JP3664224B2 - パワードライブ回路 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、CD、CD−ROM、MDなどのディスクシステムを駆動するパワードライブ回路、特にバランスドトランスレスプッシュプル:BTL(Balanced Transformer Less)構成のパワードライブ回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
CD、CD−ROM、MDなどのディスクシステムをBTL構成のパワードライブ回路で駆動するものが多く使用されており、図5は、そのような従来のパワードライブ回路を示す図である。
【0003】
図5において、主電源電圧PowVccと接地電圧E間にNPN型出力トランジスタQ1とNPN型出力トランジスタQ2とが直列接続され、その中間接続点が出力端子OUTとされ、出力電圧Voutが出力される。このNPN型出力トランジスタQ1のベース−エミッタ間に抵抗R1が接続され、NPN型出力トランジスタQ2のコレクターベース間にPNP形トランジスタQ4、ベース−エミッタ間に抵抗R2が接続される。また、出力端子OUTが抵抗R5を介して出力の基準電圧Vref(以下、内部リファレンス電圧Vref、という)の電位点に接続される。
【0004】
そして、プリバッファ回路B1の入力端子INに入力電圧Vinが入力され、この入力電圧Vinに応じて制御されるPNP形トランジスタQ3の出力信号が、プリバッファ回路B1を通して、NPN型出力トランジスタQ1,Q2のベースに供給される。このプリバッファ回路B1は、PNP形トランジスタQ3の他に図示されるように、PNP形トランジスタQ5,PNP形トランジスタQ6と、NPN形トランジスタQ7,NPN形トランジスタQ8と、抵抗R3,抵抗R4と、定電流源I1,定電流源I2とから、構成されている。
【0005】
さて、図5のパワードライブ回路において、無信号時、すなわち入力電圧Vinが零のときには出力電圧Voutは予め設定されている内部リファレンス電圧Vrefになっている。そして、入力電圧Vinが正方向あるいは負方向に振れると、その値に応じてNPN型出力トランジスタQ1,Q2が制御され、その結果、出力電圧Voutが内部リファレンス電圧Vrefを中心として負方向あるいは正方向に振られ、入力電圧Vinに応じた出力電圧Voutが出力端子OUTから出力される。
【0006】
このパワードライブ回路の出力電圧Voutの上限は、PNP形トランジスタQ3の飽和電圧VsatとNPN型出力トランジスタQ1のベース−エミッタ間順方向降下電圧Vfとで制限され、その上限値は[PowVcc−Vsat−Vf]となる。また、同じく出力電圧Voutの下限は、NPN型出力トランジスタQ2の飽和電圧Vsatで制限され、その下限値は[Vsat]となる。
【0007】
この結果出力電圧Voutのダイナミックレンジは、[PowVcc−2Vsat−Vf]となり、内部リファレンス電圧Vrefはその中心の値である[(PowVcc−Vf)/2]に設定されている。
【0008】
図6は、図5のパワードライブ回路を2つ用いて、BTL構成としたものである。一方のパワードライブ回路の出力端子OUTと他方のパワードライブ回路の出力端子OUT′間に負荷Lを接続すると共に、入力電圧Vinが反転された電圧Vin/(Vin/はVinの反転を示す)を他方のパワードライブ回路の入力端子IN/(In/はInの反転を示す)に供給している。なお、他方のパワードライブ回路の構成要素は、一方のものと同様であり、ダッシュ記号(′)を付している。
【0009】
この図6のBTL構成のパワードライブ回路では、出力端子OUTと出力端子OUT′の出力電圧Voutは、内部リファレンス電圧Vrefを中心として相互に逆方向に振れるから、そのダイナミックレンジは図5のパワードライブ回路の2倍になり、負荷駆動能力が高められている。
【0010】
しかし、図5のパワードライブ回路及び図6のBTL構成のパワードライブ回路では、出力電圧Voutの上限が、PNP形トランジスタQ3の飽和電圧VsatとNPN型出力トランジスタQ1のベース−エミッタ間順方向降下電圧Vfとで制限され、特に、飽和電圧Vsatに比べ大きく且つほぼ固定値であるベース−エミッタ間順方向降下電圧Vfの影響が大きい。したがって、主電源電圧PowVccが低いパワードライブ回路では、このベース−エミッタ間順方向降下電圧Vfの影響を除去し、ダイナミックレンジを大きくすることが望まれる。
【0011】
図7は、図5に示されたパワードライブ回路における出力電圧Voutの上限値を大きくし、ダイナミックレンジを拡大した、パワードライブ回路の改良例を示すものである。
【0012】
図7では、NPN型出力トランジスタQ1及びNPN型出力トランジスタQ2の電源は主電源電圧PowVccを使用しているが、PNP形トランジスタQ3,プリバッファ回路B1などその他の回路部分の電源として、補助電源電圧PreVccを使用している。なお、NPN型出力トランジスタQ2のコレクタ−ベース間にコンデンサC1が接続され、またプリバッファ回路B1においてダイオードD1、抵抗R6、定電流源I3が付加されている。そして、CD−ROMなどのディスクシステムでは、通常の電源電圧である5[v]の他に、これより高い電圧、例えば12[v]の電源を備えているので、この高い電圧12[v]を補助電源電圧PreVccとして使用する。
【0013】
図5のように、補助電源電圧PreVccが主電源電圧PowVccと同じ電圧の時には、出力電圧Voutの上限値は、PNP形トランジスタQ3の飽和電圧VsatとNPN型出力トランジスタQ1のベース−エミッタ間順方向降下電圧Vfとの和と、NPN型出力トランジスタQ1のsatとの内の、大きい方の電圧である、PNP形トランジスタQ3の飽和電圧VsatとNPN型出力トランジスタQ1のベース−エミッタ間順方向降下電圧Vfとの和で決まり、[PowVcc−Vsat−Vf]となっていた。
【0014】
これに対して、図7では、出力電圧Voutの上限値は、補助電源電圧PreVccからPNP形トランジスタQ3の飽和電圧VsatとNPN型出力トランジスタQ1のベース−エミッタ間順方向降下電圧Vfとの和を引いた値と、主電源電圧PowVccからNPN型出力トランジスタQ1の飽和電圧Vsatを引いた値との内の、低い方の電圧である、主電源電圧PowVccからNPN型出力トランジスタQ1の飽和電圧Vsatを引いた値で決まり、[PowVcc−Vsat]となる。すなわち、出力電圧Voutの上限値が大きくなり、ダイナミックレンジが拡大されている。
【0015】
ただ、図7では、補助電源電圧PreVccとして、高い電圧12[v]を使用することから、ダイナミックレンジは拡大される一方、プリバッファ回路B1など補助電源を使用する回路部分における電力消費が大きくなることは避けられない。
【0016】
この図7のように、出力電圧Voutの上限値が大きくなり、ダイナミックレンジが拡大されたパワードライブ回路も、図8に示されるように、2つ用いて、BTL構成とすることができる。そのBTL構成とされた図8のパワードライブ回路の動作は、基本的に図6のBTL構成のパワードライブ回路と同様であるので、説明を省略する。
【0017】
図9は、これら図5と図7のパワードライブ回路における、入力電圧Vin対出力電圧Voutの特性を表す図であり、同図中「i」は図5の特性を示し、「ii」は図7の特性を示している。
【0018】
この図9からも分かるように、特性[ii]のように図7のパワードライブ回路では出力電圧Voutの上限値がベース−エミッタ間順方向降下電圧Vfだけ大きくなっている。
【0019】
また、図10は、図6と図8のBTL構成とされたパワードライブ回路における、入力電圧Vin対出力間電圧Vooの特性を表す図であり、同図中「i」は図6の特性を示し、「ii」は図8の特性を示している。
【0020】
この図10から分かるように、出力間電圧Vooのダイナミックレンジは、特性[i]のように図6のBTL構成とされたパワードライブ回路では、±[PowVcc−2Vsat−Vf]であるのに対して、特性[ii]のように図8のBTL構成とされたパワードライブ回路では、±[PowVcc−2Vsat]であり、拡大されている。
【0021】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図10の特性[ii]においては、特性[i]が飽和した点(入力電圧vi)から特性[ii]が飽和する点(入力電圧vii)までの電圧ΔVinの間で、すなわち出力電圧Voutが飽和する以前に、入出力のゲインがそれまでの半分になってしまっている。これは、特性[ii]の場合には、特性「i」に比べて、内部リファレンス電圧Vrefから主電源電圧PowVcc側への飽和電圧が、接地電圧E側への飽和電圧に比べて、大きくなっていることによる。
【0022】
このため、図6、図7のパワードライブ回路は、ダイナミックレンジは拡大することができるものの、入出力特性のリニアリティが損なわれるという問題がある。
【0023】
そこで、本発明は、BTL構成のパワードライブ回路において、補助電源電圧を主電源電圧と同じ電圧とするか主電源電圧より高い電圧とするかを選択してダイナミックレンジを決定すると共に、いずれの場合においても入出力特性のリニアリティを確保することを目的とする。
【0024】
【課題を解決するための手段】
請求項1のパワードライブ回路は、主電源電圧に接続されるプッシュプル構成の出力トランジスタ部と、
補助電源電圧に接続され、入力信号に応じて前記プッシュプル構成の出力トランジスタ部に制御信号を供給する入力制御部と、を備え
前記補助電源電圧が、前記主電源電圧と同じか、或いは高いかによって、前記出力トランジスタ部の出力ダイナミックレンジが異なる、BTL構成のパワードライブ回路において、
前記出力トランジスタ部の出力基準電圧として用いる、異なった2つの電圧を選択して発生し得る基準電圧設定回路部を有し、
前記補助電源電圧を、主電源電圧と同じ電圧にするか、あるいは主電源電圧より高い電圧にするかを選択すると共に、
前記補助電源電圧の選択に応じて、前記基準電位設定回路部の異なった2つの電圧のいずれか一方の電圧を前記出力基準電圧として発生させ、該発生された出力基準電圧前記出力トランジスタ部のダイナミックレンジの中心値に設定されていることを特徴とする。
【0025】
請求項1のパワードライブ回路によれば、BTL構成のパワードライブ回路において、必要とするダイナミックレンジとこの回路が消費する電力とを勘案して、補助電源電圧を主電源電圧と同じとするか主電源電圧より高い電圧とするかを選択してダイナミックレンジを決定すると共に、補助電源電圧の選択に応じて定まるダイナミックレンジの中心値に出力基準電圧(すなわち内部リファレンス電圧)を設定し、いずれの場合においても入出力特性のリニアリティを確保する。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について、図1〜図4を参照して説明する。
【0027】
図1は、本発明の実施例に係る内部リファレンス電圧Vrefを設定する回路を示す図である。同図において、主電源電圧PowVccと接地電圧E間にダイオードD11とPNP形トランジスタQ11の並列接続回路及び抵抗R11、抵抗R12を直列に接続する。この抵抗R11と抵抗R12の接続点がボルテージフォロア構成に接続されたオペアンプCP11の非反転入力端子+に接続され、このオペアンプCP11の出力が内部リファレンス電圧Vrefとなる。
【0028】
そして、主電源電圧PowVccと接地電圧E間に、スイッチSW11,抵抗R15,抵抗R16の直列回路と、同じく抵抗R13,抵抗R14、NPN形トランジスタQ12の直列回路を接続する。抵抗R15と抵抗R16の接続点をNPN形トランジスタQ12のベースに接続し、また抵抗R13と抵抗R14の接続点をPNP形トランジスタQ11のベースに接続する。
【0029】
この図1において、スイッチSW11が開放状態ではNPN形トランジスタQ12,PNP形トランジスタQ11がオフしており、ダイオードD11とPNP形トランジスタQ11の並列接続回路の電圧降下はダイオードD11の順方向降下電圧Vfとなるから、内部リファレンス電圧VrefはVrefi=(PowVcc−Vf)/2となる。なお、抵抗R11と抵抗R12の各抵抗値は等しく設定されている。
【0030】
また、スイッチSW11が閉成状態ではNPN形トランジスタQ12,PNP形トランジスタQ11がオンしており、ダイオードD11とPNP形トランジスタQ11の並列接続回路の電圧降下はPNP形トランジスタQ11の飽和電圧Vsatとなるから、内部リファレンス電圧VrefはVrefii=(PowVcc−Vsat)/2となる。ここで、ベース−エミッタ間順方向降下電圧Vfが、0.6ないし0.7vと大きく且つほぼ固定値であるのに対して、PNP形トランジスタQ11の飽和電圧Vsatは小さく、Vsat≪Vfとできるから、この場合の内部リファレンス電圧VrefiiはPowVcc/2とみなすことができる。
【0031】
さて、図7及び図8も参照して、本発明の実施例に係るパワードライブ回路の動作を説明する。
【0032】
このパワードライブ回路の使用に際して、補助電源電圧PreVccを主電源電圧PowVccと等しくして(例えば5v)使用するか、あるいは補助電源電圧PreVccを主電源電圧PowVccより高くして(例えば12v)使用するかを、決めなければならない。
【0033】
補助電源電圧PreVccを主電源電圧PowVccと等しくする使用形態は、通常よく用いられる使用形態であり、電力消費も少ないことから、ダイナミックレンジの大きさに問題がない場合には、こちらの使用形態とされる。
【0034】
一方、補助電源電圧PreVccを主電源電圧PowVccより高くする使用形態は、その負荷駆動のためのダイナミックレンジが不足する場合に用いられ、高い補助電源電圧PreVccを用いることに依る電力消費はあっても、ダイナミックレンジを拡大することができる。
【0035】
BTL構成のパワードライブ回路を形成する際に、最終段階において補助電源電圧PreVccの値をどうするか、換言すれば ダイナミックレンジの拡大のために補助電源電圧PreVccを高くするかどうかを決定することになる。
【0036】
さて、図7,図8における補助電源電圧PreVccを主電源電圧PowVccと等しくする場合には、図1のスイッチSW11をオフとし、内部リファレンス電圧VrefをVrefi(=(PowVcc−Vf)/2)とする。
【0037】
この場合に、図7のパワードライブ回路の入力電圧Vin、飽和電圧Vsat及び内部リファレンス電圧Vrefiの関係は、図2の入出力電圧を示す特性図のようになる。図2において、出力電圧Voutの上限値は[PowVcc−Vf−Vsat]であり、下限値は[Vsat]である。そのダイナミックレンジは[PowVcc−2Vsat−Vf]となり、内部リファレンス電圧Vrefiは[(PowVcc−Vf)/2]であるから、このダイナミックレンジの中心値に設定されている。
【0038】
このように補助電源電圧PreVccを主電源電圧PowVccと等しくしたとき、図8のBTL構成のパワードライブ回路の入力電圧Vin、出力間電圧Voo及び内部リファレンス電圧Vrefiの関係は、図4の入力電圧ー出力間電圧を示す特性図の特性[i]のようになる。
【0039】
この図4の特性[i]を見ると、正負両方向の入力電圧Vinに対して、その上限値は[±(PowVcc−2Vsat−Vf)]となっており、ダイナミックレンジはすこし少ないものの、その入出力特性のリニアリティには問題がない。また、消費電力の増加という問題も生じない。
【0040】
つぎに、図7,図8における補助電源電圧PreVccを主電源電圧PowVccより高くする場合には、図1のスイッチSW11をオンとし、内部リファレンス電圧VrefをVrefii(=PowVcc/2)とする。
【0041】
この場合に、図7のパワードライブ回路の入力電圧Vin、飽和電圧Vsat及び内部リファレンス電圧Vrefiiの関係は、図3の入出力電圧を示す特性図のようになる。図3において、出力電圧Voutの上限値は[PowVcc−Vsat]であり、下限値は[Vsat]である。そのダイナミックレンジは[PowVcc−2Vsat]となり、内部リファレンス電圧Vrefiiは[PowVcc/2]であるから、このダイナミックレンジの中心値に設定されている。
【0042】
このように補助電源電圧PreVccを主電源電圧PowVccより大きくしたとき、図8のBTL構成のパワードライブ回路の入力電圧Vin、出力間電圧Voo及び内部リファレンス電圧Vrefiの関係は、図4の入力電圧ー出力間電圧を示す特性図の特性[ii]のようになる。
【0043】
この図4の特性[ii]を見ると、正負両方向の入力電圧Vinに対して、その上限値は[±(PowVcc−2Vsat)]となっており、消費電力は増加するものの、ダイナミックレンジが拡大され、且つその入出力特性も直線性が保たれ、リニアリティの問題も解消されている。
【0044】
なお、図1では、内部リファレンス電圧Vrefを切り換える指令をスイッチSW11で与えることとして説明しているが、この切換指令手段としては補助電源電圧PreVccの電圧設定に合わせて外部より内部リファレンス電圧Vrefを切り換えできるものであればよい。
【0045】
以上のように、本発明実施例によれば、BTL構成のパワードライブ回路における、出力飽和電圧の電源電圧依存性を利用して、必要に応じてそのダイナミックレンジを拡大することができる。また、このダイナミックレンジの拡大に応じて、内部リファレンス電圧Vrefを最適値に切り換えているから、入力電圧Vinに対する出力間電圧Vooの直線性が保たれる。
【0046】
【発明の効果】
本発明のパワードライブ回路によれば、BTL構成のパワードライブ回路において、必要とするダイナミックレンジとこの回路が消費する電力とを勘案して、補助電源電圧を主電源電圧と同じとするか主電源電圧より高い電圧とするかを選択してダイナミックレンジを決定することができ、この補助電源電圧の選択に応じて定まるダイナミックレンジの中心値に出力基準電圧(すなわち内部リファレンス電圧)を設定することで、いずれの場合においても入出力特性のリニアリティを確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る、内部リファレンス電圧設定回路を示す図。
【図2】本発明の実施例に係る、入力電圧−出力電圧特性を示す図。
【図3】本発明の実施例に係る、入力電圧−出力電圧特性を示す図。
【図4】本発明の実施例に係る、入力電圧−出力間電圧特性を示す図。
【図5】従来のパワードライブ回路の構成を示す図。
【図6】従来のBTL構成のパワードライブ回路の構成を示す図。
【図7】パワードライブ回路の改良例の構成を示す図。
【図8】BTL構成のパワードライブ回路の改良例の構成を示す図。
【図9】従来及び改良例の、入力電圧−出力電圧特性を示す図。
【図10】従来及び改良例の、入力電圧−出力間電圧特性を示す図。
【符号の説明】
PowVcc 主電源電圧
reVcc 補助電源電圧Vin 入力電圧
Vout 出力電圧
Voo 出力間電圧
Q1、Q2 NPN型出力トランジスタ
L 負荷
INV1 インバータ
Vref、Vrefi,Vrefii 内部リファレンス電圧
B1 プリバッファ回路
SW1 切り換えスイッチ

Claims (1)

  1. 主電源電圧に接続されるプッシュプル構成の出力トランジスタ部と、
    補助電源電圧に接続され、入力信号に応じて前記プッシュプル構成の出力トランジスタ部に制御信号を供給する入力制御部と、を備え
    前記補助電源電圧が、前記主電源電圧と同じか、或いは高いかによって、前記出力トランジスタ部の出力ダイナミックレンジが異なる、BTL構成のパワードライブ回路において、
    前記出力トランジスタ部の出力基準電圧として用いる、異なった2つの電圧を選択して発生し得る基準電圧設定回路部を有し、
    前記補助電源電圧を、主電源電圧と同じ電圧にするか、あるいは主電源電圧より高い電圧にするかを選択すると共に、
    前記補助電源電圧の選択に応じて、前記基準電位設定回路部の異なった2つの電圧のいずれか一方の電圧を前記出力基準電圧として発生させ、該発生された出力基準電圧前記出力トランジスタ部のダイナミックレンジの中心値に設定されていることを特徴とするパワードライブ回路。
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