JPH05166310A - ボイスコイルモータ駆動回路および駆動制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ボイスコイルモータを使用した位置決め制御
で、初期の位置決め時には大電流による高速移動を、ま
た、精密な位置決め制御が要求される後期にはクロスオ
ーバー歪のない電流制御を可能にする。 【構成】 ボイスコイルモータ、該ボイスコイルモータ
を駆動するドライバー回路、該ドライバー回路に電流指
示を与える電流指示回路、ボイスコイルモータの位置を
検出する手段を具備するボイスコイルモータ駆動回路
で、ドライバー回路のトランジスタの動作点を変化させ
る動作点変化手段を設ける。 【効果】 Ａ級増幅とＢ級増幅との任意の切換えが可能
となり、高速化と正確な位置決め制御とを行うことがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光ディスクドライバ
ーやハードディスク（磁気ディスク）ドライバー等の情
報の記録，再生，消去を行う記録再生装置において、そ
のヘッド位置決め装置等で使用するのに好適なボイスコ
イルモータ駆動回路および駆動制御方法に係り、特に、
ボイスコイルモータを使用して位置決め制御を行う場合
に、その初期の位置決め時には大電流による高速移動
を、また、精密な位置決め制御が要求される後期にはク
ロスオーバー歪のない電流制御を可能にしたボイスコイ
ルモータ駆動回路および駆動制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、光デイスクドライバー等の記録
再生装置では、ヘッド位置決めのために、ボイスコイル
モータが使用されている。この種のボイスコイルモータ
の駆動回路では、通常、ボイスコイルモータを駆動する
ためのドライバー回路に、トランジスタまたはＦＥＴ
（電界効果型トランジスタ）が使用されている。

【０００３】図３は、従来のボイスコイルモータ駆動回
路で使用されるドライバー回路について、その要部構成
の一例を示す図である。図において、Ｑ１１〜Ｑ１４は
トランジスタ、ＶＣＭはボイスコイルモータ、Ｒ１１〜
Ｒ１３は抵抗器、Ｖccは定電源電圧を示し、また、矢印
とは電流方向を示す。

【０００４】この図３では、Ｈブリッジ型のドライバー
回路について示しており、ボイスコイルモータＶＣＭへ
矢印方向の電流を流す場合には、トランジスタＱ１
１，Ｑ１４をオンにし、Ｑ１２，Ｑ１３をオフにする。
逆に、矢印方向の電流を流す場合は、トランジスタＱ
１２，Ｑ１３をオンにし、Ｑ１１，Ｑ１４をオフにす
る。

【０００５】このように、ボイスコイルモータＶＣＭに
流れる電流の向きを変えると、Ｂ級増幅に特有のクロス
オーバー歪が発生する。ここで、クロスオーバー歪につ
いて説明する。

【０００６】図４は、Ｂ級増幅時に生じるクロスオーバ
ー歪を説明するための電流指示信号とボイスコイルモー
タの電流との関係の一例を示す特性図である。図の横軸
は電流指示値、縦軸は電流を示す。

【０００７】Ｂ級増幅時においては、この図４に破線で
示すように、電流指示値の＋側の一部に不感帯領域が存
在しており、この間は電流が流れない。この不感帯領域
は、ボイスコイルモータＶＣＭに流れる電流が大きいと
き、すなわち、荒い精度の位置決め制御時には、格別問
題にならない。

【０００８】しかし、小さな電流を流すとき、すなわ
ち、精密な位置決め制御を行う場合には、クロスオーバ
ー歪により、精度が悪くなる、という不都合を生じる。
このような不都合を解決する一つの方法としては、トラ
ンジスタＱ１１〜Ｑ１４の動作点を変えて、ＡＢ級増幅
を行う方法がある。

【０００９】ＡＢ級増幅の場合、電流値が小さいので、
クロスオーバー歪を除去することは可能であるが、少電
流時には、トランジスタＱ１１〜Ｑ１４の全てに常に電
流が流れるので、発熱が生じたり消費電力が増加する等
の問題がある。以上のように、従来のボイスコイルモー
タ駆動回路のドライバー回路においては、クロスオーバ
ー歪が問題であり、これを回避しようとすると、発熱や
消費電力の増加等の問題が生じる、という不都合があっ
た。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】この発明では、従来の
ボイスコイルモータ駆動回路のドライバー回路において
生じるこのような不都合を解決し、特に、大きな電流を
必要とする時には、効率の良いＢ級増幅を行い、高精度
の位置決め制御が要求される位置決め後期には、クロス
オーバー歪の無いＡ級増幅を行うようにして、高効率か
つ精密な電流制御を可能にすると共に、発熱の抑制と消
費電力の節減とを実現したボイスコイルモータ駆動回路
および駆動制御方法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明では、第１に、
ボイスコイルモータと、該ボイスコイルモータを駆動す
るトランジスタまたはＦＥＴからなるドライバー回路
と、該ドライバー回路に電流指示を与える電流指示回路
と、ボイスコイルモータの位置を検出する位置検出手段
とを具備するボイスコイルモータ駆動回路において、前
記ドライバー回路のトランジスタまたはＦＥＴの動作点
を変化させる動作点変化手段を備えた構成である。

【００１２】第２に、上記第１のボイスコイルモータ駆
動回路において、ボイスコイルモータに流れる電流を検
出する電流検出回路を備え、該電流検出回路の検出出力
に応じてドライバー回路のトランジスタまたはＦＥＴの
動作点を変化させるように構成している。

【００１３】第３に、上記第１のボイスコイルモータ駆
動回路において、要求されるボイスコイルモータの位置
決め精度に応じて、ドライバー回路のトランジスタまた
はＦＥＴの動作点を変化させる駆動制御方法である。

【００１４】

【作用】この発明のボイスコイルモータ駆動回路および
駆動制御方法では、ドライバー回路のトランジスタまた
はＦＥＴの動作点を変化させることにより、大きな電流
を必要とするときは、効率の良いＢ級増幅、精密な位置
決め制御が要求されるときは、クロスオーバー歪の無い
Ａ級増幅を行い、また、ボイスコイルモータに電流を流
さないときは、全てのトランジスタをオフにするように
して、高い効率と精密な電流制御とを可能にしている。

【００１５】

【実施例１】次に、この発明のボイスコイルモータ駆動
回路について、図面を参照しながら実施例を説明する。
この実施例は、主として請求項１の発明に対応するが、
請求項２や請求項３の発明とも関連している。

【００１６】図１は、この発明のボイスコイルモータ駆
動回路について、その要部構成の一実施例を示す機能ブ
ロック図である。図において、１は指示回路、２は動作
点変更回路、３は加算器、４はドライバー回路、５は位
置検出回路、ＶＣＭはボイスコイルモータを示し、ま
た、Ｓ１は第１の電流指示信号、Ｓ２は第２の電流指示
信号、Ｓ３は動作点切換え信号を示す。

【００１７】まず、ボイスコイルモータＶＣＭの現在位
置が、目標の位置から遠い場合、指示回路１は、動作点
変更回路２に対して、ドライバー回路４のトランジスタ
の動作がＢ級となるように動作点切換え信号Ｓ３を出力
して指示すると共に、ドライバー回路４に大きな電流を
流すための第１の電流指示信号Ｓ１を出力する。その後
の制御動作は、従来と同様であり、加減速制御を行いな
がら目標位置へ素速くボイスコイルモータＶＣＭを移動
させる。

【００１８】位置検出回路５は、ボイスコイルモータＶ
ＣＭの位置を監視している。そして、この位置検出回路
５によって検出されたボイスコイルモータＶＣＭの位置
と、移動速度とが予め決められた範囲に収まると、指示
回路１は、動作点変更回路２に対して、トランジスタの
動作がＡ級となるように動作点切換え信号Ｓ３を出力
し、精密な位置決めを行う。

【００１９】また、ボイスコイルモータＶＣＭに電流を
流す必要がない場合には、指示回路１は、動作点変更回
路２に対する指示をＢ級とすることによって、駆動回路
に与えられる指示値が「０」となり、駆動回路に流れる
電流を「０」とすることができる。したがって、ＡＢ級
動作のように、常に少電流、無負荷時にトランジスタに
電流が流れることによる損失を回避することができる。

【００２０】

【具体例】次に、図１に示したこの発明のボイスコイル
モータ駆動回路について、その詳細を説明する。この具
体例は、特に、請求項１の発明に対応している。

【００２１】図２は、この発明のボイスコイルモータ駆
動回路の要部について、その具体的な回路構成の一実施
例を示す図である。図における符号は図１に対応してお
り、２ａと２ｂは図１の動作点変更回路２、３ａと３ｂ
は図１の加算器３を構成するオペアンプ、４ａと４ｂは
図１のドライバー回路４に対応し、また、Ｑ１〜Ｑ６は
トランジスタ、Ｒ１〜Ｒ７は抵抗器を示し、Ｖbiasはバ
イアス電源電圧、Ｖccは定電源電圧、Ｉは駆動電流、Ｐ
１とＰ２は回路上の点（位置）を示す。

【００２２】すでに述べたように、この発明のボイスコ
イルモータ駆動回路では、ボイスコイルモータＶＣＭの
現在位置が、目標の位置から遠い場合、すなわち、位置
決めの初期には、Ｂ級動作を行い、目標位置に近づいた
とき、すなわち、精密な位置決め制御時には、Ａ級を行
う。まず、目標の位置から遠い場合、すなわち、位置決
めの初期時の動作について説明する。

【００２３】この位置決め初期時には、図２の動作点変
更回路２ａ，２ｂは、いずれもオープン状態である。こ
の状態では、ドライバー回路４ａ，４ｂのトランジスタ
Ｑ１，Ｑ６のベースには、バイアス電流が流れない。

【００２４】そこで、動作がＢ級となるように、図２の
左方に示す第１の電流指示信号Ｓ１をオペアンプ３ａ
（図１の加算器３）へ与える。そして、ドライバー回路
４ａ内のトランジスタＱ１のベース・エミッタ間電圧
が、約０．５〜０．６Ｖになると、トランジスタＱ１の
ベースに電流が流れ、そのコレクタからエミッタに電流
が流れる。

【００２５】この場合に、初期には、トランジスタＱ１
のコレクタ電流は、抵抗器Ｒ１を介して供給されるが、
抵抗器Ｒ１に電流が流れると、点Ｐ１の電圧が下がるの
で、トランジスタＱ２のベース電圧も低下する。このト
ランジスタＱ２のベース・エミッタ間電圧が約０．５〜
０．６Ｖになると、トランジスタＱ２のエミッタ，ベー
ス間に電流が流れ、トランジスタＱ２がオン状態とな
る。

【００２６】一方、トランジスタＱ１のエミッタからコ
レクタに流れる電流は、抵抗器Ｒ２を通るので、抵抗器
Ｒ２の両端に電圧が発生する。そして、点Ｐ２の電圧が
約０．５〜０．６Ｖになると、ドライバー回路４ｂ内の
トランジスタＱ５のベースに電流が流れ、このトランジ
スタＱ５がオン状態になる。

【００２７】以上のように、第１の電流指示信号Ｓ１を
与えることによって、ドライバー回路４ａのトランジス
タＱ２と、ドライバー回路４ｂのトランジスタＱ５とが
オンになるので、ボイスコイルモータＶＣＭには、駆動
電流Ｉが矢印で示す方向に流れる。なお、ボイスコイル
モータＶＣＭと直列に接続された抵抗器Ｒ５の両端に生
じる電圧は、図示されない電流検出回路へ供給される。
この場合には、ドライバー回路４ａのトランジスタＱ１
のベース・エミッタ間電圧が、約０．５〜０．６Ｖにな
らないと、トランジスタＱ１はオン状態にならないの
で、先の図４に示したようなクロスオーバー歪が発生す
る。

【００２８】しかし、この位置決め初期の制御では、大
きな電流で駆動するので、このクロスオーバー歪は余り
問題にならない。次に、ボイスコイルモータＶＣＭが目
標位置に近づいたときに行う精密な位置決め制御につい
て説明する。

【００２９】この精密な位置決め制御時には、図２の動
作点変更回路２ａ，２ｂを、いずれもショートする。こ
の場合には、オペアンプ３ａ，３ｂ（図１の加算器３）
に、第１の電流指示信号Ｓ１（図２の左方）と、第２の
電流指示信号Ｓ２（図２の右方）とが与えられない状態
でも、バイアス電源電圧Ｖbiasから一定の電圧が出力さ
れるので、ドライバー回路４ａ，４ｂのトランジスタＱ
１，Ｑ６のベースには、所定の電圧が加えられる。

【００３０】そのため、トランジスタＱ１，Ｑ６のベー
スに電流が流れて、ドライバー回路４ａの各トランジス
タＱ１〜Ｑ３と、ドライバー回路４ｂの各トランジスタ
Ｑ４〜Ｑ６は、全てオン状態となる。そして、ドライバ
ー回路４ａでは、トランジスタＱ２のコレクタ電流が、
トランジスタＱ３のコレクタに流れる。

【００３１】同様に、ドライバー回路４ｂでは、トラン
ジスタＱ４のコレクタ電流が、トランジスタＱ５のコレ
クタに流れる。したがって、この状態では、ボイスコイ
ルモータＶＣＭの両端には電位差がなくなり、ボイスコ
イルモータＶＣＭには、電流は流れない。

【００３２】この状態で、第１の電流指示信号Ｓ１（図
２の左方）を与えると、オペアンプ３ａ（図１の加算器
３）には、バイアス電源電圧Ｖbiasと指示信号Ｓ１とが
加算された値の電圧が印加されるこのになるので、トラ
ンジスタＱ１のベース電流が増加する。トランジスタＱ
１のベース電流が増えると、そのコレクタ，エミッタ間
を流れる電流も増加し、トランジスタＱ２のベース電流
も増える。

【００３３】また、右方のドライバー回路４ｂでも、ト
ランジスタＱ５のベース電流が増加する。トランジスタ
Ｑ２，Ｑ５のベース電流が増えると、各トランジスタＱ
２，Ｑ５のコレクタ，エミッタ間を流れる電流も増加し
て、ボイスコイルモータＶＣＭには、駆動電流Ｉが矢印
で示す方向に流れる。

【００３４】この場合は、Ａ級増幅であるから、先の図
４に示したようなクロスオーバー歪は発生しない。した
がって、精密な電流制御が可能になる。なお、以上の実
施例では、ボイスコイルモータＶＣＭに、矢印で示す駆
動電流Ｉを流す場合について説明したが、このボイスコ
イルモータＶＣＭに、矢印と逆方向の駆動電流Ｉを流す
場合には、第１の電流指示信号Ｓ１の代りに、第２の電
流指示信号Ｓ２を印加すればよい。

【００３５】以上のように、この発明のボイスコイルモ
ータ駆動回路では、ドライバー回路のトランジスタ（ま
たはＦＥＴ）の動作点を変化させることによって、位置
決め制御の初期には、大きな電流を流すＢ級増幅を行
い、後期には、精密な電流制御によるＡ級増幅が行える
ようにしている。

【００３６】その結果、ボイスコイルモータに大きな電
流を必要とし、高速動作が要求される初期の位置決め制
御時には、効率のよいＢ級増幅が可能になり、精密な位
置決めが要求される後期の位置決め制御時には、クロス
オーバー歪が発生しないＡ級増幅が実現される。また、
ボイスコイルモータに電流を流さない場合には、図１や
図２の各トランジスタをオフにすることにより、高い効
率と精密な電流制御も可能になる。

【００３７】

【実施例２】次に、この発明のボイスコイルモータ駆動
回路および駆動制御方法について、他の実施例を説明す
る。この実施例は、請求項２と請求項３の発明に対応し
ている。

【００３８】この第２の実施例では、先の実施例で説明
したボイスコイルモータ駆動回路、すなわち、ドライバ
ー回路のトランジスタ（またはＦＥＴ）の動作点を変化
させる動作点変化手段を備えた構成に加えて、ボイスコ
イルモータに流れる電流を検出する電流検出回路を設
け、この電流検出回路の検出出力に応じてドライバー回
路のトランジスタ（またはＦＥＴ）の動作点を変化させ
るようにしている。その構成は、先の図１あるいは図２
と、基本的に同様である。

【００３９】この場合に、請求項２の発明では、ボイス
コイルモータＶＣＭを、任意のある位置へ移動させる際
の動作は、次のように行う。まず、図１の指示回路１
が、動作点変更回路２に対してドライバー回路４の動作
がＢ級となるように指示する。次に、電流指示信号（Ｓ
１，Ｓ２）を与えて、ボイスコイルモータＶＣＭへ電流
を流し、ボイスコイルモータＶＣＭを移動させ、大まか
な位置決めを行う。

【００４０】その後、指示回路１は、動作点変更回路２
に対してドライバー回路４の動作がＡ級となるように指
示する。電流指示信号（Ｓ１，Ｓ２）を与えて、ボイス
コイルモータＶＣＭへ電流を流し、精密な位置決め制御
を行う。

【００４１】また、請求項３の発明は、ボイスコイルモ
ータ駆動制御方法の発明であり、要求されるボイスコイ
ルモータの位置決め精度に応じて、ドライバー回路のト
ランジスタ（またはＦＥＴ）の動作点を変化させる点に
特徴を有している。その具体的な実施例は、先の図１や
図２に関連して説明したとおりであり、初期には、制御
精度よりも高速化が要求されるので、クロスオーバー歪
が生じてもＢ級増幅を行い、後期には、精密な制御が要
求されるので、クロスオーバー歪のないＡ級増幅を行う
ように制御する。

【００４２】なお、以上の実施例では、Ｂ級増幅とＡ級
増幅とを切換える場合について説明したが、Ｂ級増幅の
代りにＣ級増幅、あるいはＰＷＭ方式を用いることも可
能であるから、実施例の場合に限定されるものではな
い。

【００４３】

【発明の効果】請求項１の発明では、指示回路によっ
て、トランジスタやＦＥＴの動作点を変化させることが
できるように構成している。したがって、Ａ級増幅とＢ
級増幅とを任意に切換えることが可能となり、高速化と
正確な位置決め制御とを行うことができる。

【００４４】請求項２の発明によれば、大きな電流を必
要とするときは、Ｂ級増幅とすることによって駆動回路
の損失を減らすことが可能となり、小さな電流を必要と
するときは、Ａ級増幅とすることによってクロスオーバ
ー歪の無い精密な電流制御が可能となる。

【００４５】ボイスコイルモータでは、その位置決め初
期には、精度よりも素速く移動させることが必要とさ
れ、位置決め後期には、精密さが要求される。請求項３
の発明によれば、必要とされる位置決め精度に応じて、
トランジスタやＦＥＴの動作点を変化させることができ
るので、これらの要求を両立させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のボイスコイルモータ駆動回路につい
て、その要部構成の一実施例を示す機能ブロック図であ
る。

【図２】この発明のボイスコイルモータ駆動回路の要部
について、その具体的な回路構成の一実施例を示す図で
ある。

【図３】従来のボイスコイルモータ駆動回路で使用され
るドライバー回路について、その要部構成の一例を示す
図である。

【図４】Ｂ級増幅時に生じるクロスオーバー歪を説明す
るための電流指示信号とボイスコイルモータの電流との
関係の一例を示す特性図である。

【符号の説明】

１ 指示回路 ２と２ａと２ｂ 動作点変更回路 ３ 加算器 ３ａと３ｂ オペアンプ ４と４ａと４ｂ ドライバー回路 ５ 位置検出回路 ＶＣＭ ボイスコイルモータ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボイスコイルモータと、該ボイスコイル
   モータを駆動するトランジスタまたはＦＥＴからなるド
   ライバー回路と、該ドライバー回路に電流指示を与える
   電流指示回路と、ボイスコイルモータの位置を検出する
   位置検出手段とを具備するボイスコイルモータ駆動回路
   において、 前記ドライバー回路のトランジスタまたはＦＥＴの動作
   点を変化させる動作点変化手段を備えたことを特徴とす
   るボイスコイルモータ駆動回路。
2. 【請求項２】 請求項１のボイスコイルモータ駆動回路
   において、 ボイスコイルモータに流れる電流を検出する電流検出回
   路を備え、 該電流検出回路の検出出力に応じてドライバー回路のト
   ランジスタまたはＦＥＴの動作点を変化させることを特
   徴とするボイスコイルモータ駆動回路。
3. 【請求項３】 請求項１のボイスコイルモータ駆動回路
   において、 要求されるボイスコイルモータの位置決め精度に応じ
   て、ドライバー回路のトランジスタまたはＦＥＴの動作
   点を変化させることを特徴とするボイスコイルモータ駆
   動制御方法。