[发明专利]压电致动器驱动电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种使振动体振动的压电致动器的谐振驱动电路。

背景技术

压电致动器多采用在具有压电效应的材料(典型的是采用PZT陶瓷)上设置电极的构造，基本上是电压驱动器件。即，对于施加到压电致动器的电压，会发生相应的机械变形，但有时压电致动器不得不经常进行谐振驱动。这里所说的谐振驱动，是指如下驱动法：压电致动器或与压电致动器相结合的结构体(以下，为了简化，称之为“压电装置”)在取决于其机械形状、尺寸的特定频率下会产生谐振现象，从而可以得到在通常的电压施加下所无法得到的大变形。

为了进行谐振驱动，只要对压电装置施加谐振频率的交流电压即可。例如，只要将产生谐振频率的交流电压的振荡电路通过功率放大器与压电装置连接即可。

然而，由于压电装置制造上的偏差、以及压电致动器相对于振动体的安装位置精度等所导致的压电装置的谐振频率产生个体差异，因此，仅仅向压电装置施加预先确定的固定频率的交流信号，难以对压电装置进行谐振驱动。另外，虽然也考虑调整向每个压电装置施加的交流电压的频率，但由于通常压电装置的谐振频率随温度的变化较大，因此，这种对策也仍然难以稳定地对压电装置进行谐振驱动。

因此，以往提出了一种以自激振荡的方式进行谐振驱动的电路，该电路自动发现压电装置的谐振频率，并产生该频率的交流信号那样动作。作为这种尝试的一个例子，通过在压电致动器上设置检测变形量用的电极及端子，从而构成三电极式压电致动器，并且构成驱动电路，以利用检测变形量用端子的信号，将对压电致动器的驱动信号进行正反馈。即，这是一种使压电致动器的变形量成为最大的控制驱动方法。

然而，这种三电极式压电致动器的制造方法既复杂、成本又高。另外，尤其是对于振动振幅较大的压电致动器，在发生大变形的驱动部分和设有不会自主变形的检测变形量用电极的部分之间，会发生大的畸变，从而使压电致动器受损。

在使用对大位移十分安全且不具备所述检测位移量用电极的双电极式压电致动器的情况下，可以采用将压电致动器嵌入到驱动电路的谐振系统中的电路结构，从而使施加到压电致动器的交流电压的频率与压电致动器的实际谐振频率一致。

作为以自激振荡的方式进行谐振驱动的电路，已知有非专利文献1所揭示的电路。图1是表示非专利文献1所示的压电致动器a的驱动电路的基本结构的图。在压电致动器a的电流通路中，插入了检测电流用的电阻R。利用该电阻R，可以得到与流经压电致动器a的电流成正比的电压信号，通过将该电压信号进行正反馈的运算放大器OP，可以实现以压电致动器a的电压、电流相位差大致为0°的频率进行驱动。

非专利文献1：神谷岳、栗原洁、平田笃彦，杂志《燃料电池》，燃料电池开发信息中心出版，2009年4月30日发行，第8卷第4期，2009，P148-151，图2

发明内容

然而，由于用来对压电致动器那样具有谐振特性的元件进行谐振驱动的自激振荡式谐振驱动电路通常采用复杂的电路结构，因此，如图1所示那样，使用将压电致动器的一个端子接地的单侧接地电路。然而，在希望使图1所记载的压电致动器以更大的振幅进行振动的情况下，需要施加大的电源电压。

即，为了使压电致动器以所需的大振幅进行振动，通常采用从高于振荡电路的电源电压的直流高电压生成交流电压、并施加到压电致动器的结构。直流高电压通常由振荡电路的电源电压生成。

然而，若为了升高电压而设置DC-DC转换器等，则元器件的数量增多。另外，由于使用高耐压的元器件，因此尺寸变大。而且，由于这些元器件中的多数都要求有高耐压性，因此存在成本非常高的问题。

因此，本发明要解决的问题在于，提供一种不用设置昂贵的升压电路就能对压电装置施加足够大振幅的交流电压的自激振荡式谐振驱动电路。

为了解决上述问题，本发明的压电致动器驱动电路包括正反馈电路，该正反馈电路将对应于施加到压电致动器上的电压而产生的检测信号进行放大，使放大后的检测信号正反馈到所述压电致动器。

所述正反馈电路包括：放大电路、对所述检测信号的电压进行反馈的反馈电路、将与所述放大电路的输出同相位的输出电压施加到所述压电致动器的第一端子的同相放大电路、以及将与所述放大电路的输出反相位的输出施加到所述压电致动器的第二端子的反相放大电路。

所述反馈电路是检测出在流经所述压电致动器的电流的通路中插入的电阻的两端所产生的电压并进行反馈的电路。

由所述同相放大电路和所述反相放大电路构成平衡驱动电路。