JP2010253698A - Drive signal generating circuit, and fluid jetting apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、駆動信号生成回路、流体噴射装置に関する。 The present invention relates to a drive signal generation circuit and a fluid ejection device.
インクを噴射して画像を印刷するインクジェットプリンターでは、圧電素子(例えばピエゾ素子)を用いてインクを噴射するものが知られている。圧電素子は、電気的にはコンデンサーのような容量性負荷となる。圧電素子はノズル毎に設けられており、各ノズルの圧電素子を動作させるためには十分な電流を供給する必要がある。このため、原駆動信号を電流増幅回路で増幅し、増幅された駆動信号をヘッドに供給している(例えば、特許文献1を参照)。 2. Related Art Ink jet printers that eject ink and print an image are known that eject ink using a piezoelectric element (for example, a piezo element). The piezoelectric element is electrically a capacitive load such as a capacitor. A piezoelectric element is provided for each nozzle, and it is necessary to supply a sufficient current to operate the piezoelectric element of each nozzle. For this reason, the original drive signal is amplified by a current amplifier circuit, and the amplified drive signal is supplied to the head (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1の電流増幅回路では、電流増幅回路の高圧側電源電圧端子が電源に接続され、低圧側電源電圧端子が接地されている。このような電流増幅回路で原駆動信号の電流増幅を行う場合、充電用トランジスタにおける消費電力は、高圧側電源電圧と駆動信号との電圧差に電流を乗じた量になり、放電用トランジスタにおける消費電力は、低圧側電源電圧と駆動信号との電圧差に電流を乗じた量になるため、各トランジスタにおける消費電力は大きくなる。
そこで、本発明は、消費電力を低減する構成を提供することを目的とする。加えて、本発明では、消費電力を低減するためにチャージポンプ回路を採用した構成において放電時の電荷を回生する際に、回生できる電荷を増やすことを目的とする。
In the current amplification circuit of
Therefore, an object of the present invention is to provide a configuration that reduces power consumption. In addition, an object of the present invention is to increase the amount of charge that can be regenerated when regenerating the charge during discharge in a configuration that employs a charge pump circuit to reduce power consumption.
上記目的を達成するための主たる発明は、原駆動信号が入力され、前記原駆動信号の電圧変化に応じて容量性負荷を充放電する電流増幅回路と、前記電流増幅回路の高圧側電源電圧端子に一端が接続され、前記電流増幅回路の低圧側電源電圧端子に他端が接続されたチャージポンプ用コンデンサーであって、前記容量性負荷の充電時に前記所定電圧で充電された前記チャージポンプ用コンデンサーの前記他端側の電圧を上げることによって前記電流増幅回路の前記高圧側電源電圧端子の電圧を前記所定電圧よりも高い電圧にさせるためのチャージポンプ用コンデンサーと、前記容量性負荷の放電時の電荷を蓄積する第1蓄電用コンデンサー及び第2蓄電用コンデンサーと、を備えた駆動信号生成回路であって、前記チャージポンプ用コンデンサーを前記所定電圧で充電する際に、前記第1蓄電用コンデンサーの一端と前記第2蓄電用コンデンサーの一端とを電気的に接続することによって前記第1蓄電用コンデンサー及び前記第2蓄電用コンデンサーを直列接続し、直列接続された前記第1蓄電用コンデンサー及び前記第2蓄電用コンデンサーに前記所定電圧が印加され、前記容量性負荷の放電時には、前記第1蓄電用コンデンサーの前記一端と前記第2蓄電用コンデンサーの前記一端とを電気的に切断し、前記第1蓄電用コンデンサー及び前記第2蓄電用コンデンサーのうちの少なくとも一方に、前記電流増幅回路の前記低圧側電源電圧端子からの電荷を蓄積させることを特徴とする駆動信号生成回路である。 A main invention for achieving the above object is to provide a current amplification circuit that receives an original drive signal and charges and discharges a capacitive load according to a voltage change of the original drive signal, and a high-voltage side power supply voltage terminal of the current amplification circuit. A charge pump capacitor having one end connected to the low voltage side power supply voltage terminal of the current amplifier circuit and the other end connected to the capacitor, the charge pump capacitor being charged at the predetermined voltage when the capacitive load is charged A charge pump capacitor for raising the voltage of the high-voltage side power supply voltage terminal of the current amplification circuit to a voltage higher than the predetermined voltage by increasing the voltage on the other end side of the current amplification circuit, and discharging the capacitive load A drive signal generation circuit comprising a first power storage capacitor and a second power storage capacitor for storing charge, wherein the charge pump capacitor The first power storage capacitor and the second power storage capacitor by electrically connecting one end of the first power storage capacitor and one end of the second power storage capacitor when charging the battery at the predetermined voltage. Are connected in series, and the predetermined voltage is applied to the first power storage capacitor and the second power storage capacitor connected in series, and when discharging the capacitive load, the one end of the first power storage capacitor and the first 2 electrically disconnecting the one end of the storage capacitor, and charge from at least one of the first storage capacitor and the second storage capacitor to the low-voltage power supply voltage terminal of the current amplification circuit. It is a drive signal generation circuit characterized by being accumulated.
本発明の他の特徴については、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。 Other features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも、以下の事項が明らかとなる。 At least the following matters will become clear from the description of the present specification and the accompanying drawings.
原駆動信号が入力され、前記原駆動信号の電圧変化に応じて容量性負荷を充放電する電流増幅回路と、前記電流増幅回路の高圧側電源電圧端子に一端が接続され、前記電流増幅回路の低圧側電源電圧端子に他端が接続されたチャージポンプ用コンデンサーであって、前記容量性負荷の充電時に前記所定電圧で充電された前記チャージポンプ用コンデンサーの前記他端側の電圧を上げることによって前記電流増幅回路の前記高圧側電源電圧端子の電圧を前記所定電圧よりも高い電圧にさせるためのチャージポンプ用コンデンサーと、前記容量性負荷の放電時の電荷を蓄積する第1蓄電用コンデンサー及び第2蓄電用コンデンサーと、を備えた駆動信号生成回路であって、前記チャージポンプ用コンデンサーを前記所定電圧で充電する際に、前記第1蓄電用コンデンサーの一端と前記第2蓄電用コンデンサーの一端とを電気的に接続することによって前記第1蓄電用コンデンサー及び前記第2蓄電用コンデンサーを直列接続し、直列接続された前記第1蓄電用コンデンサー及び前記第2蓄電用コンデンサーに前記所定電圧が印加され、前記容量性負荷の放電時には、前記第1蓄電用コンデンサーの前記一端と前記第2蓄電用コンデンサーの前記一端とを電気的に切断し、前記第1蓄電用コンデンサー及び前記第2蓄電用コンデンサーのうちの少なくとも一方に、前記電流増幅回路の前記低圧側電源電圧端子からの電荷を蓄積させることを特徴とする駆動信号生成回路が明らかとなる。
このような駆動信号生成回路によれば、容量性負荷の放電時に、より多くの電荷の回生させることができる。
An original drive signal is input, one end of the current amplification circuit that charges and discharges the capacitive load according to a voltage change of the original drive signal, and one end of the current amplification circuit that is connected to the high-voltage side power supply voltage terminal. A charge pump capacitor having the other end connected to the low-voltage side power supply voltage terminal, by increasing the voltage at the other end of the charge pump capacitor charged at the predetermined voltage when charging the capacitive load; A charge pump capacitor for causing the voltage of the high-voltage side power supply voltage terminal of the current amplifier circuit to be higher than the predetermined voltage, a first storage capacitor for accumulating charges during discharging of the capacitive load, and a first capacitor A storage signal capacitor, and when charging the charge pump capacitor at the predetermined voltage, The first power storage capacitor and the second power storage capacitor are connected in series by electrically connecting one end of one power storage capacitor and one end of the second power storage capacitor, and the first power storage connected in series The predetermined voltage is applied to the capacitor for storage and the capacitor for second storage, and when the capacitive load is discharged, the one end of the first storage capacitor and the one end of the second storage capacitor are electrically disconnected. And a drive signal generation circuit characterized in that at least one of the first power storage capacitor and the second power storage capacitor stores charge from the low-voltage power supply voltage terminal of the current amplifier circuit. It becomes.
According to such a drive signal generation circuit, more electric charge can be regenerated during discharge of the capacitive load.
かかる駆動信号生成回路であって、前記第1蓄電用コンデンサーの前記一端と前記第2蓄電用コンデンサーの前記一端の間に設けられた第1スイッチと、前記第1蓄電用コンデンサーの前記一端と接地との間に設けられた第2スイッチと、前記第2蓄電用コンデンサーの前記一端と前記第1蓄電用コンデンサーの他端との間に設けられた第3スイッチとを有し、前記第1蓄電用コンデンサー及び前記第2蓄電用コンデンサーを直列接続する際には、前記第1スイッチをオンにし、前記第2スイッチと前記第3スイッチをオフにし、前記第1蓄電用コンデンサー及び前記第2蓄電用コンデンサーを並列接続する際には、前記第1スイッチをオフにし、前記第2スイッチと前記第3スイッチをオンにする、ことが望ましい。
このような駆動信号生成回路によれば、第1スイッチ〜第3スイッチのオン/オフの制御によって、容易に第1蓄電用コンデンサーと第2蓄電用コンデンサーの接続状態を直列接続と並列接続とに容易に切り替えることができる。
In this drive signal generation circuit, a first switch provided between the one end of the first power storage capacitor and the one end of the second power storage capacitor, and the one end of the first power storage capacitor and the ground And a third switch provided between the one end of the second power storage capacitor and the other end of the first power storage capacitor, and the first power storage When the capacitor for storage and the capacitor for second storage are connected in series, the first switch is turned on, the second switch and the third switch are turned off, and the first storage capacitor and the second storage capacitor When the capacitors are connected in parallel, it is desirable to turn off the first switch and turn on the second switch and the third switch.
According to such a drive signal generation circuit, the connection state of the first power storage capacitor and the second power storage capacitor can be easily changed to the series connection and the parallel connection by controlling on / off of the first switch to the third switch. It can be switched easily.
かかる駆動信号生成回路であって、前記所定電圧の電源と、前記電源と第1蓄電用コンデンサーの前記他端との間に設けられた第4スイッチとを有し、前記第1スイッチをオフにし、前記第2スイッチと前記第3スイッチをオンにする際に、前記第4スイッチをオフにすることが望ましい。
このような駆動信号生成回路によれば、電荷の回生時に電源から第1蓄電用コンデンサー及び第2蓄電用コンデンサーが充電されてしまうことを回避できる。
The drive signal generation circuit includes a power source having the predetermined voltage, and a fourth switch provided between the power source and the other end of the first storage capacitor, and the first switch is turned off. The fourth switch is preferably turned off when the second switch and the third switch are turned on.
According to such a drive signal generation circuit, it is possible to avoid the first power storage capacitor and the second power storage capacitor from being charged from the power source during charge regeneration.
かかる駆動信号生成回路であって、前記第1スイッチ及び前記第4スイッチをオンにし、前記第2スイッチと前記第3スイッチをオフにする第1状態と、前記第1スイッチ及び前記第4スイッチをオフにし、前記第2スイッチと前記第3スイッチをオンにする第2状態との間に、全てのスイッチをオフにすることが望ましい。
このような駆動信号生成回路によれば、第1スイッチ及び第4スイッチと、第2スイッチ及び第3スイッチが同時にオンとなることを回避できる。
In this drive signal generation circuit, a first state in which the first switch and the fourth switch are turned on, and the second switch and the third switch are turned off, and the first switch and the fourth switch are turned on. It is desirable to turn off all the switches between the second state where the second switch and the third switch are turned on.
According to such a drive signal generation circuit, it can be avoided that the first switch and the fourth switch, and the second switch and the third switch are simultaneously turned on.
かかる駆動信号生成回路であって、一端が前記第1蓄電用コンデンサーの前記他端に接続され、他端が接地された第3蓄電用コンデンサーを有することが望ましい。
このような駆動信号生成回路によれば、各スイッチが同時にオフになったときに、電圧が不定にならないようにすることができる。
In this drive signal generation circuit, it is desirable to have a third power storage capacitor having one end connected to the other end of the first power storage capacitor and the other end grounded.
According to such a drive signal generation circuit, it is possible to prevent the voltage from becoming unstable when the switches are simultaneously turned off.
また、ノズルから流体を噴射させるため電圧変化に応じて変位する圧電素子と、原駆動信号が入力され、前記原駆動信号の電圧変化に応じて前記圧電素子を充放電する電流増幅回路と、前記電流増幅回路の高圧側電源電圧端子に一端が接続され、前記電流増幅回路の低圧側電源電圧端子に他端が接続されたチャージポンプ用コンデンサーであって、前記圧電素子の充電時に前記所定電圧で充電された前記チャージポンプ用コンデンサーの前記他端側の電圧を上げることによって前記電流増幅回路の前記高圧側電源電圧端子の電圧を前記所定電圧よりも高い電圧にさせるためのチャージポンプ用コンデンサーと、前記圧電素子の放電時の電荷を蓄積する第1蓄電用コンデンサー及び第2蓄電用コンデンサーと、を備えた駆動信号生成回路であって、前記チャージポンプ用コンデンサーを前記所定電圧で充電する際に、前記第1蓄電用コンデンサーの一端と前記第2蓄電用コンデンサーの一端とを電気的に接続することによって前記第1蓄電用コンデンサー及び前記第2蓄電用コンデンサーを直列接続し、前記第1蓄電用コンデンサー及び前記第2蓄電用コンデンサーに対して前記所定電圧で充電し、前記圧電素子の放電時に、前記第1蓄電用コンデンサーの前記一端と前記第2蓄電用コンデンサーの前記一端とを電気的に切断し、前記第1蓄電用コンデンサー及び前記第2蓄電用コンデンサーのうちの少なくとも一方に、前記電流増幅回路の前記低圧側電源電圧端子からの電荷を蓄積させる、ことを特徴とする流体噴射装置が明らかとなる。 A piezoelectric element that is displaced in response to a voltage change in order to eject a fluid from the nozzle; a current amplification circuit that receives an original drive signal and charges and discharges the piezoelectric element in accordance with a voltage change in the original drive signal; A charge pump capacitor having one end connected to the high-voltage side power supply voltage terminal of the current amplification circuit and the other end connected to the low-voltage side power supply voltage terminal of the current amplification circuit, wherein the predetermined voltage is applied when the piezoelectric element is charged. A charge pump capacitor for increasing the voltage at the other end of the charged charge pump capacitor to make the voltage of the high-voltage power supply voltage terminal of the current amplifier circuit higher than the predetermined voltage; A drive signal generation circuit comprising a first power storage capacitor and a second power storage capacitor for storing charge during discharge of the piezoelectric element. When the charge pump capacitor is charged at the predetermined voltage, the first power storage capacitor and the second power storage capacitor are electrically connected to each other by electrically connecting one end of the first power storage capacitor and the second power storage capacitor. A second power storage capacitor is connected in series, the first power storage capacitor and the second power storage capacitor are charged with the predetermined voltage, and when the piezoelectric element is discharged, the one end of the first power storage capacitor The one end of the second power storage capacitor is electrically disconnected, and at least one of the first power storage capacitor and the second power storage capacitor is connected to the low voltage side power supply voltage terminal of the current amplification circuit. A fluid ejecting apparatus characterized by accumulating electric charge becomes clear.
以下の実施形態では、インクジェットプリンター(以下、プリンター1ともいう)を例に挙げて説明する。 In the following embodiments, an ink jet printer (hereinafter also referred to as printer 1) will be described as an example.
===プリンターの構成===
<インクジェットプリンターの構成について>
図1は、プリンター1の全体構成のブロック図である。また、図2Aは、プリンター1の全体構成の概略図である。また、図2Bは、プリンター1の全体構成の横断面図である。以下、プリンターの基本的な構成について説明する。
=== Printer configuration ===
<Inkjet printer configuration>
FIG. 1 is a block diagram of the overall configuration of the
プリンター1は、搬送ユニット20、キャリッジユニット30、ヘッドユニット40、検出器群50、及びコントローラー60を有する。外部装置であるコンピューター110から印刷データを受信したプリンター1は、コントローラー60によって各ユニット(搬送ユニット20、キャリッジユニット30、ヘッドユニット40)を制御する。コントローラー60は、コンピューター110から受信した印刷データに基づいて、各ユニットを制御し、紙に画像を印刷する。プリンター1内の状況は検出器群50によって監視されており、検出器群50は、検出結果をコントローラー60に出力する。コントローラー60は、検出器群50から出力された検出結果に基づいて、各ユニットを制御する。
The
搬送ユニット20は、媒体(例えば、紙Sなど)を所定の方向(以下、搬送方向という)に搬送させるためのものである。この搬送ユニット20は、給紙ローラー21と、搬送モーター22(PFモータとも言う)と、搬送ローラー23と、プラテン24と、排紙ローラー25とを有する。給紙ローラー21は、紙挿入口に挿入された紙をプリンター内に給紙するためのローラーである。搬送ローラー23は、給紙ローラー21によって給紙された紙Sを印刷可能な領域まで搬送するローラーであり、搬送モーター22によって駆動される。プラテン24は、印刷中の紙Sを支持する。排紙ローラー25は、紙Sをプリンターの外部に排出するローラーであり、印刷可能な領域に対して搬送方向下流側に設けられている。
The
キャリッジユニット30は、ヘッドを所定の方向(以下、移動方向という)に移動(「走査」とも呼ばれる)させるためのものである。キャリッジユニット30は、キャリッジ31と、キャリッジモーター32(CRモーターとも言う)とを有する。キャリッジ31は、移動方向に往復移動可能であり、キャリッジモーター32によって駆動される。また、キャリッジ31は、インクを収容するインクカートリッジを着脱可能に保持している。
The
ヘッドユニット40は、紙にインクを吐出するためのものである。ヘッドユニット40は、複数のノズルを有するヘッド41を備える。このヘッド41はキャリッジ31に設けられているため、キャリッジ31が移動方向に移動すると、ヘッド41も移動方向に移動する。そして、ヘッド41が移動方向に移動中にインクを断続的に吐出することによって、移動方向に沿ったドットライン(ラスタライン)が紙に形成される。ヘッド41の各ノズルにはピエゾ素子が設けられており、ピエゾ素子が駆動信号COM(後述)で駆動されることによって、ノズルからインクが噴射する。
The
検出器群50には、リニア式エンコーダー51、ロータリー式エンコーダー52、紙検出センサー53、光学センサー54等が含まれる。リニア式エンコーダー51は、キャリッジ31の移動方向の位置を検出する。ロータリー式エンコーダー52は、搬送ローラー23の回転量を検出する。紙検出センサー53は、給紙中の紙の先端の位置を検出する。光学センサー54は、キャリッジ31に取付けられている発光部と受光部により、紙の有無を検出する。そして、光学センサー54は、キャリッジ31によって移動しながら紙の端部の位置を検出し、紙の幅を検出することができる。また、光学センサー54は、状況に応じて、紙の先端(搬送方向下流側の端部であり、上端ともいう)・後端(搬送方向上流側の端部であり、下端ともいう)も検出できる。
The
コントローラー60は、プリンターの制御を行うための制御ユニットである。コントローラー60は、インターフェイス部61と、CPU62と、メモリー63と、ユニット制御回路64と、駆動信号生成回路65を有する。インターフェイス部61は、外部装置であるコンピューター110とプリンター1との間でデータの送受信を行う。CPU62は、プリンター全体の制御を行うための演算処理装置である。メモリー63は、CPU62のプログラムを格納する領域や作業領域等を確保するためのものであり、RAM、EEPROM等の記憶素子を有する。CPU62は、メモリー63に格納されているプログラムに従って、ユニット制御回路64を介して各ユニットを制御する。
The
また、駆動信号生成回路65は、ヘッドユニット40のピエゾ素子を駆動させるための駆動信号COMを生成する。駆動信号生成回路65で生成された駆動信号COMは、フレキシブルケーブル71を介してヘッドユニット40のヘッド41に伝送される。
なお、駆動信号生成回路65の詳細については後述する。
The drive
The details of the drive
図3は駆動信号COMの説明図である。駆動信号生成回路65で生成された駆動信号COMはピエゾ素子に印加される。駆動信号COMの電圧の上昇している期間にピエゾ素子が充電される。また、駆動信号COMの電圧が下降している期間にピエゾ素子が放電される。図は、媒体上の1画素にドットを形成する期間の駆動信号COMを示している。媒体に印刷を行う際には、各画素にドットを形成するごとに、図の駆動信号COMが繰り返し生成される。そして、この駆動信号COMの変化に応じてピエゾ素子の充電と放電が行なわれる。このように駆動信号COMによってピエゾ素子が充放電され、ピエゾ素子が駆動信号COMの電圧変化に応じて変位することによってインクチャンバーが膨張・収縮し、対応するノズルからインクが吐出される。
FIG. 3 is an explanatory diagram of the drive signal COM. The drive signal COM generated by the drive
<印刷手順について>
コントローラー60は、コンピューター110から印刷命令及び印刷データを受信すると、印刷データに含まれる各種コマンドの内容を解析し、各ユニットを用いて、以下の処理を行う。
<Printing procedure>
When receiving a print command and print data from the
まず、コントローラー60は、給紙ローラー21を回転させ、印刷すべき用紙Sを搬送ローラー23の所まで送る。次に、コントローラー60は、搬送モーター22を駆動させることによって搬送ローラー23を回転させる。搬送ローラー23が所定の回転量にて回転すると、用紙Sは所定の搬送量にて搬送される。
First, the
用紙Sがヘッドユニット40の下部まで搬送されると、コントローラー60は、印刷命令に基づいてキャリッジモーター32を回転させる。このキャリッジモーター32の回転に応じて、キャリッジ31が移動方向に移動する。また、キャリッジ31が移動することによって、キャリッジ31に設けられたヘッドユニット40も同時に移動方向に移動する。そして、コントローラー60は、ヘッドユニット40が移動方向に移動している間にヘッド41から断続的にインク滴を噴射させる。このインク滴が、用紙Sにインク滴が着弾することによって、移動方向に複数のドットが並ぶドット列が形成される。なお、移動するヘッド41からインクを噴射することによるドット形成動作のことをパスという。
When the paper S is conveyed to the lower part of the
また、コントローラー60は、ヘッドユニット40が往復移動する合間に搬送モーター22を駆動させる。搬送モーター22は、コントローラー60からの指令された駆動量に応じて回転方向の駆動力を発生する。そして、搬送モーター22は、この駆動力を用いて搬送ローラー23を回転させる。搬送ローラー23が所定の回転量にて回転すると、用紙Sは所定の搬送量にて搬送される。つまり、用紙Sの搬送量は、搬送ローラー23の回転量に応じて定まることになる。このように、パスと搬送動作を交互に繰り返して行い、用紙Sの各画素にドットを形成していく。こうして用紙Sに画像が印刷される。
そして、最後に、コントローラー60は、搬送ローラー23と同期して回転する排紙ローラー25によって印刷が終了した用紙Sを排紙する。
Further, the
Finally, the
===第1実施形態の駆動信号生成回路===
<第1参考例>
図4は第1参考例の駆動信号生成回路65の構成の説明図である。なお、ピエゾ素子は容量性負荷として機能するので、図ではピエゾ素子がコンデンサー(C1)として記載されている。また、プリンター1には、各ノズルに対してそれぞれピエゾ素子が設けられているが、図中ではピエゾ素子を示すコンデンサーを1個で省略記載している。
第1参考例の駆動信号生成回路65は、D/Aコンバータ(以下DACともいう)651と電流増幅回路652を有している。
=== Drive Signal Generation Circuit of First Embodiment ===
<First Reference Example>
FIG. 4 is an explanatory diagram of the configuration of the drive
The drive
DAC651には、CPU62から駆動信号データ(デジタルデータ)が入力される。DAC651はこのデジタルデータをアナログ信号に変換し、駆動信号データに応じた原駆動信号OCOMを出力する。なお、原駆動信号OCOMの電圧変化は、図3の駆動信号COMとほぼ同じである。
Drive signal data (digital data) is input to the
電流増幅回路652は、多数のピエゾ素子が支障なく動作できるように、十分な電流を供給するための回路である。電流増幅回路652は、入力される原駆動信号OCOMの電圧変化に応じてピエゾ素子C1を充放電するための駆動信号COMを出力する。電流増幅回路652は、充電側トランジスタQ1と放電側トランジスタQ2を有する。充電側トランジスタQ1はNPN型のトランジスタであり、放電側のトランジスタQ2はPNP型のトランジスタである。すなわち、電流増幅回路652は、相補的に2個のトランジスタを接続したプッシュプル増幅回路である。
The
充電側トランジスタQ1(NPN型トランジスタ)のベースにはDAC651からの原駆動信号OCOMが入力される。また、充電側トランジスタQ1のコレクタは42V電源と接続されており、充電側トランジスタQ1のエミッタは放電側トランジスタQ2のエミッタと接続されているとともに、ピエゾ素子C1への駆動信号COMの出力信号線に接続されている。なお、駆動信号COMは、スイッチSW1を介してピエゾ素子C1に印加される。
The original drive signal OCOM from the
放電側トランジスタQ2(PNP型トランジスタ)のベースにはDAC651からの原駆動信号OCOMが入力される。また、放電側トランジスタQ2のコレクタはグランド(GND)と接続されており、放電側トランジスタQ2のエミッタは、充電側トランジスタQ1のエミッタと接続されている。
The original drive signal OCOM from the
次に第1参考例の駆動信号生成回路65の動作について説明する。図5は、第1参考例の駆動信号生成回路65の動作の説明図である。
Next, the operation of the drive
(充電時)
ピエゾ素子C1の充電時には、DAC651からの原駆動信号OCOMの電圧が徐々に高くなる。これにより、充電側トランジスタQ1がオンとなって、図に示すように電流I1が流れてピエゾ素子C1が充電される。このときの、充電側トランジスタQ1の発熱量(消費電力)は、充電側トランジスタQ1のコレクタ−エミッタ間の電圧と電流I1との積で表される。つまり、図5の左側斜線部(右上がり線のハッチング部分)と電流I1の積になる。
(When charging)
When the piezo element C1 is charged, the voltage of the original drive signal OCOM from the
(ホールド時)
ホールド時には、原駆動信号OCOMの電圧が変化しない。これにより、充電側トランジスタQ1と放電側トランジスタQ2は共にオフとなる。よって、電流が流れず駆動信号COMは同じ電圧を維持する。
(Hold)
At the time of holding, the voltage of the original drive signal OCOM does not change. As a result, both the charge side transistor Q1 and the discharge side transistor Q2 are turned off. Therefore, no current flows and the drive signal COM maintains the same voltage.
(放電時)
ピエゾ素子C1の放電時には、DAC651からの原駆動信号OCOMの電圧が徐々に低くなる。これにより、放電側トランジスタQ2がオンとなって、図に示すように電流I2が流れてピエゾ素子が放電される。このときの、放電側トランジスタQ2の発熱量は、放電側トランジスタQ2のコレクタ−エミッタ間の電圧と電流I2との積で表される。つまり、図5の右側斜線部(右下がり線のハッチング部分)と電流I2の積になる。
(During discharge)
When the piezo element C1 is discharged, the voltage of the original drive signal OCOM from the
<第2参考例>
第1参考例では、斜線部の面積(コレクタ−エミッタ間の電圧差)が大きく、発熱量が大きい。これに対し、第2参考例では、コレクタ−エミッタ間の電圧差を小さくし、発熱量を低減させている。
また、第1参考例では、ピエゾ素子に充電された電荷が全てグランドに放電されてしまう。これに対し、第2参考例では、ピエゾ素子に充電された電荷の一部を放電時に回生している。
<Second Reference Example>
In the first reference example, the area of the hatched portion (voltage difference between the collector and the emitter) is large and the amount of heat generation is large. On the other hand, in the second reference example, the voltage difference between the collector and the emitter is reduced to reduce the heat generation amount.
In the first reference example, all the charges charged in the piezo element are discharged to the ground. On the other hand, in the second reference example, part of the electric charge charged in the piezo element is regenerated during discharging.
図6は、第2参考例の駆動信号生成回路65の構成の説明図である。第2参考例の駆動信号生成回路65は、DAC651、電流増幅回路652、チャージポンプ回路66、回生用のコンデンサーC3、及び、21V電源V1を有している。電流増幅回路652の高圧側電源電圧端子は、チャージポンプ回路66の高圧側出力端子と接続している(A点)。また、電流増幅回路652の低圧側電源電圧端子は、チャージポンプ回路66の低圧側出力端子と接続している(B点)。チャージポンプ回路66の充電用端子は、21V電源V1とコンデンサーC3と接続している(C点)。チャージポンプ回路66の放電用端子は、GNDと接続している(D点)。
FIG. 6 is an explanatory diagram of the configuration of the drive
DAC651は、第1参考例と同様の構成である。但し、第2参考例のDAC651は、原駆動信号OCOMだけでなく、制御信号も出力する。なお、制御信号については後述する。
The
電流増幅回路652は、第1参考例と同様の構成である。但し、第2参考例では、充電側トランジスタQ1のコレクタの接続先は、42V電源ではなく、後述するチャージポンプ回路66のコンデンサーC2の高圧側端子である。また、放電側トランジスタQ2の接続先は、グランド(GND)ではなく、チャージポンプ回路66のコンデンサーC2の低圧側端子である。
The
チャージポンプ回路66は、コンデンサーC2、電圧調整部661、ダイオードD1及びダイオードD2を有している。チャージポンプ回路66は、電流増幅回路652の高圧側電源電圧端子に原駆動信号OCOMよりも高い電圧を印加するとともに(A点)、電流増幅回路652の低圧側電源電圧端子に原駆動信号OCOMよりも低い電圧を印加する(B点)。
The
コンデンサーC2は、チャージポンプ用のコンデンサーであり、コンデンサーC1(全てのピエゾ素子の容量の合計)よりも容量が大きい。コンデンサーC2の高圧側端子は、充電側トランジスタQ1のコレクタと接続され、コンデンサーC2の低圧側端子は、放電側トランジスタQ2のコレクタと接続されている。 The capacitor C2 is a charge pump capacitor, and has a capacity larger than that of the capacitor C1 (the sum of the capacities of all piezo elements). The high voltage side terminal of the capacitor C2 is connected to the collector of the charge side transistor Q1, and the low voltage side terminal of the capacitor C2 is connected to the collector of the discharge side transistor Q2.
電圧調整部661は、図中B点(コンデンサーC2の低圧側端子、すなわち、放電側トランジスタQ2のコレクタ)の電圧を調整する。電圧調整部661は、DAC651からの制御信号により動作が制御される。
The
第2参考例の電圧調整部661は、相補的に接続されたNチャンネル型FET(Q3)と、Pチャンネル型FET(Q4)によるソースフォロア構成である。この構成により、電圧調整部661の出力電圧(B点電圧)が、入力電圧(制御信号の電圧)と同じになるように制御される。
The
Nチャンネル型FET(以下、N型FETともいう)Q3のゲートには、DAC651からの制御信号が印加される。また、N型FETQ3のドレインは電源V1(21V)に接続されており、N型FETQ3のソースは、Pチャンネル型FET(Q4)のソースと接続されている。
A control signal from the
Pチャンネル型FET(以下、P型FETともいう)Q4のゲートにはDAC651からの制御信号が印加される。P型FETQ4のドレインはグランド(GND)に接続されており、P型FETQ4のソースは、N型FETQ3のソースと接続されている。また、N型FETQ3のソース及びP型FETQ4のソースは、電流増幅回路652の放電側トランジスタQ2のコレクタと、コンデンサーC2の低圧側端子に接続されている。
A control signal from the
B点の電圧が制御信号の電圧よりも低くなる場合にはN型FETQ3がオンし、B点の電圧が制御信号の電圧よりも高くなる場合にはP型FETQ4がオンする。こうして、電圧調整部661は、制御信号と同じ電圧になるようにB点の電圧を調整する。
When the voltage at point B is lower than the voltage of the control signal, the N-type FET Q3 is turned on. When the voltage at point B is higher than the voltage of the control signal, the P-type FET Q4 is turned on. Thus, the
ダイオードD1は逆流防止用のダイオードであり、ダイオードD1のカソード側は電流増幅回路652の充電側トランジスタQ1のコレクタ及びコンデンサーC2の高圧側端子と接続されており、アノード側は電源V1及びN型FETQ3のドレインと接続されている。
The diode D1 is a diode for preventing backflow, the cathode side of the diode D1 is connected to the collector of the charging side transistor Q1 of the
ダイオードD2は、回生用のダイオードであり、放電側トランジスタQ2からコンデンサーC3へ電流が流れることを許容するためのものである。ダイオードD1のカソード側は、コンデンサーC3の高圧側端子と接続されており、アノード側は放電側トランジスタQ2のコレクタに接続されている。 The diode D2 is a regenerative diode and is for allowing a current to flow from the discharge-side transistor Q2 to the capacitor C3. The cathode side of the diode D1 is connected to the high voltage side terminal of the capacitor C3, and the anode side is connected to the collector of the discharge side transistor Q2.
コンデンサーC3は、回生される電荷を蓄積するためのものである。ピエゾ素子C1の放電時に放電側トランジスタQ2から放出された電荷がダイオードD2を介してコンデンサーC3に回生される。このコンデンサーC3の容量は、コンデンサーC1(全てのピエゾ素子の容量の合計)及びコンデンサーC2の容量よりも大きい。コンデンサーC3の低圧側端子はグランドに接続されており、高圧側端子は電源V1、ダイオードD1のアノード側、ダイオードD2のカソード側に接続されている。 The capacitor C3 is for accumulating the regenerated charge. Charges discharged from the discharge-side transistor Q2 when the piezo element C1 is discharged are regenerated to the capacitor C3 via the diode D2. The capacity of the capacitor C3 is larger than the capacity of the capacitor C1 (the total capacity of all the piezoelectric elements) and the capacitor C2. The low-voltage side terminal of the capacitor C3 is connected to the ground, and the high-voltage side terminal is connected to the power source V1, the anode side of the diode D1, and the cathode side of the diode D2.
電源V1は、21Vの電源である。つまり、第2参考例の電源電圧は、第1参考例での電源電圧(42V)よりも低い電圧である。 The power source V1 is a 21V power source. That is, the power supply voltage in the second reference example is lower than the power supply voltage (42 V) in the first reference example.
次に第2参考例の駆動信号生成回路65の動作について説明する。
図7は、第2参考例の原駆動信号OCOM(駆動信号COM)、制御信号及び各ポイントでの電圧の時間変化の説明図である。
まず、時刻T0では、原駆動信号OCOMに変化がなく、充電側トランジスタQ1、放電側トランジスタQ2は共にオフである。A点電圧(コンデンサーC2の高圧側端子、電流増幅回路652の充電側トランジスタQ1のコレクタ)は電源V1により21Vになる。また、このとき制御信号はGND電圧であり、これにより、B点電圧(コンデンサーC2の低圧側端子)は、GND電圧になる。よって、コンデンサーC2が21Vで充電される。
Next, the operation of the drive
FIG. 7 is an explanatory diagram of the time variation of the original drive signal OCOM (drive signal COM), the control signal, and the voltage at each point in the second reference example.
First, at time T0, there is no change in the original drive signal OCOM, and both the charge side transistor Q1 and the discharge side transistor Q2 are off. The voltage at point A (the high-voltage side terminal of the capacitor C2 and the collector of the charge-side transistor Q1 of the current amplification circuit 652) is 21V by the power source V1. Further, at this time, the control signal is the GND voltage, whereby the point B voltage (the low-voltage side terminal of the capacitor C2) becomes the GND voltage. Therefore, the capacitor C2 is charged with 21V.
時刻T1〜T2(原駆動信号OCOMが21V以下でのピエゾ素子C1の充電時)では、DAC651からの原駆動信号OCOMの電位が徐々に高くなる。原駆動信号が高くなることによって、電流増幅回路652の充電側トランジスタQ1がオンとなり、ピエゾ素子C1が充電される。このときの充電側トランジスタQ1のコレクタ電圧は21Vなので、充電側トランジスタQ1のコレクタ−エミッタ間の電圧差は、21V−駆動信号COMの電圧(図のT1〜T2のハッチング部分)となる。これは第1参考例の場合よりも小さい。すなわち、充電側トランジスタQ1の発熱が第1参考例よりも小さくなる。
At times T1 to T2 (when the piezo element C1 is charged when the original drive signal OCOM is 21 V or less), the potential of the original drive signal OCOM from the
また、このとき、制御信号はGND電圧である。つまり、図のB点の電圧がGND電圧になっている。 At this time, the control signal is a GND voltage. That is, the voltage at point B in the figure is the GND voltage.
時刻T2において、原駆動信号OCOM(駆動信号COM)が21Vになる。このとき、DAC651は、制御信号をGND電圧から21Vに変化させる。これにより、N型FETQ3がオンし、電源V1(21V)からB点に電流が流れる。この結果、B点の電圧がGND電圧から21Vになる。また、コンデンサーC2は時刻T2の直前に21Vで充電されているため、時刻T2で低電圧側の電圧(B点電圧)がGND電圧から21Vになることにより、高電圧側の電圧(A点電圧)が42V(21V+21V)になる。
At time T2, the original drive signal OCOM (drive signal COM) becomes 21V. At this time, the
時刻T2〜T3(原駆動信号OCOMが21V以上でのピエゾ素子C1の充電時)では、充電側トランジスタQ1がオンであり、ピエゾ素子C1が充電される。なお、この期間の充電側トランジスタQ1のコレクタ−エミッタ間の電圧差は、A点電圧が42Vなので、42V−駆動信号COMの電圧(図のT2〜T3のハッチング部分)となる。 At times T2 to T3 (when the piezo element C1 is charged when the original drive signal OCOM is 21 V or higher), the charge side transistor Q1 is on and the piezo element C1 is charged. Note that the voltage difference between the collector and the emitter of the charging side transistor Q1 during this period is the voltage of the 42V-driving signal COM (hatched portion of T2 to T3 in the figure) because the voltage at the point A is 42V.
時刻T3〜T4(ホールド時)では、原駆動信号OCOMが一定になる。これにより充電側トランジスタQ1が(及び放電側トランジスタQ2も)オフとなり、ピエゾ素子C1には電流が流れず、駆動信号COMは同じ電圧を維持する。 From time T3 to T4 (during hold), the original drive signal OCOM becomes constant. As a result, the charge-side transistor Q1 (and the discharge-side transistor Q2) is turned off, no current flows through the piezo element C1, and the drive signal COM maintains the same voltage.
時刻T4〜T5(原駆動信号OCOMが21V以上でのピエゾ素子C1の放電時)では、DAC651からの原駆動信号OCOMの電圧が徐々に低くなる。これにより、電流増幅回路652の放電側トランジスタQ2がオンとなり、ピエゾ素子C1が放電される。なお、制御信号は21Vのままである。また、放電側トランジスタQ2がオンになった時、P型FETQ4がオンになり、放電側トランジスタQ2からの電荷をGNDに放出する。こうして、B点の電圧は21V(制御信号と同じ電圧)に調整される。なお、放電側トランジスタQ2がオンになった時、放電側トランジスタQ2からの電荷の一部は、ダイオードD2を介して、コンデンサーC3に回生される。コンデンサーC3に回生された電荷は、次にピエゾ素子C1に充電を行うときに用いられることになる。
At times T4 to T5 (when the piezo element C1 is discharged when the original drive signal OCOM is 21 V or higher), the voltage of the original drive signal OCOM from the
よって、この期間の放電側トランジスタQ2のコレクタ−エミッタ間の電圧差は、駆動信号COMの電圧−21V(図7のT4〜T5のハッチング部分)である。これは、第1参考例の場合よりも小さい。つまり、第1参考例の場合よりも放電側トランジスタQ2の発熱を小さくすることができる。 Therefore, the voltage difference between the collector and the emitter of the discharge-side transistor Q2 during this period is the voltage -21V of the drive signal COM (hatched portion of T4 to T5 in FIG. 7). This is smaller than in the case of the first reference example. That is, the heat generation of the discharge-side transistor Q2 can be made smaller than in the case of the first reference example.
時刻T5(原駆動信号OCOMが21Vになったとき)に、DAC651は制御信号を21VからGND電圧に変化させる。
ここでも、P型FETQ4がオンになり、グランド(GND)に電流が流れる。ただし、制御信号がGND電圧になるので、B点の電圧が21VからGND電圧になる。また、B点の電圧が21VからGND電圧になることによって、A点の電圧は42Vから21Vになる。
At time T5 (when the original drive signal OCOM becomes 21V), the
Again, the P-type FET Q4 is turned on, and a current flows to the ground (GND). However, since the control signal becomes the GND voltage, the voltage at the point B changes from 21 V to the GND voltage. Further, when the voltage at the point B is changed from 21V to the GND voltage, the voltage at the point A is changed from 42V to 21V.
時刻T5〜T6(原駆動信号が21V以下でのピエゾ素子C1の放電時)においても、放電側トランジスタQ2がオンとなり、ピエゾ素子C1が放電される。なお、B点の電圧がGND電圧になっているので、放電側トランジスタQ2のコレクタ−エミッタ間の電圧差は、駆動信号COMの電圧−GND(図7のT5〜T6のハッチング部分)である。
以下、同じ動作を繰り返す。
Also at times T5 to T6 (when the piezo element C1 is discharged when the original drive signal is 21 V or less), the discharge-side transistor Q2 is turned on and the piezo element C1 is discharged. Since the voltage at point B is the GND voltage, the voltage difference between the collector and the emitter of the discharge-side transistor Q2 is the voltage -GND of the drive signal COM (hatched portion from T5 to T6 in FIG. 7).
Thereafter, the same operation is repeated.
<第1実施形態>
第2参考例では、コンデンサーC3への電荷の回生は、駆動信号COMが21Vになるまでのピエゾ素子C1の放電時でしか行なわれない。これは、電荷の回生時にコンデンサーC3が21Vで充電されているためである。
これに対し、本実施形態では、駆動信号COMが21Vよりも低い電圧でも電荷の回生を行なえるようにしている。
<First Embodiment>
In the second reference example, charge regeneration to the capacitor C3 is performed only when the piezo element C1 is discharged until the drive signal COM becomes 21V. This is because the capacitor C3 is charged with 21V during charge regeneration.
On the other hand, in the present embodiment, charge regeneration can be performed even when the drive signal COM is lower than 21V.
図8は、第1実施形態の駆動信号生成回路65の説明図である。第2参考例と比較すると、第2参考例では回生用のコンデンサーC3が設けられていたのに対し、本実施形態では、回生用のコンデンサーとして、コンデンサーC3(第1蓄電用コンデンサーに相当する)とコンデンサーC4(第2蓄電用コンデンサーに相当する)が設けられている。さらに、本実施形態ではコンデンサーC5(第3蓄電用コンデンサーに相当する)、スイッチSW2〜SW5が追加されている。
以下、第2参考例と異なる構成について説明する。
FIG. 8 is an explanatory diagram of the drive
Hereinafter, a configuration different from the second reference example will be described.
コンデンサーC3及びコンデンサーC4は、回生用のコンデンサーであり、ピエゾ素子C1の放電時の電荷を蓄積する。このコンデンサーC3、C4の各容量は、コンデンサーC1(全てのピエゾ素子の容量の合計、例えば1μF)及びコンデンサーC2の容量(例えば20μF)よりも大きい(例えば40μF)。本実施形態のコンデンサーC3とコンデンサーC4は、後述するスイッチSW2〜SW4によって、接続関係(直列接続及び並列接続)が切り替えられる。なお、コンデンサーC3の図中下側端子は、グランド(GND)と接続され、コンデンサーC4の図中上側端子は、チャージポンプ回路66の充電用端子と接続されている(C点)。 The capacitor C3 and the capacitor C4 are regenerative capacitors, and accumulate electric charges when the piezo element C1 is discharged. The capacities of the capacitors C3 and C4 are larger (for example, 40 μF) than the capacitors C1 (the total capacity of all the piezoelectric elements, for example, 1 μF) and the capacitors C2 (for example, 20 μF). The connection relationship (series connection and parallel connection) of the capacitor C3 and the capacitor C4 of this embodiment is switched by switches SW2 to SW4 described later. The lower terminal of the capacitor C3 in the drawing is connected to the ground (GND), and the upper terminal of the capacitor C4 in the drawing is connected to the charging terminal of the charge pump circuit 66 (point C).
コンデンサーC5は、後述する全スイッチ(スイッチSW2〜SW5)がオフになったときに、電位が不定とならないようにさせるためのものである。このコンデンサーC5には、小容量(例えば、0.01μF)のものが用いられる。コンデンサーC5の図中上側端子は、コンデンサーC4の図中上側端子と接続され、コンデンサーC5の図中下側端子は、グランド(GND)と接続されている。 The capacitor C5 is for preventing the potential from becoming indefinite when all the switches (switches SW2 to SW5) described later are turned off. The capacitor C5 has a small capacity (for example, 0.01 μF). The upper terminal in the figure of the capacitor C5 is connected to the upper terminal in the figure of the capacitor C4, and the lower terminal in the figure of the capacitor C5 is connected to the ground (GND).
スイッチSW2〜SW5は、コントローラー60によりオン/オフが制御される。
スイッチSW2は、コンデンサーC3の図中上側端子と、コンデンサーC4の図中下側端子との間に設けられている。なお、スイッチSW2は第1スイッチに相当する。
スイッチSW3は、コンデンサーC4の図中下側端子とグランド(GND)との間に設けられている。なお、スイッチSW3は第2スイッチに相当する。
スイッチSW4は、コンデンサーC4の図中上側端子と、コンデンサーC3の図中上側端子との間に設けられている。なお、スイッチSW4は第3スイッチに相当する。
スイッチSW5は、コンデンサーC4の図中上側端子と、電源V1(21V)との間に設けられている。また、スイッチSW5は、スイッチSW4を介してコンデンサーC3の図中上側端子と電源V1との間に設けられている。なお、スイッチSW5は第4スイッチに相当する。
The switches SW <b> 2 to SW <b> 5 are controlled on / off by the
The switch SW2 is provided between the upper terminal of the capacitor C3 in the drawing and the lower terminal of the capacitor C4 in the drawing. Note that the switch SW2 corresponds to a first switch.
The switch SW3 is provided between the lower terminal of the capacitor C4 in the drawing and the ground (GND). Note that the switch SW3 corresponds to a second switch.
The switch SW4 is provided between the upper terminal of the capacitor C4 in the drawing and the upper terminal of the capacitor C3 in the drawing. Note that the switch SW4 corresponds to a third switch.
The switch SW5 is provided between the upper terminal of the capacitor C4 in the figure and the power source V1 (21V). The switch SW5 is provided between the upper terminal of the capacitor C3 in the figure and the power source V1 via the switch SW4. Note that the switch SW5 corresponds to a fourth switch.
図9は、駆動信号及び各ポイントでの電位の時間変化の説明図である。また、図10は、各スイッチのオン/オフ制御の説明図である。
最初の時刻T0〜時刻T5直前までは、コントローラー60は、スイッチSW2とスイッチSW5をオンにし、スイッチSW3とスイッチSW4をオフにする。これにより、コンデンサーC3とコンデンサーC4が直列接続になる。このように、時刻T5直前まで、スイッチSW2スとスイッチSW5がオン、スイッチSW3とスイッチSW4がオフという状態が維持されて、前述の第2参考例と同様の動作を行う。
なお、チャージポンプ回路66のコンデンサーC2の充電時に、直列接続されたコンデンサーC3とコンデンサーC4に電源V1の21Vの電源電圧が印加され、コンデンサーC3とコンデンサーC4は、それぞれ10.5Vに充電される。
時刻T5で、コントローラー60は、一旦スイッチSW2〜SW5を全てオフにする。これは、スイッチSW2及びスイッチSW5と、スイッチSW3及びスイッチSW4が同時オンとなるのを回避するためである。
FIG. 9 is an explanatory diagram of the time change of the drive signal and the potential at each point. FIG. 10 is an explanatory diagram of on / off control of each switch.
Until the first time T0 to immediately before time T5, the
When charging the capacitor C2 of the
At time T5, the
時刻T5〜時刻Taでは、コントローラー60は、スイッチSW2とスイッチSW5をオフにし、スイッチSW3とスイッチSW4をオンにする。これにより、コンデンサーC3とコンデンサーC4が並列接続になる。よって、大きな容量C(C3+C4)に充電することができる。なお、コンデンサーC3及びC4のそれぞれの高電位側の電圧は10.5Vである。
これにより、駆動信号COMが10.5Vになるまでの間においても、放電側トランジスタQ2からの電荷の一部がダイオードD2を介してコンデンサーC3、C4に移動する(回生)。つまり、本実施形態では、時刻T4〜時刻T5までの間だけでなく、時刻T5〜Taまでの間も、放電側トランジスタQ2からの電荷を回生することができる。
From time T5 to time Ta, the
As a result, part of the charge from the discharge-side transistor Q2 moves to the capacitors C3 and C4 via the diode D2 (regeneration) until the drive signal COM becomes 10.5V (regeneration). That is, in the present embodiment, the charge from the discharge-side transistor Q2 can be regenerated not only from time T4 to time T5 but also from time T5 to Ta.
これに対し、第2参考例では、駆動信号COMが21Vになるまでの間(時刻T4〜時刻T5)しか回生できなかった。よって、本実施形態の方が、より多くの電荷を回生させることができる。
なお、この期間においてスイッチSW5がオフなので、21V電源からコンデンサーC3、C4が充電されてしまうことを回避できる。
時刻Taでは、コントローラー60は、一旦スイッチSW2〜SW5を全てオフにする。これは、スイッチSW2及びスイッチSW5と、スイッチSW3及びスイッチSW4が同時オンとなるのを回避するためである。
On the other hand, in the second reference example, regeneration was possible only until the drive signal COM reached 21 V (time T4 to time T5). Therefore, this embodiment can regenerate more charges.
Since the switch SW5 is off during this period, it is possible to avoid the capacitors C3 and C4 from being charged from the 21V power source.
At time Ta, the
時刻Ta〜時刻T6は、コントローラー60は、スイッチSW2とスイッチSW5をオンにし、スイッチSW3とスイッチSW4をオフにする。これにより、コンデンサーC3とコンデンサーC4が直列接続になる。なお、この時の動作は、前述の第2参考例と同様である。
From time Ta to time T6, the
<第1実施形態の変形例>
前述の実施形態では、時刻T5〜Taにおいて、スイッチSW3とスイッチSW4を同時にオンにして、コンデンサーC3とコンデンサーC4を並列接続にしていたが、スイッチSW3とスイッチSW4の何れか一方のみをオンにして、コンデンサーC3とコンデンサーC4のどちらかに放電側トランジスタQ2からの電荷を回生させてもよい。
<Modification of First Embodiment>
In the above-described embodiment, at time T5 to Ta, the switch SW3 and the switch SW4 are simultaneously turned on and the capacitor C3 and the capacitor C4 are connected in parallel. However, only one of the switch SW3 and the switch SW4 is turned on. The charge from the discharge-side transistor Q2 may be regenerated in either the capacitor C3 or the capacitor C4.
以上説明した本実施形態の駆動信号生成回路65は、電流増幅回路652と、チャージポンプ用のコンデンサーC2と、ピエゾ素子C1の放電時の電荷を蓄積するコンデンサーC3とコンデンサーC4を備えている。電流増幅回路652は、原駆動信号OCOMが入力され、原駆動信号OCOMの電圧変化に追従した駆動信号COMを出力することによって、容量性負荷であるピエゾ素子C1を充放電する。コンデンサーC2は、電流増幅回路652の高圧側電源電圧端子(充電側トランジスタQ1のコレクタ)に高圧側端子が接続され、電流増幅回路652の低圧側電源電圧端子(放電側トランジスタQ2のコレクタ)に低圧側端子が接続されている。そして、コンデンサーC2は、ピエゾ素子C1の充電時に21Vで充電されたコンデンサーC2の低圧側端子の電圧を上げることによって、コンデンサーC2の高圧側端子の電圧を21Vよりも高い電圧にさせる。コンデンサーC3とコンデンサーC4は放電側トランジスタQ2の放電の電荷を蓄積する。
The drive
このような構成の駆動信号生成回路65において、本実施形態では、チャージポンプ回路66のコンデンサーC2の充電時には、コンデンサーC3の図中上側端子とコンデンサーC4の図中下側端子とを電気的に接続することにより、コンデンサーC3とコンデンサーC4を直列接続にする。このとき、コンデンサーC4の図中上側端子には、電源V1から21Vが印加され、コンデンサーC3とコンデンサーC4はそれぞれ10.5Vに充電される。また、ピエゾ素子C1の放電時には図中上側端子とコンデンサーC4の図中下側端子を電気的に切断する。そして、コンデンサーC3とコンデンサーC4の少なくとも一方に、放電側トランジスタQ2からの電荷を蓄積させる。このとき、コンデンサーC3とコンデンサーC4は10.5Vに充電されているので、10.5Vまで放電側トランジスタQ2からの電荷を回生することができる。つまり、21Vまでしか回生できなかった第2参考例と比べて、より多くの電荷を回生させることができる。
In the drive
===第2実施形態の駆動信号生成回路===
第1実施形態では、時刻T4〜T5の回生時に、ピエゾ素子C1から放電された電荷の大部分はP型FETQ4を介してGNDに流れてしまい、ダイオードD2を介してコンデンサーC3及びコンデンサーC4に回生される電荷が少ない。
これは、P型FETQ4のソース側電圧(B点電圧)がゲート側電圧よりも高電圧になるとP型FETQ4がオンになるためである。このため、第1実施形態では、回生の効率が悪い。
そこで、第2実施形態では、コンデンサーC1の放電時にP型FETQ4がオンになりにくくなるように、電圧調整部661のP型FETQ4を制御する。
=== Drive Signal Generation Circuit of Second Embodiment ===
In the first embodiment, during the regeneration from time T4 to T5, most of the electric charge discharged from the piezo element C1 flows to the GND via the P-type FET Q4, and is regenerated to the capacitor C3 and the capacitor C4 via the diode D2. Less charge is generated.
This is because the P-type FET Q4 is turned on when the source-side voltage (point B voltage) of the P-type FET Q4 becomes higher than the gate-side voltage. For this reason, in 1st Embodiment, the efficiency of regeneration is bad.
Therefore, in the second embodiment, the P-type FET Q4 of the
図11は、第2実施形態の駆動信号生成回路の説明図である。第1実施形態と比較すると、第2実施形態では電圧制御回路67が追加されている。ここでは電圧制御回路67について主に説明を行い、第1実施形態と共通する内容については説明を省略する。
FIG. 11 is an explanatory diagram of a drive signal generation circuit according to the second embodiment. Compared with the first embodiment, a
電圧制御回路67は、以下に説明するとおり、DAC651が出力する制御信号と原駆動信号OCOMとに基づいて、P型FETQ4のゲート電圧(図のE点電圧)を制御する。
The
電圧制御回路67は、トランジスタQ5と、抵抗R1〜R3と、ダイオードD3を有している。トランジスタQ5のコレクタは、抵抗R1を介して、DAC651が制御信号を出力する伝送線に接続されている。また、トランジスタQ5のエミッタは、抵抗R2を介して、DAC651が原駆動信号OCOMを出力する伝送線に接続されている。また、トランジスタQ5のベースは、抵抗R3及びダイオードD3を介して、21V電源V1に接続されている。電圧制御回路67は、DAC651の出力する制御信号を、N型FETQ3のゲートに印加する。また、電圧制御回路67は、トランジスタQ5のコレクタ電圧(図のE点の電圧)を、P型FETQ4に印加する。
The
電圧制御回路67のトランジスタQ5のベース電圧は、ほぼ21Vになっている。このため、原駆動信号OCOMが21V以下であれば、トランジスタQ5のコレクタ電圧よりもベース電圧の方が高くなり、トランジスタQ5はオフになる。この結果、P型FETQ4のゲートには、DAC651が出力する制御信号とほぼ同じ電圧の信号が印加される。一方、原駆動信号OCOMが21V以上であれば、トランジスタQ5がオンになる。この結果、P型FETQ4のゲートには、DAC651が出力する制御信号と原駆動信号OCOMを抵抗R1と抵抗R2で分圧した信号が印加される。本実施形態では、このとき、原駆動信号OCOMとほぼ同じ電圧の信号が印加されるように、抵抗R1と抵抗R2の抵抗の値が定められている。
The base voltage of the transistor Q5 of the
図12Aは、第2実施形態における原駆動信号OCOM、制御信号、E点の電圧(P型FETQ4のゲート電圧)の時間変化の説明図である。 FIG. 12A is an explanatory diagram of a time change of the original drive signal OCOM, the control signal, and the voltage at the point E (gate voltage of the P-type FET Q4) in the second embodiment.
まず、原駆動信号OCOMの時間変化について説明する。時刻T0において、原駆動信号OCOMは最低電圧の約3Vである。時刻T1〜T3では、原駆動信号OCOMの電位が徐々に高くなる。なお、途中の時刻T2において、原駆動信号OCOMが21Vに達する。時刻T3において、原駆動信号OCOMは最高電圧になる。時刻T3〜T5では、原駆動信号OCOMは一定電圧である。この時間をホールド時間と呼ぶ。時刻T4〜T6では、原駆動信号OCOMの電位が徐々に低くなる。なお、途中の時刻T5において、原駆動信号OCOMが21Vに達する。時刻T6において、原駆動信号OCOMは最低電圧の約3Vになる。このような原駆動信号OCOMをDAC651は出力する。なお、駆動信号生成回路65から出力される駆動信号COMは、原駆動信号OCOMとほぼ同じ電圧変化になる。
First, the time change of the original drive signal OCOM will be described. At time T0, the original drive signal OCOM is the lowest voltage of about 3V. From time T1 to T3, the potential of the original drive signal OCOM gradually increases. Note that the original drive signal OCOM reaches 21V at a time T2 on the way. At time T3, the original drive signal OCOM becomes the highest voltage. From time T3 to T5, the original drive signal OCOM is a constant voltage. This time is called hold time. From time T4 to T6, the potential of the original drive signal OCOM gradually decreases. Note that the original drive signal OCOM reaches 21V at time T5 in the middle. At time T6, the original drive signal OCOM becomes the minimum voltage of about 3V. The
次に、制御信号の時間変化について説明する。第1実施形態では制御信号は矩形形状であったのに対し、第2実施形態では制御信号は台形形状である。時刻T0において、制御信号はGND電圧である。原駆動信号OCOMの電圧が徐々に高くなった時刻T1の後の時刻Tbから、制御信号の電圧は、原駆動信号OCOMの電圧変化と同じ傾きで、徐々に高くなる。時刻T3〜T4では、制御信号は一定電圧である。時刻T4〜Tcでは、制御信号の電圧は、原駆動信号OCOMの電圧変化と同じ傾きで、徐々に低くなる。時刻Tcにおいて、制御信号はGND電圧になる。このような制御信号をDAC651は出力する。
Next, the time change of the control signal will be described. In the first embodiment, the control signal has a rectangular shape, whereas in the second embodiment, the control signal has a trapezoidal shape. At time T0, the control signal is the GND voltage. From time Tb after time T1 when the voltage of the original drive signal OCOM gradually increases, the voltage of the control signal gradually increases with the same slope as the voltage change of the original drive signal OCOM. From time T3 to T4, the control signal is a constant voltage. From time T4 to Tc, the voltage of the control signal gradually decreases with the same slope as the voltage change of the original drive signal OCOM. At time Tc, the control signal becomes the GND voltage. The
さらに、E点電圧(P型FETQ4のゲート電圧)の時間変化について説明する。原駆動信号OCOMが21Vよりも低いときには、前述したように電圧制御回路67のトランジスタQ5はオフになる。これによりE点電圧は制御信号とほぼ同じになる。一方、原駆動信号OCOMが21Vよりも高いときには、電圧制御回路67のトランジスタQ5がオンになる。これにより、E点電圧は原駆動信号OCOMとほぼ同じになる。このため、時刻T0において、E点電圧はGND電圧である。原駆動信号OCOMの電圧が徐々に高くなった後の時刻Tbから、E点電圧は、制御信号と共に、徐々に高くなる。時刻T2において原駆動信号OCOMが21Vに達したら、E点電圧が原駆動信号OCOMとほぼ同じ電圧(21V)になる。時刻T2〜T5では、E点電圧は原駆動信号OCOMとほぼ同じである。すなわち、E点電圧は、時刻T2〜T3では徐々に高くなり、時刻T3〜T4では一定電圧になり、時刻T4〜T5では徐々に低くなる。時刻T5において原駆動信号OCOMが21Vになったら、E点電圧は制御信号と同じになる。そして、E点電圧は、時刻T5〜Tcでは徐々に低くなり、時刻TcにおいてGND電圧になる。
Further, the time change of the point E voltage (gate voltage of the P-type FET Q4) will be described. When the original drive signal OCOM is lower than 21V, the transistor Q5 of the
次に、これらの信号(原駆動信号OCOM、制御信号)による回路の動作を説明する。
図12Bは、原駆動信号OCOM、A点及びB点の電圧の時間変化の説明図である。図13Aは、時刻T0のときの電流の説明図である。図13Bは、時刻Tb〜T2での電流の説明図である。図13Cは、時刻T4〜T5での電流の説明図である。なお、第1実施形態と同様に、時刻T0〜時刻T5までは、スイッチSW2とスイッチSW5がオンであり、スイッチSW3とスイッチSW4がオフである。これにより、コンデンサーC3とコンデンサーC4が直列接続になる。また、図13A〜図13Cでは、説明の簡略化のため、スイッチSW2〜SW5及びコンデンサーC5の記載を省略している。
Next, the operation of the circuit based on these signals (original drive signal OCOM, control signal) will be described.
FIG. 12B is an explanatory diagram of changes over time in the original drive signal OCOM and the voltages at points A and B. FIG. 13A is an explanatory diagram of current at time T0. FIG. 13B is an explanatory diagram of current at times Tb to T2. FIG. 13C is an explanatory diagram of current at times T4 to T5. Similar to the first embodiment, from time T0 to time T5, the switch SW2 and the switch SW5 are on, and the switch SW3 and the switch SW4 are off. Thereby, the capacitor C3 and the capacitor C4 are connected in series. In FIGS. 13A to 13C, the switches SW2 to SW5 and the capacitor C5 are not shown for the sake of simplicity.
時刻T0では、A点電圧(コンデンサーC2の高圧側端子、電流増幅回路652の充電側トランジスタQ1のコレクタ)は電源V1により21Vになる。また、このとき制御信号はGND電圧であり、E点電圧もGND電圧である。これにより、B点電圧(コンデンサーC2の低圧側端子)は、GND電圧になる。よって、コンデンサーC2が21Vで充電される(図13A参照)。 At time T0, the voltage at point A (the high-voltage side terminal of the capacitor C2 and the collector of the charge-side transistor Q1 of the current amplification circuit 652) becomes 21V by the power source V1. At this time, the control signal is the GND voltage, and the point E voltage is also the GND voltage. Thereby, the point B voltage (the low voltage side terminal of the capacitor C2) becomes the GND voltage. Therefore, the capacitor C2 is charged with 21V (see FIG. 13A).
時刻T1〜Tb(原駆動信号OCOMが21V以下、制御信号がGND電圧でのピエゾ素子C1の充電時)では、DAC651からの原駆動信号OCOMの電位が徐々に高くなる。原駆動信号OCOMが高くなることによって、電流増幅回路652の充電側トランジスタQ1がオンとなり、ピエゾ素子C1が充電される。このときの充電側トランジスタQ1のコレクタ電圧は21Vなので、充電側トランジスタQ1のコレクタ−エミッタ間の電圧差は、21V−駆動信号COMの電圧となる。これは第1参考例の場合よりも小さい。すなわち、充電側トランジスタQ1の発熱が第1参考例よりも小さくなる。
At times T1 to Tb (when the original drive signal OCOM is 21 V or less and the piezo element C1 is charged with the control signal being the GND voltage), the potential of the original drive signal OCOM from the
また、このとき、制御信号、及びE点電圧はGND電圧である。つまり、図のB点の電圧がGND電圧になっている。 At this time, the control signal and the point E voltage are GND voltages. That is, the voltage at point B in the figure is the GND voltage.
時刻Tb〜T2(原駆動信号OCOMが21V以下、制御信号がGND電圧以上でのピエゾ素子C1の充電時)では、制御信号の電圧が徐々に高くなることによって、電圧調整部661のN型FETQ3がオンになる。N型FETQ3がオンすることにより、21V電源V1からB点に電流が流れ、B点電圧が制御信号と同じ電圧になる。また、コンデンサーC2が21Vで充電されているため、A点電圧が制御信号+21Vになる(図13B参照)。また、原駆動信号OCOMが高くなることによって、電流増幅回路652の充電側トランジスタQ1がオンとなり、ピエゾ素子C1が充電される。このときの充電側トランジスタQ1のコレクタ電圧は「制御信号+21V」なので、充電側トランジスタQ1のコレクタ−エミッタ間の電圧差は、「制御信号+21V−駆動信号COMの電圧」となる。これは第2参考例の場合よりも小さい。すなわち、充電側トランジスタQ1の発熱が第2参考例よりも小さくなる。
At times Tb to T2 (when the piezo element C1 is charged when the original drive signal OCOM is 21 V or less and the control signal is equal to or higher than the GND voltage), the voltage of the control signal gradually increases, so that the N-type FET Q3 of the
時刻T2〜T3(原駆動信号OCOMが21V以上でのピエゾ素子C1の充電時)では、電圧制御回路67のトランジスタQ5がオンし、E点電圧が原駆動信号OCOMとほぼ同じになる。これ以外は、時刻Tb〜T2のときと同様である。つまり、制御信号の電圧が徐々に高くなることによって、電圧調整部661のN型FETQ3がオンになる。これにより、21V電源V1からB点に電流が流れ、B点電圧が制御信号と同じ電圧になり、コンデンサーC2が21Vで充電されているため、A点電圧が制御信号+21Vになる(図13B参照)。また、原駆動信号OCOMが高くなることによって、電流増幅回路652の充電側トランジスタQ1がオンとなり、ピエゾ素子C1が充電される。このときの充電側トランジスタQ1のコレクタ電圧は「制御信号+21V」なので、充電側トランジスタQ1のコレクタ−エミッタ間の電圧差は、「制御信号+21V−駆動信号COMの電圧」となる。これは第2参考例の場合よりも小さい。すなわち、充電側トランジスタQ1の発熱が第2参考例よりも小さくなる。
At times T2 to T3 (when the piezo element C1 is charged when the original drive signal OCOM is 21 V or higher), the transistor Q5 of the
時刻T3〜T4(ホールド時)では、原駆動信号OCOMが一定になる。これにより充電側トランジスタQ1が(及び放電側トランジスタQ2も)オフとなり、ピエゾ素子C1には電流が流れず、駆動信号COMは同じ電圧を維持する。 From time T3 to T4 (during hold), the original drive signal OCOM becomes constant. As a result, the charge-side transistor Q1 (and the discharge-side transistor Q2) is turned off, no current flows through the piezo element C1, and the drive signal COM maintains the same voltage.
時刻T4〜T5(原駆動信号OCOMが21V以上でのピエゾ素子C1の放電時)では、DAC651からの原駆動信号OCOMの電圧が徐々に低くなる。これにより、電流増幅回路652の放電側トランジスタQ2がオンとなり、ピエゾ素子C1が放電される。このときB点電圧が21Vまで上昇し、A点電圧が42Vになる。
At times T4 to T5 (when the piezo element C1 is discharged when the original drive signal OCOM is 21 V or higher), the voltage of the original drive signal OCOM from the
このとき、本実施形態では、E点電圧が21V以上になっている(図12A参照)。このため、本実施形態では、放電側トランジスタQ2がオンとなりB点電圧が上昇しても、P型FETQ4がオンにならない。この結果、放電側トランジスタQ2から放出される電荷は、P型FETQ4を介してGNDに放出されず、ダイオードD2を介して直列接続されたコンデンサーC3とコンデンサーC4に回生される(図13C参照)。このため、本実施形態では、第2参考例の場合よりも、回生される電荷が大きい。
なお、B点電圧が21Vであるので、直列接続されたコンデンサーC3とコンデンサーC4は、それぞれ10.5Vに充電される。
At this time, in this embodiment, the point E voltage is 21 V or more (see FIG. 12A). For this reason, in this embodiment, even if the discharge side transistor Q2 is turned on and the voltage at the point B rises, the P-type FET Q4 is not turned on. As a result, the charge released from the discharge-side transistor Q2 is not released to the GND via the P-type FET Q4, but is regenerated to the capacitor C3 and the capacitor C4 connected in series via the diode D2 (see FIG. 13C). For this reason, in this embodiment, the electric charge regenerated is larger than in the case of the second reference example.
Since the voltage at point B is 21V, the capacitors C3 and C4 connected in series are each charged to 10.5V.
時刻T5で、コントローラー60は、一旦スイッチSW2〜SW5を全てオフにする。これは、スイッチSW2及びスイッチSW5と、スイッチSW3及びスイッチSW4が同時オンとなるのを回避するためである。また、時刻T5で原駆動信号OCOMがほぼ21Vになることにより電圧制御回路67のトランジスタQ5がオフとなり、E点電圧が制御電圧とほぼ同じになる。
時刻T5〜時刻Tcでは制御信号が徐々に低くなり、P型FETQ4がオンする。このため、放電側トランジスタQ2から放出される電荷が、P型FETQ4を介してグランド(GND)に放出されるようになる。
時刻Tc〜Taでは制御電圧はほぼGND電圧になる。
At time T5, the
From time T5 to time Tc, the control signal gradually decreases and the P-type FET Q4 is turned on. For this reason, the electric charge discharged from the discharge side transistor Q2 is discharged to the ground (GND) through the P-type FET Q4.
From time Tc to Ta, the control voltage is almost the GND voltage.
なお、時刻T5〜時刻Taでは、コントローラー60は、スイッチSW2とスイッチSW5をオフにし、スイッチSW3とスイッチSW4をオンにする。これにより、コンデンサーC3とコンデンサーC4が並列接続になる。よって大きな容量C(C3+C4)に充電することができる。なお、コンデンサーC3及びC4の高電位側の電圧は10.5Vである。
At time T5 to time Ta, the
これにより、駆動信号COMが10.5Vになるまでの間(時刻Taまで)、放電側トランジスタQ2からの電荷の一部がダイオードD2を介してコンデンサーC3、C4に移動する(回生)。
これに対し、第2参考例では、駆動信号COMが21Vになるまでの間しか回生できなかった。よって、本実施形態の方がより効率的に回生を行なうことができる。
なお、この期間においてスイッチSW5がオフなので、21V電源からコンデンサーC3、C4が充電されてしまうことを回避できる。
Thereby, until the drive signal COM becomes 10.5 V (until time Ta), a part of the electric charge from the discharge side transistor Q2 moves to the capacitors C3 and C4 via the diode D2 (regeneration).
On the other hand, in the second reference example, regeneration was possible only until the drive signal COM became 21V. Therefore, this embodiment can perform regeneration more efficiently.
Since the switch SW5 is off during this period, it is possible to avoid the capacitors C3 and C4 from being charged from the 21V power source.
時刻Taでは、コントローラー60は、一旦スイッチSW2〜SW5を全てオフにする。これは、スイッチSW2及びスイッチSW5と、スイッチSW3及びスイッチSW4が同時オンとなるのを回避するためである。
At time Ta, the
時刻Ta〜時刻T6は、コントローラー60は、スイッチSW2とスイッチSW5をオンにし、スイッチSW3とスイッチSW4をオフにする。これにより、コンデンサーC3とコンデンサーC4が直列接続になる。なお、この時の動作は、前述の実施形態と同様である。
From time Ta to time T6, the
このように、第2実施形態では、DAC651からの原駆動信号OCOMの電圧が徐々に低くなる時刻T4〜T5(原駆動信号OCOMが21V以上でのピエゾ素子C1の放電時)で、P型FETQ4がオンにならない。
As described above, in the second embodiment, at the time T4 to T5 when the voltage of the original drive signal OCOM from the
第1実施形態(及び第2参考例)では、DAC651からの原駆動信号OCOMの電圧が徐々に低くなる時刻T4〜T5にP型FETQ4がオンとなり、放電側トランジスタQ2から放出される電荷の大部分が、P型FETQ4を介してGNDに放出されていた。これに対し、第2実施形態では、時刻T4〜T5にP型FETQ4がオンにならないので、放電側トランジスタQ2から放出される電荷が、ダイオードD2を介してコンデンサーC3、及びコンデンサーC4に回生される。よって、第1実施形態よりも電荷の回生をより効率良く行うことができる。
In the first embodiment (and the second reference example), the P-type FET Q4 is turned on from time T4 to T5 when the voltage of the original drive signal OCOM from the
なお、第2実施形態では、DAC651は原駆動信号OCOMと制御信号を生成しているが、これに限られるものではなく、DAC651が原駆動信号OCOMのみを生成するだけでも良い。そして、DAC651から出力された原駆動信号OCOMを所定電圧(例えば14V)だけ降下させる回路を設け、この回路で生成した信号をN型FETQ3のゲートに印加しても良い。この場合、この回路で生成した信号と原駆動信号OCOMとに基づいて、第2実施形態の電圧制御回路67により生成した信号をP型FETQ4に印加すると良い。
また、DAC651が、P型FETQ4に印加する信号を別途生成するようにしてもよい。この場合、電圧制御回路67は不要である。
In the second embodiment, the
Further, the
===第3実施形態の駆動信号生成回路===
前述の実施形態では、コンデンサーC3とコンデンサーC4を並列接続にしているのは、時刻T5〜時刻Taの間だけであった。第3実施形態では、コンデンサーC3とコンデンサーC4を並列接続にする時間を増やしている。
=== Drive Signal Generation Circuit of Third Embodiment ===
In the above-described embodiment, the capacitor C3 and the capacitor C4 are connected in parallel only between the time T5 and the time Ta. In the third embodiment, the time for connecting the capacitor C3 and the capacitor C4 in parallel is increased.
図14は、第3実施形態の駆動信号生成回路の説明図である。
第2実施形態(図11)と比べると、スイッチSW5の位置が異なっている。また、A点と充電側トランジスタQ1のコレクタとの間にダイオードD4が設けられている。
第3実施形態では、スイッチSW5は、電源V1とダイオードD3のカソード側との間に設けられている。
また、ダイオードD4は、逆流防止用のダイオードであり、アノード側は、コンデンサーC2の高圧側端子(A点)と接続され、カソード側は充電側トランジスタQ1のコレクタと接続されている。
FIG. 14 is an explanatory diagram of a drive signal generation circuit according to the third embodiment.
Compared with the second embodiment (FIG. 11), the position of the switch SW5 is different. A diode D4 is provided between the point A and the collector of the charging side transistor Q1.
In the third embodiment, the switch SW5 is provided between the power supply V1 and the cathode side of the diode D3.
The diode D4 is a diode for preventing backflow, the anode side is connected to the high voltage side terminal (point A) of the capacitor C2, and the cathode side is connected to the collector of the charging side transistor Q1.
第2実施形態において電圧制御回路67のトランジスタQ5のベース電圧は21Vであったのに対し、第3実施形態では、トランジスタQ5のベース電圧は、スイッチSW5がオンの場合は21Vとなり、スイッチSW5がオフの場合はC点の電圧(コンデンサC4の高圧側端子の電圧)となる。なお、トランジスタQ5のコレクタ電圧よりもベース電圧の方が高ければ、トランジスタQ5はオフになる。この結果、P型FETQ4のゲートには、制御信号とほぼ同じ電圧の信号が印加される。一方トランジスタQ5のコレクタ電圧よりもベース電圧の方が低ければ、トランジスタQ5はオンになる。この結果、P型FETQ4のゲートには、ほぼ原駆動信号OCOMと同じ電圧の信号が印加される。
In the second embodiment, the base voltage of the transistor Q5 of the
図15Aは、第3実施形態における原駆動信号OCOM、制御信号、E点の電圧(P型FETQ4のゲート電圧)の時間変化の説明図である。また、図15Bは、原駆動信号OCOM、A点及びB点の電圧の時間変化の説明図である。なお、第3実施形態では時刻T3〜時刻T4の間(例えば時刻T4の直前)に、スイッチSW2とスイッチSW5をオフにし、スイッチSW3とスイッチSW4をオンにする。すなわち、コンデンサーC3とコンデンサーC4を並列接続にする。また、スイッチSW5がオフになることにより、トランジスタQ5のベース電圧は、C点の電圧(10.5V)になる。
図15Aにおいて、原駆動信号OCOMと制御信号の時間変化については第2実施形態と同じであるので説明を省略する。
FIG. 15A is an explanatory diagram of changes over time of the original drive signal OCOM, the control signal, and the voltage at point E (the gate voltage of the P-type FET Q4) in the third embodiment. FIG. 15B is an explanatory diagram of changes over time in the original drive signal OCOM and the voltages at points A and B. In the third embodiment, the switches SW2 and SW5 are turned off and the switches SW3 and SW4 are turned on between time T3 and time T4 (for example, immediately before time T4). That is, the capacitor C3 and the capacitor C4 are connected in parallel. Further, when the switch SW5 is turned off, the base voltage of the transistor Q5 becomes the voltage at the point C (10.5 V).
In FIG. 15A, the change over time of the original drive signal OCOM and the control signal is the same as that in the second embodiment, and a description thereof will be omitted.
E点電圧(P型FETQ4のゲート電圧)は、時刻T5までは第2実施形態と同じように変化する。但し、第3実施形態では、E点電圧は、時刻T5〜時刻Taにおいても原駆動信号OCOMに沿って変化し、原駆動信号OCOMが10.5Vになる時刻Taで制御信号と同じになる。つまり、時刻TaまではE点電圧は10.5V以上である。
また、図15Bにおいて、時刻T0〜時刻T4までは第2実施形態と同じである。
The point E voltage (gate voltage of the P-type FET Q4) changes in the same manner as in the second embodiment until time T5. However, in the third embodiment, the voltage at point E changes along the original drive signal OCOM from time T5 to time Ta, and becomes the same as the control signal at time Ta when the original drive signal OCOM becomes 10.5V. That is, until the time Ta, the point E voltage is 10.5 V or more.
In FIG. 15B, the time T0 to the time T4 are the same as those in the second embodiment.
第3実施形態では、時刻T4の直前に、B点電圧が10.5Vになり、時刻Taまで10.5Vが維持される。このとき、本実施形態では、E点電圧が10.5V以上になっている(図15A参照)。このため、P型FETQ4がオンにならない。この結果、放電側トランジスタQ2から放出される電荷は、P型FETQ4を介してGNDに放出されず、ダイオードD2を介して並列接続されたコンデンサーC3とコンデンサーC4に回生される。そして、時刻TaでE点電圧が10.5Vよりも低く(GND電圧に)なることによってP型FETQ4がオンし、B点電圧がGND電圧になる。なお、A点電圧はB点電圧+21Vである。この場合、充電側トランジスタQ1のベース電圧(OCOM)の方がコレクタ電圧(A点の電圧)よりも高くなるポイントが発生するが、ダイオードD4によって逆電流が防止される。
なお、時刻ta以降については、第2実施形態と同じである。
In the third embodiment, immediately before time T4, the point B voltage becomes 10.5V, and 10.5V is maintained until time Ta. At this time, in this embodiment, the point E voltage is 10.5 V or more (see FIG. 15A). For this reason, the P-type FET Q4 is not turned on. As a result, the electric charge discharged from the discharge side transistor Q2 is not discharged to the GND via the P-type FET Q4, but is regenerated to the capacitor C3 and the capacitor C4 connected in parallel via the diode D2. At time Ta, the point E voltage becomes lower than 10.5 V (to the GND voltage), whereby the P-type FET Q4 is turned on, and the point B voltage becomes the GND voltage. In addition, A point voltage is B point voltage + 21V. In this case, there is a point where the base voltage (OCOM) of the charge side transistor Q1 becomes higher than the collector voltage (the voltage at the point A), but the reverse current is prevented by the diode D4.
After time ta, it is the same as in the second embodiment.
このように、第3実施形態では、時刻T4〜時刻Taの期間に、コンデンサーC3とコンデンサーC4を並列接続にして、放電側トランジスタQ2から放出される電荷の回生を行なっている。また、この期間(時刻T4〜時刻Ta)にP型FETQ4がオンにならないので、回生を効率良く行うことができる。 As described above, in the third embodiment, during the period from time T4 to time Ta, the capacitor C3 and the capacitor C4 are connected in parallel to regenerate the charge discharged from the discharge-side transistor Q2. Further, since the P-type FET Q4 is not turned on during this period (time T4 to time Ta), regeneration can be performed efficiently.
また、第3実施形態では、スイッチの切り替えタイミングに十分な余裕をとることができる。前述の実施形態では、時刻T5のタイミングでスイッチの切り替え(コンデンサーC3とコンデンサーC4を直列から並列に切り替え)を行なっていた。このため、少しのタイミングのずれが生じると駆動信号COMの波形に影響が出るおそれがあった。これに対し、第3実施形態では、時刻T3〜時刻T4(ホールド時)の期間にスイッチの切り替えを行なうので、スイッチの切り替えによるノイズが影響しない(駆動信号COMの波形に影響を与えない)。ただし、第3実施形態では、放電側トランジスタQ2の電荷の回生時の駆動信号COMとコンデンサーとの電位差が大きいので、その間の経路で熱が発生しやすくなる。 In the third embodiment, a sufficient margin can be taken for the switch switching timing. In the above-described embodiment, the switch is switched (the capacitor C3 and the capacitor C4 are switched from serial to parallel) at the time T5. For this reason, if a slight timing shift occurs, the waveform of the drive signal COM may be affected. On the other hand, in the third embodiment, since the switch is switched during the period from time T3 to time T4 (during hold), noise due to switch switching is not affected (the waveform of the drive signal COM is not affected). However, in the third embodiment, since the potential difference between the drive signal COM and the capacitor at the time of regeneration of the charge of the discharge-side transistor Q2 is large, heat is likely to be generated in the path therebetween.
===その他の実施形態===
一実施形態としてのプリンター等を説明したが、上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは言うまでもない。特に、以下に述べる実施形態であっても、本発明に含まれるものである。
=== Other Embodiments ===
Although a printer or the like as one embodiment has been described, the above embodiment is for facilitating the understanding of the present invention, and is not intended to limit the present invention. The present invention can be changed and improved without departing from the gist thereof, and it is needless to say that the present invention includes equivalents thereof. In particular, the embodiments described below are also included in the present invention.
<プリンターについて>
前述の実施形態のプリンターは、ヘッドが移動方向に移動するドット形成動作(パス)と、用紙を搬送方向に搬送する搬送動作とを交互に繰り返すプリンター(いわゆるシリアルプリンター)であった。しかし、プリンターの種類は、これに限られるものではない。例えば、ヘッドを固定して、ヘッドと対向させて用紙を搬送させながらヘッドからインクを吐出させて印刷を行うプリンター(いわゆるラインプリンター)であっても良い。
<About the printer>
The printer of the above-described embodiment is a printer (so-called serial printer) that alternately repeats a dot forming operation (pass) in which the head moves in the movement direction and a conveyance operation in which the paper is conveyed in the conveyance direction. However, the type of printer is not limited to this. For example, a printer (so-called line printer) that performs printing by fixing the head and discharging the ink from the head while conveying the paper while facing the head may be used.
<液体噴射装置について>
前述の実施形態では、液体噴射装置の一例としてインクジェットプリンターが説明されている。但し、液体噴射装置はインクジェットプリンターに限られるものではなく、インク以外の液体(液体以外にも、機能材料の粒子が分散されている液状体、ジェルのような液状体も含む)や液体以外の流体(流体として噴射できる固体、例えば粉体)を噴射する流体噴射装置にも適用可能である。例えば、液晶ディスプレイ、ELディスプレイ及び面発光ディスプレイの製造などに用いられる液状の色剤や電極材などを噴射する噴射装置や、バイオチップ製造に用いられる液状の生体有機物を噴射する噴射装置に、前述の実施形態を適用しても良い。
<About liquid ejecting device>
In the above-described embodiment, an ink jet printer is described as an example of the liquid ejecting apparatus. However, the liquid ejecting apparatus is not limited to the ink jet printer, and liquids other than ink (including liquids in which functional material particles are dispersed and liquids such as gels other than liquids) and liquids are also used. The present invention is also applicable to a fluid ejecting apparatus that ejects a fluid (a solid that can be ejected as a fluid, such as powder). For example, an injection device for injecting a liquid colorant or an electrode material used for manufacturing a liquid crystal display, an EL display and a surface emitting display, or an injection device for injecting a liquid bioorganic material used for biochip manufacturing The embodiment may be applied.
<インクについて>
前述の実施形態は、プリンターの実施形態だったので、インクをノズルから噴射しているが、このインクは水性でも良いし、油性でも良い。また、ノズルから噴射する流体は、インクに限られるものではない。例えば、金属材料、有機材料(特に高分子材料)、磁性材料、導電性材料、配線材料、成膜材料、電子インク、加工液、遺伝子溶液などを含む液体(水も含む)をノズルから噴射しても良い。
<About ink>
Since the above-described embodiment is an embodiment of the printer, the ink is ejected from the nozzle. However, the ink may be water-based or oil-based. Further, the fluid ejected from the nozzle is not limited to ink. For example, liquids (including water) including metal materials, organic materials (especially polymer materials), magnetic materials, conductive materials, wiring materials, film forming materials, electronic ink, processing liquids, gene solutions, etc. are ejected from nozzles. May be.
<ピエゾ素子について>
前述の実施形態では、ピエゾ素子を用いてインクを吐出していた。しかし、駆動される素子が容量性負荷の機能があれば、ピエゾ素子に限られず、他の圧電素子でも良い。
<About piezo elements>
In the above-described embodiment, ink is ejected using a piezo element. However, as long as the element to be driven has a function of a capacitive load, the piezoelectric element is not limited to the piezoelectric element, and another piezoelectric element may be used.
<DACについて>
前述の実施形態では、原駆動信号OCOMや制御信号を、DAC(D/Aコンバーター)を用いて生成したが、これに限られない。デジタルデータからアナログ信号に変換することなく、直接アナログ信号として原駆動信号OCOMや制御信号を出力しても良い。
<About DAC>
In the above-described embodiment, the original drive signal OCOM and the control signal are generated using a DAC (D / A converter), but the present invention is not limited to this. The original drive signal OCOM and the control signal may be directly output as an analog signal without converting the digital data into an analog signal.
1 プリンター、
20 搬送ユニット、21 給紙ローラー、22 搬送モーター(PFモーター)、
23 搬送ローラー、24 プラテン、25 排紙ローラー、
30 キャリッジユニット、31 キャリッジ、
32 キャリッジモーター(CRモーター)、
40 ヘッドユニット、41 ヘッド、42 データ受信部、43 駆動信号生成部、
50 センサー群、51 リニア式エンコーダー、52 ロータリー式エンコーダー、
53 紙検出センサー、54 光学センサー、
60 コントローラー、61 インターフェイス部、62 CPU、
63 メモリー、64 ユニット制御回路、
65 駆動信号生成部、651 DAC、652 電流増幅回路、
66 チャージポンプ回路、661 電圧調整部、67 電圧制御回路、
Q1 充電用トランジスタ、Q2 放電用トランジスタ、
Q3 N型FET、Q4 P型FET、Q5 トランジスタ、
C1 ピエゾ素子、C2〜C5 コンデンサー、
SW1〜SW5 スイッチ、V1 21V電源
1 printer,
20 transport unit, 21 paper feed roller, 22 transport motor (PF motor),
23 transport roller, 24 platen, 25 discharge roller,
30 Carriage unit, 31 Carriage,
32 Carriage motor (CR motor),
40 head units, 41 heads, 42 data receivers, 43 drive signal generators,
50 sensor groups, 51 linear encoder, 52 rotary encoder,
53 Paper detection sensor, 54 Optical sensor,
60 controller, 61 interface, 62 CPU,
63 memory, 64 unit control circuit,
65 drive signal generation unit, 651 DAC, 652 current amplification circuit,
66 charge pump circuit, 661 voltage adjustment unit, 67 voltage control circuit,
Q1 charging transistor, Q2 discharging transistor,
Q3 N-type FET, Q4 P-type FET, Q5 transistor,
C1 piezo elements, C2 to C5 capacitors,
SW1-SW5 switch,
Claims (6)
前記電流増幅回路の高圧側電源電圧端子に一端が接続され、前記電流増幅回路の低圧側電源電圧端子に他端が接続されたチャージポンプ用コンデンサーであって、前記容量性負荷の充電時に前記所定電圧で充電された前記チャージポンプ用コンデンサーの前記他端側の電圧を上げることによって前記電流増幅回路の前記高圧側電源電圧端子の電圧を前記所定電圧よりも高い電圧にさせるためのチャージポンプ用コンデンサーと、
前記容量性負荷の放電時の電荷を蓄積する第1蓄電用コンデンサー及び第2蓄電用コンデンサーと、
を備えた駆動信号生成回路であって、
前記チャージポンプ用コンデンサーを前記所定電圧で充電する際に、前記第1蓄電用コンデンサーの一端と前記第2蓄電用コンデンサーの一端とを電気的に接続することによって前記第1蓄電用コンデンサー及び前記第2蓄電用コンデンサーを直列接続し、直列接続された前記第1蓄電用コンデンサー及び前記第2蓄電用コンデンサーに前記所定電圧が印加され、
前記容量性負荷の放電時には、前記第1蓄電用コンデンサーの前記一端と前記第2蓄電用コンデンサーの前記一端とを電気的に切断し、前記第1蓄電用コンデンサー及び前記第2蓄電用コンデンサーのうちの少なくとも一方に、前記電流増幅回路の前記低圧側電源電圧端子からの電荷を蓄積させる
ことを特徴とする駆動信号生成回路。 A current amplification circuit that receives an original drive signal and charges and discharges a capacitive load in accordance with a voltage change of the original drive signal;
A charge pump capacitor having one end connected to the high-voltage side power supply voltage terminal of the current amplification circuit and the other end connected to the low-voltage side power supply voltage terminal of the current amplification circuit, wherein the predetermined capacitance is charged when the capacitive load is charged. A charge pump capacitor for increasing the voltage at the other end of the charge pump capacitor charged with a voltage to a voltage higher than the predetermined voltage at the high-voltage power supply voltage terminal of the current amplifier circuit When,
A first power storage capacitor and a second power storage capacitor for accumulating charge during discharging of the capacitive load;
A drive signal generation circuit comprising:
When charging the charge pump capacitor at the predetermined voltage, the first power storage capacitor and the second power storage capacitor are electrically connected to one end of the first power storage capacitor and the second power storage capacitor. Two storage capacitors are connected in series, and the predetermined voltage is applied to the first storage capacitor and the second storage capacitor connected in series;
At the time of discharging the capacitive load, the one end of the first power storage capacitor and the one end of the second power storage capacitor are electrically disconnected from the first power storage capacitor and the second power storage capacitor. And a charge signal from the low-voltage power supply voltage terminal of the current amplification circuit is accumulated in at least one of the drive signal generation circuits.
前記第1蓄電用コンデンサーの前記一端と前記第2蓄電用コンデンサーの前記一端の間に設けられた第1スイッチと、
前記第1蓄電用コンデンサーの前記一端と接地との間に設けられた第2スイッチと、
前記第2蓄電用コンデンサーの前記一端と前記第1蓄電用コンデンサーの他端との間に設けられた第3スイッチとを有し、
前記第1蓄電用コンデンサー及び前記第2蓄電用コンデンサーを直列接続する際には、前記第1スイッチをオンにし、前記第2スイッチと前記第3スイッチをオフにし、
前記第1蓄電用コンデンサー及び前記第2蓄電用コンデンサーを並列接続する際には、前記第1スイッチをオフにし、前記第2スイッチと前記第3スイッチをオンにする、
ことを特徴とする駆動信号生成回路。 The drive signal generation circuit according to claim 1,
A first switch provided between the one end of the first power storage capacitor and the one end of the second power storage capacitor;
A second switch provided between the one end of the first power storage capacitor and ground;
A third switch provided between the one end of the second power storage capacitor and the other end of the first power storage capacitor;
When the first power storage capacitor and the second power storage capacitor are connected in series, the first switch is turned on, the second switch and the third switch are turned off,
When the first power storage capacitor and the second power storage capacitor are connected in parallel, the first switch is turned off, and the second switch and the third switch are turned on.
A drive signal generation circuit characterized by the above.
前記所定電圧の電源と、
前記電源と第1蓄電用コンデンサーの前記他端との間に設けられた第4スイッチと
を有し、
前記第1スイッチをオフにし、前記第2スイッチと前記第3スイッチをオンにする際に、前記第4スイッチをオフにする、
ことを特徴とする駆動信号生成回路。 The drive signal generation circuit according to claim 2,
A power supply of the predetermined voltage;
A fourth switch provided between the power source and the other end of the first power storage capacitor;
Turning off the first switch and turning off the fourth switch when turning on the second switch and the third switch;
A drive signal generation circuit characterized by the above.
前記第1スイッチ及び前記第4スイッチをオンにし、前記第2スイッチと前記第3スイッチをオフにする第1状態と、前記第1スイッチ及び前記第4スイッチをオフにし、前記第2スイッチと前記第3スイッチをオンにする第2状態との間に、全てのスイッチをオフにする、
ことを特徴とする駆動信号生成回路。 The drive signal generation circuit according to claim 3,
A first state in which the first switch and the fourth switch are turned on, and the second switch and the third switch are turned off; the first switch and the fourth switch are turned off; the second switch and the All switches are turned off during the second state in which the third switch is turned on.
A drive signal generation circuit characterized by the above.
一端が前記第1蓄電用コンデンサーの前記他端に接続され、他端が接地された第3蓄電用コンデンサーを有する、
ことを特徴とする駆動信号生成回路。 The drive signal generation circuit according to claim 4,
A third power storage capacitor having one end connected to the other end of the first power storage capacitor and the other end grounded;
A drive signal generation circuit characterized by the above.
原駆動信号が入力され、前記原駆動信号の電圧変化に応じて前記圧電素子を充放電する電流増幅回路と、
前記電流増幅回路の高圧側電源電圧端子に一端が接続され、前記電流増幅回路の低圧側電源電圧端子に他端が接続されたチャージポンプ用コンデンサーであって、前記圧電素子の充電時に前記所定電圧で充電された前記チャージポンプ用コンデンサーの前記他端側の電圧を上げることによって前記電流増幅回路の前記高圧側電源電圧端子の電圧を前記所定電圧よりも高い電圧にさせるためのチャージポンプ用コンデンサーと、
前記圧電素子の放電時の電荷を蓄積する第1蓄電用コンデンサー及び第2蓄電用コンデンサーと、
を備えた駆動信号生成回路であって、
前記チャージポンプ用コンデンサーを前記所定電圧で充電する際に、前記第1蓄電用コンデンサーの一端と前記第2蓄電用コンデンサーの一端とを電気的に接続することによって前記第1蓄電用コンデンサー及び前記第2蓄電用コンデンサーを直列接続し、前記第1蓄電用コンデンサー及び前記第2蓄電用コンデンサーに対して前記所定電圧で充電し、
前記圧電素子の放電時に、前記第1蓄電用コンデンサーの前記一端と前記第2蓄電用コンデンサーの前記一端とを電気的に切断し、前記第1蓄電用コンデンサー及び前記第2蓄電用コンデンサーのうちの少なくとも一方に、前記電流増幅回路の前記低圧側電源電圧端子からの電荷を蓄積させる、
ことを特徴とする流体噴射装置。 A piezoelectric element that is displaced in response to a voltage change in order to eject fluid from the nozzle;
A current amplification circuit that inputs an original drive signal and charges and discharges the piezoelectric element in accordance with a voltage change of the original drive signal;
A charge pump capacitor having one end connected to the high-voltage side power supply voltage terminal of the current amplification circuit and the other end connected to the low-voltage side power supply voltage terminal of the current amplification circuit, wherein the predetermined voltage is charged when the piezoelectric element is charged. A charge pump capacitor for causing the voltage of the high-voltage power supply voltage terminal of the current amplifier circuit to be higher than the predetermined voltage by increasing the voltage on the other end side of the charge pump capacitor charged in ,
A first power storage capacitor and a second power storage capacitor for accumulating charges during discharge of the piezoelectric element;
A drive signal generation circuit comprising:
When charging the charge pump capacitor at the predetermined voltage, the first power storage capacitor and the second power storage capacitor are electrically connected to one end of the first power storage capacitor and the second power storage capacitor. Two power storage capacitors are connected in series, and the first power storage capacitor and the second power storage capacitor are charged with the predetermined voltage;
During the discharging of the piezoelectric element, the one end of the first power storage capacitor and the one end of the second power storage capacitor are electrically disconnected, and one of the first power storage capacitor and the second power storage capacitor At least one of the electric charges from the low-voltage power supply voltage terminal of the current amplifier circuit is accumulated,
A fluid ejecting apparatus.
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