JP7393091B2 - 電流駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、アクチュエーターの電流駆動装置に関するものである。

ヘッドホン、スピーカー、DVDなど光学ディスクプレーヤーのピックアップ等のアクチュエーターを駆動する装置はさまざま存在する。とりわけ光学ディスクプレーヤーなどはピックアップのフォーカス及びトラッキングサーボ回路を内蔵し、その最終段にはフォーカス及びトラッキングアクチュエーターの駆動回路がある。この中には高速追従性能を目的とした電流駆動回路を採用するものが多い。またスピーカー駆動に関しても高域特性を改善する電流駆動回路が発明されている。

一般的に上述のアクチュエーターは図１に示すように高周波域に於いてインダクタンス成分によってインピーダンスが上昇し、図３に例を示す電圧駆動回路では図２のように周波数特性が劣化する。このため、インピーダンスの影響を受けにくく、定電流をアクチュエーターに流せる電流駆動回路を採用する例は多い。

しかし、従来の電流駆動回路は図４の例に示すように１６のＬ１に示される負荷アクチュエーターは１２のオペアンプ、１３のトランジスター及び１４の抵抗Ｒｆ１からなるフィードバックループ内にあるため、電源投入時、フィードバックループが安定しないため大きな電流が負荷アクチュエーター１６に流れ、光学ピックアップの対物レンズが大きく飛び出すような動きをする。

また、上述のアクチュエーターがスピーカーである場合、大きなノイズ音を発生するなどの扱いづらさがあった。特開２０１１－０２４１４８号の電流駆動回路もスピーカーがフィードバックループの一構成部品となるため同様の現象が生ずる。

また、ヘッドホンやスピーカーなどでは機器の構成上アンプ側と分離することがあり、分離された状態でアンプの電源を誤って入れると出力に大きな電圧が現れアンプの故障や事故になるという欠点があった。

オーディオアンプとヘッドホンあるいはスピーカーの組み合わせに於いて従来の回路手法でこれを免れる方法としては唯一図５に示すような回路が発明されており、上述の問題は解決できる。しかしながら図５に示す方法ではトランジスター２０８，２０９のリニアリティの良い動作範囲を確保するために２１１のバイアス電流Ｉｂで示す大きなバイアス電流が必要となり、トランジスター２０８，２０９の発熱が大きく電源効率が悪い。

また電流ノイズが大きく、音楽再生での聴感上の欠点があった。尚、図５は特開２０１２－８５２０９号による発明に基づく回路であり、回路の詳細説明は省く。

この改善策を施した回路例を図６に示す。この回路は入力Vに対してI＝－（Ｖ／Ｒ）なる電流を３１１の負荷ＬＲに流すことができる。しかし、このままでは３１１負荷ＬＲとなるヘッドホンあるいはスピーカーをアンプ筐体３０と切り離した場合V＝０であっても、３１３の外部出力端子はインピーダンスが高くなり、３１０に示す負荷電流Ｉは行き場所がなく、オペアンプ３０９のわずかなオフセットが要因で外部出力端子３１３に大きな異常電圧が現れることがある。これはオペアンプ３０９の入力である３０６の電圧Ｖｂと等価でオペアンプ３０９を破壊する可能性を生ずる。

また、３１１負荷ＬＲをヘッドホンあるいはスピーカーなどである場合、３１１を外部出力端子３１３、３１４へ接続したとき、上述の異常電圧の発生が解消するが、接続の瞬間ノイズ音の原因となる。ここで図７に示すように適当な３１２ダミー抵抗ＤRを予め負荷として接続しておくことで、３１１負荷ＬＲとなるヘッドホンあるいはスピーカーをアンプ筐体３０から切り離した場合でも出力は概ね０Vで安定し、発熱が少なく、かつ電流ノイズの少ない電流駆動回路を構築できる。

特開２０１１－０２４１４８号公報 特開２０１２－８５２０９号公報

谷本 茂著 「オペアンプ実践技術」誠文堂新光社出版 １９８０年

解決しようとする問題点は、電流駆動装置にヘッドホンやスピーカーなどの負荷のない状態とした場合、電流駆動装置の出力電圧が異常電圧を生ずることである。また、これを解決する従来技術の唯一の方法とした電流駆動装置は電源効率が悪く、発熱、電流ノイズが多いことである。（特開２０１２－８５２０９号公報）

本発明は、図７に示す電流駆動装置を用い、予め適当な負荷を接続しておくことである。

本発明の電流駆動装置を用いた電流駆動アンプは安定かつ安全な取り扱いを確保したまま、アクチュエーターの不得意な高域（高速）動作を改善し、オーディオアンプに用いれば高域の伸びの良い音楽再生が可能となる。また、モーター駆動に用いれば、高速動作の改善が可能となる。

図１はアクチュエーターの一般特性（周波数対インピーダンス）を示した説明図である。 図２はアクチュエーターの一般特性（周波数対ゲイン）を示した説明図である。 図３はアクチュエーターの一般的な電圧駆動方法を示した説明図である。 図４はアクチュエーターの一般的な電流駆動方法を示した説明図である。 図５はアクチュエーターの特開２０１２－８５２０９号による電流駆動方法を示した説明図である。 図６はアクチュエーターの電流駆動方法を示した説明図である。 図７はアクチュエーターの電流駆動の実施方法を示した説明図である。（実施例１） 図８はアクチュエーターの電流駆動の実施方法を示した説明図である。（実施例２）

負荷を着脱しても安定、安全動作を確保した電流駆動回路を少ない部品数で実現した。

図７は、本発明回路の１実施例である。オペアンプ３０９の負帰還抵抗３０２、正帰還抵抗３０３及び反転入力３０５に抵抗３０１、非反転入力３０６に抵抗３０４を接続する。３０１は３０５とは反対側の電極を信号入力３００とし、抵抗３０４は３０６とは反対側の電極をＧＮＤへ接続する。

オペアンプ３０９の非反転入力３０６に外部接続端子３１３及び３１２のダミー抵抗ＤＲを接続する。３１２のもう一つの電極はＧＮＤへ接地する。

外部出力端子は上記の３１３のほかに、３１４外部出力端子によってＧＮＤへ接続される。したがって、３１１外部負荷ＬＲはアンプ筐体３０の外部で接続される。

ここで信号入力３００に電圧Ｖが入力されたとする。抵抗３０１、３０２、３０３、３０３が等しくＲであった場合、オペアンプ３０９が３０５の電圧Ｖａと３０６の電圧ＶｂがＶａ＝Ｖｂとなるように働き、３１０の負荷電流Ｉは、Ｉ＝－（Ｖ／Ｒ）を流すことでバランスする。これにより、入力電圧Ｖに比例した電流駆動が成立する。

また、３１０負荷電流の成分はＩ３ｂとして３１２ダミー抵抗ＤＲへ、Ｉ３ａとして３１１外部負荷ＬＲへ分流する。この時、Ｉ＝Ｉ３ａ＋Ｉ３ｂである。

３１２ダミー抵抗ＤＲが存在することによってＩ３ｂが流れ、仮に３１１外部負荷Ｌが外部出力端子３１３，３１４から外されたとしてもオペアンプ３０９は安全領域で動作し、３０５の電圧Ｖａと３０６の電圧ＶｂがＶａ＝Ｖｂとなるように働くので、異常な電圧が外部出力端子３１３に出現することなく、筐体３０を安全に取り扱うことができる。

ダミー抵抗３１２に流れるＩ３ｂは３１１外部負荷の動作に対して無効電流となるので、ダミー抵抗３１２は３１１の内部抵抗ＬＲよりも大きく、オペアンプ３０９のオフセット特性などから見極めて選択すると良い。

また、抵抗３０４とダミー抵抗３１２は並列接続されているので１つの抵抗器に集約できるのは言うまでもない。

ダミー抵抗３１２は常時接続されている場合は筐体３０内部でなくとも筐体３０外部でもよい。

また筐体３０は電流駆動回路が搭載された基板或いは集積回路（ＩＣ）としても差し支えない。

図８は図７に示す電流駆動回路を２式用い、片方の入力に別に、反転アンプ４００を用いて入力電圧（ーＶ）信号を入力することによって、コモンモードノイズに強い、バランス出力（ＢＴＬ出力）を構成したものである。尚、３１５外部出力端子は３００入力信号の反転アンプ４００による反転側電流出力である。３１１外部負荷ＬＲは外部出力端子３１３と３１５に接続する。

従来からある汎用部品で構築できる回路であるため容易に実現できる。しかも従来電流駆動回路では困難であったローノイズ特性をそなえかつ、アクチュエーターの安全な脱着が可能なためヘッドホンアンプなどオーディオアンプ等で利用可能性が高い。

３０ 筐体
３０９ オペアンプ
３１０ 負荷電流
３１１ 負荷
３１２ ダミー抵抗

Claims (2)

1. オペアンプに負帰還抵抗、正帰還抵抗を備え、
   前記オペアンプの反転入力に第１抵抗を備え、
   前記オペアンプの非反転入力に第２抵抗と第３抵抗を備え、
   前記第１抵抗の前記反転入力とは反対側の端子を電圧入力端子とし、
   前記第２抵抗の非反転入力とは反対側の端子を基準電位に接続し、
   前記オペアンプの非反転入力を電流出力端子として形成され、
   前記正帰還抵抗が前記オペアンプの出力に一端が接続され、
   他端が前記オペアンプの非反転入力に接続され、
   負荷を前記基準電位と前記電流出力端子との間に着脱可能なオーディオアンプに用いる電
   流駆動装置に於いて、
   前記第３抵抗は、
   前記電圧入力端子が０Vであっても前記オペアンプのオフセットにより異常電圧を生じる
   ことによる前記オペアンプの破壊を防ぎまた、前記負荷を接続した際にノイズを発生する
   ことを防ぐ目的で前記基準電位と前記電流出力端子とを電気的に接続するように前記オペ
   アンプと同じ筐体内の経路に設けられ、
   前記第３抵抗は前記第２抵抗とは別の抵抗素子であり、
   前記第３抵抗に流れる電流は前記電流出力端子に前記負荷を接続したときの前記負荷の動
   作に対する無効電流になり、
   前記第３抵抗の抵抗値は、前記負荷の抵抗値よりも大きい抵抗値でよく、
   前記第３抵抗が設けられたことにより、前記電流出力端子から前記第３抵抗に前記無効電
   流が流れて、前記負荷が前記電流出力端子から外されたとしても前記オペアンプが安全領
   域で動作し、前記電流出力端子と前記反転入力とに前記オペアンプの破損に至るような異
   常な電圧が出現することがないように構成されていることを特徴とする電流駆動装置。
2. 入力信号が供給される入力端子である第１電圧入力端子と、
   前記入力信号に基づいて第１出力を生成する第１出力生成部と、
   前記第１出力が出力される第１電流出力端子とを備える第１の電流駆動装置と、
   前記入力信号とは位相が反転した反転入力信号が供給される入力端子である第２電圧入力
   端子と、
   前記反転入力信号に基づいて第２出力を生成する第２出力生成部と、
   前記第２出力が出力される第２電流出力端子を備える第２の電流駆動装置と、を備え、
   前記第１出力生成部と前記第２出力生成部は同じ筐体の内部に設置され、
   前記筐体の外部で接続される負荷が、前記第１電流出力端子と前記第２電流出力端子との
   間に着脱可能であり、
   前記第１出力生成部は、
   第１オペアンプと、前記第１オペアンプに負帰還抵抗、正帰還抵抗を備え、
   前記第１オペアンプの反転入力に第１抵抗を備え、
   前記第１オペアンプの非反転入力に第２抵抗と第３抵抗を備え、
   前記第１抵抗の前記反転入力とは反対側の端子を電圧入力端子とし、
   前記第２抵抗の非反転入力とは反対側の端子を基準電位に接続し、
   前記第１オペアンプの非反転入力を電流出力端子として形成される第１の電流駆動装置を
   備え、
   前記第１の電流駆動装置は、
   前記正帰還抵抗が前記第１オペアンプの出力に一端が接続され、
   他端が前記第１オペアンプの非反転入力に接続され、
   前記第３抵抗は、
   前記電圧入力端子が０Vであっても前記第１オペアンプのオフセットにより前記反転入力
   に前記第１オペアンプの破損に至るような異常電圧が生じることによる前記第１オペアン
   プの破壊を防ぎまた、前記負荷を接続した際にノイズを発生することを防ぐ目的で前記基
   準電位と前記電流出力端子とを電気的に接続するように前記第１オペアンプと同じ筐体内
   の経路に設けられ、
   前記第３抵抗は前記第２抵抗とは別の抵抗素子であり、
   前記第３抵抗に流れる電流は前記電流出力端子に前記負荷を接続したときの前記負荷の動
   作に対する無効電流になり、
   前記第３抵抗の抵抗値は、前記負荷の抵抗値よりも大きい抵抗値でよく、
   前記第３抵抗が設けられたことにより、前記電流出力端子から前記第３抵抗に前記無効電
   流が流れて、前記負荷が前記電流出力端子から外されたとしても前記第１オペアンプが安
   全領域で動作し、
   前記電流出力端子に異常な電圧が出現することがないように構成され、
   前記電圧入力端子が前記第１電圧入力端子であり、
   前記電流出力端子が前記第１電流出力端子であり、
   前記第２出力生成部は、前記第１出力生成部と同じように構成され、
   前記第２出力生成部の第２オペアンプは前記第１出力生成部の前記第１オペアンプに代わ
   るオペアンプであり、
   前記第２出力生成部の第４抵抗は前記第１出力生成部の前記第３抵抗に代わる抵抗であり
   、
   前記第２電圧入力端子は、前記第１電圧入力端子に代わる電圧入力端子であり、
   前記第１電圧入力端子に印加される電圧とは逆相の電圧が印加され、
   前記第２電流出力端子は、前記第１電流出力端子に代わる電流出力端子であり、
   前記負荷を前記第１電流出力端子と前記第２電流出力端子との間に接続したとき、
   前記第１出力生成部の前記第１オペアンプの非反転入力から流れる負荷電流は前記第１電
   流出力端子に前記筐体の外部で接続された前記負荷の片方の端子へ流れ、
   前記負荷のもう一方の端子へは前記第１電流出力端子から流れる電流とは位相が反転した
   電流が前記第２電流出力端子から流れ、
   前記第１出力生成部の前記第１オペアンプの非反転入力から流れる負荷電流の一部は、前
   記第３抵抗を通して前記筐体の内部の前記基準電位に流れ、
   前記第２出力生成部の前記第２オペアンプの非反転入力から流れる負荷電流の一部は、前
   記第４抵抗を通して前記筐体の内部の前記基準電位に流れることを特徴とする電流駆動装
   置。