CN106936332B - 驱动电路及其所适用的压电致动泵 - Google Patents

Abstract

本发明关于一种驱动电路，适用于一压电致动泵，压电致动泵具有压电致动器负载，驱动电路包含升压电路单元，输出定电压；控制电路，接收定电压，并将所接收的定电压分压产生第一电压及第二电压，经比较后而输出正电压或负电压；以及电压切换电路，连接并接收控制电路所输出正电压或负电压，并将正电压或负电压回授至压电致动器负载而形成所需求正电压或负电压；借以，压电致动器负载所输出的微电压的变化，以利用控制电路的频率调整电路自动检测调整压电致动器负载所输出的微电压的变化而调整所需适当的工作频率。

Description

驱动电路及其所适用的压电致动泵

技术领域

本发明关于一种驱动电路，尤指一种适用于不同压电致动泵的驱动电路及其所适用的压电致动泵。

背景技术

一般压电致动泵在运作时，通常需要驱动电路来驱动压电致动泵的压电致动器，使压电致动器周期性的运作，进而驱动压电致动泵对应运作。其中，驱动电路可使用定频驱动电路或大电压驱动电路来驱动压电致动器。定频驱动电路可固定频率地输出电压来驱动压电致动器，而大电压驱动电路则可提高输出的电压，用以增加压电致动器的变形量。

不同的压电致动泵会对应使用不同的压电致动器，且不同形态的压电致动器其工作频率都有所不同。为了使不同的压电致动泵运作，通常会因应压电致动泵的压电致动器而对应设计所需的驱动电路，如此一来，不同的压电致动泵便可具有与其对应的驱动电路，使不同的压电致动泵的压电致动器可被其对应的驱动电路驱动而运作。

然而，由于压电致动泵的压电致动器需对应设计所需的驱动电路，换言之，若更换不同的压电致动泵则需另行设计新的驱动电路，因此，为了因应不同压电致动泵往往需要设计出多个驱动电路，进而导致驱动电路的成本提高。此外，若是使用定频驱动电路来驱动压电致动器运作，其缺点为仅能固定频率地输出电压，定频驱动电路并无法自主地调整至压电致动器所需的工作频率，即其无法使压电致动器可工作在最佳工作点上。另外，若是使用大电压驱动电路来驱动压电致动器运作，其缺点为当增加压电致动器的变形量时，容易造成压电致动器的毁损或使用寿命降低。

因此，如何发展一种可改善上述已知技术缺失的驱动电路及其所适用的压电致动泵，实惟目前迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种驱动电路，可适用于不同频率的压电致动器，亦即可适用于不同的压电致动泵，俾使驱动电路的成本大幅降低。

本发明的另一目的在于提供一种驱动电路，其可自主地调整至压电致动器所需的工作频率，而使不同的压电致动泵的压电致动器皆可工作在最佳工作点上。

为达上述目的，本发明的一较佳实施态样为提供一种驱动电路，适用于压电致动泵，压电致动泵具有压电致动器负载，驱动电路包含：升压电路单元，接收输入电压并转换输出稳定的定电压；控制电路，接收升压电路单元所输出的定电压，包含有分压电路、比较器及频率调整电路，分压电路是将定电压予以分压产生第一电压及第二电压，而比较器是将分压所产生的第一电压及第二电压输入做比较而输出正电压或负电压；以及电压切换电路，连接并接收控制电路的比较器所输出正电压或负电压，包含半桥电路第一开关及半桥电路第二开关，用以接收比较器所输出的正电压或负电压回授至压电致动器负载而形成所需求正电压或负电压；借以，压电致动器负载所输出的微电压的变化，以利用控制电路及电压切换电路来控制压电致动器负载所需求的工作振荡电路，并同时以控制电路的频率调整电路自动检测调整压电致动器负载所输出的微电压的变化而调整所需适当的工作频率。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的驱动电路驱动压电致动泵的示意图。

图2为图1所示的驱动电路包含压电致动器负载的细部电路示意图。

图3A及图3B为本发明驱动电路的运作原理的示意图。

【主要元件符号说明】

10：驱动电路 11：升压电路单元

12：控制电路 12a：比较器

13：电压切换电路 20：压电致动泵

21：压电致动器负载 21a:输出端

21b:输入端 V_in：输入电压

V_cc：定电压 V_c：微电压

R1:第一电阻 R2:第二电阻

R3:第三电阻 R4:第四电阻

R5:第五电阻 R6:第六电阻

C1:第一电容 C2:第二电容

C3:第三电容 V₁：第一电压

V₂：第二电压 V+：正电压

V-：负电压 Q1:半桥电路第一开关

Q2：半桥电路第二开关

具体实施方式

体现本发明特征与优点的一个典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图式在本质上当作说明的用，而非用以限制本发明。

请参阅图1，其为本发明较佳实施例的驱动电路驱动压电致动泵的示意图。如图所示，本发明的驱动电路10与压电致动泵20连接，且驱动电路10接收输入电压V_in并将其转换成为输出交流电压，以驱动压电致动泵20运作。压电致动泵20可适用于医药生技、电脑科技、打印或是能源等工业，可输送气体或是液体，主要是借由其中的压电致动器负载21将电能转换成机械能，而对应驱动压电致动泵20运作。

请参阅图2，其为图1所示的驱动电路包含压电致动器的细部电路示意图。如图2所示，驱动电路10用来提供交流电压驱动压电致动器负载21运作。驱动电路10包含升压电路单元11、控制电路12及电压切换电路13。

升压电路单元11用以接收输入电压V_in并转换输出稳定的定电压V_cc。其中，升压电路单元11的输入端可接收一定范围内的电压输入，且在输出端能够稳定提供定电压V_cc供控制电路12所使用。亦即控制电路12与升压电路单元11连接，并接收定电压V_cc而运作。

而控制电路12具有一输入端，供以接收升压电路单元11的定电压V_cc并分压产生一第一电压V₁及一第二电压V₂由一输出端输出，供与电压切换电路13连接，且控制电路12另具有一接收端，供与压电致动器负载21的输出端21a连接，用以接收压电致动器负载21所输出的微电压V_c；而电压切换电路13具有一输入端，供与控制电路12的输出端连接，用以对控制电路12所产生第一电压V₁及第二电压V₂比较结果而选择输出一正电压V+或一负电压V-予以接收，又电压切换电路13具有一输出端，供与压电致动器负载21的输入端21b连接，将接收的正电压V+或负电压V-予以回授(Feedback)至压电致动器负载21，促使压电致动器负载21的输入端21b为一正电压V+，而压电致动器负载21的输出端21a则输出的微电压V_c为对应一正电压V+而形成为一负电压V-，或促使压电致动器负载21的输入端21b为一负电压V-，而压电致动器负载21的输出端21a则输出的微电压V_c为对应一负电压V-而形成为一正电压V+。借以，压电致动器负载21所输出的微电压V_c的变化，以利用控制电路12及电压切换电路13来控制压电致动器负载21所需求的工作振荡电路。

于本实施例中，控制电路12包含有第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R 5及第一电容C1、第二电容C2、第三电容C 3以及一比较器12a所配置构成的电路。其中，控制电路12具有一输入端，供以接收升压电路单元11的定电压V_cc，且输入端线路上设有由第一电阻R1及第一电容C1相互并联配置构成一频率调整电路，第一电阻R1及第一电容C1并联电路的一端连接接收升压电路单元11的定电压V_cc，而控制电路12的输入端线路上也设有由第二电阻R2及第二电容C2相互并联所配置构成一输入端稳压电路，第二电阻R2及第二电容C2并联电路的一端与第一电阻R1及第一电容C1并联电路另一端连接，而另一端予以接地。又在控制电路12的输入端线路上设置由第三电阻R3及第四电阻R4所配置构成一分压电路，该分压电路的输入端连接至控制电路12的输入端线路上，并以第三电阻R3及第四电阻R4分别配置成第一电压V₁的线路及第二电压V₂的线路而将第一电压V₁及第二电压V₂输入至比较器12a中，再由比较器12a比较结果而选择一正电压V+或一负电压V-输出，其特征在于，第一电压V₁的线路上也连接至压电致动器负载21的输出端21a，而接收微电压V_c，第二电压V₂的线路上则设置由第五电阻R5与第三电容C3并联电路所配置构成一输出端稳压电路，第五电阻R5与第三电容C3并联电路一端连接至第二电压V₂线路上，而另一端则连接至压电致动器负载21的输入端21b也稳定压电致动器负载21的输入端21b的电压。

另外，控制电路12的比较器12a用以对所输入的第一电压V₁及第二电压V₂做出比较，并根据比较结果选择输出一正电压V+或一负电压V-。亦即，当第一电压V₁大于第二电压V₂时，比较器12a输出正电压V+；当第一电压V₁小于第二电压V₂时，输出负电压V-。

而电压切换电路13包含有一第六电阻R6、半桥电路第一开关Q1及半桥电路第二开关Q2所配置构成的电路。其中第六电阻R6用于电压切换电路13的稳压限流作用，其一端连接于比较器12a的输出端电路上，另一端分别连接于压电致动器负载21的输入端21b上，而半桥电路第一开关Q1及半桥电路第二开关Q2的一输入端相互连接，并与比较器12a的输出端电路连接，半桥电路第一开关Q1及半桥电路第二开关Q2的一输出端则相互连接于压电致动器负载21的输入端21b上，又半桥电路第一开关Q1的控制端连接于控制电路12的输入端线路上，供接收升压电路单元11所输出定电压V_cc，而半桥电路第二开关Q2的一控制端则予以接地连接。

因此，同时参阅图1、图2、第3A及3B图，其特征在于，第3A及3B图为本发明驱动电路的运作原理的示意图。如图1及图3A所示，当压电致动泵20欲开始运作时，控制电路12会接收定电压V_cc，控制电路12会根据所接收的定电压V_cc而分压产生第一电压V₁及第二电压V₂，此时比较器12a便会比较第一电压V₁及第二电压V₂而输出一正电压V+或一负电压V-。

当第一电压V₁大于第二电压V₂时，比较器12a便会输出正电压V+(如图3A的箭头所指输出正电压V+)，如此半桥电路第一开关Q1被导通运作，半桥电路第二开关Q2则不导通，而电压切换电路13输出一正电压V+至压电致动器负载21的输入端21b上，此时压电致动器负载21的输出端21a则会形成略有压降的负电压V-(亦即压电致动器20的导通电压为负电压V-，对于压电致动器20而言视为负电压输出)，如此负电压V-传导至比较器12a的第一电压V₁线路上，而转变成比较器12a的第一电压V₁的输入，即可再与升压电路单元11所输出定电压V_cc所分压第二电压V₂做比较，同时这压电致动器20的导通负电压V-，因在压电致动器负载21会有压差的现象，得以利用频率调整电路以第一电阻R1及第一电容C1并联电路来自动检测调整压电致动器负载21的输出端21a所输出的微电压V_c的共振点工作频率，以调整适合压电致动器负载21的工作频率。

如此，略为压降的负电压V-作为比较器12a的第一电压V₁的输入，当第一电压V₁小于第二电压V₂时，比较器12a的输出端便会输出负电压V-(如图3B的箭头所指输出负电压V-)，如此半桥电路第二开关Q2被导通运作，半桥电路第一开关Q1则不导通，而电压切换电路回授输出一负电压V-至压电致动器负载21的输入端21b上，此时压电致动器负载21的输出端21a则会形成略有压降的正电压V+(亦即压电致动器20的导通电压为正电压V+，对于压电致动器20而言视为正电压输出)，如此正电压V+传导至比较器12a的第一电压V₁端，而变成比较器12a的第一电压V₁的输入，再与升压电路单元11所输出定电压V_cc所分压第二电压V₂做比较，如此循环下，控制电路12及电压切换电路13所形成可因应压电致动器负载21所输出的微电压V_c的正负电压变化的工作振荡电路，让压电致动器负载21将电能转换成机械能，而对应驱动压电致动泵20运作。当然压电致动器负载21的工作频率也因控制电路12中频率调整电路以第一电阻R1及第一电容C1并联电路设计来自动检测调整，将频率调整至压电致动器负载21所需的工作频率，借此便可使压电致动器负载21工作在最佳工作点上。

相较于传统的驱动电路，本发明的驱动电路10可利用控制电路12的频率调整电路中以第一电阻R1及第一电容C1并联电路设计来自动检测调整压电致动器负载21所输出的微电压V_c的变化而调整频率，例如当有两种压电致动器负载21的频率分别为18kHz、23kHz时，皆可利用控制电路12的频率调整电路中第一电阻R1及第二电容C1并联电路找到其最佳共振点，即两种压电致动器负载21皆可仅使用本发明的驱动电路10，驱动压电致动器负载21将电能转换成机械能，进而对应使压电致动泵20运作，而不需如传统的多个压电致动器驱动电路的设计。

综上所述，本发明提供一种驱动电路，可适用于不同频率的压电致动器负载，亦即可适用于不同的压电致动泵，俾使驱动电路的成本大幅降低。此外，本发明的驱动电路可自动检测调整至压电致动器负载所需的工作频率，而使不同的压电致动泵的压电致动器负载皆可工作在最佳工作点上。

本发明得由熟习此技术的人士任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附申请专利范围所欲保护者。

Claims (11)

1.一种驱动电路，适用于一压电致动泵，该压电致动泵具有一压电致动器负载，该驱动电路包含：

一升压电路单元，接收一输入电压并转换输出稳定的一定电压；

一控制电路，接收该升压电路单元所输出的该定电压，且包含有一分压电路、一比较器及一频率调整电路，该分压电路将该定电压予以分压产生一第一电压及一第二电压，而该比较器将分压所产生的该第一电压及该第二电压做比较而输出一正电压或一负电压；以及

一电压切换电路，连接并接收该控制电路的该比较器所输出的该正电压或该负电压，且包含一半桥电路第一开关及一半桥电路第二开关，用以接收该比较器所输出的该正电压或该负电压回授至该压电致动器负载而形成所需求的该正电压或该负电压；

借以，该压电致动器负载所输出的微电压的变化，以利用该控制电路及该电压切换电路来控制该压电致动器负载所需求的工作振荡电路，并同时以该控制电路的该频率调整电路自动检测调整该压电致动器负载所输出的微电压的变化而调整所需适当的工作频率。

2.如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，该控制电路具有一输入端线路，接收该升压电路单元的该定电压，且该输入端线路上也设有由第二电阻及第二电容相互并联所配置构成一输入端稳压电路，供以稳定控制该升压电路单元所输入的该定电压。

3.如权利要求2所述的驱动电路，其特征在于，该控制电路的该输入端线路上设置由第三电阻及第四电阻所配置构成该分压电路，该分压电路以第三电阻及第四电阻分别配置成该第一电压的线路及该第二电压的线路而将该第一电压及该第二电压输入至该比较器中。

4.如权利要求3所述的驱动电路，其特征在于，该控制电路的该频率调整电路配置连接于该输入端线路上，由第一电阻及第一电容相互并联配置所构成，且该频率调整电路一端连接并接收该升压电路单元的该定电压，另一端则连接至该分压电路上，而该分压电路的该第一电压的线路上也连接至该压电致动器负载的输出端，促使该频率调整电路自动检测调整该压电致动器负载所输出的该微电压的变化而调整所需适当的工作频率。

5.如权利要求3所述的驱动电路，其特征在于，该控制电路的该分压电路的该第二电压的线路上也设置由第五电阻与第三电容并联电路所配置构成一输出端稳压电路，该输出端稳压电路另一端则连接至该压电致动器负载的输入端，供以稳定该压电致动器负载的输入端的电压。

6.如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，该控制电路的该比较器所接收的该第一电压大于该第二电压时，该比较器输出该正电压。

7.如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，该控制电路的该比较器所接收的该第一电压小于该第二电压时，该比较器输出该负电压。

8.如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，该电压切换电路的第六电阻用于稳压限流作用，其一端连接于该比较器的输出端电路上，另一端连接于该压电致动器负载上。

9.如权利要求2所述的驱动电路，其特征在于，该电压切换电路的该半桥电路第一开关及该半桥电路第二开关的一输入端相互连接，并与该比较器的输出端电路连接，该半桥电路第一开关及该半桥电路第二开关的一输出端则相互连接于该压电致动器负载上，又该半桥电路第一开关的控制端连接于该控制电路的输入端线路上，供接收该升压电路单元所输出的该定电压，而该半桥电路第二开关的一控制端则予以接地连接。

10.如权利要求9所述的驱动电路，其特征在于，当该控制电路的该比较器输出该正电压时，该半桥电路第一开关被导通输出该正电压，而该半桥电路第二开关不导通。

11.如权利要求9所述的驱动电路，其特征在于，当该控制电路的该比较器输出该负电压时，该半桥电路第二开关被导通输出该负电压，而该半桥电路第一开关不导通。