(57)【要約】【課題】簡単な回路構成でパルスの周波数の漸増と漸減の両方が可能なパルス発生回路を提供する。【解決手段】パルス発生回路は、第１の端子の電位が第１の電位に達すると、第１の端子の電位を第２の電位に変更し、第１の端子の電位が第２の電位から第１の電位になるまでの時間に応じたパルスを出力する発振手段と、第１の端子の電位が第２の電位から第１の電位になるまでの時間を変更する変更手段と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の端子の電位が第１の電位に達すると、前記第１の端子の電位を第２の電位に変更し、前記第１の端子の電位が前記第２の電位から前記第１の電位になるまでの時間に応じたパルスを出力する発振手段と、
前記第１の端子の電位が前記第２の電位から前記第１の電位になるまでの時間を変更する変更手段と、
を備えていることを特徴とするパルス発生回路。
【請求項２】
前記変更手段は、コンデンサの充放電により前記第１の端子に印加する電圧を変動させることで、前記第１の端子の電位が前記第２の電位から前記第１の電位になるまでの時間を変更することを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載のパルス発生回路。
【請求項３】
前記第２の電位は前記第１の電位より小さく、
前記変更手段は、駆動指示の入力により前記コンデンサを充電して前記第１の端子に印加する電圧を増加させることで、前記第１の端子の電位が前記第２の電位から前記第１の電位になるまでの時間を短くして前記発振手段が出力するパルス幅を漸減させ、駆動停止の入力により前記コンデンサを放電して前記第１の端子に印加する電圧を減少させることで、前記第１の端子の電位が前記第２の電位から前記第１の電位になるまでの時間を長くして前記発振手段が出力するパルス幅を漸増させることを特徴とする請求項２に記載のパルス発生回路。
【請求項４】
前記駆動停止の入力後、前記発振手段が出力するパルス幅が所定長以下である間は、前記発振手段のリセットを禁止するための信号を発生する信号発生手段をさらに備えていることを特徴とする請求項３に記載のパルス発生回路。
【請求項５】
前記信号発生手段は、前記発振手段が出力するパルスの立ち上がり又は立下りのエッジをトリガとして所定長のパルス信号を出力することを特徴とする請求項４に記載のパルス発生回路。
【請求項６】
前記パルス発生回路は、ステッピングモータの駆動に用いられることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のパルス発生回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステッピングモータ等の駆動に用いるパルスを発生するパルス発生回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、ステッピングモータの駆動に用いるパルスを発生するパルス発生回路であって、発生するパルスの周波数を漸増するための構成を開示している。図４は、特許文献１に記載のパルス発生回路の構成図であり、汎用のタイマＩＣ１を用いた無安定発振回路となっている。特許文献１によると、電源端子Ｖｃｃと、コントロール端子２との間にコンデンサ４を追加している。これにより、電源投入時にコンデンサ４が充電され、充電に伴いコントロール端子２の電位が漸減することで、出力端子７から出力されるパルスの周波数が漸増するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１１３２９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載されたパルス発生回路では、パルスの周波数を漸増することはできるものの漸減することはできない。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑み、簡単な回路構成でパルスの周波数の漸増と漸減の両方が可能なパルス発生回路を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面によると、パルス発生回路は、第１の端子の電位が第１の電位に達すると、前記第１の端子の電位を第２の電位に変更し、前記第１の端子の電位が前記第２の電位から前記第１の電位になるまでの時間に応じたパルスを出力する発振手段と、前記第１の端子の電位が前記第２の電位から前記第１の電位になるまでの時間を変更する変更手段と、を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
簡単な回路構成でパルスの周波数の漸増と漸減の両方が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態に係るパルス発生回路の回路図。
【図２】タイマＩＣを用いて実現したパルス発生回路の例示的な回路図。
【図３】一実施形態によるパルス発生回路の信号のタイミング図。
【図４】背景技術に係るパルス発生回路の回路図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。
【００１０】
図１に示す様に、本実施形態によるステッピングモータの駆動回路１００は、パルス発生回路１０１と、モータドライバ１０２と、これらを制御する制御部１０３を有している。さらに、パルス発生回路１０１は、自走発振部１０４と、時定数変更部１０５と、単安定タイマ１０６とを有している。制御部１０３は、モータドライバ１０２に方向指示信号（ＤＩＲＥＣＴＩＯＮ）を出力し、パルス発生回路１０１は、モータドライバ１０２に、パルス信号であるステップ信号（ＳＴＥＰ）を送信する。モータドライバ１０２は、この方向指示信号とステップ信号によりステッピングモータを駆動する。
【００１１】
図２は、図１のパルス発生回路１０１の機能を実現する具体的な回路の一例である。以下、図１及び図２に示すパルス発生回路１０１の動作を説明する。図２において、タイマＩＣ２０１と、１個のコンデンサ２０７と、２個の抵抗２０５及び２０６により図１に示す自走発振部１０４が構成されている。なお、図２のＯＵＴ１信号が、図１のモータドライバ１０２に入力されるステップ信号に相当する。再トリガ可能なワンショットマルチバイブレータＩＣ２０２と、１個のコンデンサ２０９と、１個の抵抗２０８により、図１に示す時定数Ｔ４の単安定タイマ１０６が構成されている。アンドゲート２０３は、単安定タイマ１０６の出力ＯＵＴ２がアクティブ（Ｈレベル）のときタイマＩＣ２０１のリセットを禁止する。
【００１２】
自走発振部１０４に接続する時定数変更部１０５は、コンデンサ２０４ａと、トランジスタ２０４ｂ及び２０４ｃと、抵抗２０４ｄ、２０４ｅ、２０４ｆ及び２０４ｇと、ダイオード２０４ｈとで構成されている。時定数変更部１０５は、自走発振部１０４のタイマＩＣ２０１の自走発振周波数を漸増、漸減させるために、コンデンサ２０４ａを充放電してコンデンサ２０４ａの電圧Ｖｃを変動させる。以下、その詳細について説明する。
【００１３】
制御部１０３がＯＮ信号をアクティブ（Ｈレベル）にして駆動指示を行うと、トランジスタ２０４ｂは導通状態になり、トランジスタ２０４ｃは切断状態になる。これにより、抵抗２０４ｄを通じてコンデンサ２０４ａは徐々に充電されコンデンサ２０４ａの電圧Ｖｃは図３（ａ）に示すように緩やかに上昇して行く。コンデンサ２０４ａの容量を大きくする程、コンデンサ２０４ａの電圧Ｖｃの上昇速度は、より緩やかになる。後述するように、コンデンサ２０４ａの電圧Ｖｃが上昇するにつれてタイマＩＣ２０１の自走発振周波数は漸増して行く。コンデンサ２０４ａの容量は数百ｎＦ〜数十μＦとすることができる。抵抗２０４ｄの抵抗値は数ｋΩ〜数十ｋΩとすることができる。コンデンサ２０４ａの容量と抵抗２０４ｄの抵抗値を適宜選ぶことで、コンデンサ２０４の電圧Ｖｃが最大となるまでの時間を数十ｍ秒〜数百ｍ秒の長さに設定することができる。
【００１４】
一方、制御部１０３がＯＮ信号を非アクティブ（Ｌレベル）にして駆動停止を指示すると、トランジスタ２０４ｂは切断状態になり、トランジスタ２０４ｃは導通状態になる。これにより、抵抗２０４ｅを通じてコンデンサ２０４ａは徐々に放電されコンデンサ２０４ａの電圧Ｖｃは図３（ａ）に示すように緩やかに下降して行く。後述するように、コンデンサ２０４ａの電圧Ｖｃの下降につれてタイマＩＣ２０１の自走発振周波数は漸減して行く。抵抗２０４ｅの抵抗値は数ｋΩ〜数十ｋΩとすることができる。コンデンサ２０４ａの容量と抵抗２０４ｅの抵抗値を適宜選ぶことにより、コンデンサ２０４の電圧Ｖｃが最小となるまでの時間を数十ｍ秒〜数百ｍ秒の長さに設定することができる。
【００１５】
抵抗２０４ｆと２０４ｇ及びダイオード２０４ｈは、コンデンサ２０４ａの電圧の下限を設定するとともに、コンデンサ２０４ａの電圧Ｖｃの上昇時に、上昇初期の上昇速度を速める。コンデンサ２０４ａの電圧Ｖｃが所定の値に上昇後はコンデンサ２０４ａの電圧Ｖｃの上昇速度は緩やかになる。
【００１６】
続いて、タイマＩＣ２０１の動作について説明する。図２に示す様に、タイマＩＣ２０１のＴＨピン（第１の端子）には、コンデンサ２０７が接続されている。タイマＩＣ２０１は、図３（ａ）に示す様に、コンデンサ２０７を充電することでＴＨピンの電位を上昇させている間、ＯＵＴ１信号をアクティブ（Ｈレベル）にする様に構成されている。また、ＴＨピンの電位が所定の上限（第１の電位）に達すると、タイマＩＣ２０１は、ＤＩＳピンを、第１の電位より小さい所定の電位（第２の電位）に設定してコンデンサ２０７を放電させる様に構成されている。つまり、コンデンサ２０７に蓄積された電荷は、抵抗２０５を経由してＤＩＳピンに吸い込まれる。コンデンサ２０７の放電によりＴＨピンの電位が所定の下限（第２の電位）に達すると、タイマＩＣ２０１は、ＤＩＳピンを浮かせ、これによりコンデンサ２０７の充電を再開させる様に構成されている。また、タイマＩＣ２０１は、図３（ａ）に示す様に、ＴＨピンの電位が所定の上限から所定の下限に変更される間、ＯＵＴ１信号を非アクティブ（Ｌレベル）にする様に構成されている。したがって、図３（ａ）に示す様に、タイマＩＣ２０１は、ＴＨピンの電位が所定の下限から所定の上限に達するまでの時間に応じたパルス幅のＯＵＴ１信号を出力することになる。なお、図３（ａ）において、図２のＤＩＳピンの電位は、ＤＩＳＣＨとして示している。
【００１７】
以下、コンデンサ２０４ａの電圧Ｖｃが上昇するにつれて、タイマＩＣ２０１の自走発振周波数が漸増する仕組みについて説明する。図３（ａ）に示すように、ＯＮ信号をアクティブ（Ｈレベル）にすると、コンデンサ２０４ａの電圧Ｖｃは緩やかに上昇して行く。コンデンサ２０４ａの電圧Ｖｃが上昇するにつれ、コンデンサＶｃと抵抗２０６との接続点の電位も上昇し、よって、コンデンサ２０７の放電後、充電の開始時においてＴＨピン及びコンデンサ２０７に印加される電圧も徐々に上昇する。したがって、コンデンサ２０４ａの電圧Ｖｃが上昇するにつれ、コンデンサ２０７の充電時間が短くなり、ＴＨピンの電位が所定の下限から所定の上限に達するまでの時間も短くなってゆく。よって、図３（ａ）に示す様に、ＯＵＴ１信号のパルス幅は、コンデンサ２０４ａの電圧Ｖｃの上昇に伴い短くなる。つまり、ＯＵＴ１信号の自走発振周波数は、コンデンサ２０４ａの電圧Ｖｃの上昇に伴い増加することになる。なお、図３（ａ）に示す様に、コンデンサ２０４ａの電圧Ｖｃが最大値に達する迄の時間は、ＴＨピンの電位の上昇から下降までの最大時間より長い時間となる様に抵抗やコンデンサの値を設定する。
【００１８】
このように、制御部１０３がＯＮ信号をアクティブにすると、時定数変更部１０５の働きにより、タイマＩＣ２０１のＯＵＴ１信号のパルス幅（時定数）がＴ１から漸減してＴ２にて安定する。つまり、自走発振部１０４の自走発振周波数は漸増して所定の値で安定する。なお、ステッピングモータを駆動する用途においては、初期の自走発振周波数１／Ｔ１をステッピングモータの最大自起動周波数よりも低く、また、安定時の自走発振周波数１／Ｔ２をステッピングモータの最大自起動周波数よりも高く設定するとよい。このように設定すれば、起動時の脱調の防止と最大自起動周波数を超えたステッピングモータの駆動が可能となる。なお、マイクロステップのモータドライバを使用する場合は、上記の値とは異なる。具体的には、マイクロステップの分割数をＮとすると、初期の自走発振周波数１／Ｔ１をステッピングモータの最大自起動周波数のＮ倍よりも低くする。また、安定時の自走発振周波数１／Ｔ２をステッピングモータの最大自起動周波数のＮ倍よりも高く設定するとよい。
【００１９】
続いて、コンデンサ２０４ａの電圧Ｖｃが下降するにつれて、タイマＩＣ２０１の自走発振周波数が漸減するしくみについて説明する。図３（ａ）に示すように、ＯＮ信号を非アクティブ（Ｌレベル）にすると、コンデンサ２０４ａの電圧Ｖｃは緩やかに下降して行く。したがって、コンデンサＶｃと抵抗２０６との接続点の電位も下降し、これに伴い、ＴＨピンの電位が所定の下限から所定の上限に達するまでの時間も長くなってゆく。よって、図３（ａ）に示す様に、ＯＵＴ１信号のパルス幅は、コンデンサ２０４ａの電圧Ｖｃの下降に伴い長くなる。つまり、ＯＵＴ１信号の自走発振周波数は、コンデンサ２０４ａの電圧Ｖｃの下降に伴い減少することになる。
【００２０】
続いて、単安定タイマ１０６の動作について、図２を用いて説明する。ワンショットマルチバイブレータＩＣ２０２はＴＲＩＧ信号がアクティブ（Ｈレベル）になると、コンデンサ２０９及び抵抗２０８の時定数で決まる所定長のパルス幅Ｔ４を有する１つのパルス信号を、ＯＵＴ２信号として出力するようになっている。
【００２１】
制御部１０３がＯＮ信号をアクティブにするとＲＥＳＥＴ信号が非アクティブになるとともにＯＵＴ１信号が出力される。ＯＮ信号をアクティブにしてから時定数Ｔ１の時間が経過すると、タイマＩＣ２０１はＯＵＴ１信号を短時間停止し、タイマ動作のための外付けコンデンサ２０７の放電を実行し、その後、再びＯＵＴ１信号を出力する。この、ＯＵＴ１信号の停止のタイミングにて、ＯＵＴ１信号を反転したＴＲＩＧ信号の正方向エッジをトリガとして、ワンショットマルチバイブレータＩＣ２０２は時定数Ｔ４の幅のパルスをＯＵＴ２信号として出力する。
【００２２】
その後、タイマＩＣ２０１がＯＵＴ１信号を短時間停止するタイミングは、既に説明した通り、自走発振周波数の漸増によって、Ｔ１より短い時間間隔後となる。本実施形態では、Ｔ１≦Ｔ４の関係となる様に各時定数を設定してある。したがって、ワンショットマルチバイブレータＩＣ２０２はＴ４の時間を経過する前に、タイマＩＣ２０１のＯＵＴ１信号の短時間停止により再トリガされ、ＯＵＴ２信号を停止せずに出力し続ける（図３（ａ）参照。）。ＯＵＴ２信号は反転されてアンドゲート２０３に入力されており、これにより、タイマＩＣ２０１がリセットされることを禁止する。
【００２３】
タイマＩＣ２０１は時定数変更部１０５の働きによる自走発振周波数の漸増により、時定数Ｔ２の間隔にまでパルス周波数を増速し安定した自走発振に移行する。制御部１０３が、所定の条件を検出することでＯＮ信号を非アクティブにすると、時定数変更部１０５の働きにより、タイマＩＣ２０１の自走発振周波数が漸減する。
【００２４】
自走発振周波数の漸減は時定数Ｔ４よりも長いＴ３にて安定するように構成してもよく、また、自走発振周波数の漸減後に自走発振が停止、言い換えると、時定数Ｔ３を無限大にするように構成してもよい。いずれにしても、ＯＵＴ１信号のパルス幅が、時間Ｔ４より長くなると、ワンショットマルチバイブレータＩＣ２０２は、再トリガされる前にＯＵＴ２信号の出力を停止する（図３（ａ）参照）。ＯＵＴ２信号は反転されてアンドゲート２０３に入力されており、また、制御部１０３がＯＮ信号をすでに非アクティブにしているため、アンドゲート２０３によりＲＥＳＥＴ信号がアクティブにされる。よって、タイマＩＣ２０１がリセットされ、自走発振は停止する。すなわち、駆動停止の入力後、つまり、ＯＮ信号を非アクティブにした後であっても、自走発振部１０４が出力するＯＵＴ１信号のパルス幅が所定長以下（Ｔ４以下）である間は、自走発振は停止しない。この様に、タイマＩＣ２０１は、自走発振部１０４が出力するＯＵＴ１信号のパルス幅が所定長以下である間は、自走発振部１０４のリセットを禁止するための信号を発生する信号発生部として動作する。図３（ａ）においては、ＯＵＴ１信号の立下りを、ワンショットマルチバイブレータＩＣ２０２のトリガとしている。しかしながら、これは例示であり、信号のＨレベルとＬレベルを全体的に逆転させ、立ち上がりをワンショットマルチバイブレータＩＣ２０２のトリガとすることもできる。
【００２５】
なお、制御部１０３がＯＮ信号を非アクティブにした後も上述のように自走発振は継続するので、ステップモータの所望の停止位置から数パルスか十数パルス程度の行き過ぎを生ずる。これに対応するため、本実施形態では、以下に説明する１ステップ送り動作を実行可能な構成としている。
【００２６】
〔１ステップ送り動作〕
図３（ｂ）は、１ステップ送り動作のために制御部１０３がＯＮ信号を短時間アクティブにする動作を繰り返し実行した場合のタイミングチャートである。既に説明した図３（ａ）に示す連続送り動作ではＯＮ信号を所望の期間アクティブにし続けていたのに対し、１ステップ送り動作では制御部１０３がＯＮ信号を短時間アクティブにする。そのアクティブにする時間Ｔ５はタイマＩＣ２０１の起動時の時定数Ｔ１に対してＴ５＜Ｔ１の関係に設定されている。
【００２７】
制御部１０３がＯＮ信号をアクティブにするとＲＥＳＥＴ信号が非アクティブになるとともに、タイマＩＣ２０１がＯＵＴ１信号を出力する。ＯＮ信号をアクティブにしてから時定数Ｔ１より短いＴ５の時間の経過後、制御部１０３がＯＮ信号を非アクティブにする。このときワンショットマルチバイブレータＩＣ２０２はまだＴＲＩＧ信号によるトリガを受けておらず、ＯＵＴ２信号の出力をまだ行っていない。そのため、制御部１０３がＯＮ信号を非アクティブにすることでアンドゲート２０３によりＲＥＳＥＴ信号が生成され、タイマＩＣ２０１がリセットされ、ＯＵＴ１信号を停止する。またワンショットマルチバイブレータＩＣ２０２も同時にリセットされる。
【００２８】
このように、制御部１０３がＯＮ信号を短時間アクティブにしてから非アクティブにする毎に、ＯＵＴ１信号として１つのパルスが出力される。これによって１ステップ送りが可能となっている。なお、ＯＮ信号をアクティブにしてから非アクティブにする繰り返しによって発生するステップ信号の周波数は、少なくとも起動時はステッピングモータの最大自起動周波数を上回らないようにすることが必要である。Ｎ分割のマイクロステップ駆動を使用している場合は、発生するステップ信号の周波数は、少なくとも起動時はステッピングモータの最大自起動周波数のＮ倍を上回らないようにすることが必要である。
【００２９】
なお、ワンショットマルチバイブレータＩＣ２０２の上記動作と同等の動作を、タイマＩＣ２０１と同一または同等の素子を追加して行わせてもよい。また、タイマＩＣ２０１は汎用のタイマＩＣの他、専用のタイマ回路でもよく、ディスクリート発振回路や発振器等でもよい。すなわち、回路の特定箇所の電位を上昇させることで発振出力信号の周波数が上昇し、該特定箇所の電位を下降させることで発振出力信号の周波数が下降するような、電圧制御型発振回路を有していればよい。
【００３０】
本実施形態のパルス発生回路１０１は、簡単な構成となっており、安価であると同時に部品点数が少ないため信頼性が高くできる。また、制御部１０３に使用するマイコン等の制御プログラムは、ステップ信号を出力するための信号レベルの遷移が少ないため簡単になる。
【００３１】
また、本発明のパルス発生回路１０１は、ＯＮ信号を非アクティブにした際に、すぐにはパルス発生を停止せず、発生するパルスの発振周波数を漸減させながら十数パルス程度さらにパルスを出力し続ける。このような働きによって急停止が防止され、パラレルリンクロボット等に応用した場合に、急停止の衝撃によるワークの落下等を防止できる。
【符号の説明】
【００３２】
１０４：自走発信部、１０５：時定数変動部、１０６：単安定タイマー、１０３：制御部、１０２：モータドライバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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