[發明專利]用于壓電設備的軟起動驅動器

無效

• 申請號: 201010503214.2
• 申請日: 2010-09-30
• 公開（公告）號: CN102035383A
• 公開（公告）日: 2011-04-27
• 發明（設計）人: 哈羅德·吉·伊;道格拉斯·詹姆斯·安德森
• 申請（專利權）人: 環球產權公司
• 主分類號: H02M3/156
• 分類號: H02M3/156
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 朱勝;李春暉

技術領域

本發明涉及升壓電路，并且特別地，涉及限制到諸如壓電驅動器的負載的起動電流的升壓電路。

背景技術

壓電致動器(actuator)要求高于1.5伏到12.6伏的典型電池電壓的高電壓。“高”電壓是20-200伏，其中當前100-120伏為典型驅動電壓。用于致動器的一些線路驅動電源提供高達1000伏。從電池產生高電壓更困難。如在美國專利7,468,573(Dai等人)中提到的那樣，“用于驅動壓電致動器”所需的高電壓“在當今的小電子設備中是不期望的”。’573專利中提出的解決方案是使用兩個“較低”電壓的脈沖來替代高電壓的單個脈沖。“較低”電壓未被公開。單層致動器通常需要比多層致動器更高的電壓。多層致動器具有提供比單層致動器更大的反饋力的優點。

因此，需要用于壓電設備的電池供電驅動器(即，單片電源)。升壓電路可以用于將來自電池的低電壓轉換成用于驅動器的較高電壓。在升壓轉換器中，存儲在電感器中的能量被作為高電壓的電流脈沖提供到電容器。

圖1是本領域中公知的基本升壓轉換器的示意圖；例如，參見美國專利3,913,000(Cardwell，Jr.)或者美國專利4,527,096(Kindlmann)。電感器11和晶體管12串聯連接在供電13和地之間。當晶體管12接通(導通)時，電流流過電感器11，從而將能量存儲在電感器產生的磁場中。通過電感器11的電流取決于電池電壓、電感、內電阻以及晶體管12的導通電阻而快速增加。當晶體管12關斷時，磁場以晶體管12的斷開特性確定的速率衰減。衰減的速率是相當迅速的，遠遠快于場增大的速率。電感器11兩端的電壓與場衰減的速率成比例。一百伏或者更高的電壓是可能的。因此，低電壓被轉換成高電壓。

當晶體管12關斷時，接點15處的電壓顯著高于電容器14上的電壓，并且電流流過正向偏置的二極管16。每個電流脈沖對電容器14少量充電，并且電容器上的電荷逐漸增加。在某個點，電容器14上的電壓將大于供電電壓。二極管16防止電流從電容器14流到供電13。

圖1中示出的轉換器的問題在于，當電容器14沒有充電時，二極管16兩端的電壓最大，并且電流受電感器的內電阻的限制。增加電阻以減小電流降低了電路正常工作期間的效率。高電流導致高電壓，其可能損壞由轉換器供電的壓電設備或其它設備。高電流還對為升壓電路供電的低電壓電池施加明顯負荷。

在本領域內已知脈沖寬度(即晶體管12導通的時期)影響電流(只要電感器不飽和即可)。這些年來，圖1的電路已增添有各種反饋環，其中的一些調制脈沖寬度；例如，美國專利7,106,036(Collins)以及7,129,679(Inaba等人)。’679專利公開了在起動期間逐漸改變占空因數(dutycycle)逐漸增加了來自轉換器的輸出電壓。逐漸改變是通過閉環反饋電路來實現的，該閉環反饋電路顯著增加了轉換器的成本、復雜度以及功耗。

考慮到前述，因此，本發明的目的是提供一種用于壓電設備的軟起動、高電壓驅動器。

本發明的另一目的是使單片電池供電驅動器的功率消耗最小化。

本發明的又一目的是限制升壓轉換器中的峰值電流，從而防止電感器飽和、最小化功耗以及避免對負載的損壞。

本發明的另一目的是提供一種用于升壓轉換器的簡單軟起動機制。

本發明的又一目的是提供一種開環軟起動轉換器。

發明內容

在本發明中實現了上述目的，其中，驅動器包括升壓轉換器、控制升壓轉換器的脈寬調制器以及控制脈寬調制器的定時器。定時器使得脈寬調制器產生窄脈沖，除非或者直到到達時期的結束，在時期的結束點，脈寬調制器不受定時器控制，而受其它裝置控制。定時器優選地是耦合到驅動器中的時鐘信號源的數字計數器。

附圖說明

通過考慮以下結合附圖的詳細描述，可以獲得對本發明更完整的理解，其中：

圖1是根據現有技術構造的升壓轉換器的示意圖；

圖2是用于說明本發明的工作的波形圖；以及

圖3是根據本發明的優選實施例構造的驅動器的框圖。

具體實施方式

根據圖2中示出的本發明的一個方面，當第一次接通轉換器時或者在重置之后，將任意數量的窄脈沖21施加到晶體管12的柵極18(圖1)。在電感器11中感應的場完全在飽和以下的意義上，脈沖是窄的。