Brevet FR2584881A1 — publié le 19870116

CIRCUIT DE COMMANDE POUR UN MOTEUR PAS-A-PAS, NOTAMMENT A BORD D'UN VEHICULE AUTOMOBILE La présente invention se rapporte aux circuits de commande de moteurs pasà-pas du type monopolaire, en particulier destinés à fonctionner à bord de véhicules automobiles, la borne commune aux phases étant reliée à une batterie d'alimentation. Plus spécifiquement, l'invention concerne un circuit du type qui, pour chaque paire de phases complémentaires du moteur pas-à-pas, comprend: une première et une deuxième entrée pour signaux de commande logiques complémentaires; - un premier et un deuxième dispositif de commutation à conduction commandée, respectivement reliés à une phase et à la phase complémentaire et sont agencés de manière à se mettre, sous la dépendance de signaux de commande fournis à leurs entrées, à une première et à une deuxième condition dans lesquelles chacun d'eux autorise ou empêche le passage de courant dans la phase qui lui est respectivement reliée. Selon l'invention, un circuit de commande du type indiqué dans ce qui précède comporte, pour chaque paire de phases du moteur: - un capteur relié au premier et au deuxième dispositif de commutation pour fournir un signal représentatif du courant passant dans la phase excitée; - des moyens générateurs pour fournir un signal de référence constant; et - des moyens de régulation et de comparaison reliés aux moyens générateurs et au capteur et aménagés pour modifier le courant transmis par le dispositif de commutation qui est en cours d'excitation, de manière à minimiser la différence entre le signal de sortie dû au capteur et le signal de référence. Parmi les différentes formes de réalisation possibles, isolément ou en combinaison, l'invention prévoit notamment que: - les moyens générateurs fournissent le même signal de référence aux moyens de régulation et de comparaison associés aux deux paires de phases du moteur; - le circuit comporte des moyens de commande pour provoquer une réduction du courant circulant dans les deux phases excitées dans la condition dans laquelle le moteur est arrêté; - ces moyens de commande comportent: une autre entrée pour un signal d'activation, de type logique, et un circuit de commande relié à cette autre entrée et aux moyens générateurs et aménagé de manière à modifier, lorsqu'il est activé, le signal de référence de façon à provoquer, par les moyens de régulation et de comparaison, une réduction du courant circulant dans les dispositifs de commutation associés aux phases qui sont excitées lorsque le moteur est arrêté; - chacun des capteurs comporte une résistance à couche métallique; - il y a, pour chaque phase du moteur, un transistor de puissance dont le collecteur peut être mis en liaison avec la phase correspondante et dont l'émetteur est relié à l'émetteur du transistor de puissance associé à la phase complémentaire, le collecteur de chaque transistor de puissance étant relié à une diode de récupération, et les diodes de récupération de tous les transistors de puissance sont reliées à la batterie par une seule résistance; - un condensateur est branché entre chaque transistor de puissance de puissance et la masse; - pour chaque paire de phases complémentaires, les moyens de régulation et de comparaison comprennent un amplificateur différentiel dont la première entrée est reliée au capteur et la deuxième entrée est reliée aux moyens générateurs; - les moyens générateurs comprennent, entre une source de tension stabilisée et la masse du circuit, un diviseur de tension à résistances; - un condensateur est branché entre le diviseur de tension et la deuxième entrée de l'amplificateur différentiel, en parallèle entre la deuxième entrée et la masse; - l'amplificateur différentiel possède un réseau de rétroaction comprenant un condensateur entre la première entrée et la sortie; - le circuit comporte des moyens pour permettre la régulation indépendante des deux valeurs prises par le signal de référence; - le circuit de commande comporte un transistor dont la base est reliée à l'autre entrée de commande et dont le collecteur est relié à une borne intermédiaire du diviseur de tension à résistances. Les caractéristiques et avantages du circuit de commande selon l'invention apparaîtront plus complètement dans la description détaillée, présentée ci-après à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux dessins annexés dont les figures représentent: - la figure 1, un schéma comportant à la fois des modules fonctionnels représentés par des blocs et des composants, ce schéma décrivant un circuit de commande selon l'invention; et - la figure 2, un schéma détaillé d'une partie du circuit de commande selon la figure 1. Sur la figure 1, un moteur pas-à-pas du type monopolaire, ayant deux paires de phases A, Aet B, B, et une borne commune reliée à une source d'alimentation à tension continue VB, est désigné dans son ensemble par SM; Le moteur SM peut être utilisé, par exemple, pour commander la position du papillon (vanne d'étranglement) du carburateur d'un moteur de véhicule automobile et, dans cetté application, la tension VB est alors celle fournie par l'accumulateur (batterie) du véhicule. Un condensateur C0 de grande capacité est branché entre la source de tension VB et la masse ("terre") afin de limiter les interférences hertziennes. Les sorties 01, 1 021 02 d'un circuit de commande selon l'invention sont reliées de manière ordonnée aux phases du moteur SM. Ce circuit possède deux paires d'entrées complémentaires Il, I1, I2P2 pour recevoir des signaux de commande logiques complémentaires, de sorte que, par exemple, lorsque l'entrée 1 reçoit un signal de niveau bas, l'entrée I reçoit un signal de niveau haut. Le circuit de commande possède une autre entrée, désignée par ILC, également destinée à recevoir un signal de commande de type logique dont les fonctions seront expliquées plus loin. Les entrées du circuit de commande sont destinées à être reliées à une unité de fonctionnement et de commande électronique, par exemple un microprocesseur. Laissant de côté l'entrée ILC pour l'instant, on peut voir que le circuit de commande comporte quatre branches de circuit avec une même structure entre les entrées I1, I, I2' I2 et les sorties O1, 01, 2, 02. - Cette structure ne sera décrite qu'en considérant la branche comprise entre l'entrée I1 et la sortie 01. A l'entrée R1 est reliée la base d'un transistor T1 de type NPN dont l'émetteur est relié à la base d'un transistor de puissance D1, par exemple du type Darlington. Entre la base de ce dernier transistor et la masse, il y a un transistor R2. Le collecteur D1 est relié à la phase A du moteur pas-à-pas relié à l'anode d'une diode de récupération d. Entre le transistor D1 et la masse, il y a un condensateur C 1. Une résistance RP est branchée entre l'entrée I1 et une alimentation de tension continue Vs Les références adoptées pour les composants des branches de circuit reliant les trois autres entrées au trois autres sorties du circuit de commande seront comprises en se reportant à la figure 1. Les cathodes des diodes de récupération d sont reliées à la source de tension VB par une unique résistance de récupération R4. Les émetteurs de D1, D1 et D2, D2 sont respectivement reliés entre eux et reliés à la masse par des résistances shunt respectives S1 et S2. Ces résistances sont de préférence du type à couche métallique et sont de très faible valeur. Les bornes de S1 et S2 non reliées à la masse sont reliées à une première entrée la, 2a de deux circuits de régulation, repérés par 1 et 2. A une deuxième entrée lb, 2b de ces circuits est reliée la sortie d'un circuit 3 destiné à produire un signal de référence à tension constante. Ce circuit 3 est relié à la sortie d'un circuit de commande 4 dont l'entrée est reliée à l'entrée ILC. Les circuits 1 et 2 ont la même structure interne, par exemple celle représentée sur la figure 2 avec référence au circuit 1. Ce dernier comprend un amplificateur différentiel IC, constitué par exemple par un circuit du type LM 2904. L'entrée inverseuse de ce circuit IC est reliée à la résistance S1 par une résistance R5. Un condensateur C2 et une résistance R6 sont reliés en série entre l'entrée inverseuse et la sortie. Un condensateur C3 est relié entre l'entrée non- inverseuse et la masse. Les circuits 1 et 2 ont leurs sorties respectives reliées aux collecteurs de TI, T1 et T2, T2, par des résistances respectives R7. Le circuit 3 représenté sur la figure 2 comporte, entre la source de tension VS et la masse, un diviseur résistif, comprenant trois résistances R8, R9 et RIO mutuellement en série. Une autrerésistance Rll, de préférence du type ajustable, est en parallèle de RiO. Cela représente la sortie du circuit 3. Le circuit de commande 4 comprend un transistor T3 du type NPN ayant sa base reliée à l'entrée ILC par une résistance R12. Son émetteur est relié à la masse et son collecteur est relié à la borne commune à R8 et R9 par l'intermédiaire d'une résistance R13 qui est de préférence du type ajustable. Une résistance R14 est branchée entre ILC et la source de tension V. Le circuit de commande décrit dans ce qui précède opère comme décrit dans ce qui suit. On va admettre que Il et I2 sont au niveau 1 et que I1 et I2 sont au niveau 0. Dans cette condition, T1 et T2 et, par conséquent D1 et D2 sont en conduction, et les phases A et B sont actives. Dans cette condition, le moteur est arrêté. Si ILC est aussi au niveau 1, T3 est alors en conduction, et la tension que le circuit 3 présente à l'entrée non inverseuse de IC est faible, de sorte que la sortie de tension de IC est également faible et que T1, T2 et Di, D2 sont ainsi maintenus en conduction modérée. Ainsi, un faible courant circule dans les phases actives A et B du moteur, et l'on obtient ce double avantage que la puissance dissipée dans le moteur et le courant de charge supporté par la source de tension VB sont limités. Dès qu'il est nécessaire de faire fonctionner le moteur, l'entrée ILC doit être mise au niveau 0, invalidant D3. En conséquence, la tension de référence présentée par le circuit 3 à l'entrée non-inverseuse de IC est augmentée, et il y a une augmentation correspondante de la tension à la sortie de ce dernier. Par suite, le courant passant dans T1 et T2 augmente. Le condensateur T3 permet à la transition entre les modess à courant faible et à courant intense d'être réalisée graduellement dans les phases actives du moteur. Si les entrées I1 et I passent alors simultanément aux niveaux respectifs 0 et 1, T1 et D1 sont alors invalidés et T et D1 deviennent conducteurs. Il en résulte que le courant ne passe plus dans la phase A et que la la phase A est rendue active. Conformément aux signaux appliqués aux entrées complémentaires I1, I1 et I2, I2, le circuit de commande et, par conséquent, le moteur pas-à-pas SM opèrent d'une manière similaire à celle décrite dans ce qui précède. Dans chaque phase de fonctionnement, la chute de tension aux bornes de S1 et S2 est représentative du courant passant dans l'une des deux phases du moteur, celle à laquelle chacune de ces résistances est respectivement associée. Par exemple, si ce courant tend à décroître sous l'effet d'une chute de la charge de l'accumulateur ("batterie") VB, la tension présentée à l'entrée inverseuse de IC diminue, et il y a une augmentation correspondante de la tension fournie aux transistors T ou T qui sont en conduction à ce moment, cette tension les rendant conducteurs et provoquant ainsi une augmentation du courant passant dans les phases actives. Cette augmentation compense la réduction de courant d e à la décharge de la batterie VB. Le circuit de commande permet ainsi au moteur de fonctionner à courant constant. Cette commande à courant constant permet d'optimiser la fréquence du pas, c'est-à-dire le temps d'inversion du courant dans une paire d'enroulements ou de phases. En fait, il peut arriver que l'on ait la rapidité de commutation maximale si ce courant est constant. Le circuit décrit dans ce qui précède permet de piloter les phases du moteur dans les trois modes classiques dits "pas entier" ("full step"), "demi-pas" ("half step") et "une phase active" ("one phase "on"). L'utilisation de capteurs de courant constitués par des résistances du type à couche métallique, montées en parallèle, est particulièrement commode. En fait, ces résistances sont très économiques et permettent d'obtenir une bonne stabilité des performances du circuit en présence de variations de température. Dans le circuit de régulation 1, le condensateur C2 dans le réseau de rétroaction (feedback) de la sortie à l'entrée inverseuse du circuit intégré IC permet d'amortir toutes oscillations éventuelles. Le circuit 4 pour commander la diminution de courant est activé par un 1 à l'entrée ILC à chaque fois que le moteur SM doit rester à l'arrêt. Outre les avantages déjà mentionnés, la diminution du courant permet déviter fiablement les mouvements indésirables du moteur et permet de restreindre la dissipation d'énergie dans les transistors de sortie D et D. La résistance R4 permet la récupération de courant lorsqu'en commutant les transistors de puissance passent de la conduction à la non-conduction. Les condensateurs C1 assurant d'une part la protection du circuit contre les interférences électromagéntique et permettent, d'autre part, d'obtenir une limitation de la tension de crête dans les transistors de sortie, dans le premier cas de commutation, entre conduction et non- conduction, lorsque les diodes de récupération d ne son' cas encore devenues conductrices. Ces condensateurs permettent ainsi l'utilisation de diodes de récupération du type lent, lesquelles sont particulièrement économiques. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemple non limitatif, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Circuit de commande pour moteurs pas-à-pas (SM) du type monopolaire, en particulier destinés à fonctionner à bord de véhicules automobiles, la borne commune aux phases (A, A, B) du moteur (SM) étant reliée à une batterie d'alimentation (VB); le circuit comprenant, pour chaque paire de phases complémentaires (A,A;B,B) du moteur: - une première et une deuxième entrée (I,I1; I2,I2) pour signaux de commande logiques complémentaires; un premier et un deuxième dispositif de commutation (DiD; D2,D2) à conduction commandée, lesquels sont respectivement reliés à une phase (A; B) et à la phase complémentaire (A; B) et sont agencés de manière à se mettre, sous la dépendance des signaux de commande fournis à leurs entrées (II; I22), à une première et à une deuxième 1, 1242), rmir condition dans lesquelles chacun d'eux autorise ou empêche le passage de courant dans la phase qui lui est respectivement reliée; ce circuit de commande étant caractérisé en ce qu'il comporte, pour chaque paire de phases (A,R; BB) du moteur (SM): - un capteur (S1; S2) relié au premier et au deuxième dispositif de commutation (Dil; D2,D2) pour fournir un signal représentatif du courant passant dans la phase excitée; - des moyens générateurs (3) pour fournir un signal de référence constant; et - des moyens de régulation et de comparaison (1;2) reliés aux moyens générateurs (3) et au capteur (S1; S2) et aménages pour modifier le courant transmis par le dispositif de commutation (D1, D1; D2,D2) qui est en cours d'excitation, de manière à minimiser la différence entre le signal de sortie dû au capteur (S1; S2) et le signal de référence. 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens générateurs (3) fournissent le même signal de référence aux moyens de régulation et de comparaison (1,2) associés aux deux paires de phases (A,A;B,B) du moteur (SM). 3. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de commande (ILC;4) pour provoquer une réduction du courant circulant dans les deux phases (A,B;A,B), excitées dans la condition dans laquelle le moteur (SM) est arrêté. 4. Circuit de commande selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de commande comportent: - une autre entrée (ILc) pour un signal d'activation, de type logique, et - un circuit de commande (4) relié à cette autre entrée (ILC) et aux moyens générateurs (3) et aménagé de manière à modifier, lorsqu'il est activé, le signal de référence de façon à provoquer, par les moyens de régulation et de comparaison (1,2), une réduction du courant circulant dans les dispositifs de commutation (Di, D2;D1,D2) associés aux phases (A, B;AB) qui sont excitées lorsque le moteur (SM) est arrêté. 5. Circuit de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacun des capteurs comporte une résistance à couche métallique (S1;S2). 6. Circuit de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel il y a, pour chaque phase (A,A;B,B) du moteur SM, un transistor de puissance (D1,Dl;D2,D2) dont le collecteur peut être mis en liaison avec la phase correspondante (A,A;B,B) et dont l'émetteur est relié à l'émetteur du transistor de puissance associé à la phase complémentaire, le collecteur de chaque transistor de puissance (Di,U;D2,D2) étant relié à une diode de récupération (d), caractérisé en ce que les diodes de récupération (d) de tous les transistors de puissance (D1,3l;D2,D2) sont reliées à la batterie (VB) par une seule résistance (R4). 7. Circuit selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'un condensateur (C1) est branché entre chaque transistor de puissance (D1,D1;D2,D2) et la masse. 8. Circuit selon l'une quelconque des revendications ll précédentes, caractérisé en ce que, pour chaque paire de phases complémentaires (A,A;B,B), les moyens de régulation et de comparaison comprennent un amplificateur différentiel (ic) dont la première entrée (la, 2a) est reliée au capteur (S1,S2) et la deuxième entrée (lb) est reliée aux moyens générateurs (3). 9. Circuit selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens générateurs (3) comprennent, entre une source de tension stabilisée (V) et la masse du circuit, un diviseur de s tension à résistances (R - Rl). 10. Circuit selon les revendications 8 et 9, caractérisé en ce qu'un condensateur (C3) est branché entre le diviseur de tension (R8 - Rll) et la deuxième entrée (lb;2b) de l'amplificateur différentiel (IC), en parallèle entre la deuxième entrée (lb;2b) et la masse. 11. Circuit selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'amplificateur différentiel (IC) possède un réseau de rétroaction comprenant un condensateur (C2) entre la première entrée (la) et la sortie. 12. Circuit selon l'une quelconque des revendications 4 à 11, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (R13,Rll) pour permettre la régulation indépendante des deux valeurs prises par le signal de référence. 13. Circuit selon les revendications 4 et 9, caractérisé en ce que le circuit de commande (4) comporte un transistor (T3) dont la base est reliée à l'autre entrée de commande (ILC) et dont le collecteur est relié à une borne intermédiaire du diviseur de tension à résistances (R8 - R l).