JP2567311Y2 - 圧電振動子駆動回路 - Google Patents

圧電振動子駆動回路

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JP2567311Y2
JP2567311Y2 JP1992052899U JP5289992U JP2567311Y2 JP 2567311 Y2 JP2567311 Y2 JP 2567311Y2 JP 1992052899 U JP1992052899 U JP 1992052899U JP 5289992 U JP5289992 U JP 5289992U JP 2567311 Y2 JP2567311 Y2 JP 2567311Y2
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Description

【考案の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本考案は、ボルト締めランジュバ
ン振動子等の圧電振動子を駆動するための圧電振動子駆
動回路に関する。
【0002】
【従来の技術】先に、特開昭63−167098号にお
いて、ボルト締めランジュバン振動子とほぼ同様な構造
であって、それ自体で液体を吸い上げ、霧化する超音波
ポンプが提案されている。このような超音波ポンプは吸
い上げるべき液体が負荷となり、液体の水位変動、すな
わち負荷変動によって共振点が変化するから、効率良く
駆動するためには駆動回路側の高周波出力の周波数を共
振点変化に追随させる必要がある。また、他の圧電振動
子においても負荷変動に伴って共振点が変化するから同
様の必要性を生じる。さらに、圧電振動子は温度条件、
駆動電圧によっても共振点が変化し、周波数を追随させ
る必要がある。
【0003】これらの点を考慮して、本出願人は、特開
平1−293170号において、出力トランスの1次巻
線をスイッチング用トランジスタでオン、オフするとと
もに、2次巻線に接続される圧電振動子に直列にチョー
クコイルを挿入して、該チョークコイルのインダクタン
スを適当に設定することによって圧電振動子両端の電圧
と電流を概略正弦波とし、電流波形の位相と2次巻線両
端の電圧波形の位相とを比較することにより、圧電振動
子の共振点の変化に追従せしめるようにした1石式スイ
ッチング回路を備えた圧電振動子駆動回路を提案してい
る。
【0004】図4は特開平1−293170号で提案し
たものと同様の動作を行う従来の圧電振動子駆動回路を
示す。この圧電振動子駆動回路は、電源電圧VBに対し
て出力トランスT1の1次巻線W1とスイッチング用ト
ランジスタ(FET)Q1とを直列に接続し、2次巻線
W2にチョークコイルCH、圧電振動子TD及び電流検
出用抵抗Rを接続した1石式スイッチング回路を備えて
いる。また、トランジスタQ1のベースには電圧制御発
振器1からの方形波の駆動信号が印加されている。位相
比較手段としての同相比較器2には、検出用抵抗Rの両
端の検出波形を増幅器3で増幅した検出出力信号が圧電
振動子TDの電流波形の位相を示す信号として印加され
るとともに、前記電圧制御発振器1の駆動信号がトラン
ス2次巻線W2の両端の電圧波形の位相を示す信号とし
て印加される。なお、前記出力トランスT1はリセット
巻線Wrを有し、該リセット巻線Wrの一端にクランプ用
ダイオードD1が接続されている。
【0005】図4の従来回路において、電圧制御発振器
1の駆動信号は方形波であり、スイッチング用トランジ
スタQ1はスイッチング動作をおこなって出力トランス
T1の2次巻線W2の両端には方形波電圧が現れる。し
かし、圧電振動子TDに直列に挿入されたチョークコイ
ルCHのインダクタンスを適当に選択することによって
圧電振動子TD両端の電圧とTDに流れる電流を概略正
弦波にすることができる(但し、電圧と電流との間には
位相差が存在する。)。
【0006】圧電振動子TDの負荷条件、温度条件、電
源電圧変動等に起因する圧電振動子TDの共振点の変化
に対応した駆動周波数の制御は、図5(A)のトランス2
次巻線W2の両端の方形波電圧V2の波形と、同図(B)
に示す圧電振動子TDの概略正弦波の電流ITDの波形と
の位相比較によって行なうことができる(現実には電流
TDは後述するような不要なピークをもっているが、こ
こでは理想的な波形であるものとして説明する)。すな
わち、方形波電圧V2の波形のトランジスタQ1のオン
に対応する電圧極性からオフに対応する電圧極性への切
替わり時点P(トランジスタQ1のオフによる電圧立ち
上がり時期)と、概略正弦波の電流ITDの振動波形の極
性転換時点P′(電流ITDがゼロを通過する時期)とが略
一致する如く駆動周波数を制御すればよい。これは、ト
ランジスタQ1のオフ期間における概略正弦波の電流I
TDの振動周期が圧電振動子TDの持つ共振周波数frのと
きの周期に一致することを利用するもので、駆動周波数
と圧電振動子の共振周波数との差が大きくなると時点
P,P′の位置ずれが大きく、駆動周波数と圧電振動子
の共振周波数とが一致すると時点P,P′は一致する。
なお、この時点PとP′の関係は前記スイッチング用ト
ランジスタQ1の1周期中のオン期間の割合(デューテ
ィー比)を変化させた場合にも成立する。また、トラン
ジスタQ1のデューティー比が50%であれば、図5
(A)のトランジスタQ1のオンによる電圧立ち下がり
時期P1と、電流ITDの振動波形の極性転換時点P1′と
が略一致する如く駆動周波数を制御してもよい。現実に
は、圧電振動子TDの電流波形の位相は、検出用抵抗R
の両端の検出波形の位相として検出し、2次巻線W2の
両端の方形波電圧波形の位相は、これと位相関係が等し
い電圧制御発振器1の駆動信号の位相から検出して同相
比較器2で位相比較し、同相比較器2は位相差に比例し
た制御電圧ΔVを前記電圧制御発振器1に加えて時点
P,P′(又はP1,P1′)が略一致する如く電圧制御
発振器1の出力である駆動信号周波数を変化させる(同
相比較器2及び電圧制御発振器1はフェーズロックルー
プを構成する。)。
【0007】
【考案が解決しようとする課題】ところで、圧電振動子
TDにチョークコイルCHを直列に接続し、両者を実質
的な直列共振状態として、できるだけ圧電振動子TDの
電圧VTDと電流ITDの波形を正弦波に近付けたとして
も、実際は図6(A)のような波形となることが多い。
図6(B)は圧電振動子TDの電流ITDの波形と2次巻
線両端の方形波電圧V2の波形、同図(C)は同相比較
器2内の電圧位相のロジックレベル、同図(D)は同相
比較器2内の電流位相のロジックレベルである。
【0008】とくに、前記圧電振動子TDの電流ITD
波形が立ち上り付近にて不要なピークを持つと、同相比
較器2内の電流位相波形(ロジックレベル)は図6
(D)に示す如くなり、不要なアップエッジUが発生し
てしまい、同相比較器2は正常に動作できなくなり、電
圧制御発振器1の出力周波数も不定となる(ランダムに
変動してしまう)。
【0009】本考案は、上記の点に鑑み、圧電振動子の
電流波形の位相を検出用抵抗の両端の電圧波形から検出
する場合、検出波形から不要なピークを除去し、トラン
ス2次巻線の電圧波形と圧電振動子の電流に対応する検
出波形との位相比較を確実に実行可能とし、ひいては動
作の安定化を図った圧電振動子駆動回路を提供すること
を目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本考案の圧電振動子駆動回路は、出力トランスの1
次巻線に直列にスイッチング用トランジスタを接続し、
2次巻線に圧電振動子とコイルと電流検出用抵抗との直
列回路を接続し、前記トランジスタのスイッチング動作
により前記1次巻線に流れる電流を断続する1石式スイ
ッチング回路を備え、前記コイルにより前記圧電振動子
の電圧及び電流波形を正弦波に近づけて前記圧電振動子
を共振周波数近傍において駆動する回路において、前記
圧電振動子の等価制動容量の1倍乃至3倍の静電容量を
有する不要ピーク除去用のコンデンサを前記電流検出用
抵抗に並列関係に接続し、前記圧電振動子の電流波形に
対応した不要ピークの無い概略正弦波の検出波形を前記
電流検出用抵抗の両端に得て、前記2次巻線の両端に現
れる電圧波形の位相と前記概略正弦波の検出波形の位相
とを比較して駆動周波数を制御する構成としている。
【0011】
【作用】本考案の圧電振動子駆動回路は、圧電振動子の
電圧及び電流波形を正弦波に近づけ、かつ圧電振動子に
流れる電流を検出するために当該圧電振動子に直列に挿
入された検出用抵抗に対して、前記圧電振動子の等価制
動容量の1倍乃至3倍の静電容量を有するコンデンサを
並列関係に接続することで検出用抵抗両端の検出波形
から不要なピークを除去し、しかも全体波形は概略正弦
波を保つようにしている。この結果、検出波形に含まれ
る不要なピークに起因する同相比較器の誤動作を解消
し、安定した電圧制御発振器の制御ができる。
【0012】
【実施例】以下、本考案に係る圧電振動子駆動回路の実
施例を図面に従って説明する。
【0013】図1は本考案の圧電振動子駆動回路の実施
例を示す。この図において、出力トランスT1の1次巻
線W1とスイッチング用トランジスタ(FET)Q1と
を直列に接続し、2次巻線W2にチョークコイルCHと
圧電振動子TDと電流検出用抵抗Rとの直列回路を接続
するとともに、検出用抵抗RにコンデンサCを並列に接
続している。ここで、圧電振動子TDの等価制動容量が
500PF、チョークコイルCHのインダクタンスが3
300μHで、駆動周波数が67kHz前後である場合、
コンデンサCの静電容量は1000PFとした。なお、
その他の回路構成は図4の従来回路と同じである。
【0014】この実施例の場合、図2下段のように、圧
電振動子TDの電流波形に対応していて不要なピークの
無い(波形の乱れの無い)概略正弦波の検出波形を検出
用抵抗Rの両端に得ることができる(なお、図2の上段
の波形はコンデンサCの無い従来の場合)。したがっ
て、同相比較器2に誤動作は発生せず、トランス2次巻
線の方形波電圧V2の電圧波形と圧電振動子の電流に対
応する検出波形(R両端の電圧波形)との位相差が実質
的に零となる如く同相比較器2を介して電圧制御発振器
1の発振周波数を制御することができる。
【0015】なお、検出用抵抗RにコンデンサCを付加
した結果、検出用抵抗Rの両端の検出電圧波形の位相
は、圧電振動子TDの電流の位相よりも僅かに進むた
め、図3の周波数と圧電振動子TDのインピーダンスと
の関係を示すグラフにおいて、共振点frから僅かにず
れた周波数fr+Δfで動作することになるが、fr近傍
の圧電振動子TDが効率良く動作する周波数範囲内であ
れば差し支えない。
【0016】前記実施例の回路において、圧電振動子T
Dの等価制動容量が500PF、チョークコイルCHの
インダクタンスが3300μHで、駆動周波数が67k
Hz前後である場合、コンデンサCの静電容量を200
0PF以上に設定したときは、一次側電源の瞬断の際に
悪影響が出てきた。すなわち、一次側電源瞬断後の再起
動において、駆動周波数が共振点frとかけ離れた値と
なる。この問題点を回避するために、コンデンサCの静
電容量は、圧電振動子TDの等価制動容量の1倍乃至3
倍程度の範囲内に設定することが望ましい。
【0017】
【考案の効果】以上説明したように、本考案の圧電振動
子駆動回路によれば、圧電振動子の電圧及び電流波形を
正弦波に近づけ、かつ圧電振動子の電流波形の位相を検
出用抵抗の両端の電圧波形から検出する場合において、
前記検出用抵抗に対して、前記圧電振動子の等価制動容
量の1倍乃至3倍の静電容量を有するコンデンサを並列
関係に接続しており、前記検出用抵抗両端の検出波形か
ら不要なピークを除去し、しかも全体波形は概略正弦波
を保つようにでき、トランス2次巻線の電圧波形と圧電
振動子の電流に対応する検出波形との位相比較を確実に
実行可能とし、ひいては動作の安定化を図ることが可能
である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本考案に係る圧電振動子駆動回路の実施例を示
す回路図である。
【図2】実施例における検出用抵抗の両端の検出波形を
従来の検出波形と比較して示す波形図である。
【図3】圧電振動子のインピーダンスの周波数特性及び
圧電振動子の動作点を示すグラフである。
【図4】従来の圧電振動子駆動回路の回路図である。
【図5】図4の回路の制御動作の原理を説明するための
波形図である。
【図6】従来回路の場合の欠点を説明するための波形図
である。
【符号の説明】
1 電圧制御発振器 2 同相比較器 C コンデンサ CH チョークコイル Q1 トランジスタ R 検出用抵抗 T1 出力トランス TD 圧電振動子

Claims (1)

    (57)【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】 出力トランスの1次巻線に直列にスイッ
    チング用トランジスタを接続し、2次巻線に圧電振動子
    とコイルと電流検出用抵抗との直列回路を接続し、前記
    トランジスタのスイッチング動作により前記1次巻線に
    流れる電流を断続する1石式スイッチング回路を備え
    前記コイルにより前記圧電振動子の電圧及び電流波形を
    正弦波に近づけて前記圧電振動子を共振周波数近傍にお
    いて駆動する圧電振動子駆動回路において、 前記圧電振動子の等価制動容量の1倍乃至3倍の静電容
    量を有する不要ピーク除去用のコンデンサを前記電流検
    出用抵抗に並列関係に接続し、前記圧電振動子の電流波
    形に対応した不要ピークの無い概略正弦波の検出波形を
    前記電流検出用抵抗の両端に得て、前記2次巻線の両端
    に現れる電圧波形の位相と前記概略正弦波の検出波形の
    位相とを比較して駆動周波数を制御することを特徴とす
    る圧電振動子駆動回路。
JP1992052899U 1992-07-04 1992-07-04 圧電振動子駆動回路 Expired - Lifetime JP2567311Y2 (ja)

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