JP5851617B2 - Class G amplifier circuit - Google Patents

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Description

本発明は、G級増幅回路に関する。   The present invention relates to a class G amplifier circuit.

モータ等の負荷に必要な電力を供給し負荷を駆動するために、リニアアンプが用いられるが、A級、B級、AB級などのリニアアンプでは、必要な出力電力に比べて損失電力が大きくなる傾向にある。   Linear amplifiers are used to supply the necessary power to the motor and other loads to drive the load. However, linear amplifiers such as class A, class B, and class AB have a large power loss compared to the required output power. Tend to be.

一方、特許文献1には、G級型の増幅回路において、第1NPNトランジスタのエミッタが出力端を介して負荷に接続され、第1NPNトランジスタのコレクタが第2NPNトランジスタのエミッタに接続されるとともに第1ダイオードを介して第1電源電圧の端子に接続され、第2NPNトランジスタのコレクタが第2電源電圧の端子に接続され、第3PNPトランジスタのベースが入力電圧を受け、第3PNPトランジスタのエミッタが第1NPNトランジスタのベースに接続されることが記載されている。また、第4PNPトランジスタのエミッタが第2電源電圧の端子に接続され、第4PNPトランジスタのコレクタが第2NPNトランジスタのエミッタ及び第5PNPトランジスタのエミッタに接続され、第5PNPトランジスタのコレクタが第4ダイオードを介して第3PNPトランジスタのエミッタに接続されるとともに第5ダイオードを介して第3電流源に接続され、第5PNPトランジスタのベースが第2ダイオードを介して第1ダイオードに接続されるとともに第3ダイオードを介して第3電流源に接続され、第6PNPトランジスタのエミッタが第2電源電圧の端子に接続され、第6PNPトランジスタのコレクタが第3PNPトランジスタのエミッタに接続されることも記載されている。これにより、特許文献1によれば、第2電源電圧から第4PNPトランジスタのコレクタ−エミッタ電圧と第2NPNトランジスタのベース−エミッタ電圧と第1NPNトランジスタのコレクタ−エミッタ電圧とを引いた値に等しい電圧に出力端の電圧を駆動でき、この大きな出力電圧振幅のために増幅回路の効率が高くなるとされている。   On the other hand, in Patent Document 1, in the class-G amplifier circuit, the emitter of the first NPN transistor is connected to the load via the output terminal, the collector of the first NPN transistor is connected to the emitter of the second NPN transistor, and the first A diode is connected to the terminal of the first power supply voltage, the collector of the second NPN transistor is connected to the terminal of the second power supply voltage, the base of the third PNP transistor receives the input voltage, and the emitter of the third PNP transistor is the first NPN transistor. It is described that it is connected to the base of. The emitter of the fourth PNP transistor is connected to the terminal of the second power supply voltage, the collector of the fourth PNP transistor is connected to the emitter of the second NPN transistor and the emitter of the fifth PNP transistor, and the collector of the fifth PNP transistor is connected via the fourth diode. Connected to the emitter of the third PNP transistor and connected to the third current source via the fifth diode, and the base of the fifth PNP transistor is connected to the first diode via the second diode and via the third diode. It is also described that the emitter of the sixth PNP transistor is connected to the terminal of the second power supply voltage and the collector of the sixth PNP transistor is connected to the emitter of the third PNP transistor. Accordingly, according to Patent Document 1, a voltage equal to a value obtained by subtracting the collector-emitter voltage of the fourth PNP transistor, the base-emitter voltage of the second NPN transistor, and the collector-emitter voltage of the first NPN transistor from the second power supply voltage. It is said that the voltage at the output terminal can be driven and the efficiency of the amplifier circuit is increased due to this large output voltage amplitude.

特公平5−80162号公報Japanese Patent Publication No. 5-80162

特許文献1には、特許文献1に記載のG級型の増幅回路がプッシュプル増幅器に用いられた構成も記載されている。このG級型のプッシュプル増幅器は、特許文献1に記載のG級型の増幅回路を正側の回路とし、正側の回路に対して各トランジスタの極性を反転させたものを負側の回路として正側の回路に縦列接続させ、正電流出力時には、2個の正電源から切り替えて電流を出力し、負電流出力時には、2個の負電源から出力電力に応じて切り替えて電流を出力するものと考えられる。   Patent Document 1 also describes a configuration in which the class G amplifier circuit described in Patent Document 1 is used in a push-pull amplifier. This class G push-pull amplifier uses a class G amplifier circuit described in Patent Document 1 as a positive circuit, and a negative circuit obtained by inverting the polarity of each transistor with respect to the positive circuit. Are connected in cascade to the positive side circuit, and when positive current is output, the current is switched from two positive power supplies, and when negative current is output, the current is switched from the two negative power supplies according to the output power. It is considered a thing.

一方、ガルバノスキャナのようなインダクタンス性の負荷の場合には、電圧の位相に対して電流の位相が90°近く遅れるので、特許文献1に記載のG級型のプッシュプル増幅器(G級増幅回路)をガルバノスキャナの駆動に用いた場合、正電流出力時及び負電流出力時のそれぞれにおいて、出力電圧と母線電圧との間には大きな電圧差が生じ、電力損失としてはこの電圧差と出力電流との乗算になるので、大きな電力損失が生じる傾向にある。電力損失が大きいと、ガルバノスキャナの精度を向上させながらガルバノスキャナを高速化することが困難になる。   On the other hand, in the case of an inductive load such as a galvano scanner, the current phase is delayed by nearly 90 ° with respect to the voltage phase, so that the G-class push-pull amplifier (G-class amplifier circuit described in Patent Document 1). ) Is used to drive the galvano scanner, there is a large voltage difference between the output voltage and the bus voltage at the time of both positive current output and negative current output. Therefore, a large power loss tends to occur. When the power loss is large, it is difficult to increase the speed of the galvano scanner while improving the accuracy of the galvano scanner.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電力損失を低減できるG級増幅回路を得ることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to obtain a class G amplifier circuit capable of reducing power loss.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の1つの側面にかかるG級増幅回路は、指令電圧を受ける入力ノードと、前記入力ノードで受けた指令電圧に応じて、3種類以上の電源電圧から選択された電源電圧へ母線電圧を切り替える切り替え部と、前記選択された電源電圧を用いて、増幅動作を行って、電力を生成する増幅部と、前記生成された電力を、印加される電圧の位相に対して流れる電流の位相が遅れる負荷へ出力する出力ノードとを備え、前記3種類以上の電源電圧は、前記出力ノードからの出力電圧の最大振幅に対応した第1の電源電圧と、前記第1の電源電圧より絶対値が小さい第2の電源電圧と、前記第2の電源電圧より絶対値が小さい第3の電源電圧とを含み、前記切り替え部は、前記出力ノードからの出力電流が正である第1の期間において、母線電圧を正の前記第1の電源電圧から正の前記第2の電源電圧及び前記第3の電源電圧へ順次に切り替え、前記出力ノードからの出力電流が負である第2の期間において、母線電圧を負の前記第1の電源電圧から負の前記第2の電源電圧及び前記第3の電源電圧へ順次に切り替えることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, a class G amplifier circuit according to one aspect of the present invention includes three types of input nodes that receive a command voltage and the command voltage received at the input node. A switching unit that switches the bus voltage from the power supply voltage to the selected power supply voltage, an amplification unit that performs an amplification operation using the selected power supply voltage, and the generated power, An output node that outputs to a load whose phase of the flowing current is delayed with respect to the phase of the applied voltage, and the three or more types of power supply voltages are the first corresponding to the maximum amplitude of the output voltage from the output node. A power supply voltage; a second power supply voltage whose absolute value is smaller than the first power supply voltage; and a third power supply voltage whose absolute value is smaller than the second power supply voltage. The switching unit includes the output node Output from In the first period in which the current is positive, the bus voltage is sequentially switched from the positive first power supply voltage to the positive second power supply voltage and the third power supply voltage, and the output current from the output node In the second period in which is negative, the bus voltage is sequentially switched from the negative first power supply voltage to the negative second power supply voltage and the third power supply voltage.

本発明によれば、切り替え部は、出力ノードからの出力電流が正である第1の期間において、母線電圧を正の第1の電源電圧から正の第2の電源電圧及び第3の電源電圧へ順次に切り替え、出力ノードからの出力電流が負である第2の期間において、母線電圧を負の第1の電源電圧から負の第2の電源電圧及び第3の電源電圧へ順次に切り替える。これにより、正電流出力時及び負電流出力時のそれぞれにおいて、出力電圧と母線電圧との電圧差を低減できるので、電力損失を低減できる。   According to the present invention, the switching unit changes the bus voltage from the positive first power supply voltage to the positive second power supply voltage and the third power supply voltage in the first period in which the output current from the output node is positive. In the second period in which the output current from the output node is negative, the bus voltage is sequentially switched from the negative first power supply voltage to the negative second power supply voltage and the third power supply voltage. As a result, the voltage difference between the output voltage and the bus voltage can be reduced at the time of positive current output and negative current output, respectively, so that power loss can be reduced.

図1は、実施の形態1にかかるG級増幅回路の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a class G amplifier circuit according to the first embodiment. 図2は、実施の形態1にかかるG級増幅回路の動作を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating the operation of the class G amplifier circuit according to the first embodiment. 図3は、実施の形態1の変形例にかかるG級増幅回路の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a class G amplifier circuit according to a modification of the first embodiment. 図4は、実施の形態2にかかるG級増幅回路の構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram of a configuration of the class G amplifier circuit according to the second embodiment. 図5は、実施の形態2にかかるG級増幅回路の動作を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating the operation of the class G amplifier circuit according to the second embodiment. 図6は、実施の形態2の変形例にかかるG級増幅回路の構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a class G amplifier circuit according to a modification of the second embodiment. 図7は、実施の形態3にかかるG級増幅回路の構成を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of a class G amplifier circuit according to the third embodiment. 図8は、実施の形態3にかかるG級増幅回路の動作を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating the operation of the class G amplifier circuit according to the third embodiment. 図9は、実施の形態3の変形例にかかるG級増幅回路の構成を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of a class G amplifier circuit according to a modification of the third embodiment. 図10は、実施の形態4にかかるG級増幅回路の構成を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a class G amplifier circuit according to the fourth embodiment. 図11は、実施の形態4にかかるG級増幅回路の動作を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating the operation of the class G amplifier circuit according to the fourth embodiment. 図12は、実施の形態4の変形例にかかるG級増幅回路の構成を示す図である。FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of a class G amplifier circuit according to a modification of the fourth embodiment. 図13は、基本の形態にかかるB級増幅回路を適用したガルバノスキャナの構成を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a galvano scanner to which the class B amplifier circuit according to the basic form is applied. 図14は、基本の形態にかかるB級増幅回路の構成を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing a configuration of a class B amplifier circuit according to a basic form. 図15は、基本の形態にかかるB級増幅回路の動作を示す図である。FIG. 15 is a diagram illustrating the operation of the class B amplifier circuit according to the basic mode. 図16は、基本の形態にかかるG級増幅回路の構成を示す図である。FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration of a class G amplifier circuit according to a basic mode. 図17は、基本の形態にかかるG級増幅回路の動作を示す図である。FIG. 17 is a diagram illustrating the operation of the class G amplifier circuit according to the basic mode. 図18は、損失電力の計算方法を示す図である。FIG. 18 is a diagram illustrating a calculation method of loss power.

以下に、本発明にかかるG級増幅回路の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。   Embodiments of a class G amplifier circuit according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

実施の形態1.
実施の形態1にかかるG級増幅回路について説明する前に、基本の形態にかかるB級増幅回路AMP10、基本の形態にかかるG級増幅回路AMP20について順に説明する。
Embodiment 1 FIG.
Before describing the class G amplifier circuit according to the first embodiment, the class B amplifier circuit AMP10 according to the basic form and the class G amplifier circuit AMP20 according to the basic form will be described in order.

被加工物へのレーザー加工を行うレーザー加工装置は、例えば図13に示すガルバノスキャナ1によって被加工物へのレーザー光の照射位置を制御する。ガルバノスキャナ1は、例えば、制御装置2、D/A変換器3、駆動アンプ4、ガルバノスキャナ本体5、及びエンコーダ信号処理回路6を備える。ガルバノスキャナ本体5は、ミラー5a、モータ5b、及びエンコーダ5cを有する。駆動アンプ4は、増幅回路AMPを含む。モータ5bは、負荷LDを含む。   A laser processing apparatus that performs laser processing on a workpiece controls the irradiation position of the laser beam on the workpiece by, for example, a galvano scanner 1 shown in FIG. The galvano scanner 1 includes, for example, a control device 2, a D / A converter 3, a drive amplifier 4, a galvano scanner main body 5, and an encoder signal processing circuit 6. The galvano scanner main body 5 includes a mirror 5a, a motor 5b, and an encoder 5c. The drive amplifier 4 includes an amplifier circuit AMP. The motor 5b includes a load LD.

制御装置2は、被加工物におけるレーザー光の目標照射位置に応じて、ミラー5aの角度を制御するための指令データをD/A変換器3へ供給する。D/A変換器3は、指令データ(デジタル信号)を指令信号(アナログ信号)へD/A変換し、変換された指令信号を駆動アンプ4へ供給する。   The control device 2 supplies command data for controlling the angle of the mirror 5a to the D / A converter 3 in accordance with the target irradiation position of the laser beam on the workpiece. The D / A converter 3 D / A converts the command data (digital signal) into a command signal (analog signal), and supplies the converted command signal to the drive amplifier 4.

駆動アンプ4は、指令信号を内部的に指令電圧に変換し増幅回路AMPへ供給する。増幅回路AMPは、指令電圧に応じて、増幅動作を行い、電力を生成しモータ5bへ供給する。すなわち、駆動アンプ4は、指令電圧に応じた電力をモータ5bの負荷LDへ供給することで、指令電圧に追従するようにモータ5bを駆動する。   The drive amplifier 4 internally converts the command signal into a command voltage and supplies it to the amplifier circuit AMP. The amplifier circuit AMP performs an amplification operation according to the command voltage, generates electric power, and supplies it to the motor 5b. That is, the drive amplifier 4 drives the motor 5b so as to follow the command voltage by supplying power corresponding to the command voltage to the load LD of the motor 5b.

なお、モータ5bでは、例えば、回転子と固定子との一方がコイルで他方が永久磁石で形成され、そのコイルがインダクタンス性の負荷LDとなる。   In the motor 5b, for example, one of the rotor and the stator is formed of a coil and the other is formed of a permanent magnet, and the coil serves as an inductance load LD.

ガルバノスキャナ本体5では、モータ5bが、その負荷LDに電力が供給されたことに応じて、シャフトを介してミラー5aを回転させる。また、エンコーダ5cが、モータ5bの回転角度を検出しエンコーダ信号処理部6へ供給する。エンコーダ信号処理部6は、回転角度の検出値(アナログ信号)を回転角度データ(デジタル信号)へA/D変換し制御装置2へ供給する。これにより、制御装置2は、ミラー5aの角度が、被加工物におけるレーザー光の目標照射位置に応じた目標角度になるように制御する。   In the galvano scanner main body 5, the motor 5b rotates the mirror 5a through the shaft in response to the supply of power to the load LD. The encoder 5 c detects the rotation angle of the motor 5 b and supplies it to the encoder signal processing unit 6. The encoder signal processing unit 6 performs A / D conversion of the rotation angle detection value (analog signal) into rotation angle data (digital signal) and supplies the rotation angle data (digital signal) to the control device 2. Thereby, the control apparatus 2 controls the angle of the mirror 5a so that it may become the target angle according to the target irradiation position of the laser beam in a workpiece.

ガルバノスキャナ1では、モータ5bのインダクタンス性の負荷LDに必要な電流(電力)を供給するために、駆動アンプ4内の増幅回路AMPとして例えば図14に示すようなB級増幅回路AMP10が用いられる。   In the galvano scanner 1, for example, a class B amplifier circuit AMP 10 as shown in FIG. 14 is used as the amplifier circuit AMP in the drive amplifier 4 in order to supply a necessary current (electric power) to the inductance load LD of the motor 5 b. .

図14に示すB級増幅回路AMP10は、プッシュプル型であり、例えば、入力ノードN1、切り替え部11、増幅部12、グランドノードN3、電源13、電源14、及び、出力ノードN2を備える。   The class B amplifier circuit AMP10 illustrated in FIG. 14 is a push-pull type, and includes, for example, an input node N1, a switching unit 11, an amplifier unit 12, a ground node N3, a power source 13, a power source 14, and an output node N2.

入力ノードN1は、指令電圧CVの供給源と切り替え部11との間に電気的に接続されている。入力ノードN1は、指令電圧CVを受けて切り替え部11へ供給する。   The input node N1 is electrically connected between the supply source of the command voltage CV and the switching unit 11. The input node N1 receives the command voltage CV and supplies it to the switching unit 11.

切り替え部11は、入力ノードN1と増幅部12との間に配され、現在の出力電流Ioの方向と、入力ノードN1で受けた指令電圧CVと、接続されている母線の電位とに応じて、1種類の電源電圧(V2)で母線電圧を切り替える。すなわち、切り替え部11は、現在の出力電流Ioの方向と、指令電圧CVに追従する各トランジスタのベース電位と、接続されている母線の電位と応じて、PラインPL2及びNラインNL2のいずれかを選択的に活性化し、電源13による電源電圧(+V2)と電源14による電源電圧(−V2)との間で母線電圧を切り替える。具体的には、切り替え部11は、ツェナーダイオードZD4、ZD3、電流源CS1、CS2、トランジスタTr1、Tr2、及び抵抗R1を有する。   Switching unit 11 is arranged between input node N1 and amplifying unit 12, and depends on the current direction of output current Io, command voltage CV received at input node N1, and the potential of the connected bus. The bus voltage is switched by one type of power supply voltage (V2). That is, the switching unit 11 selects either the P line PL2 or the N line NL2 depending on the current direction of the output current Io, the base potential of each transistor following the command voltage CV, and the potential of the connected bus. Is selectively activated to switch the bus voltage between the power supply voltage (+ V2) from the power supply 13 and the power supply voltage (−V2) from the power supply 14. Specifically, the switching unit 11 includes Zener diodes ZD4 and ZD3, current sources CS1 and CS2, transistors Tr1 and Tr2, and a resistor R1.

ツェナーダイオードZD4は、アノードが入力ノードN1に接続され、カソードが電流源CS1とトランジスタTr1のベースとに接続されている。ツェナーダイオードZD3は、アノードが電流源CS2とトランジスタTr2のベースとに接続され、カソードが入力ノードN1に接続されている。トランジスタTr1は、例えばNPN型バーポーラトランジスタであり、ベースが電流源CS1及びツェナーダイオードZD4の間に接続され、コレクタが電源13に接続され、エミッタが抵抗R1に接続されている。トランジスタTr2は、例えばPNP型バーポーラトランジスタであり、ベースがツェナーダイオードZD3及び電流源CS2の間に接続され、コレクタが電源14に接続され、エミッタが抵抗R1に接続されている。   The Zener diode ZD4 has an anode connected to the input node N1, and a cathode connected to the current source CS1 and the base of the transistor Tr1. The Zener diode ZD3 has an anode connected to the current source CS2 and the base of the transistor Tr2, and a cathode connected to the input node N1. The transistor Tr1 is, for example, an NPN-type bipolar transistor, the base is connected between the current source CS1 and the Zener diode ZD4, the collector is connected to the power supply 13, and the emitter is connected to the resistor R1. The transistor Tr2 is, for example, a PNP-type bipolar transistor, the base is connected between the Zener diode ZD3 and the current source CS2, the collector is connected to the power supply 14, and the emitter is connected to the resistor R1.

切り替え部11は、現在の出力電流Ioの方向が正出力方向(図14に実線で示す方向)であれば、トランジスタTr1をオンさせ、増幅部12における上側のトランジスタTr6を動作させる。そして、切り替え部11は、指令電圧CVに追従するトランジスタTr1のベース電位を正側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてPラインPL2を選択する。すなわち、切り替え部11は、PラインPL2を活性化させ電源13及び増幅部12の接続を有効にし、母線電圧を電源13による電源電圧(+V2)に切り替える。   When the current output current Io direction is the positive output direction (the direction indicated by the solid line in FIG. 14), the switching unit 11 turns on the transistor Tr1 and operates the upper transistor Tr6 in the amplifying unit 12. Then, the switching unit 11 selects the P line PL2 as the bus line of the voltage value that exceeds the base potential of the transistor Tr1 that follows the command voltage CV to the positive side and has the closest value. That is, the switching unit 11 activates the P line PL2 to enable connection between the power supply 13 and the amplification unit 12, and switches the bus voltage to the power supply voltage (+ V2) by the power supply 13.

また、切り替え部11は、現在の出力電流Ioの方向が負出力方向(図14に破線で示す方向)であれば、トランジスタTr2をオンさせ、増幅部12における下側のトランジスタTr5を動作させる。そして、切り替え部11は、指令電圧CVに追従するトランジスタTr2のベース電位を負側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてNラインNL2を選択する。すなわち、切り替え部11は、NラインNL2を活性化させ電源14及び増幅部12の接続を有効にし、母線電圧を電源14による電源電圧(−V2)に切り替える。   Further, when the current output current Io is in the negative output direction (the direction indicated by the broken line in FIG. 14), the switching unit 11 turns on the transistor Tr2 and operates the lower transistor Tr5 in the amplification unit 12. Then, the switching unit 11 selects the N line NL2 as the bus line of the voltage value that exceeds the base potential of the transistor Tr2 that follows the command voltage CV to the negative side and has the closest value. That is, the switching unit 11 activates the N line NL2 to enable the connection between the power supply 14 and the amplification unit 12, and switches the bus voltage to the power supply voltage (−V2) by the power supply 14.

増幅部12は、切り替え部11と出力ノードN2との間に配され、切り替え部11により切り替えられた母線電圧(電源電圧)を用いて増幅動作を行い、電力を生成し、生成された電力を出力ノードN2へ供給する。具体的には、増幅部12は、トランジスタTr6、Tr5、及び抵抗Re1、Re2を有する。   The amplifying unit 12 is arranged between the switching unit 11 and the output node N2, performs an amplifying operation using the bus voltage (power supply voltage) switched by the switching unit 11, generates power, and generates the generated power. Supply to output node N2. Specifically, the amplification unit 12 includes transistors Tr6 and Tr5 and resistors Re1 and Re2.

トランジスタTr6は、例えばNPN型バイポーラトランジスタであり、ベースがトランジスタTr1のエミッタ及び抵抗R1の間に接続され、コレクタが電源13に接続され、エミッタが抵抗Re1を介して出力ノードN2に接続されている。トランジスタTr5は、例えばPNP型バイポーラトランジスタであり、ベースが抵抗R1及びトランジスタTr2のエミッタの間に接続され、コレクタが電源14に接続され、エミッタが抵抗Re2を介して出力ノードN2に接続されている。   The transistor Tr6 is, for example, an NPN bipolar transistor, the base is connected between the emitter of the transistor Tr1 and the resistor R1, the collector is connected to the power supply 13, and the emitter is connected to the output node N2 via the resistor Re1. . The transistor Tr5 is, for example, a PNP-type bipolar transistor, the base is connected between the resistor R1 and the emitter of the transistor Tr2, the collector is connected to the power supply 14, and the emitter is connected to the output node N2 via the resistor Re2. .

増幅部12は、トランジスタTr1がオンされた状態でトランジスタTr6がオンして、トランジスタTr6がエミッタフォロワとして機能し、電源13による電源電圧(+V2)を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。   The amplifying unit 12 turns on the transistor Tr6 in a state where the transistor Tr1 is turned on, and the transistor Tr6 functions as an emitter follower, and performs a current amplification operation using the power supply voltage (+ V2) from the power supply 13 to generate power.

例えば、現在の出力電流Ioの方向が正出力方向であり、切り替え部11のトランジスタTr1のベース電位(指令電圧CV)が+V2以下である場合、トランジスタTr6は、コレクタ側の母線の電位(PラインPL2の電位)がベース電位(指令電圧CV)を正側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧(ベース電圧)との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタTr6において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタTr6の温度上昇により放熱し外部に消失する。   For example, when the current output current Io direction is the positive output direction and the base potential (command voltage CV) of the transistor Tr1 of the switching unit 11 is + V2 or less, the transistor Tr6 is connected to the potential of the collector side bus (P line). PL2 potential) exceeds the base potential (command voltage CV) to the positive side and is the closest transistor to the base potential. Therefore, the transistor operates in the active region and the voltage difference between the bus voltage and the output voltage (base voltage) is reduced. This is borne as a voltage drop between the collector and the emitter. At that time, a loss power of voltage × current is generated in the transistor Tr6, and the loss power is dissipated by the temperature rise of the transistor Tr6 and disappears to the outside.

また、増幅部12は、トランジスタTr2をオンされた状態でトランジスタTr5がオンして、トランジスタTr5がエミッタフォロワとして機能し、電源14による電源電圧(−V2)を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。   In addition, the amplifying unit 12 turns on the transistor Tr5 with the transistor Tr2 turned on, the transistor Tr5 functions as an emitter follower, performs a current amplifying operation using the power supply voltage (−V2) from the power supply 14, and supplies power. Generate.

例えば、現在の出力電流Ioの方向が負出力方向であり、切り替え部11のトランジスタTr1のベース電位(指令電圧CV)が−V2以上である場合、トランジスタTr5は、コレクタ側の母線の電位(NラインNL2の電位)がベース電位(指令電圧CV)を負側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧(ベース電圧)との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタTr5において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタTr5の温度上昇により放熱し外部に消失する。   For example, when the current output current Io is in the negative output direction and the base potential (command voltage CV) of the transistor Tr1 of the switching unit 11 is −V2 or more, the transistor Tr5 is connected to the collector-side bus potential (N Since the transistor in which the potential of the line NL2) exceeds the base potential (command voltage CV) to the negative side and is closest to the base potential, the transistor operates in the active region and is a voltage component of the difference between the bus voltage and the output voltage (base voltage). As a voltage drop between the collector and the emitter. At that time, a loss power of voltage × current is generated in the transistor Tr5, and the loss power dissipates due to the temperature rise of the transistor Tr5 and disappears to the outside.

グランドノードN3は、外部のグランド電位に接続されている。すなわち、グランドノードN3の電位は、グランド電位に維持されている。   The ground node N3 is connected to an external ground potential. That is, the potential of the ground node N3 is maintained at the ground potential.

電源13は、グランドノードN3を基準にして正の電源電圧(+V2)を発生させる。電源13は、発生させた正の電源電圧(+V2)をPラインPL2経由で増幅部12へ供給する。   The power supply 13 generates a positive power supply voltage (+ V2) with respect to the ground node N3. The power supply 13 supplies the generated positive power supply voltage (+ V2) to the amplification unit 12 via the P line PL2.

電源14は、グランドノードN3を基準にして負の電源電圧(−V2)を発生させる。電源14は、発生させた負の電源電圧(−V2)をNラインNL2経由で増幅部12へ供給する。   The power supply 14 generates a negative power supply voltage (−V2) with respect to the ground node N3. The power supply 14 supplies the generated negative power supply voltage (−V2) to the amplification unit 12 via the N line NL2.

出力ノードN2は、増幅部12により生成された電力を負荷LDへ供給する。負荷LDは、例えばインダクタンス性の負荷であり、印加される電圧の位相に対して流れる電流の位相が遅れる。すなわち、出力ノードN2からの出力電圧の位相に対して、出力ノードN2からの出力電流の位相が例えば90°近く遅れる(図15参照)。   The output node N2 supplies the power generated by the amplifying unit 12 to the load LD. The load LD is, for example, an inductance load, and the phase of the flowing current is delayed with respect to the phase of the applied voltage. That is, the phase of the output current from the output node N2 is delayed by, for example, about 90 ° with respect to the phase of the output voltage from the output node N2 (see FIG. 15).

本発明者は、図14に示すB級増幅回路AMP10の動作についてシミュレーションを行った。具体的には、電源電圧の絶対値をV2=90Vとし、ガルバノスキャナ1のミラー5aによりレーザー光の照射位置を1.0mmピッチ(モータ5bの回転子の角度で0.3°ピッチ)で移動させることを繰り返した場合における、出力ノードN2から負荷LDへの出力電流、出力ノードN2から負荷LDへの出力電圧、出力ノードN2から負荷LDへの電力供給における損失電力、B級増幅回路AMP10における母線電圧の変化についてシミュレーションを行った。   The inventor performed a simulation on the operation of the class B amplifier circuit AMP10 shown in FIG. Specifically, the absolute value of the power supply voltage is set to V2 = 90 V, and the irradiation position of the laser beam is moved by the mirror 5a of the galvano scanner 1 at a pitch of 1.0 mm (the pitch of the rotor of the motor 5b is 0.3 ° pitch). Output current from the output node N2 to the load LD, output voltage from the output node N2 to the load LD, power loss in the power supply from the output node N2 to the load LD, in the class B amplifier circuit AMP10 A simulation was performed on changes in bus voltage.

なお、電力損失は、図18(a)〜(c)に示すような方法で計算を行った。図14に示すB級増幅回路AMP10のようなプッシュプル型の増幅回路の場合、正電流(吐き出す向きに流れる電流:図18(c)に示す区間A)は、図18(a)に示すように、出力ノードN2の上段のトランジスタQ1から流れ、負電流(吸い込む向きに流れる電流:図18(c)に示す区間B)は、図18(b)に示すように、出力ノードN2の下段のトランジスタQ2を通して流れる。このため、電流電圧波形から損失電力を計算する方法は、電流の向きによって場合分けして考える必要がある。母線電圧から出力電圧を減算した差の電圧がそれぞれのトランジスタQ1、Q2のコレクタ−エミッタ間およびそれぞれのエミッタ抵抗Re1、Re2に掛かり、出力電流Ioが流れるので、その瞬間での損失電力P(t)は、母線電圧をVb、出力電圧をVoとすると、次の数式1で表される。
P(t)=(Vb−Vo)×Io・・・数式1
The power loss was calculated by a method as shown in FIGS. In the case of a push-pull type amplifier circuit such as the class B amplifier circuit AMP10 shown in FIG. 14, the positive current (current flowing in the discharge direction: section A shown in FIG. 18C) is as shown in FIG. In addition, a negative current (current flowing in the direction of suction: section B shown in FIG. 18C) flows from the upper transistor Q1 of the output node N2, as shown in FIG. It flows through transistor Q2. For this reason, the method for calculating the power loss from the current-voltage waveform needs to be considered according to the direction of the current. The difference voltage obtained by subtracting the output voltage from the bus voltage is applied between the collector-emitter of each of the transistors Q1 and Q2 and the emitter resistances Re1 and Re2, and the output current Io flows. ) Is expressed by the following Equation 1, where Vb is the bus voltage and Vo is the output voltage.
P (t) = (Vb−Vo) × Io Equation 1

増幅回路の全体としての平均損失電力は、損失電力P(t)を時間平均して演算すればよい。つまり、図18(a)に示す正電流Io1を次の数式2のようにおき、図18(b)に示す負電流Io2を次の数式3のようにおく。
Io1(t)=Io(t) (Io≧0、区間A)
=0 (Io<0、区間B) ・・・数式2
Io2(t)=0 (Io≧0、区間A)
=Io(t) (Io<0、区間B) ・・・数式3
The average power loss of the entire amplifier circuit may be calculated by averaging the power loss P (t) over time. In other words, the positive current Io1 shown in FIG. 18A is set as in the following formula 2, and the negative current Io2 shown in FIG. 18B is set as in the following formula 3.
Io1 (t) = Io (t) (Io ≧ 0, section A)
= 0 (Io <0, section B) (2)
Io2 (t) = 0 (Io ≧ 0, section A)
= Io (t) (Io <0, section B) (3)

このとき、時刻T1からT2までの間の平均損失電力Pdは、次の数式4で計算できる。
Pd=∫{Io1(t)・(Vcc−Vo(t))
+Io2(t)・(−Vcc−Vo(t))}dt・・・数式4
At this time, the average power loss Pd from time T1 to time T2 can be calculated by the following equation 4.
Pd = ∫ {Io1 (t) · (Vcc−Vo (t))
+ Io2 (t) · (−Vcc−Vo (t))} dt Equation 4

数式4の積分記号は、時刻T1から時刻T2までの時間積分を表している。   The integral symbol of Equation 4 represents time integration from time T1 to time T2.

シミュレーションを行ったところ、図15に示すシミュレーション結果が得られた。図15では、出力ノードN2から負荷LDへの出力電流を二点鎖線で示し、出力ノードN2から負荷LDへの出力電圧を破線で示し、出力ノードN2から負荷LDへの電力供給における損失電力を実線で示し、B級増幅回路AMP10における母線電圧の変化を一点鎖線で示している。   When simulation was performed, the simulation result shown in FIG. 15 was obtained. In FIG. 15, the output current from the output node N2 to the load LD is indicated by a two-dot chain line, the output voltage from the output node N2 to the load LD is indicated by a broken line, and the loss power in the power supply from the output node N2 to the load LD is shown. A solid line indicates a change in bus voltage in the class B amplifier circuit AMP10 by a one-dot chain line.

図15に示すように、出力電流が正であっても出力電圧が負の場合、および、出力電流が負であっても出力電圧が正の場合がある。例えば、出力電流が正である期間T1において、出力電圧が正→0→負と変化するのに対して、母線電圧が正の一定値V2(=90V)に固定されている。また、出力電流が負である期間T2において、出力電圧が負→0→正と変化するのに対して、母線電圧が負の一定値−V2(=−90V)に固定されている。図15に示すグラフから分かるように、出力電流と出力電圧との符号が異なるときには、出力電圧と母線電圧との間には大きな電圧差が生じ、かなり損失電力が高くなっていることが分かる。損失電力のピークは450Wにも達し、その瞬間は出力電圧と出力電流の符号が反対であることが分かる。図15に示す場合の平均損失電力は、例えば、239.1Wにも達する。   As shown in FIG. 15, there are cases where the output voltage is negative even when the output current is positive, and the output voltage is positive even when the output current is negative. For example, in the period T1 in which the output current is positive, the output voltage changes from positive → 0 → negative, whereas the bus voltage is fixed to a positive constant value V2 (= 90V). In the period T2 in which the output current is negative, the output voltage changes from negative → 0 → positive, whereas the bus voltage is fixed to a negative constant value −V2 (= −90V). As can be seen from the graph shown in FIG. 15, when the signs of the output current and the output voltage are different, a large voltage difference is generated between the output voltage and the bus voltage, and the loss power is considerably increased. It can be seen that the peak of the power loss reaches 450 W, and at that moment, the signs of the output voltage and the output current are opposite. The average power loss in the case shown in FIG. 15 reaches 239.1 W, for example.

このように、ガルバノスキャナの駆動方式として、B級リニアアンプ方式を採用した場合、2000pps動作で最大で約250Wの損失となり、これ以上のガルバノスキャナの駆動速度をアップさせることが困難な傾向にある。ガルバノスキャナの駆動などのように、モータの高速応答が求められるようになると、必要トルクが増え、アンプに求められる電流容量、母線電圧も大きくなってきており、リニアアンプで駆動することが電力容量・外形寸法・コスト等の面で現実的でなくなってきている。すなわち、図14に示すB級増幅回路AMP10を用いた場合、電力損失が大きいので、ガルバノスキャナの精度を向上させながらガルバノスキャナを高速化することが困難である。   As described above, when the class B linear amplifier method is adopted as the driving method of the galvano scanner, the loss is about 250 W at the maximum at 2000 pps operation, and it is difficult to increase the driving speed of the galvano scanner beyond this. . When high-speed response of the motor is required, such as driving a galvano scanner, the required torque increases, and the current capacity and bus voltage required for the amplifier are also increasing.・ It is becoming unrealistic in terms of external dimensions and cost. That is, when the class B amplifier circuit AMP10 shown in FIG. 14 is used, power loss is large, and it is difficult to increase the speed of the galvano scanner while improving the accuracy of the galvano scanner.

それに対して、本発明者は、損失電力を低減するために、他のD級、G級、H級のアンプ方式を検討した。D級増幅は、母線電圧をPWMなどの方式でスィッチングし、出力段にローパスフィルタを設けることで必要な電圧出力を得る方式である。G級増幅は、母線電圧として何種かの複数の固定電圧源を用意して切り替える方式である。H級増幅は、母線電圧を予測しながら無段階に母線電圧を可変する方式である。   On the other hand, the present inventor examined other D-class, G-class, and H-class amplifier systems in order to reduce power loss. Class D amplification is a method of obtaining a necessary voltage output by switching a bus voltage by a method such as PWM and providing a low-pass filter in an output stage. Class G amplification is a method in which several fixed voltage sources are prepared and switched as a bus voltage. Class H amplification is a method of varying the bus voltage steplessly while predicting the bus voltage.

ガルバノスキャナの駆動方式として考えた場合、D級アンプ方式では、三角波比較等やデッドタイムを設けるので、アンプの応答性が悪く、出力電流にむらができやすく周波数特性に電圧振幅の依存性が現れたりするので、ガルバノスキャナに要求される位置決め精度を満たすことが困難であると考えられる。   When considered as a driving method for a galvano scanner, the class D amplifier method provides a triangular wave comparison and dead time, so the response of the amplifier is poor, the output current tends to be uneven, and the frequency characteristics depend on the voltage amplitude. Therefore, it is considered difficult to satisfy the positioning accuracy required for the galvano scanner.

また、H級アンプ方式では、母線電圧を出力電圧に合わせて予測しながら可変するための制御部が必要になり、主アンプ段と同程度の応答性(例えば、帯域200kHz程度)を持つ可変電源回路が必要になるので、回路構成が複雑になり、リニアアンプのコストをガルバノスキャナに要求される実現コストに収めることが困難であると考えられる。   In addition, the class H amplifier system requires a control unit for changing the bus voltage while predicting it according to the output voltage, and a variable power supply having the same level of response as the main amplifier stage (for example, a bandwidth of about 200 kHz). Since a circuit is required, the circuit configuration is complicated, and it is considered difficult to keep the cost of the linear amplifier within the realization cost required for the galvano scanner.

それに対して、G級アンプ方式では、ガルバノスキャナに要求される位置決め精度を満たすことが可能であるとともに、リニアアンプのコストをガルバノスキャナに要求される実現コストに収めることが可能であることが予想される。   On the other hand, with the class G amplifier method, it is possible to satisfy the positioning accuracy required for the galvano scanner, and it is possible to keep the cost of the linear amplifier within the realization cost required for the galvano scanner. Is done.

そのような予想のもと、本発明者は、ガルバノスキャナ1の駆動アンプ4内の増幅回路AMPとして、図14に示すようなB級増幅回路AMP10に代えて、図16に示すようなG級増幅回路AMP20が用いることについて検討を行った。以下では、図14に示すようなB級増幅回路AMP10と異なる部分を中心に説明する。   Under such expectation, the present inventor replaced the class B amplifier circuit AMP10 as shown in FIG. 14 as the amplifier circuit AMP in the drive amplifier 4 of the galvano scanner 1 with a class G as shown in FIG. The use of the amplifier circuit AMP20 was examined. In the following, a description will be given focusing on the parts different from the class B amplifier circuit AMP10 as shown in FIG.

図16に示すB級増幅回路AMP20は、切り替え部11及び増幅部12に代えて切り替え部21及び増幅部22を備え、電源25及び電源26をさらに備える。   A class B amplifier circuit AMP20 shown in FIG. 16 includes a switching unit 21 and an amplifying unit 22 instead of the switching unit 11 and the amplifying unit 12, and further includes a power source 25 and a power source 26.

切り替え部21は、現在の出力電流Ioの方向と、入力ノードN1で受けた指令電圧CVと、接続されている各母線の電位とに応じて、2種類の電源電圧(V2、V1)から選択された電源電圧へ母線電圧を切り替える。2種類の電源電圧は、B級増幅回路AMP10と同様の電源電圧V2に加え、電源電圧V2より絶対値が小さいV1(例えば、V1=V1/2)を含む。すなわち、切り替え部21は、現在の出力電流Ioの方向と、指令電圧CVに追従する各トランジスタのベース電位と、接続されている各母線の電位とに応じて、PラインPL2、PラインPL1、NラインNL2、及びNラインNL1のいずれかを選択的に活性化し、電源13による電源電圧(+V2)と電源25による電源電圧(+V1)と電源14による電源電圧(−V2)と電源26による電源電圧(−V1)との間で母線電圧を切り替える。   The switching unit 21 selects from two types of power supply voltages (V2, V1) according to the current direction of the output current Io, the command voltage CV received at the input node N1, and the potential of each connected bus. The bus voltage is switched to the specified power supply voltage. The two types of power supply voltages include V1 (for example, V1 = V1 / 2) whose absolute value is smaller than the power supply voltage V2 in addition to the power supply voltage V2 similar to that of the class B amplifier circuit AMP10. In other words, the switching unit 21 generates a P line PL2, a P line PL1, a P line PL1, a P line PL1, Either the N line NL2 or the N line NL1 is selectively activated, the power supply voltage (+ V2) by the power supply 13, the power supply voltage (+ V1) by the power supply 25, the power supply voltage (-V2) by the power supply 14, and the power supply by the power supply 26 The bus voltage is switched between the voltage (−V1).

具体的には、切り替え部21は、切り替え部11(図14参照)に比べて、ツェナーダイオードZD6、ZD1、トランジスタTr12、Tr11、ダイオードD8、D5、及び抵抗R4、R5をさらに有する。   Specifically, the switching unit 21 further includes Zener diodes ZD6 and ZD1, transistors Tr12 and Tr11, diodes D8 and D5, and resistors R4 and R5, as compared with the switching unit 11 (see FIG. 14).

ツェナーダイオードZD6は、アノードがツェナーダイオードZD4とトランジスタTr1のベースとに接続され、カソードが電流源CS1とダイオードD8とに接続されている。ツェナーダイオードZD1は、アノードが電流源CS2とダイオードD5とに接続され、カソードがツェナーダイオードZD3とトランジスタTr2のベースとに接続されている。トランジスタTr12は、例えばNPN型バーポーラトランジスタであり、ベースがダイオードD8を介して電流源CS1及びツェナーダイオードZD6の間に接続され、コレクタが電源13に接続され、エミッタが抵抗R4に接続されている。トランジスタTr11は、例えばPNP型バーポーラトランジスタであり、ベースがダイオードD5を介してツェナーダイオードZD1及び電流源CS2の間に接続され、コレクタが電源14に接続され、エミッタが抵抗R5に接続されている。   The Zener diode ZD6 has an anode connected to the Zener diode ZD4 and the base of the transistor Tr1, and a cathode connected to the current source CS1 and the diode D8. The Zener diode ZD1 has an anode connected to the current source CS2 and the diode D5, and a cathode connected to the Zener diode ZD3 and the base of the transistor Tr2. The transistor Tr12 is, for example, an NPN-type bipolar transistor, the base is connected between the current source CS1 and the Zener diode ZD6 via the diode D8, the collector is connected to the power supply 13, and the emitter is connected to the resistor R4. . The transistor Tr11 is, for example, a PNP-type bipolar transistor, the base is connected between the Zener diode ZD1 and the current source CS2 via the diode D5, the collector is connected to the power supply 14, and the emitter is connected to the resistor R5. .

切り替え部21は、現在の出力電流Ioの方向が正出力方向(図16に実線で示す方向)であれば、トランジスタTr1,Tr12の少なくとも一部をオンさせ、増幅部12における上側のトランジスタTr6,Tr8を動作させる。そして、切り替え部21は、指令電圧CVに追従する各トランジスタTr1、Tr12のベース電位を正側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線を選択する。   If the current direction of the output current Io is the positive output direction (the direction indicated by the solid line in FIG. 16), the switching unit 21 turns on at least a part of the transistors Tr1 and Tr12, and the upper transistor Tr6 in the amplification unit 12 Tr8 is operated. Then, the switching unit 21 selects a bus line having a voltage value that exceeds the base potential of each of the transistors Tr1 and Tr12 following the command voltage CV to the positive side and has the closest value.

例えば、各トランジスタTr1、Tr12のベース電位(指令電圧CV)が+V1以上である場合、切り替え部21は、各トランジスタTr1、Tr12のベース電位を正側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてPラインPL2を選択する。すなわち、切り替え部21は、トランジスタTr1及びトランジスタTr12をオンさせ、PラインPL2を活性化させ電源13及び増幅部22の接続を有効にし、母線電圧を電源13による電源電圧(+V2)に切り替える。   For example, when the base potential (command voltage CV) of each of the transistors Tr1 and Tr12 is + V1 or more, the switching unit 21 uses the base potential of each of the transistors Tr1 and Tr12 as a bus having a voltage value that exceeds the base potential and has the closest value. P line PL2 is selected. That is, the switching unit 21 turns on the transistor Tr1 and the transistor Tr12, activates the P line PL2, activates the connection between the power supply 13 and the amplification unit 22, and switches the bus voltage to the power supply voltage (+ V2) by the power supply 13.

あるいは、例えば、各トランジスタTr1、Tr12のベース電位(指令電圧CV)が−V2以上+V1未満である場合、切り替え部21は、各トランジスタTr1、Tr12のベース電位を正側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてPラインPL1を選択する。このとき、トランジスタTr12では、ベース電位がエミッタ電位より低い逆バイアス状態となって、ベース電流が流れずオフする。すなわち、切り替え部21は、トランジスタTr12をオフさせるとともにトランジスタTr1をオンさせ、PラインPL1を活性化させ電源25及び増幅部22の接続を有効にし、母線電圧を電源25による電源電圧(+V1)に切り替える。   Alternatively, for example, when the base potential (command voltage CV) of each of the transistors Tr1 and Tr12 is not less than −V2 and less than + V1, the switching unit 21 exceeds the base potential of each of the transistors Tr1 and Tr12 to the positive side and has the closest value. P line PL1 is selected as a voltage value bus. At this time, the transistor Tr12 is in a reverse bias state in which the base potential is lower than the emitter potential, and the base current does not flow and the transistor Tr12 is turned off. That is, the switching unit 21 turns off the transistor Tr12 and turns on the transistor Tr1, activates the P line PL1, enables the connection between the power supply 25 and the amplification unit 22, and changes the bus voltage to the power supply voltage (+ V1) by the power supply 25. Switch.

また、切り替え部21は、現在の出力電流Ioの方向が負出力方向(図16に破線で示す方向)であれば、トランジスタTr2,Tr11の少なくとも一部をオンさせ、増幅部12における下側のトランジスタTr5,Tr3を動作させる。そして、切り替え部21は、指令電圧CVに追従するトランジスタTr2,Tr11のベース電位を負側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線を選択する。   Further, the switching unit 21 turns on at least a part of the transistors Tr2 and Tr11 when the current output current Io is in the negative output direction (the direction indicated by the broken line in FIG. 16). The transistors Tr5 and Tr3 are operated. Then, the switching unit 21 selects a bus having a voltage value that exceeds the base potential of the transistors Tr2 and Tr11 following the command voltage CV to the negative side and has the closest value.

例えば、各トランジスタTr2、Tr11のベース電位(指令電圧CV)が−V1以下である場合、切り替え部21は、各トランジスタTr2、Tr11のベース電位を負側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてNラインNL2を選択する。すなわち、切り替え部21は、トランジスタTr1及びトランジスタTr12をオンさせ、NラインNL2を活性化させ電源14及び増幅部22の接続を有効にし、母線電圧を電源14による電源電圧(−V2)に切り替える。   For example, when the base potential (command voltage CV) of each of the transistors Tr2 and Tr11 is equal to or lower than −V1, the switching unit 21 generates a voltage value bus whose voltage value is closest to the base potential of each of the transistors Tr2 and Tr11 to the negative side. N line NL2 is selected as That is, the switching unit 21 turns on the transistor Tr1 and the transistor Tr12, activates the N line NL2, activates the connection between the power supply 14 and the amplification unit 22, and switches the bus voltage to the power supply voltage (−V2) by the power supply 14.

あるいは、例えば、各トランジスタTr2、Tr11のベース電位(指令電圧CV)が−V1より大きく+V2以下である場合、切り替え部21は、各トランジスタTr2、Tr11のベース電位を負側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてNラインNL1を選択する。このとき、トランジスタTr11では、ベース電位がエミッタ電位より高い逆バイアス状態となって、ベース電流が流れずオフする。すなわち、切り替え部21は、トランジスタTr11をオフさせるとともにトランジスタTr2をオンさせ、NラインNL1を活性化させ電源26及び増幅部22の接続を有効にし、母線電圧を電源26による電源電圧(−V1)に切り替える。   Alternatively, for example, when the base potential (command voltage CV) of each of the transistors Tr2 and Tr11 is greater than −V1 and less than or equal to + V2, the switching unit 21 exceeds the base potential of each of the transistors Tr2 and Tr11 to the negative side and has the highest value. The N line NL1 is selected as a bus having a close voltage value. At this time, the transistor Tr11 is in a reverse bias state in which the base potential is higher than the emitter potential, and the base current does not flow and the transistor Tr11 is turned off. That is, the switching unit 21 turns off the transistor Tr11 and turns on the transistor Tr2, activates the N line NL1, enables the connection between the power supply 26 and the amplification unit 22, and sets the bus voltage to the power supply voltage (−V1) by the power supply 26. Switch to.

増幅部22は、切り替え部21により選択された電源電圧を用いて増幅動作を行い、電力を生成し、生成された電力を出力ノードN2へ供給する。具体的には、増幅部22は、増幅部11(図14参照)に比べて、トランジスタTr8、Tr3、及びダイオードD4、D1をさらに有する。   The amplifying unit 22 performs an amplifying operation using the power supply voltage selected by the switching unit 21, generates power, and supplies the generated power to the output node N2. Specifically, the amplifying unit 22 further includes transistors Tr8 and Tr3 and diodes D4 and D1 as compared with the amplifying unit 11 (see FIG. 14).

トランジスタTr8は、例えばNPN型バイポーラトランジスタであり、ベースがトランジスタTr12のエミッタ及び抵抗R4の間に接続され、コレクタが電源13に接続されている。トランジスタTr8は、エミッタが、抵抗R4を介してトランジスタTr12のエミッタに接続され、ダイオードD4を介して電源25に接続され、トランジスタTr6のコレクタに接続されている。トランジスタTr3は、例えばPNP型バイポーラトランジスタであり、ベースが抵抗R5及びトランジスタTr11のエミッタの間に接続され、コレクタが電源14に接続されている。トランジスタTr3は、エミッタが、抵抗R5を介してトランジスタTr11のエミッタに接続され、ダイオードD1を介して電源26に接続され、トランジスタTr5のコレクタに接続されている。ダイオードD4は、カソードがトランジスタTr8のエミッタ及びトランジスタTr6のコレクタに接続され、アノードが電源25に接続されている。ダイオードD1は、カソードが電源26に接続され、アノードがトランジスタTr3のエミッタ及びトランジスタTr5のコレクタに接続されている。   The transistor Tr8 is, for example, an NPN bipolar transistor, the base is connected between the emitter of the transistor Tr12 and the resistor R4, and the collector is connected to the power supply 13. The transistor Tr8 has an emitter connected to the emitter of the transistor Tr12 via the resistor R4, is connected to the power supply 25 via the diode D4, and is connected to the collector of the transistor Tr6. The transistor Tr3 is a PNP bipolar transistor, for example, and has a base connected between the resistor R5 and the emitter of the transistor Tr11, and a collector connected to the power supply 14. The transistor Tr3 has an emitter connected to the emitter of the transistor Tr11 via the resistor R5, is connected to the power supply 26 via the diode D1, and is connected to the collector of the transistor Tr5. The diode D4 has a cathode connected to the emitter of the transistor Tr8 and the collector of the transistor Tr6, and an anode connected to the power supply 25. The diode D1 has a cathode connected to the power supply 26 and an anode connected to the emitter of the transistor Tr3 and the collector of the transistor Tr5.

増幅部22は、トランジスタTr12、Tr1がオンされた状態でトランジスタTr8、Tr6がオンして、トランジスタTr8がエミッタフォロワとして機能し、電源13による電源電圧(+V2)を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。   The amplifying unit 22 turns on the transistors Tr8 and Tr6 while the transistors Tr12 and Tr1 are turned on, the transistor Tr8 functions as an emitter follower, performs a current amplification operation using the power supply voltage (+ V2) from the power supply 13, and performs power Is generated.

例えば、現在の出力電流Ioの方向が正出力方向であり、切り替え部21の各トランジスタTr1、Tr12のベース電位(指令電圧CV)が+V1以上である場合、トランジスタTr8は、コレクタ側の母線の電位(PラインPL2の電位)がベース電位(指令電圧CV)を正側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧(ベース電圧)との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタTr8において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタTr8の温度上昇により放熱し外部に消失する。一方、能動領域で動作するトランジスタTr8より出力ノードN2側にあるトランジスタTr6は、コレクタに接続されたダイオードD4が逆バイアスとなるので、そのダイオードD4によりコレクタ側の母線(PラインPL1)が遮断される。また、トランジスタTr6は、エミッタフォロワ動作のために、ベース電位(指令電圧CV)と同じようにエミッタ電位が下がるが、コレクタが能動領域で動作するトランジスタTr8のエミッタに接続されているために、コレクタ電位がベース電位(指令電圧CV)と同じなっている。これにより、トランジスタTr6は、コレクタ―エミッタ間電圧が略ゼロである飽和領域で動作し、実質的に損失電力が発生しない。   For example, when the current output current Io direction is the positive output direction and the base potential (command voltage CV) of each of the transistors Tr1 and Tr12 of the switching unit 21 is equal to or higher than + V1, the transistor Tr8 is connected to the collector-side bus potential. Since the transistor (potential of the P line PL2) exceeds the base potential (command voltage CV) to the positive side and is closest to the base potential, the transistor operates in the active region, and the difference between the bus voltage and the output voltage (base voltage) The voltage is shared as a voltage drop between the collector and the emitter. At that time, a loss power corresponding to voltage × current is generated in the transistor Tr8, and the loss power is dissipated by the temperature rise of the transistor Tr8 and disappears to the outside. On the other hand, in the transistor Tr6 on the output node N2 side of the transistor Tr8 operating in the active region, the diode D4 connected to the collector is reverse-biased, so that the bus on the collector side (P line PL1) is cut off by the diode D4. The In addition, the transistor Tr6 has an emitter potential that drops in the same manner as the base potential (command voltage CV) due to the emitter follower operation, but the collector is connected to the emitter of the transistor Tr8 that operates in the active region. The potential is the same as the base potential (command voltage CV). As a result, the transistor Tr6 operates in a saturation region where the collector-emitter voltage is substantially zero, and substantially no loss power is generated.

また、増幅部22は、トランジスタTr12がオフされトランジスタTr1がオンされた状態でトランジスタTr7がオフするとともにトランジスタTr6がオンして、トランジスタTr6がエミッタフォロワとして機能し、電源25による電源電圧(+V1)を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。   In the amplifying unit 22, the transistor Tr12 is turned off and the transistor Tr6 is turned on while the transistor Tr12 is turned off and the transistor Tr1 is turned on. The transistor Tr6 functions as an emitter follower, and the power supply voltage (+ V1) by the power supply 25 Is used to generate a power by performing a current amplification operation.

例えば、現在の出力電流Ioの方向が正出力方向であり、切り替え部21の各トランジスタTr1、Tr12のベース電位(指令電圧CV)が−V2以上+V1未満である場合、トランジスタTr8は、エミッタ側の母線の電位(PラインPL1の電位)がベース電位(指令電圧CV)を正側に超えるので、前段のトランジスタTr12がベース−エミッタ間で逆バイアスとなってオフすることに応じてオフする。また、トランジスタTr6は、コレクタ側の母線の電位(PラインPL1の電位)がベース電位(指令電圧CV)を正側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧(ベース電圧)との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタTr6において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタTr6の温度上昇により放熱し外部に消失する。   For example, when the current output current Io direction is the positive output direction and the base potential (command voltage CV) of each of the transistors Tr1 and Tr12 of the switching unit 21 is not less than −V2 and less than + V1, the transistor Tr8 Since the potential of the bus (potential of the P line PL1) exceeds the base potential (command voltage CV) to the positive side, the transistor Tr12 in the previous stage is turned off in accordance with the reverse bias between the base and the emitter. The transistor Tr6 is a transistor whose collector-side bus potential (P-line PL1 potential) exceeds the base potential (command voltage CV) on the positive side and is closest to the base potential. The voltage difference between the voltage and the output voltage (base voltage) is borne as a voltage drop between the collector and the emitter. At that time, a loss power of voltage × current is generated in the transistor Tr6, and the loss power is dissipated by the temperature rise of the transistor Tr6 and disappears to the outside.

また、増幅部22は、トランジスタTr11、Tr2がオンされた状態でトランジスタTr3、Tr5がオンして、トランジスタTr3がエミッタフォロワとして機能し、電源14による電源電圧(−V2)を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。   The amplifying unit 22 turns on the transistors Tr3 and Tr5 with the transistors Tr11 and Tr2 turned on, the transistor Tr3 functions as an emitter follower, and performs a current amplification operation using the power supply voltage (−V2) from the power supply 14 To generate power.

例えば、現在の出力電流Ioの方向が負出力方向であり、切り替え部21の各トランジスタTr2、Tr11のベース電位(指令電圧CV)が−V1以下である場合、トランジスタTr3は、コレクタ側の母線の電位(NラインNL2の電位)がベース電位(指令電圧CV)を負側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧(ベース電圧)との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタTr3において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタTr3の温度上昇により放熱し外部に消失する。一方、能動領域で動作するトランジスタTr3より出力ノードN2側にあるトランジスタTr5は、コレクタに接続されたダイオードD1が逆バイアスとなるので、そのダイオードD1によりコレクタ側の母線(NラインNL1)が遮断される。また、トランジスタTr5は、エミッタフォロワ動作のために、ベース電位(指令電圧CV)と同じようにエミッタ電位が上がるが、コレクタが能動領域で動作するトランジスタTr3のエミッタに接続されているために、コレクタ電位がベース電位(指令電圧CV)と同じなっている。これにより、トランジスタTr5は、コレクタ―エミッタ間電圧が略ゼロである飽和領域で動作し、実質的に損失電力が発生しない。   For example, when the current output current Io direction is a negative output direction and the base potential (command voltage CV) of each of the transistors Tr2 and Tr11 of the switching unit 21 is −V1 or less, the transistor Tr3 is connected to the collector-side bus. Since the potential (the potential of the N line NL2) exceeds the base potential (command voltage CV) to the negative side and is the closest transistor to the base potential, the transistor operates in the active region and the difference between the bus voltage and the output voltage (base voltage) This voltage is borne as a voltage drop between the collector and the emitter. At that time, a loss power of voltage × current is generated in the transistor Tr3, and the loss power is dissipated by the temperature rise of the transistor Tr3 and disappears to the outside. On the other hand, in the transistor Tr5 on the output node N2 side of the transistor Tr3 operating in the active region, the diode D1 connected to the collector is reverse-biased, so that the bus on the collector side (N line NL1) is cut off by the diode D1. The The transistor Tr5 has an emitter follower operation, so that the emitter potential rises in the same way as the base potential (command voltage CV). However, since the collector is connected to the emitter of the transistor Tr3 operating in the active region, the collector Tr5 The potential is the same as the base potential (command voltage CV). As a result, the transistor Tr5 operates in a saturation region where the collector-emitter voltage is substantially zero, and substantially no loss power is generated.

また、増幅部22は、トランジスタTr11がオフされトランジスタTr2がオンされた状態でトランジスタTr3がオフされるとともにトランジスタTr5がオンして、トランジスタTr5がエミッタフォロワとして機能し、電源26による電源電圧(−V1)を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。   In addition, the amplifying unit 22 turns off the transistor Tr3 and turns on the transistor Tr5 in a state where the transistor Tr11 is turned off and the transistor Tr2 is turned on, and the transistor Tr5 functions as an emitter follower. A current amplifying operation is performed using V1) to generate electric power.

例えば、現在の出力電流Ioの方向が負出力方向であり、切り替え部21の各トランジスタTr2、Tr11のベース電位(指令電圧CV)が−V1より大きく+V2未満である場合、トランジスタTr3は、エミッタ側の母線の電位(NラインNL1の電位)がベース電位(指令電圧CV)を負側に超えるので、前段のトランジスタTr11がベース−エミッタ間で逆バイアスとなってオフすることに応じてオフする。また、トランジスタTr5は、コレクタ側の母線の電位(NラインNL1の電位)がベース電位(指令電圧CV)を負側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧(ベース電圧)との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタTr5において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタTr5の温度上昇により放熱し外部に消失する。   For example, when the current output current Io direction is a negative output direction and the base potential (command voltage CV) of each of the transistors Tr2 and Tr11 of the switching unit 21 is greater than −V1 and less than + V2, the transistor Tr3 Since the potential of the bus (the potential of the N line NL1) exceeds the base potential (command voltage CV) to the negative side, the transistor Tr11 in the previous stage is turned off in accordance with the reverse bias between the base and the emitter. The transistor Tr5 is a transistor whose collector-side bus potential (the potential of the N line NL1) exceeds the base potential (command voltage CV) on the negative side and is closest to the base potential, and thus operates in the active region. The voltage difference between the voltage and the output voltage (base voltage) is borne as a voltage drop between the collector and the emitter. At that time, a loss power of voltage × current is generated in the transistor Tr5, and the loss power dissipates due to the temperature rise of the transistor Tr5 and disappears to the outside.

電源25は、グランドノードN3を基準にして正の電源電圧(+V1)を発生させる。電源25は、発生させた正の電源電圧(+V1)をPラインPL1経由で増幅部22へ供給する。   The power supply 25 generates a positive power supply voltage (+ V1) with respect to the ground node N3. The power supply 25 supplies the generated positive power supply voltage (+ V1) to the amplification unit 22 via the P line PL1.

電源26は、グランドノードN3を基準にして負の電源電圧(−V2)を発生させる。電源26は、発生させた負の電源電圧(−V1)をNラインNL1経由で増幅部22へ供給する。   The power supply 26 generates a negative power supply voltage (−V2) with respect to the ground node N3. The power supply 26 supplies the generated negative power supply voltage (−V1) to the amplification unit 22 via the N line NL1.

本発明者は、図17に示すG級増幅回路AMP20の動作についてシミュレーションを行った。具体的には、電源電圧の絶対値をV2=90V、V1=V2/2=45Vとし、ガルバノスキャナ1のミラー5aによりレーザー光の照射位置を1.0mmピッチ(モータ5bの回転子の角度で0.3°ピッチ)で移動させることを繰り返した場合における、出力ノードN2から負荷LDへの出力電流、出力ノードN2から負荷LDへの出力電圧、出力ノードN2から負荷LDへの電力供給における損失電力、G級増幅回路AMP20における母線電圧の変化についてシミュレーションを行った。   The inventor performed a simulation on the operation of the class G amplifier circuit AMP20 shown in FIG. Specifically, the absolute value of the power supply voltage is V2 = 90V, V1 = V2 / 2 = 45V, and the irradiation position of the laser beam by the mirror 5a of the galvano scanner 1 is 1.0 mm pitch (at the angle of the rotor of the motor 5b). Loss at the output current from the output node N2 to the load LD, the output voltage from the output node N2 to the load LD, and the power supply from the output node N2 to the load LD when the movement at a pitch of 0.3 ° is repeated. A simulation was performed on the power and the change in the bus voltage in the class G amplifier circuit AMP20.

その結果、図17に示すシミュレーション結果が得られた。図17では、出力ノードN2から負荷LDへの出力電流を二点鎖線で示し、出力ノードN2から負荷LDへの出力電圧を破線で示し、出力ノードN2から負荷LDへの電力供給における損失電力を実線で示し、B級増幅回路AMP10における母線電圧の変化を一点鎖線で示している。   As a result, the simulation result shown in FIG. 17 was obtained. In FIG. 17, the output current from the output node N2 to the load LD is indicated by a two-dot chain line, the output voltage from the output node N2 to the load LD is indicated by a broken line, and the loss power in the power supply from the output node N2 to the load LD is shown. A solid line indicates a change in bus voltage in the class B amplifier circuit AMP10 by a one-dot chain line.

図17から分かるように、例えば、出力電流が正である期間T11において、出力電圧が正→0→負と変化するのに対して、母線電圧が正の値+V2(=90V)からより絶対値の小さな正の値+V1(=45V)に切り替えられている。また、出力電流が負である期間T12において、出力電圧が負→0→正と変化するのに対して、母線電圧が負の値−V2(=−90V)からより絶対値の小さな負の値−V1(=−45V)に切り替えられている。   As can be seen from FIG. 17, for example, in the period T11 in which the output current is positive, the output voltage changes from positive → 0 → negative, whereas the bus voltage is an absolute value from a positive value + V2 (= 90V). Is switched to a small positive value + V1 (= 45V). In the period T12 in which the output current is negative, the output voltage changes from negative → 0 → positive, whereas the bus voltage is a negative value having a smaller absolute value from the negative value −V2 (= −90V). It is switched to -V1 (= -45V).

図15に示すグラフと図17に示すグラフとを比較すると、母線電圧を絶対値のより小さな値に切り替えるようにしたことで、損失電力がかなり抑えられることが分かる。このときの平均損失電力は、例えば131.6W程度に半減できる。   Comparing the graph shown in FIG. 15 with the graph shown in FIG. 17, it can be seen that the loss power can be considerably suppressed by switching the bus voltage to a smaller absolute value. The average power loss at this time can be halved to about 131.6 W, for example.

しかし、図17に示すグラフから分かるように、出力電流と出力電圧との符号が異なるときには、出力電圧と母線電圧との間には大きな電圧差が生じ、依然として損失電力が高くなっていることが分かる。すなわち、正電流出力時及び負電流出力時のそれぞれにおいて、出力電流と出力電圧との符号が異なるときに出力電圧と母線電圧との間には大きな電圧差が生じ、電力損失としてはこの電圧差と出力電流との乗算になるので、大きな電力損失が生じる傾向にある。電力損失が大きいと、ガルバノスキャナの精度を向上させながらガルバノスキャナを高速化することが困難になる。   However, as can be seen from the graph shown in FIG. 17, when the signs of the output current and the output voltage are different, there is a large voltage difference between the output voltage and the bus voltage, and the loss power is still high. I understand. That is, a large voltage difference occurs between the output voltage and the bus voltage when the signs of the output current and the output voltage are different at the time of positive current output and negative current output, respectively. Therefore, a large power loss tends to occur. When the power loss is large, it is difficult to increase the speed of the galvano scanner while improving the accuracy of the galvano scanner.

そこで、実施の形態1では、G級増幅回路において、3種類以上の電源電圧から選択された電源電圧へ母線電圧を切り替えることで、損失電力の低減化を図る。例えば、正電流出力時及び負電流出力時のそれぞれにおいて、ゼロ電圧を供給できるような回路方式を提案する。以下では、G級増幅回路AMP20(図16参照)と異なる部分を中心に説明する。   Therefore, in the first embodiment, in the class G amplifier circuit, the power loss is reduced by switching the bus voltage to a power supply voltage selected from three or more power supply voltages. For example, a circuit system is proposed in which zero voltage can be supplied at each of positive current output and negative current output. Below, it demonstrates centering on a different part from the class G amplifier circuit AMP20 (refer FIG. 16).

具体的には、ガルバノスキャナ1の駆動アンプ4内の増幅回路AMPとして、図16に示すようなG級増幅回路AMP20に代えて、図1に示すようなG級増幅回路AMP120を用いる。G級増幅回路AMP120は、G級増幅回路AMP20(図16参照)に対して、例えば、破線で囲った部分が追加されている。   Specifically, a class G amplifier circuit AMP120 as shown in FIG. 1 is used as the amplifier circuit AMP in the drive amplifier 4 of the galvano scanner 1 instead of the class G amplifier circuit AMP20 as shown in FIG. In the class G amplifier circuit AMP120, for example, a portion surrounded by a broken line is added to the class G amplifier circuit AMP20 (see FIG. 16).

例えば、ゼロ電圧ラインPL0から正の電流を流せるようにトランジスタTr7、Tr10を追加している。トランジスタTr10は、電流増幅率を上げるためのダーリントン接続している。なお、トランジスタTr7の電流増幅率hFEが十分であればトランジスタTr10は無くてもよい。   For example, transistors Tr7 and Tr10 are added so that a positive current can flow from the zero voltage line PL0. The transistor Tr10 has a Darlington connection for increasing the current amplification factor. Note that the transistor Tr10 may be omitted if the current gain hFE of the transistor Tr7 is sufficient.

また、ツェナーダイオードZD6はトランジスタTr7のバイアス電圧を一定にし動作点を決めている。動作としては、出力電流が正のときに、ゼロ以下(正確にはダイオードの順方向電圧降下分を切ったとき、ショットキーバリアダイオードを使用すれば、−0.2V以下)の出力電圧をするときに、ダイオードD3が導通状態になり、ゼロ電圧ラインPL0を介してグランドノードN3から電流が供給されるようになる。   In addition, the Zener diode ZD6 determines the operating point by keeping the bias voltage of the transistor Tr7 constant. As an operation, when the output current is positive, the output voltage is zero or less (more precisely, when the forward voltage drop of the diode is cut, if a Schottky barrier diode is used, it is −0.2 V or less). Sometimes, the diode D3 becomes conductive and current is supplied from the ground node N3 via the zero voltage line PL0.

より具体的には、G級増幅回路AMP120は、切り替え部21及び増幅部22に代えて切り替え部121及び増幅部122を備える。   More specifically, the class G amplifier circuit AMP120 includes a switching unit 121 and an amplifying unit 122 instead of the switching unit 21 and the amplifying unit 22.

切り替え部121は、3種類以上の電源電圧(V2、V1、V0)から選択された電源電圧へ母線電圧を切り替える。3種類以上の電源電圧は、例えば、電源電圧V2と、電源電圧V2より絶対値が小さいV1(例えば、V1=V1/2)とに加え、電源電圧V1より絶対値が小さいV0(例えば、グランド電圧)を含む。例えば、切り替え部121は、現在の出力電流Ioの方向と、指令電圧CVに追従する各トランジスタのベース電位と、接続されている各母線の電位とに応じて、PラインPL2、PラインPL1、ゼロ電圧ラインPL0、NラインNL2、NラインNL1、及びゼロ電圧ラインNL0のいずれかを選択的に活性化し、電源13による電源電圧(+V2)と電源25による電源電圧(+V1)とグランドノードN3による電源電圧(V0)と電源14による電源電圧(−V2)と電源26による電源電圧(−V1)との間で母線電圧を切り替える。   The switching unit 121 switches the bus voltage from three or more types of power supply voltages (V2, V1, V0) to a selected power supply voltage. The three or more types of power supply voltages include, for example, power supply voltage V2 and V1 (for example, V1 = V1 / 2) whose absolute value is smaller than power supply voltage V2, and V0 (for example, ground) whose absolute value is smaller than power supply voltage V1. Voltage). For example, the switching unit 121 generates a P line PL2, a P line PL1, a P line PL1, a P line PL1, and a P line PL1, in accordance with the current direction of the output current Io, the base potential of each transistor following the command voltage CV, and the potential of each connected bus. Any one of the zero voltage line PL0, the N line NL2, the N line NL1, and the zero voltage line NL0 is selectively activated, and the power supply voltage (+ V2) by the power supply 13, the power supply voltage (+ V1) by the power supply 25, and the ground node N3. The bus voltage is switched between the power supply voltage (V0), the power supply voltage (-V2) by the power supply 14, and the power supply voltage (-V1) by the power supply 26.

具体的には、切り替え部121は、切り替え部21(図16参照)に比べて、ツェナーダイオードZD5、ZD2、トランジスタTr10、Tr9、ダイオードD7、D6、及び抵抗R2、R3をさらに有する。   Specifically, the switching unit 121 further includes Zener diodes ZD5 and ZD2, transistors Tr10 and Tr9, diodes D7 and D6, and resistors R2 and R3, as compared with the switching unit 21 (see FIG. 16).

ツェナーダイオードZD5は、アノードがツェナーダイオードZD6とダイオードD7とに接続され、カソードが電流源CS1とダイオードD8とに接続されている。ツェナーダイオードZD2は、アノードが電流源CS2とダイオードD5とに接続され、カソードがツェナーダイオードZD1とダイオードD6とに接続されている。トランジスタTr10は、例えばNPN型バーポーラトランジスタであり、ベースがダイオードD7を介してツェナーダイオードZD5及びツェナーダイオードZD6の間に接続され、コレクタが電源13に接続され、エミッタが抵抗R2に接続されている。トランジスタTr9は、例えばPNP型バーポーラトランジスタであり、ベースがダイオードD6を介してツェナーダイオードZD1及びツェナーダイオードZD2の間に接続され、コレクタが電源14に接続され、エミッタが抵抗R3に接続されている。   The Zener diode ZD5 has an anode connected to the Zener diode ZD6 and the diode D7, and a cathode connected to the current source CS1 and the diode D8. The Zener diode ZD2 has an anode connected to the current source CS2 and the diode D5, and a cathode connected to the Zener diode ZD1 and the diode D6. The transistor Tr10 is, for example, an NPN-type bipolar transistor, the base is connected between the Zener diode ZD5 and the Zener diode ZD6 via the diode D7, the collector is connected to the power supply 13, and the emitter is connected to the resistor R2. . The transistor Tr9 is, for example, a PNP-type bipolar transistor, the base is connected between the Zener diode ZD1 and the Zener diode ZD2 via the diode D6, the collector is connected to the power supply 14, and the emitter is connected to the resistor R3. .

切り替え部121は、現在の出力電流Ioの方向が正出力方向(図1に実線で示す方向)であれば、トランジスタTr1,Tr10,Tr12の少なくとも一部をオンさせ、増幅部12における上側のトランジスタTr6,Tr7,Tr8を動作させる。そして、切り替え部121は、指令電圧CVに追従する各トランジスタTr1、Tr10,Tr12のベース電位を正側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線を選択する。   If the direction of the current output current Io is the positive output direction (the direction indicated by the solid line in FIG. 1), the switching unit 121 turns on at least a part of the transistors Tr1, Tr10, Tr12, and the upper transistor in the amplification unit 12 Tr6, Tr7, Tr8 are operated. Then, the switching unit 121 selects a bus having a voltage value that exceeds the base potential of each of the transistors Tr1, Tr10, and Tr12 that follows the command voltage CV on the positive side and that is closest in value.

例えば、各トランジスタTr1、Tr10,Tr12のベース電位(指令電圧CV)が+V1以上である場合、切り替え部121は、各トランジスタTr1、Tr10,Tr12のベース電位を正側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてPラインPL2を選択する。すなわち、切り替え部121は、トランジスタTr1,Tr10,Tr12をオンさせ、PラインPL2を活性化させ電源13及び増幅部122の接続を有効にし、母線電圧を電源13による電源電圧(+V2)に切り替える。   For example, when the base potential (command voltage CV) of each transistor Tr1, Tr10, Tr12 is equal to or higher than + V1, the switching unit 121 exceeds the base potential of each transistor Tr1, Tr10, Tr12 on the positive side and has the closest value. P line PL2 is selected as the value bus. That is, the switching unit 121 turns on the transistors Tr1, Tr10, Tr12, activates the P line PL2, enables the connection between the power supply 13 and the amplification unit 122, and switches the bus voltage to the power supply voltage (+ V2) by the power supply 13.

あるいは、例えば、各トランジスタTr1、Tr10,Tr12のベース電位(指令電圧CV)が0以上+V1未満である場合、切り替え部121は、各トランジスタTr1、Tr12のベース電位を正側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてPラインPL1を選択する。このとき、トランジスタTr12では、ベース電位がエミッタ電位より低い逆バイアス状態となって、ベース電流が流れずオフする。すなわち、切り替え部121は、トランジスタTr12をオフさせるとともにトランジスタTr1、Tr10をオンさせ、PラインPL1を活性化させ電源25及び増幅部122の接続を有効にし、母線電圧を電源25による電源電圧(+V1)に切り替える。   Alternatively, for example, when the base potential (command voltage CV) of each of the transistors Tr1, Tr10, Tr12 is 0 or more and less than + V1, the switching unit 121 exceeds the base potential of each of the transistors Tr1 and Tr12 to the positive side and has the highest value. P line PL1 is selected as a bus having a close voltage value. At this time, the transistor Tr12 is in a reverse bias state in which the base potential is lower than the emitter potential, and the base current does not flow and the transistor Tr12 is turned off. That is, the switching unit 121 turns off the transistor Tr12 and turns on the transistors Tr1 and Tr10, activates the P line PL1, enables the connection between the power supply 25 and the amplification unit 122, and sets the bus voltage to the power supply voltage (+ V1) by the power supply 25. ).

あるいは、例えば、各トランジスタTr1、Tr12のベース電位(指令電圧CV)が−V2以上0未満である場合、切り替え部121は、各トランジスタTr1、Tr10,Tr12のベース電位を正側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてゼロ電圧ラインPL0を選択する。このとき、トランジスタTr10,Tr12では、ベース電位がエミッタ電位より低い逆バイアス状態となって、ベース電流が流れずオフする。すなわち、切り替え部121は、トランジスタTr10,Tr12をオフさせるとともにトランジスタTr1をオンさせ、ゼロ電圧ラインPL0を活性化させグランドノードN3及び増幅部122の接続を有効にし、母線電圧をグランドノードN3による電源電圧(V0)に切り替える。   Alternatively, for example, when the base potential (command voltage CV) of each of the transistors Tr1 and Tr12 is −V2 or more and less than 0, the switching unit 121 exceeds the base potential of each of the transistors Tr1, Tr10, and Tr12 to the positive side and has a value. The zero voltage line PL0 is selected as the closest voltage value bus. At this time, the transistors Tr10 and Tr12 are in a reverse bias state in which the base potential is lower than the emitter potential, and the base current does not flow and is turned off. That is, the switching unit 121 turns off the transistors Tr10 and Tr12 and turns on the transistor Tr1, activates the zero voltage line PL0 to enable the connection between the ground node N3 and the amplification unit 122, and supplies the bus voltage to the power supply by the ground node N3. Switch to voltage (V0).

また、切り替え部121は、現在の出力電流Ioの方向が負出力方向(図1に破線で示す方向)であれば、トランジスタTr2,Tr9,Tr11の少なくとも一部をオンさせ、増幅部122における下側のトランジスタTr5,Tr3を動作させる。そして、切り替え部121は、指令電圧CVに追従するトランジスタTr2,Tr9,Tr11のベース電位を負側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線を選択する。   Further, the switching unit 121 turns on at least a part of the transistors Tr2, Tr9, Tr11 if the current output current Io direction is a negative output direction (direction indicated by a broken line in FIG. The transistors Tr5 and Tr3 on the side are operated. Then, the switching unit 121 selects a bus having a voltage value that is closest to the negative side of the base potential of the transistors Tr2, Tr9, and Tr11 that follows the command voltage CV and that has the closest value.

例えば、各トランジスタTr2、Tr9,Tr11のベース電位(指令電圧CV)が−V1以下である場合、切り替え部121は、各トランジスタTr2、Tr9,Tr11のベース電位を負側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてNラインNL2を選択する。すなわち、切り替え部121は、トランジスタTr1、トランジスタTr9及びトランジスタTr12をオンさせ、NラインNL2を活性化させ電源14及び増幅部122の接続を有効にし、母線電圧を電源14による電源電圧(−V2)に切り替える。   For example, when the base potential (command voltage CV) of each transistor Tr2, Tr9, Tr11 is −V1 or less, the switching unit 121 exceeds the base potential of each transistor Tr2, Tr9, Tr11 to the negative side and has the closest value. The N line NL2 is selected as the voltage value bus. That is, the switching unit 121 turns on the transistor Tr1, the transistor Tr9, and the transistor Tr12, activates the N line NL2, enables the connection between the power supply 14 and the amplification unit 122, and sets the bus voltage to the power supply voltage (−V2) by the power supply 14 Switch to.

あるいは、例えば、各トランジスタTr2、Tr9,Tr11のベース電位(指令電圧CV)が−V1より大きく0以下である場合、切り替え部121は、各トランジスタTr2、Tr9,Tr11のベース電位を負側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてNラインNL1を選択する。このとき、トランジスタTr11では、ベース電位がエミッタ電位より高い逆バイアス状態となって、ベース電流が流れずオフする。すなわち、切り替え部121は、トランジスタTr11をオフさせるとともにトランジスタTr2,Tr9をオンさせ、NラインNL1を活性化させ電源26及び増幅部122の接続を有効にし、母線電圧を電源26による電源電圧(−V1)に切り替える。   Alternatively, for example, when the base potential (command voltage CV) of each transistor Tr2, Tr9, Tr11 is greater than −V1 and equal to or less than 0, the switching unit 121 exceeds the base potential of each transistor Tr2, Tr9, Tr11 to the negative side. The N line NL1 is selected as the bus having the closest voltage value. At this time, the transistor Tr11 is in a reverse bias state in which the base potential is higher than the emitter potential, and the base current does not flow and the transistor Tr11 is turned off. That is, the switching unit 121 turns off the transistor Tr11 and turns on the transistors Tr2 and Tr9, activates the N line NL1, enables the connection between the power supply 26 and the amplification unit 122, and sets the bus voltage to the power supply voltage (− Switch to V1).

あるいは、例えば、各トランジスタTr2、Tr9,Tr11のベース電位(指令電圧CV)が0より大きく+V2以下である場合、切り替え部121は、各トランジスタTr2、Tr9,Tr11のベース電位を負側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてゼロ電圧ラインNL0を選択する。このとき、トランジスタTr9,Tr11では、ベース電位がエミッタ電位より高い逆バイアス状態となって、ベース電流が流れずオフする。すなわち、切り替え部21は、トランジスタTr9,Tr11をオフさせるとともにトランジスタTr2をオンさせ、ゼロ電圧ラインNL0を活性化させグランドノードN3及び増幅部122の接続を有効にし、母線電圧をグランドノードN3による電源電圧(V0)に切り替える。   Alternatively, for example, when the base potential (command voltage CV) of each transistor Tr2, Tr9, Tr11 is greater than 0 and less than or equal to + V2, the switching unit 121 exceeds the base potential of each transistor Tr2, Tr9, Tr11 to the negative side and The zero voltage line NL0 is selected as the bus having the closest voltage value. At this time, the transistors Tr9 and Tr11 are in a reverse bias state in which the base potential is higher than the emitter potential, and the base current does not flow and is turned off. That is, the switching unit 21 turns off the transistors Tr9 and Tr11 and turns on the transistor Tr2, activates the zero voltage line NL0, enables the connection between the ground node N3 and the amplification unit 122, and supplies the bus voltage to the power supply by the ground node N3. Switch to voltage (V0).

増幅部122は、切り替え部121により選択された電源電圧を用いて増幅動作を行い、電力を生成し、生成された電力を出力ノードN2へ供給する。具体的には、増幅部122は、増幅部21(図16参照)に比べて、トランジスタTr7、Tr4、及びダイオードD3、D2をさらに有する。   The amplification unit 122 performs an amplification operation using the power supply voltage selected by the switching unit 121, generates power, and supplies the generated power to the output node N2. Specifically, the amplifying unit 122 further includes transistors Tr7 and Tr4 and diodes D3 and D2 as compared with the amplifying unit 21 (see FIG. 16).

トランジスタTr7は、例えばNPN型バイポーラトランジスタであり、ベースがトランジスタTr10のエミッタ及び抵抗R2の間に接続され、コレクタがトランジスタTr8のコレクタ、抵抗R4、及びダイオードD4に接続されている。トランジスタTr7は、エミッタが、抵抗R2を介してトランジスタTr10のエミッタに接続され、ダイオードD3を介してグランドノードN3に接続され、トランジスタTr6のコレクタに接続されている。トランジスタTr4は、例えばPNP型バイポーラトランジスタであり、ベースが抵抗R3及びトランジスタTr9のエミッタの間に接続され、コレクタがトランジスタTr3のエミッタ、抵抗R5、及びダイオードD1に接続されている。トランジスタTr4は、エミッタが、抵抗R3を介してトランジスタTr9のエミッタに接続され、ダイオードD2を介してグランドノードN3に接続され、トランジスタTr5のコレクタに接続されている。ダイオードD3は、カソードがトランジスタTr7のエミッタ及びトランジスタTr6のコレクタに接続され、アノードがグランドノードN3に接続されている。ダイオードD2は、カソードがグランドノードN3に接続され、アノードがトランジスタTr4のエミッタ及びトランジスタTr5のコレクタに接続されている。   The transistor Tr7 is, for example, an NPN bipolar transistor, the base is connected between the emitter of the transistor Tr10 and the resistor R2, and the collector is connected to the collector of the transistor Tr8, the resistor R4, and the diode D4. The transistor Tr7 has an emitter connected to the emitter of the transistor Tr10 via the resistor R2, is connected to the ground node N3 via the diode D3, and is connected to the collector of the transistor Tr6. The transistor Tr4 is a PNP bipolar transistor, for example, and has a base connected between the resistor R3 and the emitter of the transistor Tr9, and a collector connected to the emitter of the transistor Tr3, the resistor R5, and the diode D1. The transistor Tr4 has an emitter connected to the emitter of the transistor Tr9 via the resistor R3, is connected to the ground node N3 via the diode D2, and is connected to the collector of the transistor Tr5. The diode D3 has a cathode connected to the emitter of the transistor Tr7 and the collector of the transistor Tr6, and an anode connected to the ground node N3. The diode D2 has a cathode connected to the ground node N3 and an anode connected to the emitter of the transistor Tr4 and the collector of the transistor Tr5.

増幅部122は、トランジスタTr12、Tr10、Tr1がオンされた状態でトランジスタTr8、Tr7、Tr6がオンして、トランジスタTr8がエミッタフォロワとして機能し、電源13による電源電圧(+V2)を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。   The amplifying unit 122 turns on the transistors Tr8, Tr7, and Tr6 with the transistors Tr12, Tr10, and Tr1 turned on, the transistor Tr8 functions as an emitter follower, and amplifies the current using the power supply voltage (+ V2) from the power supply 13 Operates and generates power.

例えば、現在の出力電流Ioの方向が正出力方向であり、切り替え部121の各トランジスタTr1,Tr10,Tr12のベース電位(指令電圧CV)が+V1以上である場合、トランジスタTr8は、コレクタ側の母線の電位(PラインPL2の電位)がベース電位(指令電圧CV)を正側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧(ベース電圧)との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタTr8において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタTr8の温度上昇により放熱し外部に消失する。一方、能動領域で動作するトランジスタTr8より出力ノードN2側にあるトランジスタTr7,Tr6は、コレクタに接続されたダイオードD4,D3が逆バイアスとなるので、そのダイオードD4,D3によりコレクタ側の母線(PラインPL1、ゼロ電圧ラインPL0)が遮断される。また、トランジスタTr7,Tr6は、エミッタフォロワ動作のために、ベース電位(指令電圧CV)と同じようにエミッタ電位が下がるが、コレクタが能動領域で動作するトランジスタTr8のエミッタに接続されているために、コレクタ電位がベース電位(指令電圧CV)と同じなっている。これにより、トランジスタTr7,Tr6は、コレクタ―エミッタ間電圧が略ゼロである飽和領域で動作し、実質的に損失電力が発生しない。   For example, when the current output current Io is the positive output direction and the base potential (command voltage CV) of each of the transistors Tr1, Tr10, Tr12 of the switching unit 121 is + V1 or more, the transistor Tr8 is connected to the collector-side bus. Transistor (potential of the P line PL2) exceeds the base potential (command voltage CV) to the positive side and is the closest transistor to the base potential, so that it operates in the active region, and the bus voltage and the output voltage (base voltage) The voltage difference is borne as a voltage drop between the collector and the emitter. At that time, a loss power corresponding to voltage × current is generated in the transistor Tr8, and the loss power is dissipated by the temperature rise of the transistor Tr8 and disappears to the outside. On the other hand, in the transistors Tr7 and Tr6 on the output node N2 side of the transistor Tr8 operating in the active region, the diodes D4 and D3 connected to the collector are reverse-biased, so that the diode-side bus (P Line PL1, zero voltage line PL0) is cut off. Further, the transistors Tr7 and Tr6 have the emitter potential lowered in the same manner as the base potential (command voltage CV) due to the emitter follower operation, but the collector is connected to the emitter of the transistor Tr8 operating in the active region. The collector potential is the same as the base potential (command voltage CV). As a result, the transistors Tr7 and Tr6 operate in a saturation region where the collector-emitter voltage is substantially zero, and substantially no loss power is generated.

また、増幅部122は、トランジスタTr12がオフされトランジスタTr10、Tr1がオンされた状態でトランジスタTr8がオフするとともにトランジスタTr7、Tr6がオンして、トランジスタTr7がエミッタフォロワとして機能し、電源25による電源電圧(+V1)を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。   The amplifying unit 122 also turns off the transistor Tr8 and turns on the transistors Tr7 and Tr6 in a state where the transistor Tr12 is turned off and the transistors Tr10 and Tr1 are turned on, and the transistor Tr7 functions as an emitter follower. A current amplification operation is performed using the voltage (+ V1) to generate electric power.

例えば、現在の出力電流Ioの方向が正出力方向であり、切り替え部121の各トランジスタTr1、Tr10,Tr12のベース電位(指令電圧CV)が0以上+V1未満である場合、トランジスタTr8は、エミッタ側の母線の電位(PラインPL1の電位)がベース電位(指令電圧CV)を正側に超えるので、前段のトランジスタTr12がベース−エミッタ間で逆バイアスとなってオフすることに応じてオフする。また、トランジスタTr7は、コレクタ側の母線の電位(PラインPL1の電位)がベース電位(指令電圧CV)を正側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧(ベース電圧)との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタTr6において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタTr6の温度上昇により放熱し外部に消失する。一方、能動領域で動作するトランジスタTr7より出力ノードN2側にあるトランジスタTr6は、コレクタに接続されたダイオードD3が逆バイアスとなるので、そのダイオードD3によりコレクタ側の母線(ゼロ電圧ラインPL0)が遮断される。また、トランジスタTr6は、エミッタフォロワ動作のために、ベース電位(指令電圧CV)と同じようにエミッタ電位が下がるが、コレクタが能動領域で動作するトランジスタTr7のエミッタに接続されているために、コレクタ電位がベース電位(指令電圧CV)と同じなっている。これにより、トランジスタTr6は、コレクタ―エミッタ間電圧が略ゼロである飽和領域で動作し、実質的に損失電力が発生しない。   For example, when the current output current Io direction is the positive output direction and the base potential (command voltage CV) of each of the transistors Tr1, Tr10, Tr12 of the switching unit 121 is 0 or more and less than + V1, the transistor Tr8 Since the potential of the bus (the potential of the P line PL1) exceeds the base potential (command voltage CV) to the positive side, the transistor Tr12 in the previous stage is turned off in accordance with the reverse bias between the base and the emitter. Further, the transistor Tr7 is a transistor whose collector-side bus potential (P-line PL1 potential) exceeds the base potential (command voltage CV) to the positive side and is closest to the base potential, and therefore operates in the active region. The voltage difference between the voltage and the output voltage (base voltage) is borne as a voltage drop between the collector and the emitter. At that time, a loss power of voltage × current is generated in the transistor Tr6, and the loss power is dissipated by the temperature rise of the transistor Tr6 and disappears to the outside. On the other hand, in the transistor Tr6 on the output node N2 side from the transistor Tr7 operating in the active region, the diode D3 connected to the collector is reverse-biased, so that the bus on the collector side (zero voltage line PL0) is cut off by the diode D3. Is done. In addition, the transistor Tr6 has an emitter potential that drops in the same manner as the base potential (command voltage CV) due to the emitter follower operation, but the collector is connected to the emitter of the transistor Tr7 that operates in the active region. The potential is the same as the base potential (command voltage CV). As a result, the transistor Tr6 operates in a saturation region where the collector-emitter voltage is substantially zero, and substantially no loss power is generated.

また、増幅部122は、トランジスタTr12、Tr10がオフされトランジスタTr1がオンされた状態でトランジスタTr8、Tr7がオフするとともにトランジスタTr6がオンして、トランジスタTr6がエミッタフォロワとして機能し、グランドノードN3による電源電圧(V0)を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。   The amplifying unit 122 also turns off the transistors Tr8 and Tr7 and turns on the transistor Tr6 with the transistors Tr12 and Tr10 turned off and the transistor Tr1 turned on, and the transistor Tr6 functions as an emitter follower. A current amplification operation is performed using the power supply voltage (V0) to generate electric power.

例えば、現在の出力電流Ioの方向が正出力方向であり、切り替え部121の各トランジスタTr1、Tr10,Tr12のベース電位(指令電圧CV)が−V2以上0未満である場合、トランジスタTr8,Tr7は、エミッタ側の母線の電位(PラインPL1,ゼロ電圧ラインPL0の電位)がベース電位(指令電圧CV)を正側に超えるので、前段のトランジスタTr12,Tr10がベース−エミッタ間で逆バイアスとなってオフすることに応じてオフする。また、トランジスタTr6は、コレクタ側の母線の電位(PラインPL1の電位)がベース電位(指令電圧CV)を正側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧(ベース電圧)との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタTr6において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタTr6の温度上昇により放熱し外部に消失する。   For example, when the current output current Io direction is the positive output direction and the base potential (command voltage CV) of each of the transistors Tr1, Tr10, Tr12 of the switching unit 121 is −V2 or more and less than 0, the transistors Tr8 and Tr7 are Since the potential of the bus on the emitter side (the potential of the P line PL1, the zero voltage line PL0) exceeds the base potential (command voltage CV) to the positive side, the transistors Tr12 and Tr10 in the previous stage are reverse-biased between the base and the emitter. Turn off in response to turning off. The transistor Tr6 is a transistor whose collector-side bus potential (P-line PL1 potential) exceeds the base potential (command voltage CV) on the positive side and is closest to the base potential. The voltage difference between the voltage and the output voltage (base voltage) is borne as a voltage drop between the collector and the emitter. At that time, a loss power of voltage × current is generated in the transistor Tr6, and the loss power is dissipated by the temperature rise of the transistor Tr6 and disappears to the outside.

また、増幅部122は、トランジスタTr11、Tr9、Tr2がオンされた状態でトランジスタTr3、Tr4、Tr5がオンして、トランジスタTr3がエミッタフォロワとして機能し、電源14による電源電圧(−V2)を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。   The amplifying unit 122 uses the power supply voltage (−V2) from the power supply 14 as the transistors Tr3, Tr4, and Tr5 are turned on while the transistors Tr11, Tr9, and Tr2 are turned on, and the transistor Tr3 functions as an emitter follower. Current amplification operation to generate electric power.

例えば、現在の出力電流Ioの方向が負出力方向であり、切り替え部121の各トランジスタTr2、Tr9,Tr11のベース電位(指令電圧CV)が−V1以下である場合、トランジスタTr3は、コレクタ側の母線の電位(NラインNL2の電位)がベース電位(指令電圧CV)を負側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧(ベース電圧)との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタTr3において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタTr3の温度上昇により放熱し外部に消失する。一方、能動領域で動作するトランジスタTr3より出力ノードN2側にあるトランジスタTr4,Tr5は、コレクタに接続されたダイオードD1,D2が逆バイアスとなるので、そのダイオードD1,D2によりコレクタ側の母線(NラインNL1、ゼロ電圧ラインNL0)が遮断される。また、トランジスタTr4,Tr5は、エミッタフォロワ動作のために、ベース電位(指令電圧CV)と同じようにエミッタ電位が下がるが、コレクタが能動領域で動作するトランジスタTr3のエミッタに接続されているために、コレクタ電位がベース電位(指令電圧CV)と同じなっている。これにより、トランジスタTr4,Tr5は、コレクタ―エミッタ間電圧が略ゼロである飽和領域で動作し、実質的に損失電力が発生しない。   For example, when the current output current Io direction is a negative output direction and the base potential (command voltage CV) of each of the transistors Tr2, Tr9, Tr11 of the switching unit 121 is −V1 or less, the transistor Tr3 Since the bus potential (the potential of the N line NL2) exceeds the base potential (command voltage CV) to the negative side and is closest to the base potential, the transistor operates in the active region, and the bus voltage and the output voltage (base voltage) This voltage difference is borne as a voltage drop between the collector and the emitter. At that time, a loss power of voltage × current is generated in the transistor Tr3, and the loss power is dissipated by the temperature rise of the transistor Tr3 and disappears to the outside. On the other hand, the transistors Tr4 and Tr5 on the output node N2 side of the transistor Tr3 operating in the active region are reverse-biased with the diodes D1 and D2 connected to the collector, so that the diode-side bus (N Line NL1, zero voltage line NL0) are interrupted. Further, the transistors Tr4 and Tr5 have the emitter potential lowered in the same manner as the base potential (command voltage CV) due to the emitter follower operation, but the collector is connected to the emitter of the transistor Tr3 operating in the active region. The collector potential is the same as the base potential (command voltage CV). As a result, the transistors Tr4 and Tr5 operate in a saturation region where the collector-emitter voltage is substantially zero, and substantially no loss power is generated.

また、増幅部122は、トランジスタTr11がオフされトランジスタTr9、Tr2がオンされた状態でトランジスタTr3がオフされるとともにトランジスタTr4、Tr5がオンして、トランジスタTr4がエミッタフォロワとして機能し、電源26による電源電圧(−V1)を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。   The amplifying unit 122 also turns off the transistor Tr3 and turns on the transistors Tr4 and Tr5 in a state where the transistor Tr11 is turned off and the transistors Tr9 and Tr2 are turned on, and the transistor Tr4 functions as an emitter follower. A current amplification operation is performed using the power supply voltage (−V1) to generate electric power.

例えば、現在の出力電流Ioの方向が負出力方向であり、切り替え部121の各トランジスタTr2、Tr9,Tr11のベース電位(指令電圧CV)が−V1より大きく0以下である場合、トランジスタTr3は、エミッタ側の母線の電位(NラインNL1の電位)がベース電位(指令電圧CV)を負側に超えるので、前段のトランジスタTr11がベース−エミッタ間で逆バイアスとなってオフすることに応じてオフする。また、トランジスタTr4は、コレクタ側の母線の電位(NラインNL1の電位)がベース電位(指令電圧CV)を正側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧(ベース電圧)との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタTr4において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタTr4の温度上昇により放熱し外部に消失する。一方、能動領域で動作するトランジスタTr4より出力ノードN2側にあるトランジスタTr5は、コレクタに接続されたダイオードD2が逆バイアスとなるので、そのダイオードD2によりコレクタ側の母線(ゼロ電圧ラインNL0)が遮断される。また、トランジスタTr5は、エミッタフォロワ動作のために、ベース電位(指令電圧CV)と同じようにエミッタ電位が下がるが、コレクタが能動領域で動作するトランジスタTr4のエミッタに接続されているために、コレクタ電位がベース電位(指令電圧CV)と同じなっている。これにより、トランジスタTr5は、コレクタ―エミッタ間電圧が略ゼロである飽和領域で動作し、実質的に損失電力が発生しない。   For example, when the current output current Io direction is a negative output direction and the base potential (command voltage CV) of each of the transistors Tr2, Tr9, Tr11 of the switching unit 121 is greater than −V1 and equal to or less than 0, the transistor Tr3 Since the potential of the emitter side bus (the potential of the N line NL1) exceeds the base potential (command voltage CV) to the negative side, the transistor Tr11 in the previous stage is turned off as a reverse bias between the base and the emitter. To do. The transistor Tr4 is a transistor in which the potential of the bus on the collector side (the potential of the N line NL1) exceeds the base potential (command voltage CV) to the positive side and is closest to the base potential. The voltage difference between the voltage and the output voltage (base voltage) is borne as a voltage drop between the collector and the emitter. At that time, a loss power corresponding to voltage × current is generated in the transistor Tr4, and the loss power dissipates due to the temperature rise of the transistor Tr4 and disappears to the outside. On the other hand, in the transistor Tr5 on the output node N2 side of the transistor Tr4 operating in the active region, the diode D2 connected to the collector is reverse-biased, so that the collector-side bus (zero voltage line NL0) is cut off by the diode D2. Is done. Further, the transistor Tr5 has an emitter potential that drops in the same manner as the base potential (command voltage CV) due to the emitter follower operation, but the collector is connected to the emitter of the transistor Tr4 that operates in the active region. The potential is the same as the base potential (command voltage CV). As a result, the transistor Tr5 operates in a saturation region where the collector-emitter voltage is substantially zero, and substantially no loss power is generated.

また、増幅部122は、トランジスタTr11、Tr9がオフされトランジスタTr2がオンされた状態でトランジスタTr3、Tr4がオフされるとともにトランジスタTr5がオンして、トランジスタTr5がエミッタフォロワとして機能し、グランドノードN3による電源電圧(V0)を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。   The amplifying unit 122 also turns off the transistors Tr3 and Tr4 and turns on the transistor Tr5 with the transistors Tr11 and Tr9 turned off and the transistor Tr2 turned on, and the transistor Tr5 functions as an emitter follower. The power is generated by performing a current amplification operation using the power supply voltage (V0) generated by.

例えば、現在の出力電流Ioの方向が負出力方向であり、切り替え部121の各トランジスタTr2、Tr9,Tr11のベース電位(指令電圧CV)が0より大きく+V2以下である場合、トランジスタTr3,Tr4は、エミッタ側の母線の電位(NラインNL1,ゼロ電圧ラインNL0の電位)がベース電位(指令電圧CV)を負側に超えるので、前段のトランジスタTr11,Tr9がベース−エミッタ間で逆バイアスとなってオフすることに応じてオフする。また、トランジスタTr5は、コレクタ側の母線の電位(NラインNL1の電位)がベース電位(指令電圧CV)を正側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧(ベース電圧)との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタTr5において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタTr5の温度上昇により放熱し外部に消失する。   For example, when the current output current Io direction is a negative output direction and the base potential (command voltage CV) of each of the transistors Tr2, Tr9, Tr11 of the switching unit 121 is greater than 0 and less than + V2, the transistors Tr3, Tr4 are Since the potential of the bus on the emitter side (the potential of the N line NL1 and the zero voltage line NL0) exceeds the base potential (command voltage CV) to the negative side, the transistors Tr11 and Tr9 in the previous stage are reverse-biased between the base and the emitter. Turn off in response to turning off. The transistor Tr5 is a transistor in which the potential of the bus on the collector side (the potential of the N line NL1) exceeds the base potential (command voltage CV) to the positive side and is closest to the base potential. The voltage difference between the voltage and the output voltage (base voltage) is borne as a voltage drop between the collector and the emitter. At that time, a loss power of voltage × current is generated in the transistor Tr5, and the loss power dissipates due to the temperature rise of the transistor Tr5 and disappears to the outside.

本発明者は、図1に示すG級増幅回路AMP120の動作についてシミュレーションを行った。具体的には、電源電圧の絶対値をV2=90V、V1=V2/2=45Vとし、ガルバノスキャナ1のミラー5aによりレーザー光の照射位置を1.0mmピッチ(モータ5bの回転子の角度で0.3°ピッチ)で移動させることを繰り返した場合における、出力ノードN2から負荷LDへの出力電流、出力ノードN2から負荷LDへの出力電圧、出力ノードN2から負荷LDへの電力供給における損失電力、G級増幅回路AMP20における母線電圧の変化についてシミュレーションを行った。   The inventor performed a simulation on the operation of the class G amplifier circuit AMP120 shown in FIG. Specifically, the absolute value of the power supply voltage is V2 = 90V, V1 = V2 / 2 = 45V, and the irradiation position of the laser beam by the mirror 5a of the galvano scanner 1 is 1.0 mm pitch (at the angle of the rotor of the motor 5b). Loss at the output current from the output node N2 to the load LD, the output voltage from the output node N2 to the load LD, and the power supply from the output node N2 to the load LD when the movement at a pitch of 0.3 ° is repeated. A simulation was performed on the power and the change in the bus voltage in the class G amplifier circuit AMP20.

その結果、図2に示すシミュレーション結果が得られた。図2では、出力ノードN2から負荷LDへの出力電流を二点鎖線で示し、出力ノードN2から負荷LDへの出力電圧を破線で示し、出力ノードN2から負荷LDへの電力供給における損失電力を実線で示し、B級増幅回路AMP10における母線電圧の変化を一点鎖線で示している。   As a result, the simulation result shown in FIG. 2 was obtained. In FIG. 2, the output current from the output node N2 to the load LD is indicated by a two-dot chain line, the output voltage from the output node N2 to the load LD is indicated by a broken line, and the loss power in the power supply from the output node N2 to the load LD is shown. A solid line indicates a change in bus voltage in the class B amplifier circuit AMP10 by a one-dot chain line.

図2から分かるように、例えば、出力電流が正である期間(第1の期間)T21において、出力電圧が正→0→負と変化するのに対して、母線電圧が正の値+V2(=90V)からより絶対値の小さな正の値+V1(=45V)、さらにより絶対値の小さな値V0(=0V)へ、順次に切り替えられている。また、出力電流が負である期間(第2の期間)T22において、出力電圧が負→0→正と変化するのに対して、母線電圧が負の値−V2(=−90V)からより絶対値の小さな負の値−V1(=−45V)、さらにより絶対値の小さな値V0(=0V)へ、順次に切り替えられている。   As can be seen from FIG. 2, for example, in the period (first period) T21 in which the output current is positive, the output voltage changes from positive → 0 → negative, whereas the bus voltage is a positive value + V2 (= 90V) to a positive value + V1 (= 45V) having a smaller absolute value and further to a value V0 (= 0V) having a smaller absolute value. Further, in the period (second period) T22 in which the output current is negative, the output voltage changes from negative → 0 → positive, whereas the bus voltage is more absolute from the negative value −V2 (= −90V). The negative value -V1 (= -45V) having a small value and the value V0 (= 0V) having a smaller absolute value are sequentially switched.

図17に示すグラフと図2に示すグラフとを比較すると、母線電圧を絶対値のより小さな値に切り替えた後でさらに絶対値のより小さな値(ゼロ電圧)に切り替えるようにしたことで、損失電力がかなり抑えられることが分かる。このときの平均損失電力は、例えば91.3W程度に低減できる。   When the graph shown in FIG. 17 is compared with the graph shown in FIG. 2, the loss is caused by switching the bus voltage to a smaller absolute value (zero voltage) after switching the bus voltage to a smaller absolute value. It turns out that electric power can be suppressed considerably. The average power loss at this time can be reduced to about 91.3 W, for example.

以上のように、実施の形態1では、G級増幅回路AMP120において、切り替え部121が、3種類以上の電源電圧(V2、V1、V0)から選択された電源電圧へ母線電圧を切り替える。すなわち、切り替え部121は、出力ノードN2からの出力電流が正である第1の期間において、母線電圧を正の電源電圧+V2から正の電源電圧+V1(V1<V2)及び電源電圧V0(V0<V1)へ順次に切り替え、出力ノードN2からの出力電流が負である第2の期間において、母線電圧を負の電源電圧−V2から負の電源電圧−V1及び電源電圧V0へ順次に切り替える。これにより、正電流出力時及び負電流出力時のそれぞれにおいて、出力電圧と母線電圧との電圧差を低減できるので、電力損失を低減できる。   As described above, in the first embodiment, in the class G amplifier circuit AMP120, the switching unit 121 switches the bus voltage to the power supply voltage selected from three or more types of power supply voltages (V2, V1, and V0). That is, the switching unit 121 changes the bus voltage from the positive power supply voltage + V2 to the positive power supply voltage + V1 (V1 <V2) and the power supply voltage V0 (V0 <V2) in the first period in which the output current from the output node N2 is positive. In the second period in which the output current from the output node N2 is negative, the bus voltage is sequentially switched from the negative power supply voltage −V2 to the negative power supply voltage −V1 and the power supply voltage V0. As a result, the voltage difference between the output voltage and the bus voltage can be reduced at the time of positive current output and negative current output, respectively, so that power loss can be reduced.

したがって、ガルバノスキャナ1にG級増幅回路AMP120を適用した場合に、ガルバノスキャナ1の精度を向上させながらガルバノスキャナ1を高速化することが容易である。   Therefore, when the class G amplifier circuit AMP120 is applied to the galvano scanner 1, it is easy to increase the speed of the galvano scanner 1 while improving the accuracy of the galvano scanner 1.

また、実施の形態1では、電力損失を低減できるので、必要な電力素子を小さくすることができ、冷却系も簡易にできるようになるため安価で小型の駆動アンプ4(図13参照)を構成することができる。   Further, in the first embodiment, since power loss can be reduced, a necessary power element can be reduced and the cooling system can be simplified, so that an inexpensive and small drive amplifier 4 (see FIG. 13) is configured. can do.

また、実施の形態1では、電源電圧V0が、グランド電圧である。これにより、電源の種類数より電源電圧の種類数を多くすることができるので、電源数の増加を抑制しながら、電源電圧の種類数を増やすことができる。   In the first embodiment, the power supply voltage V0 is the ground voltage. Thereby, since the number of types of power supply voltages can be increased from the number of types of power supplies, the number of types of power supply voltages can be increased while suppressing an increase in the number of power supplies.

また、実施の形態1では、切り替え部121が、出力ノードN2からの出力電流が正である第1の期間において、電源(第1の電源)13及び増幅部122の接続を有効にした状態から電源(第2の電源)25及び増幅部122の接続を有効にした状態、及びグランドノードN3及び増幅部122の接続を有効にした状態に順次に切り替え、切り替え部121が、出力ノードN2からの出力電流が負である第2の期間において、電源(第3の電源)14及び増幅部122の接続を有効にした状態から電源(第4の電源)26及び増幅部122の接続を有効にした状態、及びグランドノードN3及び増幅部122の接続を有効にした状態に順次に切り替える。これにより、第1の期間において母線電圧を+V2から+V1及びV0へ順次に切り替えることができ、第2の期間において母線電圧を−V2から−V1及びV0へ順次に切り替えることができる。   In the first embodiment, the switching unit 121 enables the connection between the power source (first power source) 13 and the amplifying unit 122 in the first period in which the output current from the output node N2 is positive. The switching unit 121 is sequentially switched to a state in which the connection between the power source (second power source) 25 and the amplification unit 122 is enabled, and a state in which the connection between the ground node N3 and the amplification unit 122 is enabled. In the second period in which the output current is negative, the connection between the power supply (fourth power supply) 26 and the amplification unit 122 is enabled from the state in which the connection between the power supply (third power supply) 14 and the amplification unit 122 is enabled. The state is sequentially switched to the state in which the connection between the ground node N3 and the amplification unit 122 is enabled. Accordingly, the bus voltage can be sequentially switched from + V2 to + V1 and V0 in the first period, and the bus voltage can be sequentially switched from −V2 to −V1 and V0 in the second period.

なお、G級増幅回路AMP120iは、図3に示すように、バイポーラトランジスタに代えて電界効果トランジスタを用いたものであってもよい。例えば、図3に示すG級増幅回路AMP120iでは、トランジスタTr8、Tr7、Tr6、Tr5、Tr4、Tr3(図1参照)に代えてトランジスタTr8’、Tr7’、Tr6’、Tr5’、Tr4’、Tr3’が用いられている。例えば、トランジスタTr8’、Tr7’、Tr6’は、N型MOSトランジスタであり、トランジスタTr5’、Tr4’、Tr3’は、P型MOSトランジスタである。図3では、各トランジスタTr8’、Tr7’、Tr6’、Tr5’、Tr4’、Tr3’として、MOS型の電界効果トランジスタが例示的に図示されているが、ジャンクション型の電界効果トランジスタであってもよい。この場合、G級増幅回路AMP120iでは、トランジスタTr12、Tr10、Tr1、Tr2、Tr9、Tr11(図1参照)を省略することができる。すなわち、切り替え部121iと増幅部122iとを共通化でき、トランジスタ数を低減できるので、G級増幅回路AMP120iの製造コストを低減できる。   As shown in FIG. 3, the class G amplifier circuit AMP120i may use a field effect transistor instead of the bipolar transistor. For example, in the class G amplifier circuit AMP120i shown in FIG. 3, transistors Tr8 ′, Tr7 ′, Tr6 ′, Tr5 ′, Tr4 ′, Tr3 are used instead of the transistors Tr8, Tr7, Tr6, Tr5, Tr4, Tr3 (see FIG. 1). 'Is used. For example, the transistors Tr8 ', Tr7', Tr6 'are N-type MOS transistors, and the transistors Tr5', Tr4 ', Tr3' are P-type MOS transistors. In FIG. 3, MOS field effect transistors are exemplarily illustrated as the transistors Tr8 ′, Tr7 ′, Tr6 ′, Tr5 ′, Tr4 ′, and Tr3 ′. Also good. In this case, in the class G amplifier circuit AMP120i, the transistors Tr12, Tr10, Tr1, Tr2, Tr9, Tr11 (see FIG. 1) can be omitted. That is, since the switching unit 121i and the amplification unit 122i can be shared and the number of transistors can be reduced, the manufacturing cost of the class G amplification circuit AMP120i can be reduced.

実施の形態2.
次に、実施の形態2にかかるG級増幅回路について説明する。以下では、実施の形態1と異なる部分を中心に説明する。
Embodiment 2. FIG.
Next, a class G amplifier circuit according to the second embodiment will be described. Below, it demonstrates focusing on a different part from Embodiment 1. FIG.

実施の形態1では、正電流供給時及び負電流供給時のそれぞれにおいてゼロ電圧を供給できるような回路方式を提案しているが、実施の形態2では、正電流供給時及び負電流供給時のそれぞれにおいてさらに逆符号の電圧を供給できるような回路方式を提案する。   In the first embodiment, a circuit system that can supply a zero voltage in each of a positive current supply and a negative current supply is proposed. In the second embodiment, a positive current supply and a negative current supply are provided. We propose a circuit system that can supply a voltage of the opposite sign in each.

具体的には、ガルバノスキャナ1の駆動アンプ4内の増幅回路AMPとして、図1に示すようなG級増幅回路AMP120に代えて、図4に示すようなG級増幅回路AMP220を用いる。G級増幅回路AMP220は、G級増幅回路AMP20(図16参照)に対して、例えば、破線で囲った部分が追加されている。   Specifically, a class G amplifier circuit AMP220 as shown in FIG. 4 is used as the amplifier circuit AMP in the drive amplifier 4 of the galvano scanner 1 instead of the class G amplifier circuit AMP120 as shown in FIG. In the class G amplifier circuit AMP220, for example, a portion surrounded by a broken line is added to the class G amplifier circuit AMP20 (see FIG. 16).

より具体的には、G級増幅回路AMP220は、切り替え部121及び増幅部122に代えて切り替え部221及び増幅部222を備える。   More specifically, the class G amplifier circuit AMP220 includes a switching unit 221 and an amplification unit 222 instead of the switching unit 121 and the amplification unit 122.

切り替え部221は、現在の出力電流Ioの方向と、指令電圧CVに追従する各トランジスタのベース電位と、接続されている各母線の電位とに応じて、PラインPL2、PラインPL1、ゼロ電圧ラインPL0、逆電圧ラインPL3、NラインNL2、NラインNL1、ゼロ電圧ラインNL0、及び逆電圧ラインNL3のいずれかを選択的に活性化し、電源13による電源電圧(+V2)と電源25による電源電圧(+V1)とグランドノードN3による電源電圧(V0)と電源14による電源電圧(−V2)と電源26による電源電圧(−V1)との間で母線電圧を切り替える。   The switching unit 221 includes a P line PL2, a P line PL1, a zero voltage according to the current direction of the output current Io, the base potential of each transistor following the command voltage CV, and the potential of each connected bus. One of the line PL0, the reverse voltage line PL3, the N line NL2, the N line NL1, the zero voltage line NL0, and the reverse voltage line NL3 is selectively activated, and the power supply voltage (+ V2) by the power supply 13 and the power supply voltage by the power supply 25 The bus voltage is switched between (+ V1), the power supply voltage (V0) by the ground node N3, the power supply voltage (−V2) by the power supply 14, and the power supply voltage (−V1) by the power supply 26.

具体的には、切り替え部221は、切り替え部121(図1参照)に比べて、ツェナーダイオードZD8、ZD7、トランジスタTr15、Tr20、ダイオードD11、D10、及び抵抗R6、R7をさらに有する。   Specifically, the switching unit 221 further includes Zener diodes ZD8 and ZD7, transistors Tr15 and Tr20, diodes D11 and D10, and resistors R6 and R7, compared to the switching unit 121 (see FIG. 1).

ツェナーダイオードZD8は、アノードがツェナーダイオードZD5とダイオードD8とに接続され、カソードが電流源CS1とダイオードD11とに接続されている。ツェナーダイオードZD7は、アノードが電流源CS2とダイオードD10とに接続され、カソードがツェナーダイオードZD2とダイオードD5とに接続されている。トランジスタTr15は、例えばNPN型バーポーラトランジスタであり、ベースがダイオードD11を介して電流源CS1及びツェナーダイオードZD8の間に接続され、コレクタが電源13に接続され、エミッタが抵抗R6に接続されている。トランジスタTr20は、例えばPNP型バーポーラトランジスタであり、ベースがダイオードD10を介してツェナーダイオードZD7及び電流源CS2の間に接続され、コレクタが電源14に接続され、エミッタが抵抗R7に接続されている。   The Zener diode ZD8 has an anode connected to the Zener diode ZD5 and the diode D8, and a cathode connected to the current source CS1 and the diode D11. The Zener diode ZD7 has an anode connected to the current source CS2 and the diode D10, and a cathode connected to the Zener diode ZD2 and the diode D5. The transistor Tr15 is, for example, an NPN-type bipolar transistor, the base is connected between the current source CS1 and the Zener diode ZD8 via the diode D11, the collector is connected to the power supply 13, and the emitter is connected to the resistor R6. . The transistor Tr20 is, for example, a PNP-type bipolar transistor, the base is connected between the Zener diode ZD7 and the current source CS2 via the diode D10, the collector is connected to the power supply 14, and the emitter is connected to the resistor R7. .

切り替え部221は、現在の出力電流Ioの方向が正出力方向(図4に実線で示す方向)であれば、トランジスタTr1,Tr10,Tr12,Tr15の少なくとも一部をオンさせ、増幅部222における上側のトランジスタTr6,Tr7,Tr8,Tr13を動作させる。そして、切り替え部221は、指令電圧CVに追従する各トランジスタTr1,Tr10,Tr12,Tr15のベース電位を正側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線を選択する。   If the current output current Io direction is the positive output direction (the direction indicated by the solid line in FIG. 4), the switching unit 221 turns on at least a part of the transistors Tr1, Tr10, Tr12, Tr15, and The transistors Tr6, Tr7, Tr8, Tr13 are operated. Then, the switching unit 221 selects a bus having a voltage value that exceeds the base potential of each of the transistors Tr1, Tr10, Tr12, Tr15 following the command voltage CV to the positive side and has the closest value.

例えば、各トランジスタTr1、Tr10,Tr12,Tr15のベース電位(指令電圧CV)が+V1以上である場合、切り替え部221は、各トランジスタTr1、Tr10,Tr12,Tr15のベース電位を正側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてPラインPL2を選択する。すなわち、切り替え部221は、トランジスタTr1、Tr10,Tr12,Tr15をオンさせ、PラインPL2を活性化させ電源13及び増幅部222の接続を有効にし、母線電圧を電源13による電源電圧(+V2)に切り替える。   For example, when the base potential (command voltage CV) of each transistor Tr1, Tr10, Tr12, Tr15 is equal to or higher than + V1, the switching unit 221 exceeds the base potential of each transistor Tr1, Tr10, Tr12, Tr15 to the positive side and is a value. P line PL2 is selected as the bus having the closest voltage value. That is, the switching unit 221 turns on the transistors Tr1, Tr10, Tr12, Tr15, activates the P line PL2, enables the connection between the power supply 13 and the amplification unit 222, and changes the bus voltage to the power supply voltage (+ V2) by the power supply 13. Switch.

あるいは、例えば、各トランジスタTr1、Tr10,Tr12,Tr15のベース電位(指令電圧CV)が0以上+V1未満である場合、切り替え部221は、各トランジスタTr1、Tr10,Tr12,Tr15のベース電位を正側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてPラインPL1を選択する。このとき、トランジスタTr15では、ベース電位がエミッタ電位より低い逆バイアス状態となって、ベース電流が流れずオフする。すなわち、切り替え部221は、トランジスタTr15をオフさせるとともにトランジスタTr1、Tr10,Tr12をオンさせ、PラインPL1を活性化させ電源25及び増幅部222の接続を有効にし、母線電圧を電源25による電源電圧(+V1)に切り替える。   Alternatively, for example, when the base potential (command voltage CV) of each transistor Tr1, Tr10, Tr12, Tr15 is 0 or more and less than + V1, the switching unit 221 sets the base potential of each transistor Tr1, Tr10, Tr12, Tr15 to the positive side. P line PL1 is selected as the bus of the voltage value that exceeds At this time, the transistor Tr15 is in a reverse bias state in which the base potential is lower than the emitter potential, and the base current does not flow and the transistor Tr15 is turned off. That is, the switching unit 221 turns off the transistor Tr15 and turns on the transistors Tr1, Tr10, Tr12, activates the P line PL1, enables the connection between the power supply 25 and the amplification unit 222, and sets the bus voltage to the power supply voltage by the power supply 25. Switch to (+ V1).

あるいは、例えば、各トランジスタTr1、Tr10,Tr12,Tr15のベース電位(指令電圧CV)が−V1以上0未満である場合、切り替え部221は、各トランジスタTr1、Tr10,Tr12,Tr15のベース電位を正側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてゼロ電圧ラインPL0を選択する。このとき、トランジスタTr12,Tr15では、ベース電位がエミッタ電位より低い逆バイアス状態となって、ベース電流が流れずオフする。すなわち、切り替え部221は、トランジスタTr12,Tr15をオフさせるとともにトランジスタTr1,Tr10をオンさせ、ゼロ電圧ラインPL0を活性化させグランドノードN3及び増幅部222の接続を有効にし、母線電圧をグランドノードN3による電源電圧(V0)に切り替える。   Alternatively, for example, when the base potential (command voltage CV) of each transistor Tr1, Tr10, Tr12, Tr15 is not less than −V1 and less than 0, the switching unit 221 sets the base potential of each transistor Tr1, Tr10, Tr12, Tr15 to be positive. The zero voltage line PL0 is selected as the bus of the voltage value that is closest to and close to the side. At this time, the transistors Tr12 and Tr15 are in a reverse bias state in which the base potential is lower than the emitter potential, and the base current does not flow and is turned off. In other words, the switching unit 221 turns off the transistors Tr12 and Tr15 and turns on the transistors Tr1 and Tr10, activates the zero voltage line PL0, enables the connection between the ground node N3 and the amplification unit 222, and sets the bus voltage to the ground node N3. Switch to the power supply voltage (V0).

あるいは、例えば、各トランジスタTr1、Tr10,Tr12,Tr15のベース電位(指令電圧CV)が−V2以上−V1未満である場合、切り替え部221は、各トランジスタTr1、Tr10,Tr12,Tr15のベース電位を正側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線として逆電圧ラインPL3を選択する。このとき、トランジスタTr10,Tr12,Tr15では、ベース電位がエミッタ電位より低い逆バイアス状態となって、ベース電流が流れずオフする。すなわち、切り替え部221は、トランジスタTr10,Tr12,Tr15をオフさせるとともにトランジスタTr1をオンさせ、逆電圧ラインPL3を活性化させ電源26及び増幅部222の逆極性の接続を有効にし、母線電圧を電源26による電源電圧(−V1)に切り替える。   Alternatively, for example, when the base potential (command voltage CV) of each of the transistors Tr1, Tr10, Tr12, and Tr15 is greater than or equal to −V2 and less than −V1, the switching unit 221 sets the base potential of each of the transistors Tr1, Tr10, Tr12, and Tr15. The reverse voltage line PL3 is selected as the bus of the voltage value that exceeds the positive side and has the closest value. At this time, the transistors Tr10, Tr12, Tr15 are in a reverse bias state in which the base potential is lower than the emitter potential, and the base current does not flow and is turned off. In other words, the switching unit 221 turns off the transistors Tr10, Tr12, Tr15 and turns on the transistor Tr1, activates the reverse voltage line PL3, enables the reverse polarity connection between the power supply 26 and the amplification unit 222, and supplies the bus voltage to the power supply. 26 to the power supply voltage (−V1).

また、切り替え部221は、現在の出力電流Ioの方向が負出力方向(図4に破線で示す方向)であれば、トランジスタTr2,Tr9,Tr11,Tr20の少なくとも一部をオンさせ、増幅部222における下側のトランジスタTr5,Tr4,Tr3,Tr14を動作させる。そして、切り替え部221は、指令電圧CVに追従するトランジスタTr2,Tr11のベース電位を負側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線を選択する。   Further, the switching unit 221 turns on at least a part of the transistors Tr2, Tr9, Tr11, and Tr20 when the current output current Io is in the negative output direction (the direction indicated by the broken line in FIG. 4), and the amplification unit 222 is turned on. The lower transistors Tr5, Tr4, Tr3, Tr14 in FIG. Then, the switching unit 221 selects a bus having a voltage value that exceeds the base potential of the transistors Tr2 and Tr11 following the command voltage CV on the negative side and has the closest value.

例えば、各トランジスタTr2、Tr9,Tr11,Tr20のベース電位(指令電圧CV)が−V1以下である場合、切り替え部221は、各トランジスタTr2、Tr9,Tr11,Tr20のベース電位を負側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてNラインNL2を選択する。すなわち、切り替え部221は、トランジスタTr2、Tr9,Tr11,Tr20をオンさせ、NラインNL2を活性化させ電源14及び増幅部222の接続を有効にし、母線電圧を電源14による電源電圧(−V2)に切り替える。   For example, when the base potential (command voltage CV) of each transistor Tr2, Tr9, Tr11, Tr20 is −V1 or less, the switching unit 221 exceeds the base potential of each transistor Tr2, Tr9, Tr11, Tr20 to the negative side and The N line NL2 is selected as the bus having the closest voltage value. That is, the switching unit 221 turns on the transistors Tr2, Tr9, Tr11, Tr20, activates the N line NL2, enables the connection between the power supply 14 and the amplification unit 222, and sets the bus voltage to the power supply voltage (−V2) by the power supply 14 Switch to.

あるいは、例えば、各トランジスタTr2、Tr9,Tr11,Tr20のベース電位(指令電圧CV)が−V1より大きく0以下である場合、切り替え部221は、各トランジスタTr2、Tr9,Tr11,Tr20のベース電位を負側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてNラインNL1を選択する。このとき、トランジスタTr20では、ベース電位がエミッタ電位より高い逆バイアス状態となって、ベース電流が流れずオフする。すなわち、切り替え部221は、トランジスタTr20をオフさせるとともにトランジスタTr2、Tr9,Tr11をオンさせ、NラインNL1を活性化させ電源26及び増幅部222の接続を有効にし、母線電圧を電源26による電源電圧(−V1)に切り替える。   Alternatively, for example, when the base potential (command voltage CV) of each of the transistors Tr2, Tr9, Tr11, and Tr20 is greater than −V1 and equal to or less than 0, the switching unit 221 sets the base potential of each of the transistors Tr2, Tr9, Tr11, and Tr20. The N line NL1 is selected as the bus of the voltage value that exceeds the negative side and has the closest value. At this time, the transistor Tr20 is in a reverse bias state in which the base potential is higher than the emitter potential, and the base current does not flow and the transistor Tr20 is turned off. That is, the switching unit 221 turns off the transistor Tr20 and turns on the transistors Tr2, Tr9, Tr11, activates the N line NL1, enables the connection between the power supply 26 and the amplification unit 222, and sets the bus voltage to the power supply voltage by the power supply 26. Switch to (-V1).

あるいは、例えば、各トランジスタTr2、Tr9,Tr11,Tr20のベース電位(指令電圧CV)が0より大きく+V1以下である場合、切り替え部221は、各トランジスタTr2、Tr9,Tr11,Tr20のベース電位を負側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてゼロ電圧ラインNL0を選択する。このとき、トランジスタTr11,Tr20では、ベース電位がエミッタ電位より高い逆バイアス状態となって、ベース電流が流れずオフする。すなわち、切り替え部221は、トランジスタTr11,Tr20をオフさせるとともにトランジスタTr2、Tr9をオンさせ、ゼロ電圧ラインNL0を活性化させグランドノードN3及び増幅部222の接続を有効にし、母線電圧をグランドノードN3による電源電圧(V0)に切り替える。   Alternatively, for example, when the base potential (command voltage CV) of each transistor Tr2, Tr9, Tr11, Tr20 is greater than 0 and less than or equal to + V1, the switching unit 221 makes the base potential of each transistor Tr2, Tr9, Tr11, Tr20 negative. The zero voltage line NL0 is selected as the bus of the voltage value that is close to the side and has the closest value. At this time, the transistors Tr11 and Tr20 are in a reverse bias state in which the base potential is higher than the emitter potential, and the base current does not flow and is turned off. That is, the switching unit 221 turns off the transistors Tr11 and Tr20 and turns on the transistors Tr2 and Tr9, activates the zero voltage line NL0, enables the connection between the ground node N3 and the amplification unit 222, and sets the bus voltage to the ground node N3. Switch to the power supply voltage (V0).

あるいは、例えば、各トランジスタTr2、Tr9,Tr11,Tr20のベース電位(指令電圧CV)が+V1より大きく+V2以下である場合、切り替え部221は、各トランジスタTr2、Tr9,Tr11,Tr20のベース電位を負側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線として逆電圧ラインNL3を選択する。このとき、トランジスタTr9,Tr11,Tr20では、ベース電位がエミッタ電位より高い逆バイアス状態となって、ベース電流が流れずオフする。すなわち、切り替え部221は、トランジスタTr9,Tr11,Tr20をオフさせるとともにトランジスタTr2をオンさせ、逆電圧ラインNL3を活性化させ電源25及び増幅部222の逆極性の接続を有効にし、母線電圧を電源25による電源電圧(+V1)に切り替える。   Alternatively, for example, when the base potential (command voltage CV) of each transistor Tr2, Tr9, Tr11, Tr20 is greater than + V1 and less than or equal to + V2, the switching unit 221 makes the base potential of each transistor Tr2, Tr9, Tr11, Tr20 negative. The reverse voltage line NL3 is selected as the bus of the voltage value that exceeds and is closest to the side. At this time, the transistors Tr9, Tr11, and Tr20 are in a reverse bias state in which the base potential is higher than the emitter potential, and the base current does not flow and is turned off. In other words, the switching unit 221 turns off the transistors Tr9, Tr11, Tr20 and turns on the transistor Tr2, activates the reverse voltage line NL3, enables the reverse polarity connection of the power supply 25 and the amplification unit 222, and supplies the bus voltage to the power supply. 25 to the power supply voltage (+ V1).

増幅部222は、切り替え部221により選択された電源電圧を用いて増幅動作を行い、電力を生成し、生成された電力を出力ノードN2へ供給する。具体的には、増幅部222は、増幅部121(図1参照)に比べて、トランジスタTr13、Tr14、及びダイオードD13、D12をさらに有する。   The amplifying unit 222 performs an amplifying operation using the power supply voltage selected by the switching unit 221, generates power, and supplies the generated power to the output node N2. Specifically, the amplifying unit 222 further includes transistors Tr13 and Tr14 and diodes D13 and D12 as compared with the amplifying unit 121 (see FIG. 1).

トランジスタTr13は、例えばNPN型バイポーラトランジスタであり、ベースがトランジスタTr15のエミッタ及び抵抗R6の間に接続され、コレクタが電源13に接続されている。トランジスタTr13は、エミッタが、抵抗R6を介してトランジスタTr15のエミッタに接続され、ダイオードD13を介して電源25に接続され、トランジスタTr8のコレクタに接続されている。トランジスタTr14は、例えばPNP型バイポーラトランジスタであり、ベースが抵抗R7及びトランジスタTr20のエミッタの間に接続され、コレクタが電源14に接続されている。トランジスタTr14は、エミッタが、抵抗R7を介してトランジスタTr20のエミッタに接続され、ダイオードD12を介して電源26に接続され、トランジスタTr3のコレクタに接続されている。ダイオードD13は、カソードがトランジスタTr13のエミッタ及びトランジスタTr8のコレクタに接続され、アノードが電源25に接続されている。ダイオードD12は、カソードが電源26に接続され、アノードがトランジスタTr14のエミッタ及びトランジスタTr3のコレクタに接続されている。ダイオードD4は、アノードがグランドノードN3に接続されている。ダイオードD3は、アノードが電源26に接続されている。ダイオードD1は、カソードがグランドノードN3に接続されている。ダイオードD2は、カソードが電源25に接続されている。   The transistor Tr13 is, for example, an NPN bipolar transistor, the base is connected between the emitter of the transistor Tr15 and the resistor R6, and the collector is connected to the power supply 13. The transistor Tr13 has an emitter connected to the emitter of the transistor Tr15 via the resistor R6, is connected to the power supply 25 via the diode D13, and is connected to the collector of the transistor Tr8. The transistor Tr14 is, for example, a PNP bipolar transistor, the base is connected between the resistor R7 and the emitter of the transistor Tr20, and the collector is connected to the power supply 14. The transistor Tr14 has an emitter connected to the emitter of the transistor Tr20 via the resistor R7, is connected to the power supply 26 via the diode D12, and is connected to the collector of the transistor Tr3. The diode D13 has a cathode connected to the emitter of the transistor Tr13 and the collector of the transistor Tr8, and an anode connected to the power supply 25. The diode D12 has a cathode connected to the power supply 26 and an anode connected to the emitter of the transistor Tr14 and the collector of the transistor Tr3. The diode D4 has an anode connected to the ground node N3. The anode of the diode D3 is connected to the power supply 26. The cathode of the diode D1 is connected to the ground node N3. The cathode of the diode D2 is connected to the power supply 25.

増幅部222は、トランジスタTr15、Tr12、Tr10、Tr1がオンされた状態でトランジスタTr13、Tr8、Tr7、Tr6がオンして、トランジスタTr13がエミッタフォロワとして機能し、電源13による電源電圧(+V2)を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。   The amplifying unit 222 turns on the transistors Tr13, Tr8, Tr7, and Tr6 with the transistors Tr15, Tr12, Tr10, and Tr1 turned on, the transistor Tr13 functions as an emitter follower, and supplies the power supply voltage (+ V2) from the power supply 13 The power is generated using the current amplification operation.

例えば、現在の出力電流Ioの方向が正出力方向であり、切り替え部221の各トランジスタTr1、Tr10,Tr12,Tr15のベース電位(指令電圧CV)が+V1以上である場合、トランジスタTr13は、コレクタ側の母線の電位(PラインPL2の電位)がベース電位(指令電圧CV)を正側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧(ベース電圧)との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタTr13において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタTr13の温度上昇により放熱し外部に消失する。一方、能動領域で動作するトランジスタTr13より出力ノードN2側にあるトランジスタTr8,Tr7,Tr6は、コレクタに接続されたダイオードD13,D4,D3が逆バイアスとなるので、そのダイオードD13,D4,D3によりコレクタ側の母線(PラインPL1、ゼロ電圧ラインPL0、逆電圧ラインPL3)が遮断される。また、トランジスタTr8,Tr7,Tr6は、エミッタフォロワ動作のために、ベース電位(指令電圧CV)と同じようにエミッタ電位が下がるが、コレクタが能動領域で動作するトランジスタTr13のエミッタに接続されているために、コレクタ電位がベース電位(指令電圧CV)と同じなっている。これにより、トランジスタTr8,Tr7,Tr6は、コレクタ―エミッタ間電圧が略ゼロである飽和領域で動作し、実質的に損失電力が発生しない。   For example, when the direction of the current output current Io is the positive output direction and the base potential (command voltage CV) of each transistor Tr1, Tr10, Tr12, Tr15 of the switching unit 221 is + V1 or more, the transistor Tr13 Since the transistor has a bus potential (P line PL2 potential) that exceeds the base potential (command voltage CV) to the positive side and is closest to the base potential, the transistor operates in the active region, and the bus voltage and output voltage (base voltage). The voltage difference between the collector and emitter is borne as a voltage drop. At that time, a loss power of voltage × current is generated in the transistor Tr13, and the loss power dissipates due to the temperature rise of the transistor Tr13 and disappears to the outside. On the other hand, the transistors Tr8, Tr7, Tr6 on the output node N2 side of the transistor Tr13 operating in the active region are reverse-biased by the diodes D13, D4, D3 connected to the collector, so that the diodes D13, D4, D3 The bus on the collector side (P line PL1, zero voltage line PL0, reverse voltage line PL3) is cut off. Further, the transistors Tr8, Tr7, Tr6 have the emitter potential lowered in the same manner as the base potential (command voltage CV) for the emitter follower operation, but the collector is connected to the emitter of the transistor Tr13 operating in the active region. Therefore, the collector potential is the same as the base potential (command voltage CV). Thereby, the transistors Tr8, Tr7, Tr6 operate in a saturation region where the collector-emitter voltage is substantially zero, and substantially no loss power is generated.

また、増幅部222は、トランジスタTr15がオフされトランジスタTr12、Tr10、Tr1がオンされた状態でトランジスタTr13がオフするとともにトランジスタTr8、Tr7、Tr6がオンして、トランジスタTr8がエミッタフォロワとして機能し、電源25による電源電圧(+V1)を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。   The amplifying unit 222 also turns off the transistor Tr13 with the transistor Tr15 off and the transistors Tr12, Tr10, and Tr1 on, and turns on the transistors Tr8, Tr7, and Tr6. The transistor Tr8 functions as an emitter follower. Using the power supply voltage (+ V1) by the power supply 25, current amplification operation is performed to generate power.

例えば、現在の出力電流Ioの方向が正出力方向であり、切り替え部221の各トランジスタTr1、Tr10,Tr12,Tr15のベース電位(指令電圧CV)が0以上+V1未満である場合、トランジスタTr13は、エミッタ側の母線の電位(PラインPL1の電位)がベース電位(指令電圧CV)を正側に超えるので、前段のトランジスタTr15がベース−エミッタ間で逆バイアスとなってオフすることに応じてオフする。また、トランジスタTr8は、コレクタ側の母線の電位(PラインPL1の電位)がベース電位(指令電圧CV)を正側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧(ベース電圧)との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタTr8において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタTr8の温度上昇により放熱し外部に消失する。一方、能動領域で動作するトランジスタTr8より出力ノードN2側にあるトランジスタTr7,Tr6は、コレクタに接続されたダイオードD4,D3が逆バイアスとなるので、そのダイオードD4,D3によりコレクタ側の母線(ゼロ電圧ラインPL0、逆電圧ラインPL3)が遮断される。また、トランジスタTr7,Tr6は、エミッタフォロワ動作のために、ベース電位(指令電圧CV)と同じようにエミッタ電位が下がるが、コレクタが能動領域で動作するトランジスタTr8のエミッタに接続されているために、コレクタ電位がベース電位(指令電圧CV)と同じなっている。これにより、トランジスタTr7,Tr6は、コレクタ―エミッタ間電圧が略ゼロである飽和領域で動作し、実質的に損失電力が発生しない。   For example, when the current output current Io direction is the positive output direction and the base potential (command voltage CV) of each transistor Tr1, Tr10, Tr12, Tr15 of the switching unit 221 is 0 or more and less than + V1, the transistor Tr13 Since the potential of the bus on the emitter side (potential of the P line PL1) exceeds the base potential (command voltage CV) to the positive side, the transistor Tr15 in the previous stage is turned off in a reverse bias between the base and the emitter. To do. The transistor Tr8 is a transistor whose collector-side bus potential (P-line PL1 potential) exceeds the base potential (command voltage CV) to the positive side and is closest to the base potential. The voltage difference between the voltage and the output voltage (base voltage) is borne as a voltage drop between the collector and the emitter. At that time, a loss power corresponding to voltage × current is generated in the transistor Tr8, and the loss power is dissipated by the temperature rise of the transistor Tr8 and disappears to the outside. On the other hand, in the transistors Tr7 and Tr6 on the output node N2 side of the transistor Tr8 operating in the active region, the diodes D4 and D3 connected to the collector are reverse-biased. The voltage line PL0 and the reverse voltage line PL3) are cut off. Further, the transistors Tr7 and Tr6 have the emitter potential lowered in the same manner as the base potential (command voltage CV) due to the emitter follower operation, but the collector is connected to the emitter of the transistor Tr8 operating in the active region. The collector potential is the same as the base potential (command voltage CV). As a result, the transistors Tr7 and Tr6 operate in a saturation region where the collector-emitter voltage is substantially zero, and substantially no loss power is generated.

また、増幅部222は、トランジスタTr15、Tr12がオフされトランジスタTr10、Tr1がオンされた状態でトランジスタTr13、Tr8がオフするとともにトランジスタTr7、Tr6がオンして、トランジスタTr7がエミッタフォロワとして機能し、グランドノードN3による電源電圧(V0)を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。   The amplifying unit 222 also turns off the transistors Tr13 and Tr8 and turns on the transistors Tr7 and Tr6 while the transistors Tr15 and Tr12 are turned off and the transistors Tr10 and Tr1 are turned on. The transistor Tr7 functions as an emitter follower. The power is generated by performing a current amplification operation using the power supply voltage (V0) by the ground node N3.

例えば、現在の出力電流Ioの方向が正出力方向であり、切り替え部221の各トランジスタTr1、Tr10,Tr12,Tr15のベース電位(指令電圧CV)が−V1以上0未満である場合、トランジスタTr13,Tr8は、エミッタ側の母線の電位(PラインPL1,ゼロ電圧ラインPL0の電位)がベース電位(指令電圧CV)を正側に超えるので、前段のトランジスタTr15,Tr12がベース−エミッタ間で逆バイアスとなってオフすることに応じてオフする。また、トランジスタTr7は、コレクタ側の母線の電位(ゼロ電圧ラインPL0の電位)がベース電位(指令電圧CV)を正側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧(ベース電圧)との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタTr7において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタTr7の温度上昇により放熱し外部に消失する。一方、能動領域で動作するトランジスタTr7より出力ノードN2側にあるトランジスタTr6は、コレクタに接続されたダイオードD3が逆バイアスとなるので、そのダイオードD3によりコレクタ側の母線(逆電圧ラインPL3)が遮断される。また、トランジスタTr6は、エミッタフォロワ動作のために、ベース電位(指令電圧CV)と同じようにエミッタ電位が下がるが、コレクタが能動領域で動作するトランジスタTr7のエミッタに接続されているために、コレクタ電位がベース電位(指令電圧CV)と同じなっている。これにより、トランジスタTr6は、コレクタ―エミッタ間電圧が略ゼロである飽和領域で動作し、実質的に損失電力が発生しない。   For example, when the current output current Io is the positive output direction and the base potential (command voltage CV) of each transistor Tr1, Tr10, Tr12, Tr15 of the switching unit 221 is −V1 or more and less than 0, the transistor Tr13, In Tr8, the emitter-side bus potential (P-line PL1, zero-voltage line PL0 potential) exceeds the base potential (command voltage CV) to the positive side, so that the transistors Tr15 and Tr12 in the previous stage are reverse-biased between the base and the emitter. And turn off in response to turning off. Further, the transistor Tr7 is a transistor in which the potential of the bus on the collector side (the potential of the zero voltage line PL0) exceeds the base potential (command voltage CV) to the positive side and is closest to the base potential, and thus operates in the active region. The voltage difference between the bus voltage and the output voltage (base voltage) is borne as a voltage drop between the collector and the emitter. At that time, a lost power corresponding to voltage × current is generated in the transistor Tr7, and the lost power is dissipated by the temperature rise of the transistor Tr7 and disappears to the outside. On the other hand, in the transistor Tr6 on the output node N2 side from the transistor Tr7 operating in the active region, the diode D3 connected to the collector is reverse-biased, so that the collector-side bus (reverse voltage line PL3) is cut off by the diode D3. Is done. In addition, the transistor Tr6 has an emitter potential that drops in the same manner as the base potential (command voltage CV) due to the emitter follower operation, but the collector is connected to the emitter of the transistor Tr7 that operates in the active region. The potential is the same as the base potential (command voltage CV). As a result, the transistor Tr6 operates in a saturation region where the collector-emitter voltage is substantially zero, and substantially no loss power is generated.

また、増幅部222は、トランジスタTr15、Tr12、Tr10がオフされトランジスタTr1がオンされた状態でトランジスタTr13、Tr8、Tr7がオフするとともにトランジスタTr6がオンして、トランジスタTr6がエミッタフォロワとして機能し、電源26による電源電圧(−V1)を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。   The amplifying unit 222 also turns off the transistors Tr13, Tr8, and Tr7 and turns on the transistor Tr6 with the transistors Tr15, Tr12, and Tr10 turned off and the transistor Tr1 turned on, and the transistor Tr6 functions as an emitter follower. A current amplification operation is performed using the power supply voltage (-V1) by the power supply 26 to generate electric power.

例えば、現在の出力電流Ioの方向が正出力方向であり、切り替え部221の各トランジスタTr1、Tr10,Tr12,Tr15のベース電位(指令電圧CV)が−V2以上−V1未満である場合、トランジスタTr13,Tr8,Tr7は、エミッタ側の母線の電位(PラインPL1,ゼロ電圧ラインPL0、逆電圧ラインPL3の電位)がベース電位(指令電圧CV)を正側に超えるので、前段のトランジスタTr15,Tr12,Tr10がベース−エミッタ間で逆バイアスとなってオフすることに応じてオフする。また、トランジスタTr6は、コレクタ側の母線の電位(逆電圧ラインPL3の電位)がベース電位(指令電圧CV)を正側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧(ベース電圧)との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタTr6において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタTr6の温度上昇により放熱し外部に消失する。   For example, when the current output current Io direction is the positive output direction and the base potential (command voltage CV) of each of the transistors Tr1, Tr10, Tr12, Tr15 of the switching unit 221 is −V2 or more and less than −V1, the transistor Tr13 , Tr8, and Tr7, the potentials of the buses on the emitter side (potentials of the P line PL1, the zero voltage line PL0, and the reverse voltage line PL3) exceed the base potential (command voltage CV) to the positive side, so the transistors Tr15, Tr12 in the previous stage , Tr10 is turned off in response to turning off with a reverse bias between the base and the emitter. Further, the transistor Tr6 is a transistor in which the potential of the bus on the collector side (the potential of the reverse voltage line PL3) exceeds the base potential (command voltage CV) to the positive side and is closest to the base potential. The voltage difference between the bus voltage and the output voltage (base voltage) is borne as a voltage drop between the collector and the emitter. At that time, a loss power of voltage × current is generated in the transistor Tr6, and the loss power is dissipated by the temperature rise of the transistor Tr6 and disappears to the outside.

また、増幅部222は、トランジスタTr20、Tr11、Tr9、Tr2がオンされた状態でトランジスタTr14、Tr3、Tr4、Tr5がオンして、トランジスタTr14がエミッタフォロワとして機能し、電源14による電源電圧(−V2)を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。   In addition, the amplifying unit 222 turns on the transistors Tr14, Tr3, Tr4, and Tr5 with the transistors Tr20, Tr11, Tr9, and Tr2 turned on, the transistor Tr14 functions as an emitter follower, and the power supply voltage (− A current amplification operation is performed using V2) to generate electric power.

例えば、現在の出力電流Ioの方向が負出力方向であり、切り替え部221の各トランジスタTr2、Tr9,Tr11,Tr20のベース電位(指令電圧CV)が−V1以下である場合、トランジスタTr14は、コレクタ側の母線の電位(NラインNL2の電位)がベース電位(指令電圧CV)を負側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧(ベース電圧)との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタTr14において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタTr14の温度上昇により放熱し外部に消失する。一方、能動領域で動作するトランジスタTr14より出力ノードN2側にあるトランジスタTr3,Tr4,Tr5は、コレクタに接続されたダイオードD12,D1,D2が逆バイアスとなるので、そのダイオードD12,D1,D2によりコレクタ側の母線(NラインNL1、ゼロ電圧ラインNL0、逆電圧ラインNL3)が遮断される。また、トランジスタTr3,Tr4,Tr5は、エミッタフォロワ動作のために、ベース電位(指令電圧CV)と同じようにエミッタ電位が下がるが、コレクタが能動領域で動作するトランジスタTr14のエミッタに接続されているために、コレクタ電位がベース電位(指令電圧CV)と同じなっている。これにより、トランジスタTr3,Tr4,Tr5は、コレクタ―エミッタ間電圧が略ゼロである飽和領域で動作し、実質的に損失電力が発生しない。   For example, when the current output current Io is in the negative output direction and the base potential (command voltage CV) of each of the transistors Tr2, Tr9, Tr11, Tr20 of the switching unit 221 is −V1 or less, the transistor Tr14 Since this is a transistor in which the potential of the side bus (the potential of the N line NL2) exceeds the base potential (command voltage CV) to the negative side and is closest to the base potential, the transistor operates in the active region, and the bus voltage and output voltage (base voltage) ) And the voltage difference between the collector and emitter as a voltage drop. At that time, a loss power of voltage × current is generated in the transistor Tr14, and the loss power is dissipated by the temperature rise of the transistor Tr14 and disappears to the outside. On the other hand, in the transistors Tr3, Tr4, Tr5 on the output node N2 side of the transistor Tr14 operating in the active region, the diodes D12, D1, D2 connected to the collector are reverse-biased, so that the diodes D12, D1, D2 The buses on the collector side (N line NL1, zero voltage line NL0, reverse voltage line NL3) are cut off. The transistors Tr3, Tr4, and Tr5 have an emitter potential that drops in the same manner as the base potential (command voltage CV) due to the emitter follower operation, but the collector is connected to the emitter of the transistor Tr14 that operates in the active region. Therefore, the collector potential is the same as the base potential (command voltage CV). As a result, the transistors Tr3, Tr4, Tr5 operate in a saturation region where the collector-emitter voltage is substantially zero, and substantially no loss power is generated.

また、増幅部222は、トランジスタTr20がオフされトランジスタTr11、Tr9、Tr2がオンされた状態でトランジスタTr14がオフされるとともにトランジスタTr3、Tr4、Tr5がオンして、トランジスタTr3がエミッタフォロワとして機能し、電源26による電源電圧(−V1)を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。   In the amplifying unit 222, the transistor Tr14 is turned off and the transistors Tr3, Tr4, and Tr5 are turned on while the transistor Tr20 is turned off and the transistors Tr11, Tr9, and Tr2 are turned on, and the transistor Tr3 functions as an emitter follower. The power is generated by performing a current amplification operation using the power supply voltage (−V1) by the power supply 26.

例えば、現在の出力電流Ioの方向が負出力方向であり、切り替え部221の各トランジスタTr2、Tr9,Tr11,Tr20のベース電位(指令電圧CV)が−V1より大きく0以下である場合、トランジスタTr14は、エミッタ側の母線の電位(NラインNL1の電位)がベース電位(指令電圧CV)を負側に超えるので、前段のトランジスタTr20がベース−エミッタ間で逆バイアスとなってオフすることに応じてオフする。また、トランジスタTr3は、コレクタ側の母線の電位(NラインNL1の電位)がベース電位(指令電圧CV)を正側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧(ベース電圧)との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタTr3において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタTr3の温度上昇により放熱し外部に消失する。一方、能動領域で動作するトランジスタTr3より出力ノードN2側にあるトランジスタTr4,Tr5は、コレクタに接続されたダイオードD1,D2が逆バイアスとなるので、そのダイオードD1,D2によりコレクタ側の母線(ゼロ電圧ラインNL0、逆電圧ラインNL3)が遮断される。また、トランジスタTr4,Tr5は、エミッタフォロワ動作のために、ベース電位(指令電圧CV)と同じようにエミッタ電位が下がるが、コレクタが能動領域で動作するトランジスタTr3のエミッタに接続されているために、コレクタ電位がベース電位(指令電圧CV)と同じなっている。これにより、トランジスタTr4,Tr5は、コレクタ―エミッタ間電圧が略ゼロである飽和領域で動作し、実質的に損失電力が発生しない。   For example, when the current output current Io is in the negative output direction and the base potential (command voltage CV) of each of the transistors Tr2, Tr9, Tr11, Tr20 of the switching unit 221 is greater than −V1 and less than or equal to 0, the transistor Tr14 Corresponds to the fact that the transistor Tr20 in the previous stage is turned off as a reverse bias between the base and the emitter because the potential of the emitter side bus (the potential of the N line NL1) exceeds the base potential (command voltage CV) to the negative side. Turn off. The transistor Tr3 is a transistor in which the potential of the bus on the collector side (the potential of the N line NL1) exceeds the base potential (command voltage CV) on the positive side and is closest to the base potential. The voltage difference between the voltage and the output voltage (base voltage) is borne as a voltage drop between the collector and the emitter. At that time, a loss power of voltage × current is generated in the transistor Tr3, and the loss power is dissipated by the temperature rise of the transistor Tr3 and disappears to the outside. On the other hand, in the transistors Tr4 and Tr5 on the output node N2 side of the transistor Tr3 operating in the active region, the diodes D1 and D2 connected to the collector are reverse-biased. The voltage line NL0 and the reverse voltage line NL3) are cut off. Further, the transistors Tr4 and Tr5 have the emitter potential lowered in the same manner as the base potential (command voltage CV) due to the emitter follower operation, but the collector is connected to the emitter of the transistor Tr3 operating in the active region. The collector potential is the same as the base potential (command voltage CV). As a result, the transistors Tr4 and Tr5 operate in a saturation region where the collector-emitter voltage is substantially zero, and substantially no loss power is generated.

また、増幅部222は、トランジスタTr20、Tr11がオフされトランジスタTr9、Tr2がオンされた状態でトランジスタTr14、Tr3がオフされるとともにトランジスタTr4、Tr5がオンして、トランジスタTr4がエミッタフォロワとして機能し、グランドノードN3による電源電圧(V0)を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。   The amplifying unit 222 also turns off the transistors Tr14 and Tr3 and turns on the transistors Tr4 and Tr5 with the transistors Tr20 and Tr11 turned off and the transistors Tr9 and Tr2 turned on, and the transistor Tr4 functions as an emitter follower. The power is generated by performing a current amplification operation using the power supply voltage (V0) by the ground node N3.

例えば、現在の出力電流Ioの方向が負出力方向であり、切り替え部221の各トランジスタTr2、Tr9,Tr11,Tr20のベース電位(指令電圧CV)が0より大きく+V1以下である場合、トランジスタTr14,Tr3は、エミッタ側の母線の電位(NラインNL1,ゼロ電圧ラインNL0の電位)がベース電位(指令電圧CV)を負側に超えるので、前段のトランジスタTr20,Tr11がベース−エミッタ間で逆バイアスとなってオフすることに応じてオフする。また、トランジスタTr4は、コレクタ側の母線の電位(NラインNL1の電位)がベース電位(指令電圧CV)を正側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧(ベース電圧)との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタTr4において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタTr4の温度上昇により放熱し外部に消失する。一方、能動領域で動作するトランジスタTr4より出力ノードN2側にあるトランジスタTr5は、コレクタに接続されたダイオードD2が逆バイアスとなるので、そのダイオードD2によりコレクタ側の母線(逆電圧ラインPL3)が遮断される。また、トランジスタTr5は、エミッタフォロワ動作のために、ベース電位(指令電圧CV)と同じようにエミッタ電位が下がるが、コレクタが能動領域で動作するトランジスタTr4のエミッタに接続されているために、コレクタ電位がベース電位(指令電圧CV)と同じなっている。これにより、トランジスタTr5は、コレクタ―エミッタ間電圧が略ゼロである飽和領域で動作し、実質的に損失電力が発生しない。   For example, when the current output current Io is in the negative output direction and the base potential (command voltage CV) of each of the transistors Tr2, Tr9, Tr11, Tr20 of the switching unit 221 is greater than 0 and less than + V1, the transistor Tr14, In Tr3, the potential of the bus on the emitter side (the potential of the N line NL1, zero voltage line NL0) exceeds the base potential (command voltage CV) to the negative side, so that the transistors Tr20 and Tr11 in the previous stage are reverse-biased between the base and the emitter. And turn off in response to turning off. The transistor Tr4 is a transistor in which the potential of the bus on the collector side (the potential of the N line NL1) exceeds the base potential (command voltage CV) to the positive side and is closest to the base potential. The voltage difference between the voltage and the output voltage (base voltage) is borne as a voltage drop between the collector and the emitter. At that time, a loss power corresponding to voltage × current is generated in the transistor Tr4, and the loss power dissipates due to the temperature rise of the transistor Tr4 and disappears to the outside. On the other hand, in the transistor Tr5 on the output node N2 side of the transistor Tr4 operating in the active region, the diode D2 connected to the collector is reverse-biased, so that the collector-side bus (reverse voltage line PL3) is cut off by the diode D2. Is done. Further, the transistor Tr5 has an emitter potential that drops in the same manner as the base potential (command voltage CV) due to the emitter follower operation, but the collector is connected to the emitter of the transistor Tr4 that operates in the active region. The potential is the same as the base potential (command voltage CV). As a result, the transistor Tr5 operates in a saturation region where the collector-emitter voltage is substantially zero, and substantially no loss power is generated.

また、増幅部222は、トランジスタTr20、Tr11、Tr9がオフされトランジスタTr2がオンされた状態でトランジスタTr11、Tr3、Tr4がオフされるとともにトランジスタTr5がオンして、トランジスタTr5がエミッタフォロワとして機能し、電源25による電源電圧(+V1)を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。   The amplifying unit 222 also turns off the transistors Tr11, Tr3, and Tr4 and turns on the transistor Tr5 while the transistors Tr20, Tr11, and Tr9 are turned off and the transistor Tr2 is turned on, and the transistor Tr5 functions as an emitter follower. The power is generated by performing a current amplification operation using the power supply voltage (+ V1) by the power supply 25.

例えば、現在の出力電流Ioの方向が負出力方向であり、切り替え部221の各トランジスタTr2、Tr9,Tr11,Tr20のベース電位(指令電圧CV)が+V1より大きく+V2以下である場合、トランジスタTr14,Tr3,Tr4は、エミッタ側の母線の電位(NラインNL1,ゼロ電圧ラインNL0、逆電圧ラインNL3の電位)がベース電位(指令電圧CV)を負側に超えるので、前段のトランジスタTr20,Tr11,Tr9がベース−エミッタ間で逆バイアスとなってオフすることに応じてオフする。また、トランジスタTr5は、コレクタ側の母線の電位(逆電圧ラインNL3の電位)がベース電位(指令電圧CV)を正側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧(ベース電圧)との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタTr5において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタTr5の温度上昇により放熱し外部に消失する。   For example, when the current output current Io direction is a negative output direction and the base potential (command voltage CV) of each transistor Tr2, Tr9, Tr11, Tr20 of the switching unit 221 is greater than + V1 and less than + V2, the transistor Tr14, Since Tr3 and Tr4 have potentials on the emitter bus (N line NL1, zero voltage line NL0, reverse voltage line NL3) exceed the base potential (command voltage CV) to the negative side, transistors Tr20, Tr11, Tr9 is turned off in response to turning off with a reverse bias between the base and the emitter. Further, the transistor Tr5 is a transistor in which the potential of the bus on the collector side (the potential of the reverse voltage line NL3) exceeds the base potential (command voltage CV) on the positive side and is closest to the base potential. The voltage difference between the bus voltage and the output voltage (base voltage) is borne as a voltage drop between the collector and the emitter. At that time, a loss power of voltage × current is generated in the transistor Tr5, and the loss power dissipates due to the temperature rise of the transistor Tr5 and disappears to the outside.

本発明者は、図4に示すG級増幅回路AMP220の動作についてシミュレーションを行った。具体的には、電源電圧の絶対値をV2=90V、V1=V2/2=45Vとし、ガルバノスキャナ1のミラー5aによりレーザー光の照射位置を1.0mmピッチ(モータ5bの回転子の角度で0.3°ピッチ)で移動させることを繰り返した場合における、出力ノードN2から負荷LDへの出力電流、出力ノードN2から負荷LDへの出力電圧、出力ノードN2から負荷LDへの電力供給における損失電力、G級増幅回路AMP20における母線電圧の変化についてシミュレーションを行った。   The inventor performed a simulation on the operation of the class G amplifier circuit AMP220 shown in FIG. Specifically, the absolute value of the power supply voltage is V2 = 90V, V1 = V2 / 2 = 45V, and the irradiation position of the laser beam by the mirror 5a of the galvano scanner 1 is 1.0 mm pitch (at the angle of the rotor of the motor 5b). Loss at the output current from the output node N2 to the load LD, the output voltage from the output node N2 to the load LD, and the power supply from the output node N2 to the load LD when the movement at a pitch of 0.3 ° is repeated. A simulation was performed on the power and the change in the bus voltage in the class G amplifier circuit AMP20.

その結果、図5に示すシミュレーション結果が得られた。図5では、出力ノードN2から負荷LDへの出力電流を二点鎖線で示し、出力ノードN2から負荷LDへの出力電圧を破線で示し、出力ノードN2から負荷LDへの電力供給における損失電力を実線で示し、B級増幅回路AMP10における母線電圧の変化を一点鎖線で示している。   As a result, the simulation result shown in FIG. 5 was obtained. In FIG. 5, the output current from the output node N2 to the load LD is indicated by a two-dot chain line, the output voltage from the output node N2 to the load LD is indicated by a broken line, and the loss power in the power supply from the output node N2 to the load LD is shown. A solid line indicates a change in bus voltage in the class B amplifier circuit AMP10 by a one-dot chain line.

図5から分かるように、例えば、出力電流が正である期間(第1の期間)T31において、出力電圧が正→0→負と変化するのに対して、母線電圧が正の値+V2(=90V)からより絶対値の小さな正の値+V1(=45V)、さらにより絶対値の小さな値V0(=0V)、そして逆符号の値−V1(=−45V)へ、順次に切り替えられている。また、出力電流が負である期間(第2の期間)T32において、出力電圧が負→0→正と変化するのに対して、母線電圧が負の値−V2(=−90V)からより絶対値の小さな負の値−V1(=−45V)、さらにより絶対値の小さな値V0(=0V)、そして逆符号の値+V1(=+45V)へ、順次に切り替えられている。   As can be seen from FIG. 5, for example, in the period (first period) T31 in which the output current is positive, the output voltage changes from positive → 0 → negative, whereas the bus voltage is a positive value + V2 (= 90V) to a positive value + V1 (= 45V) having a smaller absolute value, a value V0 (= 0V) having a smaller absolute value, and a negative sign value −V1 (= −45V). . Further, in the period (second period) T32 in which the output current is negative, the output voltage changes from negative → 0 → positive, whereas the bus voltage is more absolute from the negative value −V2 (= −90V). A negative value −V1 (= −45V) having a small value, a value V0 (= 0V) having a smaller absolute value, and a value + V1 (= + 45V) having an opposite sign are sequentially switched.

図2に示すグラフと図5に示すグラフとを比較すると、母線電圧を絶対値のより小さな値に切り替えた後でさらに絶対値のより小さな値(ゼロ電圧)に切り替え、そして逆符号の電圧に切り替えるようにしたことで、損失電力がさらに抑えられることが分かる。このときの平均損失電力は、例えば74.5W程度に低減できる。   When the graph shown in FIG. 2 is compared with the graph shown in FIG. 5, the bus voltage is switched to a smaller absolute value (zero voltage) after switching the bus voltage to a smaller absolute value, and then the voltage is reversed. It can be seen that the power loss can be further suppressed by switching. The average power loss at this time can be reduced to about 74.5 W, for example.

このように、実施の形態2では、切り替え部221が、出力ノードN2からの出力電流が正である第1の期間において、母線電圧を正の電源電圧+V2から正の電源電圧+V1(V1<V2)、電源電圧V0(V0<V1)、及び負の電源電圧−V1へ順次に切り替え、出力ノードN2からの出力電流が負である第2の期間において、母線電圧を負の電源電圧−V2から負の電源電圧−V1、電源電圧V0、及び正の電源電圧+V1へ順次に切り替える。これにより、正電流出力時及び負電流出力時のそれぞれにおいて、出力電圧と母線電圧との電圧差をさらに低減できるので、電力損失をさらに低減できる。   Thus, in the second embodiment, the switching unit 221 changes the bus voltage from the positive power supply voltage + V2 to the positive power supply voltage + V1 (V1 <V2) in the first period in which the output current from the output node N2 is positive. ), The power supply voltage V0 (V0 <V1) and the negative power supply voltage −V1 are sequentially switched, and the bus voltage is changed from the negative power supply voltage −V2 in the second period in which the output current from the output node N2 is negative. The power supply voltage is sequentially switched to a negative power supply voltage −V1, a power supply voltage V0, and a positive power supply voltage + V1. As a result, the voltage difference between the output voltage and the bus voltage can be further reduced at the time of positive current output and negative current output, so that power loss can be further reduced.

また、実施の形態2では、切り替え部221が、出力ノードN2からの出力電流が正である第1の期間において、電源(第1の電源)13及び増幅部222の接続を有効にした状態から電源(第2の電源)25及び増幅部222の接続を有効にした状態、グランドノードN3及び増幅部222の接続を有効にした状態、及び電源(第4の電源)26及び増幅部222の逆極性の接続を有効にした状態に順次に切り替え、出力ノードN2からの出力電流が負である第2の期間において、電源(第3の電源)14及び増幅部222の接続を有効にした状態から電源(第4の電源)26及び増幅部222の接続を有効にした状態、グランドノードN3及び増幅部222の接続を有効にした状態、及び電源(第2の電源)25及び増幅部222の逆極性の接続を有効にした状態に順次に切り替える。これにより、第1の期間において母線電圧を+V2から+V1、V0及び−V1へ順次に切り替えることができ、第2の期間において母線電圧を−V2から−V1、V0及び+V1へ順次に切り替えることができる。   In the second embodiment, the switching unit 221 starts from the state in which the connection between the power source (first power source) 13 and the amplifying unit 222 is valid in the first period in which the output current from the output node N2 is positive. The state in which the connection between the power source (second power source) 25 and the amplification unit 222 is enabled, the state in which the connection between the ground node N3 and the amplification unit 222 is enabled, and the reverse of the power source (fourth power source) 26 and the amplification unit 222 From the state in which the connection of the power source (third power source) 14 and the amplifying unit 222 is enabled in the second period in which the polarity connection is sequentially enabled and the output current from the output node N2 is negative. A state in which the connection between the power source (fourth power source) 26 and the amplifying unit 222 is enabled, a state in which the connection between the ground node N3 and the amplifying unit 222 is enabled, and the reverse of the power source (second power source) 25 and the amplifying unit 222 very Sequentially switched in the state of being enabled connection. Accordingly, the bus voltage can be sequentially switched from + V2 to + V1, V0, and −V1 in the first period, and the bus voltage can be sequentially switched from −V2 to −V1, V0, and + V1 in the second period. it can.

また、実施の形態2では、正電流供給時及び負電流供給時のそれぞれにおいて供給する逆符号の電圧を、電源と増幅部との逆極性の接続で生成している。これにより、電源数の増加を抑制しながら、逆符号の電圧を生成させることができる。   Further, in the second embodiment, the voltage of the opposite sign supplied at the time of supplying the positive current and the time of supplying the negative current is generated by the connection of the reverse polarity between the power source and the amplification unit. Thereby, the voltage of an opposite sign can be generated, suppressing the increase in the number of power supplies.

なお、G級増幅回路AMP120iは、図6に示すように、バイポーラトランジスタに代えて電界効果トランジスタを用いたものであってもよい。例えば、図6に示すG級増幅回路AMP220iでは、トランジスタTr13、Tr8、Tr7、Tr6、Tr5、Tr4、Tr3、Tr14(図4参照)に代えてトランジスタTr13’、Tr8’、Tr7’、Tr6’、Tr5’、Tr4’、Tr3’、Tr14’が用いられている。例えば、トランジスタTr13’、Tr8’、Tr7’、Tr6’は、N型MOSトランジスタであり、トランジスタTr5’、Tr4’、Tr3’、Tr14’は、P型MOSトランジスタである。図6では、各トランジスタTr13’、Tr8’、Tr7’、Tr6’、Tr5’、Tr4’、Tr3’、Tr14’として、MOS型の電界効果トランジスタが例示的に図示されているが、ジャンクション型の電界効果トランジスタであってもよい。この場合、G級増幅回路AMP220iでは、トランジスタTr15、Tr12、Tr10、Tr1、Tr2、Tr9、Tr11、Tr20(図4参照)を省略することができる。すなわち、切り替え部221iと増幅部222iとを共通化でき、トランジスタ数を低減できるので、G級増幅回路AMP220iの製造コストを低減できる。   As shown in FIG. 6, the class G amplifier circuit AMP120i may use a field effect transistor instead of the bipolar transistor. For example, in the class G amplifier circuit AMP220i shown in FIG. 6, transistors Tr13 ′, Tr8 ′, Tr7 ′, Tr6 ′, instead of the transistors Tr13, Tr8, Tr7, Tr6, Tr5, Tr4, Tr3, Tr14 (see FIG. 4), Tr5 ′, Tr4 ′, Tr3 ′, Tr14 ′ are used. For example, the transistors Tr13 ', Tr8', Tr7 ', Tr6' are N-type MOS transistors, and the transistors Tr5 ', Tr4', Tr3 ', Tr14' are P-type MOS transistors. In FIG. 6, MOS field effect transistors are exemplarily shown as the transistors Tr13 ′, Tr8 ′, Tr7 ′, Tr6 ′, Tr5 ′, Tr4 ′, Tr3 ′, and Tr14 ′. It may be a field effect transistor. In this case, in the class G amplifier circuit AMP220i, the transistors Tr15, Tr12, Tr10, Tr1, Tr2, Tr9, Tr11, Tr20 (see FIG. 4) can be omitted. That is, since the switching unit 221i and the amplification unit 222i can be made common and the number of transistors can be reduced, the manufacturing cost of the class G amplification circuit AMP220i can be reduced.

実施の形態3.
次に、実施の形態3にかかるG級増幅回路について説明する。以下では、実施の形態2と異なる部分を中心に説明する。
Embodiment 3 FIG.
Next, a class G amplifier circuit according to the third embodiment will be described. Below, it demonstrates centering on a different part from Embodiment 2. FIG.

実施の形態2では、正電流供給時及び負電流供給時のそれぞれにおいて供給する逆符号の電圧を電源と増幅部との逆極性の接続で生成しているが、実施の形態3では、逆符号の電圧を生成するための専用の電源を用意する。   In the second embodiment, the voltage of the reverse sign supplied in each of the positive current supply and the negative current supply is generated by the reverse polarity connection between the power source and the amplification unit. In the third embodiment, the reverse sign is generated. Prepare a dedicated power supply for generating

具体的には、G級増幅回路AMP320は、図7に示すように、切り替え部221に代えて切り替え部321を備え、電源(第5の電源)327及び電源(第6の電源)328をさらに備える。   Specifically, as illustrated in FIG. 7, the class G amplifier circuit AMP320 includes a switching unit 321 instead of the switching unit 221, and further includes a power source (fifth power source) 327 and a power source (sixth power source) 328. Prepare.

切り替え部321は、3種類以上の電源電圧(V2、V1、V0、V3)から選択された電源電圧へ母線電圧を切り替える。3種類以上の電源電圧は、例えば、電源電圧V2と、電源電圧V2より絶対値が小さいV1(例えば、V1=V1/2)と、電源電圧V1より絶対値が小さいV0(例えば、グランド電圧)とに加え、電源電圧V1より絶対値が小さく電源電圧V0より絶対値が大きいV3を含む。例えば、切り替え部321は、現在の出力電流Ioの方向と、指令電圧CVに追従する各トランジスタのベース電位と、接続されている各母線の電位とに応じて、PラインPL2、PラインPL1、ゼロ電圧ラインPL0、逆電圧ラインPL3、NラインNL2、NラインNL1、ゼロ電圧ラインNL0、及び逆電圧ラインNL3のいずれかを選択的に活性化し、電源13による電源電圧(+V2)と電源25による電源電圧(+V1)とグランドノードN3による電源電圧(V0)と電源328による電源電圧(−V3)と電源14による電源電圧(−V2)と電源26による電源電圧(−V1)と電源327による電源電圧(+V3)との間で母線電圧を切り替える。   The switching unit 321 switches the bus voltage from the three or more types of power supply voltages (V2, V1, V0, V3) to the selected power supply voltage. The three or more types of power supply voltages are, for example, the power supply voltage V2, V1 having an absolute value smaller than the power supply voltage V2 (for example, V1 = V1 / 2), and V0 having a smaller absolute value than the power supply voltage V1 (for example, ground voltage). And V3 having an absolute value smaller than the power supply voltage V1 and larger than the power supply voltage V0. For example, the switching unit 321 includes the P line PL2, the P line PL1, the P line PL2, the P line PL1, the base potential of each transistor that follows the command voltage CV, and the potential of each connected bus. One of the zero voltage line PL0, the reverse voltage line PL3, the N line NL2, the N line NL1, the zero voltage line NL0, and the reverse voltage line NL3 is selectively activated, and the power supply voltage (+ V2) by the power supply 13 and the power supply 25 are used. The power supply voltage (+ V1), the power supply voltage (V0) by the ground node N3, the power supply voltage (-V3) by the power supply 328, the power supply voltage (-V2) by the power supply 14, the power supply voltage (-V1) by the power supply 26, and the power by the power supply 327 The bus voltage is switched between the voltage (+ V3).

電源327は、グランドノードN3を基準にして正の電源電圧(+V3)を発生させる。電源327は、発生させた正の電源電圧(+V3)を逆電圧ラインNL3経由で増幅部222へ供給する。これにより、電源327は、負電流供給時における逆符号の電圧に適した値の正の電源電圧(+V3)を発生させて供給することができる。   The power supply 327 generates a positive power supply voltage (+ V3) with reference to the ground node N3. The power supply 327 supplies the generated positive power supply voltage (+ V3) to the amplification unit 222 via the reverse voltage line NL3. As a result, the power source 327 can generate and supply a positive power source voltage (+ V3) having a value suitable for the voltage of the opposite sign when the negative current is supplied.

電源328は、グランドノードN3を基準にして負の電源電圧(−V3)を発生させる。電源328は、発生させた負の電源電圧(−V3)を逆電圧ラインPL3経由で増幅部222へ供給する。これにより、電源328は、正電流供給時における逆符号の電圧に適した値の負の電源電圧(−V3)を発生させて供給することができる。   The power supply 328 generates a negative power supply voltage (−V3) with respect to the ground node N3. The power supply 328 supplies the generated negative power supply voltage (−V3) to the amplification unit 222 via the reverse voltage line PL3. As a result, the power source 328 can generate and supply a negative power source voltage (−V3) having a value suitable for the voltage of the opposite sign when the positive current is supplied.

本発明者は、図7に示すG級増幅回路AMP320の動作についてシミュレーションを行った。具体的には、電源電圧の絶対値をV2=90V、V1=V2/2=45V、V3=41Vとし、ガルバノスキャナ1のミラー5aによりレーザー光の照射位置を1.0mmピッチ(モータ5bの回転子の角度で0.3°ピッチ)で移動させることを繰り返した場合における、出力ノードN2から負荷LDへの出力電流、出力ノードN2から負荷LDへの出力電圧、出力ノードN2から負荷LDへの電力供給における損失電力、G級増幅回路AMP20における母線電圧の変化についてシミュレーションを行った。   The inventor conducted a simulation on the operation of the class G amplifier circuit AMP320 shown in FIG. Specifically, the absolute value of the power supply voltage is V2 = 90V, V1 = V2 / 2 = 45V, V3 = 41V, and the irradiation position of the laser beam by the mirror 5a of the galvano scanner 1 is 1.0 mm pitch (rotation of the motor 5b). Output voltage from the output node N2 to the load LD, output voltage from the output node N2 to the load LD, and output voltage from the output node N2 to the load LD. A simulation was performed on power loss in power supply and changes in bus voltage in the class G amplifier circuit AMP20.

その結果、図8に示すシミュレーション結果が得られた。図8では、出力ノードN2から負荷LDへの出力電流を二点鎖線で示し、出力ノードN2から負荷LDへの出力電圧を破線で示し、出力ノードN2から負荷LDへの電力供給における損失電力を実線で示し、B級増幅回路AMP10における母線電圧の変化を一点鎖線で示している。   As a result, the simulation result shown in FIG. 8 was obtained. In FIG. 8, the output current from the output node N2 to the load LD is indicated by a two-dot chain line, the output voltage from the output node N2 to the load LD is indicated by a broken line, and the loss power in the power supply from the output node N2 to the load LD is shown. A solid line indicates a change in bus voltage in the class B amplifier circuit AMP10 by a one-dot chain line.

図8から分かるように、例えば、出力電流が正である期間(第1の期間)T41において、出力電圧が正→0→負と変化するのに対して、母線電圧が+V2(=90V)→+V1(=45V)→V0(=0V)→−V3(=−41V)へ、順次に切り替えられている。また、出力電流が負である期間(第2の期間)T42において、出力電圧が負→0→正と変化するのに対して、母線電圧が−V2(=−90V)→−V1(=−45V)→V0(=0V)→+V3(=+41V)へ、順次に切り替えられている。   As can be seen from FIG. 8, for example, in the period (first period) T41 in which the output current is positive, the output voltage changes from positive → 0 → negative, while the bus voltage is + V2 (= 90V) → It is sequentially switched from + V1 (= 45V) → V0 (= 0V) → −V3 (= −41V). In the period (second period) T42 in which the output current is negative, the output voltage changes from negative → 0 → positive, whereas the bus voltage is −V2 (= −90 V) → −V1 (= −). 45V) → V0 (= 0V) → + V3 (= + 41V).

図5に示すグラフと図8に示すグラフとを比較すると、逆符号の電圧をより適正な値に変更したことで、損失電力がさらに抑えられることが分かる。このときの平均損失電力は、例えば71.7W程度に低減できる。   Comparing the graph shown in FIG. 5 with the graph shown in FIG. 8, it can be seen that the power loss can be further suppressed by changing the voltage of the opposite sign to a more appropriate value. The average power loss at this time can be reduced to about 71.7 W, for example.

このように、実施の形態3では、切り替え部321が、出力ノードN2からの出力電流が正である第1の期間において、母線電圧を正の電源電圧+V2から正の電源電圧+V1(V1<V2)、電源電圧V0(V0<V1)、及び負の電源電圧−V3へ順次に切り替え、出力ノードN2からの出力電流が負である第2の期間において、母線電圧を負の電源電圧−V2から負の電源電圧−V1、電源電圧V0、及び正の電源電圧+V3へ順次に切り替える。これにより、正電流出力時及び負電流出力時のそれぞれにおいて、逆符号の電圧をより適正な値に変更でき、出力電圧と母線電圧との電圧差をさらに低減できるので、電力損失をさらに低減できる。   Thus, in the third embodiment, the switching unit 321 changes the bus voltage from the positive power supply voltage + V2 to the positive power supply voltage + V1 (V1 <V2) in the first period in which the output current from the output node N2 is positive. ), The power supply voltage V0 (V0 <V1) and the negative power supply voltage −V3 are sequentially switched, and the bus voltage is changed from the negative power supply voltage −V2 in the second period in which the output current from the output node N2 is negative. The power supply is sequentially switched to a negative power supply voltage −V1, a power supply voltage V0, and a positive power supply voltage + V3. Thereby, in each of the positive current output and the negative current output, the voltage with the opposite sign can be changed to a more appropriate value, and the voltage difference between the output voltage and the bus voltage can be further reduced, so that the power loss can be further reduced. .

また、実施の形態3では、切り替え部321が、出力ノードN2からの出力電流が正である第1の期間において、電源(第1の電源)13及び増幅部222の接続を有効にした状態から電源(第2の電源)25及び増幅部222の接続を有効にした状態、グランドノードN3及び増幅部222の接続を有効にした状態、及び電源(第6の電源)328及び増幅部222の逆極性の接続を有効にした状態に順次に切り替え、出力ノードN2からの出力電流が負である第2の期間において、電源(第3の電源)14及び増幅部222の接続を有効にした状態から電源(第4の電源)26及び増幅部222の接続を有効にした状態、グランドノードN3及び増幅部222の接続を有効にした状態、及び電源(第5の電源)327及び増幅部222の逆極性の接続を有効にした状態に順次に切り替える。これにより、第1の期間において母線電圧を+V2から+V1、V0及び−V3へ順次に切り替えることができ、第2の期間において母線電圧を−V2から−V1、V0及び+V3へ順次に切り替えることができる。   In the third embodiment, the switching unit 321 starts the connection between the power source (first power source) 13 and the amplification unit 222 in the first period in which the output current from the output node N2 is positive. The connection between the power supply (second power supply) 25 and the amplification unit 222 is enabled, the connection between the ground node N3 and the amplification unit 222 is enabled, and the reverse of the power supply (sixth power supply) 328 and the amplification unit 222 From the state in which the connection of the power source (third power source) 14 and the amplifying unit 222 is enabled in the second period in which the polarity connection is sequentially enabled and the output current from the output node N2 is negative. A state in which the connection between the power source (fourth power source) 26 and the amplifying unit 222 is enabled, a state in which the connection between the ground node N3 and the amplifying unit 222 is enabled, and the power source (fifth power source) 327 and the amplifying unit 222 Sequentially switched to a state of enable polarity connection. Accordingly, the bus voltage can be sequentially switched from + V2 to + V1, V0, and −V3 in the first period, and the bus voltage can be sequentially switched from −V2 to −V1, V0, and + V3 in the second period. it can.

なお、G級増幅回路AMP320iは、図9に示すように、バイポーラトランジスタに代えて電界効果トランジスタを用いたものであってもよい。例えば、図9に示すG級増幅回路AMP320iでは、トランジスタTr13、Tr8、Tr7、Tr6、Tr5、Tr4、Tr3、Tr14(図7参照)に代えてトランジスタTr13’、Tr8’、Tr7’、Tr6’、Tr5’、Tr4’、Tr3’、Tr14’が用いられている。例えば、トランジスタTr13’、Tr8’、Tr7’、Tr6’は、N型MOSトランジスタであり、トランジスタTr5’、Tr4’、Tr3’、Tr14’は、P型MOSトランジスタである。図9では、各トランジスタTr13’、Tr8’、Tr7’、Tr6’、Tr5’、Tr4’、Tr3’、Tr14’として、MOS型の電界効果トランジスタが例示的に図示されているが、ジャンクション型の電界効果トランジスタであってもよい。この場合、G級増幅回路AMP320iでは、トランジスタTr15、Tr12、Tr10、Tr1、Tr2、Tr9、Tr11、Tr20(図7参照)を省略することができる。すなわち、切り替え部321iと増幅部222iとを共通化でき、トランジスタ数を低減できるので、G級増幅回路AMP320iの製造コストを低減できる。   As shown in FIG. 9, the class G amplifier circuit AMP320i may use a field effect transistor instead of the bipolar transistor. For example, in the class G amplifier circuit AMP320i shown in FIG. 9, transistors Tr13 ′, Tr8 ′, Tr7 ′, Tr6 ′, instead of the transistors Tr13, Tr8, Tr7, Tr6, Tr5, Tr4, Tr3, Tr14 (see FIG. 7), Tr5 ′, Tr4 ′, Tr3 ′, Tr14 ′ are used. For example, the transistors Tr13 ', Tr8', Tr7 ', Tr6' are N-type MOS transistors, and the transistors Tr5 ', Tr4', Tr3 ', Tr14' are P-type MOS transistors. In FIG. 9, MOS field effect transistors are exemplarily shown as the transistors Tr13 ′, Tr8 ′, Tr7 ′, Tr6 ′, Tr5 ′, Tr4 ′, Tr3 ′, and Tr14 ′. It may be a field effect transistor. In this case, in the class G amplifier circuit AMP320i, the transistors Tr15, Tr12, Tr10, Tr1, Tr2, Tr9, Tr11, Tr20 (see FIG. 7) can be omitted. That is, since the switching unit 321i and the amplification unit 222i can be shared and the number of transistors can be reduced, the manufacturing cost of the class G amplification circuit AMP320i can be reduced.

実施の形態4.
次に、実施の形態4にかかるG級増幅回路について説明する。以下では、実施の形態3と異なる部分を中心に説明する。
Embodiment 4 FIG.
Next, a class G amplifier circuit according to the fourth embodiment will be described. Below, it demonstrates centering on a different part from Embodiment 3. FIG.

実施の形態3では、逆符号の電圧を生成するための専用の電源を用意するが、出力電圧と出力電流の符号が逆の場合には電源に対して充電する向きに回生電流が流れ、電源内の平滑コンデンサ(図示せず)に回生電力が蓄積され電源電圧が上昇する可能性がある。   In the third embodiment, a dedicated power source for generating a voltage with an opposite sign is prepared. However, when the signs of the output voltage and the output current are opposite, a regenerative current flows in a direction in which the power source is charged. There is a possibility that regenerative power is accumulated in a smoothing capacitor (not shown) and the power supply voltage rises.

そこで、実施の形態4では、逆符号の電圧を生成するための電源を同符号の電圧を生成するためにも使用し、電源内の平滑コンデンサに蓄積された回生電力を再利用することで、電源電圧の上昇の抑制を図る。   Therefore, in the fourth embodiment, a power source for generating a voltage with an opposite sign is also used for generating a voltage with the same sign, and by reusing the regenerative power accumulated in the smoothing capacitor in the power source, Suppress the rise in power supply voltage.

具体的には、図10に示すG級増幅回路AMP420は、切り替え部221及び増幅部222に代えて切り替え部421及び増幅部422を備える。   Specifically, the class G amplifier circuit AMP420 illustrated in FIG. 10 includes a switching unit 421 and an amplification unit 422 instead of the switching unit 221 and the amplification unit 222.

切り替え部421は、現在の出力電流Ioの方向と、指令電圧CVに追従する各トランジスタのベース電位と、接続されている各母線の電位とに応じて、PラインPL2、PラインPL1、PラインPL4、ゼロ電圧ラインPL0、逆電圧ラインPL3、NラインNL2、NラインNL1、NラインNL4、ゼロ電圧ラインNL0、及び逆電圧ラインNL3のいずれかを選択的に活性化し、電源13による電源電圧(+V2)と電源25による電源電圧(+V1)とグランドノードN3による電源電圧(V0)と電源328による電源電圧(−V3)と電源14による電源電圧(−V2)と電源26による電源電圧(−V1)と電源327による電源電圧(+V3)との間で母線電圧を切り替える。   The switching unit 421 has a P line PL2, a P line PL1, a P line according to the current direction of the output current Io, the base potential of each transistor following the command voltage CV, and the potential of each connected bus. PL4, zero voltage line PL0, reverse voltage line PL3, N line NL2, N line NL1, N line NL4, zero voltage line NL0, and reverse voltage line NL3 are selectively activated, and a power supply voltage ( + V2), the power supply voltage (+ V1) by the power supply 25, the power supply voltage (V0) by the ground node N3, the power supply voltage (-V3) by the power supply 328, the power supply voltage (-V2) by the power supply 14, and the power supply voltage (-V1) by the power supply 26 ) And the power supply voltage (+ V3) by the power supply 327, the bus voltage is switched.

切り替え部421は、切り替え部221(図7参照)に比べて、ツェナーダイオードZD10、ZD9、トランジスタTr16、Tr18、ダイオードD14、D16、及び抵抗R8、R9をさらに有する。   Compared with the switching unit 221 (see FIG. 7), the switching unit 421 further includes Zener diodes ZD10 and ZD9, transistors Tr16 and Tr18, diodes D14 and D16, and resistors R8 and R9.

ツェナーダイオードZD10は、アノードがツェナーダイオードZD8とダイオードD11とに接続され、カソードが電流源CS1とダイオードD14とに接続されている。ツェナーダイオードZD9は、アノードが電流源CS2とダイオードD16とに接続され、カソードがツェナーダイオードZD7とダイオードD10とに接続されている。トランジスタTr16は、例えばNPN型バーポーラトランジスタであり、ベースがダイオードD14を介して電流源CS1及びツェナーダイオードZD10の間に接続され、コレクタが電源13に接続され、エミッタが抵抗R8に接続されている。トランジスタTr18は、例えばPNP型バーポーラトランジスタであり、ベースがダイオードD16を介してツェナーダイオードZD9及び電流源CS2の間に接続され、コレクタが電源14に接続され、エミッタが抵抗R9に接続されている。   The Zener diode ZD10 has an anode connected to the Zener diode ZD8 and the diode D11, and a cathode connected to the current source CS1 and the diode D14. The Zener diode ZD9 has an anode connected to the current source CS2 and the diode D16, and a cathode connected to the Zener diode ZD7 and the diode D10. The transistor Tr16 is, for example, an NPN-type bipolar transistor, the base is connected between the current source CS1 and the Zener diode ZD10 via the diode D14, the collector is connected to the power supply 13, and the emitter is connected to the resistor R8. . The transistor Tr18 is, for example, a PNP-type bipolar transistor, the base is connected between the Zener diode ZD9 and the current source CS2 via the diode D16, the collector is connected to the power supply 14, and the emitter is connected to the resistor R9. .

切り替え部421は、現在の出力電流Ioの方向が正出力方向(図10に実線で示す方向)であれば、トランジスタTr1,Tr10,Tr12,Tr15,Tr16の少なくとも一部をオンさせ、増幅部422における上側のトランジスタTr6,Tr7,Tr8,Tr13,Tr17を動作させる。そして、切り替え部421は、指令電圧CVに追従する各トランジスタTr1,Tr10,Tr12,Tr15,Tr16のベース電位を正側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線を選択する。   If the current direction of the output current Io is the positive output direction (the direction indicated by the solid line in FIG. 10), the switching unit 421 turns on at least some of the transistors Tr1, Tr10, Tr12, Tr15, Tr16, and the amplification unit 422 The upper transistors Tr6, Tr7, Tr8, Tr13, Tr17 in FIG. Then, the switching unit 421 selects a bus having a voltage value that exceeds the base potential of each of the transistors Tr1, Tr10, Tr12, Tr15, Tr16 following the command voltage CV on the positive side and has the closest value.

例えば、各トランジスタTr1、Tr10,Tr12,Tr15,Tr16のベース電位(指令電圧CV)が+V1以上である場合、切り替え部421は、各トランジスタTr1、Tr10,Tr12,Tr15,Tr16のベース電位を正側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてPラインPL2を選択する。すなわち、切り替え部421は、トランジスタTr1、Tr10,Tr12,Tr15,Tr16をオンさせ、PラインPL2を活性化させ電源13及び増幅部422の接続を有効にし、母線電圧を電源13による電源電圧(+V2)に切り替える。   For example, when the base potential (command voltage CV) of each transistor Tr1, Tr10, Tr12, Tr15, Tr16 is + V1 or more, the switching unit 421 sets the base potential of each transistor Tr1, Tr10, Tr12, Tr15, Tr16 to the positive side. P line PL2 is selected as the bus of the voltage value that exceeds and is closest. That is, the switching unit 421 turns on the transistors Tr1, Tr10, Tr12, Tr15, and Tr16, activates the P line PL2, enables the connection between the power supply 13 and the amplification unit 422, and changes the bus voltage to the power supply voltage (+ V2 by the power supply 13). ).

あるいは、例えば、各トランジスタTr1、Tr10,Tr12,Tr15,Tr16のベース電位(指令電圧CV)が+V3以上+V1未満である場合、切り替え部421は、各トランジスタTr1、Tr10,Tr12,Tr15,Tr16のベース電位を正側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてPラインPL1を選択する。このとき、トランジスタTr16では、ベース電位がエミッタ電位より低い逆バイアス状態となって、ベース電流が流れずオフする。すなわち、切り替え部421は、トランジスタTr16をオフさせるとともにトランジスタTr1、Tr10,Tr12,Tr15をオンさせ、PラインPL1を活性化させ電源25及び増幅部422の接続を有効にし、母線電圧を電源25による電源電圧(+V1)に切り替える。   Alternatively, for example, when the base potential (command voltage CV) of each of the transistors Tr1, Tr10, Tr12, Tr15, and Tr16 is greater than or equal to + V3 and less than + V1, the switching unit 421 selects the bases of the transistors Tr1, Tr10, Tr12, Tr15, and Tr16. P line PL1 is selected as the bus of the voltage value that exceeds the potential to the positive side and has the closest value. At this time, the transistor Tr16 is in a reverse bias state in which the base potential is lower than the emitter potential, and the base current does not flow and the transistor Tr16 is turned off. That is, the switching unit 421 turns off the transistor Tr16 and turns on the transistors Tr1, Tr10, Tr12, Tr15, activates the P line PL1, enables the connection between the power supply 25 and the amplification unit 422, and sets the bus voltage to the power supply 25. Switch to power supply voltage (+ V1).

あるいは、例えば、各トランジスタTr1、Tr10,Tr12,Tr15,Tr16のベース電位(指令電圧CV)が0以上+V3未満である場合、切り替え部421は、各トランジスタTr1、Tr10,Tr12,Tr15,Tr16のベース電位を正側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてPラインPL4を選択する。このとき、トランジスタTr15,Tr16では、ベース電位がエミッタ電位より低い逆バイアス状態となって、ベース電流が流れずオフする。すなわち、切り替え部421は、トランジスタTr15,Tr16をオフさせるとともにトランジスタTr1,Tr10,Tr12をオンさせ、PラインPL4を活性化させ電源327及び増幅部422の接続を有効にし、母線電圧を電源327による電源電圧(+V3)に切り替える。   Alternatively, for example, when the base potential (command voltage CV) of each of the transistors Tr1, Tr10, Tr12, Tr15, and Tr16 is 0 or more and less than + V3, the switching unit 421 causes the bases of the transistors Tr1, Tr10, Tr12, Tr15, and Tr16 to be P line PL4 is selected as the bus of the voltage value that exceeds the potential to the positive side and has the closest value. At this time, the transistors Tr15 and Tr16 are in a reverse bias state in which the base potential is lower than the emitter potential, and the base current does not flow and is turned off. That is, the switching unit 421 turns off the transistors Tr15 and Tr16 and turns on the transistors Tr1, Tr10, and Tr12, activates the P line PL4, enables connection between the power supply 327 and the amplification unit 422, and sets the bus voltage to the power supply 327. Switch to power supply voltage (+ V3).

あるいは、例えば、各トランジスタTr1、Tr10,Tr12,Tr15,Tr16のベース電位(指令電圧CV)が−V3以上0未満である場合、切り替え部421は、各トランジスタTr1、Tr10,Tr12,Tr15,Tr16のベース電位を正側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてゼロ電圧ラインPL0を選択する。このとき、トランジスタTr12,Tr15,Tr16では、ベース電位がエミッタ電位より低い逆バイアス状態となって、ベース電流が流れずオフする。すなわち、切り替え部421は、トランジスタTr12,Tr15,Tr16をオフさせるとともにトランジスタTr1,Tr10をオンさせ、ゼロ電圧ラインPL0を活性化させグランドノードN3及び増幅部422の接続を有効にし、母線電圧をグランドノードN3による電源電圧(V0)に切り替える。   Alternatively, for example, when the base potential (command voltage CV) of each of the transistors Tr1, Tr10, Tr12, Tr15, and Tr16 is −V3 or more and less than 0, the switching unit 421 causes the transistors Tr1, Tr10, Tr12, Tr15, and Tr16 to The zero voltage line PL0 is selected as the bus of the voltage value that exceeds the base potential to the positive side and has the closest value. At this time, the transistors Tr12, Tr15, and Tr16 are in a reverse bias state in which the base potential is lower than the emitter potential, and the base current does not flow and is turned off. That is, the switching unit 421 turns off the transistors Tr12, Tr15, Tr16 and turns on the transistors Tr1, Tr10, activates the zero voltage line PL0, enables the connection between the ground node N3 and the amplification unit 422, and connects the bus voltage to the ground. Switching to the power supply voltage (V0) by the node N3.

あるいは、例えば、各トランジスタTr1、Tr10,Tr12,Tr15,Tr16のベース電位(指令電圧CV)が−V2以上−V3未満である場合、切り替え部421は、各トランジスタTr1、Tr10,Tr12,Tr15,Tr16のベース電位を正側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線として逆電圧ラインPL3を選択する。このとき、トランジスタTr10,Tr12,Tr15,Tr16では、ベース電位がエミッタ電位より低い逆バイアス状態となって、ベース電流が流れずオフする。すなわち、切り替え部421は、トランジスタTr10,Tr12,Tr15,Tr16をオフさせるとともにトランジスタTr1をオンさせ、逆電圧ラインPL3を活性化させ電源328及び増幅部422の逆極性の接続を有効にし、母線電圧を電源328による電源電圧(−V3)に切り替える。   Alternatively, for example, when the base potential (command voltage CV) of each of the transistors Tr1, Tr10, Tr12, Tr15, and Tr16 is −V2 or more and less than −V3, the switching unit 421 may select each of the transistors Tr1, Tr10, Tr12, Tr15, and Tr16. The reverse voltage line PL3 is selected as a bus having a voltage value that exceeds the base potential at the positive side and has the closest value. At this time, the transistors Tr10, Tr12, Tr15, and Tr16 are in a reverse bias state in which the base potential is lower than the emitter potential, and the base current does not flow and is turned off. That is, the switching unit 421 turns off the transistors Tr10, Tr12, Tr15, and Tr16 and turns on the transistor Tr1, activates the reverse voltage line PL3, and enables the reverse polarity connection between the power source 328 and the amplification unit 422, and the bus voltage Is switched to the power supply voltage (−V3) by the power supply 328.

また、切り替え部421は、現在の出力電流Ioの方向が負出力方向(図10に破線で示す方向)であれば、トランジスタTr2,Tr9,Tr11,Tr20,Tr18の少なくとも一部をオンさせ、増幅部222における下側のトランジスタTr5,Tr4,Tr3,Tr14,Tr19を動作させる。そして、切り替え部421は、指令電圧CVに追従するトランジスタTr2,Tr11のベース電位を負側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線を選択する。   Further, the switching unit 421 turns on at least a part of the transistors Tr2, Tr9, Tr11, Tr20, Tr18 if the current output current Io direction is the negative output direction (the direction indicated by the broken line in FIG. 10), and amplifies it. The lower transistors Tr5, Tr4, Tr3, Tr14, Tr19 in the unit 222 are operated. Then, the switching unit 421 selects a bus having a voltage value that exceeds the base potential of the transistors Tr2 and Tr11 following the command voltage CV to the negative side and has the closest value.

例えば、各トランジスタTr2、Tr9,Tr11,Tr20,Tr18のベース電位(指令電圧CV)が−V1以下である場合、切り替え部421は、各トランジスタTr2、Tr9,Tr11,Tr20,Tr18のベース電位を負側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてNラインNL2を選択する。すなわち、切り替え部421は、トランジスタTr2、Tr9,Tr11,Tr20,Tr18をオンさせ、NラインNL2を活性化させ電源14及び増幅部422の接続を有効にし、母線電圧を電源14による電源電圧(−V2)に切り替える。   For example, when the base potential (command voltage CV) of each transistor Tr2, Tr9, Tr11, Tr20, Tr18 is −V1 or less, the switching unit 421 makes the base potential of each transistor Tr2, Tr9, Tr11, Tr20, Tr18 negative. The N line NL2 is selected as the bus of the voltage value that is close to and close to the side. That is, the switching unit 421 turns on the transistors Tr2, Tr9, Tr11, Tr20, Tr18, activates the N line NL2, enables the connection between the power supply 14 and the amplification unit 422, and changes the bus voltage to the power supply voltage (− Switch to V2).

あるいは、例えば、各トランジスタTr2、Tr9,Tr11,Tr20,Tr18のベース電位(指令電圧CV)が−V1より大きく−V3以下である場合、切り替え部421は、各トランジスタTr2、Tr9,Tr11,Tr20,Tr18のベース電位を負側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてNラインNL1を選択する。このとき、トランジスタTr18では、ベース電位がエミッタ電位より高い逆バイアス状態となって、ベース電流が流れずオフする。すなわち、切り替え部421は、トランジスタTr18をオフさせるとともにトランジスタTr2、Tr9,Tr11,Tr20をオンさせ、NラインNL1を活性化させ電源26及び増幅部422の接続を有効にし、母線電圧を電源26による電源電圧(−V1)に切り替える。   Alternatively, for example, when the base potential (command voltage CV) of each of the transistors Tr2, Tr9, Tr11, Tr20, and Tr18 is greater than −V1 and less than or equal to −V3, the switching unit 421 is configured so that the transistors Tr2, Tr9, Tr11, Tr20, The N line NL1 is selected as the bus having the closest voltage value that exceeds the base potential of Tr18 on the negative side. At this time, the transistor Tr18 is in a reverse bias state in which the base potential is higher than the emitter potential, and the base current does not flow and the transistor Tr18 is turned off. That is, the switching unit 421 turns off the transistor Tr18 and turns on the transistors Tr2, Tr9, Tr11, Tr20, activates the N line NL1, enables the connection between the power supply 26 and the amplification unit 422, and sets the bus voltage to the power supply 26. Switch to power supply voltage (-V1).

あるいは、例えば、各トランジスタTr2、Tr9,Tr11,Tr20,Tr18のベース電位(指令電圧CV)が−V3より大きく0以下である場合、切り替え部421は、各トランジスタTr2、Tr9,Tr11,Tr20,Tr18のベース電位を負側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてNラインNL1を選択する。このとき、トランジスタTr20,Tr18では、ベース電位がエミッタ電位より高い逆バイアス状態となって、ベース電流が流れずオフする。すなわち、切り替え部421は、トランジスタTr20,Tr18をオフさせるとともにトランジスタTr2、Tr9,Tr11をオンさせ、NラインNL4を活性化させ電源328及び増幅部422の接続を有効にし、母線電圧を電源328による電源電圧(−V3)に切り替える。   Alternatively, for example, when the base potential (command voltage CV) of each of the transistors Tr2, Tr9, Tr11, Tr20, and Tr18 is greater than −V3 and equal to or less than 0, the switching unit 421 causes the transistors Tr2, Tr9, Tr11, Tr20, and Tr18 to be switched. The N line NL1 is selected as a bus having a voltage value that is close to the negative side and is closest to the base potential. At this time, the transistors Tr20 and Tr18 are in a reverse bias state in which the base potential is higher than the emitter potential, and the base current does not flow and is turned off. That is, the switching unit 421 turns off the transistors Tr20 and Tr18 and turns on the transistors Tr2, Tr9, and Tr11, activates the N line NL4, enables the connection between the power supply 328 and the amplification unit 422, and sets the bus voltage to the power supply 328. Switch to power supply voltage (-V3).

あるいは、例えば、各トランジスタTr2、Tr9,Tr11,Tr20,Tr18のベース電位(指令電圧CV)が0より大きく+V3以下である場合、切り替え部421は、各トランジスタTr2、Tr9,Tr11,Tr20,Tr18のベース電位を負側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線としてゼロ電圧ラインNL0を選択する。このとき、トランジスタTr11,Tr20,Tr18では、ベース電位がエミッタ電位より高い逆バイアス状態となって、ベース電流が流れずオフする。すなわち、切り替え部421は、トランジスタTr11,Tr20,Tr18をオフさせるとともにトランジスタTr2、Tr9をオンさせ、ゼロ電圧ラインNL0を活性化させグランドノードN3及び増幅部422の接続を有効にし、母線電圧をグランドノードN3による電源電圧(V0)に切り替える。   Alternatively, for example, when the base potential (command voltage CV) of each of the transistors Tr2, Tr9, Tr11, Tr20, and Tr18 is greater than 0 and less than or equal to + V3, the switching unit 421 causes the transistors Tr2, Tr9, Tr11, Tr20, and Tr18 to The zero voltage line NL0 is selected as the bus having the closest voltage value that exceeds the base potential to the negative side. At this time, the transistors Tr11, Tr20, and Tr18 are in a reverse bias state in which the base potential is higher than the emitter potential, and the base current does not flow and is turned off. That is, the switching unit 421 turns off the transistors Tr11, Tr20, Tr18 and turns on the transistors Tr2, Tr9, activates the zero voltage line NL0, enables the connection between the ground node N3 and the amplification unit 422, and sets the bus voltage to the ground. Switching to the power supply voltage (V0) by the node N3.

あるいは、例えば、各トランジスタTr2、Tr9,Tr11,Tr20,Tr18のベース電位(指令電圧CV)が+V3より大きく+V2以下である場合、切り替え部421は、各トランジスタTr2、Tr9,Tr11,Tr20,Tr18のベース電位を負側に超え且つ値が最も近い電圧値の母線として逆電圧ラインNL3を選択する。このとき、トランジスタTr9,Tr11,Tr20,Tr18では、ベース電位がエミッタ電位より高い逆バイアス状態となって、ベース電流が流れずオフする。すなわち、切り替え部421は、トランジスタTr9,Tr11,Tr20,Tr18をオフさせるとともにトランジスタTr2をオンさせ、逆電圧ラインNL3を活性化させ電源327及び増幅部422の逆極性の接続を有効にし、母線電圧を電源327による電源電圧(+V3)に切り替える。   Alternatively, for example, when the base potential (command voltage CV) of each of the transistors Tr2, Tr9, Tr11, Tr20, and Tr18 is greater than + V3 and less than or equal to + V2, the switching unit 421 causes the transistors Tr2, Tr9, Tr11, Tr20, and Tr18 to The reverse voltage line NL3 is selected as the bus of the voltage value that exceeds the base potential on the negative side and has the closest value. At this time, the transistors Tr9, Tr11, Tr20, Tr18 are in a reverse bias state in which the base potential is higher than the emitter potential, and the base current does not flow and is turned off. That is, the switching unit 421 turns off the transistors Tr9, Tr11, Tr20, Tr18 and turns on the transistor Tr2, activates the reverse voltage line NL3, and enables the reverse polarity connection between the power supply 327 and the amplifying unit 422, and the bus voltage Is switched to the power supply voltage (+ V3) by the power supply 327.

増幅部422は、切り替え部421により選択された電源電圧を用いて増幅動作を行い、電力を生成し、生成された電力を出力ノードN2へ供給する。具体的には、増幅部422は、増幅部222(図7参照)に比べて、トランジスタTr17、Tr19、及びダイオードD15、D17をさらに有する。   The amplifying unit 422 performs an amplifying operation using the power supply voltage selected by the switching unit 421, generates power, and supplies the generated power to the output node N2. Specifically, the amplifying unit 422 further includes transistors Tr17 and Tr19 and diodes D15 and D17 as compared with the amplifying unit 222 (see FIG. 7).

トランジスタTr17は、例えばNPN型バイポーラトランジスタであり、ベースがトランジスタTr16のエミッタ及び抵抗R8の間に接続され、コレクタが電源13に接続されている。トランジスタTr17は、エミッタが、抵抗R8を介してトランジスタTr16のエミッタに接続され、ダイオードD15を介して電源25に接続され、トランジスタTr13のコレクタに接続されている。トランジスタTr19は、例えばPNP型バイポーラトランジスタであり、ベースが抵抗R9及びトランジスタTr18のエミッタの間に接続され、コレクタが電源14に接続されている。トランジスタTr19は、エミッタが、抵抗R9を介してトランジスタTr18のエミッタに接続され、ダイオードD17を介して電源26に接続され、トランジスタTr14のコレクタに接続されている。ダイオードD15は、カソードがトランジスタTr17のエミッタ及びトランジスタTr13のコレクタに接続され、アノードが電源25に接続されている。ダイオードD17は、カソードが電源26に接続され、アノードがトランジスタTr19のエミッタ及びトランジスタTr14のコレクタに接続されている。ダイオードD13は、アノードが電源327に接続されている。ダイオードD12は、カソードが電源328に接続されている。   The transistor Tr17 is, for example, an NPN bipolar transistor, the base is connected between the emitter of the transistor Tr16 and the resistor R8, and the collector is connected to the power supply 13. The transistor Tr17 has an emitter connected to the emitter of the transistor Tr16 via the resistor R8, is connected to the power supply 25 via the diode D15, and is connected to the collector of the transistor Tr13. The transistor Tr19 is, for example, a PNP-type bipolar transistor, the base is connected between the resistor R9 and the emitter of the transistor Tr18, and the collector is connected to the power supply 14. The transistor Tr19 has an emitter connected to the emitter of the transistor Tr18 via the resistor R9, is connected to the power supply 26 via the diode D17, and is connected to the collector of the transistor Tr14. The diode D15 has a cathode connected to the emitter of the transistor Tr17 and the collector of the transistor Tr13, and an anode connected to the power supply 25. The diode D17 has a cathode connected to the power supply 26 and an anode connected to the emitter of the transistor Tr19 and the collector of the transistor Tr14. The anode of the diode D13 is connected to the power source 327. The cathode of the diode D12 is connected to the power source 328.

増幅部422は、トランジスタTr16、Tr15、Tr12、Tr10、Tr1がオンされた状態でトランジスタTr17、Tr13、Tr8、Tr7、Tr6がオンして、トランジスタTr17がエミッタフォロワとして機能し、電源13による電源電圧(+V2)を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。   In the amplifying unit 422, the transistors Tr17, Tr13, Tr8, Tr7, and Tr6 are turned on while the transistors Tr16, Tr15, Tr12, Tr10, and Tr1 are turned on, and the transistor Tr17 functions as an emitter follower. A current amplification operation is performed using (+ V2) to generate electric power.

例えば、現在の出力電流Ioの方向が正出力方向であり、切り替え部421の各トランジスタTr1、Tr10,Tr12,Tr15,Tr16のベース電位(指令電圧CV)が+V1以上である場合、トランジスタTr17は、コレクタ側の母線の電位(PラインPL2の電位)がベース電位(指令電圧CV)を正側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧(ベース電圧)との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタTr17において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタTr17の温度上昇により放熱し外部に消失する。一方、能動領域で動作するトランジスタTr17より出力ノードN2側にあるトランジスタTr13,Tr8,Tr7,Tr6は、コレクタに接続されたダイオードD15,D13,D4,D3が逆バイアスとなるので、そのダイオードD15,D13,D4,D3によりコレクタ側の母線(PラインPL1、PラインPL4、ゼロ電圧ラインPL0、逆電圧ラインPL3)が遮断される。また、トランジスタTr13,Tr8,Tr7,Tr6は、エミッタフォロワ動作のために、ベース電位(指令電圧CV)と同じようにエミッタ電位が下がるが、コレクタが能動領域で動作するトランジスタTr17のエミッタに接続されているために、コレクタ電位がベース電位(指令電圧CV)と同じなっている。これにより、トランジスタTr13,Tr8,Tr7,Tr6は、コレクタ―エミッタ間電圧が略ゼロである飽和領域で動作し、実質的に損失電力が発生しない。   For example, when the current output current Io is the positive output direction and the base potential (command voltage CV) of each of the transistors Tr1, Tr10, Tr12, Tr15, Tr16 of the switching unit 421 is + V1 or more, the transistor Tr17 Since the collector-side bus potential (P-line PL2 potential) exceeds the base potential (command voltage CV) to the positive side and is closest to the base potential, the transistor operates in the active region, and the bus voltage and output voltage (base The difference in voltage from the voltage) is borne as a voltage drop between the collector and the emitter. At that time, a loss power corresponding to voltage × current is generated in the transistor Tr17, and the loss power is dissipated by the temperature rise of the transistor Tr17 and is lost to the outside. On the other hand, the transistors Tr13, Tr8, Tr7, Tr6 on the output node N2 side from the transistor Tr17 operating in the active region are diodes D15, D13, D4, D3 connected to the collectors, so that the diode D15, The collector-side buses (P line PL1, P line PL4, zero voltage line PL0, reverse voltage line PL3) are cut off by D13, D4, and D3. Further, the transistors Tr13, Tr8, Tr7, Tr6 have the emitter potential lowered in the same manner as the base potential (command voltage CV) for the emitter follower operation, but the collector is connected to the emitter of the transistor Tr17 operating in the active region. Therefore, the collector potential is the same as the base potential (command voltage CV). As a result, the transistors Tr13, Tr8, Tr7, Tr6 operate in a saturation region where the collector-emitter voltage is substantially zero, and substantially no loss power is generated.

また、増幅部422は、トランジスタTr16がオフされトランジスタTr15、Tr12、Tr10、Tr1がオンされた状態でトランジスタTr17がオフするとともにトランジスタTr13、Tr8、Tr7、Tr6がオンして、トランジスタTr13がエミッタフォロワとして機能し、電源25による電源電圧(+V1)を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。   The amplifying unit 422 also turns off the transistor Tr17 with the transistor Tr16 off and the transistors Tr15, Tr12, Tr10, and Tr1 on, and turns on the transistors Tr13, Tr8, Tr7, and Tr6. And a current amplification operation using the power supply voltage (+ V1) by the power supply 25 to generate power.

例えば、現在の出力電流Ioの方向が正出力方向であり、切り替え部421の各トランジスタTr1、Tr10,Tr12,Tr15,Tr16のベース電位(指令電圧CV)が+V3以上+V1未満である場合、トランジスタTr17は、エミッタ側の母線の電位(PラインPL1の電位)がベース電位(指令電圧CV)を正側に超えるので、前段のトランジスタTr16がベース−エミッタ間で逆バイアスとなってオフすることに応じてオフする。また、トランジスタTr13は、コレクタ側の母線の電位(PラインPL1の電位)がベース電位(指令電圧CV)を正側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧(ベース電圧)との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタTr13において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタTr13の温度上昇により放熱し外部に消失する。一方、能動領域で動作するトランジスタTr13より出力ノードN2側にあるトランジスタTr8,Tr7,Tr6は、コレクタに接続されたダイオードD13,D4,D3が逆バイアスとなるので、そのダイオードD13,D4,D3によりコレクタ側の母線(PラインPL4、ゼロ電圧ラインPL0、逆電圧ラインPL3)が遮断される。また、トランジスタTr8,Tr7,Tr6は、エミッタフォロワ動作のために、ベース電位(指令電圧CV)と同じようにエミッタ電位が下がるが、コレクタが能動領域で動作するトランジスタTr13のエミッタに接続されているために、コレクタ電位がベース電位(指令電圧CV)と同じなっている。これにより、トランジスタTr8,Tr7,Tr6は、コレクタ―エミッタ間電圧が略ゼロである飽和領域で動作し、実質的に損失電力が発生しない。   For example, when the current output current Io is in the positive output direction and the base potential (command voltage CV) of each of the transistors Tr1, Tr10, Tr12, Tr15, Tr16 of the switching unit 421 is greater than or equal to + V3 and less than + V1, the transistor Tr17 Corresponds to the fact that the transistor Tr16 in the previous stage is turned off as a reverse bias between the base and the emitter because the potential of the bus on the emitter side (potential of the P line PL1) exceeds the base potential (command voltage CV) to the positive side. Turn off. The transistor Tr13 is a transistor whose collector-side bus potential (P-line PL1 potential) exceeds the base potential (command voltage CV) on the positive side and is closest to the base potential. The voltage difference between the voltage and the output voltage (base voltage) is borne as a voltage drop between the collector and the emitter. At that time, a loss power of voltage × current is generated in the transistor Tr13, and the loss power dissipates due to the temperature rise of the transistor Tr13 and disappears to the outside. On the other hand, the transistors Tr8, Tr7, Tr6 on the output node N2 side of the transistor Tr13 operating in the active region are reverse-biased by the diodes D13, D4, D3 connected to the collector, so that the diodes D13, D4, D3 The buses on the collector side (P line PL4, zero voltage line PL0, reverse voltage line PL3) are cut off. Further, the transistors Tr8, Tr7, Tr6 have the emitter potential lowered in the same manner as the base potential (command voltage CV) for the emitter follower operation, but the collector is connected to the emitter of the transistor Tr13 operating in the active region. Therefore, the collector potential is the same as the base potential (command voltage CV). Thereby, the transistors Tr8, Tr7, Tr6 operate in a saturation region where the collector-emitter voltage is substantially zero, and substantially no loss power is generated.

また、増幅部422は、トランジスタTr16、Tr15がオフされトランジスタTr12、Tr10、Tr1がオンされた状態でトランジスタTr17、Tr13がオフするとともにトランジスタTr8、Tr7、Tr6がオンして、トランジスタTr8がエミッタフォロワとして機能し、電源327による電源電圧(+V3)を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。   Further, the amplifying unit 422 turns off the transistors Tr17 and Tr13 with the transistors Tr16 and Tr15 turned off and the transistors Tr12, Tr10, and Tr1 turned on, and turned on the transistors Tr8, Tr7, and Tr6. And a current amplifying operation using the power supply voltage (+ V3) by the power supply 327 to generate electric power.

例えば、現在の出力電流Ioの方向が正出力方向であり、切り替え部421の各トランジスタTr1、Tr10,Tr12,Tr15,Tr16のベース電位(指令電圧CV)が0以上+V3未満である場合、トランジスタTr17,Tr13は、エミッタ側の母線の電位(PラインPL1,PラインPL4の電位)がベース電位(指令電圧CV)を正側に超えるので、前段のトランジスタTr16,Tr15がベース−エミッタ間で逆バイアスとなってオフすることに応じてオフする。また、トランジスタTr8は、コレクタ側の母線の電位(PラインPL4の電位)がベース電位(指令電圧CV)を正側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧(ベース電圧)との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタTr8において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタTr8の温度上昇により放熱し外部に消失する。一方、能動領域で動作するトランジスタTr8より出力ノードN2側にあるトランジスタTr7,Tr6は、コレクタに接続されたダイオードD4,D3が逆バイアスとなるので、そのダイオードD4,D3によりコレクタ側の母線(ゼロ電圧ラインPL0、逆電圧ラインPL3)が遮断される。また、トランジスタTr7,Tr6は、エミッタフォロワ動作のために、ベース電位(指令電圧CV)と同じようにエミッタ電位が下がるが、コレクタが能動領域で動作するトランジスタTr8のエミッタに接続されているために、コレクタ電位がベース電位(指令電圧CV)と同じなっている。これにより、トランジスタTr7,Tr6は、コレクタ―エミッタ間電圧が略ゼロである飽和領域で動作し、実質的に損失電力が発生しない。   For example, when the current output current Io is in the positive output direction and the base potential (command voltage CV) of each of the transistors Tr1, Tr10, Tr12, Tr15, Tr16 of the switching unit 421 is 0 or more and less than + V3, the transistor Tr17 , Tr13 is such that the potential of the bus on the emitter side (potential of the P line PL1, P line PL4) exceeds the base potential (command voltage CV) to the positive side, so that the transistors Tr16, Tr15 in the previous stage are reverse-biased between the base and emitter. And turn off in response to turning off. Further, the transistor Tr8 is a transistor whose collector-side bus potential (P-line PL4 potential) exceeds the base potential (command voltage CV) on the positive side and is closest to the base potential. The voltage difference between the voltage and the output voltage (base voltage) is borne as a voltage drop between the collector and the emitter. At that time, a loss power corresponding to voltage × current is generated in the transistor Tr8, and the loss power is dissipated by the temperature rise of the transistor Tr8 and disappears to the outside. On the other hand, in the transistors Tr7 and Tr6 on the output node N2 side of the transistor Tr8 operating in the active region, the diodes D4 and D3 connected to the collector are reverse-biased. The voltage line PL0 and the reverse voltage line PL3) are cut off. Further, the transistors Tr7 and Tr6 have the emitter potential lowered in the same manner as the base potential (command voltage CV) due to the emitter follower operation, but the collector is connected to the emitter of the transistor Tr8 operating in the active region. The collector potential is the same as the base potential (command voltage CV). As a result, the transistors Tr7 and Tr6 operate in a saturation region where the collector-emitter voltage is substantially zero, and substantially no loss power is generated.

また、増幅部422は、トランジスタTr16、Tr15、Tr12がオフされトランジスタTr10、Tr1がオンされた状態でトランジスタTr17、Tr13、Tr8がオフするとともにトランジスタTr7、Tr6がオンして、トランジスタTr7がエミッタフォロワとして機能し、グランドノードN3による電源電圧(V0)を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。   In addition, the amplifying unit 422 turns off the transistors Tr17, Tr13, and Tr8 and turns on the transistors Tr7 and Tr6 while the transistors Tr16, Tr15, and Tr12 are turned off and the transistors Tr10 and Tr1 are turned on. And a current amplifying operation using the power supply voltage (V0) by the ground node N3 to generate electric power.

例えば、現在の出力電流Ioの方向が正出力方向であり、切り替え部421の各トランジスタTr1、Tr10,Tr12,Tr15,Tr16のベース電位(指令電圧CV)が−V3以上0未満である場合、トランジスタTr17,Tr13,Tr8は、エミッタ側の母線の電位(PラインPL1、PラインPL4、ゼロ電圧ラインPL0の電位)がベース電位(指令電圧CV)を正側に超えるので、前段のトランジスタTr16,Tr15,Tr12がベース−エミッタ間で逆バイアスとなってオフすることに応じてオフする。また、トランジスタTr7は、コレクタ側の母線の電位(ゼロ電圧ラインPL0の電位)がベース電位(指令電圧CV)を正側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧(ベース電圧)との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタTr7において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタTr7の温度上昇により放熱し外部に消失する。一方、能動領域で動作するトランジスタTr7より出力ノードN2側にあるトランジスタTr6は、コレクタに接続されたダイオードD3が逆バイアスとなるので、そのダイオードD3によりコレクタ側の母線(逆電圧ラインPL3)が遮断される。また、トランジスタTr6は、エミッタフォロワ動作のために、ベース電位(指令電圧CV)と同じようにエミッタ電位が下がるが、コレクタが能動領域で動作するトランジスタTr7のエミッタに接続されているために、コレクタ電位がベース電位(指令電圧CV)と同じなっている。これにより、トランジスタTr6は、コレクタ―エミッタ間電圧が略ゼロである飽和領域で動作し、実質的に損失電力が発生しない。   For example, when the current output current Io direction is a positive output direction and the base potential (command voltage CV) of each transistor Tr1, Tr10, Tr12, Tr15, Tr16 of the switching unit 421 is not less than −V3 and less than 0, the transistor Since Tr17, Tr13, Tr8 have potentials on the emitter bus (P line PL1, P line PL4, zero voltage line PL0) exceeding the base potential (command voltage CV) to the positive side, transistors Tr16, Tr15 in the previous stage , Tr12 is turned off in response to turning off with a reverse bias between the base and the emitter. Further, the transistor Tr7 is a transistor in which the potential of the bus on the collector side (the potential of the zero voltage line PL0) exceeds the base potential (command voltage CV) to the positive side and is closest to the base potential, and thus operates in the active region. The voltage difference between the bus voltage and the output voltage (base voltage) is borne as a voltage drop between the collector and the emitter. At that time, a lost power corresponding to voltage × current is generated in the transistor Tr7, and the lost power is dissipated by the temperature rise of the transistor Tr7 and disappears to the outside. On the other hand, in the transistor Tr6 on the output node N2 side from the transistor Tr7 operating in the active region, the diode D3 connected to the collector is reverse-biased, so that the collector-side bus (reverse voltage line PL3) is cut off by the diode D3. Is done. In addition, the transistor Tr6 has an emitter potential that drops in the same manner as the base potential (command voltage CV) due to the emitter follower operation, but the collector is connected to the emitter of the transistor Tr7 that operates in the active region. The potential is the same as the base potential (command voltage CV). As a result, the transistor Tr6 operates in a saturation region where the collector-emitter voltage is substantially zero, and substantially no loss power is generated.

また、増幅部422は、トランジスタTr16、Tr15、Tr12、Tr10がオフされトランジスタTr1がオンされた状態でトランジスタTr17、Tr13、Tr8、Tr7がオフするとともにトランジスタTr6がオンして、トランジスタTr6がエミッタフォロワとして機能し、電源328による電源電圧(−V3)を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。   In addition, the amplifying unit 422 turns off the transistors Tr17, Tr13, Tr8, and Tr7 and turns on the transistor Tr6 in a state where the transistors Tr16, Tr15, Tr12, and Tr10 are turned off and the transistor Tr1 is turned on, and the transistor Tr6 is turned on as an emitter follower. And a current amplifying operation using the power supply voltage (−V3) by the power supply 328 to generate electric power.

例えば、現在の出力電流Ioの方向が正出力方向であり、切り替え部421の各トランジスタTr1、Tr10,Tr12,Tr15,Tr16のベース電位(指令電圧CV)が−V2以上−V3未満である場合、トランジスタTr17,Tr13,Tr8,Tr7は、エミッタ側の母線の電位(PラインPL1、PラインPL4、ゼロ電圧ラインPL0、逆電圧ラインPL3の電位)がベース電位(指令電圧CV)を正側に超えるので、前段のトランジスタTr16,Tr15,Tr12,Tr10がベース−エミッタ間で逆バイアスとなってオフすることに応じてオフする。また、トランジスタTr6は、コレクタ側の母線の電位(逆電圧ラインPL3の電位)がベース電位(指令電圧CV)を正側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧(ベース電圧)との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタTr6において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタTr6の温度上昇により放熱し外部に消失する。   For example, when the current output current Io direction is the positive output direction and the base potential (command voltage CV) of each transistor Tr1, Tr10, Tr12, Tr15, Tr16 of the switching unit 421 is −V2 or more and less than −V3, In the transistors Tr17, Tr13, Tr8, and Tr7, the potential of the emitter side bus (P line PL1, P line PL4, zero voltage line PL0, reverse voltage line PL3) exceeds the base potential (command voltage CV) to the positive side. Therefore, the transistors Tr16, Tr15, Tr12, Tr10 in the previous stage are turned off in accordance with the reverse bias between the base and the emitter. Further, the transistor Tr6 is a transistor in which the potential of the bus on the collector side (the potential of the reverse voltage line PL3) exceeds the base potential (command voltage CV) to the positive side and is closest to the base potential. The voltage difference between the bus voltage and the output voltage (base voltage) is borne as a voltage drop between the collector and the emitter. At that time, a loss power of voltage × current is generated in the transistor Tr6, and the loss power is dissipated by the temperature rise of the transistor Tr6 and disappears to the outside.

また、増幅部422は、トランジスタTr18、Tr20、Tr11、Tr9、Tr2がオンされた状態でトランジスタTr19、Tr14、Tr3、Tr4、Tr5がオンして、トランジスタTr19がエミッタフォロワとして機能し、電源14による電源電圧(−V2)を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。   In addition, the amplifying unit 422 turns on the transistors Tr19, Tr14, Tr3, Tr4, and Tr5 with the transistors Tr18, Tr20, Tr11, Tr9, and Tr2 turned on, and the transistor Tr19 functions as an emitter follower. A current amplification operation is performed using the power supply voltage (−V2) to generate electric power.

例えば、現在の出力電流Ioの方向が負出力方向であり、切り替え部421の各トランジスタTr2、Tr9,Tr11,Tr20,Tr18のベース電位(指令電圧CV)が−V1以下である場合、トランジスタTr19は、コレクタ側の母線の電位(NラインNL2の電位)がベース電位(指令電圧CV)を負側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧(ベース電圧)との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタTr19において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタTr19の温度上昇により放熱し外部に消失する。一方、能動領域で動作するトランジスタTr19より出力ノードN2側にあるトランジスタTr14,Tr3,Tr4,Tr5は、コレクタに接続されたダイオードD17,D12,D1,D2が逆バイアスとなるので、そのダイオードD17,D12,D1,D2によりコレクタ側の母線(NラインNL1、NラインNL4、ゼロ電圧ラインNL0、逆電圧ラインNL3)が遮断される。また、トランジスタTr14,Tr3,Tr4,Tr5は、エミッタフォロワ動作のために、ベース電位(指令電圧CV)と同じようにエミッタ電位が下がるが、コレクタが能動領域で動作するトランジスタTr19のエミッタに接続されているために、コレクタ電位がベース電位(指令電圧CV)と同じなっている。これにより、トランジスタTr14,Tr3,Tr4,Tr5は、コレクタ―エミッタ間電圧が略ゼロである飽和領域で動作し、実質的に損失電力が発生しない。   For example, when the current output current Io is in the negative output direction and the base potential (command voltage CV) of each of the transistors Tr2, Tr9, Tr11, Tr20, Tr18 of the switching unit 421 is −V1 or less, the transistor Tr19 is , The collector side bus potential (the potential of the N line NL2) exceeds the base potential (command voltage CV) to the negative side and is the closest transistor to the base potential, so that it operates in the active region, and the bus voltage and output voltage ( The voltage difference from the base voltage is borne as a voltage drop between the collector and the emitter. At that time, a loss power of voltage × current is generated in the transistor Tr19, and the loss power is dissipated due to the temperature rise of the transistor Tr19 and disappears to the outside. On the other hand, in the transistors Tr14, Tr3, Tr4, Tr5 on the output node N2 side of the transistor Tr19 operating in the active region, the diodes D17, D12, D1, D2 connected to the collector are reverse-biased. The buses on the collector side (N line NL1, N line NL4, zero voltage line NL0, reverse voltage line NL3) are cut off by D12, D1, and D2. The transistors Tr14, Tr3, Tr4, and Tr5 have an emitter potential that drops in the same manner as the base potential (command voltage CV) due to the emitter follower operation, but the collector is connected to the emitter of the transistor Tr19 that operates in the active region. Therefore, the collector potential is the same as the base potential (command voltage CV). As a result, the transistors Tr14, Tr3, Tr4, Tr5 operate in a saturation region where the collector-emitter voltage is substantially zero, and substantially no loss power is generated.

また、増幅部422は、トランジスタTr18がオフされトランジスタTr20、Tr11、Tr9、Tr2がオンされた状態でトランジスタTr19がオフされるとともにトランジスタTr14、Tr3、Tr4、Tr5がオンして、トランジスタTr14がエミッタフォロワとして機能し、電源26による電源電圧(−V1)を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。   In the amplifying unit 422, the transistor Tr19 is turned off while the transistor Tr18 is turned off and the transistors Tr20, Tr11, Tr9, and Tr2 are turned on, the transistors Tr14, Tr3, Tr4, and Tr5 are turned on, and the transistor Tr14 is the emitter. It functions as a follower and generates power by performing a current amplification operation using the power supply voltage (-V1) from the power supply 26.

例えば、現在の出力電流Ioの方向が負出力方向であり、切り替え部421の各トランジスタTr2、Tr9,Tr11,Tr20,Tr18のベース電位(指令電圧CV)が−V1より大きく−V3以下である場合、トランジスタTr19は、エミッタ側の母線の電位(NラインNL1の電位)がベース電位(指令電圧CV)を負側に超えるので、前段のトランジスタTr18がベース−エミッタ間で逆バイアスとなってオフすることに応じてオフする。また、トランジスタTr14は、コレクタ側の母線の電位(NラインNL1の電位)がベース電位(指令電圧CV)を正側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧(ベース電圧)との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタTr14において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタTr14の温度上昇により放熱し外部に消失する。一方、能動領域で動作するトランジスタTr14より出力ノードN2側にあるトランジスタTr3,Tr4,Tr5は、コレクタに接続されたダイオードD12,D1,D2が逆バイアスとなるので、そのダイオードD12,D1,D2によりコレクタ側の母線(NラインNL4、ゼロ電圧ラインNL0、逆電圧ラインNL3)が遮断される。また、トランジスタTr3,Tr4,Tr5は、エミッタフォロワ動作のために、ベース電位(指令電圧CV)と同じようにエミッタ電位が下がるが、コレクタが能動領域で動作するトランジスタTr14のエミッタに接続されているために、コレクタ電位がベース電位(指令電圧CV)と同じなっている。これにより、トランジスタTr3,Tr4,Tr5は、コレクタ―エミッタ間電圧が略ゼロである飽和領域で動作し、実質的に損失電力が発生しない。   For example, when the current output current Io direction is a negative output direction and the base potential (command voltage CV) of each transistor Tr2, Tr9, Tr11, Tr20, Tr18 of the switching unit 421 is greater than -V1 and less than -V3. In the transistor Tr19, since the potential of the bus on the emitter side (the potential of the N line NL1) exceeds the base potential (command voltage CV) to the negative side, the transistor Tr18 in the previous stage is turned off with a reverse bias between the base and the emitter. Turn off accordingly. Further, the transistor Tr14 is a transistor in which the potential of the bus on the collector side (the potential of the N line NL1) exceeds the base potential (command voltage CV) on the positive side and is closest to the base potential. The voltage difference between the voltage and the output voltage (base voltage) is borne as a voltage drop between the collector and the emitter. At that time, a loss power of voltage × current is generated in the transistor Tr14, and the loss power is dissipated by the temperature rise of the transistor Tr14 and disappears to the outside. On the other hand, in the transistors Tr3, Tr4, Tr5 on the output node N2 side of the transistor Tr14 operating in the active region, the diodes D12, D1, D2 connected to the collector are reverse-biased, so that the diodes D12, D1, D2 The bus on the collector side (N line NL4, zero voltage line NL0, reverse voltage line NL3) is cut off. The transistors Tr3, Tr4, and Tr5 have an emitter potential that drops in the same manner as the base potential (command voltage CV) due to the emitter follower operation, but the collector is connected to the emitter of the transistor Tr14 that operates in the active region. Therefore, the collector potential is the same as the base potential (command voltage CV). As a result, the transistors Tr3, Tr4, Tr5 operate in a saturation region where the collector-emitter voltage is substantially zero, and substantially no loss power is generated.

また、増幅部422は、トランジスタTr18、Tr20がオフされトランジスタTr11、Tr9、Tr2がオンされた状態でトランジスタTr19、Tr14がオフされるとともにトランジスタTr3、Tr4、Tr5がオンして、トランジスタTr3がエミッタフォロワとして機能し、電源328による電源電圧(−V3)を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。   Further, the amplifying unit 422 turns off the transistors Tr19 and Tr14 with the transistors Tr18 and Tr20 turned off and the transistors Tr11, Tr9, and Tr2 turned on, and turned on the transistors Tr3, Tr4, and Tr5, and the transistor Tr3 as the emitter. It functions as a follower and generates power by performing a current amplification operation using a power supply voltage (−V3) from a power supply 328.

例えば、現在の出力電流Ioの方向が負出力方向であり、切り替え部421の各トランジスタTr2、Tr9,Tr11,Tr20,Tr18のベース電位(指令電圧CV)が−V3より大きく0以下である場合、トランジスタTr19,Tr14は、エミッタ側の母線の電位(NラインNL1、NラインNL4の電位)がベース電位(指令電圧CV)を負側に超えるので、前段のトランジスタTr18,Tr20がベース−エミッタ間で逆バイアスとなってオフすることに応じてオフする。また、トランジスタTr3は、コレクタ側の母線の電位(NラインNL4の電位)がベース電位(指令電圧CV)を正側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧(ベース電圧)との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタTr3において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタTr3の温度上昇により放熱し外部に消失する。一方、能動領域で動作するトランジスタTr3より出力ノードN2側にあるトランジスタTr4,Tr5は、コレクタに接続されたダイオードD1,D2が逆バイアスとなるので、そのダイオードD1,D2によりコレクタ側の母線(ゼロ電圧ラインNL0、逆電圧ラインNL3)が遮断される。また、トランジスタTr4,Tr5は、エミッタフォロワ動作のために、ベース電位(指令電圧CV)と同じようにエミッタ電位が下がるが、コレクタが能動領域で動作するトランジスタTr3のエミッタに接続されているために、コレクタ電位がベース電位(指令電圧CV)と同じなっている。これにより、トランジスタTr4,Tr5は、コレクタ―エミッタ間電圧が略ゼロである飽和領域で動作し、実質的に損失電力が発生しない。   For example, when the current output current Io direction is a negative output direction and the base potential (command voltage CV) of each of the transistors Tr2, Tr9, Tr11, Tr20, Tr18 of the switching unit 421 is greater than −V3 and equal to or less than 0, In the transistors Tr19 and Tr14, the potential of the bus on the emitter side (potential of the N line NL1 and N line NL4) exceeds the base potential (command voltage CV) to the negative side, so that the transistors Tr18 and Tr20 in the previous stage are connected between the base and emitter. Turns off in response to reverse bias. The transistor Tr3 is a transistor in which the potential of the bus on the collector side (the potential of the N line NL4) exceeds the base potential (command voltage CV) to the positive side and is closest to the base potential. The voltage difference between the voltage and the output voltage (base voltage) is borne as a voltage drop between the collector and the emitter. At that time, a loss power of voltage × current is generated in the transistor Tr3, and the loss power is dissipated by the temperature rise of the transistor Tr3 and disappears to the outside. On the other hand, in the transistors Tr4 and Tr5 on the output node N2 side of the transistor Tr3 operating in the active region, the diodes D1 and D2 connected to the collector are reverse-biased. The voltage line NL0 and the reverse voltage line NL3) are cut off. Further, the transistors Tr4 and Tr5 have the emitter potential lowered in the same manner as the base potential (command voltage CV) due to the emitter follower operation, but the collector is connected to the emitter of the transistor Tr3 operating in the active region. The collector potential is the same as the base potential (command voltage CV). As a result, the transistors Tr4 and Tr5 operate in a saturation region where the collector-emitter voltage is substantially zero, and substantially no loss power is generated.

また、増幅部222は、トランジスタTr18、Tr20、Tr11がオフされトランジスタTr9、Tr2がオンされた状態でトランジスタTr19、Tr14、Tr3がオフされるとともにトランジスタTr4、Tr5がオンして、トランジスタTr4がエミッタフォロワとして機能し、グランドノードN3による電源電圧(V0)を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。   The amplifying unit 222 also turns off the transistors Tr19, Tr14, and Tr3 and turns on the transistors Tr4 and Tr5 while the transistors Tr18, Tr20, and Tr11 are turned off and the transistors Tr9 and Tr2 are turned on. It functions as a follower, and generates power by performing a current amplification operation using the power supply voltage (V0) from the ground node N3.

例えば、現在の出力電流Ioの方向が負出力方向であり、切り替え部421の各トランジスタTr2、Tr9,Tr11,Tr20,Tr18のベース電位(指令電圧CV)が0より大きく+V3以下である場合、トランジスタTr19,Tr14,Tr3は、エミッタ側の母線の電位(NラインNL1、NラインNL4、ゼロ電圧ラインNL0の電位)がベース電位(指令電圧CV)を負側に超えるので、前段のトランジスタTr18,Tr20,Tr11がベース−エミッタ間で逆バイアスとなってオフすることに応じてオフする。また、トランジスタTr4は、コレクタ側の母線の電位(ゼロ電圧ラインNL0の電位)がベース電位(指令電圧CV)を正側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧(ベース電圧)との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタTr4において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタTr4の温度上昇により放熱し外部に消失する。一方、能動領域で動作するトランジスタTr4より出力ノードN2側にあるトランジスタTr5は、コレクタに接続されたダイオードD2が逆バイアスとなるので、そのダイオードD2によりコレクタ側の母線(逆電圧ラインPL3)が遮断される。また、トランジスタTr5は、エミッタフォロワ動作のために、ベース電位(指令電圧CV)と同じようにエミッタ電位が下がるが、コレクタが能動領域で動作するトランジスタTr4のエミッタに接続されているために、コレクタ電位がベース電位(指令電圧CV)と同じなっている。これにより、トランジスタTr5は、コレクタ―エミッタ間電圧が略ゼロである飽和領域で動作し、実質的に損失電力が発生しない。   For example, when the current output current Io direction is a negative output direction and the base potential (command voltage CV) of each transistor Tr2, Tr9, Tr11, Tr20, Tr18 of the switching unit 421 is greater than 0 and less than + V3, the transistor Since Tr19, Tr14, and Tr3 have emitter-side bus potentials (N-line NL1, N-line NL4, and zero-voltage line NL0 potential) that exceed the base potential (command voltage CV) to the negative side, transistors Tr18, Tr20 in the previous stage , Tr11 is turned off in response to turning off with a reverse bias between the base and the emitter. The transistor Tr4 is a transistor in which the potential of the bus on the collector side (the potential of the zero voltage line NL0) exceeds the base potential (command voltage CV) to the positive side and is closest to the base potential, and thus operates in the active region. The voltage difference between the bus voltage and the output voltage (base voltage) is borne as a voltage drop between the collector and the emitter. At that time, a loss power corresponding to voltage × current is generated in the transistor Tr4, and the loss power dissipates due to the temperature rise of the transistor Tr4 and disappears to the outside. On the other hand, in the transistor Tr5 on the output node N2 side of the transistor Tr4 operating in the active region, the diode D2 connected to the collector is reverse-biased, so that the collector-side bus (reverse voltage line PL3) is cut off by the diode D2. Is done. Further, the transistor Tr5 has an emitter potential that drops in the same manner as the base potential (command voltage CV) due to the emitter follower operation, but the collector is connected to the emitter of the transistor Tr4 that operates in the active region. The potential is the same as the base potential (command voltage CV). As a result, the transistor Tr5 operates in a saturation region where the collector-emitter voltage is substantially zero, and substantially no loss power is generated.

また、増幅部222は、トランジスタTr18、Tr20、Tr11、Tr9がオフされトランジスタTr2がオンされた状態でトランジスタTr19、Tr14、Tr3、Tr4がオフされるとともにトランジスタTr5がオンして、トランジスタTr5がエミッタフォロワとして機能し、電源327による電源電圧(+V3)を用いて電流増幅動作を行い電力を生成する。   The amplifying unit 222 also turns off the transistors Tr19, Tr14, Tr3, and Tr4 and turns on the transistor Tr5 while the transistors Tr18, Tr20, Tr11, and Tr9 are turned off and the transistor Tr2 is turned on. It functions as a follower and generates power by performing a current amplification operation using the power supply voltage (+ V3) from the power supply 327.

例えば、現在の出力電流Ioの方向が負出力方向であり、切り替え部421の各トランジスタTr2、Tr9,Tr11,Tr20,Tr18のベース電位(指令電圧CV)が+V3より大きく+V2以下である場合、トランジスタTr19,Tr14,Tr3,Tr4は、エミッタ側の母線の電位(NラインNL1、NラインNL4、ゼロ電圧ラインNL0、逆電圧ラインNL3の電位)がベース電位(指令電圧CV)を負側に超えるので、前段のトランジスタTr18,Tr20,Tr11,Tr9がベース−エミッタ間で逆バイアスとなってオフすることに応じてオフする。また、トランジスタTr5は、コレクタ側の母線の電位(逆電圧ラインNL3の電位)がベース電位(指令電圧CV)を正側に超え且つベース電位に最も近いトランジスタであるので、能動領域で動作し、母線電圧と出力電圧(ベース電圧)との差の電圧分をコレクタ−エミッタ間で電圧降下として負担する。その際に、トランジスタTr5において、電圧×電流分の損失電力が発生し、その損失電力はトランジスタTr5の温度上昇により放熱し外部に消失する。   For example, when the current output current Io direction is a negative output direction and the base potential (command voltage CV) of each transistor Tr2, Tr9, Tr11, Tr20, Tr18 of the switching unit 421 is greater than + V3 and less than + V2, the transistor In Tr19, Tr14, Tr3, Tr4, the potential of the emitter bus (N line NL1, N line NL4, zero voltage line NL0, reverse voltage line NL3) exceeds the base potential (command voltage CV) to the negative side. The transistors Tr18, Tr20, Tr11, Tr9 in the previous stage are turned off in response to the reverse bias between the base and the emitter. Further, the transistor Tr5 is a transistor in which the potential of the bus on the collector side (the potential of the reverse voltage line NL3) exceeds the base potential (command voltage CV) on the positive side and is closest to the base potential. The voltage difference between the bus voltage and the output voltage (base voltage) is borne as a voltage drop between the collector and the emitter. At that time, a loss power of voltage × current is generated in the transistor Tr5, and the loss power dissipates due to the temperature rise of the transistor Tr5 and disappears to the outside.

本発明者は、図10に示すG級増幅回路AMP420の動作についてシミュレーションを行った。具体的には、電源電圧の絶対値をV2=90V、V1=V2/2=45V、V3=22.5Vとし、ガルバノスキャナ1のミラー5aによりレーザー光の照射位置を1.0mmピッチ(モータ5bの回転子の角度で0.3°ピッチ)で移動させることを繰り返した場合における、出力ノードN2から負荷LDへの出力電流、出力ノードN2から負荷LDへの出力電圧、出力ノードN2から負荷LDへの電力供給における損失電力、G級増幅回路AMP20における母線電圧の変化についてシミュレーションを行った。   The inventor performed a simulation on the operation of the class G amplifier circuit AMP420 shown in FIG. Specifically, the absolute value of the power supply voltage is V2 = 90V, V1 = V2 / 2 = 45V, V3 = 22.5V, and the irradiation position of the laser beam is set to 1.0 mm pitch (motor 5b) by the mirror 5a of the galvano scanner 1. The output current from the output node N2 to the load LD, the output voltage from the output node N2 to the load LD, and the output node N2 to the load LD are repeated. A simulation was carried out on the power loss in the power supply to the power supply and the bus voltage change in the class G amplifier circuit AMP20.

その結果、図11に示すシミュレーション結果が得られた。図11では、出力ノードN2から負荷LDへの出力電流を二点鎖線で示し、出力ノードN2から負荷LDへの出力電圧を破線で示し、出力ノードN2から負荷LDへの電力供給における損失電力を実線で示し、B級増幅回路AMP10における母線電圧の変化を一点鎖線で示している。   As a result, the simulation result shown in FIG. 11 was obtained. In FIG. 11, the output current from the output node N2 to the load LD is indicated by a two-dot chain line, the output voltage from the output node N2 to the load LD is indicated by a broken line, and the loss power in the power supply from the output node N2 to the load LD is shown. A solid line indicates a change in bus voltage in the class B amplifier circuit AMP10 by a one-dot chain line.

図11から分かるように、例えば、出力電流が正である期間(第1の期間)T51において、出力電圧が正→0→負と変化するのに対して、母線電圧が+V2(=90V)→+V1(=45V)→+V3(=22.5V)→V0(=0V)→−V3(=−22.5V)へ、順次に切り替えられている。また、出力電流が負である期間(第2の期間)T52において、出力電圧が負→0→正と変化するのに対して、母線電圧が−V2(=−90V)→−V1(=−45V)→−V3(=−22.5V)→V0(=0V)→+V3(=+22.5V)へ、順次に切り替えられている。   As can be seen from FIG. 11, for example, in the period (first period) T51 in which the output current is positive, the output voltage changes from positive → 0 → negative, whereas the bus voltage is + V2 (= 90V) → It is sequentially switched from + V1 (= 45V) → + V3 (= 22.5V) → V0 (= 0V) → −V3 (= −22.5V). In the period (second period) T52 in which the output current is negative, the output voltage changes from negative → 0 → positive, whereas the bus voltage is −V2 (= −90 V) → −V1 (= −). 45V) → −V3 (= −22.5V) → V0 (= 0V) → + V3 (= + 22.5V).

図8に示すグラフと図11に示すグラフとを比較すると、逆符号の電圧を生成するための電源を同符号の電圧を生成するためにも使用したことで、損失電力がさらに抑えられることが分かる。このときの平均損失電力は、例えば57.2W程度に低減できる。この値を、図14に示すB級増幅回路AMP10と比べると、ガルバノスキャナ1mmピッチ位置決め繰り返し時のアンプ損失電力は、下記の数式5に示すように約4分の1〜5分の1に低減できることがわかる。   Comparing the graph shown in FIG. 8 with the graph shown in FIG. 11, it is possible to further reduce the power loss by using the power source for generating the voltage with the opposite sign to generate the voltage with the same sign. I understand. The average power loss at this time can be reduced to about 57.2 W, for example. Comparing this value with the class B amplifier circuit AMP10 shown in FIG. 14, the amplifier power loss at the time of repeated positioning of the galvano scanner 1 mm pitch is reduced to about one fourth to one fifth as shown in the following formula 5. I understand that I can do it.

54.7÷239.1×100=22.9(%)・・・数式5       54.7 ÷ 239.1 × 100 = 22.9 (%) Expression 5

このように、実施の形態4では、切り替え部421が、出力ノードN2からの出力電流が正である第1の期間において、母線電圧を正の電源電圧+V2から正の電源電圧+V1、正の電源電圧+V3、電源電圧V0、及び負の電源電圧−V3へ順次に切り替え、出力ノードN2からの出力電流が負である第2の期間において、母線電圧を負の電源電圧−V2から負の電源電圧−V1、負の電源電圧−V3、電源電圧V0、及び正の電源電圧+V3へ順次に切り替える。これにより、正電流出力時及び負電流出力時のそれぞれにおいて、逆符号の電圧をさらに適正な値に変更でき、出力電圧と母線電圧との電圧差をさらに低減できるので、電力損失をさらに低減できる。   As described above, in the fourth embodiment, the switching unit 421 changes the bus voltage from the positive power supply voltage + V2 to the positive power supply voltage + V1 and the positive power supply in the first period in which the output current from the output node N2 is positive. The voltage + V3, the power supply voltage V0, and the negative power supply voltage −V3 are sequentially switched, and the bus voltage is changed from the negative power supply voltage −V2 to the negative power supply voltage in the second period in which the output current from the output node N2 is negative. -V1, negative power supply voltage -V3, power supply voltage V0, and positive power supply voltage + V3 are sequentially switched. Thereby, in each of the positive current output and the negative current output, the voltage with the opposite sign can be changed to a more appropriate value, and the voltage difference between the output voltage and the bus voltage can be further reduced, so that the power loss can be further reduced. .

また、実施の形態4では、逆符号の電圧を生成するための電源を同符号の電圧を生成するためにも使用し、電源内の平滑コンデンサに蓄積された回生電力を再利用するので、逆符号の電圧を生成するための電源の電源電圧の上昇を抑制できる。これにより、逆符号の電圧を生成するための電源内に回生抵抗を追加して回生電力を消費させる場合に比べて、回生電力を電源として再利用でき効率が良いので、この観点からも、電力損失を低減できる。   In the fourth embodiment, the power source for generating the reverse sign voltage is also used for generating the same sign voltage, and the regenerative power accumulated in the smoothing capacitor in the power source is reused. An increase in the power supply voltage of the power supply for generating the sign voltage can be suppressed. As a result, regenerative power can be reused as a power source and efficiency is improved compared to the case where regenerative power is consumed by adding a regenerative resistor in the power source for generating a voltage with an opposite sign. Loss can be reduced.

また、実施の形態4では、切り替え部421が、出力ノードN2からの出力電流が正である第1の期間において、電源(第1の電源)13及び増幅部422の接続を有効にした状態から電源(第2の電源)25及び増幅部422の接続を有効にした状態、電源(第5の電源)327及び増幅部422の接続を有効にした状態、グランドノードN3及び増幅部422の接続を有効にした状態、及び電源(第6の電源)328及び増幅部422の逆極性の接続を有効にした状態に順次に切り替える。また、切り替え部421が、出力ノードN2からの出力電流が負である第2の期間において、電源(第3の電源)14及び増幅部422の接続を有効にした状態から電源(第4の電源)26及び増幅部422の接続を有効にした状態、電源(第6の電源)328及び増幅部422の接続を有効にした状態、グランドノードN3及び増幅部422の接続を有効にした状態、及び電源(第5の電源)327及び増幅部422の逆極性の接続を有効にした状態に順次に切り替える。これにより、第1の期間において母線電圧を+V2から+V1、+V3、V0及び−V3へ順次に切り替えることができ、第2の期間において母線電圧を−V2から−V1、−V3、V0及び+V3へ順次に切り替えることができる。   In the fourth embodiment, the switching unit 421 enables the connection between the power supply (first power supply) 13 and the amplification unit 422 in the first period in which the output current from the output node N2 is positive. The connection between the power supply (second power supply) 25 and the amplification unit 422 is enabled, the connection between the power supply (fifth power supply) 327 and the amplification unit 422 is enabled, and the connection between the ground node N3 and the amplification unit 422 The switch is sequentially switched to the enabled state, and the reverse polarity connection of the power source (sixth power source) 328 and the amplifying unit 422 is enabled. Further, the switching unit 421 activates the connection of the power source (third power source) 14 and the amplifying unit 422 from the state in which the connection between the power source (third power source) 14 and the amplification unit 422 is valid in the second period in which the output current from the output node N2 is negative. ) The connection between the H.26 and the amplification unit 422 is enabled, the connection between the power source (sixth power supply) 328 and the amplification unit 422 is enabled, the connection between the ground node N3 and the amplification unit 422 is enabled, and The power supply (fifth power supply) 327 and the amplifying unit 422 are sequentially switched to a state where the reverse polarity connection is enabled. Accordingly, the bus voltage can be sequentially switched from + V2 to + V1, + V3, V0, and −V3 in the first period, and the bus voltage is switched from −V2 to −V1, −V3, V0, and + V3 in the second period. It can be switched sequentially.

なお、G級増幅回路AMP420iは、図12に示すように、バイポーラトランジスタに代えて電界効果トランジスタを用いたものであってもよい。例えば、図12に示すG級増幅回路AMP420iでは、トランジスタTr17、Tr13、Tr8、Tr7、Tr6、Tr5、Tr4、Tr3、Tr14、Tr19(図10参照)に代えてトランジスタTr17’、Tr13’、Tr8’、Tr7’、Tr6’、Tr5’、Tr4’、Tr3’、Tr14’、Tr19’が用いられている。例えば、トランジスタTr17’、Tr13’、Tr8’、Tr7’、Tr6’は、N型MOSトランジスタであり、トランジスタTr5’、Tr4’、Tr3’、Tr14’、Tr19’は、P型MOSトランジスタである。図12では、各トランジスタTr17’、Tr13’、Tr8’、Tr7’、Tr6’、Tr5’、Tr4’、Tr3’、Tr14’、Tr19’として、MOS型の電界効果トランジスタが例示的に図示されているが、ジャンクション型の電界効果トランジスタであってもよい。この場合、G級増幅回路AMP420iでは、トランジスタTr16、Tr15、Tr12、Tr10、Tr1、Tr2、Tr9、Tr11、Tr20、Tr18(図12参照)を省略することができる。すなわち、切り替え部421iと増幅部422iとを共通化でき、トランジスタ数を低減できるので、G級増幅回路AMP420iの製造コストを低減できる。   As shown in FIG. 12, the class G amplifier circuit AMP420i may use a field effect transistor instead of the bipolar transistor. For example, in the class G amplifier circuit AMP420i shown in FIG. 12, transistors Tr17 ′, Tr13 ′, Tr8 ′ are substituted for the transistors Tr17, Tr13, Tr8, Tr7, Tr6, Tr5, Tr4, Tr3, Tr14, Tr19 (see FIG. 10). , Tr7 ′, Tr6 ′, Tr5 ′, Tr4 ′, Tr3 ′, Tr14 ′, and Tr19 ′ are used. For example, the transistors Tr17 ', Tr13', Tr8 ', Tr7', Tr6 'are N-type MOS transistors, and the transistors Tr5', Tr4 ', Tr3', Tr14 ', Tr19' are P-type MOS transistors. In FIG. 12, MOS-type field effect transistors are exemplarily illustrated as the transistors Tr17 ′, Tr13 ′, Tr8 ′, Tr7 ′, Tr6 ′, Tr5 ′, Tr4 ′, Tr3 ′, Tr14 ′, and Tr19 ′. However, it may be a junction type field effect transistor. In this case, in the class G amplifier circuit AMP420i, the transistors Tr16, Tr15, Tr12, Tr10, Tr1, Tr2, Tr9, Tr11, Tr20, Tr18 (see FIG. 12) can be omitted. That is, since the switching unit 421i and the amplification unit 422i can be shared and the number of transistors can be reduced, the manufacturing cost of the class G amplification circuit AMP420i can be reduced.

以上のように、本発明にかかるG級増幅回路は、ガルバノスキャナの駆動に有用である。   As described above, the class G amplifier circuit according to the present invention is useful for driving a galvano scanner.

1 ガルバノスキャナ、 2 制御装置、 3 D/A変換器、 4 駆動アンプ、 5 ガルバノスキャナ本体、 5a ミラー、 5b モータ、 5c エンコーダ、 6 エンコーダ信号処理回路、 11 切り替え部、 12 増幅部、 13 電源、 14 電源、 21 切り替え部、 22 増幅部、 25 電源、 26 電源、 121,121i 切り替え部、 122,122i 増幅部、 221,221i 切り替え部、 222,222i 増幅部、 321,321i 切り替え部、 327 電源、 328 電源、 421,421i 切り替え部、 422,422i 増幅部、 AMP 増幅回路、 AMP10 B級増幅回路、 AMP20 G級増幅回路、 AMP120,AMP120i G級増幅回路、 AMP220,AMP220i G級増幅回路、 AMP320,AMP320i G級増幅回路、 AMP420,AMP420i G級増幅回路、 LD 負荷、 N1 入力ノード、 N2 出力ノード、 N3 グランドノード。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Galvano scanner, 2 Control apparatus, 3 D / A converter, 4 Drive amplifier, 5 Galvano scanner main body, 5a Mirror, 5b Motor, 5c Encoder, 6 Encoder signal processing circuit, 11 Switching part, 12 Amplification part, 13 Power supply, 14 power supply, 21 switching section, 22 amplification section, 25 power supply, 26 power supply, 121,121i switching section, 122,122i amplification section, 221,221i switching section, 222,222i amplification section, 321,321i switching section, 327 power supply, 328 power supply, 421, 421i switching unit, 422, 422i amplifier, AMP amplifier circuit, AMP10 class B amplifier circuit, AMP20 class G amplifier circuit, AMP120, AMP120i class G amplifier circuit, AMP220, AMP22 i G-class amplifier circuit, AMP320, AMP320i G class amplifier circuit, AMP420, AMP420i G class amplifier circuit, LD load, N1 input node, N2 output node, N3 ground node.

Claims (7)

指令電圧を受ける入力ノードと、
前記入力ノードで受けた指令電圧に応じて、3種類以上の電源電圧から選択された電源電圧へ母線電圧を切り替える切り替え部と、
前記選択された電源電圧を用いて、増幅動作を行って、電力を生成する増幅部と、
前記生成された電力を、印加される電圧の位相に対して流れる電流の位相が遅れる負荷へ出力する出力ノードと、
グランド電位に接続されたグランドノードと、
前記グランドノードを基準に正の前記第1の電源電圧を発生させる第1の電源が設けられた第1のPラインと、
前記グランドノードを基準に正の前記第2の電源電圧を発生させる第2の電源が設けられた第2のPラインと、
前記グランドノードを基準に負の前記第1の電源電圧を発生させる第3の電源が設けられた第1のNラインと、
前記グランドノードを基準に負の前記第2の電源電圧を発生させる第4の電源が設けられた第2のNラインと、
一端が前記グランドノードに接続され他端が前記出力ノードよりP側で前記増幅部に接続された第1のゼロ電圧ラインと、
一端が前記グランドノードに接続され他端が前記出力ノードよりN側で増幅部に接続された第2のゼロ電圧ラインと、
を備え、
前記3種類以上の電源電圧は、
前記出力ノードからの出力電圧の最大振幅に対応した第1の電源電圧と、
前記第1の電源電圧より絶対値が小さい第2の電源電圧と、
前記第2の電源電圧より絶対値が小さい第3の電源電圧と、
を含み、
前記第3の電源電圧は、グランド電圧であり、
前記グランドノードは、前記第1のゼロ電圧ライン、前記第2のゼロ電圧ライン、前記第1のPライン、前記第2のPライン、前記第1のNライン、前記第2のNラインにより共有されており、
前記切り替え部は、前記出力ノードからの出力電流が正である第1の期間において、前記第1のPラインを活性化し前記第1の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態から前記第2のPラインを活性化し前記第2の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態、及び前記第1のゼロ電圧ラインを活性化し前記グランドノード及び前記増幅部の接続を有効にした状態に順次に切り替えることにより、母線電圧を正の前記第1の電源電圧から正の前記第2の電源電圧及び前記第3の電源電圧へ順次に切り替え、前記出力ノードからの出力電流が負である第2の期間において、前記第1のNラインを活性化し前記第3の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態から前記第2のNラインを活性化し前記第4の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態、及び前記第2のゼロ電圧ラインを活性化し前記グランドノード及び前記増幅部の接続を有効にした状態に順次に切り替えることにより、母線電圧を負の前記第1の電源電圧から負の前記第2の電源電圧及び前記第3の電源電圧へ順次に切り替えることを特徴とするG級増幅回路。
An input node that receives the command voltage;
According to the command voltage received at the input node, a switching unit that switches the bus voltage to a power supply voltage selected from three or more power supply voltages;
An amplification unit that performs an amplification operation using the selected power supply voltage to generate power; and
An output node for outputting the generated power to a load in which a phase of a flowing current is delayed with respect to a phase of an applied voltage;
A ground node connected to the ground potential;
A first P line provided with a first power supply for generating the positive first power supply voltage with respect to the ground node;
A second P line provided with a second power supply for generating the second power supply voltage positive with respect to the ground node;
A first N line provided with a third power supply for generating the negative first power supply voltage with respect to the ground node;
A second N line provided with a fourth power supply for generating the negative second power supply voltage with respect to the ground node;
A first zero voltage line having one end connected to the ground node and the other end connected to the amplifier on the P side from the output node;
A second zero voltage line having one end connected to the ground node and the other end connected to the amplifier on the N side of the output node;
With
The three or more types of power supply voltages are:
A first power supply voltage corresponding to the maximum amplitude of the output voltage from the output node;
A second power supply voltage having an absolute value smaller than the first power supply voltage;
A third power supply voltage having an absolute value smaller than the second power supply voltage;
Including
The third power supply voltage is a ground voltage;
The ground node is shared by the first zero voltage line, the second zero voltage line, the first P line, the second P line, the first N line, and the second N line. Has been
The switching unit activates the first P-line and activates the connection between the first power source and the amplification unit in a first period in which an output current from the output node is positive. The second P line is activated to enable the connection between the second power source and the amplifier, and the first zero voltage line is activated to enable the connection between the ground node and the amplifier. By sequentially switching, the bus voltage is sequentially switched from the positive first power supply voltage to the positive second power supply voltage and the third power supply voltage, and the output current from the output node is negative. In the period 2, the second N line is activated from the state where the first N line is activated and the connection between the third power source and the amplifying unit is enabled, and the fourth power source and the amplifying unit are connected. Enable connection And sequentially switching to a state in which the second zero voltage line is activated and the connection between the ground node and the amplifying unit is enabled, thereby changing the bus voltage from the negative first power supply voltage to the negative one. A class G amplifying circuit, wherein the second power supply voltage and the third power supply voltage are sequentially switched.
前記切り替え部は、前記第1の期間において、母線電圧を正の前記第1の電源電圧から正の前記第2の電源電圧、前記第3の電源電圧、及び負の前記第2の電源電圧へ順次に切り替え、前記第2の期間において、母線電圧を負の前記第1の電源電圧から負の前記第2の電源電圧、前記第3の電源電圧、及び正の前記第2の電源電圧へ順次に切り替える
ことを特徴とする請求項1に記載のG級増幅回路。
The switching unit changes the bus voltage from the positive first power supply voltage to the positive second power supply voltage, the third power supply voltage, and the negative second power supply voltage in the first period. In the second period, the bus voltage is sequentially changed from the negative first power supply voltage to the negative second power supply voltage, the third power supply voltage, and the positive second power supply voltage in the second period. The class G amplifier circuit according to claim 1, wherein the class G amplifier circuit is switched to.
前記切り替え部は、前記第1の期間において、前記第1の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態から前記第2の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態、前記グランドノード及び前記増幅部の接続を有効にした状態、及び前記第4の電源及び前記増幅部の逆極性の接続を有効にした状態に順次に切り替え、前記第2の期間において、前記第3の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態から前記第4の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態、前記グランドノード及び前記増幅部の接続を有効にした状態、及び前記第2の電源及び前記増幅部の逆極性の接続を有効にした状態に順次に切り替える
ことを特徴とする請求項4に記載のG級増幅回路。
In the first period, the switching unit enables a connection between the second power source and the amplification unit from a state where the connection between the first power source and the amplification unit is enabled, the ground node, and The connection between the amplification unit and the fourth power source and the amplification unit are sequentially switched to enable the connection of the opposite polarity, and in the second period, the third power supply and the A state in which the connection of the fourth power source and the amplifier unit is enabled from a state in which the connection of the amplifier unit is enabled, a state in which the connection of the ground node and the amplifier unit is enabled, and the second power source and the The class G amplifier circuit according to claim 4, wherein the amplifier unit is sequentially switched to a state in which the reverse polarity connection of the amplifier unit is enabled.
前記3種類以上の電源電圧は、前記第2の電源電圧より絶対値が小さく前記第3の電源電圧より絶対値が大きい第4の電源電圧をさらに含み、
前記切り替え部は、前記第1の期間において、母線電圧を正の前記第1の電源電圧から正の前記第2の電源電圧、前記第3の電源電圧、及び負の前記第4の電源電圧へ順次に切り替え、前記第2の期間において、母線電圧を負の前記第1の電源電圧から負の前記第2の電源電圧、前記第3の電源電圧、及び正の前記第4の電源電圧へ順次に切り替える
ことを特徴とする請求項1に記載のG級増幅回路。
The three or more types of power supply voltages further include a fourth power supply voltage having an absolute value smaller than the second power supply voltage and larger than the third power supply voltage,
The switching unit changes the bus voltage from the positive first power supply voltage to the positive second power supply voltage, the third power supply voltage, and the negative fourth power supply voltage in the first period. In the second period, the bus voltage is sequentially switched from the negative first power supply voltage to the negative second power supply voltage, the third power supply voltage, and the positive fourth power supply voltage in the second period. The class G amplifier circuit according to claim 1, wherein the class G amplifier circuit is switched to.
前記グランドノードを基準に正の前記第4の電源電圧を発生させる第5の電源と、
前記グランドノードを基準に負の前記第4の電源電圧を発生させる第6の電源と、
をさらに備え、
前記切り替え部は、前記第1の期間において、前記第1の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態から前記第2の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態、前記グランドノード及び前記増幅部の接続を有効にした状態、及び前記第6の電源及び前記増幅部の逆極性の接続を有効にした状態に順次に切り替え、前記第2の期間において、前記第3の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態から前記第4の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態、前記グランドノード及び前記増幅部の接続を有効にした状態、及び前記第5の電源及び前記増幅部の逆極性の接続を有効にした状態に順次に切り替える
ことを特徴とする請求項6に記載のG級増幅回路。
A fifth power supply for generating the fourth power supply voltage positive with respect to the ground node;
A sixth power supply for generating the negative fourth power supply voltage with respect to the ground node;
Further comprising
In the first period, the switching unit enables a connection between the second power source and the amplification unit from a state where the connection between the first power source and the amplification unit is enabled, the ground node, and The connection between the amplifying unit and the sixth power source and the amplifying unit are sequentially switched to the enabled state, and the third power source and the From the state in which the connection of the amplification unit is enabled, the state in which the connection of the fourth power source and the amplification unit is enabled, the state in which the connection of the ground node and the amplification unit is enabled, and the fifth power source and the The class G amplifier circuit according to claim 6, wherein the amplifier unit is sequentially switched to a state in which the reverse polarity connection of the amplifier unit is enabled.
前記3種類以上の電源電圧は、前記第2の電源電圧より絶対値が小さく前記第3の電源電圧より絶対値が大きい第4の電源電圧をさらに含み、
前記切り替え部は、前記第1の期間において、母線電圧を正の前記第1の電源電圧から正の前記第2の電源電圧、正の前記第4の電源電圧、前記第3の電源電圧、及び負の前記第4の電源電圧へ順次に切り替え、前記第2の期間において、母線電圧を負の前記第1の電源電圧から負の前記第2の電源電圧、負の前記第4の電源電圧、前記第3の電源電圧、及び正の前記第4の電源電圧へ順次に切り替える
ことを特徴とする請求項1に記載のG級増幅回路。
The three or more types of power supply voltages further include a fourth power supply voltage having an absolute value smaller than the second power supply voltage and larger than the third power supply voltage,
In the first period, the switching unit changes the bus voltage from the positive first power supply voltage to the positive second power supply voltage, the positive fourth power supply voltage, the third power supply voltage, and The negative power supply voltage is sequentially switched to the negative fourth power supply voltage. In the second period, the bus voltage is changed from the negative first power supply voltage to the negative second power supply voltage, the negative fourth power supply voltage, The class G amplifier circuit according to claim 1, wherein the switching is sequentially performed to the third power supply voltage and the positive fourth power supply voltage.
前記グランドノードを基準に正の前記第4の電源電圧を発生させる第5の電源と、
前記グランドノードを基準に負の前記第4の電源電圧を発生させる第6の電源と、
をさらに備え、
前記切り替え部は、前記第1の期間において、前記第1の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態から前記第2の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態、前記第5の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態、前記グランドノード及び前記増幅部の接続を有効にした状態、及び前記第6の電源及び前記増幅部の逆極性の接続を有効にした状態に順次に切り替え、前記第2の期間において、前記第3の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態から前記第4の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態、前記第6の電源及び前記増幅部の接続を有効にした状態、前記グランドノード及び前記増幅部の接続を有効にした状態、及び前記第5の電源及び前記増幅部の逆極性の接続を有効にした状態に順次に切り替える
ことを特徴とする請求項8に記載のG級増幅回路。
A fifth power supply for generating the fourth power supply voltage positive with respect to the ground node;
A sixth power supply for generating the negative fourth power supply voltage with respect to the ground node;
Further comprising
In the first period, the switching unit activates the connection between the second power source and the amplification unit from the state in which the connection between the first power source and the amplification unit is validated. A state in which the connection between the power source and the amplifying unit is enabled, a state in which the connection between the ground node and the amplifying unit is enabled, and a state in which the reverse polarity connection between the sixth power source and the amplifying unit is enabled In the second period, the connection between the third power supply and the amplification unit is enabled from the state in which the connection between the fourth power supply and the amplification unit is enabled, the sixth power supply, and Sequentially switched to a state in which the connection of the amplifying unit is enabled, a state in which the connection of the ground node and the amplifying unit is enabled, and a state in which the reverse polarity connection of the fifth power source and the amplifying unit is enabled With features The class G amplifier circuit according to claim 8.
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