Brevet FR2539259A1 — publié le 19840713

Circuit de commande de moteur électrique pas a pas. La présente invention se rapporte à un circuit de commande d'un moteur électrique-pas à pas alimenté à partir d'une source de courant continu. Zes moteurs pas à pas présentent l'avantage de la facilité de commande dans les asservissements numériques, du fait qu'ils convertissent directement un signal électrique en un mouvement angulaire déterminé appelé pas En revanche, leurs enroulements présentent une inductance tres élevée qui freine l'établissement du courant, ce qui limite la vitesse de rotation du moteur. Une solution connue pour palier à cet inconvénient consiste à monter des résistances en série avec les enroulements, pour réduire le rapport L/R du circuit des enroulements, et à alimenter le circuit des enroulements avec une tension accrue. Le courant s'établit ainsi plus rapidement dans les enroulements. Cette solution qui a l'avantage de la simplicité, donc d'un fait coût, présente l'inconvénient d'un mauvais rendement. Une autre solution connue consiste a appliquer à l'enroulement une tension d'alimentation plus élevée que celle nécessaire au courant nominal et à prévoir une limitation en courant dans la source de tension d'alimentation. Cette solution devient rapidement complexe et coûteuse si on cherche à obtenir un bon rendement. La présente invention a pour objet une commande de moteur électrique pas à pas permettant une vitesse de rotation élevée en assurant un bon rendement tout en restant d'une réalisation très simple. Le circuit de commande conforme à l'invention de moteur électrique pas à pas alimenté à partir d'une source de courant continu comprend, pour chaque enroulement du moteur, une diode montée en anti-parallèle avec l'enroulement, ainsi qu'un hâcheur. te hâcheur comprend un élément interrupteur monté en série avec l'enroulement, entre ce dernier et le pôle négatif de la source d'alimentation, ainsi qu'un circuit basculeur assurant la commutation cyclique dudit élément interrupteur tant qu'un signal de commande y est appliqué, à une fréquence et avec un rapport cyclique tels que le courant emmagasiné dans l'enroulenent du moteur lorsque l'élément interrupteur est fermé se décharge en partie par la diode pendant le temps d'ouverture de l'élé- ment interrupteur. Dans la commande suivant l'invention, on utilise donc l'inductance des enroulements du moteur pour emmagasiner de l'énergie pendant que l'élément interrupteur est fermé, cette énergie étant restituée à travers la diode fonctionnant en diode de libre circulatIon ou de roue libre, lorsque l'elé- ment interrupteur est fermé. Tant qu'un signal de commande est appliqué, l'enroulement du moteur est ainsi parcouru par un courant continu dont l'ondulation est d'autant plus faible que la fréquence de hâchage est élevée. L'élément interrupteur du circuit de commande est avantageusement constitué par un transistor, de préférence par un transistor à effet de champ du type NOS. Un tel transistor se distingue par une fréquence de commutation élevée, des pertes de commutation réduites et une commande simple. En cas d'utilisation d'un tel transistor du type MOS, le circuit basculeur comprend avantageusement une résistance montée entre le transitor et le pôle négatif de la source d'alimentation Le circuit basculeur comprend, en outre, un comparateur dont une première entrée est reliée entre ledit transistor et ladite résistance, tandis que sa seconde entrée reçoit une tension de référence positive. Le circuit basculeur comprend, par ailleurs, une porte ET dont une premiere entrée est reliée à la sortie dudit comparateur et dont la seconde entrée reçoit le signal de commande, la sortie de ladite porte étant reliée a l'électrode de commande du transistor. Notamment en cas d'utilisation d'un transistor du type MOS, il est avantageux de monter un condensateur entre la première entrée du comparateur et la sortie de ce dernier, ce condensateur réduisant la fréquence de commutation du transistor. En prélevant la tension de référence applique à la seconde entrée du comparateur sur un potentiomètre, il est possible de régler d'une manière simple l'intensité du courant dans ltenroulement du moteur. En se reférant aux dessin annexés, on va décrire ciaprès plus en détail un mode de réalisation illustratif et non limitatif d'un circuit de commande de moteur pas à pas conforme à l'invention; sur ce dessin : la figure 1 représente le schéma du circuit de commande d'un enroulement de moteur pas à pas; les figures 2a et 2b montrent l'évolution du courant absorbé dans l'alimentation et du courant dans l'enroulement du moteur lorsqu'un signal de commande est appliqué au circuit de commande selon la figure 1; la figure 3 r présente le schéma d'un circuit de commande analogue à celui de la figure 1, pour un moteur pas à pas à quatre enroúlements. Selon le schéma de la figure 1, une diode Drl est montée en antiparallèle avec l'enroulement E d'un moteur électrique pas à pas alimenté à partir d'une source-de courant continu (tension d!alimentation V). Un transistor T est monté en série avec l'enroulement E, une résistance R étant intercalée entre le transistor T et la masse. Dans l'exemple représenté, le transistor T est constué par un tran sistor à effet de champ du type MOS à canal N, l'électrode D dite de drain étant reliée à l'enroulement E et à la diode Drl, tandis que l'électrode S dite de source est relié à la résistance R. Le circuit de commande du transistor T comprend un comparateur CO et une porte ET référencée P. L'entrée a du comparateur CO est reliée à la un point A entre la source S du transistor T et la résistance R. L'autre entrée b du comparateur CO reçoit une tension continue positive de référence Vr. L'entrée c de la porte P est reliée à la sortie du comparateur CO L'autre entrée d de la porte P est l'entrée de commande du circuit, à laquelle est appliqué un signal de commande Sc lorsque l'on veut faire avancer le moteur d'un pas. La sortie de la porte P est reliée à l'électrode de commande du transistor, en occurence l'Electrode G dite de grille du transistor MOS. Un condensateur CA est monté entre l'entrée a et la sortie du comparateur CO. De plus, une tension continue positive est appliquée par l'intermédiaire d'une résistance de polarisation Rp à la sortie du comparateur CO. Tant que le signal de commande Sc ntest pas appliqué à l'entrée d dé la porte P, l'autre entrée c de cette porte P reçoit un 1 logique de la sortie du comparateur CO dont l'entrée a reliée au point A est au potentiel de la masse tant que la transistor T est bloqué. Lors que l'application d'un signal de commande Sc, à savoir d'un 1 logique, à l'entrée d de la porte P, cette dernière délivre un 1 logique à la grille G du transistor T, de sorte que le transistor T devient passant. A cet moment, pratiquement toute la tension d'alimentation +V se retrouve aux bornes de l'enroulement E, la résistance R pouvant être choisie très faible. Le courant dans l'enroulement E crolt de façon exponentielle, de norme que la tension au point A. Cette tension se retrouve à l'entrée a du copa- rateur CO et charge le condensateur CA. Lorsque la tension à l'entrée a du comparateur CO atteint la tension de référence Vr, la sortie du comparateur CO, reliée à l'entrée c de la porte P, passe à O. De ce fait, la porte P dont l'autre entrée d reçoit toujours le signal de commande Sc délivre à sa sortie un 0, ce qui bloque le transistor T. Le courant emmagasiné dans I'enrouJeent E pendant que le transistor T était passant circule alors par la diode Drl et décroit lenteiaent. Dès que le transistor T est bloqué, le condensateur CA se décharge dans la résistance R, et la tension au point A diminue rapidement. Dès que la tension au point A, donc également à l'entrée a du cor.pa- rateur CO, tombe en dessous de la tension de référence Vr appliquée à l'autre entrée b du comparateur CO, la sortie de ce dernier repasse à 1, de sorte que la porte P délivre de nouveau un 1 à la grille G du transistor T, qui redevient passant. Ce cycle de commutation se répète de la manière décrite tant que le signal de commande Sc est appliqué à l'entrée e de la porte P. Une comparaison des figures 2a et 2b dont l'une monere le courant absorbé dans l'alimentation et l'autre courant circulant dans l'enroulement E font apparaître clairement que le courant moyen Ime dans l'enroulement est plus élevé que le courant moyen Ima absorbé-dans l'alimentation. La figure 3 illustre le schéma complet d'une commande de moteur pas à pas à quatre enroulements. On retrouve ici, pour chacun des quatre enroulements El, E2, E3, E4 le meme circuit de commande que sur la figure 1, avec une diode roue libre Drll Drl2, Drl3, Drl4, un transistor T1, T2, T3, T4, un comparateur CO1, C02, C03, C04, une porte P1, P2, P3, P4, une résistance R1, R2, R3, R4 et une résistance de polarisation Rpl, Rp2, Rp3, Rp4 des sorties des quatre portes P1, P2, P3, P4 sont reliées aux électrodes de grille G des transistors T1, T2, T3, T4, respectivement. La commande des différents enroulements se fait par les entrées dl, d2, d3, d4, des portes P1, P2, P3, P4. Un potentioaètre PO commun permet d'appliquer aux quatres comparateurs CO1, C02, C03, C04 une tension de référence réglable, en vue du réglage de l'intensité du courant dans les enroulements. Des condensateurs Cp reliant les électrodes de source S des transistors T1, T2, T3, T4 à la masse et des diodes Dp reliant les électrodes de drain D des transistors à la masse sont prévus pour la protection des trensistors T. I1 va de soi que le circuit de commande conforme à l'invention, tel que décrit cidessus et illustré par le dessin annexé, peut recevoir de nombreuses modifications et variantes dans le cadre de l'invention. Le transistor de technologique MOS, utilisé pour la fréquence de commutation élevée et les faibles pertes de commutation de ce type de transistor, ainsi que par la simplicité de sa commande, pourrait être remplacé par un autre type de transistor REVENDICATIONS 1. Circuit de commande deun moteur électrique pas à pas aimanté à partir d'une source de courant continuS caractérisé par le fait qusil comprend une diode (Drl) montée en antiparallèle avec chaque enroulement (E) du moteur, et un hâcheur qui comprend un élément interrupteur (T) monté en série avec l'enroulement (E), entre ce dernier et le pôle négatif de la source d'alimentation, ainsi qu'un circuit basculeur provoquant la connutation cyclique de l'élément interrupteur (T) tant qu'un signal de commande (Sc) y est appliqué, à une fréquence et avec un rapport cyclique tels que le courant emmagasiné dans l'enroulement (E) du moteur lorsque I'élénient interrupteur (T) est fermé se décharge en partie par la diode pendant le temps d'ouverture de l'élément interrupteur. 2. Circuit de commande suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que 11 élément interrupteur est un transistor. 3. Circuit de commande suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le transistor est un transistor à effet de champ de technologie MOS. 4. Circuit de commande suivant la revendication 2 ou 3, caractérisé par le fait que le circuit basculeur comprend une résistance (R) entre le transistor (T) et le pole négatif de la source d'alimentation, un comparateur (CO) dont une première entrée (a) est reliée à un point (A) entre ledit transistor (T) et ladite résistance (R) et dont la seconde entrée (b) reçoit une tension de référence continue positive (Vr), et une porte ET (P) dont une première entrée (c) est reliée à la sortie du comparateur (CO) et dont la seconde entrée (e) reçoit le signal de commande (Sc) pour une avance d'un pas. 5. Circuit de commande suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que le circuit basculeur comprend, en outre, un condensateur (CA) entre ladite première entrée (a) du comparateur (CO) et la sortie du comparateur. 6. Circuit de commande suivant la revendication 5, caractérisé par le fait qu'une tension de polarisation est appliquée par l'intermédiaire d'une résistance (Rp) à la sortie du comparateur (CO). 7. Circuit de commande suivant la revendication 4 ou 5, caractérisé par le fait que le circuit basculeur comprend un potentiomètre (PD) pour l'application de la tension de référence (Vr) au comparateur (CO), en vue du réglage de l'intensite du courant dans I'enroulement.