Brevet FR2693326A1 — publié le 19940107

PROCEDE ET CIRCUIT DE DETECTION DE LA POSITION D'UN MOTEUR PAS-A-PAS L'invention concerne les commandes de moteurs pas-à-pas et plus particulièrement la détection de la position de ces moteurs. Les moteurs pas-à-pas sont souvent utilisés pour réaliser des commandes de position. Par rapport aux asservissements de position utilisant d'autres types de moteurs, l'usage des moteurs pas à pas présente l'avantage de ne pas exiger des capteurs de position pour fournir des signaux de contre-réaction de l'asservissement. La position du moteur est en principe définie par le nombre d'impulsions de courant appliqué aux enroulements du moteur. Cependant, l'absence totale de capteur de position ne permet pas de s'assurer si le moteur a tourné effectivement du nombre de pas imposé par la commande du moteur. Ceci devient un inconvénient dans les cas où la charge du moteur présente un couple résistant pouvant varier dans des proportions relativement importantes. Par exemple, on peut utiliser un moteur pas à pas pour actionner un volet de réglage de débit d'air dans un système de conditionnement d'air pour véhicule. Or, la partie mécanique de l'actionnement présente des variations de couple en fonction d'abord de la position et d'autre part, à cause de paramètres difficilement contrôlables tels que les dispersions de fabrication des parties mécaniques ou l'influence de la température et du vieillissement des matériaux utilisés. Le problème précédent peut bien sûr être résolu en ajoutant un capteur de position relié à la commande. Cependant cette solution aurait pour effet de réduire l'intérêt d'utiliser un moteur pas à pas. Selon une autre possibilité, on peut éviter l'utilisation d'un capteur en effectuant l'analyse des courants d'alimentation des enroulements du moteur. Cette solution exploite le fait que le courant circulant dans les enroulements est différent selon que le moteur est en rotation ou bloqué. Conformément à cette approche, la demande de brevet européen EP-A 305 876 publiée le 8 mars 1989 et intitulée "Stepper motor shaft position sensor" propose un circuit de détection de rotation d'un moteur pas à pas basé sur la mesure du courant circulant dans les enroulements. Le signal de mesure du courant est dérivé par rapport au temps et comparé à une valeur de seuil prédéterminée. Le résultat de la comparaison permet de déterminer si le moteur a tourné d'un pas ou non. Bien que la solution précédente permette théoriquement de détecter la rotation effective du moteur, sa mise en oeuvre se révèle difficile. En effet, les courants mesurés dans les enroulements du moteur n'ont pas de caractéristiques très bien définies. En particulier les variations du courant en fonction du temps dans le cas où le moteur tourne présente généralement des fluctuations importantes par rapport au courant théorique. Il en résulte que la dérivée du courant mesuré pourrait être interprétée comme représentative d'un moteur bloqué alors qu'il a fonctionné normalement. L'invention a pour but de remédier aux inconvénients précédents. Elle est basée sur les observations suivantes 1) le temps de montée du courant circulant dans les enroulements d'un moteur bloqué est inférieur à celui pour un moteur en rotation; 2) les variations en fonction du temps du courant mesuré dans les enroulements lorsque le moteur est bloqué sont moins sujettes à des fluctuations que celles pour un moteur en rotation. Plus précisément, l'invention a pour objet un procédé pour détecter la rotation d'un moteur pas à pas par une mesure des courants circulant dans les enroulements dudit moteur, caractérisé en ce qu'il consiste à produire un signal de référence dont les variations par rapport au temps sont représentatives des variations du courant réel circulant dans lesdits enroulements lorsque le moteur est bloqué et à comparer ledit signal de référence à un signal de mesure représentatif du courant réel circulant dans lesdits enroulements. L'invention a également pour objet un circuit de détection pour la mise en oeuvre du procédé. Le circuit de détection comporte un capteur de courant fournissant un signal de mesure du courant circulant dans les enroulements du moteur et il est caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de simulation pour produire un signal de référence dont les variations par rapport au temps sont représentatives des variations du courant réel circulant dans lesdits enroulements lorsque le moteur est bloqué et des moyens de comparaison reliés audit détecteur et audit circuit de simulation, lesdits moyens de comparaison fournissant un signal indicatif de l'état de rotation du moteur lorsque la différence entre le signal de référence et le signal de mesure dépasse en valeur absolue une valeur prédéterminée. Habituellement, le moteur est alimenté par un circuit de puissance commandé par des impulsions de commande de rotation. Conformément à une variante de réalisation du circuit selon l'invention, le circuit de simulation comporte un circuit à constante de temps synchronisé par les impulsions de commande de rotation. L'invention a également pour objet l'application du circuit de détection pour commander l'angle d'ouverture du volet de réglage de débit d'air d'un système de climatisation pour véhicule automobile. D'autres aspects et avantages du procédé et du circuit selon l'invention apparaitront dans la suite de la description en référence aux figures - la figure 1 est un schéma d'ensemble d'une commande de moteur pas à pas associé au détecteur selon l'invention; - la figure 2 est un autre schéma utilisant un microcontrôleur; - la figure 3 est un schéma d'une réalisation détaillée du circuit de détection selon l'invention; - les figures 4 à 7 représentent des chronogrammes permettant d'expliquer le fonctionnement du circuit de la figure 3, et - les figures 8 à 10 représentent un bloc de commande de climatisation utilisant un moteur pas à pas et le circuit de détection selon l'invention. Le schéma de la figure 1 montre un moteur pas à pas M alimenté par un circuit de puissance 2, commandé par un générateur d'impulsions 3. Conformément à l'invention, un capteur de courant 4 est relié à un amplificateur 5 qui fournit un signal de mesure de courant Ir circulant dans les enroulements du moteur M à un soustracteur 7. Le soustracteur 7 reçoit, d'autre part, un signal de sortie Is fourni par un circuit de simulation de courant 6 synchronisé par le générateur d'impulsions 3. La sortie du soustracteur 7 est reliée à un amplificateur 8 qui fournit à un comparateur 9 un signal Id représentant la différence entre Is et Ir. Les éléments 4 à 9 composent les éléments constitutifs du détecteur de rotation selon l'invention. La constitution et le fonctionnement détaillés de ces éléments seront donnés en référence à la figure 3. La figure 2 représente un mode de réalisation particulier d'une commande de moteur pas à pas associé au circuit de détection selon l'invention. Le moteur pas à pas M comporte deux enroulements La, Lb alimentés par le circuit de puissance 2 commandé à partir d'un microcontrôleur 3 prévu par exemple pour commander la climatisation d'un véhicule automobile. Le microcontrâleur 3 fournit des impulsions c de commande de rotation au circuit 2. Le circuit 2 est alimenté par une source de tension 1 qui est par exemple la batterie du véhicule. En fonction des impulsions c reçues, le circuit 2 produit des impulsions de courant Ip dans les enroulements La, Lb pouvant être mesurées par la tension aux bornes d'une résistance 4.Cette tension est appliquée à l'entrée du détecteur de rotation D synchronisé par les impulsions c et fournissant le signal de détection de rotation s appliqué au microcontrôleur 3. Le circuit de puissance 2 peut être constitué d'un circuit de commande pas à pas disponible sur le marché tel que le circuit UDN 2916 de la société SPRAGUE. Ce circuit intégré permet en outre de limiter le courant circulant dans les enroulements La, Lb par une modulation de largeur d'impulsion dont la fréquence est réglable par une entrée MLI prévue à cet effet. Le hachage du courant s'opère de la façon suivante : le courant est coupé dès qu'une valeur est atteinte, la remise en conduction s'effectue après un temps fixé par des composants externes. De même, le microcontrôleur peut être un circuit intégré de type classique proposé par divers constructeurs. Ce montage permet au microcontrôleur 3 de commander le sens de rotation et le nombre de pas devant être effectués par le moteur en fonction de divers paramètres de régulation. Grâce au signal de détection de rotation s fourni par le détecteur D selon l'invention, le microcontrôleur 3 peut diagnostiquer des anomalies de fonctionnement et envoyer un signal de détection de défaut. La figure 3 représente un mode de réalisation détaillé du détecteur de rotation D. Il comporte un circuit de simulation 6 comprenant un transistor bipolaire NPN 24 dont la base reçoit les impulsions de commande de rotation c par l'intermédiaire d'une résistance 20. L'émetteur du transistor 24 est relié à la masse par l'intermédiaire d'une résistance 21 tandis que son collecteur est relié à la borne positive de la batterie 1 par l'intermédiaire d'éléments résistants variables 18, 19. Le collecteur du transistor 24 est, d'autre part, relié à une borne d'un condensateur 23 dont l'autre borne est reliée à la masse. Le collecteur du transistor 24 est également relié à une première borne d'un potentiomètre 22 dont le curseur est relié à la masse par l'intermédiaire d'une diode zener 25. La seconde borne du potentiomètre 22 fournit le signal de simulation Is. Le simulateur 6 constitue donc un circuit à constante de temps caractérisé par les valeurs des résistances 18, 19, 21 et du condensateur 23. La résistance 19 est réglable de façon à pouvoir ajuster cette constante de temps.D'autre part, le potentiomètre 22 associé à la diode zener 25 permet de limiter la tension du signal de simulation Is. La tension aux bornes de la résistance 4 est appliquée à l'entrée d'un circuit d'amplification 5 essentiellement constitué d'un amplificateur différentiel 35 dont l'entrée directe est reliée à la masse par l'intermédiaire d'une résistance 14 et dont l'entrée inverseuse est reliée à une borne de la résistance 4 par l'intermédiaire d'une résistance 12. La sortie de l'amplificateur 35, fournissant le signal de mesure Ir représentatif du courant réel circulant dans les enroulements du moteur, est reliée à son entrée inverseuse par l'intermédiaire d'une résistance de contre-réaction 13. Le soustracteur 7 est formé d'un amplificateur différentiel 36 dont l'entrée directe reçoit le signal de référence Is par l'intermédiaire d'une résistance 17 et dont l'entrée inverseuse reçoit le signal de mesure Ir par l'intermédiaire d'une résistance 15. La sortie de l'amplificateur 36 est reliée respectivement à ses entrées directe et inverse par l'intermédiaire des résistances 26 et 16. La sortie de l'amplificateur 36 est également reliée à un amplificateur inverseur 8 qui comprend un amplificateur différentiel 37 dont l'entrée inverseuse est connectée à la sortie de l'amplificateur 36 par l'intermédiaire d'une résistance 27 et dont l'entrée directe est reliée à la masse par l'intermédiaire d'une résistance 29. La sortie de l'amplificateur 37, qui délivre le signal Id représentatif de la différence entre Ir et Is, est reliée à son entrée inverseuse par l'intermédiaire d'une résistance de contre-réaction 28. Le comparateur 9 comporte un amplificateur différentiel 38 dont l'entrée directe est reliée à la sortie de l'amplificateur 37 par l'intermédiaire d'une résistance 33. L'entrée inverseuse de l'amplificateur 38 reçoit une tension de référence It fournie par un diviseur de tension 30 alimenté par la tension de batterie 1. La sortie de l'amplificateur 38 fournit le signal de détection de rotation s. Le fonctionnement du circuit de la figure 3 va maintenant être décrit en référence aux chronogrammes des figures 4 à 7. La figure 4 représente les variations en fonction du temps du signal de référence Is qui constitue une simulation du courant d'enroulement du moteur lorsque ce dernier est bloqué. La figure 5 représente les variations en fonction du temps d'un signal de mesure du courant Ir circulant dans un enroulement du moteur lorsque ce dernier est en rotation. La différence Id entre le signal de simulation Is et le signal de mesure du courant Ir est représentée à la figure 6. Les signaux Is, Ir et Id étant synchronisés par l'impulsion de commande de rotation, le signal de différence Id varie en fonction du temps selon l'allure de la courbe représentée à la figure 6.A l'apparition de l'impulsion de commande le signal Id passe de la valeur 0 à une valeur maximum puis décroît à nouveau vers 0. Le comparateur 9 effectue la comparaison entre le signal de différence Id et une valeur prédéterminée It et fournit l'impulsion de détection de rotation s représentée à la figure 7. Bien entendu, les courbes des figures 4 à 6 sont des représentations simplifiées des courants réels ou simulés que l'on peut observer en réalité. En particulier, le courant Ir présente généralement des perturbations difficiles à supprimer. Il est à remarquer que le courant Ir présente un temps de transition entre la valeur 0 et une valeur maximale imposée généralement par un dispositif de limitation de courant déjà évoqué lors de la description de la figure 4. Afin de faciliter la comparaison entre Is et Ir, il est donc préférable d'ajuster la valeur maximale du signal de référence Is à la même valeur Im que la valeur maximale du signal de mesure du courant. Ceci peut être obtenu en dimensionnant convenablement les composants du circuit à constante de temps et par le fait que la même source de tension alimente le moteur et le circuit de simulation. Cette dernière mesure a également pour effet de rendre la comparaison entre Is et Ir pratiquement insensible aux variations de la tension d'alimentation. On peut enfin constater que la synchronisation du signal de référence par les impulsions de commande de rotation permet très facilement d'obtenir un signal de détection de rotation de type impulsionnel lui-même synchronisé par les impulsions de commande. La largeur des impulsions du signal de détection dépendra faiblement de la tension d'alimentation en prévoyant d'alimenter le diviseur de tension 30 par la même source que le moteur. La figure 8 représente un bloc de climatisation B actionné par un moteur pas à pas utilisant le circuit de détection selon l'invention. Le bloc de climatisation B est muni d'un volet V d'entrée d'air actionné par le moteur M par l'intermédiaire d'un réducteur R et d'une tringlerie T. L'angle d'ouverture du volet V est déterminé par la position du moteur M. Les figures 9 et 10 montrent respectivement les positions d'ouverture maximale et minimale du volet V. REVENDICATIONS 1. Procédé pour détecter la rotation d'un moteur pas à pas (M) par une mesure des courants (Ip) circulant dans les enroulements (La, Lb) dudit moteur M caractérisé en ce qu'il consiste à produire un signal de référence (Is) dont les variations par rapport au temps sont représentatives des variations du courant réel (Ip) circulant dans lesdits enroulements (La, Lb) lorsque le moteur (M) est bloqué et à comparer ledit signal de référence (Is) à un signal de mesure Ir représentatif du courant réel (Ip) circulant dans lesdits enroulements (La, Lb). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite comparaison consiste à effectuer la différence (Id) entre ledit signal de référence (Is) et ledit signal de mesure (Ir) et à détecter si ladite différence (Id) est supérieure en valeur absolue à une valeur de seuil (It) prédéterminée. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit signal de référence (Is) et ledit courant réel (Ip) sont synchronisés. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite détection consiste à produire un signal impulsionnel. 5. Circuit de détection de la rotation d'un moteur pas à pas (M), ledit circuit de détection comportant un capteur (4,5) de courant fournissant un signal de mesure (Ir) du courant (Id) circulant dans les enroulements (La, Lb) dudit moteur (M), caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de simulation (6) pour produire un signal de référence (Is) dont les variations par rapport au temps sont représentatives des variations du courant réel (Ip) circulant dans lesdits enroulements (La, Lb) lorsque le moteur (M) est bloqué et des moyens de comparaison (7,8,9) reliés audit détecteur 4 et audit circuit de simulation (6), lesdits moyens de comparaison (7,8,9) fournissant un signal (s) indicatif de l'état de rotation du moteur (M) lorsque la différence (Id) entre le signal de référence (Is) et le signal de mesure (Ir) dépasse en valeur absolue une valeur prédéterminée (It). 6. Circuit de détection selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit moteur (M) étant alimenté par un circuit de puissance (2) commandé par des impulsions (c) de commande de rotation, ledit circuit de simulation (6) comporte un circuit à constante de temps (18,19,21,23) synchronisé par lesdites impulsions (c) de commande de rotation. 7. Circuit de détection selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit circuit à constante de temps (18,19,21,23) est du type résistance-capacité, dont les composants sont dimensionnés de façon à fournir une tension dont le temps de transition est égal au temps de montée du signal de mesure (Ir) lorsque le moteur (M) est bloqué et dont la valeur de seuil (Im) est égal à la valeur de seuil du signal de mesure (Ir). 8. Circuit de détection selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit circuit à constante de temps est alimenté par une même source de tension (1) que ledit circuit de puissance (2). 9. Circuit de détection selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite valeur prédéterminée (It) est fournie par un diviseur de tension (30) alimenté par ladite source d'alimentation (1). 10. Application du circuit de détection selon l'une des revendications 5 à 9 pour commander l'angle d'ouverture d'un volet V de réglage de débit d'air d'un système de climatisation pour véhicule automobile.