JP4371387B2 - 制御駆動回路および制御駆動方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は制御駆動回路等に関し、特に、駆動用電源電圧より高い電圧の駆動出力を生成する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
モータのサーボ制御等に用いる制御駆動回路として、たとえば特公平8−23786号公報に記載された回路がある。図22に、このような制御駆動回路の回路構成を示す。
【0003】
図22に示す制御駆動回路は、差動増幅器4、出力回路6,出力合成回路8を備えている。モータの回転等を検出するホール素子2からの信号は、差動増幅器4に入力される。差動増幅器4への入力信号(図22の(a)点における信号)を、図23の(a)に示す。
【0004】
差動増幅器4の増幅利得を規定する動作電流は、電流I0により決定される。したがって、差動増幅器4の差動出力には、ホール素子2からの交流成分に加え、I0/2に相当する直流成分が重畳されていることになる。
【0005】
出力回路6は、差動増幅器4の差動出力から直流成分I0/2を減じて出力するよう構成されている。出力回路6の出力信号(図22の(b)点および(c)点における信号)を、図23の(b)および(c)に示す。
【0006】
出力合成回路8は、出力回路6の出力信号を合成することにより、絶対値波形として出力する。出力合成回路8の出力波形(図22の(d)点における波形)を、図23の(d)に示す。
【0007】
このように、図22の制御駆動回路を用いることにより、差動増幅器4の増幅利得を規定する電流の影響を排除し、ホール素子2からの交流成分のみを抽出して絶対値波形を得ることができる。このため、直流回路のみで増幅利得の制御を行うことが要求される集積回路においても、容易に、絶対値波形を得ることができる。また、直流成分除去にコンデンサを使用しないので、処理信号の周波数に制限を受けることもない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の制御駆動回路には、次のような問題点があった。上述のような従来の制御駆動回路を用いてモータ等を駆動するよう構成することで、コンパクトでありながら安定した駆動トルクを得ることのできるモータ等の制御駆動回路を実現することができるものの、電源電圧より高い電圧でモータ等を駆動することはできなかった。
【0009】
この発明は、このような従来の制御駆動回路の問題点を解消し、駆動用電源電圧より高い電圧の駆動出力を得ることのできる制御駆動回路等を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段、発明の作用および効果】
請求項1の制御駆動回路および請求項2の制御駆動方法は、入力された信号波形に基づいて、所定のしきい値で分割された部分制御電流(部分制御信号)を生成し、生成された部分制御電流(部分制御信号)に基づいて駆動用電源電圧を越えない部分駆動出力を生成し、生成された部分駆動出力を合成することで駆動用電源電圧より高い電圧の駆動出力を得ることを特徴とする。
【0011】
したがって、単純な構成で駆動用電源電圧より高い電圧の駆動出力を得ることが可能となる。このため、単純な構成でダイナミックレンジを拡げることができる。また、入力された信号波形の振幅が小さい場合、すなわち、低レベル入力時には、一部の部分制御電流(部分制御信号)が無信号状態となる。このため、低レベル入力時の省電力化を図ることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1〜図3は、この発明の一実施形態による制御駆動回路を示す回路図である。この制御駆動回路は、モータやオーディオ用のスピーカなどを駆動するための回路である。円で囲まれた数字1〜8,および31〜34は、回路の接続点を表す。すなわち、円で囲まれた同じ数字同士が回路上で接続されているものとする。なお、他の実施形態においても、円で囲まれた数字同士が回路上で接続されているものとする。
【0013】
この制御駆動回路は、図1に示す定電流生成部12(基準電流生成部),差動増幅部14(制御電流生成部),第1プリドライブ部16(信号分割部),図2に示す第2プリドライブ部18(信号分割部),図3に示すドライブ部20(部分駆動出力生成部),およびブラシレスサーボモータM1(駆動出力合成部)を備えている。ドライブ部20は、ブラシレスサーボモータM1を構成する2つのコイルL1、L2をそれぞれ駆動するための2つのドライブ回路22,24を備えている。
【0014】
定電流生成部12は、制御回路の電源Vccと接地電位GNDとの間に抵抗(抵抗値R1)と所定のエミッタ面積を持つnpn型のトランジスタ30とを直列に接続することにより構成されており、一定の電流I0(基準電流)を流すことができる。トランジスタ30のコレクタとベースとは接続されている。
【0015】
差動増幅部14は、差動増幅器39を構成する2つのpnp型のトランジスタ32,34、2つのnpn型のトランジスタ36,38および2つの抵抗(抵抗値R0)、ならびに該差動増幅器39に接続されたnpn型のトランジスタ40を備えている。
【0016】
トランジスタ36,38のベースには、信号源S(電圧Vin)から、それぞれ、信号波形Vina、Vinbが入力される。信号波形Vina、Vinbは、位相がπ異なる(図4A,B参照)。
【0017】
信号源Sは、この実施形態では、たとえば、ブラシレスサーボモータM1の近傍に設けられたホール素子等により構成されたセンサーであり、該モータM1の回転を検出する。なお、制御駆動回路がスピーカを駆動するためのものである場合には、信号源Sは、たとえば、スピーカの駆動信号を発生するスピーカ駆動信号発生部となる。
【0018】
差動増幅器39は、トランジスタ40により駆動される。トランジスタ40のエミッタ面積はトランジスタ30と同じであり、かつ、トランジスタ40とトランジスタ30とはカレントミラー回路を構成している。したがって、差動増幅器39も、一定電流I0で駆動されることになる。
【0019】
つまり、差動増幅器39のトランジスタ32(またはトランジスタ36)に流れる電流Ia(制御電流)、およびトランジスタ34(またはトランジスタ38)に流れる電流Ib(制御電流)の和は一定値I0となる。これは、電流Iaおよび電流Ibが、ともに電流値I0/2を中央値とする電流であり、位相はπ異なる(図4C,D参照)ことを意味する。
【0020】
差動増幅器39の2つの抵抗(抵抗値R0)によって、電流Iaおよび電流Ibの最大振幅がともにI0になるよう調整されている(図4C,D参照)。
【0021】
つぎに、第1プリドライブ部16について説明する。第1プリドライブ部16は、17個のトランジスタ42〜72および2個の抵抗(抵抗値2R1)を備えている。
【0022】
4つのpnp型のトランジスタ42,54,58,70は、いずれも、差動増幅器39のトランジスタ32と、それぞれ、カレントミラー回路を構成している。したがって、これらのトランジスタには、いずれも、電流Iaが流れる。
【0023】
4つのnpn型のトランジスタ44,56,60,72は、いずれも、定電流生成部12のトランジスタ30とカレントミラー回路を構成しているが、トランジスタ44,56,60,72のエミッタ面積は、それぞれ、トランジスタ30のエミッタ面積の2/4,2/4,3/4,3/4に設定されている。したがって、これらのトランジスタ44,56,60,72は、それぞれ、定電流2/4・I0,2/4・I0,3/4・I0,3/4・I0を流すことができる。
【0024】
pnp型のトランジスタ50,52、ならびにトランジスタ66,68は、カレントミラー回路を構成している。npn型のトランジスタ46,48もカレントミラー回路を構成している。また、npn型のトランジスタ62は、npn型のトランジスタ65,64と、それぞれ、カレントミラー回路を構成している。
【0025】
まず、トランジスタ72と並列に接続された抵抗(抵抗値2R1)に流れる電流I4(部分制御電流、部分制御信号)がどのようになるか説明する。トランジスタ72のコレクタはトランジスタ70のコレクタに接続されているから、電流I4は、トランジスタ70に流れる電流Iaからトランジスタ72に流れる電流3/4・I0を引いたものとなる。ただし、電流Iaが3/4・I0以下のときは、当該抵抗には電流が流れない。したがって、電流I4は図6Cのようになる。
【0026】
図6Cから、電流I4は図4Cに示す電流Iaのうち3/4・I0より大きい部分に該当することが分かる。
【0027】
つぎに、トランジスタ56と並列に接続された抵抗(抵抗値2R1)に流れる電流I2(部分制御電流、部分制御信号)がどのようになるか説明する。トランジスタ56のコレクタはトランジスタ54のコレクタおよびトランジスタ65のコレクタに接続されているから、電流I2は、トランジスタ54に流れる電流Iaからトランジスタ56に流れる電流2/4・I0およびトランジスタ65に流れる電流を引いたものとなる。
【0028】
ここで、電流Iaが2/4・I0以下のとき当該抵抗に電流が流れないことを考慮すると、トランジスタ54に流れる電流Iaからトランジスタ56に流れる電流2/4・I0を引いたものは、図4Cに示す電流Iaの1/2・I0より上の部分(後述する電流I1と同じ、図5A参照)となることが分かる。
【0029】
一方、トランジスタ65に流れる電流は、トランジスタ62に流れる電流と同じ、すなわち、トランジスタ58に流れる電流Iaからトランジスタ60に流れる電流3/4・I0を引いたものである。ただし、電流Iaが3/4・I0以下のときは、トランジスタ62、65には電流が流れない。つまり、トランジスタ65に流れる電流は、上述の電流I4と同じになる(図6C参照)。
【0030】
したがって、電流I2は、図4Cに示す電流Iaの1/2・I0より上の部分(電流I1と同じ、図5A参照)から、さらに電流I4を引いたものと同じになる。したがって、電流I2は図6Aのようになる。図6Aから、電流I2は図4Cに示す電流Iaのうち、1/2・I0より大きく、かつ、3/4・I0より小さい部分に該当することが分かる。
【0031】
つまり、図4Cに示す電流Iaのうち、1/2・I0より大きい部分をしきい値3/4・I0で分割するとともに、当該しきい値より大きい部分を電流I4として取り出し、当該しきい値より小さい部分を電流I2として取り出すようにしたのである。
【0032】
このようにして取り出した電流I4、I2は、電圧に変換されてドライブ部20に与えられる。すなわち、電流I4によって抵抗(抵抗値2R1)上端に電圧V4が発生し、これが、ドライブ回路24を構成するトランジスタ100のベースに印加されることになる。電圧V4を、図6Dに示す。
【0033】
ここで、電圧V4は、電流I4と抵抗(抵抗値2R1)との積2R1・I4であり、電流I4の最大値は1/4・I0である(図6C参照)。したがって、電圧V4の最大値は、1/2・R1・I0となる。一方、定電流生成部12から分かるように、R1・I0=Vccである。すなわち、電圧V4の最大値は、1/2・Vccとなる(図6D参照)。
【0034】
また、電流I2によって抵抗(抵抗値2R1)上端に電圧V2が発生し、これが、ドライブ回路22を構成するトランジスタ92のベースに印加されることになる。電圧V2を、図6Bに示す。電圧V4の場合同様、電圧V2の最大値も、1/2・Vccとなる。
【0035】
つぎに、トランジスタ68に流れる電流I3がどのようになるか説明する。トランジスタ68には、トランジスタ66、64に流れる電流と同じ大きさの電流が流れる。一方、トランジスタ64には、トランジスタ65に流れる電流と同じ大きさの電流が流れる。トランジスタ65に流れる電流は、上述のように、電流I4と同じである。したがって、トランジスタ68に流れる電流I3は、電流I4と同じになる。電流I3を、図5Cに示す。
【0036】
つぎに、トランジスタ52に流れる電流I1がどのようになるか説明する。トランジスタ52には、トランジスタ50、48に流れる電流と同じ大きさの電流が流れる。一方、トランジスタ48には、トランジスタ46に流れる電流と同じ大きさの電流が流れる。
【0037】
トランジスタ46のコレクタはトランジスタ42のコレクタおよびトランジスタ44のコレクタに接続されているから、トランジスタ46に流れる電流は、トランジスタ42に流れる電流Iaからトランジスタ44に流れる電流2/4・I0を引いたものとなる。すなわち、電流I1は、電流Iaから電流2/4・I0を引いたものとなる。ただし、電流Iaが2/4・I0以下のときは、トランジスタ52には電流が流れない。したがって、電流I1は図5Aのようになる。
【0038】
これらの電流I3、I1が、図3に示すドライブ部20に与えられる。なお、電流I3によって、ドライブ回路24を構成するトランジスタ106のベースには、図5Dに示す電圧V3が生じる。また、電流I1によって、ドライブ回路22を構成するトランジスタ98のベースには、図5Bに示す電圧V1が生じる。
【0039】
なお、トランジスタ106、98はいずれもエミッタ接地であるから、これらの電圧V3,V1の最大値は、いずれも、該トランジスタ106、98のベース・エミッタ間飽和電圧Vbeとなる(図5D,B参照)。
【0040】
つぎに、図2に示す第2プリドライブ部18について説明する。第2プリドライブ部18は、17個のトランジスタおよび2個の抵抗(抵抗値2R1)を備えており、第1プリドライブ部16と同様の構成である。したがって、その動作も第1プリドライブ部16と同様である。
【0041】
ただし、第1プリドライブ部16においては、制御電流として電流Iaが入力されたが、第2プリドライブ部18においては、制御電流として、電流Iaと位相がπ異なる電流Ibが入力される(図4C,D参照)。このため、回路中の各点の信号波形も、第1プリドライブ部16における各信号波形に対し、位相がπだけずれたものとなっている。第1プリドライブ部16における各信号波形を表す図5A〜図6Dに対応する第2プリドライブ部18における各信号波形を、図7A〜図8Dに、それぞれ示す。
【0042】
つぎに、図3に示すドライブ部20について説明する。上述のように、ドライブ部20は、ブラシレスサーボモータM1を構成する2つのコイルL1、L2をそれぞれ駆動するための2つのドライブ回路22,24を備えている。
【0043】
ドライブ回路22は、4つのnpn型トランジスタ92,94,96,98をブリッジ状に接続して構成されている。トランジスタ92,94のコレクタには、ドライブ部20の電源電圧Vrが与えられ、トランジスタ96,98のエミッタには、接地電位GNDが与えられている。
【0044】
トランジスタ92のエミッタとトランジスタ96のコレクタとの接続点と、トランジスタ94のエミッタとトランジスタ98のコレクタとの接続点との間に、コイルL1が接続されている。
【0045】
ドライブ回路24も、ドライブ回路22と同様の構成である。ただし、ドライブ回路24には、コイルL2が接続されている。
【0046】
コイルL1およびL2は、ブラシレスサーボモータM1内において並列に配置される。したがって、コイルL1およびL2の出力が重畳されて、ブラシレスサーボモータM1の出力となる。
【0047】
コイルL1の一端に現れる電圧VL1を、他端に現れる電圧を基準として、図9Bに示す。コイルL2の一端に現れる電圧VL2を、他端に現れる電圧を基準として、図9Aに示す。また、コイルL1およびL2に現れる電圧を合成(加算)した電圧VLTを、図9Cに示す。
【0048】
ドライブ回路22のトランジスタ98,92のベースに、それぞれ、図5Aに示すI1、図6Bに示すV2が与えられると、コイルL1の一端には、図9Bに示すように、ドライブ部20の電源電圧Vrを最大電圧とする正の電圧VL1(+) が現れる。
【0049】
一方、ドライブ回路22のトランジスタ96,94のベースに、それぞれ、図7Aに示すI5、図8Bに示すV6が与えられると、コイルL1の一端には、図9Bに示すように、ドライブ部20の電源電圧Vrの負値を最小電圧とする負の電圧VL1(−) が現れる。
【0050】
したがって、コイルL1の一端には、正の電圧VL1(+)と負の電圧VL1(−)とが、交互に現れることになる。
【0051】
つぎに、ドライブ回路24のトランジスタ106,100のベースに、それぞれ、図5Cに示すI3、図6Dに示すV4が与えられると、コイルL2の一端には、図9Aに示すように、ドライブ部20の電源電圧Vrを最大電圧とする正の電圧VL2(+) が現れる。
【0052】
一方、ドライブ回路24のトランジスタ104,102のベースに、それぞれ、図7Cに示すI7、図8Dに示すV8が与えられると、コイルL2の一端には、図9Aに示すように、ドライブ部20の電源電圧Vrの負値を最小電圧とする負の電圧VL2(−) が現れる。
【0053】
したがって、コイルL2の一端には、正の電圧VL2(+)と負の電圧VL2(−)とが、交互に現れることになる。
【0054】
上述のように、コイルL1およびL2の出力が重畳されて、ブラシレスサーボモータM1の出力となる。すなわち、コイルL1およびL2に現れる電圧を合成(加算)した電圧VLTは、図9Cに示すように、ドライブ部20の電源電圧Vrの2倍の値を最大電圧とする正の電圧VLT(+) と、ドライブ部20の電源電圧Vrの負値の2倍の値を最小電圧とする負の電圧VLT(−) が交互に現れる交流波形となる。つまり、振幅が、ドライブ部20の電源電圧Vrの4倍の駆動出力を得ることができるのである。
【0055】
なお、この実施形態においては、ドライブ部20の電源電圧Vrは、上記抵抗(抵抗値2R1)上端に生ずる最大電圧、すなわち制御回路の電源Vccの1/2に設定されている。したがって、ブラシレスサーボモータM1の出力として、制御回路の電源Vccの2倍の電圧振幅を持つ出力を得ることができる。
【0056】
このように、この実施形態によれば、単純な構成でドライブ部20の電源電圧Vrより高い電圧の駆動出力を得ることが可能となる。このため、単純な構成でダイナミックレンジを上げることができる。また、入力された信号波形の振幅が想定最大振幅の1/2以下であるような場合には、ドライブ回路24を構成する4つのトランジスタは全てOFFになる。このため、低レベル入力時の省電力化を図ることができる。
【0057】
さらに、制御電流を所定のしきい値で分割して部分制御電流を得る際、しきい値より大きい部分制御電流を制御電流から引き抜くことにより、しきい値より小さい部分制御電流を得るようにしている。したがって、歪みの少ない部分制御電流を得ることができる。
【0058】
上述の実施形態においては、制御電流(電流Ia、電流Ib)の半波を2分割(全波を4分割)する場合を例に説明したが、この発明はこれに限定されるものではない。たとえば、制御電流の半波を3分割(全波を6分割)以上に分割することもできる。
【0059】
図10〜図17は、制御電流の半波を3分割(全波を6分割)するよう構成した場合の実施形態を説明するための図面である。
【0060】
この実施形態による制御駆動回路を図10〜図12に示す。この制御駆動回路は、図10に示す定電流生成部112(基準電流生成部),差動増幅部114(制御電流生成部),第1プリドライブ部116(信号分割部),図11に示す第2プリドライブ部118(信号分割部),図12に示すドライブ部120(部分駆動出力生成部),およびブラシレスサーボモータM2(駆動出力合成部)を備えている。
【0061】
図10に示す定電流生成部112は、図1に示す定電流生成部12と同様の構成である。すなわち、定電流生成部112のトランジスタ130は、図1に示す定電流生成部12のトランジスタ30に対応する。
【0062】
図10に示す差動増幅部114は、図1に示す差動増幅部14と同様の構成である。すなわち、差動増幅部114のトランジスタ132,134,136,138,140は、それぞれ、図1に示す差動増幅部14のトランジスタ32,34,36,38,40に対応する。
【0063】
したがって、トランジスタ136,138のベースに入力される信号波形Vina、Vinb、ならびにトランジスタ132,134に流れる電流Iaおよび電流Ibは、前述の実施形態の場合同様、図4A〜Dのようになる。
【0064】
図10に示す第1プリドライブ部116は、図1に示す第1プリドライブ部16に対応する部分であるが、制御電流の半波を3分割するため、制御電流の半波を2分割する第1プリドライブ部16と異なる。すなわち、図1に示す第1プリドライブ部16は、17個のトランジスタ42〜72および2個の抵抗(抵抗値2R1)を備えていたが、図10に示す第1プリドライブ部116は、26個のトランジスタ142〜190および3個の抵抗(抵抗値3R1)を備えている。
【0065】
6つのpnp型のトランジスタ142,154,158,170、174,188は、いずれも、差動増幅器139のトランジスタ132と、それぞれ、カレントミラー回路を構成している。したがって、これらのトランジスタには、いずれも、電流Iaが流れる。
【0066】
6つのnpn型のトランジスタ144,156,160,172、176,190は、いずれも、定電流生成部112のトランジスタ130とカレントミラー回路を構成しているが、トランジスタ144,156,160,172、176,190のエミッタ面積は、それぞれ、トランジスタ130のエミッタ面積の3/6,3/6,4/6,4/6,5/6,5/6に設定されている。したがって、これらのトランジスタ144,156,160,172、176,190は、それぞれ、定電流3/6・I0,3/6・I0,4/6・I0,4/6・I0,5/6・I0,5/6・I0を流すことができる。
【0067】
pnp型のトランジスタ150,152、トランジスタ166,168、ならびにトランジスタ184,186は、カレントミラー回路を構成している。npn型のトランジスタ146,148もカレントミラー回路を構成している。また、npn型のトランジスタ162は、npn型のトランジスタ165,164と、それぞれ、カレントミラー回路を構成している。また、npn型のトランジスタ178は、npn型のトランジスタ180,182と、それぞれ、カレントミラー回路を構成している。
【0068】
トランジスタ190と並列に接続された抵抗(抵抗値3R1)に流れる電流I16(部分制御電流、部分制御信号)は、前述の実施形態における電流I4と同様の方法で求めることができる。これによれば、電流I16は図14Eのようになる。
【0069】
図14Eから、電流I16は図4Cに示す電流Iaのうち5/6・I0より大きい部分であることが分かる。
【0070】
トランジスタ172と並列に接続された抵抗(抵抗値3R1)に流れる電流I14(部分制御電流、部分制御信号)、およびトランジスタ156と並列に接続された抵抗(抵抗値3R1)に流れる電流I12(部分制御電流、部分制御信号)は、いずれも、前述の実施形態における電流I2と同様の方法で求めることができる。これによれば、電流I14、電流I12は、それぞれ、図14C、図14Aのようになる。
【0071】
図14Cから、電流I14は、図4Cに示す電流Iaのうち、4/6・I0より大きく、かつ、5/6・I0より小さい部分であることが分かる。また、図14Aから、電流I12は、図4Cに示す電流Iaのうち、1/2・I0より大きく、かつ、4/6・I0より小さい部分であることが分かる。
【0072】
つまり、図4Cに示す電流Iaのうち、1/2・I0より大きい部分を、2つのしきい値5/6・I0および4/6・I0で3分割するとともに、当該2つのしきい値で区切られた3つの部分を、それぞれ、電流I12、I14,I16として取り出すようにしたのである。
【0073】
このようにして取り出した電流I12、I14,I16は、前述の実施形態の場合と同様に、電圧に変換されてドライブ部120に与えられる。すなわち、電流I12、I14,I16によって、各抵抗(抵抗値3R1)上端に、電圧V12、V14、V16が発生し、これらが、ドライブ回路122を構成するトランジスタ192、ドライブ回路124を構成するトランジスタ200、ドライブ回路126を構成するトランジスタ208、それぞれのベースに印加されることになる。電圧V12、V14、V16を、それぞれ、図14B,D,Fに示す。
【0074】
トランジスタ152に流れる電流I11,トランジスタ168に流れる電流I13,トランジスタ186に流れる電流I15は、いずれも、前述の実施形態における電流I1や電流I3と同様の方法で求めることができる。これによれば、電流I11,I13,I15は、それぞれ、図13A,C,Eのようになる。
【0075】
このようにして取り出した電流I11、I13,I15は、前述の実施形態の場合と同様に、ドライブ部120に与えられる。なお、電流I11、I13,I15によって、ドライブ回路122を構成するトランジスタ198、ドライブ回路124を構成するトランジスタ206、ドライブ回路126を構成するトランジスタ214、それぞれのベースに発生する電圧V11、V13、V15を、それぞれ、図13B,D,Fに示す。
【0076】
前述の実施形態の場合と同様この実施形態においても、第2プリドライブ部118は、制御電流として電流Ibが流れる点を除いて第1プリドライブ部116と同様の構成である。
【0077】
第1プリドライブ部116における各信号波形を表す図13A〜図14Fに対応する第2プリドライブ部118における各信号波形を、図15A〜図16Fに、それぞれ示す。
【0078】
つぎに、図12に示すドライブ部120について説明する。この実施形態においては、前述の実施形態と異なり、ブラシレスサーボモータM2は3つのコイルL3、L4、L5を備えている。したがって、図12に示すドライブ部120は、これら3つのコイルL3、L4、L5をそれぞれ駆動するための3つのドライブ回路122,124、126を備えている。ただし、これら3のドライブ回路122,124、126個々の構成は、前述の図3に示すドライブ回路22,24と同様である。
【0079】
コイルL3、L4、L5は、ブラシレスサーボモータM2内において並列に配置される。したがって、コイルL3、L4、L5の出力が重畳されて、ブラシレスサーボモータM2の出力となる。
【0080】
各コイルL3、L4、L5の一端に現れる電圧VL3,VL4、VL5を、それぞれのコイルの他端に現れる電圧を基準として、図17C,B,Aにそれぞれ示す。また、コイルL3、L4、L5に現れる電圧を合成(加算)した電圧VLTを、図17Dに示す。
【0081】
このように、コイルL3、L4、L5の出力が重畳されて、ブラシレスサーボモータM2の出力となる。すなわち、コイルL3、L4、L5に現れる電圧を合成(加算)した電圧VLTは、図17Dに示すように、ドライブ部120の電源電圧Vrの3倍の値を最大電圧とする正の電圧VLT(+) と、ドライブ部120の電源電圧Vrの負値の3倍の値を最小電圧とする負の電圧VLT(−) が交互に現れる交流波形となる。つまり、振幅が、ドライブ部120の電源電圧Vrの6倍の駆動出力を得ることができるのである。
【0082】
なお、この実施形態においても、ドライブ部120の電源電圧Vrは、上記抵抗(抵抗値3R1)上端に生ずる最大電圧と同じ電圧に設定されている。このため、この実施形態においては、ドライブ部120の電源電圧Vrは、制御回路の電源電圧Vccの1/2になる。したがって、ブラシレスサーボモータM2の出力として、制御回路の電源Vccの3倍の電圧振幅を持つ出力を得ることができる。
【0083】
このように、この実施形態によれば、前述の実施形態同様、単純な構成でドライブ部120の電源電圧Vrより高い電圧の駆動出力を得ることが可能となる。このため、単純な構成でダイナミックレンジを上げることができる。
【0084】
また、入力された信号波形の振幅が想定最大振幅の2/3以下であるような場合には、ドライブ回路126を構成する4つのトランジスタは全てOFFになる。さらに、入力された信号波形の振幅が想定最大振幅の1/3以下であるような場合には、ドライブ回路124および126を構成する合計8つのトランジスタは全てOFFになる。このため、低レベル入力時の省電力化をいっそう図ることができる。
【0085】
また、前述の実施形態と同様に、制御電流を所定のしきい値で分割して部分制御電流を得る際、しきい値より大きい部分制御電流を制御電流から引き抜くことにより、しきい値より小さい部分制御電流を得るようにしている。したがって、歪みの少ない部分制御電流を得ることができる。
【0086】
このように、上述の各実施形態においては、制御電流を所定のしきい値で分割して部分制御電流を得る際、しきい値より大きい部分制御電流を制御電流から引き抜くよう構成したが、制御電流を所定のしきい値で分割して部分制御電流を得る方法は、これに限定されるものではない。
【0087】
図18〜図21は、制御電流を所定のしきい値で分割して部分制御電流を得る別の方法にかかる実施形態を説明するための図面である。
【0088】
この実施形態による制御駆動回路の一部を図18〜図19に示す。この制御駆動回路は、図18に示す定電流生成部312(基準電流生成部),差動増幅部314(制御電流生成部),第1プリドライブ部316(信号分割部),図19に示す第2プリドライブ部318(信号分割部)を備えている。
【0089】
ドライブ部およびブラシレスサーボモータ(駆動出力合成部)は、第1の実施形態におけるそれら(図3、ドライブ部20およびブラシレスサーボモータM1参照)と同様であるので、記述を省略する。
【0090】
図18に示す定電流生成部312、差動増幅部314は、それぞれ、図1に示す定電流生成部12、差動増幅部14と同様の構成である。したがって、トランジスタ36,38のベースに入力される信号波形Vina、Vinb、ならびにトランジスタ32,34に流れる電流Iaおよび電流Ibは、第1の実施形態の場合同様、図4A〜Dのようになる。
【0091】
図18に示す第1プリドライブ部316は、図1に示す第1プリドライブ部16に対応する部分であるが、一部、第1プリドライブ部16と異なる。
【0092】
図18に示す第1プリドライブ部316のうち、電流I1,I3を得るための回路は、図1に示す第1プリドライブ部16と同様である。したがって、電流I1、電圧V1,電圧I3、電圧V3は、第1の実施形態の場合同様、図5A〜Dのようになる。
【0093】
図18に示す第1プリドライブ部316のうち、電圧V2,V4を得るための回路は、図1に示す第1プリドライブ部16と異なる。すなわち、第1の実施形態においては、トランジスタ56,72とそれぞれ並列に接続されている抵抗の値は、定電流生成部12のトランジスタ30と直列に接続された抵抗(抵抗値R1)の2倍(抵抗値2R1)であったが、この実施形態においては、トランジスタ56,72と並列に接続されている抵抗の値を、トランジスタ30と直列に接続された抵抗(抵抗値R1)の4倍弱(抵抗値約4R1)としている。
【0094】
さらに、第1の実施形態においては、電流I2を求める際トランジスタ62に流れる電流に相当する電流(=電流I4)を電流Iaから引き抜くような構成を採用したが、この実施形態においては、そのような構成を採用していない。
【0095】
つぎに、この実施形態における上記抵抗(抵抗値約4R1)を流れる電流I4,I2について説明する。
【0096】
まず、電流I4は、図20Cに示すように、第1の実施形態におけるそれと同様である(図6C参照)。しかし、上述のように、トランジスタ72と並列に接続されている抵抗の値は、第1の実施形態におけるそれの約2倍に設定されている。したがって、該抵抗に生ずる電圧V4の最大値は、図20Dに示すように、Vccとなる。
【0097】
つぎに、電流I2について説明する。図18から分かるように、電流Iaが2/4・I0を越えると、その越えた分だけ電流I2として流れるが、図20Aに示すように、I2=1/4・I0で飽和している。これは、電流I2により抵抗(抵抗値約4R1)に生ずる電圧が、I2=1/4・I0で、電源電圧Vcc(=R1・I0)に達するからである(図20B参照)。つまり、この実施形態においては、該抵抗の抵抗値を大きくすることで電流I2を飽和させ、第1の実施形態における電流I2(図6A参照)と同様の電流を得ている。
【0098】
すなわち、この実施形態においては、抵抗値を調整することで電流I2を飽和させ、これにより、電流Iaのうち1/2・I0より大きい部分を、しきい値3/4・I0で分割するようにしているのである。
【0099】
第1の実施形態の場合と同様、この実施形態においても、図19に示す第2プリドライブ部318は、制御電流として電流Ibが流れる点を除いて第1プリドライブ部316と同様の構成である。
【0100】
第1プリドライブ部316における各信号波形を表す図20A〜Dに対応する第2プリドライブ部318における各信号波形を、図21A〜Dに、それぞれ示す。
【0101】
第1の実施形態の場合と同様に、ブラシレスサーボモータM1を構成するコイルL1の一端に現れる電圧VL1、コイルL2の一端に現れる電圧VL2、コイルL1およびL2に現れる電圧を合成(加算)した電圧VLT(図3参照)は、それぞれ、図9A〜Cに示す電圧となる。つまり、電圧振幅が、ドライブ部20の電源電圧Vrの4倍となるような駆動出力を得ることができるのである。
【0102】
なお、この実施形態においても、第1の実施形態同様、ドライブ部20の電源電圧Vrは、上記抵抗(抵抗値約4R1)上端に生ずる最大電圧と同じ電圧に設定されている。このため、この実施形態においては、ドライブ部20の電源電圧Vrは、制御回路の電源電圧Vccと同じ電圧になる。したがって、ブラシレスサーボモータM1の出力として、制御回路の電源Vccの4倍の電圧振幅を持つ出力を得ることができる。
【0103】
このように、この実施形態においては、制御電流を飽和させることで部分制御電流(部分制御信号)を得ている。したがって、簡易な回路構成で部分制御電流(部分制御信号)を得ることができる。また、制御電流を飽和させて部分制御電流(部分制御信号)を得るようにすることで、制御回路の電源電圧に等しい駆動用電源電圧を実現することができる。このため、より大きい電圧振幅を持つ出力を得ることができる。
【0104】
なお、上述の各実施形態においては、ドライブ部の電源電圧Vrを、直接、ドライブ回路に与えるようにしている。たとえば、図3に示すドライブ部20の電源電圧Vrを、直接、ドライブ回路22,24を構成するトランジスタ92,94,100,102のコレクタに与えるようにしている。
【0105】
しかし、たとえば特公平6−67265公報の第4図に記載されている電源供給用トランジスタQ5と同様のnpn型のトランジスタ(図示せず)を、本願図3に示すドライブ部20の電源電圧Vrと、ドライブ回路22を構成するトランジスタ92および94のコレクタとの間、ならびに、ドライブ部20の電源電圧Vrと、ドライブ回路24を構成するトランジスタ100および102のコレクタとの間に、それぞれ挿入するよう構成することができる。
【0106】
この場合、ドライブ部20の電源電圧Vrと、ドライブ回路22を構成するトランジスタ92および94のコレクタとの間に挿入される上記トランジスタのベースには、本願図6Bに示す電圧V2および図8Bに示す電圧V6を合成して(和をとって)得られる電圧に、さらに、トランジスタ92および94がそれぞれ電圧V2および電圧V6によってONにされたときのトランジスタ92および94のコレクタ・エミッタ間電圧を加えて得られる電圧(上記、特公平6−67265公報の第5図(f)に記載されている出力S6に対応)が印加されるよう構成しておく。
【0107】
同様に、ドライブ部20の電源電圧Vrと、ドライブ回路24を構成するトランジスタ100および102のコレクタとの間に挿入される上記トランジスタのベースには、本願図6Dに示す電圧V4および図8Dに示す電圧V8を合成して(和をとって)得られる電圧に、さらに、トランジスタ100および102がそれぞれ電圧V4および電圧V8によってONにされたときのトランジスタ100および102のコレクタ・エミッタ間電圧を加えて得られる電圧が印加されるよう構成しておく。
【0108】
このように、ドライブ部20の電源電圧Vrとドライブ回路22、24との間に、それぞれ、電源供給制御用のトランジスタを挿入することで、さらに、省電力化を図ることができる。
【0109】
同様に、本願図12に示すドライブ部120の電源電圧Vrと、ドライブ回路122、124、126との間に、それぞれ、電源供給制御用のトランジスタを挿入するよう構成することができる。
【0110】
なお、上述の各実施形態においては、コイルを備えたモータを駆動するための回路を例に説明したが、この発明はこれに限定されるものではない。たとえば、コイルを備えたスピーカを駆動するための回路など、、コイルを備えた回路全般に適用することができる。さらに、部分駆動出力を合成することができるのであれば、コイル以外の駆動出力合成部を備えた回路にも適用することができる。
【0111】
また、上述の各実施形態においては、基準電流生成部、制御電流生成部、信号分割部、部分駆動出力生成部、駆動出力合成部を実現する回路を例示したが、上記各部はこれらの回路に限定されるものではない。さらに、本発明は、上記各部を備えた制御駆動回路に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態による制御駆動回路の一部を示す回路図である。
【図2】この発明の一実施形態による制御駆動回路の一部を示す回路図である。
【図3】この発明の一実施形態による制御駆動回路の一部を示す回路図である。
【図4】図4A〜Dは、この発明の一実施形態による制御駆動回路各部における信号の波形を表す図面である。
【図5】図5A〜Dは、この発明の一実施形態による制御駆動回路各部における信号の波形を表す図面である。
【図6】図6A〜Dは、この発明の一実施形態による制御駆動回路各部における信号の波形を表す図面である。
【図7】図7A〜Dは、この発明の一実施形態による制御駆動回路各部における信号の波形を表す図面である。
【図8】図8A〜Dは、この発明の一実施形態による制御駆動回路各部における信号の波形を表す図面である。
【図9】図9A〜Cは、この発明の一実施形態による制御駆動回路各部における信号の波形を表す図面である。
【図10】この発明の他の実施形態による制御駆動回路の一部を示す回路図である。
【図11】この発明の他の実施形態による制御駆動回路の一部を示す回路図である。
【図12】この発明の他の実施形態による制御駆動回路の一部を示す回路図である。
【図13】図13A〜Fは、この発明の他の実施形態による制御駆動回路各部における信号の波形を表す図面である。
【図14】図14A〜Fは、この発明の他の実施形態による制御駆動回路各部における信号の波形を表す図面である。
【図15】図15A〜Fは、この発明の他の実施形態による制御駆動回路各部における信号の波形を表す図面である。
【図16】図16A〜Fは、この発明の他の実施形態による制御駆動回路各部における信号の波形を表す図面である。
【図17】図17A〜Dは、この発明の他の実施形態による制御駆動回路各部における信号の波形を表す図面である。
【図18】この発明のさらに他の実施形態による制御駆動回路の一部を示す回路図である。
【図19】この発明のさらに他の実施形態による制御駆動回路の一部を示す回路図である。
【図20】図20A〜Dは、この発明のさらに他の実施形態による制御駆動回路各部における信号の波形を表す図面である。
【図21】図21A〜Dは、この発明のさらに他の実施形態による制御駆動回路各部における信号の波形を表す図面である。
【図22】従来の制御駆動回路の回路構成の一例を示す図面である。
【図23】従来の制御駆動回路各部における信号の波形を表す図面である。
【符号の説明】
12・・・定電流生成部
14・・・差動増幅部
16・・・第1プリドライブ部
39・・・差動増幅器
I0,I2,I4,Ia・・・電流
S・・・信号源
Vina、Vinb・・・信号波形
Claims (2)
- 入力された信号波形に基づいて駆動出力を得る制御駆動回路であって、
基準電流を生成する基準電流生成部と、
入力された信号波形に基づいて、前記基準電流の2分の1の電流を中央値とする制御電流を生成する制御電流生成部と、
前記制御電流を所定のしきい値で分割して部分制御電流を得る信号分割部と、
前記部分制御電流に基づいて、駆動用電源電圧を越えない部分駆動出力を生成する部分駆動出力生成部と、
生成された部分駆動出力を合成することで前記駆動用電源電圧より高い電圧の駆動出力を得る駆動出力合成部と、
を備えたことを特徴とする制御駆動回路。 - 入力された信号波形に基づいて駆動出力を得る制御駆動方法であって、
入力された信号波形に基づいて、所定のしきい値で分割された部分制御信号を生成し、生成された部分制御信号に基づいて駆動用電源電圧を越えない部分駆動出力を生成し、生成された部分駆動出力を合成することで前記駆動用電源電圧より高い電圧の駆動出力を得ること、
を特徴とする制御駆動方法。
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