步进电机驱动电路及模拟电子时钟.pdf

本发明涉及步进电机驱动电路及模拟电子时钟。本发明的目的在于根据电机来生成适当驱动脉冲。多个占空生成电路各生成占空比彼此不同的信号。主驱动脉冲生成电路使用所述多个占空生成电路的输出信号来生成驱动脉冲，并且电机驱动电路转动并驱动步进电机。所述步进电机驱动显示单元的指针。当转动检测电路检测到所述步进电机未转动时，修正驱动脉冲生成电路使用来自所述多个占空生成电路中的一个的信号，来输出修正驱动脉冲，并且所述电机驱动电路用所述修正驱动脉冲来强制转动并驱动所述电机。

1、  一种转动并驱动步进电机的步进电机驱动电路，该步进电机驱动电路包括：
多个占空生成电路，其被设置为各生成占空比互不相同的信号；
电机驱动装置，其用于通过使用所述多个占空生成电路的输出信号来生成驱动脉冲，以转动并驱动所述步进电机；以及
转动检测装置，其用于检测所述步进电机是否受所述电机驱动装置的驱动而转动，
其中，所述电机驱动装置根据所述转动检测装置的检测结果，通过驱动脉冲来转动并驱动所述步进电机。

2、  根据权利要求1所述的步进电机驱动电路，其中，所述占空生成电路中的每一个的占空比能够独立设置。

3、  根据权利要求1所述的步进电机驱动电路，其中，在正常状态下所述驱动脉冲是转动并驱动所述步进电机的主驱动脉冲，而当所述主驱动脉冲未使所述步进电机转动时，所述驱动脉冲是修正驱动脉冲，该修正驱动脉冲具有比所述主驱动脉冲更大的能量且强制转动并驱动所述步进电机，并且
所述多个占空生成电路中的任意一个用于生成所述主驱动脉冲和所述修正驱动脉冲两者。

4、  根据权利要求2所述的步进电机驱动电路，其中，在正常状态下所述驱动脉冲是转动并驱动所述步进电机的主驱动脉冲，而当所述主驱动脉冲未使所述步进电机转动时，所述驱动脉冲是修正驱动脉冲，该修正驱动脉冲具有比所述主驱动脉冲更大的能量且强制转动并驱动所述步进电机，并且
所述多个占空生成电路中的任意一个用于生成所述主驱动脉冲和所述修正驱动脉冲两者。

5、  根据权利要求3所述的步进电机驱动电路，其中，具有最大占空比的所述占空生成电路用于生成所述主驱动脉冲和修正驱动脉冲两者。

6、  根据权利要求4所述的步进电机驱动电路，其中，具有最大占空比的所述占空生成电路用于生成所述主驱动脉冲和修正驱动脉冲两者。

7、  根据权利要求3所述的步进电机驱动电路，其中，所述多个占空生成电路中的仅任意一个能够操作，并且该占空生成电路的输出信号用于生成所述主驱动脉冲和修正驱动脉冲两者。

8、  根据权利要求4所述的步进电机驱动电路，其中，所述多个占空生成电路中的仅任意一个能够操作，并且该占空生成电路的输出信号用于生成所述主驱动脉冲和修正驱动脉冲两者。

9、  根据权利要求1至6中任意一项所述的步进电机驱动电路，其中，所述电机驱动装置通过对所述多个占空生成电路的输出进行合并，来生成所述驱动脉冲。

10、  根据权利要求1至6中任意一项所述的步进电机驱动电路，其中，所述转动检测装置被禁止运行，并且所述电机驱动装置仅通过所述修正驱动脉冲来转动并驱动所述步进电机。

11、  一种模拟电子时钟，该模拟电子时钟包括：
步进电机，其被设置为转动并驱动指针；以及
步进电机驱动电路，其被设置为转动并驱动所述步进电机，
其中，根据权利要求1所述的步进电机驱动电路用作所述步进电机驱动电路。

步进电机驱动电路及模拟电子时钟
技术领域
本发明涉及步进电机驱动电路及使用该步进电机驱动电路的模拟电子时钟。
背景技术
到目前为止，针对模拟电子时钟使用了步进电机，该步进电机包括：定子，其具有转子外壳开口以及用于确定转子的停止位置的定位部分；转子，其设置于该转子外壳开口内；以及线圈，其中将交流信号提供给该线圈，以使得所述定子生成磁通量，由此转动所述转子并将该转子停止在与所述定位部分相对应的位置处。
作为这种步进电机的驱动方法，存在如下方法，其中，在通过主驱动脉冲来驱动步进电机中，检测所述步进电机是否基于在该步进电机中生成的感应电压而转动，根据所述步进电机是否转动，将所述主驱动脉冲改变为具有不同脉冲持续时间的主驱动脉冲以驱动所述步进电机，或者通过具有比所述主驱动脉冲更长的脉冲持续时间的修正驱动脉冲来强制转动所述步进电机，由此以最小能量转动并驱动所述步进电机(例如，参照专利文献JP-B-63-018148、JP-B-63-018149以及JP-B-57-018440)。
图5是示出主驱动脉冲和修正驱动脉冲的波形的定时图。如图5A所示，在通过梳齿状(comb-teeth)主驱动脉冲P1驱动步进电机中，当检测到处于预定电平或更高电平的转动检测信号Vrs时，确定该步进电机在转动。如图5B所示，在通过主驱动脉冲P1转动并驱动所述步进电机中，当没有检测到处于预定电平或更高电平的转动检测信号Vrs时，确定该步进电机没有转动，随后利用比主驱动脉冲P1更宽的梳齿状修正驱动脉冲P2来转动并驱动所述步进电机。此外，图5C是仅使用一种修正驱动脉冲P2来转动并驱动步进电机的示例。
安装有这种步进电机驱动电路从而以最小能量驱动步进电机的电子时钟通过多个驱动脉冲来驱动所述电机。此时，所述电子时钟被配置为，其中响应于转动检测电路的检测结果，时序电路按照恒定的增加能量速率来增大脉冲，直到该脉冲达到可驱动脉冲，反之该时序电路按照每特定间隔来减小该脉冲，以确定该脉冲是否过度增大。因此，节省功耗是可能的。
然而，会出现以下问题。因为最佳脉冲根据时钟规格而变化，所以脉冲串数量的增加会超过必要限度。脉冲达到所述最佳脉冲需要花费时间。当脉冲因干扰而临时增大时，所述脉冲恢复到其原始脉冲也需要花费时间。因为脉冲生成电路被配置为具有恒定的增加能量速率，所以难以应对脉冲的随机变化。
发明内容
鉴于上述问题而作出本发明。本发明的目的是根据电机来生成适当驱动脉冲。
根据本发明的实施方式，提供了一种转动并驱动步进电机的步进电机驱动电路，该步进电机驱动电路包括：多个占空生成电路，其被配置为各生成占空比彼此不同的信号；电机驱动装置，其通过使用所述多个占空生成电路的输出信号来生成驱动脉冲，以转动并驱动所述步进电机；以及转动检测装置，其用于检测所述步进电机是否受所述电机驱动装置的驱动而转动，其中，所述电机驱动装置根据所述转动检测装置的检测结果，用驱动脉冲来转动并驱动所述步进电机。
所述多个所述占空生成电路各生成占空比彼此不同的信号。所述电机驱动装置使用所述多个占空生成电路的输出信号来生成驱动脉冲，并且转动并驱动所述步进电机。所述转动检测装置检测所述步进电机是否受所述电机驱动装置的驱动而转动，并且根据所述转动检测装置的检测结果，用驱动脉冲来转动并驱动所述步进电机。
在此，可以配置成其中能够独立设置所述占空生成电路中的每一个的占空比。
此外，可以配置成其中在正常状态下，所述驱动脉冲是用于转动并驱动所述步进电机的主驱动脉冲；而当通过所述主驱动脉冲无法转动所述步进电机时，所述驱动脉冲是具有比所述主驱动脉冲更大的能量以强制转动并驱动所述步进电机的修正驱动脉冲，并且所述多个占空生成电路中的任意一个用于生成所述主驱动脉冲和所述修正驱动脉冲。
此外，可以配置成其中使用具有最大占空比的占空生成电路来生成所述主驱动脉冲和修正驱动脉冲两者。
此外，可以配置成其中使得所述多个占空生成电路中的仅任意一个可操作，并且将该占空生成电路的输出信号用于生成所述主驱动脉冲和修正驱动脉冲两者。
此外，可以配置成其中所述电机驱动装置通过对所述多个占空生成电路的输出进行合并来生成所述驱动脉冲。
此外，可以配置成其中禁止所述转动检测装置运行，并且所述电机驱动装置仅通过所述修正驱动脉冲来转动并驱动所述步进电机。
此外，根据本发明的实施方式，提供了一种模拟电子时钟，该模拟电子时钟包括：步进电机，其被配置为转动并驱动指针；以及步进电机驱动电路，其被配置为转动并驱动所述步进电机，其中，将上述步进电机驱动电路用作所述步进电机驱动电路。
根据本发明的实施方式的所述步进电机驱动电路，能够通过适合电机的适当驱动脉冲来驱动所述电机。
此外，根据本发明的实施方式的所述模拟电子时钟，能够通过适合时钟的适当驱动脉冲来驱动步进电机。
附图说明
图1是描绘根据本发明的一个实施方式的模拟电子时钟的框图；
图2是例示了根据本发明的该实施方式的步进电机驱动电路和模拟电子时钟的运行的定时图；
图3是例示了根据本发明的该实施方式的步进电机驱动电路和模拟电子时钟的运行的定时图；
图4是例示了根据本发明的该实施方式的步进电机驱动电路和模拟电子时钟的运行的定时图；以及
图5A、5B及5C是现有技术的步进电机驱动电路的定时图。
具体实施方式
图1是描绘根据本发明的实施方式的模拟电子时钟的框图，其示出了示例性模拟电子手表。
在图1中，模拟电子时钟包括：振荡电路101，其生成预定频率的信号；分频电路102，其对在振荡电路101生成的信号进行分频，以生成时钟信号作为时间基；控制电路103，其执行对构成该电子时钟的各个电子电路组件的控制以及对驱动脉冲的变化的控制；多个占空生成电路104到107，各占空生成电路生成占空比彼此不同的信号；主驱动脉冲生成电路108，其在预定时间段内传送从占空生成电路104到107中的一个输出的信号，并且输出该信号作为梳齿状主驱动脉冲；修正驱动脉冲生成电路109，其在预定时间段内传送从占空生成电路107输出的信号，并且输出该信号作为梳齿状修正驱动脉冲；电机驱动电路110，其使用来自主驱动脉冲生成电路108的主驱动脉冲以及来自修正驱动脉冲生成电路109的修正驱动脉冲，并且输出电机驱动信号；以及步进电机111。此外，该电子时钟包括：转动检测电路112，其基于来自步进电机111的感应电压信号来对步进电机111是否转动进行检测；以及模拟指示单元113，其包括由步进电机111转动并驱动用以指示每天的时间的指针。
控制电路101基于来自分频电路102的时钟信号来执行每天的当前时间的定时器操作，并且控制各个组件，使得模拟指示单元113指示每天的当前时间。
占空生成电路104到107中的每一个连续地生成占空比彼此不同的梳齿状信号。该占空比被设置为按照占空生成电路104、105、106及107的次序而增大。具有最大占空比的占空生成电路107用于生成主驱动脉冲和修正驱动脉冲。
此外，在制造阶段，根据步进电机111的特征及负载来初始地设置占空生成电路104到107中的每一个的占空比，以根据时钟的类型来设置合适的驱动脉冲。
主驱动脉冲生成电路108在预定时间段内传送从由控制电路103所选择的占空生成电路104到107中的一个输出的梳齿状信号，并且将该信号作为主驱动脉冲输出给电机驱动电路110。此外，在输出修正驱动脉冲的情况下，修正驱动脉冲生成电路109在预定时间段内传送从占空生成电路107输出的梳齿状信号，并且将该信号作为修正驱动脉冲输出给电机驱动电路110。
电机驱动电路110基于来自主驱动脉冲生成电路108的主驱动脉冲以及来自修正驱动脉冲生成电路109的修正驱动脉冲，来转动并驱动步进电机111。步进电机111转动并驱动模拟指示单元113的指针。
转动检测电路112被设置为与已投入使用的公知转动检测电路类似，该转动检测电路112被配置为在步进电机111转动时，对超出预定基准阈值电压Vcomp的转动检测信号Vrs进行检测，并且被配置为当步进电机111未转动时，不对超出基准阈值电压Vcomp的转动检测信号Vrs进行检测。
控制电路103从占空生成电路104到107中选择一个占空生成电路，允许主驱动脉冲生成电路108输出主驱动脉冲，并且允许修正驱动脉冲生成电路109输出修正驱动脉冲，从而基于步进电机111是否转动(这由转动检测电路112进行检测)来输出修正驱动脉冲或具有必要能量的主驱动脉冲。
此外，振荡电路101和分频电路102构成信号生成装置，而模拟指示单元113构成时间指示装置。转动检测电路112构成转动检测装置，并且控制电路103、主驱动脉冲生成电路108、修正驱动脉冲生成电路109、以及电机驱动电路110构成电机驱动装置。
图2是示出根据本发明的实施方式的步进电机驱动电路的定时图。
在图2中，Duty 1到Duty 4分别表示从占空生成电路104到107输出的信号。此外，P11到P14表示从主驱动脉冲生成电路108输出的主驱动脉冲。此外，与图5类似，在本实施方式中，主驱动脉冲P11到P14示出了由四个脉冲分别形成的示例性梳齿状驱动脉冲。
在图1及图2中，控制电路103对占空生成电路104到107及主驱动脉冲生成电路108进行控制，使得主驱动脉冲生成电路108输出占空生成电路104到107的输出中的与必要驱动能量相对应的任意一个输出。在这种情况下，可以配置成，选择的一个占空生成电路输出信号，并且主驱动脉冲生成电路108在预定时间段内连续输出所输入的信号。此外，可以配置成，控制全部占空生成电路104到107来输出信号，并且主驱动脉冲生成电路108从这些信号中选择任意一个信号并输出所选择的信号作为主驱动脉冲。
四个脉冲形成梳齿状主驱动脉冲。当主驱动脉冲是P11、P12、P13及P14时，主驱动脉冲生成电路108从占空生成电路104、105、106及107的输出信号Duty 1、Duty 2、Duty 3及Duty 4中选择一个输出信号，由此将所选择的一个主驱动脉冲从主驱动脉冲生成电路108输入到电机驱动电路110。电机驱动电路110通过该主驱动脉冲来转动并驱动步进电机111。
图3是使用占空生成电路107的输出信号来生成修正驱动脉冲P2的示例。
在图3中，作为通过主驱动脉冲来转动并驱动步进电机111的结果，当转动检测电路112检测到步进电机111并未转动时，控制电路103控制修正驱动脉冲生成电路109，以使用占空生成电路107的输出信号Duty4来生成修正驱动脉冲P2。修正驱动脉冲P2是具有比主驱动脉冲P14更大能量的驱动脉冲(在该实施方式中，时间范围更长)。电机驱动电路110用修正驱动脉冲P2来转动并驱动电机111，此后电机驱动电路110根据预定处理流程，用主驱动脉冲中的任意一个来转动并驱动电机111。
例如，以具有占空生成电路104所设置的占空比的信号Duty 1来输出主驱动脉冲P11，当转动检测电路112的检测结果表示电机111并未转动时输出修正驱动脉冲P2，并且，在下次驱动电机时以具有占空生成电路105所设置的占空比的信号Duty 2来输出主驱动脉冲P12，以用于转动并驱动电机111。
如上所述，这些用于生成主驱动脉冲的占空生成电路中的一个占空生成电路还用作生成修正驱动脉冲P2的占空生成电路，由此可提供简单的构造。
图4是根据本发明的另一实施方式的定时图，并且与图2相同的部分用相同的标记和标号来指示。虽然电路结构与图1基本相同，但是占空生成电路106不是必需的。
图4中的示例被配置为其中使用多个占空生成电路来各自生成主驱动脉冲，并且还通过对所述多个占空生成电路的输出进行合并来生成主驱动脉冲。因此，较少数量的占空生成电路可用于生成多种类型的主驱动脉冲。
在图4中，分别根据两个占空生成电路104和105的输出信号Duty1和Duty 2来生成主驱动脉冲P11及P13。
另一方面，在生成主驱动脉冲P12时，可以通过交替合并占空生成电路104和105的输出，来获得主驱动脉冲P12。换言之，在四个时段T1到T4中，在时段T1及T3内使用占空生成电路104的输出信号Duty1，在时段T2及T4内使用占空生成电路105的输出信号Duty 2，并且对这些输出信号进行合并来获得具有主驱动脉冲P11与P13之间的中间持续时间的主驱动脉冲P12。因此，可以通过减少数量的电路来生成各种驱动脉冲。
如上所述，按各截波波形(chopped waveform)来交替输出占空生成电路104和占空生成电路105的信号，由此可以增加主驱动脉冲的类型数量，并且可以提高驱动能量增大时的分辨率。
此外，作为另一示例性修改例，可配置为其中预先准备具有多个占空生成电路的电路，例如基于电机特性而仅从这些占空生成电路中选择一个占空生成电路设置为可操作，并且禁止其它占空生成电路运行。
此外，可配置成其中不输出主驱动脉冲，禁止转动检测电路112运行，并且仅输出修正驱动脉冲P2来转动并驱动步进电机。
如上所述，根据本发明的实施方式的步进电机驱动电路，占空生成电路104到107生成占空比彼此不同的信号。主驱动脉冲生成电路108使用占空生成电路104到107的输出信号来生成驱动脉冲，并且电机驱动电路110转动并驱动步进电机111。该步进电机111驱动显示单元113的指针。当转动检测电路112检测到步进电机111未转动时，修正驱动脉冲生成电路109使用来自占空生成电路107的信号来输出修正驱动脉冲，随后电机驱动电路110通过修正驱动脉冲来强制转动并驱动步进电机111。
如上所述，可配置成提供能够独立设置其占空比的多个占空生成电路104到107，由此能够通过符合步进电机的适当驱动脉冲来驱动该步进电机，并且可以通过合并脉冲串，根据时钟的类型来改变脉冲。
此外，可以发挥以下优点。因为与各个时钟的规格相匹配，所以能够实现脉冲串的最佳合并。因为合并了需要的脉冲串，所以可在短时间内将脉冲稳定到最佳脉冲。因为仅提供的占空生成电路超过一个，所以作为实现脉冲的随机变化的电路的电路规模保持得较小。占空生成电路中的一个占空生成电路还用于生成主驱动脉冲和修正驱动脉冲，由此电路规模保持较小。禁止变化地使用占空生成电路，并且禁止输出主驱动脉冲，由此可使用相同电路来实现各种驱动方法。此外，对占空生成电路进行合并，由此可在无附加电路的情况下提高增大能量时的分辨率。
此外，除了指针，本发明的实施方式还可应用于例如用于驱动日历的步进电机。
此外，作为步进电机的示例性应用，选取并说明电子时钟作为示例，然而本发明的实施方式也可应用于使用电机的电子器件。
根据本发明的实施方式的步进电机驱动电路可应用于使用步进电机的各种电子器件。
此外，根据本发明的实施方式的电子时钟可应用于各种模拟电子时钟，包括具有日历功能的各种模拟电子时钟，诸如具有日历功能的模拟电子手表，以及具有日历功能的模拟电子台式时钟。