JPH06153538A - Piezoelectric driving circuit - Google Patents
Piezoelectric driving circuitInfo
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
- H02N2/06—Drive circuits; Control arrangements or methods
- H02N2/065—Large signal circuits, e.g. final stages
- H02N2/067—Large signal circuits, e.g. final stages generating drive pulses
-
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は圧電素子駆動回路に関
し、アクチュエータとして用いられる圧電素子を駆動す
る回路に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric element driving circuit, and more particularly to a circuit for driving a piezoelectric element used as an actuator.
【０００２】[0002]
【従来の技術】内燃機関の燃料噴射弁のアクチュエータ
として、一般にＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の圧
電素子が用いられている。2. Description of the Related Art Piezoelectric elements such as PZT (lead zirconate titanate) are generally used as actuators for fuel injection valves of internal combustion engines.
【０００３】本出願人は先に特願平３−３０９４１７号
等により、圧電素子の充電電荷量を検出し、この充電電
荷量が目標電荷量に一致するように電源電圧を制御する
圧電素子駆動回路を提案した。The applicant of the present application has previously disclosed, in Japanese Patent Application No. 3-309417, etc., a piezoelectric element drive for detecting the charge amount of the piezoelectric element and controlling the power supply voltage so that the charge amount matches the target charge amount. Suggested a circuit.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】上記の従来装置ではス
イッチング電源回路であるＤＣ−ＤＣコンバータの出力
電圧を制御するために、この出力電圧の変化範囲を大き
くとらざるを得ない。この出力電圧の変化範囲を確保す
るためにスイッチング周波数を決定し、デューティ比を
変化させており、ＤＣ−ＤＣコンバータの最も効率の良
いスイッチング周波数及びデューティ比でＤＣ−ＤＣコ
ンバータを動作できないという問題があった。In the above-mentioned conventional device, in order to control the output voltage of the DC-DC converter which is the switching power supply circuit, the change range of this output voltage must be set large. Since the switching frequency is determined and the duty ratio is changed in order to secure the change range of the output voltage, there is a problem that the DC-DC converter cannot operate at the most efficient switching frequency and duty ratio of the DC-DC converter. there were.
【０００５】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
充電用インダクタ及び放電用インダクタ夫々に２次イン
ダクタを設け、充電用インダクタ及び放電用インダクタ
夫々の両端電圧が所定値を越えたとき２次インダクタに
直列接続したダイオードがオンすることにより、圧電素
子の充放電電圧を所定の値に制御でき、スイッチング電
源回路の効率を最大に設定できる圧電素子駆動回路を提
供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above points,
A secondary inductor is provided in each of the charging inductor and the discharging inductor, and when the voltage across both ends of the charging inductor and the discharging inductor exceeds a predetermined value, the diode connected in series to the secondary inductor is turned on, so that the piezoelectric element An object of the present invention is to provide a piezoelectric element drive circuit capable of controlling the charge / discharge voltage to a predetermined value and setting the efficiency of the switching power supply circuit to the maximum.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明の圧電素子駆動回
路は、充実用インダクタと圧電素子の静電容量とにより
構成される第１の共振回路を用いてスイッチング電源回
路の出力電圧を越える昇圧して上記圧電素子に印加して
充電を行ない、放電用インダクタと上記圧電素子の静電
容量とにより構成される第２の共振回路を用いて上記圧
電素子に負側電圧を印加して放電を行なう圧電素子駆動
回路において、上記充電用インダクタ及び放電用インダ
クタ夫々に電磁結合され、充電用インダクタ及び放電用
インダクタ夫々に対して所定の巻線比を持つ２次インダ
クタと、上記充電用インダクタ及び放電用インダクタ夫
々の２次インダクタと直列接続されたダイオードとを有
し、上記２次コイルとダイオードとの直列接続回路夫々
の両端を上記スイッチング電源回路の電源用バッテリー
に接続してなる。A piezoelectric element drive circuit according to the present invention uses a first resonance circuit composed of an enhancement inductor and a capacitance of a piezoelectric element to boost a voltage exceeding an output voltage of a switching power supply circuit. Then, the piezoelectric element is charged by applying it to the piezoelectric element, and a negative side voltage is applied to the piezoelectric element using the second resonance circuit composed of the discharging inductor and the electrostatic capacity of the piezoelectric element to discharge. In the piezoelectric element drive circuit to be performed, a secondary inductor electromagnetically coupled to the charging inductor and the discharging inductor and having a predetermined winding ratio with respect to the charging inductor and the discharging inductor, the charging inductor and the discharging inductor, respectively. And a diode connected in series with each of the secondary inductors, and both ends of each of the series connection circuits of the secondary coil and the diode are connected to each other. Formed by connecting the power supply battery of the quenching power supply circuit.
【０００７】[0007]
【作用】本発明においては、圧電素子の充放電時に２次
インダクタの両端電圧が巻線比及び直流電源の電圧及び
ダイオードの順方向電圧降下によって決定される所定値
を越えると２次インダクタに電流が流れ出し電磁エネル
ギーは直流電源に回生されて圧電素子の充放電が終了
し、圧電素子の両端電圧は所定の値に制御される。According to the present invention, when the voltage across the secondary inductor exceeds a predetermined value determined by the winding ratio, the voltage of the DC power supply and the forward voltage drop of the diode during charging / discharging of the piezoelectric element, the current flows in the secondary inductor. And the electromagnetic energy is regenerated by the DC power source to end charging and discharging of the piezoelectric element, and the voltage across the piezoelectric element is controlled to a predetermined value.
【０００８】[0008]
【実施例】図１は本発明回路の一実施例の回路構成図を
示す。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT FIG. 1 is a circuit diagram of an embodiment of the circuit of the present invention.
【０００９】同図中、１０はバッテリーであり、このバ
ッテリー１０の出力電圧は電界コンデンサＣ１で安定化
されてＤＣ−ＤＣコンバータ１１に供給される。In the figure, 10 is a battery, and the output voltage of this battery 10 is stabilized by an electric field capacitor C1 and supplied to a DC-DC converter 11.
【００１０】スイッチング電源回路としてのＤＣ−ＤＣ
コンバータ１１はトランスＴ１と、トランスＴ１の１次
コイルＬ１にバッテリー１０よりの電流を断続して流す
スイッチング素子ＳＷと、トランスＴ１の２次コイルＬ
２に誘起される電流を全波整流するダイオードＤ１，Ｄ
２とより構成されており、上記ＤＣ−ＤＣコンバータの
出力によって電界コンデンサＣ２が充電され、安定化さ
れる。DC-DC as a switching power supply circuit
The converter 11 includes a transformer T1, a switching element SW that intermittently supplies a current from the battery 10 to a primary coil L1 of the transformer T1, and a secondary coil L of the transformer T1.
Diodes D1 and D for full-wave rectifying the current induced in 2
2 and the electric field capacitor C2 is charged and stabilized by the output of the DC-DC converter.
【００１１】コンデンサＣ２のダイオードＤ１との接続
点は充電用インダクタＬ３及びこれに直列接続されたサ
イリスタＳ１を通して容量性の圧電素子１２の一端に接
続され、圧電素子の他端はコンデンサＣ２のダイオード
Ｄ２との接続点に接続されている。また、圧電素子１２
の両端間はサイリスタＳ２及びこれに直列接続された放
電用インダクタＬ４を通して接続されている。The connection point between the capacitor C2 and the diode D1 is connected to one end of the capacitive piezoelectric element 12 through the charging inductor L3 and the thyristor S1 connected in series to the charging inductor L3, and the other end of the piezoelectric element is connected to the diode D2 of the capacitor C2. It is connected to the connection point with. In addition, the piezoelectric element 12
The two ends are connected to each other through a thyristor S2 and a discharging inductor L4 connected in series with the thyristor S2.
【００１２】一方、２次インダクタＬ５は充電用インダ
クタＬ３と電磁結合されており、インダクタＬ５の一端
はバッテリー１０の負側出力端子に接続され、他端は逆
流防止用のダイオードＤ３のアノードに接続されダイオ
ードＤ３のカソードはバッテリー１０の正側出力端子に
接続されている。On the other hand, the secondary inductor L5 is electromagnetically coupled to the charging inductor L3. One end of the inductor L5 is connected to the negative output terminal of the battery 10 and the other end is connected to the anode of the backflow preventing diode D3. The cathode of the diode D3 is connected to the positive output terminal of the battery 10.
【００１３】同様に２次インダクタＬ６は放電用インダ
クタＬ４と電磁結合されており、インダクタＬ６の一端
はバッテリー１０の負側出力端子に接続され、他端は逆
流防止用のダイオードＤ４のアノードに接続されダイオ
ードＤ４のカソードはバッテリー１０の正側出力端子に
接続されている。Similarly, the secondary inductor L6 is electromagnetically coupled to the discharging inductor L4. One end of the inductor L6 is connected to the negative output terminal of the battery 10, and the other end is connected to the anode of the backflow preventing diode D4. The cathode of the diode D4 is connected to the positive output terminal of the battery 10.
【００１４】ここで、サイリスタＳ１，Ｓ２はゲートに
接続された図示しない点弧回路によってスイッチング制
御される構成とされており、一方のサイリスタがオンの
ときは他方のサイリスタはオフとなるようスイッチング
制御される。Here, the thyristors S1 and S2 are configured to be switching-controlled by a firing circuit (not shown) connected to the gates. When one thyristor is on, the other thyristor is off-switching. To be done.
【００１５】サイリスタＳ１がオンのときは図２（Ａ）
に示す如く電源用コンデンサＣ２の充電電荷が充電用イ
ンダクタＬ３及びサイリスタＳ１を通して圧電素子１２
に印加される。すなわち、サイリスタＳ１がオンのとき
は図示の向きに図２（Ｂ）に示す電流Ｉ1 が流れ、共振
により容量性負荷である圧電素子１４に電源電圧Ｖ0よ
り高い電圧ＶP が蓄えられる。When the thyristor S1 is turned on, FIG.
As shown in FIG. 2, the charge of the power source capacitor C2 passes through the charging inductor L3 and the thyristor S1 and the piezoelectric element 12
Applied to. That is, when the thyristor S1 is on, the current I 1 shown in FIG. 2B flows in the direction shown in the figure, and the resonance causes a voltage V P higher than the power supply voltage V 0 to be stored in the piezoelectric element 14 which is a capacitive load.
【００１６】このとき、２次インダクタＬ５の両端には
インダクタＬ３の両端電圧と、インダクタＬ３とＬ５と
の巻数比に応じた電圧が誘起され、この誘起電圧がバッ
テリー１０の電圧とダイオードＤ３の順方向電圧降下と
の和を越えるとダイオードＤ３がオンして図示の向きに
図２（Ｃ）に示す電流Ｉ3 が流れインダクタＬ３の電磁
エネルギーはバッテリー１０に回生される。このため、
コンデンサＣ２の両端電圧が所定値以上であれば圧電素
子１２の充電電圧は一定となる。At this time, a voltage corresponding to the voltage across the inductor L3 and the winding ratio of the inductors L3 and L5 is induced across the secondary inductor L5, and this induced voltage is applied to the voltage of the battery 10 and the diode D3. When the sum of the directional voltage drop is exceeded, the diode D3 is turned on, and the current I 3 shown in FIG. 2C flows in the direction shown in the drawing, and the electromagnetic energy of the inductor L3 is regenerated in the battery 10. For this reason,
If the voltage across the capacitor C2 is equal to or higher than a predetermined value, the charging voltage of the piezoelectric element 12 is constant.
【００１７】サイリスタＳ２がオンのときは図２（Ａ）
に示す如く圧電素子１２の充電電荷がサイリスタＳ２及
び放電用インダクタＬ４を通して放電される。すなわ
ち、サイリスタＳ２がオンのときは図示の向きに図２
（Ｄ）に示す電流Ｉ2 が流れ、共振により容量性負荷で
ある圧電素子１４の端子電圧ＶP は負電圧まで低下す
る。このとき、２次インダクタＬ６の両端にはインダク
タＬ４の両端電圧と、インダクタＬ４とＬ６との巻数比
に応じた電圧が誘起され、この誘起電圧がバッテリー１
０の電圧とダイオードＤ４の順方向電圧降下との和を越
えるとダイオードＤ４がオンして図示の向きに図２
（Ｅ）に示す電流Ｉ4 が流れインダクタＬ４の電磁エネ
ルギーはバッテリー１０に回生される。When the thyristor S2 is turned on, FIG.
As shown in, the charge of the piezoelectric element 12 is discharged through the thyristor S2 and the discharging inductor L4. That is, when the thyristor S2 is turned on, the thyristor S2 is turned in the direction shown in FIG.
The current I 2 shown in (D) flows, and the resonance causes the terminal voltage V P of the piezoelectric element 14, which is a capacitive load, to drop to a negative voltage. At this time, a voltage corresponding to the voltage across the inductor L4 and the turn ratio between the inductors L4 and L6 is induced across the secondary inductor L6, and this induced voltage is applied to the battery 1
When the sum of the voltage of 0 and the forward voltage drop of the diode D4 is exceeded, the diode D4 turns on and the direction shown in FIG.
The current I 4 shown in (E) flows, and the electromagnetic energy of the inductor L4 is regenerated in the battery 10.
【００１８】これによって放電後の圧電素子１２の両端
電圧を一定にすることがてきる。As a result, the voltage across the piezoelectric element 12 after discharge can be made constant.
【００１９】つまり、コンデンサＣ２の両端電圧は所定
値以上であれば正確に一定に制御する必要はなく、スイ
ッチング素子ＳＷを効率が最大となる周波数及びデュー
ティ比でスイッチングすることができる。またインダク
タＬ５，Ｌ６からダイオードＤ３，Ｄ４を通じてバッテ
リー１０に回生されるエネルギーはダイオードの順方向
電圧降下及びインダクタＬ５，Ｌ６の内部抵抗損失分し
かなく回生率は非常に高い。In other words, the voltage across the capacitor C2 does not need to be accurately controlled to a constant value as long as it is a predetermined value or more, and the switching element SW can be switched at a frequency and duty ratio that maximize efficiency. The energy regenerated from the inductors L5 and L6 to the battery 10 through the diodes D3 and D4 is only the forward voltage drop of the diode and the internal resistance loss of the inductors L5 and L6, and the regeneration rate is very high.
【００２０】また圧電素子１２の充放電電圧を決定する
ものが変動がほとんどないインダクタＬ３とＬ５，Ｌ４
とＬ６夫々の巻数比及びダイオードの順方向電圧降下に
依存しているため上記充放電電圧の精度が高い。また２
次インダクタＬ５，Ｌ６とダイオードＤ３，Ｄ４を追加
するだけの簡単な回路構成で、充電電荷量を一定とする
ためにＤＣ−ＤＣコンバータ１１の出力電圧を可変制御
する従来回路に対して回路構成が極めて簡単となる。The inductors L3 and L5, L4, which have almost no fluctuation, determine the charge / discharge voltage of the piezoelectric element 12.
The accuracy of the charging / discharging voltage is high because it depends on the winding ratio of each of L6 and L6 and the forward voltage drop of the diode. Again 2
The circuit configuration is simpler than that of the conventional circuit in which the output voltage of the DC-DC converter 11 is variably controlled in order to keep the charge amount constant by simply adding the next inductors L5 and L6 and the diodes D3 and D4. It will be extremely easy.
【００２１】更にスイッチング素子ＳＷのスイッチング
パルスのデューティ比を５０％程度で固定できるため、
従来このデューティ比１０〜５０％に可変していたもの
に比してスイッチング周波数を５倍に高くすることがで
き、トランスＴ１の大幅な小型化が可能となり、更にＤ
Ｃ−ＤＣコンバータの代りに電流共振タイプの電源回路
を使用することも可能である。出力電圧を一定とできる
ための共振周波数が一定となり、ノイズ周波数が一定と
なるからである。Further, since the duty ratio of the switching pulse of the switching element SW can be fixed at about 50%,
The switching frequency can be increased five times as compared with the conventional duty ratio variable to 10 to 50%, and the transformer T1 can be significantly downsized.
It is also possible to use a current resonance type power supply circuit instead of the C-DC converter. This is because the resonance frequency for keeping the output voltage constant becomes constant and the noise frequency becomes constant.
【００２２】[0022]
【発明の効果】上述の如く、本発明の圧電素子駆動回路
によれば、圧電素子の充放電電圧を所定の値に制御で
き、スイッチング電源回路の効率を最大に設定でき、実
用上きわめて有用である。As described above, according to the piezoelectric element driving circuit of the present invention, the charging / discharging voltage of the piezoelectric element can be controlled to a predetermined value, the efficiency of the switching power supply circuit can be set to the maximum, and it is extremely useful in practice. is there.
【図１】本発明回路の回路構成図である。FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a circuit of the present invention.
【図２】図１の各部の信号波形図である。FIG. 2 is a signal waveform diagram of each part of FIG.
１０ バッテリー １１ ＤＣ−ＤＣコンバータ １２ 圧電素子 Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ Ｄ１〜Ｄ４ ダイオード Ｌ３ 充電用インダクタ Ｌ４ 放電用インダクタ Ｌ５，Ｌ６ ２次インダクタ Ｓ１，Ｓ２ サイリスタ 10 Battery 11 DC-DC Converter 12 Piezoelectric Element C1, C2 Capacitors D1 to D4 Diode L3 Charging Inductor L4 Discharging Inductor L5, L6 Secondary Inductor S1, S2 Thyristor
Claims (1)
とにより構成される第１の共振回路を用いてスイッチン
グ電源回路の出力電圧を越える昇圧して上記圧電素子に
印加して充電を行ない、放電用インダクタと上記圧電素
子の静電容量とにより構成される第２の共振回路を用い
て上記圧電素子に負側電圧を印加して放電を行なう圧電
素子駆動回路において、 上記充電用インダクタ及び放電用インダクタ夫々に電磁
結合され、充電用インダクタ及び放電用インダクタ夫々
に対して所定の巻線比を持つ２次インダクタと、 上記充電用インダクタ及び放電用インダクタ夫々の２次
インダクタと直列接続されたダイオードとを有し、 上記２次コイルとダイオードとの直列接続回路夫々の両
端を上記スイッチング電源回路の直流電源に接続してな
ることを特徴とする圧電素子駆動回路。1. A first resonance circuit composed of a charging inductor and a capacitance of a piezoelectric element is used to boost the voltage exceeding an output voltage of a switching power supply circuit and apply the voltage to the piezoelectric element for charging. A piezoelectric element drive circuit that applies a negative voltage to the piezoelectric element to perform discharge using a second resonance circuit configured by a discharge inductor and the electrostatic capacity of the piezoelectric element, wherein the charging inductor and the discharge Which is electromagnetically coupled to each of the charging inductors and has a predetermined winding ratio with respect to the charging inductor and the discharging inductor, and a diode connected in series with the secondary inductors of the charging inductor and the discharging inductor. Both ends of the series connection circuit of the secondary coil and the diode are connected to the DC power supply of the switching power supply circuit. And a piezoelectric element driving circuit.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4301328A JPH06153538A (en) | 1992-11-11 | 1992-11-11 | Piezoelectric driving circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4301328A JPH06153538A (en) | 1992-11-11 | 1992-11-11 | Piezoelectric driving circuit |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06153538A true JPH06153538A (en) | 1994-05-31 |
Family
ID=17895541
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4301328A Pending JPH06153538A (en) | 1992-11-11 | 1992-11-11 | Piezoelectric driving circuit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06153538A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014526236A (en) * | 2011-08-26 | 2014-10-02 | グローバル インクジェット システムズ リミテッド | Capacitive load driving method and driving circuit therefor |
-
1992
- 1992-11-11 JP JP4301328A patent/JPH06153538A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014526236A (en) * | 2011-08-26 | 2014-10-02 | グローバル インクジェット システムズ リミテッド | Capacitive load driving method and driving circuit therefor |
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