專利名稱：步進電動機控制設備及電子時計的制作方法
技術領域：
本申請涉及一種步進電動機控制設備，其旋轉驅動一步進電動機并檢測該步進電動機有/沒有旋轉，并涉及一種利用該步進電動機控制設備的電子時計。
背景技術：
目前為止，在電子時計中，旋轉驅動時間指針如時針或分針的電動機采用步進電動機。
圖5示出目前用于電子時計如電子手表(如參考專利文獻1)中步進電動機的正視圖。
圖5中，步進電動機包括磁性材料制成的定子501，纏繞在定子501上的線圈207，以及設置在定子501內的雙極轉子502。定子501中，具有飽和部分503，504以及用于確定轉子502的停止位置的內槽口505和506。
當給207線圈施加方波驅動脈沖以使電流i沿圖5中箭頭所示的方向流動時，在定子501中產生以箭頭所示方向的磁通。這樣，飽和部分503和504最先飽和，之后由于定子501中產生的磁極和轉子502中產生的磁極之間的相互作用，轉子502以180度沿圖5中箭頭所示的方向(逆時針)旋轉。從而，交替允許極性不同的脈沖電流差在線圈207中流動，以因此進行與上面同樣的動作并使轉子502以180度的增量逆時針旋轉。
圖6示出目前已經用于電子時計的步進電動機控制設備的電路圖，其用于進行該步進電動機的旋轉控制。該電路這樣構造使得旋轉驅動電路和旋轉檢測電路集成在一起(如，參考專利文獻1)。
圖6中，p型溝道MOS晶體管Q1，Q2和n型溝道MOS晶體管Q3，Q4為電動機驅動電路的構成元件，步進電動機線圈207連接在晶體管Q1和晶體管Q3的源極連接點與晶體管Q2和晶體管Q4的源極連接點之間。
各晶體管Q1-Q6的柵極連接到控制電路103。檢測電阻208和線圈207的連接點OUT2與檢測電阻209和線圈207的連接點OUT1連接到比較器210的輸入部分。而且，比較器210的該輸入部分輸入一預定閾值電壓Vss。
與晶體管Q5串聯連接的檢測電阻208，與晶體管Q6串聯連接的檢測電阻209，和比較器210為旋轉檢測電路的構成元件。
圖7是時序圖，其用于進行圖6所示的步進電動機控制設備中步進電動機的旋轉控制和檢測控制。
將參考圖5-7描述具有上述結構的常規步進電動機控制設備的操作。首先，當給控制電路103的輸入部分Vi施加一個驅動脈沖P1時，晶體管Q2和Q3在控制電路103的控制下變為導通狀態。這樣，電流就沿箭頭所示的方向在線圈207中流動，而且轉子502如圖5所示的逆時針旋轉。
另一方面，非檢測期間IT，其為未檢測步進電動機旋轉的時間段，在緊接電動機驅動期間之后被設置為一給定期間T7，以及用于檢測步進電動機是否旋轉的旋轉檢測期間DT，在緊接非檢測期間IT之后被設置為一給定期間T8。
在旋轉檢測期間DT，給控制電路103的輸入部分Vi施加旋轉檢測控制脈沖SP1。在晶體管Q3和Q4響應于旋轉檢測控制脈沖SP1處于導通狀態時，控制電路103以給定頻率控制晶體管Q4的開/關動作。
這種情況下，從旋轉檢測電阻209和線圈207的連接點OUT1取出檢測信號V8。獲得具有如圖7所示波形的檢測信號作為檢測信號V8的。圖7中，當轉子502如圖5中逆時針擺動時產生低于VDD的檢測電壓V8，當轉子502如圖5中順時針擺動時產生高于VDD的檢測電壓V8。
當轉子502旋轉時，獲得超出給定閾值電壓(該常規實例中的Vss)檢測信號V8，而且從比較器210輸出高電平的旋轉檢測信號Vs。當轉子502不旋轉時，由于檢測信號V8沒有達到該閾值電壓，所以從比較器210輸出低電平的旋轉檢測信號Vs。根據該旋轉檢測信號Vs可能檢測到該步進電動機是否旋轉。完成旋轉檢測之后，晶體管Q3和Q4維持在導通狀態以制動該步進電動機。
在隨后的電動機驅動期間，給控制電路103的輸入部分Vi施加隨后的標準驅動脈沖P1?？刂齐娐?03控制晶體管Q1和Q4導通，而驅動電流以與上述驅動電流相反的方向(圖5中逆時針)在線圈207中流動從而使得轉子502逆時針旋轉。
這時在旋轉檢測期間，當給控制電路103的輸入部分Vi施加旋轉檢測控制脈沖SP1時，控制電路103控制晶體管Q4和Q5導通，并以給定頻率控制晶體管Q3的開/關動作。
這種情況下，從電阻208和線圈207的連接點OUT2取出檢測電壓V。檢測電壓V的電平由比較器210判定。如上面同樣的方式，在轉子502旋轉的情況下，從比較器210輸出高電平的旋轉檢測信號Vs，在轉子502不旋轉的情況下，從比較器210輸出低電平的旋轉檢測信號Vs。根據該旋轉檢測信號Vs不可能檢測到步進電動機是否旋轉。
完成旋轉檢測之后，晶體管Q3和Q4維持在導通狀態以制動該步進電動機。
JP57-18440 B(第1-2頁，圖1)在上述結構的步進電動機控制設備中，在步進電動機由驅動脈沖P1驅動之后，轉子502在轉子502應該停止的中心位置自由擺動。在結束施加驅動脈沖P1之后，轉子502的自由擺動立即變大，而且由于慣性轉子502以與標準旋轉方向(在上述常規實例中的逆時針)同方向擺動。當轉子502逆時針擺動時，電流沿圖6所示的箭頭方向流動。
另一方面，各晶體管Q3-Q6的等效電路分別由包括開關804和電阻803的串聯電路，以及與該串聯電路并聯連接的二極管801和電容802構成，如圖8所示。各晶體管Q3-Q6認為是具有單相二極管的等效元件。
因此，即使步進電動機不旋轉，但由于轉子502的逆時針擺動在緊接驅動脈沖P1施加完成之后的給定期間內變大，所以可以獲得如圖7所示的高于閾值電壓Vss的檢測電壓V7。就是說，在檢測信號V7中，該檢測信號V7是在緊接結束施加驅動脈沖P1之后的一給定期間T7內獲得的，由于轉子502的大幅度自由擺動而在檢測電阻209中出現具有大峰值的檢測電壓，并且由于步進電動機的旋轉而引起誤檢測。
目前為止，為防止這樣的誤檢測，控制電路這樣構造使得具有給定時間寬度T7的非檢測期間IT設置為在緊接中斷施加驅動脈沖P1之后的一時間點開始，從而阻止在非檢測期間IT進行步進電動機的旋轉檢測。
同樣，在緊接中斷施加驅動脈沖P1之后的非檢測期間IT和在檢測期間DT，在晶體管Q3-Q6處于導通狀態時以給定頻率控制晶體管Q4的開/關動作。也就是說，在非檢測期間IT中和在檢測期間DT中，為放大過渡響應中的檢測信號而控制晶體管Q4的開/關動作。因此，出現這樣一個問題，就是步進電動機產生制動力，導致不經濟的能量消耗。
因此，出現這樣一個問題，就是由于規定了該非檢測期間IT而使得控制電路結構變的復雜。
本發明的一個目的在于提供一種步進電動機控制設備，其有效改善能量消耗。
進一步，本發明的另一目的在于提供一種步進電動機控制設備，其以簡單的結構實現更安全地檢測步進電動機的旋轉而不需要任何規定非檢測期間IT。
進一步，本發明的另一目的在于提供一種電子時計，其有效改善能量消耗。
進一步，本發明的另一目的在于提供一種電子時計，其以簡單的結構實現更安全地檢測用于驅動時針的步進電動機的旋轉。
發明內容
根據本發明，提供一種步進電動機控制設備，其包括相互串聯的第一和第二開關元件；相互串聯的第三和第四開關元件；步進電動機線圈，其連接在第一和第二開關元件的連接點和第三和第四開關元件的連接點之間；包括與第一開關元件并聯連接的第五開關元件和第一檢測元件的第一串聯電路；包括與第三開關元件并聯連接的第六開關元件和第二檢測元件的第二串聯電路；一個控制裝置，其響應于驅動脈沖控制第一到第四開關元件的開/關動作使得電流在該線圈中流動以旋轉驅動該步進電動機，并響應于旋轉檢測控制脈沖控制第一，第三，第五和第六開關元件的開/關動作，該旋轉檢測控制脈沖在緊接根據驅動脈沖的旋轉驅動之后的旋轉檢測期間，緊接驅動脈沖施加結束之后施加；以及一個檢測裝置，其根據在第一和第二檢測元件和線圈之間產生的電壓與給定閾值電壓相比較的結果，來檢測該步進電動機有/沒有旋轉，該步進電動機控制設備的特征在于當第四和第五開關元件處于導通狀態時在經過給定期間之后，控制裝置以給定頻率控制第三開關元件的開/關動作，或者當第三和第六開關元件處于導通狀態時在經過給定期間之后，控制裝置以給定頻率控制第一開關元件的開/關動作，并且當控制裝置以給定頻率控制第三開關元件或第四開關元件的開/關動作時，檢測裝置檢測該步進電動機有/沒有旋轉。
當第四和第五開關元件處于導通狀態時在經過給定期間之后，控制裝置以給定頻率控制第三開關元件的開/關動作，或者當第三和第六開關元件處于導通狀態時在經過給定期間之后，控制裝置以給定頻率控制第四開關元件的開/關動作。當控制裝置以給定頻率控制第三開關元件或第四開關元件的開/關動作時，檢測裝置檢測該步進電動機有/沒有旋轉。
這里，第一，第三，第五和第六開關元件可以由n型溝道MOS晶體管構成，第二和第四開關元件可以由p型溝道MOS晶體管構成。
進一步，第一和第二檢測元件可以由電阻構成。
進一步，根據本發明，提供一種電子時計，其包括一個使時間指針旋轉的步進電動機和一個旋轉控制該步進電動機的步進電動機控制設備，該時計的特征在于采用上述任何一種步進電動機控制設備作步進電動機控制設備。
所附附圖中描述了本發明的優選形式，其中圖1是根據本發明實施例的電子時計的方框圖；圖2是根據本發明實施例用于解釋步進電動機控制設備的操作的電路圖；圖3是根據本發明實施例用于解釋步進電動機控制設備的操作的電路圖；圖4是步進電動機控制設備的時序圖；圖5是一般步進電動機的正視圖；圖6是用于解釋常規步進電動機控制設備的動作的電路圖；圖7是常規步進電動機控制設備的時序圖；圖8是一般n型溝道MOS晶體管的等效電路圖。
具體實施例方式
下面，將參考附圖具體描述本發明的實施例。
圖1是根據本發明實施例的采用步進電動機控制設備的電子時計的方框圖，并示出模擬電子手表的一個實例。
參考圖1，振蕩電路101通過分頻電路102連接到控制電路103的輸入部分。控制電路103的第一輸出部分通過電動機驅動電路104連接到步進電動機105用于驅動時針?？刂齐娐?03的第二輸出部分連接到旋轉檢測電路106的控制輸入部分。用于檢測電動機105是否旋轉的旋轉檢測電路106連接在電動機105和控制電路103之間。旋轉檢測電路106構成旋轉檢測裝置。
步進電動機105結構與圖5中所示的步進電動機結構相同。同樣，電動機驅動電路104和旋轉檢測電路106本身的結構與圖6中所示的相同，但是控制各個晶體管Q1-Q6的開/關動作的方法與將在后面描述的圖6所示的常規實例不同。
分頻電路102將來自振蕩電路101的參考時鐘信號分頻并將該分頻的參考時鐘信號輸出到控制電路103?？刂齐娐?03接收來自分頻電路102的信號并輸出分頻脈沖到電動機驅動電路104。在驅動脈沖中，準備有一個標準驅動脈沖P1，其為有效能量內較小的給定脈沖寬度的驅動脈沖，以及一個校正驅動脈沖，其為有效能量內大于該標準驅動脈沖的較寬寬度的驅動脈沖，和上述控制電路103根據來自旋轉檢測電路106的檢測信號選擇輸出標準驅動脈沖和校正驅動脈沖到電動機驅動電路104。該實例中，控制電路103構成為產生驅動脈沖的驅動脈沖發生裝置。
同樣，控制電路103將在進行電動機105的旋轉檢測中所需的旋轉檢測控制脈沖施加給旋轉檢測電路106。該實例中，控制電路103構成為產生旋轉檢測控制脈沖的旋轉檢測控制脈沖發生裝置。
控制電路103，電動機驅動電路104，和旋轉檢測電路106構成控制裝置。
圖2和圖3為說明性結構圖，其分別示出根據本發明實施例的步進電動機控制設備中電動機驅動電路104和旋轉檢測電路106的操作，其中圖2示出電動機被旋轉驅動時的操作的說明圖，圖3示出檢測電動機旋轉時的操作的說明圖。
圖2和圖3中，p型溝道MOS晶體管Q1(第二開關元件)，Q2(第四開關元件)和n型溝道MOS晶體管Q3(第一開關元件)，Q4(第三開關元件)為包含在電動機驅動電路104中的晶體管，電動機105的線圈207連接在晶體管Q1和晶體管Q3的源極連接點與體管Q2和晶體管Q4的源極連接點之間。
旋轉檢測電路106包括n型溝道MOS晶體管Q5(第五開關元件)，Q6(第六開關元件)，與晶體管Q5串聯連接的旋轉檢測電阻208(第一檢測元件)，與晶體管Q6串聯連接的旋轉檢測電阻209(第二檢測元件)，和比較器210。
圖4為根據該實施例用于步進電動機控制設備的時序圖，其為響應于根據標準驅動脈沖P1旋轉電動機105之后的旋轉檢測控制脈沖SP1而通過旋轉檢測電路106進行電動機105的旋轉檢測的情況下的時序圖。
下文中，將適當結合圖5和8參考圖1-4描述根據本發明實施例的步進電動機控制設備和電子時計的操作。
首先，在電動機驅動期間，從控制電路103將標準驅動脈沖P1施加到電動機驅動電路104，由此電動機驅動電路104旋轉控制電動機105。
這時，如圖2所示，由于驅動電流在線圈207中流動使得電動機驅動電路104的晶體管Q2和Q3控制為導通，而且電動機105如圖5正視圖中以180度逆時針(箭頭所示的方向)旋轉。
另一方面，在電動機驅動期間之后設置旋轉檢測期間DT，并在該期間DT進行電動機105是否旋轉的旋轉檢測操作。
在電動機105的旋轉檢測操作中，首先，在緊接電動機旋轉驅動停止之后的時間t1，從控制電路103施加旋轉檢測控制脈沖SP1給旋轉檢測電路106。
電動機驅動電路104和旋轉檢測電路106在從時間t1開始的給定期間T1，響應于來自控制電路103的旋轉檢測控制脈沖SP1，控制晶體管Q3和Q6導通并控制晶體管Q1，Q2，Q4和Q5截止，如圖3所示。這種狀態下，由于晶體管Q4不控制開/關動作，所以檢測信號在過渡響應中不放大，并得到低電壓的檢測信號V1。
因此，在電動機105不旋轉的情況下產生大的檢測信號，以及雖然電動機不旋轉卻檢測出電動機旋轉的可能性都很小。同樣，晶體管Q3，Q6和線圈207變為閉合回路，而且由于該閉合回路包含高阻抗電阻209，所以施加給電動機105的制動力極小。從而，可能抑制無用的功率消耗。
然后，在從時間t1經給定期間T1之后的時間t2，開始時間寬度T2的檢測期間DT。在檢測期間DT，在晶體管Q3和Q6已經處于導通狀態的情況下，響應于來自控制電路103的旋轉檢測控制脈沖SP1，以給定頻率控制晶體管Q4的開/關動作。這樣，由于在過渡響應中檢測信號的電壓放大，所以響應于有/沒有旋轉得到適當的檢測信號V2，并且可能進行相應的旋轉檢測。
在檢測信號的電壓變為超出給定閾值電壓Vss的情況下，也就是說，在電動機105旋轉的情況下，從比較器210輸出表示電動機105旋轉的高電平旋轉檢測信號Vs，并且在晶體管Q3和Q4導通以使電動機靜止之后，開始下一電動機驅動期間。
在隨后的電動機驅動期間，當從控制電路103施加隨后的標準驅動脈沖P1到電動機驅動電路104時，控制晶體管Q1和Q4導通，并且驅動電流以與上述驅動電流相反的方向在線圈207中流動，以沿同方向的逆時針以180度使電動機105旋轉。
類似，在電動機驅動期間之后設置同上的相同旋轉檢測期間DT，并在該期間DT進行電動機105是否旋轉的旋轉檢測操作。
就是說，在電動機105的旋轉檢測操作的情況下，在緊接電動機驅動停止之后的期間T1，響應于來自控制電路103的旋轉檢測控制脈沖SP1，電動機驅動電路104和旋轉檢測電路106首先控制晶體管Q4和Q5導通并控制其它晶體管Q1，Q2，Q3和Q6截止。
這種狀態下，由于沒有控制晶體管Q3的開/關操作，所以在過渡響應中檢測信號的電壓沒有放大。因此，在不旋轉的情況下產生檢測信號，以及雖然沒有旋轉卻檢測出旋轉的可能性都很小。
同樣，晶體管Q4，Q5和線圈207變為閉合回路，而且由于該回路包含高阻抗電阻208，所以施加給電動機105的制動力極小。從而，可能抑制無用的功率消耗。
之后，開始時間寬度T2的檢測期間DT。在檢測期間DT，在晶體管Q4和Q5已經處于導通狀態的情況下，響應于來自控制電路103的旋轉檢測控制脈沖SP1，以給定頻率控制晶體管Q3的開/關動作。這樣，在過渡響應中檢測信號的電壓被放大，并且可能進行相應的旋轉檢測。
在檢測信號的電壓變為超出給定閾值電壓Vss的情況下，也就是說，在電動機105旋轉的情況下，從比較器210輸出表示電動機105旋轉的高電平旋轉檢測信號Vs，并且在晶體管Q3和Q4導通和電動機靜止之后，開始下一電動機驅動期間。
之后，重復上述操作以持續使電動機105逆時針旋轉，并進行有效旋轉檢測。在檢測出電動機105不旋轉的情況下，通過施加一寬度大于標準驅動脈沖P1的校正驅動脈沖到電動機105，則可能使電動機105旋轉。
雖然該實施例中，描述了將步進電動機控制設備用于電子時計的實例，但有可能將步進電動機控制設備用于其它電子設備。
根據本發明的步進電動機控制設備，可能減少功率消耗。同樣，可能以簡單的結構更安全地檢測步進電動機的旋轉而不需要任何規定的非檢測期間IT。
同樣，根據本發明的電子時計，可能減少功率消耗。同樣，可能在電子時計中以簡單的結構更安全地檢測用于驅動時針的步進電動機的旋轉。
權利要求
1.一種步進電動機控制設備包括相互串聯連接的第一和第二開關元件；相互串聯連接的第三和第四開關元件；連接在第一和第二開關元件的連接點與第三和第四開關元件的連接點之間的步進電動機線圈；包括有與第一開關元件并聯連接的第五開關元件和第一檢測元件的第一串聯電路；包括有與第三開關元件并聯連接的第六開關元件和第二檢測元件的第二串聯電路；一個控制裝置，其響應于驅動脈沖控制第一到第四開關元件的開/關動作使得電流在上述線圈中流動以旋轉驅動上述步進電動機，并響應于旋轉檢測控制脈沖控制第一，第三，第五和第六開關元件的開/關動作，上述旋轉檢測控制脈沖在緊接根據驅動脈沖的旋轉驅動之后的旋轉檢測期間，緊接驅動脈沖施加結束之后施加；和一個檢測裝置，其根據在第一和第二檢測元件和上述線圈之間產生的電壓與給定閾值電壓相比較的結果，來檢測上述步進馬達電動機有/沒有旋轉；其特征在于當第四和第五開關元件處于導通狀態時在經過給定期間之后，上述控制裝置以給定頻率控制第三開關元件的開/關動作，或者當第三和第六開關元件處于導通狀態時在經過給定期間之后，上述控制裝置以給定頻率控制第一開關元件的開/關動作，以及當上述控制裝置以給定頻率控制第三開關元件或第四開關元件的開/關動作時，上述檢測裝置檢測上述步進電動機有/沒有旋轉。
2.根據權利要求1的步進電動機控制設備，包括其中第三，第五和第六開關元件由n型溝道MOS晶體管構成，第二和第四開關元件由p型溝道MOS晶體管構成。
3.根據權利要求1的步進電動機控制設備，包括其中第一和第二檢測元件由電阻構成。
4.一種電子時計包括一個使時間指針旋轉的步進電動機；和一個旋轉控制上述步進電動機的步進電動機控制設備；其特征在于根據權利要求1的步進電動機控制設備用作上述步進電動機控制設備。
全文摘要
為減少功率消耗而不使步進電動機制動。在晶體管導通并旋轉驅動電動機之后的給定期間，晶體管導通，而且其它晶體管截止，以及在經過給定期間之后，在維持晶體管為導通狀態的情況下，以給定頻率控制該晶體管的開/關動作，從而檢測電動機是否旋轉。同樣，在晶體管導通并旋轉驅動電動機之后的給定期間，晶體管導通，而且其它晶體管截止，并且在經過上述給定期間之后，在維持晶體管為導通狀態的情況下，以給定頻率控制該晶體管的開/關動作，從而檢測電動機是否旋轉。
文檔編號H02P8/02GK1527163SQ20041003301
公開日2004年9月8日 申請日期2004年2月24日 優先權日2003年2月24日
發明者間中三郎 申請人:精工電子有限公司