcomp的感
应信号VR (检测模式为(1 ， 1 ， 1/0))，则确定旋转没有余量，并且处理进入处理步骤S1005而
不进行脉冲提升(步骤S1008)。 如上所述，根据本发明的另一个实施方式的步进电机控制电路，将旋转检测时段划分为第一区间Tl，其用于对紧接着主驱动脉冲PI的驱动之后由于转子202的旋转而至 少在第二象限II中生成的感应信号VR进行检测；第二区间T2，其位于第一区间T1之后，用 于对第三象限III中的感应信号VR进行检测；以及第三区间T3，其位于第二区间T2之后， 并且，当旋转检测电路109在第一区间Tl和第二区间T2中检测到超过基准阈值电压Vcomp 的感应信号VR(检测的模式是(1， 1， 1/0))时，控制电路104控制脉冲下降计数器电路103 输出脉冲下降控制信号。 这样，即使在通过主驱动脉冲来驱动步进电机108并且作为旋转的检测结果而确 定没有驱动的余量时，仍允许仅执行一次后续的脉冲下降，并利用下降了一级的主驱动脉 冲来确定驱动的余量，当确定能够旋转时，在保持当前的脉冲等级的同时输出校正驱动脉 冲。当确定为临界旋转时，将脉冲提升一级，并输出校正驱动脉冲。
因此，能够准确地掌握步进电机的驱动状态，从而实现省电。 即使由于步进电机中的变动或者齿轮传动负载的变动而使得低一级的主驱动脉 冲也足以用于驱动，却过早地确定为缺少驱动的余量时，由于可以利用低一级的主驱动脉 冲来确定是否能够旋转，因此有利地防止了功率的白白浪费。 由于在利用为了进行确认而进行了脉冲下降的主驱动脉冲进行驱动之后，通过校 正驱动脉冲对步进电机进行驱动，所以即使在由于脉冲下降而导致不旋转的情况下也能实 现可靠的旋转。 根据本实施方式，通过准确地掌握步进电机的驱动状态而提供了可省电的模拟电 子计时装置。 在上述各个实施方式中，通过区分脉冲宽度来改变各个主驱动脉冲Pl的能量。但 是，也可以通过改变脉冲电压来改变驱动能量。 本发明也适用于对日历(作为时刻指针的替代)进行驱动的步进电机等。 并且，虽然作为步进电机的应用的示例而描述了模拟电子计时装置，但是还可适
用于使用电机的电子仪器。 根据本发明的步进电机控制电路可适用于使用步进电机的各种电子仪器。 根据本发明的电子计时装置适用于具有日历功能的各种模拟电子钟，诸如具有日
历功能的模拟电子座钟，或者具有日历功能的模拟电子计时装置以及各种模拟电子钟。
权利要求
一种步进电机控制电路，该步进电机控制电路包括脉冲下降计数器电路，其被配置为以预定周期输出用于对主驱动脉冲进行脉冲下降控制的脉冲下降控制信号；驱动脉冲生成单元，其被配置为输出与脉冲控制信号相对应的主驱动脉冲或校正驱动脉冲，并响应于所述脉冲下降控制信号而对所述主驱动脉冲执行脉冲下降操作；电机驱动单元，其被配置为响应于来自所述驱动脉冲生成单元的驱动脉冲而驱动步进电机旋转；旋转检测单元，其被配置为检测由于所述步进电机的旋转而在旋转检测时段内生成的感应信号是否超过基准阈值电压；以及控制单元，其被配置为基于所述旋转检测单元的检测结果而输出用于控制所述驱动脉冲生成单元的所述脉冲控制信号，以通过能量彼此不同的多个主驱动脉冲中的任何一个或者通过能量比相应的各主驱动脉冲的能量更大的校正驱动脉冲，来驱动步进电机，其中，所述旋转检测时段被划分为第一区间，其用于检测由于紧接着所述主驱动脉冲的驱动之后的转子的旋转而至少在第二象限中生成的感应信号；第二区间，其位于所述第一区间之后并用于检测第三象限中的感应信号；以及第三区间，其位于所述第二区间之后，所述控制单元控制所述脉冲下降计数器电路，以使得当所述旋转检测单元在所述第一区间和所述第二区间中检测到超过所述基准阈值电压的感应信号时，所述脉冲下降计数器电路仅能输出一次所述脉冲下降控制信号，并且所述驱动脉冲生成单元将响应于来自所述脉冲下降计数器电路的所述脉冲下降控制信号而经过了脉冲下降操作的主驱动脉冲输出到所述电机驱动单元。
2. 根据权利要求1所述的步进电机控制电路，其中，所述控制单元控制所述脉冲下降 计数器电路，使得当所述旋转检测单元在所述第一区间和所述第二区间中检测到超过了所 述基准阈值电压的感应信号时，所述脉冲下降计数器电路输出所述脉冲下降控制信号，并 且所述控制单元将所述脉冲控制信号输出至所述驱动脉冲生成单元以使所述驱动脉冲生 成单元输出所述校正驱动脉冲，所述驱动脉冲生成单元将响应于所述脉冲下降控制信号而经过了脉冲下降操作的主 驱动脉冲输出至所述电机驱动单元，然后输出所述校正驱动脉冲，并且所述电机驱动单元响应于来自所述驱动脉冲生成单元的所述主驱动脉冲和所述校正 驱动脉冲，通过所述主驱动脉冲来驱动所述步进电机，然后，通过所述校正驱动脉冲来驱动 所述步进电机。
3. 根据权利要求2所述的步进电机控制电路，其中，所述控制单元将所述脉冲控制信 号输出至所述驱动脉冲生成单元以输出脉冲下降前的主驱动脉冲来代替所述校正驱动脉 冲，所述驱动脉冲生成单元将响应于所述脉冲下降控制信号而经过了脉冲下降操作的主 驱动脉冲输出至所述电机驱动单元，然后将脉冲下降之前的主驱动脉冲输出，并且所述电机驱动单元利用经过了脉冲下降操作的主驱动脉冲来驱动所述步进电机，然后 利用脉冲下降之前的主驱动脉冲来驱动所述步进电机。
4. 一种模拟电子计时装置，该模拟电子计时装置具有被配置为驱动时刻指针旋转的 步进电机；以及被配置为对所述步进电机进行控制的步进电机控制电路，其中，将根据权利要求1所述的步进电机控制电路用作所述步进电机控制电路。
5. —种模拟电子计时装置，该模拟电子计时装置具有被配置为驱动时刻指针旋转的 步进电机；以及被配置为对所述步进电机进行控制的步进电机控制电路，其中，将根据权利 要求2所述的步进电机控制电路用作所述步进电机控制电路。
6. —种模拟电子计时装置，该模拟电子计时装置具有被配置为驱动时刻指针旋转的 步进电机；以及被配置为对所述步进电机进行控制的步进电机控制电路，其中，将根据权利 要求3所述的步进电机控制电路用作所述步进电机控制电路。
全文摘要
本发明涉及步进电机控制电路及模拟电子计时装置。根据本发明的步进电机控制电路，旋转检测时段被划分为第一区间，其用于检测由于紧接着主驱动脉冲的驱动之后的转子的旋转而至少在第二象限中生成的感应信号；第二区间，其位于所述第一区间之后并用于检测第三象限中的感应信号；以及第三区间，其位于所述第二区间之后，并且，当步进电机在所述第一区间和所述第二区间中检测到超过基准阈值电压的感应信号时，控制电路对脉冲下降计数器电路进行控制以使之输出脉冲下降控制信号。
文档编号G04C3/14GK101764560SQ200910258840
公开日2010年6月30日 申请日期2009年12月25日 优先权日2008年12月25日
发明者佐久本和实, 加藤一雄, 小笠原健治, 山本幸祐, 本村京志, 长谷川贵则, 间中三郎, 高仓昭 申请人:精工电子有限公司