JP2012038788A - Cooling use piezoelectric actuator drive circuit - Google Patents

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JP2012038788A JP2010174962A JP2010174962A JP2012038788A JP 2012038788 A JP2012038788 A JP 2012038788A JP 2010174962 A JP2010174962 A JP 2010174962A JP 2010174962 A JP2010174962 A JP 2010174962A JP 2012038788 A JP2012038788 A JP 2012038788A
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Toshishige Tabata
利成 田端
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To configure a cooling use piezoelectric actuator drive circuit which is automatically actuated when cooling is necessary, without having to add new electronic components or circuits.SOLUTION: The piezoelectric actuator drive circuit includes a positive feedback circuit which amplifies a detection signal generated according to the voltage applied to a piezoelectric actuator vibrating a cooling fan, for positive feedback to the piezoelectric actuator. The impedance of the piezoelectric actuator has a negative temperature characteristic, so that while the ambient temperature of the piezoelectric actuator does not exceed a prescribed temperature, the impedance of the piezoelectric actuator is high, with a loop gain less than 1 (less than 0 dB). Therefore, only when a temperature is reached which requires cooling, the piezoelectric actuator is driven to vibrate by self-excitation.

Description

本発明は、冷却用ファンを振動させる圧電アクチュエーターの駆動回路に関するものである。   The present invention relates to a drive circuit for a piezoelectric actuator that vibrates a cooling fan.

近年のパソコン等の電子機器においては演算処理能力の増大に伴って消費電力の大きなプロセッサー等の発熱部品が搭載されている。このような発熱部品を冷却する小型の冷却装置として、例えば特許文献1が開示されている。   2. Description of the Related Art In recent electronic devices such as personal computers, heat-generating components such as processors that consume a large amount of power are mounted with an increase in arithmetic processing capability. For example, Patent Document 1 is disclosed as a small cooling device that cools such heat-generating components.

図1は特許文献1に示されている圧電ファン(冷却用圧電アクチュエーター)の構成を示す斜視図である。この圧電ファンは、圧電素子201の先端に送風プレート202を接合して、圧電素子201を支持体203に固定した圧電ファンであり、圧電素子201に通電駆動することにより、送風プレート202が上下に振動して、冷却対象物に空気を送る。   FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a piezoelectric fan (cooling piezoelectric actuator) disclosed in Patent Document 1. As shown in FIG. This piezoelectric fan is a piezoelectric fan in which a blower plate 202 is joined to the tip of a piezoelectric element 201 and the piezoelectric element 201 is fixed to a support 203. When the piezoelectric element 201 is energized and driven, the blower plate 202 moves up and down. It vibrates and sends air to the object to be cooled.

特開2006−191123号公報JP 2006-191123 A

一般に、冷却対象物に空気を送って冷却する装置においては、送風する空気と冷却対象物との温度差及び冷却対象物の表面熱伝導率が一定であるとすると、送風量に応じて冷却熱量が定まる。冷却の目的は冷却対象物の温度が規定値を超えて異常動作しないようにすることであるから、冷却が不要なほど冷却対象物の温度が低い場合には送風を停止することが低消費電力化の観点から望ましい。   In general, in a device that sends air to a cooling object and cools it, assuming that the temperature difference between the air to be blown and the cooling object and the surface thermal conductivity of the cooling object are constant, the amount of cooling heat depends on the amount of air blown. Is determined. The purpose of cooling is to prevent the temperature of the object to be cooled from exceeding the specified value so that it does not operate abnormally. It is desirable from the viewpoint of conversion.

しかし、そのためには冷却対象物の温度を検知する温度センサと、その検知結果に応じて冷却装置を制御する制御回路が必要になる。そもそも冷却用圧電アクチュエーターは小型且つ高効率な冷却装置として用いられるが、前記温度センサや制御回路を設けることは小型化を阻む要因となる。   However, this requires a temperature sensor that detects the temperature of the object to be cooled and a control circuit that controls the cooling device in accordance with the detection result. In the first place, the piezoelectric actuator for cooling is used as a small and highly efficient cooling device, but the provision of the temperature sensor and the control circuit is a factor that hinders downsizing.

そこで、本発明は新たな電子部品や回路を付加することなく、冷却の必要なときに自動的に作動する冷却用圧電アクチュエーター駆動回路を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a cooling piezoelectric actuator drive circuit that automatically operates when cooling is required without adding new electronic components and circuits.

前記課題を解決するために、この発明の圧電アクチュエーター駆動回路は、冷却用フィンを振動させる圧電アクチュエーターに対する電圧印加に応じて生じる検出信号を増幅して前記圧電アクチュエーターに正帰還させる正帰還回路を備えた、冷却用圧電アクチュエーターの駆動回路において、
前記正帰還回路は、前記圧電アクチュエーターに直列接続された電流検出抵抗と、当該電流検出抵抗の降下電圧を増幅して前記圧電アクチュエーターに駆動電圧を印加する増幅回路とを備え、
前記圧電アクチュエーターは、そのインピーダンスの温度特性が負の特性であり、前記圧電アクチュエーターを駆動させる温度であるときに、前記正帰還回路のループゲインが1(0dB)以上となるように前記正帰還回路の特性が設定されている。
In order to solve the above problems, a piezoelectric actuator drive circuit according to the present invention includes a positive feedback circuit that amplifies a detection signal generated in response to voltage application to a piezoelectric actuator that vibrates a cooling fin and positively feeds back to the piezoelectric actuator. In the cooling piezoelectric actuator drive circuit,
The positive feedback circuit includes a current detection resistor connected in series to the piezoelectric actuator, and an amplification circuit that amplifies a voltage drop of the current detection resistor and applies a drive voltage to the piezoelectric actuator.
The piezoelectric actuator has a negative impedance temperature characteristic, and the positive feedback circuit is configured such that a loop gain of the positive feedback circuit is 1 (0 dB) or more when the piezoelectric actuator is driven at a temperature. The characteristics are set.

この構成により、圧電アクチュエーターの周囲温度が所定温度より低いときには圧電アクチュエーターが駆動されず、周囲温度が高くなり冷却が必要になると圧電アクチュエーターが自動的に駆動されるという動作を、温度センサ及び温度制御回路を用いることなく実現できる。   With this configuration, the piezoelectric actuator is not driven when the ambient temperature of the piezoelectric actuator is lower than a predetermined temperature, and the piezoelectric actuator is automatically driven when the ambient temperature becomes high and cooling is required. This can be realized without using a circuit.

また、必要に応じて前記正帰還回路のループゲインを調整する調整手段を備える。これにより、圧電アクチュエーターを組み込み先の電子機器に適した所望の温度で駆動するように設定できる。   In addition, adjustment means for adjusting the loop gain of the positive feedback circuit is provided as necessary. Thereby, it can set so that a piezoelectric actuator may be driven at the desired temperature suitable for the electronic device of an assembly destination.

本発明によれば、新たな電子部品や回路を付加することなく、冷却の必要なときに自動的に作動する、圧電アクチュエーターを備えた冷却装置が構成できる。   According to the present invention, it is possible to configure a cooling device including a piezoelectric actuator that automatically operates when cooling is required without adding new electronic components or circuits.

図1は特許文献1に示されている圧電ファン(冷却用圧電アクチュエーター)の構成を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a piezoelectric fan (cooling piezoelectric actuator) disclosed in Patent Document 1. As shown in FIG. 図2(A)は、圧電ファンを構成する圧電アクチュエーター1の斜視図である。図2(B)は、その圧電アクチュエーター1を備えた冷却ユニットの斜視図である。FIG. 2A is a perspective view of the piezoelectric actuator 1 constituting the piezoelectric fan. FIG. 2B is a perspective view of a cooling unit including the piezoelectric actuator 1. 図3は第1の実施形態に係る冷却用圧電アクチュエーター駆動回路の回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram of the cooling piezoelectric actuator drive circuit according to the first embodiment. 図4は、図3に示した圧電アクチュエーター1の第1の端子への印加電圧Va、第2の端子への印加電圧Vb、及び圧電アクチュエーター1の両端子間の印加電圧Vabのそれぞれの波形図である。4 is a waveform diagram of the applied voltage Va to the first terminal, the applied voltage Vb to the second terminal, and the applied voltage Vab between both terminals of the piezoelectric actuator 1 shown in FIG. It is. 図5は圧電アクチュエーター1の温度変化に対するインピーダンスの周波数特性の変化を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a change in the frequency characteristic of the impedance with respect to the temperature change of the piezoelectric actuator 1. 図6は、図3に示した駆動回路において、圧電アクチュエーター1のインピーダンスを変化させたときのループゲインの特性を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the characteristics of the loop gain when the impedance of the piezoelectric actuator 1 is changed in the drive circuit shown in FIG. 図7は第2の実施形態に係る圧電アクチュエーター駆動回路において、図3に示した圧電アクチュエーター1に流れる電流検出用の抵抗R11の抵抗値を変化させたときのループゲインの特性を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the characteristics of the loop gain when the resistance value of the current detection resistor R11 flowing through the piezoelectric actuator 1 shown in FIG. 3 is changed in the piezoelectric actuator drive circuit according to the second embodiment. .

《第1の実施形態》
図2(A)は、圧電ファンを構成する圧電アクチュエーター1の斜視図である。図2(B)は、その圧電アクチュエーター1を備えた冷却ユニットの斜視図である。
<< First Embodiment >>
FIG. 2A is a perspective view of the piezoelectric actuator 1 constituting the piezoelectric fan. FIG. 2B is a perspective view of a cooling unit including the piezoelectric actuator 1.

図2(A)に示すように、圧電アクチュエーター1はステンレス板などの薄肉金属板よりなる振動板2を備えており、振動板2の長さ方向の一端側に平板状の基板部2aが設けられ、この基板部2aの表裏面に圧電素子3,3を貼り付けることで、バイモルフ型の圧電アクチュエーターが構成されている。振動板2は90°の折り曲げ部2bで折り曲げられている。振動板2の長さ方向の他端側には複数(ここでは7つ)のフィン2dが分割形成されている。   As shown in FIG. 2A, the piezoelectric actuator 1 includes a vibration plate 2 made of a thin metal plate such as a stainless steel plate, and a flat substrate portion 2a is provided on one end side in the length direction of the vibration plate 2. The bimorph piezoelectric actuator is configured by attaching the piezoelectric elements 3 and 3 to the front and back surfaces of the substrate portion 2a. The diaphragm 2 is bent at a 90 ° bent portion 2b. A plurality (seven in this case) of fins 2d are divided and formed on the other end side in the length direction of the diaphragm 2.

フィン2dは圧電素子3の主面方向に対して直交方向に延びている。振動板2の基板部2aの終端側、つまり折り曲げ部2bとは逆側の端部には、圧電素子3が貼り付けられていない延長部2cが形成されている。この延長部2cは図示しない固定部に固定された支持部材5によって保持されている。2個の圧電素子3,3及び振動板2は圧電アクチュエーター駆動回路6に電気的に接続されている。   The fins 2 d extend in a direction orthogonal to the main surface direction of the piezoelectric element 3. An extension 2c to which the piezoelectric element 3 is not attached is formed on the terminal side of the substrate 2a of the diaphragm 2, that is, the end opposite to the bent portion 2b. The extension portion 2c is held by a support member 5 fixed to a fixing portion (not shown). The two piezoelectric elements 3 and 3 and the diaphragm 2 are electrically connected to the piezoelectric actuator drive circuit 6.

図2(B)に示すように、冷却ユニットは、圧電アクチュエーター1とヒートシンク10とで構成されている。ヒートシンク10は、間隔をあけて並設された複数枚(ここでは8枚)の放熱フィン11を備えている。ヒートシンク10は、例えば回路基板上に実装された発熱素子(CPU等)の上面に熱的に結合された状態で取り付けられている。   As shown in FIG. 2B, the cooling unit includes a piezoelectric actuator 1 and a heat sink 10. The heat sink 10 includes a plurality of (eight in this case) radiating fins 11 arranged in parallel at intervals. The heat sink 10 is attached in a state where it is thermally coupled to the upper surface of a heating element (CPU or the like) mounted on, for example, a circuit board.

圧電アクチュエーター1の各フィン2dは各放熱フィン11の間にヒートシンク10の底面と直角方向に非接触で挿入されている。振動板2の基板部2a及び圧電素子3で構成される圧電アクチュエーターは、ヒートシンク10の上端にそって平行に配置されている。   Each fin 2 d of the piezoelectric actuator 1 is inserted between each heat radiation fin 11 in a non-contact manner in a direction perpendicular to the bottom surface of the heat sink 10. The piezoelectric actuator composed of the substrate portion 2 a of the diaphragm 2 and the piezoelectric element 3 is arranged in parallel along the upper end of the heat sink 10.

圧電アクチュエーターにより、振動板2が振動すると、フィン2dが放熱フィン11の側面に対して平行な方向に振動し、放熱フィン11近傍の暖気をフィン2dで掻き取るので、ヒートシンク10が効率よく冷却される。   When the diaphragm 2 vibrates by the piezoelectric actuator, the fin 2d vibrates in a direction parallel to the side surface of the radiation fin 11, and the warm air in the vicinity of the radiation fin 11 is scraped off by the fin 2d, so that the heat sink 10 is efficiently cooled. The

図3は第1の実施形態に係る冷却用圧電アクチュエーター駆動回路6の回路図である。
電源回路PSは、電源電圧DC12Vを抵抗R31,R32により例えば等分圧し、DC6Vにした電圧を、オペアンプOP5による電圧フォロア回路に入力することによって安定した基準電位VM(例えばDC6V)を発生する。
FIG. 3 is a circuit diagram of the cooling piezoelectric actuator drive circuit 6 according to the first embodiment.
The power supply circuit PS generates a stable reference potential VM (for example, DC6V) by, for example, equally dividing the power supply voltage DC12V by the resistors R31 and R32 and inputting the voltage obtained by DC6V to the voltage follower circuit by the operational amplifier OP5.

フィルタ回路A21は、オペアンプOP1を備え、フィードバック回路A24から出力される信号を増幅し、非反転増幅回路A23へ与える。非反転増幅回路A23はフィルタ回路A21の出力電圧を所定ゲインで増幅し、抵抗R11を介して圧電アクチュエーター1の第1の端子に印加する。反転増幅回路A22は非反転増幅回路A23の出力電圧をゲイン1で反転増幅し、圧電アクチュエーター1の第2の端子に印加する。非反転増幅回路A23及び反転増幅回路A22によって平衡駆動回路A25を構成している。   The filter circuit A21 includes an operational amplifier OP1, amplifies the signal output from the feedback circuit A24, and supplies the amplified signal to the non-inverting amplifier circuit A23. The non-inverting amplifier circuit A23 amplifies the output voltage of the filter circuit A21 with a predetermined gain, and applies it to the first terminal of the piezoelectric actuator 1 via the resistor R11. The inverting amplifier circuit A22 inverts and amplifies the output voltage of the non-inverting amplifier circuit A23 with a gain of 1, and applies it to the second terminal of the piezoelectric actuator 1. The non-inverting amplifier circuit A23 and the inverting amplifier circuit A22 constitute a balanced drive circuit A25.

フィードバック回路A24は、圧電アクチュエーター1に対する電圧印加に応じて圧電アクチュエーター1に流れる電流(検出信号)を抵抗R11の両端から取り出し、差動増幅し、フィルタ回路A21の非反転入力端子へ与える。   The feedback circuit A24 takes out a current (detection signal) flowing through the piezoelectric actuator 1 in response to voltage application to the piezoelectric actuator 1 from both ends of the resistor R11, differentially amplifies it, and applies it to the non-inverting input terminal of the filter circuit A21.

抵抗R11の両端には、圧電アクチュエーター1に流れる電流に比例した電圧が現れる。フィードバック回路A24は抵抗R11の両端電圧を増幅して不平衡信号を出力する。このとき、A24→A21→A25の経路で、作動時にループゲインが1を超える正帰還回路が構成されるように、フィードバック回路A24の出力電圧が定められている。すなわち、圧電アクチュエーター1に流れる電流が増大する程、圧電アクチュエーター1への印加電圧が増大する関係にある。   A voltage proportional to the current flowing through the piezoelectric actuator 1 appears at both ends of the resistor R11. The feedback circuit A24 amplifies the voltage across the resistor R11 and outputs an unbalanced signal. At this time, the output voltage of the feedback circuit A24 is determined so that a positive feedback circuit having a loop gain of more than 1 at the time of operation is configured along the path A24 → A21 → A25. That is, the voltage applied to the piezoelectric actuator 1 increases as the current flowing through the piezoelectric actuator 1 increases.

フィルタ回路A21の負帰還ループNFL中には帯域阻止フィルタBEFが接続されている。この帯域阻止フィルタBEFは圧電装置の基本波共振周波数の信号成分の挿入損失が大きく、高次共振周波数の信号成分の挿入損失は小さい。すなわち高次共振周波数におけるループゲインを低下させるように作用する。   A band rejection filter BEF is connected in the negative feedback loop NFL of the filter circuit A21. This band rejection filter BEF has a large insertion loss of the signal component of the fundamental resonance frequency of the piezoelectric device and a small insertion loss of the signal component of the higher order resonance frequency. That is, it acts to lower the loop gain at the higher order resonance frequency.

前記非反転増幅回路A23及び反転増幅回路A22の出力電圧の振幅は何れも電源電圧に等しく、且つ逆位相であるので、圧電アクチュエーター1は電源電圧の2倍の電圧で駆動されることになる。   Since the amplitudes of the output voltages of the non-inverting amplifier circuit A23 and the inverting amplifier circuit A22 are both equal to the power supply voltage and in the opposite phase, the piezoelectric actuator 1 is driven with a voltage twice the power supply voltage.

フィルタ回路A21の帯域通過フィルタBPFは正帰還ループPFL中に接続されている。この帯域通過フィルタBPFは前記基本周波数を通過し、高調波成分を抑圧する。すなわち、圧電装置の高次共振周波数の信号を抑制する高調波抑制フィルタとして作用する。そのため、高調波の周波数成分は正帰還が掛からず、高調波の周波数帯でのループゲインが1以下となり、高調波では発振しない。すなわち圧電アクチュエーター1が取り付けられた圧電装置の基本周波数で発振する。   The band pass filter BPF of the filter circuit A21 is connected in the positive feedback loop PFL. This band pass filter BPF passes the fundamental frequency and suppresses harmonic components. That is, it acts as a harmonic suppression filter that suppresses the signal of the higher-order resonance frequency of the piezoelectric device. Therefore, positive feedback is not applied to the harmonic frequency component, the loop gain in the harmonic frequency band is 1 or less, and the harmonic does not oscillate. That is, it oscillates at the fundamental frequency of the piezoelectric device to which the piezoelectric actuator 1 is attached.

前記非反転増幅回路A23はオペアンプOP3、抵抗R7,R8で構成され、所定ゲインで非反転増幅する。
反転増幅回路A22はオペアンプOP4、抵抗R9,R10で構成され、ゲイン1で反転増幅する。すなわち反転増幅回路A22は前記増幅回路A23の出力信号を等振幅で反転増幅する。
The non-inverting amplifier circuit A23 includes an operational amplifier OP3 and resistors R7 and R8, and performs non-inverting amplification with a predetermined gain.
The inverting amplifier circuit A22 includes an operational amplifier OP4 and resistors R9 and R10, and performs inverting amplification with a gain of 1. That is, the inverting amplifier circuit A22 inverts and amplifies the output signal of the amplifier circuit A23 with an equal amplitude.

フィードバック回路A24は、オペアンプOP2と抵抗R3,R4,R5,R6,R11で構成され、抵抗R11の両端電圧を差動増幅する。
前記フィルタ回路A21は、自励発振のための正帰還ループの位相量を調整する機能を兼ねている。すなわち、正帰還ループの位相量が0°となるように帯域通過フィルタBPFの特性が定められている。
The feedback circuit A24 includes an operational amplifier OP2 and resistors R3, R4, R5, R6, and R11, and differentially amplifies the voltage across the resistor R11.
The filter circuit A21 also has a function of adjusting the phase amount of the positive feedback loop for self-excited oscillation. That is, the characteristics of the band pass filter BPF are determined so that the phase amount of the positive feedback loop is 0 °.

図4は、図3に示した圧電アクチュエーター1の第1の端子への印加電圧Va、第2の端子への印加電圧Vb、及び圧電アクチュエーター1の両端子間の印加電圧Vabのそれぞれの波形図である。増幅回路A22,A23は正電源が+12V、負電源が0Vで動作するので、圧電アクチュエーター1の第1の端子には0V〜+12Vの範囲の電圧が印加され、圧電アクチュエーター1の第2の端子には+12V〜0Vの範囲の電圧が印加される。そのため、圧電アクチュエーター1の両端間への印加電圧Vabは(Va−Vb)となる。すなわちピークtoピークの電圧として24Vp−pが印加されることになる。   4 is a waveform diagram of the applied voltage Va to the first terminal, the applied voltage Vb to the second terminal, and the applied voltage Vab between both terminals of the piezoelectric actuator 1 shown in FIG. It is. Since the amplification circuits A22 and A23 operate with a positive power supply of + 12V and a negative power supply of 0V, a voltage in the range of 0V to + 12V is applied to the first terminal of the piezoelectric actuator 1, and the second terminal of the piezoelectric actuator 1 is applied. A voltage in the range of + 12V to 0V is applied. Therefore, the applied voltage Vab across the piezoelectric actuator 1 is (Va−Vb). That is, 24 Vp-p is applied as a peak-to-peak voltage.

図5は圧電アクチュエーター1の温度変化に対するインピーダンスの周波数特性の変化を示す図である。図5において各特性曲線Ta〜Teと温度との対応関係は次のとおりである。Ta:0℃、Tb:25℃、Tc:35℃、Td:50℃、Te:70℃
このように、温度が高くなる程圧電アクチュエーターのインピーダンスは低くなる。すなわち圧電アクチュエーターのインピーダンスの温度特性は負特性である。
FIG. 5 is a diagram showing a change in the frequency characteristic of the impedance with respect to the temperature change of the piezoelectric actuator 1. In FIG. 5, the correspondence relationship between the characteristic curves Ta to Te and the temperature is as follows. Ta: 0 ° C., Tb: 25 ° C., Tc: 35 ° C., Td: 50 ° C., Te: 70 ° C.
Thus, the higher the temperature, the lower the impedance of the piezoelectric actuator. That is, the temperature characteristic of the impedance of the piezoelectric actuator is a negative characteristic.

図5において、周波数frは圧電アクチュエーターの共振周波数、周波数faは圧電アクチュエーターの反共振周波数である。図3に示した圧電アクチュエーター駆動回路6の発振周波数は、共振周波数frまたはそれより少し高い周波数である。この例では圧電アクチュエーター1は約41〜42Hzで発振駆動される。この発振周波数でのインピーダンスは70℃で約7kΩ〜約8kΩ、0℃で約11kΩ〜約12kΩとなっている。   In FIG. 5, the frequency fr is the resonance frequency of the piezoelectric actuator, and the frequency fa is the anti-resonance frequency of the piezoelectric actuator. The oscillation frequency of the piezoelectric actuator drive circuit 6 shown in FIG. 3 is the resonance frequency fr or a slightly higher frequency. In this example, the piezoelectric actuator 1 is driven to oscillate at about 41 to 42 Hz. The impedance at this oscillation frequency is about 7 kΩ to about 8 kΩ at 70 ° C. and about 11 kΩ to about 12 kΩ at 0 ° C.

図6は、図3に示した駆動回路において、圧電アクチュエーター1のインピーダンスを変化させたときのループゲインの特性を示す図である。図6において各特性曲線Ra〜Reと圧電アクチュエーター1のインピーダンスとの対応関係は次のとおりである。Ra:8kΩ、Rb:9kΩ、Rc:10kΩ、Rd:11kΩ、Re:12kΩ
このように、圧電アクチュエーター1のインピーダンスが低くなる程ループゲインは大きくなる。この例では、発振周波数が約42Hzの時に圧電アクチュエーター1のインピーダンスが約11kΩ未満のインピーダンスでループゲインが0dB以上となり、約11kΩ以上ではループゲインが0dB未満となる。発振条件の一つはループゲインが1以上(0dB以上)であることなので、圧電アクチュエーター1のインピーダンスが約11kΩ以上であると発振しない(発振が停止する。)。
FIG. 6 is a diagram showing the characteristics of the loop gain when the impedance of the piezoelectric actuator 1 is changed in the drive circuit shown in FIG. In FIG. 6, the correspondence relationship between the characteristic curves Ra to Re and the impedance of the piezoelectric actuator 1 is as follows. Ra: 8 kΩ, Rb: 9 kΩ, Rc: 10 kΩ, Rd: 11 kΩ, Re: 12 kΩ
Thus, the loop gain increases as the impedance of the piezoelectric actuator 1 decreases. In this example, when the oscillation frequency is about 42 Hz, the impedance of the piezoelectric actuator 1 is less than about 11 kΩ and the loop gain is 0 dB or more, and when it is about 11 kΩ or more, the loop gain is less than 0 dB. Since one of the oscillation conditions is that the loop gain is 1 or more (0 dB or more), oscillation does not occur (the oscillation stops) when the impedance of the piezoelectric actuator 1 is about 11 kΩ or more.

図5に示した特性の圧電アクチュエーター1を、図6のような特性を持つ駆動回路に接続し、約42Hzで発振駆動させた場合、圧電アクチュエーター1の周囲温度が0℃付近のとき、圧電アクチュエーター1のインピーダンスは12kΩ程度となり、駆動回路のループゲインは0dB以下となるため、圧電アクチュエーター1は発振駆動されない。周囲温度が上昇し、約25℃以上になると、圧電アクチュエーター1のインピーダンスは11kΩ以下となり、駆動回路のループゲインが0dB以上となって圧電アクチュエーター1は発振駆動されるようになる。   When the piezoelectric actuator 1 having the characteristics shown in FIG. 5 is connected to a drive circuit having the characteristics shown in FIG. 6 and driven to oscillate at about 42 Hz, when the ambient temperature of the piezoelectric actuator 1 is around 0 ° C., the piezoelectric actuator Since the impedance of 1 is about 12 kΩ and the loop gain of the drive circuit is 0 dB or less, the piezoelectric actuator 1 is not driven to oscillate. When the ambient temperature rises and becomes about 25 ° C. or more, the impedance of the piezoelectric actuator 1 becomes 11 kΩ or less, the loop gain of the drive circuit becomes 0 dB or more, and the piezoelectric actuator 1 is driven to oscillate.

上述の作用により、圧電アクチュエーター1の周囲温度が低い時は圧電アクチュエーター1の動作が停止し、周囲温度が高くなって冷却が必要になると圧電アクチュエーター1が動作するという制御を、特別な温度センサ及び温度制御回路を設けることなく自動的に行うことができる。   Due to the above-described operation, the operation of the piezoelectric actuator 1 is stopped when the ambient temperature of the piezoelectric actuator 1 is low, and the piezoelectric actuator 1 is operated when the ambient temperature becomes high and cooling is required. This can be done automatically without providing a temperature control circuit.

《第2の実施形態》
第2の実施形態に係る圧電アクチュエーター駆動回路は、ループゲインの調整手段を備えたものである。第2の実施形態に係る圧電アクチュエーター駆動回路は図3に示した圧電アクチュエーター駆動回路6の抵抗R11を可変抵抗器で構成したものである。
<< Second Embodiment >>
The piezoelectric actuator drive circuit according to the second embodiment includes loop gain adjusting means. In the piezoelectric actuator drive circuit according to the second embodiment, the resistor R11 of the piezoelectric actuator drive circuit 6 shown in FIG. 3 is configured by a variable resistor.

図7は第2の実施形態に係る圧電アクチュエーター駆動回路において、図3に示した圧電アクチュエーター1に流れる電流検出用の抵抗R11の抵抗値を変化させたときのループゲインの特性を示す図である。ここでは、圧電アクチュエーター1の周囲温度を約25℃(圧電アクチュエーター1のインピーダンスが約11kΩ)のときの特性である。図7において各特性曲線R11a〜R11eと抵抗R11の抵抗値との対応関係は次のとおりである。R11a:70Ω、R11b:60Ω、R11c:50Ω、R11d:40Ω、R11e:30Ω
このように、電流検出用の抵抗R11の抵抗値が大きくなる程ループゲインは大きくなる。この例では、発振周波数が約42Hzの時に抵抗R11の抵抗値が50Ω以上であればループゲインが0dB以上となり、約50Ω以下となるとループゲインが0dB未満となる。そのため、抵抗R11の抵抗値が約50Ω以下となると発振しない(発振が停止する。)。したがって、抵抗R11の抵抗値を約50Ωに設定すれば、約25℃以上でループゲインが0dB以上となって、圧電アクチュエーター1は発振駆動される。抵抗R11の抵抗値を50Ωより小さくすれば25℃では未だ停止したままであり、それより高い温度で発振駆動されることになる。
FIG. 7 is a diagram showing the characteristics of the loop gain when the resistance value of the current detection resistor R11 flowing through the piezoelectric actuator 1 shown in FIG. 3 is changed in the piezoelectric actuator drive circuit according to the second embodiment. . Here, the characteristics are obtained when the ambient temperature of the piezoelectric actuator 1 is about 25 ° C. (the impedance of the piezoelectric actuator 1 is about 11 kΩ). In FIG. 7, the correspondence relationship between the characteristic curves R11a to R11e and the resistance value of the resistor R11 is as follows. R11a: 70Ω, R11b: 60Ω, R11c: 50Ω, R11d: 40Ω, R11e: 30Ω
Thus, the loop gain increases as the resistance value of the current detection resistor R11 increases. In this example, when the oscillation frequency is about 42 Hz, if the resistance value of the resistor R11 is 50Ω or more, the loop gain is 0 dB or more, and if it is about 50Ω or less, the loop gain is less than 0 dB. Therefore, when the resistance value of the resistor R11 is about 50Ω or less, it does not oscillate (oscillation stops). Therefore, if the resistance value of the resistor R11 is set to about 50Ω, the loop gain becomes 0 dB or more at about 25 ° C. or more, and the piezoelectric actuator 1 is driven to oscillate. If the resistance value of the resistor R11 is made smaller than 50Ω, the resistor R11 is still stopped at 25 ° C., and is driven to oscillate at a higher temperature.

このようにして、圧電アクチュエーター1に流れる電流検出用の抵抗R11を設定することによって、圧電アクチュエーターの駆動開始温度を所定温度に定めることができる。   In this way, by setting the resistance R11 for detecting the current flowing through the piezoelectric actuator 1, the driving start temperature of the piezoelectric actuator can be set to a predetermined temperature.

圧電アクチュエーター駆動回路のループゲインを調整する手段としては、電流検出用抵抗(R11)を設定すること以外に、フィードバックループのゲインに関与する回路定数を可変としてもよい。例えば、図3中の抵抗R5,R6の抵抗値を可変にすることによってフィードバック回路A24のゲインを可変としてしてもよい。また、図3中の抵抗R7,R8の抵抗値を可変にすることによって非反転増幅回路A23のゲインを可変としてもよい。   As a means for adjusting the loop gain of the piezoelectric actuator drive circuit, in addition to setting the current detection resistor (R11), a circuit constant related to the gain of the feedback loop may be variable. For example, the gain of the feedback circuit A24 may be made variable by making the resistance values of the resistors R5 and R6 in FIG. 3 variable. Further, the gain of the non-inverting amplifier circuit A23 may be made variable by making the resistance values of the resistors R7 and R8 in FIG. 3 variable.

A21…フィルタ回路
A22…反転増幅回路
A23…非反転増幅回路
A24…フィードバック回路
A25…平衡駆動回路
BEF…帯域阻止フィルタ
BPF…帯域通過フィルタ
NFL…負帰還ループ
OP1〜OP5…オペアンプ
PFL…正帰還ループ
PS…電源回路
R11…電流検出用抵抗
1…圧電アクチュエーター
2…振動板
2a…基板部
2c…延長部
2d…フィン
3…圧電素子
5…支持部材
6…圧電アクチュエーター駆動回路
10…ヒートシンク
11…放熱フィン
A21 ... Filter circuit A22 ... Inverting amplifier circuit A23 ... Non-inverting amplifier circuit A24 ... Feedback circuit A25 ... Balance drive circuit BEF ... Band-pass filter BPF ... Band-pass filter NFL ... Negative feedback loop OP1-OP5 ... Operational amplifier PFL ... Positive feedback loop PS Power supply circuit R11 ... Current detection resistor 1 ... Piezo actuator 2 ... Diaphragm 2a ... Substrate 2c ... Extension 2d ... Fin 3 ... Piezo element 5 ... Support member 6 ... Piezo actuator drive circuit 10 ... Heat sink 11 ... Radiation fin

Claims (2)

冷却用フィンを振動させる圧電アクチュエーターに対する電圧印加に応じて生じる検出信号を増幅して前記圧電アクチュエーターに正帰還させる正帰還回路を備えた、冷却用圧電アクチュエーターの駆動回路において、
前記正帰還回路は、前記圧電アクチュエーターに直列接続された電流検出抵抗と、当該電流検出抵抗の降下電圧を増幅して前記圧電アクチュエーターに駆動電圧を印加する増幅回路とを備え、
前記圧電アクチュエーターは、そのインピーダンスの温度特性が負の特性であり、前記圧電アクチュエーターを駆動させる温度であるときに、前記正帰還回路のループゲインが1以上となるように前記正帰還回路の特性が設定された冷却用圧電アクチュエーター駆動回路。
In a driving circuit for a cooling piezoelectric actuator, comprising a positive feedback circuit that amplifies a detection signal generated in response to voltage application to a piezoelectric actuator that vibrates a cooling fin and positively feeds back to the piezoelectric actuator.
The positive feedback circuit includes a current detection resistor connected in series to the piezoelectric actuator, and an amplification circuit that amplifies a voltage drop of the current detection resistor and applies a drive voltage to the piezoelectric actuator.
The piezoelectric actuator has a negative temperature characteristic of impedance, and the positive feedback circuit has a characteristic such that a loop gain of the positive feedback circuit becomes 1 or more when the temperature is a temperature for driving the piezoelectric actuator. The set piezoelectric actuator drive circuit for cooling.
前記正帰還回路のループゲインを調整する調整手段を備えた、請求項1に記載の冷却用圧電アクチュエーター駆動回路。   The cooling piezoelectric actuator drive circuit according to claim 1, further comprising an adjusting unit that adjusts a loop gain of the positive feedback circuit.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI502135B (en) * 2012-05-21 2015-10-01 緯創資通股份有限公司 Fan control system and fan controlling method thereof
TWI720876B (en) * 2020-04-24 2021-03-01 研能科技股份有限公司 Driving circuit system for driving piezoelectric pump

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