[发明专利]直接驱动波形放大器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是在2011年6月10日提交的、题为“DIRECT DRIVE WAVEFORM GENERATOR”的、序列号为13/134,599的美国非临时申请的部分延续案，其全部内容通过引用合并在本文中。本申请要求在2013年2月1日提交的、序列号为61/759,640的美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用合并在本文中。

技术领域

本申请涉及放大器，具体地，涉及一种通过生成类似于低电压控制信号的高电压波形并将该波形直接施加于装置来驱动该装置的放大器。

背景技术

压电致动器需要比1.5伏至12.6伏的典型电池电压大的高电压。“高”电压为20-200伏，其中100-120伏为当前典型的驱动电压。用于致动器的一些线驱动电源提供多达1000伏。从电池产生高电压比从电力线产生高电压更加困难。

电压升压转换器可以用于将来自电池的低电压转换成用于驱动器的较高电压。在升压转换器中，将存储在电感器中的能量作为高电压下的电流脉冲供应给电容器。

图1是包括已知的升压转换器的电路的示意图；例如，参见美国专利第3,913,000号（Cardwell,Jr.）或美国专利第4,527,096号（Kindlmann）。电感器11和晶体管12串联连接在电源13与地或公共端之间。当晶体管接通（导通）时，电流流过电感器11，存储由电感器生成的磁场中的能量。穿过电感器11的电流根据电池电压、电感、内阻和晶体管12的导通电阻而快速增加。当晶体管12关断时，磁场以由晶体管12的关断特性确定的速率衰减。衰减的速率相当快，比该场增加的速率快得多。电感器11上的电压与该场衰减的速率成比例。一百伏或更高的电压是可能的。因此，低电压通过升压转换器转换成了高电压。

当晶体管12关断时，接点15处的电压基本上高于电容器14上的电压，并且电流流过为正向偏置的二极管16。电流的每个脉冲对电容器14充少许电，且电容器上的电荷以渐进方式增加。在某个时刻，电容器14上的电压将大于电源电压。二极管16防止电流从电容器14流向电源13。电容器14上的电压是用于其他部件比如放大器21的电源电压。

放大器21的输出耦接至压电致动器22。至放大器21的输入可以接收交流信号以用于双向移动，或者接收直流信号以用于单向移动或作为补充驱动器（两个放大器耦接至压电致动器22的相反端子，其中针对每个极性有一个放大器）的一半信号。在补充驱动器中，经升压的电压的绝对幅度大于电池电压的绝对幅度。补充驱动器可以使用单驱动器的高电压的一半（或可以被设置有两倍的高电压），但可能需要两个升压转换器。

本领域内已知根据脉冲宽度调制（PWM）信号来生成低电压波形；例如，参见美国专利第4,914,396号（Berthiaume）、美国专利第5,703,473号（Phillips等人）以及美国专利第5,994,973号（Toki）。处理高电压变得困难且更昂贵，从而需要制造必须隔离并控制这样的电压的装置。高电压放大器引入了进一步降低效率的损耗。存储电容器占据了宝贵的板空间，从而使图1所示的驱动器的设计不容易适用于不同的应用。

如本文中所使用的，波形的“类似”并不意味是精确的复制，而是非常近似。

鉴于前述内容，本发明的一个实施方式去除了触觉驱动器中的存储电容器。

发明内容

在本发明中实现了前述目的，其中，生成了类似于低电压输入波形的高电压波形。高电压波形为直接施加于装置的一连串脉冲。误差信号控制脉冲的频率、幅度和持续时间。将从高电压波形中得到的反馈信号与输入波形进行比较以产生误差信号。

根据一个实施方式，一种用于驱动负载的直接驱动波形发生器包括：电感式升压电路，耦接至输出端子并且具有充电控制输入；放电电路，耦接至输出端子并具有放电控制输入；以及反馈电路，耦接至输出端子。该发生器还包括控制电路，该控制电路具有波形输入、耦接到反馈电路的输入、耦接到充电控制输入的第一输出和耦接到放电控制输入的第二输出。控制电路至少部分地基于从反馈电路接收的信号和供应给波形输入的波形的斜率来在所述第一输出或所述第二输出上产生脉冲调制信号，以生成与波形成比例的高电压波形。