CN101567640B - 压电马达驱动方法及电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种压电马达驱动方法，包括：提供一直流电压；对所述直流电压进行升压；将升压后的直流电压用于控制所述压电马达。本发明亦提供一种压电马达驱动电路，包括：直流电源；直流转换器，用于对所述直流电源输出的直流电压进行升压；一开关元件拓扑结构，用于将升压后的直流电压以交流方式输出至压电马达，所述开关元件拓扑结构包括多数个开关元件分别连接至压电马达的共用电极与两分立电极，每个开关元件具有一控制端；一控制模组，用于输出PWM信号至所述开关元件的控制端从而通过开关元件控制压电马达的共用电极选择性地与两分立电极形成回路，从而使得压电马达可选择性地沿两相反方向中的一方向运动。本发明采用较少的开关元件，有效地简化电路从而提高电路的可靠性且降低成本。

Description

压电马达驱动方法及电路

【技术领域】

本发明涉及一种压电马达驱动方法及电路。

【背景技术】

图6所述为一现有技术的压电马达驱动电路图。此压电马达10’可以用于摄像于机，照相机或摄像机等，其包括一共用电极14’与两分立电极16’、18’。所述驱动电路包括直流电源V1，连接至直流电源V1的直流交流转换器，两LC振荡电路。直流交流转换器用于将直流电压转换成交流电压。由电感L1与电容C1组成的第一振荡电路连接直流交流转换器至压电马达的共用电极14’与分立电极16，由电感L2与电容C2组成的第二振荡电路连接直流交流转换器至压电马达的共用电极14’与分立电极18’，两振荡电路分别控制压电马达10’于两相反方向的运动。

在上述现有技术中，当压电马达10’的工作环境发生改变时，压电马达10’的固有频率将发生改变，从而使得振荡电路原有的品质因数不再与压电马达10’改变后的固有频率最佳适配，因此需要一個结构复杂的控制器用于调整直流交流转换器输出电压的频率以使得振荡电路的品质因数与压电马达10’改变后的固有频率最佳适配，然而，这将增加电路成本。

【发明内容】

本发明解决现有的技术问题所采用的技术方案是：提供一种压电马达驱动方法，包括：提供一直流电压；对所述直流电压进行升压；将升压后的直流电压用于控制压电马达。

本发明解决现有的技术问题所采用的另一技术方案是：提供一种压电马达驱动电路，包括直流电源用于输出一直流电压；一连接至所述直流电源的直流转换器，用于对所述直流电源输出的直流电压进行升压；一开关元件拓扑结构连接于直流转换器与压电马达之间；一控制模组连接至所述开关元件拓扑结构，用于控制所述开关元件拓扑结构将直流转换器输出的升压后的直流电压以交流方式输出至所述压电马达。

本发明进一步的改进在于：所述压电马达为压电超声波马达，其包括一共用电极与两分立电极，所述开关元件拓扑结构包括多数个开关元件分别连接至所述压电马达的共用电极与分立电极，每个开关元件具有一控制端；所述控制模组输出PWM信号至所述开关元件的控制端从而通过开关元件控制压电马达的共用电极选择性地与两分立电极构成回路，从而使得所述压电马达可选择性地沿两相反方向中的一方向运动。

相较于现有技术，本发明所举的实施例具有的有益效果是：采用较少的开关元件，有效地简化电路从而提高电路的可靠性且降低成本。

【附图说明】

图1为依照本发明的压电马达驱动方法步骤框图；

图2为依照本发明的压电马达驱动电路框图；

图3为依照本发明一实施例的开关元件拓扑结构与压电马达的连接电路示意图；

图4A和图4B为依照本发明一实施例的控制模组输出的两种频率控制信号的波形图；

图4C所示为加在压电马达的共用电极与两分立电极的电压波形图；

图5为依照本发明另一实施例的开关元件拓扑结构与压电马达的连接电路示意图；

图6为现有技术的压电马达驱动电路示意图。

【具体实施方式】

以下结合附图说明和具体实施方式作进一步说明。

图1所示为依照本发明的压电马达驱动方法的步骤框图，所述方法包括：提供一直流电压；将所述直流电压进行升压；将升压后的直流电压用于控制所述压电马达。

图2所示为依照本发明的压电马达驱动电路框图。所述驱动电路包括一压电马达10；一直流电源20；一连接至所述直流电源20的直流转换器(DC/DCConverter)30，用于对所述直流电源20输出的直流电压进行升压；一开关元件拓扑结构40，连接于直流转换器30与压电马达10之间；一控制模组50连接至所述开关元件拓扑结构40，用于控制所述开关元件拓扑结构40将直流转换器30输出的升压后的直流电压以交流方式输出至所述压电马达10。

在本发明所举实施例中，所述压电马达10为压电超声波马达，其包括一共用电极14与两分立电极16、18，当然，所述压电马达10还可以是其他形式。所述压电马达10可以用于带摄像头的便携式电子装置中，如用于摄像于机，照相机或摄像机等，所述直流电源可以由所述便携式电子装置中的电池提供。

图3所示为依照本发明一实施例的控制模组50与开关元件拓扑结构40及压电马达10的连接电路图。

所述控制模组50的电源端可与所述直流电源20或直流转换器30相连，用于产生PWM信号PWM1～4，PWM1～4的波形如图4A至4B所示，PWM1与PWM3的波形相同，PWM2与PWM4的波形相同，PWM1、PWM3与PWM2、PWM4相位相差180度，幅值等于或接近于经过直流转换器30升压后的直流电压值。

所述开关元件拓扑结构40包括连接至直流转换器30输出端的节点n1，连接于所述节点n1与地之间的第一开关控制电路1，第二开关控制电路2及分压电路3。所述分压电路3包括第一电容C1与第二电容C2，所述压电马达10的公用电极14经由第一电容C1连接至节点n1，经由第二电容C2接地。

所述第一开关控制电路1包括第一开关元件S1与第二开关元件S2，第一开关元件S1包括一控制端用于接收PWM信号PWM1，一输入端，一输出端接地；第二开关元件S2包括一控制端用于接收PWM信号PWM2，一输入端连接至所述节点n1，一输出端连接至第一开关元件S1的输入端，第一开关元件S1的输入端与第二开关元件S2的输出端的联接点连接至所述压电马达10的一分立电极16。

所述第二开关控制电路2包括第三开关元件S3与第四开关元件S4，第三开关元件S3包括一控制端用于接收PWM信号PWM3，一输入端，一输出端接地；第四开关元件S4包括一控制端用于接收PWM信号PWM4，一输入端连接至所述节点n1，一输出端连接至第三开关元件S3的输入端，第三开关元件S3的输入端与第四开关元件S4的输出端间的联接点连接至所述压电马达10的另一分立电极18。

所述开关元件可以是三极管，绝缘栅双极晶体管(IGBTs)，场效应晶体管(MOSFETs)或门极可关断开关晶闸管(GTOs)等。

下面以三极管为例对本发明的工作原理进行说明。

当采用三极管作为开关元件时，三极管的基极充当开关元件的控制端，发射极充当开关元件的输出端，集电极充当开关元件的输入端。

第一与第二开关控制电路1，2在PWM信号PWM1～4的控制下选择性地工作从而控制压电马达的共用电极选择性地与两分立电极形成回路，具体地说，第一开关控制电路1工作时第二开关控制电路2截止，压电马达10的共用电极14与分立电极16形成回路，压电马达10在PWM信号PWM1～2的控制下沿第一方向运动；第一开关控制电路1截止时第二开关控制电路2工作，压电马达10的共用电极14与分立电极16形成回路，压电马达在PWM信号PWM3～4的控制下沿第二方向运动，第二方向与第一方向相反。当第一开关控制电路1工作时，第一开关控制电路1中的两开关元件S1，S2交替性地导通，具体地说，半个周期内第一开关元件S1导通而第二开关元件S2截止，电流从节点n1流入，经过第一电容C1从压电马达10的公用电极14流入压电马达10，然后从压电马达10的分立电极16流出，经第一开关元件S1到地；在剩下半个周期内，第一开关元件S1截止而第二开关元件S2导通，电流从节点n1流入，经过第二开关元件S2从压电马达10的分立电极16流入压电马达10，然后从压电马达10的公用电极14流出，经第二电容C2到地，这样，电流以交流方式流经压电马达10，压电马达10的共用电极14与分立电极16之间的电压U的波形如图4C所示。当第二开关控制电路2工作时，第二开关控制电路中的两开关元件S3，S4交替性地导通，从而控制电流以交流方式流经压电马达10。

图5所示为依照本发明另一实施例的压电马达驱动电路图。

所述控制模组50包括频率控制模组用于输出频率控制信号，及开关选择电路，在本实施例中，所述频率控制模组为PWM信号发生器，其电源端可与所述直流电源20或直流转换器30相连，用于产生PWM信号PWM1与PWM2。当然，所述频率控制模组还可以是其他形式。在本实施例中，所述开关选择电路为单刀双掷开关S，所述单刀双掷开关S为受控的电子开关。当然，所述开关选择电路还可以是其他形式。

在本实施例中，所述开关元件拓扑结构50为三态门控制电路，所述三态门控制电路可以集成在一芯片上，其包括一电源电压Vcc，三个三态门T1，T2，T3，每一三态门包括一控制端P1，P4，P7，一输入端P2，P5，P8，及一输出端P3，P6，P9。当三态门的控制端接低电平“0”时，输入端的状态与输出端的状态相同，此时的三态门处于有效状态；当三态门的控制端接高电平“1”时，输出端的状态不受输入端控制，此时的三态门处于高阻状态。所述电源电压Vcc通过降压装置如若干个二极管与直流转换器30的输出端相连以接收放大的直流电压。

三态门T1的控制端P1通过电阻R1与电源电压Vcc相连，通过单刀双掷开关S可与地相连，输入端P2与频率控制模组40的一输出端相连以接收频率控制信号PWM1，输出端P3与压电马达的一分立电极14相连。

三态门T2的控制端P4通过电阻R2与电源电压Vcc相连，通过单刀双掷开关S可与地相连，输入端P5与频率控制模组40的所述输出端相连以接收频率控制信号PWM1，输出端P6与压电马达10的另一分立电极16相连。

当三态门T1或T2处于有效状态时，其输出端P3或P6的输出电压波形U2与PWM2的波形相同，输出电压U2的幅值等于或接近于直流转换器30的输出放大电压值。

三态门T3的控制端P7直接接地或通过一受控开关接地，当然所述控制端P7也可接收数字控制信号，输入端P8与所述频率控制模组的另一输出端相连用于接收频率控制信号PWM1，输出端P9与压电马达10的共用电极12相连。当三态门T3处于有效状态时，其输出端P 9的输出电压波形U1与PWM1的波形相同，输出电压U1的幅值等于或接近于直流转换器30的输出放大电压值。

以下对驱动电路的工作原理进行举例说明。

开关S选择性地连接三态门T1，T2中的一个控制端P1，P4与地，假设三态门T1的控制端P1接地，也就是说，三态门T1处于有效状态而三态门T2处于高阻状态。这样，压电马达10的分立电极16从三态门T1的输出端P3接收电压U2，而分立电极18相当于处于断开状态。三态门T3处于有效状态，压电马达10的共用电极12从三态门T3的输出端P9接收电压U1，压电马达10的共用电极12与分立电极16构成回路，压电马达10的共用电极12与分立电极16之间的电压U的波形如图3C所示，U＝U1-U2，压电马达10在电压U的驱动下可以沿一方向运动。可以理解地，当开关S连接三态门T2的控制端P4与地时，压电马达10可以沿另一相反方向运动。

可以理解地，在上述实施例中，所述开关选择电路50还可以是两个独立的受控的电子开关，三态门T1，T2的控制端P1，P4分别通过其中一个开关接地。

本发明所举实施例的压电马达驱动器，采用较少的开关元件，有效地简化电路从而提高电路的可靠性且降低成本。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种压电马达驱动方法，包括：

提供一直流电压；

通过一直流转换器对所述直流电压进行升压；

通过一控制模组控制一开关元件拓扑结构将升压后的直流电压以交流方式输出至所述压电马达用于控制所述压电马达，所述压电马达为压电超声波马达，其包括一共用电极与两分立电极，所述开关元件拓扑结构包括多数个开关元件分别连接至所述压电马达的共用电极与分立电极，每个开关元件具有一控制端；所述控制模组输出PWM信号至所述开关元件的控制端从而通过开关元件控制压电马达的共用电极选择性地与两分立电极构成回路，从而使得所述压电马达可选择性地沿两相反方向中的一方向运动，所述开关元件拓扑结构包括连接至直流转换器输出端的节点及连接于所述节点与地之间的分压电路，所述分压电路具有一电位高于地电压的输出端，所述输出端连接至压电马达的共用电极。

2.根据权利要求1所述的压电马达驱动方法，其特征在于：所述开关元件拓扑结构还包括连接于所述节点与地之间的第一开关控制电路，第二开关控制电路，所述分压电路包括第一电容与第二电容，所述压电马达的公用电极经由第一电容连接至节点，经由第二电容接地。

3.一种压电马达驱动电路，包括直流电源，用于输出一直流电压，其特征在于：所述驱动电路还包括一连接至所述直流电源的直流转换器，用于对所述直流电源输出的直流电压进行升压；一开关元件拓扑结构连接于直流转换器与压电马达之间；一控制模组连接至所述开关元件拓扑结构，用于控制所述开关元件拓扑结构将直流转换器输出的升压后的直流电压以交流方式输出至所述压电马达，所述压电马达为压电超声波马达，其包括一共用电极与两分立电极，所述开关元件拓扑结构包括多数个开关元件分别连接至所述压电马达的共用电极与分立电极，每个开关元件具有一控制端；所述控制模组输出PWM信号至所述开关元件的控制端从而通过开关元件控制压电马达的共用电极选择性地与两分立电极构成回路，从而使得所述压电马达可选择性地沿两相反方向中的一方向运动，所述开关元件拓扑结构包括连接至直流转换器输出端的节点，连接于所述节点与地之间的分压电路，所述分压电路具有一电位高于地电压的输出端，所述输出端连接至压电马达的共用电极。

4.根据权利要求3所述的压电马达驱动电路，其特征在于：所述开关元件拓扑结构还包括连接于所述节点与地之间的第一及第二开关控制电路，所述第一及第二开关控制电路选择性地工作，分别控制压电马达于两相反方向的运动，所述第一开关控制电路具有一输出端连接至压电马达的一分立电极，用于控制压电马达沿一方向的运动；所述第二开关控制电路具有一输出端连接至压电马达的另一分立电极，用于控制压电马达沿另一相反方向的运动。

5.根据权利要求4所述的压电马达驱动电路，其特征在于：所述第一开关控制电路包括第一开关元件与第二开关元件，第一开关元件包括一控制端用于接收PWM信号，一输入端，一输出端接地；第二开关元件包括一控制端用于接收PWM信号，一输入端连接至所述节点，一输出端连接至第一开关元件的输入端，第一开关元件的输入端与第二开关元件的输出端间的联接点充当所述第一开关控制电路的输出端，连接至所述压电马达的一分立电极；所述第二开关控制电路包括第三开关元件与第四开关元件，第三开关元件包括一控制端用于接收PWM信号，一输入端，一输出端接地；第四开关元件包括一控制端用于接收PWM信号，一输入端连接至所述节点，一输出端连接至第三开关元件的输入端，第三开关元件的输入端与第四开关元件的输出端间的联接点充当所述第二开关控制电路的输出端，连接至所述压电马达的另一分立电极。

6.根据权利要求3所述的压电马达驱动电路，其特征在于：所述分压电路包括相互串联的两电容，两电容间的接点充当所述分压电路的输出端连接至压电马达的公用电极。

7.一种压电马达驱动电路，包括直流电源，用于输出一直流电压，其特征在于：所述驱动电路还包括一连接至所述直流电源的直流转换器，用于对所述直流电源输出的直流电压进行升压；一开关元件拓扑结构连接于直流转换器与压电马达之间；一控制模组连接至所述开关元件拓扑结构，用于控制所述开关元件拓扑结构将直流转换器输出的升压后的直流电压以交流方式输出至所述压电马达，所述压电马达为压电超声波马达，其包括一共用电极与两分立电极，所述开关元件拓扑结构包括多数个开关元件分别连接至所述压电马达的共用电极与分立电极，每个开关元件具有一控制端；所述控制模组输出PWM信号至所述开关元件的控制端从而通过开关元件控制压电马达的共用电极选择性地与两分立电极构成回路，从而使得所述压电马达可选择性地沿两相反方向中的一方向运动，所述开关元件拓扑结构包括一三态门控制电路，其包括三个三态门，每一三态门包括一控制端，一输入端及一输出端，其中一三态门的输出端与压电马达的共用电极相连，另外两三态门的输出端分别与压电马达的两分立电极相连；所述控制模组包括频率控制模组及开关选择电路，所述频率控制模组包括两输出端，其中一输出端与所述其中一三态门的输入端相连，用于输出一PWM信号至所述其中一三态门的输入端，其中另一输出端与所述另外两三态门的输入端相连，用于输出另一PWM信号至所述另外两三态门的输入端，所述PWM信号相位相差180度；所述开关选择电路用于选择性地连接所述另外两三态门的控制端与地。

8.根据权利要求7所述的压电马达驱动电路，其特征在于：所述三态门控制电路集成在一芯片上，所述其中一三态门的控制端直接接地或通过一受控开关接地，所述另外两三态门的控制端分别通过电阻与所述芯片的电源电压相连。

9.根据权利要求3至8任一项所述的压电马达驱动电路，其特征在于：所述控制模组的电源端与所述直流电源或直流转换器相连，所述直流电源由一带摄像头的便携式电子装置的电池提供。

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