JPH04121075A - Driving apparatus of piezoelectric actuator - Google Patents

Driving apparatus of piezoelectric actuator

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JPH04121075A
JPH04121075A JP2240957A JP24095790A JPH04121075A JP H04121075 A JPH04121075 A JP H04121075A JP 2240957 A JP2240957 A JP 2240957A JP 24095790 A JP24095790 A JP 24095790A JP H04121075 A JPH04121075 A JP H04121075A
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JP
Japan
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piezoelectric actuator
circuit
discharging
discharge
charging
Prior art date
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Pending
Application number
JP2240957A
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Japanese (ja)
Inventor
Osamu Tsutsui
修 筒井
Takao Yoshida
孝雄 吉田
Hidehiko Kuwabara
桑原 英彦
Takanori Matsuno
孝則 松野
Masahito Ichimatsu
一松 正仁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toto Ltd
Original Assignee
Toto Ltd
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Publication date
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Publication of JPH04121075A publication Critical patent/JPH04121075A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To reduce power consumption and, further, a piezoelectric actuator can be charged and discharged in a short time by a method wherein the driving apparatus of the piezoelectric actuator is composed of a stem-up circuit, a charging circuit and a discharging circuit and a semiconductor device for discharge is provided in the discharging circuit. CONSTITUTION:A trigger signal is outputted to a semiconductor device 2c in a discharging circuit C from a control unit D to close the semiconductor device 2c. By closing the semiconductor device 2c, a current flows to a broken- line direction through a resistor 1c and the semiconductor device 2c in the discharging circuit C and a piezoelectric actuator PA is discharged. It is not necessary to provide an excessively large resistor in the discharging circuit C in order to avoid the discharge of the piezoelectric actuator PA while it is charged and the resistance value of the resistor 1c is properly predetermined. With this constitution, quick discharge can be ensured.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、圧電アクチュエータの駆動装置に関する。[Detailed description of the invention] (Industrial application field) The present invention relates to a piezoelectric actuator drive device.

(従来技術) 圧電アクチュエータは、誘電体である圧電素子とこれを
挟む2つの電極から構成された、一種のコンデンサであ
る。圧電アクチュエータの軸線方向の変形は圧電アクチ
ュエータに蓄積された電荷に比例し、従って、圧電アク
チュエータの出力変位は、圧電アクチュエータを充放電
させることにより制御される。
(Prior Art) A piezoelectric actuator is a type of capacitor composed of a dielectric piezoelectric element and two electrodes sandwiching the piezoelectric element. The axial deformation of the piezoelectric actuator is proportional to the charge stored in the piezoelectric actuator, and therefore the output displacement of the piezoelectric actuator is controlled by charging and discharging the piezoelectric actuator.

このような圧電アクチュエータを充放電させるための従
来の駆動装置として、第3図に示すように、昇圧用コイ
ルを備えた昇圧回路A′と、ダイオードを備え圧電アク
チュエータを充電する方向にのみ電流を流す充電回路B
′と、−抵抗を備えた放電回路C′とによって構成され
たものが知られており、この駆動装置では、昇圧回路A
′と充電回路B′とに実線矢印方向に電流を流して圧電
アクチュエータを充電し、充電の停止によって放電回路
を介して破線矢印方向に圧電アクチュエータを放電させ
るようになっている。
As shown in Fig. 3, a conventional drive device for charging and discharging such a piezoelectric actuator includes a boost circuit A' equipped with a boost coil and a diode that supplies current only in the direction of charging the piezoelectric actuator. Charging circuit B
' and a discharge circuit C' provided with a -resistance. In this drive device, a booster circuit A
' and charging circuit B' in the direction of the solid line arrow to charge the piezoelectric actuator, and when charging is stopped, the piezoelectric actuator is discharged in the direction of the broken line arrow via the discharge circuit.

(発明か解決しようとする課題) しかし、第3図に示す従来の圧電アクチュエータの駆動
装置では、圧電アクチュエータは充電中も含め常時放電
回路の抵抗を介して電流か流れるため、消費電力が大き
く且つ充電に時間かかかる一方、充電中の放電を抑制す
べ(放電回路中の抵抗値を大きくすると放電に時間かか
かり、ひいてはアクチュエータとしての作動が遅(なる
という問題かあった。
(Problem to be solved by the invention) However, in the conventional piezoelectric actuator drive device shown in FIG. 3, current flows through the piezoelectric actuator through the resistance of the discharge circuit at all times, including during charging, so power consumption is large and While charging takes time, discharging during charging must be suppressed (increasing the resistance value in the discharging circuit takes time to discharge, which in turn slows down the operation of the actuator).

したがって、本発明の目的は、消費電力が小さく、かつ
充放電を短時間で行える圧電アクチュエータの駆動装置
を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a piezoelectric actuator drive device that consumes less power and can perform charging and discharging in a short time.

(課題を解決するための手段) 上記の課題を解決するために、本発明においては、昇圧
回路と、圧電アクチュエータを充電する方向にのみ電流
を流す充電回路と、放電回路とから成る圧電アクチュエ
ータの駆動装置において、放電回路中に放電用の半導体
素子が配設されて成る圧電アクチュエータの駆動装置を
提供する。
(Means for Solving the Problems) In order to solve the above problems, the present invention provides a piezoelectric actuator comprising a booster circuit, a charging circuit that allows current to flow only in the direction of charging the piezoelectric actuator, and a discharging circuit. A driving device for a piezoelectric actuator is provided, in which a semiconductor element for discharging is disposed in a discharging circuit.

(作 用) 本発明においては、圧電アクチュエータの充電時、及び
充電完了時から放電時までの電荷保持時には放電回路中
の放電用半導体素子が非導通にされ、圧電アクチュエー
タを放電する際にのみ前記放電用半導体素子が導通され
るので、充電時及び荷電保持時に放電回路を介して圧電
アクチュエータはほとんど電流が流れない。
(Function) In the present invention, the discharging semiconductor element in the discharging circuit is made non-conductive during charging of the piezoelectric actuator and during charge retention from the completion of charging to the time of discharging. Since the discharging semiconductor element is conductive, almost no current flows through the piezoelectric actuator through the discharging circuit during charging and charge retention.

(実施例) 以下、添付の図面に基づいて、本発明の詳細な説明する
(Example) Hereinafter, the present invention will be described in detail based on the accompanying drawings.

第1図において、PAは圧電アクチュエータ、1は本発
明の実施例に係る圧電アクチュエータPAの駆動装置で
ある。圧電アクチュエータPAの駆動装置1は、昇圧用
コイルlaとトランジスタ2aとその他の抵抗、ダイオ
ード、コンデンサ等で構成された公知のフライバック方
式の昇圧回路Aと、ダイオード1bが接続された充電回
路Bと、抵抗1cとIGBTから成る放電用の半導体素
子2cとか直列に接続された放電回路Cとから構成され
ている。また、トランジスタ2aのベースと半導体素子
2cのベースには、トリガ信号の印加を制御するための
制御ユニットDの出力が各々接続されている。充電回路
Bと放電回路Cとは圧電アクチュエータPAに対して並
列に接続されており、放電回路Cはアースされている。
In FIG. 1, PA is a piezoelectric actuator, and 1 is a drive device for the piezoelectric actuator PA according to an embodiment of the present invention. A drive device 1 for a piezoelectric actuator PA includes a known flyback booster circuit A consisting of a booster coil la, a transistor 2a, other resistors, diodes, capacitors, etc., and a charging circuit B to which a diode 1b is connected. , a resistor 1c, a semiconductor element 2c for discharging consisting of an IGBT, and a discharging circuit C connected in series. Further, the output of a control unit D for controlling application of a trigger signal is connected to the base of the transistor 2a and the base of the semiconductor element 2c, respectively. The charging circuit B and the discharging circuit C are connected in parallel to the piezoelectric actuator PA, and the discharging circuit C is grounded.

更に、半導体素子2cのベースとエミッタの間には抵抗
4が接続されている。
Furthermore, a resistor 4 is connected between the base and emitter of the semiconductor element 2c.

このように構成された、本実施例に係る圧電アクチュエ
ータの駆動装置1の作動を第1図と第2図とに基づいて
以下に説明する。
The operation of the piezoelectric actuator drive device 1 according to the present embodiment configured as described above will be described below with reference to FIGS. 1 and 2.

■充電 まず、制御ユニットDから半導体素子2cのベースへの
トリが信号の出力を停止して、半導体素子2Cを非導通
状態にする。次いで、同じく制御ユニットDから昇圧回
路Aのトランジスタ2aのベースにトリガ信号を所定時
間与え、トランジスタ2aを導通させ、昇圧回路Aの一
次コイル側を第1図中細実線方向に電流を流して低圧と
し、二次コイル側を第1図中太実線方向の誘導電流を惹
起させて高圧とし、これにより、圧電アクチュエータP
Aを所定の電荷量に充電する。トリが信号を繰り返し印
加することにより、圧電アクチュエータPAの電圧Vを
定格電圧(例えば100OV)まで充電する。半導体素
子2cが非導通状態とされているので、充電中の半導体
素子2cを通るもれ電流量は極めて小さく、したがって
放電回路Cを介した、圧電アクチュエータPAの第1図
中破線方向への放電量を極めて小さくすることができる
■Charging First, the signal output from the control unit D to the base of the semiconductor element 2c is stopped, and the semiconductor element 2C is brought into a non-conductive state. Next, a trigger signal is similarly applied from the control unit D to the base of the transistor 2a of the booster circuit A for a predetermined period of time, the transistor 2a is made conductive, and a current is caused to flow through the primary coil side of the booster circuit A in the direction of the thin solid line in FIG. Then, an induced current is induced in the direction of the thick solid line in Fig. 1 on the secondary coil side to create a high voltage, which causes the piezoelectric actuator P to
Charge A to a predetermined amount of charge. By repeatedly applying a signal, the bird charges the voltage V of the piezoelectric actuator PA to a rated voltage (for example, 100 OV). Since the semiconductor element 2c is in a non-conductive state, the amount of leakage current passing through the semiconductor element 2c during charging is extremely small, and therefore the piezoelectric actuator PA is discharged in the direction of the broken line in FIG. 1 via the discharge circuit C. The amount can be made extremely small.

その結果、小さな消費電力で、かつ短い時間で圧電アク
チュエータPAを充電することができる。
As a result, piezoelectric actuator PA can be charged with low power consumption and in a short time.

■電荷の保持 制御ユニットDからトランジスタ2aのベースへのトリ
ガ信号の出力を停止して、トランジスタ2a及び半導体
素子2cの双方を非導通状態にする。この状態では、半
導体素子2cが非導通状態にあることにより、放電回路
Cを介した圧電アクチュエータPAの第1図中破線方向
への放電量を、上記充電中の場合と同様に極めて小さく
することかできる。したかって、圧電アクチュエータの
荷電を、はとんど放電させることなく、長時間にわたっ
て保持することか可能である。
(2) Stop outputting the trigger signal from the charge retention control unit D to the base of the transistor 2a, and make both the transistor 2a and the semiconductor element 2c non-conductive. In this state, since the semiconductor element 2c is in a non-conductive state, the amount of discharge of the piezoelectric actuator PA in the direction of the broken line in FIG. 1 via the discharge circuit C can be made extremely small as in the case during charging. I can do it. Therefore, it is possible to maintain the charge on the piezoelectric actuator for a long time without discharging the piezoelectric actuator.

■放電 制御ユニッl−Dから放電回路C中の半導体素子2cの
ベースにトリガ信号を出力することにより、半導体素子
2cを導通させる。これにより、放電回路Cの抵抗IC
及び半導体素子2Cを介して破線方向に電流が流れ、圧
電アクチュエータPAは放電する。充電中の圧電アクチ
ュエータの放電を防止するために放電回路Cに過大な抵
抗を設置する必要はなく、抵抗ICの抵抗値は適正値に
設定されている。これにより、素早い放電が担保される
(2) By outputting a trigger signal from the discharge control unit L-D to the base of the semiconductor element 2c in the discharge circuit C, the semiconductor element 2c is made conductive. As a result, the resistor IC of the discharge circuit C
A current flows in the direction of the broken line through the semiconductor element 2C, and the piezoelectric actuator PA is discharged. In order to prevent discharge of the piezoelectric actuator during charging, it is not necessary to install an excessive resistance in the discharge circuit C, and the resistance value of the resistor IC is set to an appropriate value. This ensures quick discharge.

以上本発明の詳細な説明したが、本発明は上記の実施例
に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した
発明の範囲内で、種々の改変が可能なことは言うまでも
ない。例えば、半導体素子として、MO3形FETやト
ランジスタ等を用いることも可能であり、耐圧性、もれ
電流量を満足すればよい。この場合、充電中及び電荷の
保持中における半導体素子のもれ電流量、即ち圧電アク
チュエータの放電量をより少なくするために、チップ面
積をできるだけ小さくすることが好ましい。
Although the present invention has been described in detail above, it goes without saying that the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and that various modifications can be made within the scope of the invention described in the claims. For example, it is also possible to use an MO3 type FET, a transistor, etc. as the semiconductor element, as long as it satisfies the voltage resistance and leakage current amount. In this case, in order to further reduce the leakage current amount of the semiconductor element during charging and charge retention, that is, the amount of discharge of the piezoelectric actuator, it is preferable to make the chip area as small as possible.

(発明の効果) 以上説明したように、本発明にあっては、昇圧回路と、
圧電アクチュエータを充電する方向にのみ電流を流す充
電回路と、放電回路とから成る圧電アクチュエータの駆
動装置において、放電回路中に放電用の半導体素子を配
設したので、充電中及び荷電の保持中に放電回路中の半
導体素子を非導通状態にすることにより、このときの放
電回路を介した圧電アクチュエータの放電を極めて小さ
くすることかできる。したがって、本発明により、消費
電力が小さく、かつ充放電を短時間で行える圧電アクチ
ュエータの駆動回路か提供される。
(Effects of the Invention) As explained above, in the present invention, a booster circuit,
In a piezoelectric actuator drive device consisting of a charging circuit that flows current only in the direction of charging the piezoelectric actuator, and a discharging circuit, a semiconductor element for discharging is disposed in the discharging circuit, so that the piezoelectric actuator is By bringing the semiconductor element in the discharge circuit into a non-conductive state, the discharge of the piezoelectric actuator via the discharge circuit at this time can be made extremely small. Therefore, the present invention provides a drive circuit for a piezoelectric actuator that has low power consumption and can perform charging and discharging in a short time.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明の実施例に係る圧電アクチュ二一夕の
駆動装置の回路図である。 第2図は、第1図の駆動装置の作動のタイムチャートで
ある。 第3図は、従来の圧電アクチュエータの駆動装置の回路
図である。 PA・・・圧電アクチュエータ、 1・・・圧電アクチュエータの駆動装置、A・・・昇圧
回路、 B・・・充電回路、 C・・・放電回路、 D・・・制御ユニット、 2c・・・半導体素子。 第2図
FIG. 1 is a circuit diagram of a driving device for a piezoelectric actuator according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a time chart of the operation of the drive device of FIG. 1. FIG. 3 is a circuit diagram of a conventional piezoelectric actuator drive device. PA...piezoelectric actuator, 1...piezoelectric actuator drive device, A...boost circuit, B...charging circuit, C...discharging circuit, D...control unit, 2c...semiconductor element. Figure 2

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  昇圧回路と、圧電アクチュエータを充電する方向にの
み電流を流す充電回路と、放電回路とから成る圧電アク
チュエータの駆動装置において、前記放電回路中に放電
用の半導体素子が配設されて成ることを特徴とする圧電
アクチュエータの駆動装置。
A piezoelectric actuator drive device comprising a booster circuit, a charging circuit that allows current to flow only in the direction of charging the piezoelectric actuator, and a discharge circuit, characterized in that a semiconductor element for discharging is disposed in the discharge circuit. A drive device for a piezoelectric actuator.
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