CN103595376B - 压电驱动电路及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

压电驱动电路及其驱动方法。压电驱动电路包括：全桥电路，其包括连接到压电元件的第一端子的第一和第三开关和连接到压电元件的第二端子的第二和第四开关；开关控制器，其被配置为根据控制切换频率的斜坡信号和控制压电电压周期的参考正弦波之间的比较产生第一脉宽调制PWM输出，根据斜坡信号和反相参考正弦波之间的比较产生第二PWM输出，在参考正弦波和反相参考正弦波的第一周期期间根据第一PWM输出控制第一和第三开关，在参考正弦波的第一周期期间根据第二PWM输出控制第二和第四开关，在参考正弦波的第二周期期间根据第二PWM输出控制第一和第三开关；以及在参考正弦波的第二周期期间根据第一PWM输出控制第二和第四开关。

Description

压电驱动电路及其驱动方法
技术领域
本发明涉及一种对压电元件进行驱动的压电驱动电路和一种用于对压电驱动电路进行驱动的方法。
背景技术
压电元件可将电能转换为机械能并可将机械能转换为电能。全桥驱动电路用于驱动压电元件。
全桥驱动电路向压电元件提供方波电压。例如，全桥驱动电路在正向和负向上向压电元件提供第一DC电压。因此，提供给压电元件的方波峰-峰电压为第一DC电压的两倍。
在这种情况下，当在正向上将第一DC电压提供给压电元件时，对压电元件进行充电的电流流通；且当在负向上将第一DC电压提供给压电元件时，使压电元件放电的电流流通。充电电流和放电电流主要用于对构成压电元件的电容器进行充电和放电。即，每当提供给压电元件的电压方向改变时，产生对压电元件的电容器进行充电或放电的峰值电流。
这样，功耗和噪声由于电容器的充电和放电而增大。
该背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明背景技术的理解，因此，可包含不构成在本国对本领域一般技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明的一个示例性实施例致力于提供一种能够减小峰值电流的压电驱动电路和一种压电驱动电路的驱动方法。
根据本发明示例性实施例的一种压电驱动电路，包括：全桥电路，其包括连接到压电元件的第一端子上的第一开关和第三开关和连接到所述压电元件的第二端子上的第二开关和第四开关；以及开关控制器，用于控制所述第一至第四开关的切换操作。
所述开关控制器根据控制切换频率的斜坡信号和控制压电电压周期的参考正弦波之间的比较的结果产生PWM输出，并根据所述斜坡信号和参考正弦波的反相参考正弦波之间的比较的结果产生第二PWM。
在所述参考正弦波和所述反相参考正弦波的第一周期期间，所述开关控制器根据所述第一PWM输出控制所述第一开关和第三开关的切换操作，并根据所述第二PWM输出控制所述第二开关和第四开关的切换操作。
在接下来的第二周期期间，所述开关控制器根据所述第二PWM输出控制所述第一开关和第三开关的切换操作，并根据所述第一PWM输出控制所述第二开关和第四开关的切换操作。
所述第一开关连接在DC电压和所述压电元件的所述第一端子之间，所述第二开关连接在所述DC电压和所述压电元件的所述第二端子之间，所述第三开关连接在所述压电元件的所述第一端子和地之间，且所述第四开关连接在所述压电元件的所述第二端子和所述地之间。
所述开关控制器产生具有预定周期的输入脉冲，且所述开关控制器包括：压电驱动元件，其用于产生其周期对应于所述输入脉冲周期的所述参考正弦波和所述反相参考正弦波。
所述参考正弦波和所述反相参考正弦波的一个周期可为所述输入脉冲的周期的一半。
所述开关控制器进一步包括：PWM控制器，用于通过比较所述斜坡信号和所述参考正弦波来产生所述第一PWM输出，并通过比较所述斜坡信号和所述反相参考正弦波来产生所述第二PWM输出；以及逻辑运算器，当所述输入脉冲为第一电平时，所述逻辑运算器根据所述第一PWM输出产生第一门控信号，并根据所述第二PWM输出产生第二门控信号，当所述输入脉冲为第二电平时，所述逻辑运算器根据所述第一PWM输出产生所述第二门控信号，并根据所述第二PWM输出产生所述第一门控信号。
所述开关控制器使用所述第一门控信号产生所述第一开关的第一门极电压和所述第三开关的第三门极电压，并使用所述第二门控信号产生所述第二开关的第二门极电压和所述第四开关的门极电压。
所述开关控制器进一步包括门极驱动器，所述门极驱动器通过反转所述第一门控信号产生所述第一开关的所述第一门极电压，根据所述第一门控信号产生所述第三门极电压，通过反转所述第二门控信号产生所述第二开关的所述第二门极电压，并根据所述第二门控信号产生所述第四开关的第四门极电压。
所述PWM控制器包括：第一PWM比较器，包括被输入所述斜坡信号的反相端子和被输入所述参考正弦波的非反相端子，所述第一PWM比较器用于在所述非反相端子的输入高于所述反相端子的输入时产生高电平的第一PWM输出，并在所述非反相端子的输入低于所述反相端子的输入时产生低电平的第一PWM输出；以及第二PWM比较器，包括被输入所述斜坡信号的反相端子和被输入所述反相参考正弦波的非反相端子，所述第二PWM比较器用于在所述非反相端子的输入高于所述反相端子的输入时产生高电平的第二PWM输出，并在所述非反相端子的输入低于所述反相端子的输入时产生低电平的第二PWM输出。
所述逻辑运算器包括：第一与门，对所述第一PWM输出和所述输入脉冲执行与运算；第二与门，对所述第一PWM输出和反相输入脉冲执行与运算；第三与门，对所述第二PWM输出和所述输入脉冲执行与运算；第四与门，对所述第二PWM输出和所述反相输入脉冲执行与运算；第一或门，用于通过对所述第一与门的输出和所述第四与门的输出执行或运算来产生所述第一门控信号；以及第二或门，用于通过对所述第二与门的输出和所述第三与门的输出执行或运算来产生所述第二门控信号。
所述逻辑运算器进一步包括：反相器，通过反转所述输入脉冲来产生反相输入脉冲。
所述斜坡信号为锯齿波或三角波。
根据本发明另一示例性实施例的一种用于对压电驱动电路进行驱动的方法，该压电驱动电路包括：连接到压电元件的第一端子的第一开关和第三开关和连接到所述压电元件的第二端子的第二开关和第四开关，所述方法包括：根据控制切换频率的斜坡信号和控制压电电压周期的参考正弦波之间的比较的结果产生PWM输出；根据所述斜坡信号和所述参考正弦波的反相参考正弦波之间的比较的结果产生第二PWM输出；在所述参考正弦波和所述反相参考正弦波的第一周期期间，根据所述第一PWM输出控制所述第一开关和第三开关的切换操作；在所述第一周期期间，根据所述第二PWM输出控制所述第二开关和第四开关的切换操作；在接下来的第二周期期间，根据所述第二PWM输出控制所述第一开关和第三开关的切换操作；以及在所述第二周期期间，根据所述第一PWM输出控制所述第二开关和第四开关的切换操作。
所述方法进一步包括：产生具有预定周期的输入脉冲，并产生其周期对应于所述输入脉冲的周期的所述参考正弦波和所述反相参考正弦波。
所述参考正弦波和所述反相参考正弦波的一个周期可为所述输入脉冲周期的一半。
所述产生所述第一PWM输出包括对所述斜坡信号和所述参考正弦波进行比较，且所述产生所述第二PWM输出包括对所述斜坡信号和所述反相参考正弦波进行比较。
在所述第一周期期间控制所述第一开关和所述第三开关的切换操作包括：当所述输入脉冲为第一电平时，根据所述第一PWM输出产生第一门控信号；通过反转所述第一门控信号，产生所述第一开关的第一门极电压；以及根据所述第一门控信号，产生所述第三开关的第三门极电压。
在所述第一周期期间控制所述第二开关和所述第四开关的切换操作包括：当所述输入脉冲为第一电平时，根据所述第二PWM输出产生第二门控信号；通过反转所述第二门控信号，产生所述第二开关的第二门极电压；以及根据所述第二门控信号，产生所述第四开关的第四门极电压。
在所述第二周期期间控制所述第一开关和所述第三开关的切换操作包括：当所述输入脉冲为第二电平时，根据所述第二PWM输出产生第一门控信号；通过反转所述第一门控信号，产生所述第一开关的第一门极电压；以及根据所述第一门控信号，产生所述第三开关的第三门极电压。
在所述第二周期期间控制所述第二开关和所述第四开关的切换操作包括：当所述输入脉冲为第二电平时，根据所述第一PWM输出产生第二门控信号；通过反转所述第二门控信号，产生所述第二开关的第二门极电压；以及根据所述第二门控信号，产生所述第四开关的第四门极电压。
所述参考正弦波和所述反相参考正弦波的一个周期可为所述输入脉冲的周期的一半。
所述方法进一步包括通过锯齿波或三角波产生所述斜坡信号。
根据本发明示例性实施例，可提供一种能够减小峰值电流的压电驱动电路及其驱动方法。相应地，可无需用于减小峰值电流的附加电路。
附图说明
图1示出根据本发明一个示例性实施例的压电驱动电路；
图2示出根据本发明示例性实施例的开关控制器；
图3为根据本发明示例性实施例的输入脉冲、参考正弦波、锯齿波、第一PWM输出、第二PWM输出和压电电压的波形图；
图4为根据本发明示例性实施例的第一PWM输出、第二PWM输出和第一至第四门极电压的波形图；
图5为根据本发明另一示例性实施例的输入脉冲、参考正弦波、反相参考正弦波、三角波、第一PWM输出、第二PWM输出和压电电压的波形图。
具体实施方式
在以下的具体实施方式中，仅简单地通过举例说明的方式示出并描述了本发明某些示例性实施例。本领域技术人员应认识到，可在不脱离本发明精神或范围情况下以各种不同方式对所描述的实施例进行修改。相应地，附图和具体实施方式在本质上将被认为是说明性而非限制性的。在整个说明书中，相似的附图标记指代相似的元件。
在整个说明书和接下来的权利要求中，当描述将一元件“耦合”到另一元件时，该元件可“直接耦合”到该另一元件或通过第三元件“电耦合”到该另一元件。此外，除非具有明确的相反描述，否则用语“包括（comprise）”及其变型（如“comprises”或“comprising”）将被理解为意在包括所描述的元件但不排除任何其他元件。
下文将参照附图对根据本发明一个示例性实施例的一种压电驱动电路和一种压电驱动方法进行描述。
图1示出根据本发明一个示例性实施例的压电元件和压电驱动电路。
如图1所示，连接到压电驱动电路20的压电元件10包括：串联谐振电路11，其包括第一电感器L、第一电容器CA和电阻器R；以及第二电容器CB，其与串联谐振电路11并联耦合。
在图1中，压电元件10用一等效电路示例性示出。即，本发明示例性实施例的压电驱动电路20并不限于图1中示出的压电元件10，且压电元件可用另一等效电路实现。
压电驱动电路20用全桥电路实现，且该压电驱动电路20包括四个开关S1至S4。体二极管BD1至BD4和寄生电容器C1至C4分别并联耦合到四个开关S1至S4每个开关的两电极上。压电驱动电路20与DC电压VDC和地相连接。
连接到DC电压VDC上的开关称为上侧开关，且连接到地的开关称为下侧开关。例如，第一开关S1和第二开关S2为上侧开关，第三开关S3和第四开关S4为下侧开关。
根据本发明示例性实施例的第一开关S至第四开关S4用n沟道型MOSFET实现。第一开关S1至第四开关S4中的每一个的第一电极为漏极、第二电极为源极且控制电极为门极。但根据本发明示例性实施例的第一至第四开关并不限于MOSFET，它们可用双极结型晶体管（Bipolar Junction Transistor，BJT）或绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate BipolarTransistor，IGBT）实现。
第一开关S1的源极和第三开关S3的漏极连接到节点N1上，且第二开关S2的源极和第四开关S4的漏极连接到节点N2上。节点N1和节点N2为压电驱动电路20的输出端子，且压电元件10连接在节点N1和节点N2之间。
在压电元件10中，第一电容器CA、第一电感器L和电阻器R串联耦合在节点N1和节点N2之间。串联耦合的第一电容器CA、第一电感器L和电阻器R构成串联谐振电路11。第二电容器CB连接在节点N1和节点N2之间且与串联谐振电路并联连接。
电流IM为流向串联谐振电路的电流，电流ICB为流向第二电容器CB的电流，且压电电流IPIEZO为提供给压电元件10的电流并等于电流IM与电流ICB之和。
更为详细地，第一电容器CA的第一端连接到节点N1上。第一电感器L的第一端连接到第一电容器CA的第二端上。电阻器R的第一端连接到第一电感器L的第二端上，且电阻器R的第二端连接到节点N2上。
第一开关S1和第二开关S2各自的漏极连接到电压VDC上，且第三开关S3和第四开关S4各自的源极连接到地。
对第一开关S1的门极提供第一门极电压VA且对第二开关S2的门极提供第二门极电压VB。对第三开关S3的门极提供第三门极电压VC且对第四开关S4的门极提供第四门极电压VD。
开关控制器30产生参考正弦波SIN和反相参考正弦波RSIN，并使用具有预定频率的斜坡信号产生第一门极电压至第四门极电压QA、QB、QC和QD来控制第一开关S1至第四开关S4的切换操作。参考正弦波SIN由整流正弦波来确定，且反相参考正弦波可以是将参考正弦波SIN反转得到的波形。斜坡信号可以是锯齿波或三角波。在本发明的示例性实施例中，斜坡信号被设置为锯齿波。
参考正弦波SIN的周期和反相参考正弦波RSIN的周期可控制压电电压VPIEZO的周期，且斜坡信号可控制切换频率。更为详细地，开关控制器30产生输入脉冲INP来控制压电电压VPIEZO的周期并产生周期为输入脉冲INP周期一半的参考正弦波SIN和反相参考正弦波RSIN。在这种情况下，参考正弦波SIN和反相参考正弦波RSIN关于预定参考电压彼此反相。参考电压为锯齿波SAW的峰值和最低值的中值。锯齿波SAW的频率决定第一至第四开关的切换频率。
下文将参照图2对根据本发明示例性实施例的开关控制器30进行描述。
图2示出本发明示例性实施例的开关控制器。
如图2所示，开关控制器30包括PWM比较器100、逻辑运算器200、门极驱动器300和信号发生器400。
信号发生器400产生输入脉冲INP、参考正弦波SIN、反相参考正弦波RSIN和锯齿波SAW。信号发生器400产生周期与压电电压VPIEZO的一个周期CT0相同的输入脉冲INP，并产生锯齿波来控制切换频率。
信号发生器400产生参考正弦波SIN和反相参考正弦波RSIN，参考正弦波SIN和反相参考正弦波RSIN的一个周期CT1为输入脉冲INP的半个周期。信号发生器400可将在周期CT1的半周期CT2期间增大的数字信号转换为模拟电压，并可通过将在另一半周期CT3期间减小的数字信号转换为模拟电压来产生参考正弦波SIN。
此外，信号发生器400可将在周期CT1的半周期CT2期间减小的数字信号转换为模拟电压，并可通过将在另一半周期CT3期间增大的数字信号转换为模拟电压来产生反相参考正弦波RSIN。
PWM比较器100根据参考正弦波SIN和锯齿波SAW之间的比较产生第一PWM输出PWM1，并根据反相参考正弦波RSIN和锯齿波SAW之间的比较产生第二PWM输出PWM2。PWM比较器100包括第一PWM比较器110和第二PWM比较器120。
第一PWM比较器110根据输入至非反相端子（+）的参考正弦波SIN和输入至反相端子（-）的锯齿波SAW之间的比较产生第一PWM输出PWM1。
第二PWM比较器120根据输入至非反相端子（+）的反相参考正弦波RSIN和输入至反相端子（-）的锯齿波SAW之间的比较产生第二PWM输出PWM2。当非反相端子（+）的输入高于反相端子（-）的输入时，第一PWM比较器110和第二PWM比较器120输出高电平输出，反之输出低电平输出。
逻辑运算器200使用输入脉冲INP、第一PWM输出PWM1和第二PWM输出PWM2产生第一门信号VC1和第二门控信号VC2来控制门极驱动器300。
逻辑运算器200包括反相器210、第一与（AND）门220至第四与门250和第一或（OR）门260和第二或门270。
反相器210将输入脉冲INP反转。反相器210的输出称为反相输入脉冲INP。
第一与门220对第一PWM输出PWM1和输入脉冲INP执行与运算。即，当第一PWM输出PWM1和输入脉冲INP二者均为对应于逻辑电平1的高电平时，产生逻辑电平1的高电平输出。第一与门220的输出称为第一逻辑输出LS1。
第二与门230对第一PWM输出PWM1和反相输入脉冲INPB执行与运算。即，当第一PWM输出PWM1和反相输入脉冲INPB二者均为对应于逻辑电平1的高电平时，产生逻辑电平1的高电平输出。第二与门230的输出称为第二逻辑输出LS2。
第三与门240对第二PWM输出PWM2和输入脉冲INP执行与运算。即，当第二PWM输出PWM2和输入脉冲INP二者均为对应于逻辑电平1的高电平时，产生逻辑电平1的高电平输出。第三与门240的输出称为第三逻辑输出LS3。
第四与门250对第二PWM输出PWM2和反相输入脉冲INPB执行与运算。即，当第二PWM输出PWM2和反相输入脉冲INPB二者均为对应于逻辑电平1的高电平时，产生逻辑电平1的高电平输出。第四与门250的输出称为第四逻辑输出LS4。
第一或门260通过对第一逻辑输出LS1和第四逻辑输出LS4执行或运算来产生控制第一开关S1和第三开关S3的切换操作的第一门控信号VC1。即，当第一逻辑输出LS1和第四逻辑输出LS4中的至少一个为逻辑电平1的高电平时，第一门控信号VC1为高电平。
第二或门270通过以第二逻辑输出LS2和第三逻辑输出LS3执行或运算来产生控制第二开关S2和第四开关S4切换操作的第二门控信号VC2。即，当第二逻辑电平LS2和第三逻辑电平和LS3的至少一个为逻辑电平1的高电平时，第二门控信号VC2为高电平。
门极驱动器300根据第一门控信号VC1产生第一门极电压QA和第三门极电压QC，并根据第二门控信号VC2产生第二门极电压QB和第四门极电压QD。在这种情况下，第一门极电压QA和第三门极电压QC的相位可彼此相反，且第二门极电压QB和第四门极电压QD的相位可彼此相反。
门极驱动器300包括第一反相器310、第二反相器320和第一缓冲器330、第二缓冲器340。
第一反相器310通过反转第一门控信号VC1产生第一门极电压QA，且第二反相器320通过反转第二门控信号VC2产生第二门极电压QB。
第一缓冲器330通过将根据第二门控信号VC2的输出电平移位来产生第四门极电压QD，且第二缓冲器340通过将根据第一门控信号VC1的输出电平移位来产生第三门极电压QC。输出电平为足以导通或关断第三开关S3和第四开关S4的电平。
现将参照图3和图4对开关控制器30的操作进行描述。
图3为根据本发明示例性实施例的输入脉冲、参考正弦波、反相参考正弦波、锯齿波、第一PWM输出、第二PWM输出和压电电压的波形图。
图4为根据本发明示例性实施例的第一PWM输出、第二PWM输出和第一至第四门极电压的波形图。
压电电压VPIEZO的周期CT0’被控制为等于输入脉冲INP的一个周期CT0。在与周期CT0一半相对应的周期CT1期间，参考正弦波SIN先增大再减小，反相参考正弦波RSIN先减小再增大。图3示例性说明了压电电压VPIEZO和输入脉冲INP的相位差，且本发明不限于此。
参考正弦波SIN和反相参考正弦波RSIN可通过将数字信号转换为模拟电压来产生，且该转换示出为呈阶梯形状。但阶梯形状是为了更好的理解。
通过控制数字信号的频率，如图3所示，参考正弦波和反相参考正弦波实质上被设置为与锯齿波SAW重叠的光滑曲线。下文中，将通过比较器110被比较的锯齿波、参考正弦波SIN和反相参考正弦波RSIN设置为曲线。
参考正弦波SIN和反相参考正弦波RSIN关于参考电压VREF具有相反的相位，且该参考电压VREF为锯齿波SAW的峰值和最低值间的中值。
第一PWM输出PWM1在锯齿波SAW低于参考正弦波SIN的T0处增至高电平，并在锯齿波SAW高于参考正弦波SIN的T1处降至低电平。由此，第一PWM输出PWM1的脉冲宽度在参考正弦波SIN增大的时间段CT2期间增大，且第一PWM输出PWM1的脉冲宽度在参考正弦波SIN减小的时间段CT3期间减小。
第二PWM输出PWM2在锯齿波SAW低于反相参考正弦波RSIN的T0处增至高电平，并在锯齿波SAW高于反相参考正弦波RSIN的时间点（例如，T2）处降至低电平。由此，第二PWM输出PWM2的脉冲宽度在反相参考正弦波RSIN减小的时间段CT2期间减小，且第二PWM输出PWM2的脉冲宽度在反相参考正弦波RSIN增大的时间段CT3期间增大。
在时间段CT1（在该时间段CT1期间输入脉冲INP为高电平），被输入反相输入脉冲INP的第二与门230和第四与门250的第二逻辑输出LS2和第四逻辑输出LS4为低电平。因此，第一或门260的输出根据第一逻辑输出LS1来确定，且第二或门270的输出根据第三逻辑输出LS3来确定。
由于第一逻辑输出LS1根据第一PWM输出PWM1来确定，因此第一门控信号VC1根据第一PWM输出PWM1来确定。如图4所示，在时间段CT1期间，由于第一门极电压QA为第一门控信号VC1的反相输出，因此第一门极电压QA根据第一PWM输出PWM1的反相PWM1_B来确定；且由于第三门极电压QC根据第一门控信号VC1确定，因此第三门极电压QC根据第一PWM输出PWM1的相位来确定。
由于第三逻辑输出LS3根据第二PWM输出PWM2来确定，因此第二门控信号VC2根据第二PWM输出PWM2来确定。如图4所示，在时间段CT1期间，由于第二门极电压QB为第二门控信号VC2的反相输出，因此第二门极电压QB根据第二PWM输出PWM2的反相PWM2_B来确定；且由于第四门极电压QD根据第二门控信号VC2确定，因此第四门极电压QD根据第二PWM输出PWM2的相位来确定。
在时间段CT4（在该时间段CT4期间输入脉冲INP为低电平），被输入输入脉冲INP的第一与门220和第三与门240的第一逻辑输出LS1和第三逻辑输出LS3为低电平。因此，第一或门260的输出根据第四逻辑输出LS4来确定，且第二或门270的输出根据第二逻辑输出LS2来确定。
由于第四逻辑输出LS4根据第二PWM输出PWM2来确定，因此第一门控信号VC1根据第二PWM输出PWM2来确定。如图4所示，在时间段CT4期间，由于第一门极电压QA为第一门控信号VC1的反相输出，因此第一门极电压QA根据第二PWM输出PWM2的反相PWM2_B来确定；且由于第三门极电压QC根据第一门控信号VC1确定，因此第三门极电压QC根据第二PWM输出PWM2的相位来确定。
由于第二逻辑输出LS2根据第一PWM输出PWM1来确定，因此第二门控信号VC2根据第一PWM输出PWM1来确定。如图4所示，在时间段CT4期间，由于第二门极电压QB为第二门控信号VC2的反相输出，因此第二门极电压QB根据第一PWM输出PWM1的反相PWM1_B来确定；且由于第四门极电压QD根据第二门控信号VC2确定，因此第四门极电压QD根据第一PWM输出PWM1来确定。
由上所述，在输入脉冲INP为高电平的时间段内，第一开关S1根据反相第一PWM输出（即PWM1_B）来控制，第三开关S3根据第一PWM输出PWM1来控制，第二开关S2根据第二PWM输出的反相（即PWM2_B）来控制，且第四开关S4根据第二PWM输出PWM2来控制。
在输入脉冲INP为低电平的时间段内，第一开关S1根据第二PWM输出的反相（即PWM2_B）来控制，第三开关S3根据第二PWM输出PWM2来控制，第二开关S2根据第一PWM输出的反相（即PWM1_B）来控制，且第四开关S4根据第一PWM输出PWM1来控制。
由上所述，压电电压VPIEZO被控制为通过控制压电驱动电路20的全桥电路的开关根据正弦波来确定。与压电电压VPIEZO由方波确定的情况相比，当压电电压VPIEZO由正弦波确定时，在执行切换操作期间产生的峰值电流减小。
在本发明的示例性实施例中，通过反转第一门控信号VC1和第二门控信号VC2产生第一门极电压QA和第二门极电压QB，但本发明并不限于此。
例如，第一门极电压QA可根据第一门控信号VC1产生，第三门极电压可通过反转第一门控信号VC1产生，第二门极电压QB可根据第二门控信号VC2产生，且第四门极电压QD可通过反转第二门控信号VC2产生。这样，产生了具有与图3所示的压电电压VPIEZO的相位反相的压电电压。
在本发明的示例性实施例中，使用锯齿波产生第一PWM输出和第二PWM输出，但本发明并不限于此。三角波可代替锯齿波来使用。
图5为根据本发明另一示例性实施例的输入脉冲、参考正弦波、反相参考正弦波、三角波、第一PWM输出、第二PWM输出和压电电压的波形图。
如图5所示，当参考正弦波SIN高于三角波TRS时，第一PWM输出PWM1’为高电平，反之为低电平；且当反相参考正弦波RSIN高于三角波TRS时，第二PWM输出PWM2’为高电平，反之为低电平。
如图5所示，在使用三角波TRS时，第一PWM输出PWM1’和第二PWM输出PWM2’与使用锯齿波SAW产生的第一PWM输出PWM1和第二PWM输出PWM2类似。根据本发明另一示例性实施例的开关控制器可使用第一PWM输出PWM1’和第二PWM输出PWM2’来产生第一至第四门极电压QA、QB、QC和QD。该开关控制器的结构和操作与图2的开关控制器类似，因此不提供进一步描述。
与传统的压电驱动电路相比，根据本发明示例性实施例的压电驱动电路能够通过减小峰值电流来降低输入功率。更为详细地，压电元件的机械能，例如，确定振动的电压为电容器CA的两端电压。根据本发明示例性实施例的输入功率低于传统的压电元件中用于获得足够的电容器CA两端电压的输入功率。因此，与传统的压电元件相比，用于获得相同量机械能的必要电能较低。
结合目前视为实际的示例性实施例对本发明进行了描述，应理解本发明并不限于所公开的实施例，相反，本发明意在囊括包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同配置。
<符号说明>
压电元件10、电感器L、第一电容器CA、第二电容器CB
电阻器R、压电驱动电路20、体二极管BD1-BD4
寄生电容器（C1-C4）、第一开关S1至第四开关S4
串联谐振电路11、开关控制器30、PWM比较器100
逻辑运算器200、门极驱动器300、信号发生器400
第一PWM比较器110、第二PWM比较器120、反相器210
第一与门220至第四与门250、第一或门260和第二或门270
第一反相器310和第二反相器320、第一缓冲器330和第二缓冲器340

Claims (20)

1.一种压电驱动电路，包括：
全桥电路，包括第一开关、第二开关、第三开关和第四开关，第一开关和第三开关连接到压电元件的第一端子上，第二开关和第四开关连接到所述压电元件的第二端子上；以及
开关控制器，其被配置为：
根据控制切换频率的斜坡信号和控制压电电压周期的参考正弦波之间的比较，产生第一脉宽调制输出；
根据所述斜坡信号和反相参考正弦波之间的比较，产生第二脉宽调制输出；
在所述参考正弦波和所述反相参考正弦波的第一周期期间，根据所述第一脉宽调制输出控制所述第一开关和所述第三开关；
在所述参考正弦波的所述第一周期期间，根据所述第二脉宽调制输出控制所述第二开关和所述第四开关；
在所述参考正弦波的第二周期期间，根据所述第二脉宽调制输出控制所述第一开关和所述第三开关；以及
在所述参考正弦波的所述第二周期期间，根据所述第一脉宽调制输出控制所述第二开关和所述第四开关。
2.根据权利要求1所述的压电驱动电路，其中，所述第一开关连接在DC电压供给和所述压电元件的所述第一端子之间，所述第二开关连接在所述DC电压供给和所述压电元件的所述第二端子之间，所述第三开关连接在所述压电元件的所述第一端子和地之间，且所述第四开关连接在所述压电元件的所述第二端子和所述地之间。
3.根据权利要求1所述的压电驱动电路，其中，所述开关控制器用于产生具有预定周期的输入脉冲，且所述开关控制器包括：压电驱动电路，该压电驱动电路用于产生所述参考正弦波和所述反相参考正弦波，所述参考正弦波的周期标称上等于所述输入脉冲的周期。
4.根据权利要求3所述的压电驱动电路，其中，所述参考正弦波的一个周期和所述反相参考正弦波的一个周期均等于所述输入脉冲的周期的一半。
5.根据权利要求3所述的压电驱动电路，其中，所述开关控制器进一步包括：
脉宽调制控制器，用于基于所述斜坡信号和所述参考正弦波产生所述第一脉宽调制输出，并基于所述斜坡信号和所述反相参考正弦波产生所述第二脉宽调制输出；
逻辑运算器，被配置为：
当所述输入脉冲为第一电平时，根据所述第一脉宽调制输出产生第一门控信号，并根据所述第二脉宽调制输出产生第二门控信号；
当所述输入脉冲为第二电平时，根据所述第一脉宽调制输出产生所述第二门控信号，并根据所述第二脉宽调制输出产生所述第一门控信号；
其中，所述开关控制器用于使用所述第一门控信号控制所述第一开关和所述第三开关的门极电压；并且
所述开关控制器用于使用所述第二门控信号控制所述第二开关和所述第四开关的门极电压。
6.根据权利要求5所述的压电驱动电路，其中，所述开关控制器进一步包括：门极驱动器，其被配置为：
通过反转所述第一门控信号，产生所述第一开关的第一门极电压；
产生等于所述第一门控信号的所述第三开关的第三门极电压；
通过反转所述第二门控信号，产生所述第二开关的第二门极电压；
产生等于所述第二门控信号的所述第四开关的第四门极电压。
7.根据权利要求5所述的压电驱动电路，其中，所述脉宽调制控制器包括：
第一脉宽调制比较器，包括被输入所述斜坡信号的反相端子和被输入所述参考正弦波的非反相端子，所述第一脉宽调制比较器用于在所述非反相端子的输入高于所述反相端子的输入时，产生高电平的第一脉宽调制输出；且所述第一脉宽调制比较器用于在所述非反相端子的输入低于所述反相端子的输入时，产生低电平的第一脉宽调制输出；以及
第二脉宽调制比较器，包括被输入所述斜坡信号的反相端子和被输入所述反相参考正弦波的非反相端子，所述第二脉宽调制比较器用于在所述非反相端子的输入高于所述反相端子的输入时，产生高电平的第二脉宽调制输出；且所述第二脉宽调制比较器用于在所述非反相端子的输入低于所述反相端子的输入时，产生低电平的第二脉宽调制输出。
8.根据权利要求5所述的压电驱动电路，其中，所述逻辑运算器包括：
第一与门，用于对所述第一脉宽调制输出和所述输入脉冲执行与运算；
第二与门，用于对所述第一脉宽调制输出和反相输入脉冲执行与运算；
第三与门，用于对所述第二脉宽调制输出和所述输入脉冲执行与运算；
第四与门，用于对所述第二脉宽调制输出和所述反相输入脉冲执行与运算；
第一或门，用于通过对所述第一与门的输出和所述第四与门的输出执行或运算来产生所述第一门控信号；以及
第二或门，用于通过对所述第二与门的输出和所述第三与门的输出执行或运算来产生所述第二门控信号。
9.根据权利要求8所述的压电驱动电路，其中，所述逻辑运算器进一步包括：反相器，其用于通过反转所述输入脉冲来产生所述反相输入脉冲。
10.根据权利要求1所述的压电驱动电路，其中，所述斜坡信号为锯齿波或三角波。
11.一种用于对压电驱动电路进行驱动的方法，该压电驱动电路包括：第一开关、第二开关、第三开关和第四开关，第一开关和第三开关连接到压电元件的第一端子，第二开关和第四开关连接到所述压电元件的第二端子，所述方法包括：
根据控制切换频率的斜坡信号和控制压电电压周期的参考正弦波之间的比较，产生第一脉宽调制脉宽调制输出；
根据所述斜坡信号和反相参考正弦波之间的比较，产生第二脉宽调制输出；
在所述参考正弦波和所述反相参考正弦波的第一周期期间，根据所述第一脉宽调制输出控制所述第一开关和所述第三开关；
在所述参考正弦波的第一周期期间，根据所述第二脉宽调制输出控制所述第二开关和所述第四开关；
在所述参考正弦波的第二周期期间，根据所述第二脉宽调制输出控制所述第一开关和所述第三开关；以及
在所述参考正弦波的第二周期期间，根据所述第一脉宽调制输出控制所述第二开关和所述第四开关。
12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括：产生具有预定周期的输入脉冲，并产生所述参考正弦波和所述反相参考正弦波，所述参考正弦波的周期标称上等于所述输入脉冲的周期。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述参考正弦波和所述反相参考正弦波的一个周期均等于所述输入脉冲的周期的一半。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述产生所述第一脉宽调制输出包括：对所述斜坡信号和所述参考正弦波进行比较，所述产生所述第二脉宽调制输出包括：对所述斜坡信号和所述反相参考正弦波进行比较。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述在所述参考正弦波和所述反相参考正弦波的第一周期期间，根据所述第一脉宽调制输出控制所述第一开关和所述第三开关包括：
当所述输入脉冲为第一电平时，根据所述第一脉宽调制输出产生第一门控信号；
通过反转所述第一门控信号，产生所述第一开关的第一门极电压；以及
根据所述第一门控信号，产生所述第三开关的第三门极电压。
16.根据权利要求12所述的方法，其中，所述在所述参考正弦波的第一周期期间，根据所述第二脉宽调制输出控制所述第二开关和所述第四开关包括：
当所述输入脉冲为第一电平时，根据所述第二脉宽调制输出产生第二门控信号；
通过反转所述第二门控信号，产生所述第二开关的第二门极电压；以及
根据所述第二门控信号，产生所述第四开关的第四门极电压。
17.根据权利要求12所述的方法，其中，所述在所述参考正弦波的第二周期期间，根据所述第二脉宽调制输出控制所述第一开关和所述第三开关包括：
当所述输入脉冲为第二电平时，根据所述第二脉宽调制输出产生第一门控信号；
通过反转所述第一门控信号，产生所述第一开关的第一门极电压；以及
根据所述第一门控信号，产生所述第三开关的第三门极电压。
18.根据权利要求12所述的方法，其中，所述在所述参考正弦波的第二周期期间，根据所述第一脉宽调制输出控制所述第二开关和所述第四开关包括：
当所述输入脉冲为第二电平时，根据所述第一脉宽调制输出产生第二门控信号；
通过反转所述第二门控信号，产生所述第二开关的第二门极电压；以及
根据所述第二门控信号，产生所述第四开关的第四门极电压。
19.根据权利要求15所述的方法，其中，所述参考正弦波和所述反相参考正弦波的一个周期均等于所述输入脉冲的周期的一半。
20.根据权利要求11所述的方法，其中，所述斜坡信号为锯齿波或三角波。
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