(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が入力に接続され他端が出力側となっている第１の抵抗器と、第２の抵抗器およびコンデンサの直列回路からなり前記第２の抵抗器側の一端が前記第１の抵抗器の出力側に接続され前記コンデンサ側の他端が接地されたラグリードフィルタと、
三角波発生回路と、前記第１の抵抗器の出力を前記三角波発生回路の出力と比較してパルス幅に変換する比較器と、前記比較器の出力のパルス幅に応じて負荷を駆動する駆動回路と、前記駆動回路の出力を前記ラグリードフィルタを構成する前記第２の抵抗器と前記コンデンサの接続点に帰還する帰還回路を構成する電流出力差動増幅器とを備えたことを特徴とするパルス幅変調方式駆動装置。
【請求項２】
入力信号を電流出力に変換する変換回路と、抵抗器およびコンデンサの直列回路からなり前記抵抗器側の一端が前記変換回路の出力側に接続され前記コンデンサ側の他端が接地されたラグリードフィルタと、
三角波発生回路と、前記変換回路の出力を前記三角波発生回路の出力と比較してパルス幅に変換する比較器と、前記比較器の出力のパルス幅に応じて負荷を駆動する駆動回路と、前記駆動回路の出力を前記ラグリードフィルタを構成する前記抵抗器と前記コンデンサの接続点に帰還する帰還回路を構成する電流出力差動増幅器とを備えたことを特徴とするパルス幅変調方式駆動装置。
【請求項３】
駆動回路の電源電圧にほぼ比例する波高値の三角波を発生する
三角波発生回路と、入力信号の絶対値を出力する絶対値回路と、抵抗器およびコンデンサの直列回路からなり前記抵抗器側の一端が前記絶対値回路の入力側に接続され前記コンデンサ側の他端が接地されたラグリードフィルタと、
前記絶対値回路から出力される絶対値を前記三角波発生回路の出力と比較して駆動電圧にほぼ反比例するパルス幅に変換する比較器と、前記比較器の出力のパルス幅に応じて負荷を駆動する駆動回路と、前記駆動回路の出力を入力側の前記ラグリードフィルタを構成する抵抗器とコンデンサの接続点に帰還するための帰還回路を構成する電流出力差動増幅器とを備えたことを特徴とする請求項１または請求項２記載のパルス幅変調方式駆動装置。
【請求項４】
比較器への入力信号の正負の状態を検出するとともに入力信号の絶対値を前記比較器へ出力する絶対値回路と、前記絶対値回路の検出した入力信号の正負に基づいて駆動回路の負荷への駆動方向を切り換える方向切換回路とを備えた請求項１または請求項２または請求項３記載のパルス幅変調方式駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パルス幅変調方式（以下ＰＷＭと略称する）を用いて、電力損失が少なく負荷を高効率に駆動するパルス幅変調方式駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パルス幅変調方式駆動装置は光ディスクプレーヤ等における消費電力を少なくする手段の一つとして、たとえば光ピックアップのアクチュエータのフォーカスコイルやトラッキングコイルの駆動、トラバースモータの駆動、スピンドルモータの駆動等に多く用いられている。以下図面を参照しながら、上述した従来のパルス幅変調方式駆動装置の一例について説明する。
【０００３】
図４は従来のパルス幅変調方式駆動装置の第１の例のブロック図である。図４において、入力端子１は加算回路１３の一方の入力端子に接続され、加算回路１３の出力は絶対値回路２を介して、この出力と三角波発生回路３との値を比較する比較器４に入力され、比較器４の比較出力によって駆動回路６により負荷７を駆動する。絶対値回路の出力によって方向切換回路５を介して駆動回路６の駆動方向を切り換えるように接続されている。駆動回路６の正負の出力は差動増幅器１１に入力され、その差動出力は低域通過フィルタ１２によって広域をカットされて加算回路１３の他方の入力に負帰還されている。
【０００４】
図６は上記パルス幅変調方式駆動装置の動作波形図である。図６において、説明を簡単にするために入力端子１から加算回路１３を介して波形（ａ）のように時間と共に電圧が上昇するようなスイープ波形が絶対値回路２に入力したと仮定して説明する。図（ｂ）の波形ｂ１は絶対値回路２の出力波形、波形ｂ２は三角波発生回路３の出力波形、図（ｃ）は比較器６の出力波形、図（ｄ）は駆動回路６の一端の出力波形、図（ｅ）は駆動回路６の他端の出力波形である。
【０００５】
図４において、入力端子１に入力された信号は、絶対値回路２を通して絶対値となり比較器４で三角波発生回路３の出力と比較され、駆動回路６で負荷７をパルス幅変調（ＰＷＭ）駆動される。このとき、方向切換回路５によって駆動回路６の駆動方向が制御され、図６の（ｄ），（ｅ）のような波形となる。駆動回路６の出力は負のゲインをもつ差動増幅器１１に入力され、低域通過フィルタ１２で広域がカットされてなめらかな波形に変換され、加算回路１３で入力信号に対して負帰還がかけられる。負帰還をかける理由は、ＰＷＭドライブ時における非線形性を緩和するためと、駆動回路６の電源電圧によって伝達ゲインが変わらないようにするためである。
図５は従来のパルス幅変調方式駆動装置の第２の例のブロック図である。図５において、入力端子１は加算回路１３の一方の入力端子に接続され、加算回路１３の出力は低域通過フィルタ１２ａを通した後、絶対値回路２を介して、この出力と三角波発生回路３との値を比較する比較器４に入力され、比較器４の比較出力によって駆動回路６により負荷７を駆動する。絶対値回路の出力によって方向切換回路５を介して駆動回路６の駆動方向を切り換えるように接続されている。駆動回路６の正負の出力は差動増幅器１１に入力され、その差動出力は加算回路１３の他方の入力に負帰還されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような図４のブロック図のパルス幅変調方式駆動装置は、加算回路１３の入力から駆動回路６の出力までのゲインをA、差動増幅器のゲインを-B、低域通過フィルタ１２の伝達関数を ωc/(S+ωc） 、 （ωcは角周波数、Sはラプラス変換の積分）とすると、全体のゲイン G(S) は、
G(S)=A*(S+c)/(S+c+A*B*c)
となり、図７（ａ）の周波数特性となり、高域の周波数が持ち上がるという問題点を有していた。また、それを回避するために、図５に示す回路が考えられる。図５の回路が図４の回路と異なるのは、なめらかな波形に変換するための低域通過フィルタ１２ａが加算回路１３の後ろに設けられていることである。
【０００７】
図５の回路の場合全体のゲインＧ（Ｓ）は、
G(S)=A*ωc/(S+ωc+A*B*ωc)
となり、図７（ｂ）のように高域の周波数が落ちて位相が遅れるという問題点を有していた。
また、駆動回路６のゲインは電源電圧にほぼ比例するので、電源電圧によって周波数特性が変化するという問題点も有していた。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題点を改善するもので、高域が持ち上がったり、落ちたりしないパルス幅変調方式駆動装置を提供すること、または自由に高域の周波数が設定できるパルス幅変調方式駆動装置を提供することと、電源電圧によって周波数特性が変化しないパルス幅変調方式駆動装置を提供するを目的としてなされたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明のパルス幅変調方式駆動装置は、請求項１においては、抵抗器およびコンデンサの直列回路よりなりその抵抗器側の一端に入力信号が印加されコンデンサ側の他端は接地され、前記抵抗器側の一端または抵抗値の中間から出力が取り出されるラグリードフィルタと、三角波発生回路と、前記ラグリードフィルタの出力を前記三角波発生回路の出力と比較してパルス幅に変換する比較器と、前記比較器の出力のパルス幅に応じて負荷を駆動する駆動回路と、前記駆動回路の出力を前記ラグリードフィルタの抵抗器とコンデンサの接続点に帰還するように構成した帰還回路とを備えた構成となっている。
【００１０】
このような構成において、ラグリードフィルタの抵抗器およびコンデンサの値を調整することによって装置の周波数特性を平坦にまたは任意に設定することができる。
ここで、ラグリードフィルタとは遅れ進みフィルタとも言い、低域通過フィルタの高域部をフラットにしたフィルタのことを指し、具体的には図７（ｃ）のように低域にフラット部があり、中域部において高域のゲインが下がって行き、高域部で低域部よりゲインが低いフラット部があるフィルタのこと、あるいは図７（ｄ）のように低域にはフラット部がなく高域のゲインが下がって行き、高域部で低域部よりゲインが低いフラット部があるフィルタのことを指す。
また、請求項３においては、電源電圧にほぼ比例する波高値の三角波を発生する三角波発生回路と、入力信号を三角波発生回路の出力と比較してパルス幅に変換する比較器と、比較器の出力のパルス幅に応じて負荷を駆動する駆動回路と、駆動回路の出力を入力側に帰還するための帰還回路とを備えた構成となっている。
【００１１】
この構成において、三角波発生回路は電源電圧にほぼ比例する波高値の三角波を発生することにより、駆動回路の伝達ゲインが電源電圧に依存しないように作用し、装置の周波数特性を電源電圧に依存しないパルス幅変調方式駆動装置を提供できる。
また、請求項４においては、請求項１または２または３の構成に、さらに、比較器への入力信号の正負状態を検出するとともに入力信号の絶対値を前記比較器へ出力する絶対値回路と、絶対値回路の検出した入力信号の正負に基づいて駆動回路の負荷への駆動方向を切り換える方向切換回路とを加えた構成となっている。
【００１２】
この構成によって正負両方向の入力信号が入力しても絶対値回路で絶対値を出力して比較器で比較出力を得た後、方向切換回路で入力信号極性に基づいて駆動回路の駆動方向を切り換えるので、正負両方向の入力信号も容易に処理することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明パルス幅変調方式駆動装置の実施の形態について、図１〜図３、図６および図７を参照しながら詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるパルス幅変調方式駆動装置のブロック図である。図１において、入力端子１はそれぞれ所定値の抵抗器Ｒ１，Ｒ２、コンデンサＣの直列回路で接地され、抵抗器Ｒ１とＲ２との接続点から絶対値回路２の入力に接続されている。ここで、抵抗器Ｒ１，Ｒ２、コンデンサＣは、ラグリードフィルタを構成しており、このラグリードフィルタは遅れ進みフィルタのことで、図７（ｃ）に示すように、周波数の低域を持ち上げて高域をフラット状態に戻すような周波数特性を有しているものである。また、絶対値回路２は、入力信号の正負態を検出するとともに、入力信号の絶対値を出力するものである。３は三角波発生回路であり、電源電圧にほぼ比例する波高値の三角波を発生するものである。
【００１４】
４は比較器であり、絶対値回路２による入力信号の絶対値出力と、三角波発生回路３の出力とが入力され、その比較結果を出力する。比較器４の比較出力に対応して駆動回路６を動作させ、正負の出力状態に応じて負荷７を駆動するものである。絶対値回路２の出力に接続した方向切換回路５は、駆動回路６の駆動方向を切り換えるように接続される。また、駆動回路６の正負の出力は、たとえば光ピックアップのアクチュエータのフォーカスコイルやトラッキングコイルなどの負荷７に接続されるとともに、電流出力差動増幅器８に入力され、その差動出力は抵抗器Ｒ２とコンデンサＣとの接続点に接続されている。ここで、電流出力差動増幅器８は、駆動回路６の出力を入力側に帰還させる帰還回路を構成しているものである。
【００１５】
以上のように構成されたパルス幅変調方式駆動装置について、以下その動作を説明する。入力端子１に入力された信号は、抵抗器Ｒ１，Ｒ２およびコンデンサＣで構成されたラグリードフィルタと絶対値回路２を通して比較器４で三角波発生回路３の出力と比較され、駆動回路６で負荷７をＰＷＭ駆動される。このとき、方向切換回路５によって駆動回路６の駆動方向が制御され、図６の（ｄ）（ｅ）に示すような波形となる。駆動回路６の出力は負のゲインをもつ電流出力差動増幅器８に入力され、その出力電流はコンデンサＣでなめらかな波形に変換され、抵抗器Ｒ２を通して入力信号に対して負帰還がかけられる。ここで、図１のブロック図のパルス幅変調方式駆動装置は、絶対値回路２の入力から駆動回路６の出力までのゲインを K、電流出力差動増幅器８の電圧−電流変換ゲインを -Yとすると、全体のゲイン G(S) は、
G(S)=K*(1+S*C*R2)/(1+R1*K*Y+S*C*(R1+R2))
となり、また、
R2=(R1+R2)/(1+R1*K*Y)
の条件を満たすとき、すなわち、
R2=1/(K*Y)
のときは、
G(S)=K*R2/(R1+R2)
となり、周波数特性は平坦である。
また、
R2 < 1/(K*Y)
のときは、高域が下がる周波数特性となり、
R2 > 1/(K*Y)
のときは、高域が上がる周波数特性となるため、必要に応じて抵抗値を変えることにより周波数特性を調整することが可能である。
【００１６】
ここで、図３（ａ）に三角波発生回路３の回路図の一例を示す。外部クロック入力端子２１がコンデンサＣ２１、抵抗器Ｒ２１の直列回路を介して接地され、コンデンサＣ２１と抵抗器Ｒ２１の接続点からトランジスタＱ２１のベースに接続され、トランジスタＱ２１のエミッタは接地されている。コレクタには抵抗器Ｒ２２を介して電源である電池２３の電圧が印加され、更に当該コレクタはコンデンサＣ２２で接地されるとともに出力端子２２に接続されている。
【００１７】
外部クロック入力端子２１には、図３（ｂ）で示される外部クロック信号が入力され、コンデンサＣ２１と抵抗器Ｒ２１とで微分され図３（ｃ）で示される波形になり、外部クロックの立ち上がりでトランジスタＱ２１がＯＮして出力端子２２のレベルは０になり、その後、抵抗器Ｒ２２とコンデサＣ２２の時定数でゆっくりと立ち上がる図３（ｄ）で示されるような鋸歯状の三角波が出力端子２２に発生する。このとき、抵抗器Ｒ２２には電池２３の電圧に比例した電流が流れるため、三角波の波高値は電池２３の電圧に比例する。
【００１８】
また波形図の図６において、波形（ｂ１）は絶対値回路２の出力波形、（ｂ２）は三角波発生回路３の出力波形、波形（ｄ）は駆動回路６の一端の出力波形、波形（ｅ）は駆動回路６の他端の出力波形であり、三角波（ｂ２）の波高は電池２３の電圧に比例するため、駆動回路６の一端の出力波形（ｄ）のパルス幅は電池２３の電圧にほぼ反比例するので、駆動面積が同じとなり、駆動回路６のゲインは電池２３の電圧にほとんど依存しない。
【００１９】
（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２におけるパルス幅変調方式駆動装置のブロック図である。図２において、図１のブロック図の抵抗器Ｒ１に代えて入力された電圧を電流に変換して出力するためのＶ−Ｉ変換回路９を接続し、その出力を所定の値の抵抗器ＲとコンデンサＣとの直列回路で接地し、Ｖ−Ｉ変換回路９の出力は絶対値回路２の入力に接続し、また抵抗器ＲとコンデンサＣの接続点には電流出力差動増幅器８の出力を接続したもので、それ以外は図１と同じ接続である。
【００２０】
以上のように構成されたパルス幅変調方式駆動装置について、以下その動作を説明する。入力端子１に入力された信号は、Ｖ−Ｉ変換回路９で電圧から電流に変換され、抵抗器Ｒ、コンデンサＣで構成されたラグリードフィルタと絶対値回路２を通して比較器４で三角波発生回路３の出力と比較され、駆動回路６で負荷７をＰＷＭ駆動する。ここで、ラグリードフィルタの周波数特性は図７（ｄ）で示されるような周波数特性を有する。このとき、方向切換回路５によって駆動回路６の駆動方向が制御され、図６の（ｄ），（ｅ）のような波形となる。駆動回路６の出力は負のゲインをもつ電流出力差動増幅器８に入力され、その出力電流はコンデンサＣでなめらかな波形に変換され、抵抗器Ｒを通して入力信号に対して負帰還がかけられる。ここで、図２のブロック図のパルス幅変調方式駆動装置は、Ｖ−Ｉ変換回路９電圧−電流変換ゲインを Y1、絶対値回路２の入力から駆動回路６の出力までのゲインを K、電流出力差動増幅器８の電圧−電流変換ゲインを-Y2 とすると、全体のゲイン G(S) は、
G(S)=K*Y1*R*(1+S*C*R)/(K*Y2*R+S*C*R)
となり、
また R=1/(K*Y2) のときは、
G(S)=K*Y1*R
となり、周波数特性は平坦となる。
また、
R < 1/(K*Y2)
のときは、高域が下がる周波数特性となり、
R > 1/(K*Y2)
のときは、高域が上がる周波数特性となるため、必要に応じて抵抗値を変えることにより周波数特性を調整することが可能である。
【００２１】
以上のように本発明の実施の形態１、２のパルス幅変調方式駆動装置によれば平坦な周波数特性が得られ、電源電圧に依存しない。
なお入力信号を正の値の範囲に限定すれば絶対値回路２および方向切換回路５は不要である。また、ここで言う接地とはグランドレベルに限るものではなく、任意の基準電位に設定できることは言うまでもない。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように本発明は、抵抗器およびコンデンサの直列回路よりなりその抵抗器側の一端に入力信号が印加されコンデンサ側の他端は接地され、前記抵抗器側の一端または抵抗値の中間から出力が取り出されるラグリードフィルタと、三角波発生回路と、前記ラグリードフィルタの出力を前記三角波発生回路の出力と比較してパルス幅に変換する比較器と、前記比較器の出力のパルス幅に応じて負荷を駆動する駆動回路と、前記駆動回路の出力を前記ラグリードフィルタの抵抗器とコンデンサの接続点に帰還するように構成した帰還回路とを備えているものであり、前記ラグリードフィルタの抵抗器およびコンデンサの値を調整することによって装置の周波数特性を平坦にまたは任意に設定することができる。
【００２３】
また、電源電圧にほぼ比例する波高値の三角波を発生する三角波発生回路と、入力信号を三角波発生回路の出力と比較してパルス幅に変換する比較器と、比較器の出力のパルス幅に応じて負荷を駆動する駆動回路と、駆動回路の出力を入力側に帰還するための帰還回路とを備え、三角波発生回路は電源電圧にほぼ比例する波高値の三角波を発生することにより、駆動回路の伝達ゲインが電源電圧に依存しないように作用し、装置の周波数特性を電源電圧に依存しないパルス幅変調方式駆動装置を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１のパルス幅変調方式駆動装置のブロック図
【図２】同じく実施の形態２のパルス幅変調方式駆動装置のブロック図
【図３】三角波発生回路３の回路図およびその各部波形図
【図４】従来のパルス幅変調方式駆動装置の第１の例のブロック図
【図５】従来のパルス幅変調方式駆動装置の第２の例のブロック図
【図６】ＰＷＭ動作の波形図
【図７】周波数特性の説明図
【符号の説明】
１  入力端子
２  絶対値回路
３  三角波発生回路
４  比較器
５  方向切換回路
６  駆動回路
７  負荷
８  電流出力差動増幅器
９  Ｖ−Ｉ変換回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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