[發明專利]壓電致動器驅動電路

有效

• 申請號: 201010290854.X
• 申請日: 2010-09-15
• 公開（公告）號: CN102025339A
• 公開（公告）日: 2011-04-20
• 發明（設計）人: 須永碧;田端利成;神谷岳
• 申請（專利權）人: 株式會社村田制作所
• 主分類號: H03H9/15
• 分類號: H03H9/15
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 侯穎媖;胡燁

技術領域

本發明涉及一種使振動體振動的壓電致動器的諧振驅動電路。

背景技術

壓電致動器多采用在具有壓電效應的材料(典型的是采用PZT陶瓷)上設置電極的構造，基本上是電壓驅動器件。即，對于施加到壓電致動器的電壓，會發生相應的機械變形，但有時壓電致動器不得不經常進行諧振驅動。這里所說的諧振驅動，是指如下驅動法：壓電致動器或與壓電致動器相結合的結構體(以下，為了簡化，稱之為“壓電裝置”)在取決于其機械形狀、尺寸的特定頻率下會產生諧振現象，從而可以得到在通常的電壓施加下所無法得到的大變形。

為了進行諧振驅動，只要對壓電裝置施加諧振頻率的交流電壓即可。例如，只要將產生諧振頻率的交流電壓的振蕩電路通過功率放大器與壓電裝置連接即可。

然而，由于壓電裝置制造上的偏差、以及壓電致動器相對于振動體的安裝位置精度等所導致的壓電裝置的諧振頻率產生個體差異，因此，僅僅向壓電裝置施加預先確定的固定頻率的交流信號，難以對壓電裝置進行諧振驅動。另外，雖然也考慮調整向每個壓電裝置施加的交流電壓的頻率，但由于通常壓電裝置的諧振頻率隨溫度的變化較大，因此，這種對策也仍然難以穩定地對壓電裝置進行諧振驅動。

因此，以往提出了一種以自激振蕩的方式進行諧振驅動的電路，該電路自動發現壓電裝置的諧振頻率，并產生該頻率的交流信號那樣動作。作為這種嘗試的一個例子，通過在壓電致動器上設置檢測變形量用的電極及端子，從而構成三電極式壓電致動器，并且構成驅動電路，以利用檢測變形量用端子的信號，將對壓電致動器的驅動信號進行正反饋。即，這是一種使壓電致動器的變形量成為最大的控制驅動方法。

然而，這種三電極式壓電致動器的制造方法既復雜、成本又高。另外，尤其是對于振動振幅較大的壓電致動器，在發生大變形的驅動部分和設有不會自主變形的檢測變形量用電極的部分之間，會發生大的畸變，從而使壓電致動器受損。

在使用對大位移十分安全且不具備所述檢測位移量用電極的雙電極式壓電致動器的情況下，可以采用將壓電致動器嵌入到驅動電路的諧振系統中的電路結構，從而使施加到壓電致動器的交流電壓的頻率與壓電致動器的實際諧振頻率一致。

作為以自激振蕩的方式進行諧振驅動的電路，已知有非專利文獻1所揭示的電路。圖1是表示非專利文獻1所示的壓電致動器a的驅動電路的基本結構的圖。在壓電致動器a的電流通路中，插入了檢測電流用的電阻R。利用該電阻R，可以得到與流經壓電致動器a的電流成正比的電壓信號，通過將該電壓信號進行正反饋的運算放大器OP，可以實現以壓電致動器a的電壓、電流相位差大致為0°的頻率進行驅動。

非專利文獻1：神谷岳、栗原潔、平田篤彥，雜志《燃料電池》，燃料電池開發信息中心出版，2009年4月30日發行，第8卷第4期，2009，P148-151，圖2

發明內容

然而，由于用來對壓電致動器那樣具有諧振特性的元件進行諧振驅動的自激振蕩式諧振驅動電路通常采用復雜的電路結構，因此，如圖1所示那樣，使用將壓電致動器的一個端子接地的單側接地電路。然而，在希望使圖1所記載的壓電致動器以更大的振幅進行振動的情況下，需要施加大的電源電壓。

即，為了使壓電致動器以所需的大振幅進行振動，通常采用從高于振蕩電路的電源電壓的直流高電壓生成交流電壓、并施加到壓電致動器的結構。直流高電壓通常由振蕩電路的電源電壓生成。

然而，若為了升高電壓而設置DC-DC轉換器等，則元器件的數量增多。另外，由于使用高耐壓的元器件，因此尺寸變大。而且，由于這些元器件中的多數都要求有高耐壓性，因此存在成本非常高的問題。

因此，本發明要解決的問題在于，提供一種不用設置昂貴的升壓電路就能對壓電裝置施加足夠大振幅的交流電壓的自激振蕩式諧振驅動電路。

為了解決上述問題，本發明的壓電致動器驅動電路包括正反饋電路，該正反饋電路將對應于施加到壓電致動器上的電壓而產生的檢測信號進行放大，使放大后的檢測信號正反饋到所述壓電致動器。

所述正反饋電路包括：放大電路、對所述檢測信號的電壓進行反饋的反饋電路、將與所述放大電路的輸出同相位的輸出電壓施加到所述壓電致動器的第一端子的同相放大電路、以及將與所述放大電路的輸出反相位的輸出施加到所述壓電致動器的第二端子的反相放大電路。

所述反饋電路是檢測出在流經所述壓電致動器的電流的通路中插入的電阻的兩端所產生的電壓并進行反饋的電路。

由所述同相放大電路和所述反相放大電路構成平衡驅動電路。