JP5406807B2 - 鳴動素子駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、調理器等に装備される鳴動素子駆動装置に関する。

特許文献１は、マイコンの２つの出力ポートから相互に逆相関係にある矩形波を出力し、それら２つの出力を発音体の両端に印加して、該発音体を駆動することを開示する。特許文献１の装置では、発音体の駆動電圧は、各矩形波の振幅のほぼ２倍となり、発音体の音量をほぼ２倍にすることができる。また、発音体の駆動を停止する場合には、２つの出力ポートに共にローレベルの電圧を常時、出力するようにしている。

特開平１０−２５４４５０号公報（例えば図５及び図６参照）

特許文献１の装置では、発音体の音量を２倍にするために、マイコンには、相互に逆相関係にある矩形波を出力する２つの矩形波出力ポートが必要となる。矩形波出力ポートは高価であり、矩形波出力を必要とする機能ごとに矩形波出力ポートを必要とするので、２つの矩形波出力ポートが必要となるのは、コスト上、不利となる。また、発音体に長時間、直流電圧をかけると、発音体にマイグレーションが発生するので、この防止のために、発音体の作動停止中は、２つの矩形波出力ポートを矩形波出力からローレベル出力に切り替える制御が必要とされる。

本発明の目的は、鳴動素子を１つの矩形波駆動電圧のほぼ２倍の電圧で駆動する場合に、マイコンの矩形波出力ポートを１つで済ませることができる鳴動素子駆動装置を提供することである。

本発明の鳴動素子駆動装置は、矩形波を出力する矩形波出力ポートと第１又は第２電圧レベルを出力する電圧ポートとを有するマイコンと、前記矩形波出力ポートの出力矩形波に基づき該出力矩形波と同相及び逆相の矩形波駆動電圧を出力する駆動電圧出力手段と、前記電圧ポートが前記第１電圧レベルである場合には鳴動素子の両端への前記同相及び逆相の矩形波駆動電圧の印加を実施し、前記電圧ポートが前記第２電圧レベルである場合には前記鳴動素子の両端への前記同相及び逆相の矩形波駆動電圧の印加を中止する印加制御手段とを備え、前記駆動電圧出力手段は、前記矩形波出力ポートの出力矩形波のハイ及びローに応動して第１出力端子をそれぞれ開放状態と所定電源の正端子及び負端子の内の一方端子との接続状態とへ切り替える第１出力部と、前記矩形波出力ポートの出力矩形波のロー及びハイに応動して第２出力端子をそれぞれ開放状態と前記一方端子との接続状態とへ切り替える第２出力部とを備え、前記印加制御手段は、第１抵抗を介して前記第１出力端子へ接続されているとともに第２抵抗を介して前記第２出力端子へ接続されている制御端子と、前記電圧ポートが前記第１電圧レベルである場合には前記正端子及び前記負端子の内の他方端子を前記制御端子へ接続し、前記第２電圧レベルである場合には前記他方端子と前記制御端子との接続を断つ切替素子とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、マイコンの矩形波出力ポートの出力矩形波に対して同相及び逆相の矩形波駆動電圧が駆動電圧出力手段から出力され、鳴動素子は、マイコンの電圧ポートが第１電圧レベルである期間では、正相及び逆相の矩形波駆動電圧を両端に印加され、鳴動状態になる。鳴動素子は、また、マイコンの電圧ポートが第２電圧レベルである期間では、両端への正相及び逆相の矩形波駆動電圧の印加を中止され、この結果、鳴動は停止状態になる。

本発明によれば、マイコンの１つの矩形波出力ポートの矩形波に基づき出力され該矩形波に対して同相及び逆相となる矩形波駆動電圧が鳴動素子の両端に印加されるので、鳴動素子は、１つの矩形波駆動電圧で駆動する場合のほぼ２倍の駆動電圧で駆動されて、音量を倍増させることができるとともに、音量倍増のためにマイコンに必要となる矩形波出力ポートを１つで済ませることができる。

本発明によれば、さらに、電圧ポートを第２電圧レベルへ切り替えられると、鳴動素子の両端への互いに逆相関係の矩形波駆動電圧の印加を中止するようにしているので、鳴動素子のマイグレーションを防止しつつ、マイコンの矩形波出力における矩形波出力からローレベル出力への切替制御を不要にすることができる。

本発明によれば、マイコンの電圧ポートが第１電圧レベルに維持されている期間では、印加制御手段の切替素子は、所定電源の正端子及び負端子の内の他方端子と制御端子とを接続状態にし、これにより、制御端子には他方端子の電圧が印加された状態に維持される。こうして、第１及び第２出力部が第１及び第２出力端子を開放状態にしている場合には、第１及び第２出力端子は矩形波駆動電圧の他方端子の電圧レベルとなり、また、第１及び第２出力部が第１及び第２出力端子を所定電源の正端子及び負端子の内の一方端子へ接続している場合には、第１及び第２出力端子は一方端子の電圧レベルとなる。第１及び第２出力端子の電圧レベルが相互に逆相で切り替わることにより、第１及び第２出力端子から相互に逆相の矩形波駆動電圧が出力される。

本発明によれば、マイコンの電圧ポートが第２電圧レベルに維持されている期間では、印加制御手段の切替素子は、所定電源の正端子及び負端子の内の他方端子と制御端子との接続を断つ。第１又は第２出力部が第１又は第２出力端子を所定電源の正端子及び負端子の内の一方端子へ接続している期間では、第１又は第２出力端子は一方端子の電圧に維持されるとともに、第１及び第２出力端子は、第１及び第２抵抗を介して相互に接続されて等電圧に維持されるので、鳴動素子の両端子は共に一方端子の電圧に維持される。結果、鳴動素子は鳴動停止状態になるとともに、鳴動素子のマイグレーションは防止される。

本発明によれば、マイコンの電圧ポートにおける第１及び第２電圧レベルの切替により鳴動素子の作動及び作動停止を切り替えることを簡単な回路構成により実現することができる。

本発明の鳴動素子駆動装置に相当するブザー駆動装置の構成図。 ２つの反転器の出力及びブザーの両端電圧の時間変化を示す図。 図１の回路を一部変更したブザー駆動装置の主要部回路図。

図１において、Ｖａ及びＶｂは所定の駆動電源の正端子及び負端子を示し、負端子はグランド電圧となっているので、Ｖｂはグランド電圧端子と呼ぶことにする。駆動電源は例えば直列接続した２個の乾電池であり、その場合、正端子Ｖａは約３Ｖの電圧となる。

ブザー駆動装置１０は、ブザー１９の鳴動及びその停止を制御し、ブザー１９と共に例えば給湯器に装備される。ブザー１９は例えば圧電型ブザーである。図１に図示されている素子の内、ブザー１９以外の素子はすべてブザー駆動装置１０の素子を構成している。マイコン１１は電圧ポート１２及び矩形波出力ポート１３を備える。電圧ポート１２の出力電圧はマイコン１１の電源電圧とグランド電圧とに切替自在になっており（マイコン１１の電源電圧＞グランド電圧）、マイコン１１は、ブザー１９を作動させるときは、電圧ポート１２へマイコン１１の電源電圧を出力し、また、ブザー１９の作動を停止させるときには、電圧ポート１２にグランド電圧を出力する。矩形波出力ポート１３には矩形波が出力される。該矩形波は、デューティ比が５０％であり、周波数は可聴周波数の例えば２ｋＨｚとなっている。

反転器１８の入力端子には矩形波出力ポート１３からの矩形波が入力される。反転器１８の出力端子はブザー１９の一方の電極端子及び反転器２０の入力端子へ接続されている。反転器１８，２０は、入力電圧がローレベルである期間は、出力端子を開放状態にし、また、入力電圧がハイレベルである期間は、出力端子をグランド電圧端子Ｖｂへ接続する。反転器１８，２０及び後述の反転器２６は例えば１つのＮＰＮ型トランジスタから構成され、該トランジスタは、ベースを入力端子とし、エミッタをグランド電圧端子Ｖｂへ接続され、コレクタを出力端子としている。ブザー１９の他方の電極端子は反転器２０の出力端子へ接続されている。

反転器２６において、入力端子は電圧ポート１２へ接続され、出力端子は抵抗Ｒ４を介してトランジスタ２５のベースへ接続されている。正端子Ｖａは、トランジスタ２５のエミッタへ接続されているとともに、抵抗Ｒ３を介してトランジスタ２５のベースへ接続されている。トランジスタ２５はＰＮＰ型であり、トランジスタ２５のコレクタは、プルアップ抵抗Ｒ１を介して反転器１８の出力端子へ接続されているとともに、プルアップ抵抗Ｒ２を介して反転器２０の出力端子へ接続されている。抵抗Ｒ５はブザー駆動装置１０に対して並列に接続されている。

ブザー駆動装置１０の作用について説明する。なお、反転器１８，２０は本発明における駆動電圧出力手段に相当する。トランジスタ２５は本発明における印加制御手段に相当する。反転器１８，２０は、また、それぞれ本発明における第１及び第２出力部に相当する。反転器１８，２０の出力端子はそれぞれ本発明における第１及び第２出力端子に相当する。電圧ポート１２におけるマイコン１１の電源電圧は本発明における第１電圧レベルの電圧に相当し、電圧ポート１２におけるグランド電圧は本発明における第２電圧レベルの電圧に相当する。トランジスタ２５のコレクタは本発明における制御端子に相当する。トランジスタ２５は本発明における切替素子に相当する。グランド電圧端子Ｖｂ及び正端子Ｖａは本発明における所定電源の正端子及び負端子の内の一方端子及び他方端子に相当する。

最初に電圧ポート１２がマイコン１１の電源電圧、すなわち高レベル電圧に維持されている期間の作用について述べる。なお、説明を簡潔にするために、高レベル電圧及び低レベル電圧をそれぞれ適宜、ハイ及びローと呼ぶ。具体的には、電圧ポート１２におけるマイコン１１の電源電圧及び正端子Ｖａの電圧のレベルがハイであり、グランド電圧がローである。

電圧ポート１２におけるハイは、反転器２６において反転され、トランジスタ２５のベースはローになる。これにより、トランジスタ２５はオンになり、トランジスタ２５のコレクタは正端子Ｖａとほぼ同電位になる。この結果、反転器１８，２０では、その入力がローである期間は、出力はハイとなり、また、その入力がハイである期間は、出力はローとなる。

こうして、反転器１８の出力端子には、矩形波出力ポート１３の矩形波とは逆相の矩形波駆動電圧が生成され、反転器２０の出力端子には、矩形波出力ポート１３の矩形波とは同相の矩形波駆動電圧が生成される。これら逆相及び同相の矩形波駆動電圧はブザー１９の両端の電極端子に印加される。

図２は反転器１８，２０の出力及びブザー１９の両端電圧の時間変化を示している。なお、図２のＶａ，ＧＮＤはそれぞれ正端子Ｖａの電圧及びグランド電圧を意味するものとして使用している。反転器１８，２０の出力としての矩形波駆動電圧のハイ及びローはそれぞれＶａ及びＧＮＤの電圧に対応する。ブザー１９は、矩形波出力ポート１３の矩形波とは電圧が同一でかつ該矩形波とは逆相及び同相の矩形波駆動電圧を両端の電極端子に印加されるので、矩形波出力ポート１３の矩形波に対してほぼ倍の電圧で駆動されることになる。こうして、ブザー１９の発生音は、逆相の矩形波駆動電圧のみ又は同相の矩形波駆動電圧のみを印加されるときのほぼ２倍の音量となる。

次に電圧ポート１２がグランド電圧、すなわちローに維持されている期間の作用について述べる。電圧ポート１２のローは反転器２６においてハイへ反転され、トランジスタ２５のベースはハイになる。これにより、トランジスタ２５はオフになり、トランジスタ２５のコレクタはエミッタ及びベースに対して開放状態になる。

反転器１８，２０の出力端子にそれぞれプルアップ抵抗Ｒ１，Ｒ２を介しての正端子Ｖａの電圧が印加されることが停止される結果、反転器１８，２０の出力端子がハイになることは中止される。一方、反転器１８は、矩形波出力ポート１３からの矩形波がハイになるごとに、出力端子をグランド電圧にし、また、反転器１８，２０の出力端子同士はプルアップ抵抗Ｒ１，Ｒ２を介して相互に接続されているので、反転器１８，２０の出力端子は、グランド電圧から上昇することを抑制されて、常時、ほぼローになっている。この結果、ブザー１９の両端の電極電圧は、共にローに保持されて、ブザー１９は鳴動を停止するとともに、ブザー１９のマイグレーションが防止される。

ブザー駆動装置１０によれば、１つの矩形波出力ポート１３からの矩形波だけを使って、同相又は逆相の矩形波駆動電圧だけでブザー１９を駆動した場合の２倍の駆動電圧をブザー１９の両端電極に印加して、ブザー１９の音量を２倍にすることができる。また、ブザー１９の鳴動停止中も、矩形波出力ポート１３の矩形波出力を維持することができるので、矩形波出力ポート１３の矩形波を使う他の素子が有る場合には、ブザー１９の鳴動停止中も、該素子を作動させることができる。

図３は図１の回路を一部変更した、ブザー駆動装置１０の主要部回路図である。図３の回路図において、省略している回路部分は図１のものと同一である。図１の回路図とは相異する点についてのみ説明する。

プルアップ抵抗Ｒ１１，１２は、直列接続されて、正端子Ｖａの端子とグランド電圧との間に介在している。比較器３０は、１つの演算増幅器から構成され、その反転入力端子（図３の入力端子−）を反転器１８の出力端子へ接続され、非反転入力端子（図３の入力端子＋）をプルアップ抵抗Ｒ１１とプルアップ抵抗Ｒ１２との接続点へ接続されている。比較器３０の出力端子は、プルアップ抵抗Ｒ２を介してトランジスタ２５のコレクタへ接続されている。ブザー１９の両端の電極端子は、それぞれ反転器１８及び比較器３０の出力端子へ接続されている。比較器３０は、ローを出力するときには、出力端子をグランド電圧端子Ｖｂへ接続し、ハイを出力するときには、図１の反転器２０と同様に、出力端子をオープンコレクタ状態にするものである。

トランジスタ２５がオンになっている期間では、トランジスタ２５のコレクタ電圧は正端子Ｖａの電圧になり、反転器１８の出力端子には、矩形波出力ポート１３の矩形波とは逆相の矩形波駆動電圧が生成される。比較器３０は、反転器１８の出力がハイであるときは、反転入力端子の電圧の方が非反転入力端子の電圧より高くなるので、ローを出力する。また、反転器１８の出力がローであるときは、比較器３０は、非反転入力の電圧の方が反転入力端子の電圧より高くなるので、出力端子を開放状態にして、比較器３０の出力は、正端子Ｖａの電圧レベルであるハイになる。この結果、ブザー１９の両端の電極端子には、反転器１８及び比較器３０から矩形波出力ポート１３の矩形波に対してそれぞれ逆相及び同相の矩形波駆動電圧が印加され、ブザー１９は鳴動状態になる。

トランジスタ２５がオフになっている期間では、トランジスタ２５のコレクタは開放状態にあり、反転器１８の出力端子はグランド電圧に維持される。これにより、比較器３０の出力端子はオープンコレクタ状態になり、反転器１８の出力端子と比較器３０の出力端子とはプルアップ抵抗Ｒ１，Ｒ２を介して等電圧状態、すなわちグランド電圧状態になる。結果、ブザー１９は、その両端の電極端子をグランド電圧となって、鳴動停止状態になるとともに、マイグレーションを防止される。

本発明はその要旨の範囲内で種々に変形して実施可能である。以下、本発明の各種変形例について説明する。

ブザー駆動装置１０では、鳴動素子としてブザー１９が使用されているが、鳴動素子としてはベルやスピーカ等を使用することができる。マイコン１１の矩形波出力ポート１３には、固定周波数の矩形波が出力されるが、矩形波の周波数を変更すれば、発生音の高さを変更することができる。

図１のブザー駆動装置１０では、矩形波出力ポート１３の矩形波を反転器１８により反転して、矩形波とは逆相の矩形波駆動電圧を生成してから、該逆相の矩形波駆動電圧を反転器２０により反転して、矩形波とは同相の矩形波駆動電圧を生成している。これに対し、反転器１８を非反転器に代えて、該非反転器の出力を反転器２０により反転させることもできる。この場合、非反転器の出力は矩形波出力ポート１３の矩形波とは同相の矩形波駆動電圧となり、反転器２０の出力は矩形波出力ポート１３の矩形波とは逆相の矩形波駆動電圧になる。そして、非反転器の出力及び反転器２０の出力をブザー１９の両端の電極端子に印加する。

上述のように、反転器１８を非反転器とした場合に、反転器２０の入力端子は、該非反転器の出力端子へ接続することなく、マイコン１１の矩形波出力ポート１３へ直接、接続することもできる。

別の変形例では、矩形波出力ポート１３の矩形波を、同相の矩形波駆動電圧としてそのまま利用する、この場合、反転器１８は省略し、矩形波出力ポート１３の矩形波を反転器２０へ入力して、該矩形波とは逆相の矩形波駆動電圧を反転器２０の出力として生成する。そして、矩形波出力ポート１３の矩形波及び反転器２０の出力をブザー１９の両端の電極端子に印加する。

図３のブザー駆動装置１０では、図１の反転器２０は比較器３０に置き換えたものの、図１の反転器１８は、図３のブザー駆動装置１０にもそのまま使用しているが、反転器１８も、比較器３０及び分圧抵抗Ｒ１１，Ｒ１２と同一の構成の比較器及び分圧抵抗に置き換えることがでる。

図１及び図２の回路では、反転器１８，２０及び比較器３０の出力端子は、開放状態であるとき正端子Ｖａの電圧が出力されるように構成されているが、開放状態にあるときに負端子としてのグランド電圧端子Ｖｂの電圧を出力し、また、コレクタ−エミッタ間の短絡時には正端子Ｖａの電圧を出力するような回路構成にして、相互に逆相の矩形波駆動電圧を生成することもできる。この場合、マイコン１１の電圧ポート１２がグランド電圧になったとき、ブザー１９の両端電極には、共に正端子Ｖａの電圧から常時印加されることになるが、両端電極間の電圧差は０であるので、ブザー１９は鳴動停止状態になるとともに、マイグレーションも防止される。

１０・・・ブザー駆動装置、１１・・・マイコン、１２・・・電圧ポート、１３・・・矩形波出力ポート、１８・・・反転器、１９・・・ブザー、２０・・・反転器、２５・・・トランジスタ、２６・・・反転器、３０・・・演算増幅器。

Claims (1)

1. 矩形波を出力する矩形波出力ポートと第１又は第２電圧レベルを出力する電圧ポートとを有するマイコンと、
   前記矩形波出力ポートの出力矩形波に基づき該出力矩形波と同相及び逆相の矩形波駆動電圧を出力する駆動電圧出力手段と、
   前記電圧ポートが前記第１電圧レベルである場合には鳴動素子の両端への前記同相及び逆相の矩形波駆動電圧の印加を実施し、前記電圧ポートが前記第２電圧レベルである場合には前記鳴動素子の両端への前記同相及び逆相の矩形波駆動電圧の印加を中止する印加制御手段とを備え、
   前記駆動電圧出力手段は、
   前記矩形波出力ポートの出力矩形波のハイ及びローに応動して第１出力端子をそれぞれ開放状態と所定電源の正端子及び負端子の内の一方端子との接続状態とへ切り替える第１出力部と、
   前記矩形波出力ポートの出力矩形波のロー及びハイに応動して第２出力端子をそれぞれ開放状態と前記一方端子との接続状態とへ切り替える第２出力部とを備え、
   前記印加制御手段は、
   第１抵抗を介して前記第１出力端子へ接続されているとともに第２抵抗を介して前記第２出力端子へ接続されている制御端子と、
   前記電圧ポートが前記第１電圧レベルである場合には前記正端子及び前記負端子の内の他方端子を前記制御端子へ接続し、前記第２電圧レベルである場合には前記他方端子と前記制御端子との接続を断つ切替素子とを備えることを特徴とする鳴動素子駆動装置。

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