[發明專利]直接驅動波形放大器

有效

• 申請號: 201410043340.2
• 申請日: 2014-01-29
• 公開（公告）號: CN103973109B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: 卡爾·愛德華·施普倫托爾
• 申請（專利權）人: 羅杰斯公司
• 主分類號: H02M3/155
• 分類號: H02M3/155
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 王萍,陳煒

相關申請的交叉引用

本申請是在2011年6月10日提交的、題為“DIRECT DRIVE WAVEFORM GENERATOR”的、序列號為13/134,599的美國非臨時申請的部分延續案，其全部內容通過引用合并在本文中。本申請要求在2013年2月1日提交的、序列號為61/759,640的美國臨時專利申請的優先權，其全部內容通過引用合并在本文中。

技術領域

本申請涉及放大器，具體地，涉及一種通過生成類似于低電壓控制信號的高電壓波形并將該波形直接施加于裝置來驅動該裝置的放大器。

背景技術

壓電致動器需要比1.5伏至12.6伏的典型電池電壓大的高電壓。“高”電壓為20-200伏，其中100-120伏為當前典型的驅動電壓。用于致動器的一些線驅動電源提供多達1000伏。從電池產生高電壓比從電力線產生高電壓更加困難。

電壓升壓轉換器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，將存儲在電感器中的能量作為高電壓下的電流脈沖供應給電容器。

圖1是包括已知的升壓轉換器的電路的示意圖；例如，參見美國專利第3,913,000號（Cardwell,Jr.）或美國專利第4,527,096號（Kindlmann）。電感器11和晶體管12串聯連接在電源13與地或公共端之間。當晶體管接通（導通）時，電流流過電感器11，存儲由電感器生成的磁場中的能量。穿過電感器11的電流根據電池電壓、電感、內阻和晶體管12的導通電阻而快速增加。當晶體管12關斷時，磁場以由晶體管12的關斷特性確定的速率衰減。衰減的速率相當快，比該場增加的速率快得多。電感器11上的電壓與該場衰減的速率成比例。一百伏或更高的電壓是可能的。因此，低電壓通過升壓轉換器轉換成了高電壓。

當晶體管12關斷時，接點15處的電壓基本上高于電容器14上的電壓，并且電流流過為正向偏置的二極管16。電流的每個脈沖對電容器14充少許電，且電容器上的電荷以漸進方式增加。在某個時刻，電容器14上的電壓將大于電源電壓。二極管16防止電流從電容器14流向電源13。電容器14上的電壓是用于其他部件比如放大器21的電源電壓。

放大器21的輸出耦接至壓電致動器22。至放大器21的輸入可以接收交流信號以用于雙向移動，或者接收直流信號以用于單向移動或作為補充驅動器（兩個放大器耦接至壓電致動器22的相反端子，其中針對每個極性有一個放大器）的一半信號。在補充驅動器中，經升壓的電壓的絕對幅度大于電池電壓的絕對幅度。補充驅動器可以使用單驅動器的高電壓的一半（或可以被設置有兩倍的高電壓），但可能需要兩個升壓轉換器。

本領域內已知根據脈沖寬度調制（PWM）信號來生成低電壓波形；例如，參見美國專利第4,914,396號（Berthiaume）、美國專利第5,703,473號（Phillips等人）以及美國專利第5,994,973號（Toki）。處理高電壓變得困難且更昂貴，從而需要制造必須隔離并控制這樣的電壓的裝置。高電壓放大器引入了進一步降低效率的損耗。存儲電容器占據了寶貴的板空間，從而使圖1所示的驅動器的設計不容易適用于不同的應用。

如本文中所使用的，波形的“類似”并不意味是精確的復制，而是非常近似。

鑒于前述內容，本發明的一個實施方式去除了觸覺驅動器中的存儲電容器。

發明內容

在本發明中實現了前述目的，其中，生成了類似于低電壓輸入波形的高電壓波形。高電壓波形為直接施加于裝置的一連串脈沖。誤差信號控制脈沖的頻率、幅度和持續時間。將從高電壓波形中得到的反饋信號與輸入波形進行比較以產生誤差信號。

根據一個實施方式，一種用于驅動負載的直接驅動波形發生器包括：電感式升壓電路，耦接至輸出端子并且具有充電控制輸入；放電電路，耦接至輸出端子并具有放電控制輸入；以及反饋電路，耦接至輸出端子。該發生器還包括控制電路，該控制電路具有波形輸入、耦接到反饋電路的輸入、耦接到充電控制輸入的第一輸出和耦接到放電控制輸入的第二輸出。控制電路至少部分地基于從反饋電路接收的信號和供應給波形輸入的波形的斜率來在所述第一輸出或所述第二輸出上產生脈沖調制信號，以生成與波形成比例的高電壓波形。