專利名稱：壓電致動器驅(qū)動電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使振動體振動的壓電致動器的驅(qū)動電路。
技術(shù)背景
壓電致動器多采用在具有壓電效應(yīng)的材料(典型的是采用PZT陶瓷)上設(shè)置電極 的構(gòu)造，基本上是電壓驅(qū)動器件。即，對于施加到壓電致動器的電壓，會發(fā)生相應(yīng)的機 械變形，但有時壓電致動器不得不經(jīng)常進(jìn)行諧振驅(qū)動。這里所說的諧振驅(qū)動，是指如下 驅(qū)動法壓電致動器或與壓電致動器相結(jié)合的結(jié)構(gòu)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(chǎn)生諧振現(xiàn)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(jìn)行諧振驅(qū)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(chǎn)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(dǎo)致的 壓電裝置的諧振頻率產(chǎn)生個體差異，因此，僅僅向壓電裝置施加預(yù)先確定的固定頻率的 交流信號，難以對壓電裝置進(jìn)行諧振驅(qū)動。另外，雖然也考慮調(diào)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(wěn)定地對壓電裝置進(jìn)行諧振驅(qū)動。
因此，以往提出了一種以自激振蕩的方式進(jìn)行諧振驅(qū)動的電路，該電路自動發(fā) 現(xiàn)壓電裝置的諧振頻率，并產(chǎn)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(shè)置檢測變形量用的電極及端子，從而構(gòu)成三電極式壓電致動 器，并且構(gòu)成驅(qū)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(qū)動信號 進(jìn)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(qū)動方法。
然而，這種三電極式壓電致動器的制造方法既復(fù)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(fā)生大變形的驅(qū)動部分和設(shè)有不會自主變形的檢測 變形量用電極的部分之間，會發(fā)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(qū)動電路的諧振系統(tǒng)中的電路結(jié)構(gòu)，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(jìn)行諧振驅(qū)動的電路，已知有非專利文獻(xiàn)1所揭示的電 路。圖1是表示非專利文獻(xiàn)1所示的壓電致動器a的驅(qū)動電路的基本結(jié)構(gòu)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(jīng)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(jìn)行正反饋的運算放大器OP， 可以實現(xiàn)以壓電致動器a的電壓、電流相位差大致為0°的頻率進(jìn)行驅(qū)動。
非專利文獻(xiàn)1:神谷岳、栗原潔、平田篤彥，雜志《燃料電池》，燃料電池開 發(fā)信息中心出版，2009年4月30日發(fā)行，第8卷第4期，2009，P 148-151，圖2發(fā)明內(nèi)容
非專利文獻(xiàn)1的壓電致動器驅(qū)動電路以自激振蕩的方式驅(qū)動壓電致動器，因 此，能夠跟隨諧振頻率的變動，始終在諧振頻率下進(jìn)行驅(qū)動。然而，壓電裝置除基波諧 振模式以外，還有多個高次諧振模式。這些諧振模式是由振動體的形狀、尺寸所引起的 振動、或壓電致動器本身的振動所產(chǎn)生的諧振模式。
在圖1所示的電路中，在壓電致動器a的阻抗Z表示電阻性(電抗為0)的頻率 下進(jìn)行正反饋，但除了基波諧振頻率以外，在高次諧振頻率下也進(jìn)行正反饋。因此，存 在容易發(fā)生高次諧振振動的問題。高次諧振振動無法使振動部以預(yù)定的振幅進(jìn)行振動， 從而無法發(fā)揮作為壓電裝置的預(yù)定功能。另外，還存在因高次諧波而產(chǎn)生很可能聽得見 的噪音的問題。
因此，本發(fā)明要解決的問題在于，提供一種即使是在使容易發(fā)生高次諧振的振 動體進(jìn)行振動的情況下也能穩(wěn)定地進(jìn)行自激振蕩的壓電致動器的驅(qū)動電路。
為了解決上述問題，本發(fā)明的壓電致動器驅(qū)動電路包括放大電路，該放大電路 對使振動體進(jìn)行振動的壓電致動器施加驅(qū)動電壓，并將對應(yīng)于所述驅(qū)動電壓而產(chǎn)生的檢 測信號輸入到所述壓電致動器，對所述放大電路進(jìn)行正反饋的正反饋電路中，具有帶通 濾波器，該帶通濾波器使得對所述振動體安裝有所述壓電致動器而構(gòu)成的壓電裝置的基 波諧振頻率通過。
所述放大電路的正反饋電路(正反饋環(huán))與所述壓電致動器的正反饋電路可以說 是一致的，所述壓電致動器的正反饋電路對所述檢測信號的電壓進(jìn)行放大，并正反饋到 所述壓電致動器。
另外，對所述放大電路進(jìn)行負(fù)反饋的負(fù)反饋電路中，設(shè)有阻止所述壓電裝置的 基波諧振頻率的信號的帶阻濾波器。
所述帶阻濾波器由例如在所述基波諧振頻率下諧振的帶阻濾波器構(gòu)成。所述振 動體具備例如風(fēng)扇用的多個葉片，所述帶阻濾波器具有使所述多個葉片的振動所產(chǎn)生的 高次諧振頻率的信號通過的特性。
根據(jù)本發(fā)明，即使是在使容易發(fā)生高次諧振的振動體進(jìn)行振動的情況下，也能 使振動體在基波諧振頻率下穩(wěn)定地進(jìn)行振動。
這是由于，通過用使壓電裝置的基頻通過的帶通濾波器來構(gòu)成放大電路的正反 饋電路內(nèi)的高次諧波抑制濾波器，能夠使基波諧振頻率附加的相位旋轉(zhuǎn)角非常小，其結(jié) 果是，能夠在電阻性的狀態(tài)下驅(qū)動壓電致動器。此時，帶通濾波器具有通帶，因此，能 夠維持較大的正反饋環(huán)路增益。
另外，通過在放大電路的負(fù)反饋電路中設(shè)置阻止壓電裝置的基波諧振頻率的信 號的帶阻濾波器，能夠抑制高次諧振頻帶的環(huán)路增益，能夠防止高次諧振模式。
另外，通過用阻止壓電裝置的基波諧振頻率的帶阻濾波器來構(gòu)成所述帶阻濾波 器，能夠使基波諧振頻率與高次諧振頻率的環(huán)路增益相差較大(兩者之比較大)，從而能 進(jìn)一步可靠地抑制高次諧振模式。


圖1是表示非專利文獻(xiàn)1所示的壓電致動器的驅(qū)動電路的基本結(jié)構(gòu)的圖。
圖2是實施方式1所涉及的壓電致動器驅(qū)動電路的電路圖。
圖3(A)是具備壓電致動器的壓電裝置的一個例子即壓電風(fēng)扇1的立體圖。圖 3(B)是具備該壓電風(fēng)扇1的冷卻裝置的立體圖。
圖4(A)是構(gòu)成壓電裝置的狀態(tài)下的壓電致動器a的阻抗的頻率特性圖，圖4(B) 是其相位的頻率特性圖。
圖5是圖2所示的帶通濾波器BPF的頻率特性圖。
圖6(A)是圖2所示的帶阻濾波器BEF的頻率特性圖。圖6 (B)是另一帶阻濾波 器的頻率特性圖。
圖7是實施方式2所涉及的壓電致動器驅(qū)動電路的電路圖。
圖8是向圖7所示的壓電致動器a的第一端子施加的施加電壓Va、向第二端子施 加的施加電壓Vb、以及壓電致動器a的兩個端子之間的施加電壓Vab各自的波形圖。
圖9是實施方式2所涉及的壓電致動器驅(qū)動電路中向壓電致動器a輸出驅(qū)動電壓 的反相放大電路A22、同相放大電路A23、以及檢測流經(jīng)壓電致動器a的電流的反饋電路 A24的電路圖。
圖10是實施方式2所涉及的壓電致動器驅(qū)動電路中對反饋電路AM的輸出信號 進(jìn)行放大并反饋到平衡驅(qū)動電路A25的放大電路A21、設(shè)置于放大電路A21的輸入與放 大電路AM的輸出之間的帶通濾波器(BPF)、在放大電路A21的負(fù)反饋一側(cè)構(gòu)成電路的 帶阻濾波(BEF)電路A27、自動增益控制(AGC)電路A26、以及電源電路PS的電路圖。
標(biāo)號說明
A21放大電路
A22反相放大電路
A23同相放大電路
A24反饋電路
A25平衡驅(qū)動電路
A26AGC電路
A27BEF電路
BPF帶通濾波器
NFL負(fù)反饋環(huán)
PFL正反饋環(huán)
PS電源電路
T5場效應(yīng)晶體管
Z壓電致動器
1壓電風(fēng)扇
2振動板
2d葉片
3壓電元件
6壓電致動器驅(qū)動電路
10散熱器
11散熱片具體實施方式
實施方式1
圖2是實施方式1所涉及的壓電致動器驅(qū)動電路的電路圖。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。該電阻R的電壓降的信號通過帶通濾波器BPF 正反饋到放大電路AMP。放大電路AMP的輸出信號通過帶阻濾波器BEF負(fù)反饋到放大 電路AMP。由此，構(gòu)成正反饋環(huán)PFL和負(fù)反饋環(huán)NFL。
帶通濾波器BPF使得對振動體安裝有壓電致動器a而構(gòu)成的壓電裝置的基波諧振 頻率通過，而阻斷高次諧振頻率。即，起到抑制壓電裝置的高次諧振頻率的信號的高次 諧波抑制濾波器的作用。放大電路AMP設(shè)定增益，使所述基波諧振頻率下的環(huán)路增益超 過1。
壓電致動器a具有在所述壓電裝置的諧振頻率下變?yōu)殡娮栊?電抗分量大致為0) 的特性。因而，由于環(huán)路增益在1以上，且以同相位進(jìn)行正反饋，因此，滿足巴克豪森 (Barkhausen)的振蕩條件(環(huán)路增益在1以上，相位角為0° )，從而在所述基波諧振頻 率下振蕩。
另一方面，帶阻濾波器BEF阻止所述基波諧振頻率的信號分量，而使高次諧振 頻率的信號分量通過。因而，基波諧振頻率下的環(huán)路增益在負(fù)反饋環(huán)NFL中幾乎沒有任 何降低，而高次諧振頻率下的環(huán)路增益因卻因負(fù)反饋環(huán)NFL的負(fù)反饋而充分降低到小于 1。因此，在高次諧振頻率下并不滿足巴克豪森的振蕩條件，從而防止高次諧振頻率下的 振蕩。
圖3(A)是具備所述壓電致動器的壓電裝置的一個例子即壓電風(fēng)扇1的立體圖。 圖3(B)是具備該壓電風(fēng)扇1的冷卻裝置的立體圖。
如圖3(A)所示，壓電風(fēng)扇1具備由不銹鋼板等薄壁金屬板形成的振動板2，在 振動板2的長度方向上的一端側(cè)設(shè)有平板狀的基板部&，在該基板部&的正面和背面貼 合壓電元件3、3，從而構(gòu)成雙層壓電型的壓電致動器。振動板2在90°的折彎部2b處 折彎。在振動板2的長度方向上的另一端側(cè)，分開形成有多個(這里是7個)葉片2d。
葉片2d沿著與壓電元件3的主面方向正交的方向延伸。在振動板2的基板部& 的終端側(cè)，即與折彎部沈相反一側(cè)的端部，形成有未貼合壓電元件3的延長部北。該延 長部北由固定于未圖示的固定部的支承構(gòu)件5所保持。2個壓電元件3、3及振動板2與 壓電致動器驅(qū)動電路6電連接。
如圖3(B)所示，冷卻裝置由壓電風(fēng)扇1和散熱器10構(gòu)成。散熱器10包括隔開 間隔并排設(shè)置的多個(這里是8個)散熱片11。散熱器10例如與安裝在電路基板上的發(fā) 熱元件(CPU等)的上表面以熱結(jié)合的狀態(tài)安裝。
壓電風(fēng)扇1的各葉片2d沿著與散熱器10的底面成直角的方向，以不接觸的方式 插入至各散熱片11之間。包括振動板2的基板部&及壓電元件3的壓電致動器沿散熱 器10的上端與之平行地配置。
當(dāng)利用壓電致動器使振動板2振動時，葉片2d與散熱片11的側(cè)面平行地振動， 從而散熱片11附近的熱氣被葉片2d帶走，因此，散熱器10能有效地冷卻。
圖4(A)是構(gòu)成所述壓電裝置的狀態(tài)下的壓電致動器a的阻抗的頻率特性圖，圖4(B)是其相位的頻率特性圖。
由圖4(A)、圖4(B)所示可知，產(chǎn)生了多個諧振點，但頻率最低的諧振點出現(xiàn) 在約95Hz，因此，在該頻率下進(jìn)行基波諧振。在MOHz ^OHz也出現(xiàn)多個諧振點。 這些諧振點認(rèn)為是由圖3所示的多個葉片2d部分的振動所引起的高次諧振而導(dǎo)致的。實 際上得到最大振幅的頻率要稍微高于上述頻率，是在相位角最接近0°的頻率附近。圖 中，相位并不一定很接近0°，這是因為測定時的頻率分辨率較低。
該電路的正反饋環(huán)是在壓電裝置的基波諧振頻率下的相位角、與帶通濾波器 BPF的通帶的中心頻率下的相位角之和大致為0°的頻率下進(jìn)行正反饋。
如上所述，在使用使多個葉片諧振的壓電致動器的情況下，由于各葉片的諧振 頻率不相同，因此容易產(chǎn)生復(fù)雜的諧振頻率。因此，本申請的發(fā)明能夠適用于設(shè)有使多 個葉片諧振的壓電致動器的壓電裝置。
圖5是圖2所示的帶通濾波器BPF的頻率特性圖。在該例子中，與基波諧振頻 率95Hz下的插入損耗相比，高次諧振頻率MOHz ^OHz下的插入損耗為約_3dB。
帶通濾波器BPF包括由串聯(lián)的電容和并聯(lián)的電阻構(gòu)成的CR高通濾波器、以及 由串聯(lián)的電阻和并聯(lián)的電容構(gòu)成的RC低通濾波器。因此，在充分遠(yuǎn)離極頻率的頻帶中， 斜率為-6dB/oct。通過采用這種BPF結(jié)構(gòu)，可確?；ㄖC振頻率附近的相位旋轉(zhuǎn)量接近 0°。實際上，圖5中，95Hz附近的相位接近0°。
圖6(A)是圖2所示的帶阻濾波器BEF的頻率特性圖。圖6 (B)是另一帶阻濾 波器的頻率特性圖。圖6(A)的例子中，基波諧振頻率95Hz下的衰減量為-12dB的大幅 衰減，高次諧振頻率MOHz ^OHz下的插入損耗為約_0.5dB以下的低插入損耗。圖 6 (B)的例子中，基波諧振頻率95Hz下的衰減量為_24dB，高次諧振頻率MOHz ^OHz 下的插入損耗大致為OdB。
由此，通過在負(fù)反饋環(huán)中設(shè)置使高次諧振頻率的信號分量大致原樣通過、而使 基波諧振頻率的信號分量大幅衰減的帶阻濾波器BEF，能夠保持基波諧振頻率下的環(huán)路 增益在1以上，并且使高次諧振頻率下的環(huán)路增益充分降低到小于1。其結(jié)果是，能夠維 持基波諧振頻率下的穩(wěn)定振蕩，而能防止高次諧振頻率下的振蕩。
實施方式2
圖7是實施方式2所涉及的壓電致動器驅(qū)動電路的電路圖。放大電路A21對從 反饋電路AM輸出的信號進(jìn)行放大，并提供給同相放大電路A23。同相放大電路A23以 預(yù)定的增益對放大電路A21的輸出電壓進(jìn)行放大，并通過電阻R44、R45施加到壓電致 動器a的第一端子。反相放大電路A22以1的增益對同相放大電路A23的輸出電壓進(jìn)行 反相放大，并施加到壓電致動器a的第二端子。利用同相放大電路A23和反相放大電路 A22構(gòu)成平衡驅(qū)動電路A25。
反饋電路AM從電阻R45的兩端取出對應(yīng)于施加到壓電致動器a上的電壓而流 經(jīng)壓電致動器a的電流(檢測信號)，對其進(jìn)行差動放大，并提供給放大電路A21的同相 輸入端子。
在電阻R45的兩端，出現(xiàn)與流經(jīng)壓電致動器a的電流成正比的電壓。反饋電路 AM對電阻R45的兩端電壓進(jìn)行放大，輸出不平衡信號。此時，確定反饋電路AM的輸 出電壓，以使AM —A21 —A25的通路構(gòu)成環(huán)路增益超過1的正反饋電路。S卩，有以下關(guān)系流經(jīng)壓電致動器a的電流越大，向壓電致動器a施加的施加電壓就越大。
在放大電路A21的負(fù)反饋中連接有帶阻濾波器BEF和自動增益控制電路AGC。 所述帶阻濾波器BEF中，壓電裝置的基波諧振頻率的信號分量的插入損耗較大，高次諧 振頻率的信號分量的插入損耗較小。即，起到使高次諧振頻率下的環(huán)路增益降低的作用。
所述自動增益控制電路AGC檢測來自放大電路A21的輸出端子的輸出電壓，控 制向放大電路A21的反相輸入端子輸入的負(fù)反饋量，從而使得向壓電致動器a施加的施加 電壓固定。
所述同相放大電路A23和反相放大電路A22的輸出電壓的振幅都等于電源電 壓，且相位相反，從而以電源電壓的2倍電壓驅(qū)動壓電致動器a。
圖8是向圖7所示的壓電致動器a的第一端子施加的施加電壓Va、向第二端子施 加的施加電壓Vb、以及壓電致動器a的兩個端子之間的施加電壓Vab各自的波形圖。放 大電路A22、A23在正電源為+12V、負(fù)電源為OV下工作，因此，向壓電致動器a的第 一端子A施加OV +12V的范圍內(nèi)的電壓，向壓電致動器a的第二端子B施加+12V OV的范圍內(nèi)的電壓。因此，壓電致動器a的兩端間的施加電壓Vab為(Va-Vb)。即， 施加MVp-p的峰-峰電壓。
圖9和圖10是圖7所示的壓電致動器驅(qū)動電路的具體電路圖。圖9和圖10是 構(gòu)成一體的電路，但為了圖示，將其分成兩個來表示。圖9的電路和圖10的電路通過各 自的端子PI、P2相連接。
圖9中示出了向壓電致動器a輸出驅(qū)動電壓的反相放大電路A22、同相放大電路 A23、以及檢測流經(jīng)壓電致動器a的電流的反饋電路AM。同相驅(qū)動電路A23包括運算 放大器OP6、電阻R12、R33、R34、以及電容C10，以預(yù)定的增益進(jìn)行同相放大。該同 相放大電路A23以預(yù)定的增益，對從端子P2輸入的信號進(jìn)行同相放大，并提供給壓電致 動器a的第一端子。
反相驅(qū)動電路A22包括運算放大器OP3、電阻R13、R14、以及電容C11，以1的增益進(jìn)行反相放大。即，反相放大電路A22以等振幅對所述放大電路A23的輸出信號 進(jìn)行反相放大。
由反相放大電路A22和同相放大電路A23構(gòu)成平衡驅(qū)動電路A25。反饋電路 A24對電阻R30的兩端電壓進(jìn)行差動放大，并輸出到端子P1。
圖10中示出了對所述反饋電路AM的輸出信號進(jìn)行放大并反饋到所述同相放大 電路A23和反相放大電路A22的放大電路A21、設(shè)置于該放大電路A21的輸出與反饋電 路AM的輸出之間的帶通濾波器BPF、在放大電路A21的負(fù)反饋一側(cè)構(gòu)成電路的帶阻濾 波(BEF)電路A27、自動增益控制(AGC)電路A^、以及電源電路PS的電路。
此處，例如電源電路PS利用電阻R31、R32將電源電壓DC 12V 二等分，將分 成的DC6V電壓輸入到運算放大器OP7所構(gòu)成的電壓跟隨電路，從而生成穩(wěn)定的基準(zhǔn)電 位VM (例如DC6V)。
帶通濾波器BPF包括由電阻R5和電容C5構(gòu)成的低通濾波器、由電容C4和電 阻R4構(gòu)成的高通濾波器、由電阻R3和電容C3構(gòu)成的低通濾波器、以及由電容C2和電 阻R2構(gòu)成的高通濾波器。各濾波器的截止頻率fc由l/O^iRC)求出。
所述兩級高通濾波器的截止頻率要低于安裝有壓電致動器a的壓電裝置的基頻。 另外，所述兩級低通濾波器的截止頻率要高于所述基頻，且低于二次諧波的頻率。因 而，所述帶通濾波器BPF使所述基頻通過，而抑制高次諧波分量。即，起到抑制壓電裝 置的高次諧振頻率的信號的高次諧波抑制濾波器的作用。因此，對高次諧波的頻率分量 不進(jìn)行正反饋，高次諧波的頻帶下的環(huán)路增益變?yōu)?以下，在高次諧波下不進(jìn)行振蕩。 即，在安裝有壓電致動器a的壓電裝置的基頻下進(jìn)行振蕩。
此外，若僅抑制高次諧波分量，則只要設(shè)置預(yù)定級數(shù)的低通濾波器即可，但RC 低通濾波器會使相位延遲。因此，通過設(shè)置和RC低通濾波器相同級數(shù)的CR高通濾波 器，使相移量為0。順帶一提，RC—級低通濾波器的截止頻率下的相移量為-45°，在 充分高于截止頻率的頻率下的相移量為-90°，CR —級高通濾波器的截止頻率下的相移 量為+45°，在充分低于截止頻率的頻率下的相移量為+90°。因而，通過將所述低通濾 波器及高通濾波器各自的截止頻率調(diào)到所述基波諧振頻率，能夠在所述基波諧振頻率下 以同相位地進(jìn)行正反饋。
放大電路A21是用于和圖9所示的放大電路A22、A23、A24,以及壓電致動器 a—起構(gòu)成正反饋電路(正反饋環(huán))的放大電路。另外，放大電路A21還是用于和BEF 電路A27、以及AGC電路A^—起構(gòu)成負(fù)反饋電路(負(fù)反饋環(huán))的放大電路。
BEF電路A27包括運算放大器OP2、電阻R6、R7、R8、R9、RIO、RlU以 及電容C6、C7、C8、C9。 電阻R9、RIO、RlU以及電容C7、C8、C9構(gòu)成利用所 謂Twin-T的帶阻濾波器(BEF)。運算放大器OP2通過對所述陷波濾波器(BEF)的通過 信號進(jìn)行同相放大，從而使衰減特性更加急劇地變化，并且降低用于使壓電致動器諧振 的頻率附近的輸出阻抗。通常，設(shè)定為R9 = RlO = 2XR11、C8 = C9 = C7X 1/2，在 K) = 1/(2 π XR11XC7)的狀態(tài)下使用。反饋到Twin-T部的中點的反饋量由R7、R8設(shè) 定。C6和R6用于對來自AGC電路A^的信號進(jìn)行分壓，調(diào)節(jié)反饋到放大電路All的 信號。
若設(shè)R9 = RlO = 2XR11、C8 = C9 = C7X 1/2，則所述帶阻濾波器(BEF)的 阻止頻率由TO= Λ2π XR11XC7)求出，調(diào)到了用于使安裝有壓電致動器a的壓電裝置 諧振的頻率附近。
通過將所述BEF電路A27的輸出信號輸入到放大電路A21的運算放大器OPl的 反相輸入端子，從而進(jìn)行負(fù)反饋。由于該負(fù)反饋信號是通過所述BEF后的信號，因此， 只有基波諧振頻率以外的信號才進(jìn)行負(fù)反饋，其結(jié)果是，充分抑制了所述高次諧振頻率 下的環(huán)路增益(使其變成充分小于1的值)，從而抑制了高次諧波振動。即，在基頻下穩(wěn) 定地振動。
AGC電路A^包括電阻尺洸、電容C15、以及場效應(yīng)晶體管T5。通過在BEF 電路A27和放大電路A21的連接點進(jìn)一步連接所述AGC電路A^，從而構(gòu)成BEF電路 A27內(nèi)的電阻R6 — AGC電路A^內(nèi)的電阻R26 —電容C15 —場效應(yīng)晶體管T5 —基準(zhǔn) 電位VM的通路。該通路是一種可變衰減電路，該可變衰減電路是由于場效應(yīng)晶體管T5 的漏極-源極之間的電阻值隨著來自運算放大器OP4的輸出信號而變化，從而BEF電路 A27內(nèi)的電阻R6 —電阻R26 —電容C15 —場效應(yīng)晶體管T5 —基準(zhǔn)電位VM的通路中的 分壓比發(fā)生變化，由此控制在電阻和電阻R6、電容C6之間進(jìn)行了分壓的負(fù)反饋到放9大電路A21的負(fù)反饋信號的衰減量。即，當(dāng)場效應(yīng)晶體管T5的漏極-源極之間的電阻 值發(fā)生變化時，電阻R6與電阻11 之間的分壓比發(fā)生變化，從而負(fù)反饋到放大電路A21 的負(fù)反饋信號的振幅發(fā)生變化。
AGC電路A^內(nèi)的運算放大器OP4起到電壓比較器的作用，同相輸入端子上連 接有利用電阻R18、R19對電源電壓Vcc進(jìn)行分壓的參考電壓發(fā)生電路、以及由電阻R25 和電容C14構(gòu)成的用于使參考電源穩(wěn)定的低通濾波器。運算放大器OP4的反相輸入端子 上連接有用于對來自放大電路A21的輸出信號進(jìn)行整流、檢波的檢波電路，該檢波電路 包括電阻R23、R24、二極管D1、以及電容C13。
運算放大器OP4在反相輸入端子的從放大電路A21得到的檢波電壓高于同相輸 入端子的參考電壓時，降低輸出的電位。從而，增大場效應(yīng)晶體管T5的漏極-源極之間 的電阻值，增大對放大電路A21的負(fù)反饋量。因此，放大電路A21的環(huán)路增益變小，從 而抑制振蕩輸出。
相反，運算放大器OP4在反相輸入端子的從放大電路A21得到的檢波電壓低于 同相輸入端子的參考電壓時，增大輸出的電位。從而，減小場效應(yīng)晶體管T5的漏極-源 極之間的電阻值，減少對放大電路A21的負(fù)反饋量。因此，所述放大電路A21的環(huán)路增 益變大，從而增大振蕩輸出。此外，通過設(shè)置電阻R22和電容C12，使其形成有時間常 數(shù)，從而緩慢地進(jìn)行作用。
由此，通過將運算放大器OP4的反相輸入端子的電位與同相輸入端子的參考電 位始終控制成相等，從而進(jìn)行自動增益控制。
此外，實施方式1、2中，壓電致動器的驅(qū)動電壓波形為正弦波，但也可以通過 在正弦波的峰值超過電源電壓那樣的條件下設(shè)定環(huán)路增益，從而用梯形波或矩形波(正 弦波的峰值電壓被限幅后的波形)驅(qū)動壓電致動器。在梯形波或矩形波的高次諧波分量 導(dǎo)致在可聽頻率下發(fā)生可聽到刺耳聲音的問題時，用正弦波驅(qū)動即可。
權(quán)利要求
1.一種壓電致動器驅(qū)動電路，包括放大電路，該放大電路對使振動體進(jìn)行振動的壓電致動器施加驅(qū)動電壓，并將 對應(yīng)于所述驅(qū)動電壓而產(chǎn)生的檢測信號輸入到所述壓電致動器，其特征在于，對所述放大電路進(jìn)行正反饋的正反饋電路中，具備帶通濾波器，該帶通濾波器使得 對所述振動體安裝有所述壓電致動器而構(gòu)成的壓電裝置的基波諧振頻率通過。
2.如權(quán)利要求1所述的壓電致動器驅(qū)動電路，其特征在于，對所述放大電路進(jìn)行負(fù)反饋的負(fù)反饋電路中，具備帶阻濾波器，該帶阻濾波器阻止 所述壓電裝置的基波諧振頻率的信號。
3.如權(quán)利要求2所述的壓電致動器驅(qū)動電路，其特征在于，所述帶阻濾波器是在所述基波諧振頻率下進(jìn)行諧振的帶阻濾波器。
4.如權(quán)利要求1至3的任一項所述的壓電致動器驅(qū)動電路，其特征在于，所述振動體具備風(fēng)扇用的多個葉片，所述帶阻濾波器使所述多個葉片的振動所產(chǎn)生 的高次諧振頻率的信號通過。
全文摘要
本發(fā)明構(gòu)成一種即使是在使容易發(fā)生高次諧振的振動體進(jìn)行振動的情況下也能穩(wěn)定地進(jìn)行自激振蕩的壓電致動器驅(qū)動電路。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)。該電阻(R)的電壓降的信號通過帶通濾波器(BPF)正反饋到放大電路(AMP)。放大電路(AMP)的輸出信號通過帶阻濾波器(BEF)負(fù)反饋到放大電路(AMP)。帶通濾波器(BPF)使具備壓電致動器的壓電裝置的基波諧振頻率的信號通過，帶阻濾波器(BEF)阻止基波諧振頻率的信號。從而，能夠使高次諧振頻率相對于基波諧振頻率的環(huán)路增益非常小，能夠更可靠地抑制高次諧振模式。
文檔編號H03H9/15GK102025338SQ20101029084
公開日2011年4月20日 申請日期2010年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月18日
發(fā)明者田端利成, 神谷岳 申請人:株式會社村田制作所