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JP5537147B2 - Motor drive circuit, position control system using the same, and electronic equipment - Google Patents

Motor drive circuit, position control system using the same, and electronic equipment Download PDF

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JP5537147B2 JP2009294749A JP2009294749A JP5537147B2 JP 5537147 B2 JP5537147 B2 JP 5537147B2 JP 2009294749 A JP2009294749 A JP 2009294749A JP 2009294749 A JP2009294749 A JP 2009294749A JP 5537147 B2 JP5537147 B2 JP 5537147B2
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  • Control Of Linear Motors (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Description

本発明は、モータの駆動回路に関する。   The present invention relates to a motor drive circuit.

カメラのフォーカス用レンズを位置決めするために、ボイスコイルモータ(VCM)が利用される。ボイスコイルモータは、永久磁石とボイスコイルを備え、ボイスコイルに電流を供給すると、ボイスコイルが電流に応じて直進運動をする。   A voice coil motor (VCM) is used to position the focus lens of the camera. The voice coil motor includes a permanent magnet and a voice coil. When a current is supplied to the voice coil, the voice coil linearly moves according to the current.

その他にも、ボイスコイルモータは、HDDのヘッドの位置決め、カメラのズーム、絞り、シャッター、あるいはプリンタ(印刷機械)や加工機械のアクチュエータ、XYステージなど、幅広い用途に利用される。   In addition, the voice coil motor is used in a wide range of applications such as HDD head positioning, camera zoom, aperture, shutter, printer (printing machine), processing machine actuator, and XY stage.

特開2000−210030号公報JP 2000-21030 A

一般に、ボイスコイルモータの駆動には定電流回路が使用される。定電流回路は、ボイスコイルモータのコイルと直列に設けられる。回路の電源電圧Vddを直接用いて直接ボイスコイルモータを駆動する場合、この系の消費電力Pは、
P=Vdd×ICOIL
となる。たとえばVdd=4.5V、ICOIL=100mAの場合、消費電力は450mWであり、その大半は熱損失となり、改善の余地がある。
In general, a constant current circuit is used for driving the voice coil motor. The constant current circuit is provided in series with the coil of the voice coil motor. When the voice coil motor is driven directly using the power supply voltage Vdd of the circuit, the power consumption P of this system is
P = Vdd × I COIL
It becomes. For example, when Vdd = 4.5V and I COIL = 100 mA, the power consumption is 450 mW, most of which is heat loss, and there is room for improvement.

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、消費電力を低減可能したボイスコイルモータの駆動回路の提供にある。   The present invention has been made in view of these problems, and one of the exemplary purposes of an aspect thereof is to provide a drive circuit for a voice coil motor capable of reducing power consumption.

本発明のある態様は、ボイスコイルモータの駆動回路に関する。この駆動回路は、入力電圧を所定の電圧に変換するDC/DCコンバータを備える。ボイスコイルモータのボイスコイルが、DC/DCコンバータのインダクタンス素子として用いられる。   One embodiment of the present invention relates to a drive circuit for a voice coil motor. This drive circuit includes a DC / DC converter that converts an input voltage into a predetermined voltage. The voice coil of the voice coil motor is used as an inductance element of the DC / DC converter.

この態様によると、DC/DCコンバータの電圧変換によってボイスコイルに最適な電圧を与えつつ、その駆動電流を制御することができるため、高効率に駆動できる。   According to this aspect, since the drive current can be controlled while applying an optimum voltage to the voice coil by voltage conversion of the DC / DC converter, it is possible to drive with high efficiency.

本発明の別の態様もまた、ボイスコイルモータの駆動回路である。この駆動回路は、第1電圧が印加される第1固定電圧端子とボイスコイルモータのボイスコイルの第1端子の間に設けられたスイッチングトランジスタと、ボイスコイルの第1端子と第2電圧が印加される第2固定電圧端子の間に設けられた整流素子と、ボイスコイルの第2端子と第2固定電圧端子の間に設けられたキャパシタと、スイッチングトランジスタのオン、オフを制御する制御部と、を備える。   Another aspect of the present invention is also a voice coil motor drive circuit. This drive circuit applies a switching transistor provided between a first fixed voltage terminal to which a first voltage is applied and a first terminal of a voice coil of a voice coil motor, and a first terminal and a second voltage of the voice coil are applied. A rectifying element provided between the second fixed voltage terminal, a capacitor provided between the second terminal of the voice coil and the second fixed voltage terminal, and a control unit for controlling on / off of the switching transistor, .

この態様によると、駆動回路とボイスコイルモータが、ボイスコイルモータのボイスコイルをインダクタンス素子とした降圧型のDC/DCコンバータとして動作するため、高効率を得ることができる。   According to this aspect, since the drive circuit and the voice coil motor operate as a step-down DC / DC converter using the voice coil of the voice coil motor as an inductance element, high efficiency can be obtained.

ある態様の駆動回路は、ボイスコイルの第2端子と第2固定電圧端子の間に設けられた定電流回路をさらに備えてもよい。制御部は、定電流回路の両端間の電圧が所定値となるように、スイッチングトランジスタのオン、オフを制御してもよい。
定電流回路の両端間の電圧を、それが動作する最低限の値に安定化することにより、回路の効率を高めることができる。
The driving circuit according to an aspect may further include a constant current circuit provided between the second terminal and the second fixed voltage terminal of the voice coil. The control unit may control ON / OFF of the switching transistor so that the voltage between both ends of the constant current circuit becomes a predetermined value.
By stabilizing the voltage across the constant current circuit to the minimum value at which it operates, the efficiency of the circuit can be increased.

ある態様の駆動回路は、ボイスコイルの第2端子と第2固定電圧端子の間に設けられた検出抵抗をさらに備えてもよい。制御部は、検出抵抗の両端間の電圧が所定値となるように、スイッチングトランジスタのオン、オフを制御してもよい。
この場合、定電流回路を用いなくても、検出抵抗の両端間の電圧に応じて、ボイスコイルに流れる電流を制御できる。
The driving circuit according to an aspect may further include a detection resistor provided between the second terminal and the second fixed voltage terminal of the voice coil. The control unit may control ON / OFF of the switching transistor so that the voltage across the detection resistor becomes a predetermined value.
In this case, the current flowing through the voice coil can be controlled according to the voltage across the detection resistor without using a constant current circuit.

本発明のさらに別の態様もまた、ボイスコイルモータの駆動回路である。この駆動回路は、ボイスコイルモータのボイスコイルの第1端子と、第1電圧が印加される第1固定電圧端子の間に設けられたスイッチングトランジスタと、その一端が第1固定電圧端子と接続されたキャパシタと、ボイスコイルの第1端子とキャパシタの他端の間に設けられた整流素子と、スイッチングトランジスタのオン、オフを制御する制御部と、を備える。   Still another embodiment of the present invention is also a voice coil motor drive circuit. This drive circuit has a switching transistor provided between a first terminal of a voice coil of a voice coil motor, a first fixed voltage terminal to which a first voltage is applied, and one end thereof connected to the first fixed voltage terminal. A capacitor, a rectifying element provided between the first terminal of the voice coil and the other end of the capacitor, and a controller for controlling on / off of the switching transistor.

この態様によると、駆動回路とボイスコイルモータが、ボイスコイルモータのボイスコイルをインダクタンス素子とした昇圧型のDC/DCコンバータとして動作するため、非常に低い電圧にもとづいてボイスコイルモータを駆動できる。   According to this aspect, since the drive circuit and the voice coil motor operate as a step-up DC / DC converter using the voice coil of the voice coil motor as an inductance element, the voice coil motor can be driven based on a very low voltage.

ある態様の駆動回路は、キャパシタの他端と固定電圧端子の間に設けられた定電流回路をさらに備えてもよい。制御部は、定電流回路の両端間の電圧が所定値となるように、スイッチングトランジスタのオン、オフを制御してもよい。   The driving circuit according to an aspect may further include a constant current circuit provided between the other end of the capacitor and the fixed voltage terminal. The control unit may control ON / OFF of the switching transistor so that the voltage between both ends of the constant current circuit becomes a predetermined value.

ある態様の駆動回路は、キャパシタの他端と固定電圧端子の間に設けられた検出抵抗をさらに備えてもよい。制御部は、検出抵抗の両端間の電圧が所定値となるように、スイッチングトランジスタのオン、オフを制御してもよい。   The driving circuit according to an aspect may further include a detection resistor provided between the other end of the capacitor and the fixed voltage terminal. The control unit may control ON / OFF of the switching transistor so that the voltage across the detection resistor becomes a predetermined value.

本発明のさらに別の態様は、位置制御システムである。この位置制御システムは、ボイスコイルモータと、ボイスコイルモータを駆動する上述のいずれかの態様の駆動回路と、を備える。   Yet another aspect of the present invention is a position control system. The position control system includes a voice coil motor and a drive circuit according to any one of the above-described modes for driving the voice coil motor.

本発明のさらに別の態様は、撮像機能付き電子機器である。この電子機器は、オートフォーカス用レンズを位置決めする上述の位置制御システムを備える。   Yet another embodiment of the present invention is an electronic device with an imaging function. This electronic apparatus includes the above-described position control system for positioning the autofocus lens.

なお、以上の構成要素の任意の組合せや本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。   Note that any combination of the above-described constituent elements and the constituent elements and expressions of the present invention replaced with each other among methods, apparatuses, systems, etc. are also effective as an aspect of the present invention.

本発明のある態様によれば、高効率なモータの駆動回路が提供される。   According to an aspect of the present invention, a highly efficient motor drive circuit is provided.

第1の実施の形態に係る駆動回路を用いた位置制御システムの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the position control system using the drive circuit which concerns on 1st Embodiment. 図1の駆動回路の動作を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows operation | movement of the drive circuit of FIG. 図3(a)、(b)は、比較技術に係る駆動回路の構成を示す回路図である。FIGS. 3A and 3B are circuit diagrams showing the configuration of the drive circuit according to the comparison technique. 第1の変形例に係る位置制御システムの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the position control system which concerns on a 1st modification. 第2の変形例に係る位置制御システムの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the position control system which concerns on a 2nd modification. 第2の実施の形態に係る駆動回路を用いた位置制御システムの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the position control system using the drive circuit which concerns on 2nd Embodiment. 図6の駆動回路の変形例を示す回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram showing a modification of the drive circuit in FIG. 6.

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。   The present invention will be described below based on preferred embodiments with reference to the drawings. The same or equivalent components, members, and processes shown in the drawings are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted as appropriate. The embodiments do not limit the invention but are exemplifications, and all features and combinations thereof described in the embodiments are not necessarily essential to the invention.

本明細書において、「部材Aが、部材Bと接続された状態」とは、部材Aと部材Bが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Aと部材Bが、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
In this specification, “the state in which the member A is connected to the member B” means that the member A and the member B are electrically connected in addition to the case where the member A and the member B are physically directly connected. It includes the case of being indirectly connected through another member that does not affect the connection state.
Similarly, “the state in which the member C is provided between the member A and the member B” refers to the case where the member A and the member C or the member B and the member C are directly connected, as well as an electrical condition. It includes the case of being indirectly connected through another member that does not affect the connection state.

(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態に係る駆動回路4を用いた位置制御システム1の構成を示す回路図である。位置制御システム1は、ボイスコイルモータ(以下、VCM)2および駆動回路4を備える。この位置制御システム1は、たとえば撮像機能付き電子機器、たとえばデジタルカメラやビデオカメラ、撮像機能付き携帯電話に搭載され、オートフォーカス用、あるいはその他のレンズの位置決めに利用される。
(First embodiment)
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a position control system 1 using a drive circuit 4 according to the first embodiment. The position control system 1 includes a voice coil motor (hereinafter referred to as VCM) 2 and a drive circuit 4. The position control system 1 is mounted on, for example, an electronic device with an imaging function, such as a digital camera or video camera, or a mobile phone with an imaging function, and is used for autofocusing or positioning of other lenses.

VCM2は、そのボイスコイルL1に流れる駆動電流に応じて、可動子の位置が変化する。駆動回路4は、ボイスコイルL1に対して駆動電圧を与えるとともに、目標位置に応じた駆動電流を供給する。   In the VCM 2, the position of the mover changes according to the drive current flowing through the voice coil L1. The driving circuit 4 supplies a driving voltage to the voice coil L1 and supplies a driving current corresponding to the target position.

駆動回路4は、スイッチングトランジスタSW1、同期整流トランジスタSW2、キャパシタC1、制御回路10、定電流回路6を備える。スイッチングトランジスタSW1、同期整流トランジスタSW2、制御回路10は、ひとつの半導体基板上に制御IC100として集積化されている。   The drive circuit 4 includes a switching transistor SW1, a synchronous rectification transistor SW2, a capacitor C1, a control circuit 10, and a constant current circuit 6. The switching transistor SW1, the synchronous rectification transistor SW2, and the control circuit 10 are integrated as a control IC 100 on one semiconductor substrate.

ボイスコイルL1の第1端子T1は、制御IC100のスイッチング端子P3と接続されている。第1固定電圧端子P1には、第1電圧として電源電圧Vddが印加される。スイッチングトランジスタSW1はPチャンネルMOSFETであり、第1固定電圧端子P1とVCM2のボイスコイルL1の第1端子T1の間に設けられる。第2固定電圧端子P2には、第2電圧として接地電圧VGNDが印加される。同期整流トランジスタSW2はNチャンネルMOSFETであり、ボイスコイルL1の第1端子T1と第2固定電圧端子P2の間に設けられる。なお同期整流トランジスタSW2に代えて、そのカソードがボイスコイルL1の第1端子T1側、そのアノードが第2固定電圧端子P2側となる向きで配置された整流用のダイオードを用いてもよい。キャパシタC1は、ボイスコイルL1の第2端子T2と第2固定電圧端子P2の間に設けられる。 The first terminal T1 of the voice coil L1 is connected to the switching terminal P3 of the control IC 100. The power supply voltage Vdd is applied as the first voltage to the first fixed voltage terminal P1. The switching transistor SW1 is a P-channel MOSFET, and is provided between the first fixed voltage terminal P1 and the first terminal T1 of the voice coil L1 of the VCM2. The ground voltage V GND is applied as the second voltage to the second fixed voltage terminal P2. The synchronous rectification transistor SW2 is an N-channel MOSFET, and is provided between the first terminal T1 and the second fixed voltage terminal P2 of the voice coil L1. Instead of the synchronous rectification transistor SW2, a rectification diode may be used in which the cathode is disposed on the first terminal T1 side of the voice coil L1 and the anode is disposed on the second fixed voltage terminal P2 side. The capacitor C1 is provided between the second terminal T2 and the second fixed voltage terminal P2 of the voice coil L1.

制御回路10は、フィードバック端子P4に入力されたフィードバック信号FBにもとづいてスイッチングトランジスタSW1のオン、オフを制御する。スイッチングトランジスタSW1のスイッチング周波数は、可聴帯域よりも高く設計することが望ましい。   The control circuit 10 controls on / off of the switching transistor SW1 based on the feedback signal FB input to the feedback terminal P4. The switching frequency of the switching transistor SW1 is preferably designed to be higher than the audible band.

制御回路10は、パルス幅変調器12およびドライバ19を含む。パルス幅変調器12は、フィードバック信号FBが所定の目標値と一致するようにデューティ比が調節されるパルス信号SPWMを生成する。ドライバ19はパルス信号SPWMにもとづいて、スイッチングトランジスタSW1と同期整流トランジスタSW2を相補的にオン、オフさせる。 The control circuit 10 includes a pulse width modulator 12 and a driver 19. The pulse width modulator 12 generates a pulse signal S PWM whose duty ratio is adjusted so that the feedback signal FB matches a predetermined target value. Driver 19 based on the pulse signal S PWM, complementarily turned on, to turn off the synchronous rectification transistor SW2 and the switching transistor SW1.

パルス幅変調器12は、誤差増幅器14、オシレータ16、PWMコンパレータ18を含む。誤差増幅器14は、フィードバック信号FBと基準電圧Vrefの誤差を増幅し、誤差に応じた誤差電圧VERRを生成する。オシレータ16は、三角波もしくはのこぎり波状の周期信号VOSCを生成する。PWMコンパレータ18は、誤差電圧VERRと周期信号VOSCを比較し、パルス信号SPWMを生成する。なお、パルス幅変調器12の構成はこれに限定されず、他の方式の変調器を用いてもよい。 The pulse width modulator 12 includes an error amplifier 14, an oscillator 16, and a PWM comparator 18. The error amplifier 14 amplifies an error between the feedback signal FB and the reference voltage Vref, and generates an error voltage V ERR corresponding to the error. The oscillator 16 generates a periodic signal V OSC having a triangular wave shape or a sawtooth wave shape . The PWM comparator 18 compares the error voltage V ERR with the periodic signal V OSC and generates a pulse signal S PWM . The configuration of the pulse width modulator 12 is not limited to this, and other types of modulators may be used.

定電流回路6は、ボイスコイルL1の第2端子T2と第2固定電圧端子P2の間に設けられる。定電流回路6は、ボイスコイルL1に流すべき駆動電流IDRVを発生する。定電流回路6の両端間の電圧Vsが、フィードバック信号FBとしてフィードバック端子P4に入力される。つまり制御回路10は、定電流回路6の両端間の電圧Vsが所定値Vrefとなるように、スイッチングトランジスタSW1およびSW2のオン、オフを制御する。 The constant current circuit 6 is provided between the second terminal T2 and the second fixed voltage terminal P2 of the voice coil L1. The constant current circuit 6 generates a drive current I DRV to be passed through the voice coil L1. The voltage Vs across the constant current circuit 6 is input to the feedback terminal P4 as the feedback signal FB. That is, the control circuit 10 controls the switching transistors SW1 and SW2 to be turned on and off so that the voltage Vs across the constant current circuit 6 becomes the predetermined value Vref.

定電流回路6には、VCM2の可動子(ボイスコイルL1)の目標位置に応じた指令値が入力される。定電流回路6が生成する駆動電流IDRVは、指令値に応じて規定される。なお定電流回路6は制御IC100に一体集積化してもよい。 A command value corresponding to the target position of the mover (voice coil L1) of the VCM 2 is input to the constant current circuit 6. The drive current I DRV generated by the constant current circuit 6 is defined according to the command value. The constant current circuit 6 may be integrated in the control IC 100.

定電流回路6はその両端間の電圧Vsが所定のしきい値より高いときに、所定の駆動電流IDRVを生成することができ、低いときにはそれを生成できない。したがって基準電圧Vrefは、このしきい値より高い値でなるべく低く設定される。これにより定電流回路6に安定的に駆動電流IDRVを生成させることができるとともに、回路の効率を高めることができる。 The constant current circuit 6 can generate a predetermined drive current IDRV when the voltage Vs between both ends thereof is higher than a predetermined threshold, and cannot generate it when it is low. Therefore, the reference voltage Vref is set as low as possible with a value higher than this threshold value. As a result, it is possible to cause the constant current circuit 6 to stably generate the drive current I DRV and to increase the efficiency of the circuit.

以上が位置制御システム1の構成である。続いてその動作を説明する。   The above is the configuration of the position control system 1. Next, the operation will be described.

図1の駆動回路4およびVCM2は、いわゆる同期整流型の降圧DC/DCコンバータとして機能する。このDC/DCコンバータでは、磁気エネルギーを蓄えるためのインダクタンス素子として、VCM2のボイスコイルL1を利用している。   The drive circuit 4 and the VCM 2 in FIG. 1 function as a so-called synchronous rectification step-down DC / DC converter. In this DC / DC converter, a voice coil L1 of VCM2 is used as an inductance element for storing magnetic energy.

図2は、図1の駆動回路4の動作を示す波形図である。   FIG. 2 is a waveform diagram showing the operation of the drive circuit 4 of FIG.

駆動回路4およびVCM2がDC/DCコンバータとして動作する結果、VCM2の第2端子T2には、電源電圧Vddを降圧した出力電圧Voutが現れる。図1の構成では、この出力電圧Voutが基準電圧Vrefと等しくなるようにフィードバック制御される。   As a result of the drive circuit 4 and VCM2 operating as a DC / DC converter, an output voltage Vout obtained by stepping down the power supply voltage Vdd appears at the second terminal T2 of VCM2. In the configuration of FIG. 1, feedback control is performed so that the output voltage Vout becomes equal to the reference voltage Vref.

VCM2の第1端子T1には、電源電圧Vdd(第1電圧)と接地電圧VGND(第2電圧)を交互に繰り返すスイッチング電圧SWOUTが印加される。また第2端子T2には、基準電圧Vrefに応じて安定化された出力電圧Voutが印加される。ボイスコイルL1の両端間の電圧Vは、出力電圧Voutとスイッチング電圧SWOUTの差(Vout−SWOUT)となる。 A switching voltage SWOUT that alternately repeats the power supply voltage Vdd (first voltage) and the ground voltage V GND (second voltage) is applied to the first terminal T1 of the VCM2. The output voltage Vout stabilized according to the reference voltage Vref is applied to the second terminal T2. A voltage VL between both ends of the voice coil L1 is a difference (Vout−SWOUT) between the output voltage Vout and the switching voltage SWOUT.

このときボイスコイルL1にはコイル電流Iが流れる。このコイル電流Iは、定電流回路6が発生する駆動電流IDRVを平均値として脈流する。その結果、VCM2の可動子は、駆動電流IDRVに応じて位置決めされる。 At this time, a coil current IL flows through the voice coil L1. The coil current I L, the pulsating driving current I DRV the constant current circuit 6 is generated as an average value. As a result, the mover of the VCM 2 is positioned according to the drive current I DRV .

以上が駆動回路4の動作である。駆動回路4の利点は、比較技術との対比によって明確となる。図3(a)、(b)は、比較技術に係る駆動回路の構成を示す回路図である。   The above is the operation of the drive circuit 4. The advantage of the drive circuit 4 becomes clear by comparison with a comparative technique. FIGS. 3A and 3B are circuit diagrams showing the configuration of the drive circuit according to the comparison technique.

図3(a)において、駆動回路である定電流回路206は、VCM202のボイスコイルL1と直列に設けられる。このトポロジーでは、電源電圧Vddが高い場合に、回路の損失が大きくなる。たとえばVdd=4.5V、IDRV=100mAとすると、回路の消費電力は450mWとなる。消費電力の大半は定電流回路6における熱損失となる。 In FIG. 3A, a constant current circuit 206 as a drive circuit is provided in series with the voice coil L1 of the VCM 202. In this topology, the circuit loss increases when the power supply voltage Vdd is high. For example, if Vdd = 4.5 V and I DRV = 100 mA, the power consumption of the circuit is 450 mW. Most of the power consumption is a heat loss in the constant current circuit 6.

図3(b)では、降圧DC/DCコンバータ208によって電源電圧Vddをそれよりも低い直流電圧Vdcに変換する。そして直流電圧Vdcを用いてVCM202を駆動する。たとえば直流電圧Vdcを2V、駆動電流IDRVを100mA、DC/DCコンバータ208の変換効率を100%と仮定すると、消費電力は200mWに低減される。図3(b)のトポロジーでは、DC/DCコンバータ208にインダクタンス素子が必要となるため、回路面積、コストが高くなる。 In FIG. 3B, the step-down DC / DC converter 208 converts the power supply voltage Vdd into a lower DC voltage Vdc. Then, the VCM 202 is driven using the DC voltage Vdc. For example, assuming that the DC voltage Vdc is 2 V, the drive current I DRV is 100 mA, and the conversion efficiency of the DC / DC converter 208 is 100%, the power consumption is reduced to 200 mW. In the topology of FIG. 3B, since an inductance element is required for the DC / DC converter 208, the circuit area and cost are increased.

これに対して、図1の駆動回路4によれば、図3(a)より低く、図3(b)と同程度の消費電力にてVCM2を駆動することができる。また、DC/DCコンバータ用のインダクタンス素子としてVCM2のボイスコイルL1を利用しているため、回路面積、コストの増加を抑えることができる。   On the other hand, according to the drive circuit 4 of FIG. 1, the VCM 2 can be driven with lower power consumption than that of FIG. Further, since the voice coil L1 of the VCM2 is used as the inductance element for the DC / DC converter, an increase in circuit area and cost can be suppressed.

続いていくつかの変形例を説明する。   Subsequently, some modified examples will be described.

図4は、第1の変形例に係る位置制御システム1aの構成を示す回路図である。図4の駆動回路4aは、図1の定電流回路6に代えて、検出抵抗R1を備える。検出抵抗R1は、ボイスコイルL1の第2端子T2と第2固定電圧端子(接地端子)の間に設けられる。   FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of the position control system 1a according to the first modification. The drive circuit 4a in FIG. 4 includes a detection resistor R1 instead of the constant current circuit 6 in FIG. The detection resistor R1 is provided between the second terminal T2 of the voice coil L1 and the second fixed voltage terminal (ground terminal).

そして検出抵抗R1の両端間の電圧Vsがフィードバック端子P4へとフィードバックされる。基準電圧Vrefは、VCM2の可動子(ボイスコイルL1)の目標位置を示す指令値に応じて設定される。制御IC100は、電圧Vsが基準電圧Vrefと一致するように、スイッチングトランジスタSW1、同期整流トランジスタSW2のオン、オフのデューティ比を制御する。検出抵抗R1は制御IC100に内蔵されてもよい。   The voltage Vs across the detection resistor R1 is fed back to the feedback terminal P4. The reference voltage Vref is set according to a command value indicating the target position of the mover (voice coil L1) of the VCM2. The control IC 100 controls the ON / OFF duty ratio of the switching transistor SW1 and the synchronous rectification transistor SW2 so that the voltage Vs matches the reference voltage Vref. The detection resistor R1 may be built in the control IC 100.

図4の駆動回路4aの動作を説明する。検出抵抗R1の両端間の電圧Vsが基準電圧Vrefと一致するようフィードバックがかかると、検出抵抗R1には、
DRV=Vref/R1
で与えられる駆動電流IDRVが定常的に流れる。その結果、ボイスコイルL1には、この駆動電流IDRVを中心値として脈流するコイル電流Iが流れ、VCM2の可動子を目標位置に位置決めすることができる。なお、脈流の周波数および振幅は、スイッチングトランジスタSW1のスイッチング周波数、位置制御システム1の容量、ボイスコイルL1のインダクタンス値に応じて定まり、それらのパラメータを最適化することで、位置制御システム1の精度に及ぼす影響は十分に小さくできる。
The operation of the drive circuit 4a in FIG. 4 will be described. When feedback is applied so that the voltage Vs across the detection resistor R1 matches the reference voltage Vref, the detection resistor R1
I DRV = Vref / R1
The drive current I DRV given by As a result, the voice coil L1, the coil current I L for pulsating the drive current I DRV around value flows, it is possible to position the mover in VCM2 the target position. The frequency and amplitude of the pulsating flow are determined according to the switching frequency of the switching transistor SW1, the capacity of the position control system 1, and the inductance value of the voice coil L1, and by optimizing those parameters, the position control system 1 The effect on accuracy can be made sufficiently small.

図4の変形例は、図1の回路の利点に加えて、図1の構成に比べて回路を簡素化できるという利点がある。   The modification of FIG. 4 has an advantage that the circuit can be simplified compared to the configuration of FIG. 1 in addition to the advantage of the circuit of FIG.

図5は、第2の変形例に係る位置制御システム1bの構成を示す回路図である。図5の駆動回路4bの構成は、図4の駆動回路4aの構成を天地反転(電源接地反転)したものとなっている。すなわち、第1固定電圧端子P1には、第1電圧として接地電圧VGNDが印加され、第2固定電圧端子P2には、第2電圧として電源電圧Vddが印加される。またスイッチングトランジスタSW1がNチャンネルMOSFET、同期整流トランジスタSW2がPチャンネルMOSFETとなっている。 FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a position control system 1b according to the second modification. The configuration of the drive circuit 4b in FIG. 5 is obtained by reversing the configuration of the drive circuit 4a in FIG. That is, the ground voltage V GND is applied as the first voltage to the first fixed voltage terminal P1, and the power supply voltage Vdd is applied as the second voltage to the second fixed voltage terminal P2. The switching transistor SW1 is an N-channel MOSFET, and the synchronous rectification transistor SW2 is a P-channel MOSFET.

この変形例においても、図4の位置制御システム1aと同様に、高効率動が実現できる。さらに図5において検出抵抗R1を定電流回路6と置き換えてもよい。   Also in this modified example, high-efficiency motion can be realized as in the position control system 1a of FIG. Further, the detection resistor R1 may be replaced with the constant current circuit 6 in FIG.

(第2の実施の形態)
第1の実施の形態では、ある程度高い電源電圧Vddが供給される系において、高効率にVCM2を駆動する技術について説明した。これに対して、第2の実施の形態では、非常に低い電源電圧Vddが供給される系において、VCM2を好適に駆動する技術を説明する。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, the technology for driving the VCM 2 with high efficiency in a system to which a somewhat high power supply voltage Vdd is supplied has been described. In contrast, in the second embodiment, a technique for suitably driving the VCM 2 in a system to which a very low power supply voltage Vdd is supplied will be described.

図6は、第2の実施の形態に係る駆動回路4cを用いた位置制御システム1の構成を示す回路図である。図6の駆動回路4cおよびVCM2は、いわゆるダイオード整流型の昇圧DC/DCコンバータとして機能する。このDC/DCコンバータでは、磁気エネルギーを蓄えるためのインダクタンス素子として、VCM2のボイスコイルL1を利用している。   FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of the position control system 1 using the drive circuit 4c according to the second embodiment. The drive circuit 4c and VCM2 in FIG. 6 function as a so-called diode rectification type step-up DC / DC converter. In this DC / DC converter, a voice coil L1 of VCM2 is used as an inductance element for storing magnetic energy.

具体的には、スイッチングトランジスタSW1は、VCM2のボイスコイルL1の第1端子T1と、第1電圧である接地電圧VGNDが印加される第1固定電圧端子P1の間に設けられる。キャパシタC1の一端T3は、第1固定電圧端子(接地端子)と接続され、接地電圧VGNDが印加される。整流ダイオードD1は、VCM2の第1端子T1がアノード側、キャパシタC1の他端T4がカソード側となる向きで設けられる。整流ダイオードD1に代えて、スイッチングトランジスタSW1と相補的にオン、オフする同期整流用トランジスタを設けてもよい。 Specifically, the switching transistor SW1 is provided between the first terminal T1 of the voice coil L1 of the VCM 2 and the first fixed voltage terminal P1 to which the ground voltage V GND that is the first voltage is applied. One end T3 of the capacitor C1 is connected to a first fixed voltage terminal (ground terminal), and a ground voltage V GND is applied. The rectifier diode D1 is provided in such a direction that the first terminal T1 of the VCM2 is on the anode side and the other end T4 of the capacitor C1 is on the cathode side. Instead of the rectifying diode D1, a synchronous rectifying transistor that is turned on / off complementarily to the switching transistor SW1 may be provided.

制御回路10は、スイッチングトランジスタSW1のオン、オフを制御する。   The control circuit 10 controls on / off of the switching transistor SW1.

定電流回路6は、キャパシタC1の他端T4と第1固定電圧端子P1の間に設けられる。制御回路10は、定電流回路6の両端間の電圧Vsが所定値となるように、スイッチングトランジスタSW1のオン、オフを制御する。第1の実施の形態と同様、定電流回路6に代えて検出抵抗R1を設けてもよい。   The constant current circuit 6 is provided between the other end T4 of the capacitor C1 and the first fixed voltage terminal P1. The control circuit 10 controls on / off of the switching transistor SW1 so that the voltage Vs across the constant current circuit 6 becomes a predetermined value. As in the first embodiment, a detection resistor R1 may be provided instead of the constant current circuit 6.

以上が駆動回路4cの構成である。続いてその動作を説明する。   The above is the configuration of the drive circuit 4c. Next, the operation will be described.

図6の駆動回路4cでは、位置制御システム1cが昇圧DC/DCコンバータとして動作するため、電源電圧Vddよりも高い電圧Voutが、キャパシタC1の他端T4に発生する。そしてボイスコイルL1には、駆動電流IDRVを平均値として脈流する駆動電流IDRVが流れ、VCM2の可動子が目標位置に位置決めされる。 In the drive circuit 4c of FIG. 6, since the position control system 1c operates as a step-up DC / DC converter, a voltage Vout higher than the power supply voltage Vdd is generated at the other end T4 of the capacitor C1. And the voice coil L1, the driving current I DRV for pulsating the drive current I DRV as mean flow, the movable element of VCM2 is positioned at the target position.

図3(a)の比較技術では、電源電圧Vddが非常に低い場合、たとえば0.3Vの場合には、VCM2を駆動することができない。これに対して図6の駆動回路4cによれば、VCM2を駆動することができる。またDC/DCコンバータのインダクタンス素子としてボイスコイルL1を利用しているため、回路面積、コストの増加も抑制できる。   In the comparison technique shown in FIG. 3A, when the power supply voltage Vdd is very low, for example, 0.3 V, the VCM 2 cannot be driven. On the other hand, according to the drive circuit 4c in FIG. 6, the VCM 2 can be driven. Further, since the voice coil L1 is used as the inductance element of the DC / DC converter, an increase in circuit area and cost can be suppressed.

なお、制御IC100に対する電源電圧Vdd’としては、第1固定電圧端子P1に対する電源電圧Vddとは別の、ある程度高い電圧が供給されている必要があるが、制御IC100は大電流を消費しないので、第2の電源電圧Vdd’を生成する電源の電流能力は低くてよい。この電源として、位置制御システム1dが搭載される電子機器の別の電源を利用してもよいし、チャージポンプ回路などを用いて構成してもよい。   The power supply voltage Vdd ′ for the control IC 100 needs to be supplied with a voltage that is somewhat higher than the power supply voltage Vdd for the first fixed voltage terminal P1, but the control IC 100 does not consume a large current. The current capability of the power supply that generates the second power supply voltage Vdd ′ may be low. As this power source, another power source of an electronic device on which the position control system 1d is mounted may be used, or a charge pump circuit or the like may be used.

図7は、図6の駆動回路の変形例を示す回路図である。図7の駆動回路4dは、図6の駆動回路4cを天地反転した構成となっており、その他の構成は同様である。   FIG. 7 is a circuit diagram showing a modification of the drive circuit of FIG. The drive circuit 4d in FIG. 7 has a configuration obtained by inverting the drive circuit 4c in FIG. 6 upside down, and the other configurations are the same.

図7の位置制御システム1dによっても、低い電源電圧VddにもとづきVCM2を駆動することができる。   The position control system 1d of FIG. 7 can also drive the VCM 2 based on the low power supply voltage Vdd.

以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセス、それらの組み合わせには、さまざまな変形例が存在しうる。以下、こうした変形例について説明する。   The present invention has been described based on the embodiments. This embodiment is an exemplification, and various modifications may exist in each of those constituent elements, each processing process, and a combination thereof. Hereinafter, such modifications will be described.

図1、図4、図5、図6、図7のパルス幅変調器12に代えて、パルス周波数変調器(PFM)を使用してもよい。   Instead of the pulse width modulator 12 of FIGS. 1, 4, 5, 6, and 7, a pulse frequency modulator (PFM) may be used.

実施の形態では、VCMを駆動する場合を説明したが本発明はそれに限定されず、その他さまざまな、コイルに流れる直流的電流値によってトルクや位置制御が行われるモータ(アクチュエータ)の駆動に利用できる。   In the embodiment, the case where the VCM is driven has been described. However, the present invention is not limited to this, and can be used for driving various other types of motors (actuators) in which torque and position control are performed by a direct current value flowing through the coil. .

実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。   Although the present invention has been described using specific terms based on the embodiments, the embodiments only illustrate the principles and applications of the present invention, and the embodiments are defined in the claims. Many variations and modifications of the arrangement are permitted without departing from the spirit of the present invention.

1…位置制御システム、2…VCM、4…駆動回路、6…定電流回路、SW1…スイッチングトランジスタ、SW2…同期整流トランジスタ、D1…整流ダイオード、10…制御回路、12…パルス幅変調器、14…誤差増幅器、16…オシレータ、18…PWMコンパレータ、19…ドライバ、T1…第1端子、T2…第2端子、C1…キャパシタ、L1…ボイスコイル、P1…第1固定電圧端子、P2…第2固定電圧端子、P3…スイッチング端子、P4…フィードバック端子、100…制御IC、R1…検出抵抗。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Position control system, 2 ... VCM, 4 ... Drive circuit, 6 ... Constant current circuit, SW1 ... Switching transistor, SW2 ... Synchronous rectification transistor, D1 ... Rectifier diode, 10 ... Control circuit, 12 ... Pulse width modulator, 14 ... Error amplifier, 16 ... Oscillator, 18 ... PWM comparator, 19 ... Driver, T1 ... First terminal, T2 ... Second terminal, C1 ... Capacitor, L1 ... Voice coil, P1 ... First fixed voltage terminal, P2 ... Second Fixed voltage terminal, P3... Switching terminal, P4... Feedback terminal, 100... Control IC, R1.

Claims (4)

ボイスコイルモータの駆動回路であって、
第1電圧が印加される第1固定電圧端子と前記ボイスコイルモータのボイスコイルの第1端子の間に設けられたスイッチングトランジスタと、
前記ボイスコイルの前記第1端子と第2電圧が印加される第2固定電圧端子の間に設けられた整流素子と、
前記ボイスコイルの第2端子と前記第2固定電圧端子の間に設けられたキャパシタと、
前記ボイスコイルの前記第2端子と前記第2固定電圧端子の間に設けられた定電流回路と、
前記定電流回路の両端間の電圧が所定値となるように、前記スイッチングトランジスタのオン、オフを制御する制御部と、
を備えることを特徴とする駆動回路。
A drive circuit for a voice coil motor,
A switching transistor provided between a first fixed voltage terminal to which a first voltage is applied and a first terminal of a voice coil of the voice coil motor;
A rectifying element provided between the first terminal of the voice coil and a second fixed voltage terminal to which a second voltage is applied;
A capacitor provided between the second terminal of the voice coil and the second fixed voltage terminal;
A constant current circuit provided between the second terminal of the voice coil and the second fixed voltage terminal;
A control unit for controlling on and off of the switching transistor so that a voltage between both ends of the constant current circuit becomes a predetermined value ;
A drive circuit comprising:
ボイスコイルモータの駆動回路であって、
前記ボイスコイルモータのボイスコイルの第1端子と、第1電圧が印加される第1固定電圧端子の間に設けられたスイッチングトランジスタと、
その一端が前記第1固定電圧端子と接続されたキャパシタと、
前記ボイスコイルの前記第1端子と前記キャパシタの他端の間に設けられた整流素子と、
前記キャパシタの前記他端と固定電圧端子の間に設けられた定電流回路と、
前記定電流回路の両端間の電圧が所定値となるように、前記スイッチングトランジスタのオン、オフを制御する制御部と、
を備えることを特徴とする駆動回路。
A drive circuit for a voice coil motor,
A switching transistor provided between a first terminal of a voice coil of the voice coil motor and a first fixed voltage terminal to which a first voltage is applied;
A capacitor having one end connected to the first fixed voltage terminal;
A rectifying element provided between the first terminal of the voice coil and the other end of the capacitor;
A constant current circuit provided between the other end of the capacitor and a fixed voltage terminal;
A control unit for controlling on and off of the switching transistor so that a voltage between both ends of the constant current circuit becomes a predetermined value ;
A drive circuit comprising:
ボイスコイルモータと、
前記ボイスコイルモータを駆動する請求項1または2に記載の駆動回路と、
を備えることを特徴とする位置制御システム。
A voice coil motor,
The drive circuit according to claim 1 or 2 , which drives the voice coil motor;
A position control system comprising:
オートフォーカス用レンズを位置決めする請求項3に記載の位置制御システムを備えることを特徴とする撮像機能付き電子機器。   An electronic apparatus with an imaging function, comprising the position control system according to claim 3 for positioning an autofocus lens.
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