JPH10262325A - 圧電アクチュエータ駆動電源装置 - Google Patents
圧電アクチュエータ駆動電源装置Info
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- JPH10262325A JPH10262325A JP9063669A JP6366997A JPH10262325A JP H10262325 A JPH10262325 A JP H10262325A JP 9063669 A JP9063669 A JP 9063669A JP 6366997 A JP6366997 A JP 6366997A JP H10262325 A JPH10262325 A JP H10262325A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 この発明は、電圧波形振幅の周波数依存やな
まりを低減すると共に電源装置内の回路素子の破損を防
止することができる圧電アクチュエータ駆動電源装置を
提供することを課題とする。 【解決手段】 圧電アクチュエータ素子３に流れる電流
Ｉのピーク値がピーク電流検出回路２２で検出され、絶
縁結合素子２７を介して制御回路２５に入力され、電流
Ｉのピーク値が設定値ＩTHを越えると、制御回路２５か
ら絶縁結合素子２６を介して制御信号Ｓ２がスイッチン
グ素子２１に送出されてスイッチング素子２１が１０μ
ｓｅｃ以下の短時間でオフ状態となり、電流Ｉが遮断さ
れる。
まりを低減すると共に電源装置内の回路素子の破損を防
止することができる圧電アクチュエータ駆動電源装置を
提供することを課題とする。 【解決手段】 圧電アクチュエータ素子３に流れる電流
Ｉのピーク値がピーク電流検出回路２２で検出され、絶
縁結合素子２７を介して制御回路２５に入力され、電流
Ｉのピーク値が設定値ＩTHを越えると、制御回路２５か
ら絶縁結合素子２６を介して制御信号Ｓ２がスイッチン
グ素子２１に送出されてスイッチング素子２１が１０μ
ｓｅｃ以下の短時間でオフ状態となり、電流Ｉが遮断さ
れる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体製造装
置、光学アライメント装置、精密位置決め装置等におい
て対象物を移動させるための圧電アクチュエータ素子を
駆動させる電源装置に関するものである。
置、光学アライメント装置、精密位置決め装置等におい
て対象物を移動させるための圧電アクチュエータ素子を
駆動させる電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】この種の圧電アクチュエータ素子を駆動
させるための従来の電源装置を図４に示す。電圧制御回
路１は外部から入力信号を入力すると、その入力信号に
基づいて、高電圧電源回路２から供給される電源電圧を
用いてステップ状、パルス状等の電圧波形を形成し、圧
電アクチュエータ素子３に印加する。この電圧波形によ
って圧電アクチュエータ素子３が駆動される。
させるための従来の電源装置を図４に示す。電圧制御回
路１は外部から入力信号を入力すると、その入力信号に
基づいて、高電圧電源回路２から供給される電源電圧を
用いてステップ状、パルス状等の電圧波形を形成し、圧
電アクチュエータ素子３に印加する。この電圧波形によ
って圧電アクチュエータ素子３が駆動される。
【０００３】ただし、ステップ状の急峻な電圧波形を圧
電アクチュエータ素子３に印加すると、圧電アクチュエ
ータ素子３に過渡電流が流れて、駆動電圧を制御してい
る電圧制御回路１内のＦＥＴ、トランジスタ等の回路素
子が破損する惧れがある。そこで、図４に示されるよう
に、電圧制御回路１と圧電アクチュエータ素子３との間
に保護抵抗４を直列に挿入し、これにより電流を規制す
る方法が一般的に採られてきた。
電アクチュエータ素子３に印加すると、圧電アクチュエ
ータ素子３に過渡電流が流れて、駆動電圧を制御してい
る電圧制御回路１内のＦＥＴ、トランジスタ等の回路素
子が破損する惧れがある。そこで、図４に示されるよう
に、電圧制御回路１と圧電アクチュエータ素子３との間
に保護抵抗４を直列に挿入し、これにより電流を規制す
る方法が一般的に採られてきた。
【０００４】
（１） しかしながら、圧電アクチュエータ素子３自体
が容量性負荷であるため、電圧制御回路１と圧電アクチ
ュエータ素子３との間に保護抵抗４を直列に挿入する
と、圧電アクチュエータ素子３と保護抵抗４とによって
結果的にＲＣ回路が形成される。その結果、駆動電圧
は、その周波数により振幅が変動したり、波形のなまり
を生じ、高精度で圧電アクチュエータ素子３を駆動させ
ることができなくなってしまう。例えば、保護抵抗４の
抵抗値をＲ［Ω］、圧電アクチュエータ素子３の容量を
Ｃ［Ｆ］とすると、圧電アクチュエータ素子３に印加さ
れる電圧振幅は、周波数Ｆｃ＝１／（２πＲＣ）の時に
一３ｄＢ（０．７０７倍）となり、−６［ｄＢ／ｏｃ
ｔ］で減衰する。
が容量性負荷であるため、電圧制御回路１と圧電アクチ
ュエータ素子３との間に保護抵抗４を直列に挿入する
と、圧電アクチュエータ素子３と保護抵抗４とによって
結果的にＲＣ回路が形成される。その結果、駆動電圧
は、その周波数により振幅が変動したり、波形のなまり
を生じ、高精度で圧電アクチュエータ素子３を駆動させ
ることができなくなってしまう。例えば、保護抵抗４の
抵抗値をＲ［Ω］、圧電アクチュエータ素子３の容量を
Ｃ［Ｆ］とすると、圧電アクチュエータ素子３に印加さ
れる電圧振幅は、周波数Ｆｃ＝１／（２πＲＣ）の時に
一３ｄＢ（０．７０７倍）となり、−６［ｄＢ／ｏｃ
ｔ］で減衰する。
【０００５】（２） 上記（１）の問題点を改善するた
めに、大型のトランスを用い電流容量を大きくして、保
護抵抗４の抵抗値Ｒを小さくする方法もあるが、駆動電
源が大型になるばかりでなく、負荷となる圧電アクチュ
エータ素子３の短絡故障時に電圧制御回路１内の半導体
素子に過大な電流が流れ、半導体素子を破損する原因に
もなる。
めに、大型のトランスを用い電流容量を大きくして、保
護抵抗４の抵抗値Ｒを小さくする方法もあるが、駆動電
源が大型になるばかりでなく、負荷となる圧電アクチュ
エータ素子３の短絡故障時に電圧制御回路１内の半導体
素子に過大な電流が流れ、半導体素子を破損する原因に
もなる。
【０００６】（３） 上記（２）に記載した電圧制御回
路１内の半導体素子の破損は、電源投入時あるいは入出
力の接触不良によっても引き起こされ、ヒュ一ズやリレ
ー等の通常の保護手段では防ぎきれない短時間、例えば
数十μｓｅｃで発生する。
路１内の半導体素子の破損は、電源投入時あるいは入出
力の接触不良によっても引き起こされ、ヒュ一ズやリレ
ー等の通常の保護手段では防ぎきれない短時間、例えば
数十μｓｅｃで発生する。
【０００７】（４） 特開昭６３−２４９４１６号公報
には、図５に示されるように、短絡等により連続して過
電流となった場合にこの過電流を電流検出回路５で検出
し、リレー駆動回路６を介してリレー７により高電圧電
源回路２から電圧制御回路１への電圧の供給を遮断する
と共に、入力信号の電圧立ち上がり部分を微分マスク回
路８で取り出して過渡電流でのリレー７の誤動作を防止
する保護回路が開示されている。しかしながら、この保
護回路においても、一般にリレー７が数ｍｓｅｃ〜数十
ｍｓｅｃの作動時間を要するために、圧電アクチュエー
タ素子３の短絡故障時、電源投入時あるいは入出力の接
触不良等によって数十μｓｅｃの短時間で電圧制御回路
１内の半導体素子に過大な電流が流れ、半導体素子を破
損する惧れがある。
には、図５に示されるように、短絡等により連続して過
電流となった場合にこの過電流を電流検出回路５で検出
し、リレー駆動回路６を介してリレー７により高電圧電
源回路２から電圧制御回路１への電圧の供給を遮断する
と共に、入力信号の電圧立ち上がり部分を微分マスク回
路８で取り出して過渡電流でのリレー７の誤動作を防止
する保護回路が開示されている。しかしながら、この保
護回路においても、一般にリレー７が数ｍｓｅｃ〜数十
ｍｓｅｃの作動時間を要するために、圧電アクチュエー
タ素子３の短絡故障時、電源投入時あるいは入出力の接
触不良等によって数十μｓｅｃの短時間で電圧制御回路
１内の半導体素子に過大な電流が流れ、半導体素子を破
損する惧れがある。
【０００８】この発明はこのような問題点を解消するた
めになされたもので、電圧波形振幅の周波数依存やなま
りを生ずることなく電源装置内の回路素子の破損を防止
することができる圧電アクチュエータ駆動電源装置を提
供することを目的とする。
めになされたもので、電圧波形振幅の周波数依存やなま
りを生ずることなく電源装置内の回路素子の破損を防止
することができる圧電アクチュエータ駆動電源装置を提
供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】第１の発明に係る圧電ア
クチュエータ駆動電源装置は、駆動電源と、駆動電源か
ら電圧供給を受けて入力信号に基づいた電圧波形を形成
する電圧制御回路と、電圧制御回路と圧電アクチュエー
タ素子との間に配設され且つこれらの間を接続／遮断す
るスイッチング素子と、電圧制御回路から圧電アクチュ
エータ素子に流れる電流を検出する電流検出回路と、電
流検出回路で検出される電流が設定値を越えるとスイッ
チング素子を遮断する制御回路と、電流検出回路と制御
回路との間を電気的に絶縁しつつ電流検出回路からの検
出信号を制御回路へ伝送する第１の絶縁結合素子と、制
御回路とスイッチング素子との間を電気的に絶縁しつつ
制御回路からの信号をスイッチング素子へ伝送する第２
の絶縁結合素子とを備えたものである。電流検出回路と
しては、電圧制御回路から圧電アクチュエータ素子に流
れる交流実効値電流を検出する交流実効値電流検出回
路、あるいは、電圧制御回路から圧電アクチュエータ素
子に流れるピーク電流を検出するピーク電流検出回路を
用いることができる。
クチュエータ駆動電源装置は、駆動電源と、駆動電源か
ら電圧供給を受けて入力信号に基づいた電圧波形を形成
する電圧制御回路と、電圧制御回路と圧電アクチュエー
タ素子との間に配設され且つこれらの間を接続／遮断す
るスイッチング素子と、電圧制御回路から圧電アクチュ
エータ素子に流れる電流を検出する電流検出回路と、電
流検出回路で検出される電流が設定値を越えるとスイッ
チング素子を遮断する制御回路と、電流検出回路と制御
回路との間を電気的に絶縁しつつ電流検出回路からの検
出信号を制御回路へ伝送する第１の絶縁結合素子と、制
御回路とスイッチング素子との間を電気的に絶縁しつつ
制御回路からの信号をスイッチング素子へ伝送する第２
の絶縁結合素子とを備えたものである。電流検出回路と
しては、電圧制御回路から圧電アクチュエータ素子に流
れる交流実効値電流を検出する交流実効値電流検出回
路、あるいは、電圧制御回路から圧電アクチュエータ素
子に流れるピーク電流を検出するピーク電流検出回路を
用いることができる。
【００１０】第２の発明に係る圧電アクチュエータ駆動
電源装置は、駆動電源と、駆動電源から電圧供給を受け
て入力信号に基づいた電圧波形を形成する電圧制御回路
と、電圧制御回路と圧電アクチュエータ素子との間に配
設され且つこれらの間を接続／遮断するスイッチング素
子と、駆動電源から電圧制御回路に流れる電流を検出す
る電流検出回路と、電流検出回路で検出される電流が設
定値を越えるとスイッチング素子を遮断する制御回路
と、電流検出回路と制御回路との間を電気的に絶縁しつ
つ電流検出回路からの検出信号を制御回路へ伝送する第
１の絶縁結合素子と、制御回路とスイッチング素子との
間を電気的に絶縁しつつ制御回路からの信号をスイッチ
ング素子へ伝送する第２の絶縁結合素子とを備えたもの
である。さらに、駆動電源により駆動されて所定の電圧
を発生し且つこれを電圧制御回路に供給する高電圧電源
回路を備えることができる。電流検出回路としては、高
電圧電源回路から電圧制御回路に流れるＤＣ電流の平均
値を検出するＤＣ平均電流検出回路、あるいは駆動電源
から高電圧電源回路に流れる電流を検出する異常電流検
出回路を用いることができる。
電源装置は、駆動電源と、駆動電源から電圧供給を受け
て入力信号に基づいた電圧波形を形成する電圧制御回路
と、電圧制御回路と圧電アクチュエータ素子との間に配
設され且つこれらの間を接続／遮断するスイッチング素
子と、駆動電源から電圧制御回路に流れる電流を検出す
る電流検出回路と、電流検出回路で検出される電流が設
定値を越えるとスイッチング素子を遮断する制御回路
と、電流検出回路と制御回路との間を電気的に絶縁しつ
つ電流検出回路からの検出信号を制御回路へ伝送する第
１の絶縁結合素子と、制御回路とスイッチング素子との
間を電気的に絶縁しつつ制御回路からの信号をスイッチ
ング素子へ伝送する第２の絶縁結合素子とを備えたもの
である。さらに、駆動電源により駆動されて所定の電圧
を発生し且つこれを電圧制御回路に供給する高電圧電源
回路を備えることができる。電流検出回路としては、高
電圧電源回路から電圧制御回路に流れるＤＣ電流の平均
値を検出するＤＣ平均電流検出回路、あるいは駆動電源
から高電圧電源回路に流れる電流を検出する異常電流検
出回路を用いることができる。
【００１１】第３の発明に係る圧電アクチュエータ駆動
電源装置は、高電圧を発生する高電圧用電源と、高電圧
用電源より電圧値の低い制御用電圧を発生する制御用電
源と、高電圧用電源及び制御用電源から電圧供給を受け
て入力信号に基づいた電圧波形を形成する電圧制御回路
と、電圧制御回路と圧電アクチュエータ素子との間に配
設され且つこれらの間を接続／遮断するスイッチング素
子と、制御用電源の出力電圧を検出する電圧検出回路
と、電圧検出回路で検出される電圧が設定値以下になっ
たときにスイッチング素子を遮断する制御回路と、電圧
検出回路と制御回路との間を電気的に絶縁しつつ電圧検
出回路からの検出信号を制御回路へ伝送する第１の絶縁
結合素子と、制御回路とスイッチング素子との間を電気
的に絶縁しつつ制御回路からの信号をスイッチング素子
へ伝送する第２の絶縁結合素子とを備えたものである。
電源装置は、高電圧を発生する高電圧用電源と、高電圧
用電源より電圧値の低い制御用電圧を発生する制御用電
源と、高電圧用電源及び制御用電源から電圧供給を受け
て入力信号に基づいた電圧波形を形成する電圧制御回路
と、電圧制御回路と圧電アクチュエータ素子との間に配
設され且つこれらの間を接続／遮断するスイッチング素
子と、制御用電源の出力電圧を検出する電圧検出回路
と、電圧検出回路で検出される電圧が設定値以下になっ
たときにスイッチング素子を遮断する制御回路と、電圧
検出回路と制御回路との間を電気的に絶縁しつつ電圧検
出回路からの検出信号を制御回路へ伝送する第１の絶縁
結合素子と、制御回路とスイッチング素子との間を電気
的に絶縁しつつ制御回路からの信号をスイッチング素子
へ伝送する第２の絶縁結合素子とを備えたものである。
【００１２】第４の発明に係る圧電アクチュエータ駆動
電源装置は、駆動電源と、駆動電源から電圧供給を受け
て入力信号に基づいた電圧波形を形成する電圧制御回路
と、電圧制御回路と圧電アクチュエータ素子との間に配
設され且つこれらの間を接続／遮断するスイッチング素
子と、電圧制御回路から圧電アクチュエータ素子に流れ
るピーク電流を検出するピーク電流検出回路と、警告回
路と、ピーク電流検出回路で検出される電流が設定値を
越える頻度を計数すると共にその頻度が所定値を越えた
場合に圧電アクチュエータの劣化を警告回路により外部
へ通報する制御回路と、ピーク電流検出回路と制御回路
との間を電気的に絶縁しつつピーク電流検出回路からの
検出信号を制御回路へ伝送する第１の絶縁結合素子と、
制御回路とスイッチング素子との間を電気的に絶縁しつ
つ制御回路からの信号をスイッチング素子へ伝送する第
２の絶縁結合素子とを備えたものである。
電源装置は、駆動電源と、駆動電源から電圧供給を受け
て入力信号に基づいた電圧波形を形成する電圧制御回路
と、電圧制御回路と圧電アクチュエータ素子との間に配
設され且つこれらの間を接続／遮断するスイッチング素
子と、電圧制御回路から圧電アクチュエータ素子に流れ
るピーク電流を検出するピーク電流検出回路と、警告回
路と、ピーク電流検出回路で検出される電流が設定値を
越える頻度を計数すると共にその頻度が所定値を越えた
場合に圧電アクチュエータの劣化を警告回路により外部
へ通報する制御回路と、ピーク電流検出回路と制御回路
との間を電気的に絶縁しつつピーク電流検出回路からの
検出信号を制御回路へ伝送する第１の絶縁結合素子と、
制御回路とスイッチング素子との間を電気的に絶縁しつ
つ制御回路からの信号をスイッチング素子へ伝送する第
２の絶縁結合素子とを備えたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を添
付図面に基づいて説明する。図１にこの発明の実施の形
態に係る圧電アクチュエータ駆動電源装置を示す。高電
圧用電源１１に異常電流検出回路１４を介して高電圧電
源回路２が接続され、高電圧電源回路２にＤＣ平均電流
検出回路１７を介して電圧制御回路１が接続されてい
る。高電圧電源回路２には、制御用電源１２も接続され
ている。さらに、電圧制御回路１に保護回路２０を介し
て圧電アクチュエータ素子３が接続されている。また、
専用の保護回路用電源１３が異常電流検出回路１６を介
して保護回路２０に接続されている。
付図面に基づいて説明する。図１にこの発明の実施の形
態に係る圧電アクチュエータ駆動電源装置を示す。高電
圧用電源１１に異常電流検出回路１４を介して高電圧電
源回路２が接続され、高電圧電源回路２にＤＣ平均電流
検出回路１７を介して電圧制御回路１が接続されてい
る。高電圧電源回路２には、制御用電源１２も接続され
ている。さらに、電圧制御回路１に保護回路２０を介し
て圧電アクチュエータ素子３が接続されている。また、
専用の保護回路用電源１３が異常電流検出回路１６を介
して保護回路２０に接続されている。
【００１４】保護回路２０は、電圧制御回路１と圧電ア
クチュエータ素子３との間に順次直列に接続されたスイ
ッチング素子２１、ピーク電流検出回路２２及び交流実
効値電流検出回路２３を有している。スイッチング素子
２１は例えばＭＯＳ型ＦＥＴから構成されており、この
スイッチング素子２１に絶縁ゲート電圧発生回路２４を
介して制御回路２５が接続されている。また、スイッチ
ング素子２１、ピーク電流検出回路２２及び交流実効値
電流検出回路２３がそれぞれフォトカプラ等から構成さ
れる絶縁結合素子２６、２７及び２８を介して制御回路
２５に接続されている。さらに、制御回路２５には、警
告回路２９及び解除スイッチ３０がそれぞれ接続されて
いる。
クチュエータ素子３との間に順次直列に接続されたスイ
ッチング素子２１、ピーク電流検出回路２２及び交流実
効値電流検出回路２３を有している。スイッチング素子
２１は例えばＭＯＳ型ＦＥＴから構成されており、この
スイッチング素子２１に絶縁ゲート電圧発生回路２４を
介して制御回路２５が接続されている。また、スイッチ
ング素子２１、ピーク電流検出回路２２及び交流実効値
電流検出回路２３がそれぞれフォトカプラ等から構成さ
れる絶縁結合素子２６、２７及び２８を介して制御回路
２５に接続されている。さらに、制御回路２５には、警
告回路２９及び解除スイッチ３０がそれぞれ接続されて
いる。
【００１５】異常電流検出回路１４及び１６がそれぞれ
フォトカプラ等から構成される絶縁結合素子３１及び３
３を介して制御回路２５に接続され、ＤＣ平均電流検出
回路１７がフォトカプラ等から構成される絶縁結合素子
３４を介して制御回路２５に接続されている。また、制
御用電源１２内には、制御用電源１２の出力電圧を検出
する電圧検出回路３５が形成されており、この電圧検出
回路３５がフォトカプラ等から構成される絶縁結合素子
３６を介して制御回路２５に接続されている。
フォトカプラ等から構成される絶縁結合素子３１及び３
３を介して制御回路２５に接続され、ＤＣ平均電流検出
回路１７がフォトカプラ等から構成される絶縁結合素子
３４を介して制御回路２５に接続されている。また、制
御用電源１２内には、制御用電源１２の出力電圧を検出
する電圧検出回路３５が形成されており、この電圧検出
回路３５がフォトカプラ等から構成される絶縁結合素子
３６を介して制御回路２５に接続されている。
【００１６】絶縁結合素子２７、２８、３１、３３、３
４及び３６がそれぞれこの発明の第１の絶縁結合素子を
形成し、絶縁結合素子２６がこの発明の第２の絶縁結合
素子を形成している。
４及び３６がそれぞれこの発明の第１の絶縁結合素子を
形成し、絶縁結合素子２６がこの発明の第２の絶縁結合
素子を形成している。
【００１７】次に、図２のタイミングチャートを参照し
て実施の形態に係る電源装置の動作を説明する。電圧制
御回路１は、高電圧用電源１１及び制御用電源１２によ
り駆動する高電圧電源回路２から電圧供給を受け、外部
から電圧の制御を指示するための入力信号Ｓ１に基づい
てステップ状あるいはパルス状等の電圧波形を形成す
る。なお、通常時は、制御回路２５の指示により絶縁ゲ
ート電圧発生回路２４からスイッチング素子２１にゲー
ト電圧が印加されてスイッチング素子２１は接続状態に
なっており、電圧制御回路１で形成された電圧波形はス
イッチング素子２１、ピーク電流検出回路２２及び交流
実効値電流検出回路２３を介して圧電アクチュエータ素
子３に印加される。これにより圧電アクチュエータ素子
３が駆動される。
て実施の形態に係る電源装置の動作を説明する。電圧制
御回路１は、高電圧用電源１１及び制御用電源１２によ
り駆動する高電圧電源回路２から電圧供給を受け、外部
から電圧の制御を指示するための入力信号Ｓ１に基づい
てステップ状あるいはパルス状等の電圧波形を形成す
る。なお、通常時は、制御回路２５の指示により絶縁ゲ
ート電圧発生回路２４からスイッチング素子２１にゲー
ト電圧が印加されてスイッチング素子２１は接続状態に
なっており、電圧制御回路１で形成された電圧波形はス
イッチング素子２１、ピーク電流検出回路２２及び交流
実効値電流検出回路２３を介して圧電アクチュエータ素
子３に印加される。これにより圧電アクチュエータ素子
３が駆動される。
【００１８】圧電アクチュエータ素子３に流れる電流Ｉ
のピーク値は、常時、ピーク電流検出回路２２で検出さ
れ、検出値が絶縁結合素子２７を介して制御回路２５に
入力されている。制御回路２５はピーク電流検出回路２
２で検出された電流Ｉのピーク値（絶対値）が予め設定
されている設定値ＩTHを越えたか否かを判定し、図２の
期間Ｔ１及びＴ２のように電流Ｉが設定値ＩTH以下のと
きには、絶縁ゲート電圧発生回路２４から印加されるゲ
ート電圧によってスイッチング素子２１の接続状態が維
持され、入力信号Ｓ１に応じた電圧波形が圧電アクチュ
エータ素子３に印加される。
のピーク値は、常時、ピーク電流検出回路２２で検出さ
れ、検出値が絶縁結合素子２７を介して制御回路２５に
入力されている。制御回路２５はピーク電流検出回路２
２で検出された電流Ｉのピーク値（絶対値）が予め設定
されている設定値ＩTHを越えたか否かを判定し、図２の
期間Ｔ１及びＴ２のように電流Ｉが設定値ＩTH以下のと
きには、絶縁ゲート電圧発生回路２４から印加されるゲ
ート電圧によってスイッチング素子２１の接続状態が維
持され、入力信号Ｓ１に応じた電圧波形が圧電アクチュ
エータ素子３に印加される。
【００１９】一方、負荷である圧電アクチュエータ素子
３のショート等により、図２に示す時刻ｔ３のように圧
電アクチュエータ素子３に流れる電流Ｉのピーク値が設
定値ＩTHを越えると、制御回路２５は異常であることを
認識し、絶縁結合素子２６を介して制御信号Ｓ２をスイ
ッチング素子２１に送出する。スイッチング素子２１
は、制御信号Ｓ２によって制御されて１０μｓｅｃ以下
の短時間でオフ状態となり、これにより圧電アクチュエ
ータ素子３へ流れる電流が遮断される。このとき、制御
回路２５は、使用者に異常の発生及び圧電アクチュエー
タ素子３の駆動停止を知らせるためにＬＥＤの点灯とア
ラーム音の発生を行う。
３のショート等により、図２に示す時刻ｔ３のように圧
電アクチュエータ素子３に流れる電流Ｉのピーク値が設
定値ＩTHを越えると、制御回路２５は異常であることを
認識し、絶縁結合素子２６を介して制御信号Ｓ２をスイ
ッチング素子２１に送出する。スイッチング素子２１
は、制御信号Ｓ２によって制御されて１０μｓｅｃ以下
の短時間でオフ状態となり、これにより圧電アクチュエ
ータ素子３へ流れる電流が遮断される。このとき、制御
回路２５は、使用者に異常の発生及び圧電アクチュエー
タ素子３の駆動停止を知らせるためにＬＥＤの点灯とア
ラーム音の発生を行う。
【００２０】オフ状態となったスイッチング素子２１
は、制御回路２５に接続されている解除スイッチ３０を
操作することによって解除することができる。解除スイ
ッチ３０の操作により、絶縁ゲート電圧発生回路２４か
らスイッチング素子２１へのゲート電圧の印加が回復
し、再び入力信号Ｓ１に応じた圧電アクチュエータ素子
３の駆動が可能となる。
は、制御回路２５に接続されている解除スイッチ３０を
操作することによって解除することができる。解除スイ
ッチ３０の操作により、絶縁ゲート電圧発生回路２４か
らスイッチング素子２１へのゲート電圧の印加が回復
し、再び入力信号Ｓ１に応じた圧電アクチュエータ素子
３の駆動が可能となる。
【００２１】また、圧電アクチュエータ素子３を正弦波
等の交流で駆動する場合には、圧電アクチュエータ素子
３へ流れる電流Ｉの実効値が交流実効値電流検出回路２
３で検出され、検出値が絶縁結合素子２８を介して制御
回路２５に入力される。制御回路２５は交流実効値電流
検出回路２３で検出された実効値電流が予め設定されて
いる設定値を越えたか否かを判定し、設定値以下のとき
には、絶縁ゲート電圧発生回路２４から印加されるゲー
ト電圧によってスイッチング素子２１のオン状態を維持
し、設定値を越える場合には、制御回路２５は絶縁結合
素子２６を介して制御信号Ｓ２をスイッチング素子２１
に送出し、スイッチング素子２１を１０μｓｅｃ以下の
短時間でオフ状態とすると共にＬＥＤの点灯とアラーム
音の発生を行う。
等の交流で駆動する場合には、圧電アクチュエータ素子
３へ流れる電流Ｉの実効値が交流実効値電流検出回路２
３で検出され、検出値が絶縁結合素子２８を介して制御
回路２５に入力される。制御回路２５は交流実効値電流
検出回路２３で検出された実効値電流が予め設定されて
いる設定値を越えたか否かを判定し、設定値以下のとき
には、絶縁ゲート電圧発生回路２４から印加されるゲー
ト電圧によってスイッチング素子２１のオン状態を維持
し、設定値を越える場合には、制御回路２５は絶縁結合
素子２６を介して制御信号Ｓ２をスイッチング素子２１
に送出し、スイッチング素子２１を１０μｓｅｃ以下の
短時間でオフ状態とすると共にＬＥＤの点灯とアラーム
音の発生を行う。
【００２２】同様に、圧電アクチュエータ素子３を直流
で駆動する場合には、高電圧電源回路２から電圧制御回
路１へ流れる電流のＤＣ平均値がＤＣ平均電流検出回路
１７で検出され、検出値が絶縁結合素子３４を介して制
御回路２５に入力される。制御回路２５はＤＣ平均電流
検出回路１７で検出されたＤＣ平均電流が予め設定され
ている設定値を越えたか否かを判定し、設定値以下のと
きには、絶縁ゲート電圧発生回路２４から印加されるゲ
ート電圧によってスイッチング素子２１のオン状態を維
持し、設定値を越える場合には、制御回路２５は絶縁結
合素子２６を介して制御信号Ｓ２をスイッチング素子２
１に送出し、スイッチング素子２１を１０μｓｅｃ以下
の短時間でオフ状態とすると共にＬＥＤの点灯とアラー
ム音の発生を行う。
で駆動する場合には、高電圧電源回路２から電圧制御回
路１へ流れる電流のＤＣ平均値がＤＣ平均電流検出回路
１７で検出され、検出値が絶縁結合素子３４を介して制
御回路２５に入力される。制御回路２５はＤＣ平均電流
検出回路１７で検出されたＤＣ平均電流が予め設定され
ている設定値を越えたか否かを判定し、設定値以下のと
きには、絶縁ゲート電圧発生回路２４から印加されるゲ
ート電圧によってスイッチング素子２１のオン状態を維
持し、設定値を越える場合には、制御回路２５は絶縁結
合素子２６を介して制御信号Ｓ２をスイッチング素子２
１に送出し、スイッチング素子２１を１０μｓｅｃ以下
の短時間でオフ状態とすると共にＬＥＤの点灯とアラー
ム音の発生を行う。
【００２３】また、高電圧用電源１１及び保護回路用電
源１３はそれぞれ別個のトランス、あるいは共通のトラ
ンスを用いて構成されるが、これらのトランスが異常状
態になると、高電圧電源回路２あるいは保護回路２０に
異常電流が流れる惧れが生じる。そこで、高電圧用電源
１１から高電圧電源回路２に流れる電流及び保護回路用
電源１３から保護回路２０に流れる電流がそれぞれ異常
電流検出回路１４及び１６により検出され、これらの検
出値が絶縁結合素子３１及び３３を介して制御回路２５
に入力される。制御回路２５は入力された検出値が予め
設定されている設定値を越えたか否かを判定し、設定値
以下のときには、絶縁ゲート電圧発生回路２４から印加
されるゲート電圧によってスイッチング素子２１のオン
状態を維持し、設定値を越える場合には、制御回路２５
は絶縁結合素子２６を介して制御信号Ｓ２をスイッチン
グ素子２１に送出し、スイッチング素子２１を１０μｓ
ｅｃ以下の短時間でオフ状態とすると共にＬＥＤの点灯
とアラーム音の発生を行う。これにより、トランスの異
常時に、電源各部内に溜まっていたエネルギーにより圧
電アクチュエータ素子３に異常電流が流れることが防止
される。
源１３はそれぞれ別個のトランス、あるいは共通のトラ
ンスを用いて構成されるが、これらのトランスが異常状
態になると、高電圧電源回路２あるいは保護回路２０に
異常電流が流れる惧れが生じる。そこで、高電圧用電源
１１から高電圧電源回路２に流れる電流及び保護回路用
電源１３から保護回路２０に流れる電流がそれぞれ異常
電流検出回路１４及び１６により検出され、これらの検
出値が絶縁結合素子３１及び３３を介して制御回路２５
に入力される。制御回路２５は入力された検出値が予め
設定されている設定値を越えたか否かを判定し、設定値
以下のときには、絶縁ゲート電圧発生回路２４から印加
されるゲート電圧によってスイッチング素子２１のオン
状態を維持し、設定値を越える場合には、制御回路２５
は絶縁結合素子２６を介して制御信号Ｓ２をスイッチン
グ素子２１に送出し、スイッチング素子２１を１０μｓ
ｅｃ以下の短時間でオフ状態とすると共にＬＥＤの点灯
とアラーム音の発生を行う。これにより、トランスの異
常時に、電源各部内に溜まっていたエネルギーにより圧
電アクチュエータ素子３に異常電流が流れることが防止
される。
【００２４】さらに、この電源装置の図示しない電源ス
イッチをオフしたときには、高電圧用電源１１と制御用
電源１２のうち電圧の低い方、すなわち制御用電源１２
から先に電圧が低下する。従って、制御用電源１２の出
力電圧が０となって制御不能となった後にも、まだ高電
圧用電源１１に電荷が残留している時間が存在する。こ
のときに、負荷である圧電アクチュエータ素子３が接続
されていると、予期しない電流が圧電アクチュエータ素
子３に流れ込む惧れがある。そこで、制御用電源１２の
出力電圧が電圧検出回路３５で検出され、この検出値が
絶縁結合素子３６を介して制御回路２５に入力される。
制御回路２５は電圧検出回路３５で検出された出力電圧
が予め設定されている設定値を越えたか否かを判定し、
設定値以下になると、制御回路２５は絶縁結合素子２６
を介して制御信号Ｓ２をスイッチング素子２１に送出
し、スイッチング素子２１を１０μｓｅｃ以下の短時間
でオフ状態とすると共にＬＥＤの点灯とアラーム音の発
生を行う。これにより、電源スイッチのオフ時に圧電ア
クチュエータ素子３に異常電流が流れることが防止され
る。
イッチをオフしたときには、高電圧用電源１１と制御用
電源１２のうち電圧の低い方、すなわち制御用電源１２
から先に電圧が低下する。従って、制御用電源１２の出
力電圧が０となって制御不能となった後にも、まだ高電
圧用電源１１に電荷が残留している時間が存在する。こ
のときに、負荷である圧電アクチュエータ素子３が接続
されていると、予期しない電流が圧電アクチュエータ素
子３に流れ込む惧れがある。そこで、制御用電源１２の
出力電圧が電圧検出回路３５で検出され、この検出値が
絶縁結合素子３６を介して制御回路２５に入力される。
制御回路２５は電圧検出回路３５で検出された出力電圧
が予め設定されている設定値を越えたか否かを判定し、
設定値以下になると、制御回路２５は絶縁結合素子２６
を介して制御信号Ｓ２をスイッチング素子２１に送出
し、スイッチング素子２１を１０μｓｅｃ以下の短時間
でオフ状態とすると共にＬＥＤの点灯とアラーム音の発
生を行う。これにより、電源スイッチのオフ時に圧電ア
クチュエータ素子３に異常電流が流れることが防止され
る。
【００２５】なお、長期間にわたって使用された圧電ア
クチュエータ素子３が劣化してくると、圧電アクチュエ
ータ素子３に流れる電流波形に図３に示されるようなピ
ーク電流ＣＫが次第に多く発生する。そこで、制御回路
２５は、ピーク電流検出回路２２で検出される電流Ｉの
ピーク値が設定値ＩTHを越えてもすぐにはスイッチング
素子２１をオフ状態とせずに、電流Ｉのピーク値が設定
値ＩTHを越える頻度を計数し、その頻度が所定値を越え
た場合に圧電アクチュエータ素子３の劣化を警告回路２
９によって外部へ通報するように構成することもでき
る。
クチュエータ素子３が劣化してくると、圧電アクチュエ
ータ素子３に流れる電流波形に図３に示されるようなピ
ーク電流ＣＫが次第に多く発生する。そこで、制御回路
２５は、ピーク電流検出回路２２で検出される電流Ｉの
ピーク値が設定値ＩTHを越えてもすぐにはスイッチング
素子２１をオフ状態とせずに、電流Ｉのピーク値が設定
値ＩTHを越える頻度を計数し、その頻度が所定値を越え
た場合に圧電アクチュエータ素子３の劣化を警告回路２
９によって外部へ通報するように構成することもでき
る。
【００２６】１０μｓｅｃ以下の短時間でスイッチング
素子２１をオフ状態として電流Ｉを遮断することによ
り、電圧制御回路１に過大な電流が長時間流れることが
防止され、電圧制御回路１内の回路素子破損には至らな
い。また、従来のように、保護抵抗を挿入する必要がな
いので、低インピーダンスとなり、波形振幅の周波数依
存及び波形のなまりを防止することができる。
素子２１をオフ状態として電流Ｉを遮断することによ
り、電圧制御回路１に過大な電流が長時間流れることが
防止され、電圧制御回路１内の回路素子破損には至らな
い。また、従来のように、保護抵抗を挿入する必要がな
いので、低インピーダンスとなり、波形振幅の周波数依
存及び波形のなまりを防止することができる。
【００２７】保護回路２０を電圧制御回路１と圧電アク
チュエータ素子３との間に挿入するため、電圧制御回路
１及び高電圧電源回路２を含む電源部と圧電アクチュエ
ータ素子３の双方を保護することができる。また、保護
回路２０は、専用の保護回路用電源１３から電源供給さ
れるので、圧電アクチュエータ駆動用の電源部で誤動作
があっても影響されることなく、常に安定した動作が保
証される。保護回路２０内は、制御回路２５が絶縁結合
素子２６〜２８、３１、３３、３４及び３６によって高
電圧を取り扱う各回路と電気的に切り離されている。従
って、保護回路用電源１３は低電圧のもので済む。
チュエータ素子３との間に挿入するため、電圧制御回路
１及び高電圧電源回路２を含む電源部と圧電アクチュエ
ータ素子３の双方を保護することができる。また、保護
回路２０は、専用の保護回路用電源１３から電源供給さ
れるので、圧電アクチュエータ駆動用の電源部で誤動作
があっても影響されることなく、常に安定した動作が保
証される。保護回路２０内は、制御回路２５が絶縁結合
素子２６〜２８、３１、３３、３４及び３６によって高
電圧を取り扱う各回路と電気的に切り離されている。従
って、保護回路用電源１３は低電圧のもので済む。
【００２８】また、例えばＭＯＳ型ＦＥＴ等を用いたス
イッチング素子２１により電圧制御回路１と圧電アクチ
ュエータ素子３との間を接続／遮断しているため、高速
応答が実現でき、リレーを用いる場合のようにアークに
よる接点融着が発生したり、ヒューズの場合のように交
換作業が発生することはない。
イッチング素子２１により電圧制御回路１と圧電アクチ
ュエータ素子３との間を接続／遮断しているため、高速
応答が実現でき、リレーを用いる場合のようにアークに
よる接点融着が発生したり、ヒューズの場合のように交
換作業が発生することはない。
【００２９】さらに、絶縁ゲート電圧発生回路２４内に
遅延回路を内蔵させることにより、電源投入時及び遮断
状態の解除時に電圧を緩やかに立ち上げることができ、
過渡電流の発生を防止することが可能となる。
遅延回路を内蔵させることにより、電源投入時及び遮断
状態の解除時に電圧を緩やかに立ち上げることができ、
過渡電流の発生を防止することが可能となる。
【図１】この発明の実施の形態に係る圧電アクチュエー
タ駆動電源装置を示すブロック図である。
タ駆動電源装置を示すブロック図である。
【図２】実施の形態に係る電源装置の動作を示すタイミ
ングチャートである。
ングチャートである。
【図３】劣化した圧電アクチュエータ素子に流れる電流
波形を示す図である。
波形を示す図である。
【図４】従来の電源装置を示すブロック図である。
【図５】従来の他の電源装置を示すブロック図である。
１ 電圧制御回路 ２ 高電圧電源回路 ３ 圧電アクチュエータ素子 １１ 高電圧用電源 １２ 制御用電源 １３ 保護回路用電源 １４，１６ 異常電流検出回路 １７ ＤＣ平均電流検出回路 ２０ 保護回路 ２１ スイッチング素子 ２２ ピーク電流検出回路 ２３ 交流実効値電流検出回路 ２４ 絶縁ゲート電圧発生回路 ２５ 制御回路 ２６〜２８，３１，３３，３４，３６ 絶縁結合素子 ２９ 警告回路 ３０ 解除スイッチ ３５ 電圧検出回路
Claims (8)
- 【請求項１】 駆動電源と、 前記駆動電源から電圧供給を受けて入力信号に基づいた
電圧波形を形成する電圧制御回路と、 前記電圧制御回路と圧電アクチュエータ素子との間に配
設され且つこれらの間を接続／遮断するスイッチング素
子と、 前記電圧制御回路から圧電アクチュエータ素子に流れる
電流を検出する電流検出回路と、 前記電流検出回路で検出される電流が設定値を越えると
前記スイッチング素子を遮断する制御回路と、 前記電流検出回路と前記制御回路との間を電気的に絶縁
しつつ前記電流検出回路からの検出信号を前記制御回路
へ伝送する第１の絶縁結合素子と、 前記制御回路と前記スイッチング素子との間を電気的に
絶縁しつつ前記制御回路からの信号を前記スイッチング
素子へ伝送する第２の絶縁結合素子とを備えたことを特
徴とする圧電アクチュエータ駆動電源装置。 - 【請求項２】 前記電流検出回路は、前記電圧制御回路
から圧電アクチュエータ素子に流れる交流実効値電流を
検出する交流実効値電流検出回路であることを特徴とす
る請求項１に記載の装置。 - 【請求項３】 前記電流検出回路は、前記電圧制御回路
から圧電アクチュエータ素子に流れるピーク電流を検出
するピーク電流検出回路であることを特徴とする請求項
１に記載の装置。 - 【請求項４】 駆動電源と、 前記駆動電源から電圧供給を受けて入力信号に基づいた
電圧波形を形成する電圧制御回路と、 前記電圧制御回路と圧電アクチュエータ素子との間に配
設され且つこれらの間を接続／遮断するスイッチング素
子と、 前記駆動電源から前記電圧制御回路に流れる電流を検出
する電流検出回路と、 前記電流検出回路で検出される電流が設定値を越えると
前記スイッチング素子を遮断する制御回路と、 前記電流検出回路と前記制御回路との間を電気的に絶縁
しつつ前記電流検出回路からの検出信号を前記制御回路
へ伝送する第１の絶縁結合素子と、 前記制御回路と前記スイッチング素子との間を電気的に
絶縁しつつ前記制御回路からの信号を前記スイッチング
素子へ伝送する第２の絶縁結合素子とを備えたことを特
徴とする圧電アクチュエータ駆動電源装置。 - 【請求項５】 さらに、前記駆動電源により駆動されて
所定の電圧を発生し且つこれを前記電圧制御回路に供給
する高電圧電源回路を備え、前記電流検出回路は、前記
高電圧電源回路から前記電圧制御回路に流れるＤＣ電流
の平均値を検出するＤＣ平均電流検出回路であることを
特徴とする請求項４に記載の装置。 - 【請求項６】 さらに、前記駆動電源により駆動されて
所定の電圧を発生し且つこれを前記電圧制御回路に供給
する高電圧電源回路を備え、前記電流検出回路は、前記
駆動電源から前記高電圧電源回路に流れる電流を検出す
る異常電流検出回路であることを特徴とする請求項４に
記載の装置。 - 【請求項７】 高電圧を発生する高電圧用電源と、 前記高電圧用電源より電圧値の低い制御用電圧を発生す
る制御用電源と、 前記高電圧用電源及び制御用電源から電圧供給を受けて
入力信号に基づいた電圧波形を形成する電圧制御回路
と、 前記電圧制御回路と圧電アクチュエータ素子との間に配
設され且つこれらの間を接続／遮断するスイッチング素
子と、 前記制御用電源の出力電圧を検出する電圧検出回路と、 前記電圧検出回路で検出される電圧が設定値以下になっ
たときに前記スイッチング素子を遮断する制御回路と、 前記電圧検出回路と前記制御回路との間を電気的に絶縁
しつつ前記電圧検出回路からの検出信号を前記制御回路
へ伝送する第１の絶縁結合素子と、 前記制御回路と前記スイッチング素子との間を電気的に
絶縁しつつ前記制御回路からの信号を前記スイッチング
素子へ伝送する第２の絶縁結合素子とを備えたことを特
徴とする圧電アクチュエータ駆動電源装置。 - 【請求項８】 駆動電源と、 前記駆動電源から電圧供給を受けて入力信号に基づいた
電圧波形を形成する電圧制御回路と、 前記電圧制御回路と圧電アクチュエータ素子との間に配
設され且つこれらの間を接続／遮断するスイッチング素
子と、 前記電圧制御回路から圧電アクチュエータ素子に流れる
ピーク電流を検出するピーク電流検出回路と、 警告回路と、 前記ピーク電流検出回路で検出される電流が設定値を越
える頻度を計数すると共にその頻度が所定値を越えた場
合に圧電アクチュエータの劣化を前記警告回路により外
部へ通報する制御回路と、 前記ピーク電流検出回路と前記制御回路との間を電気的
に絶縁しつつ前記ピーク電流検出回路からの検出信号を
前記制御回路へ伝送する第１の絶縁結合素子と、 前記制御回路と前記スイッチング素子との間を電気的に
絶縁しつつ前記制御回路からの信号を前記スイッチング
素子へ伝送する第２の絶縁結合素子とを備えたことを特
徴とする圧電アクチュエータ駆動電源装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06366997A JP3643206B2 (ja) | 1997-03-17 | 1997-03-17 | 圧電アクチュエータ駆動電源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06366997A JP3643206B2 (ja) | 1997-03-17 | 1997-03-17 | 圧電アクチュエータ駆動電源装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10262325A true JPH10262325A (ja) | 1998-09-29 |
| JP3643206B2 JP3643206B2 (ja) | 2005-04-27 |
Family
ID=13235998
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06366997A Expired - Fee Related JP3643206B2 (ja) | 1997-03-17 | 1997-03-17 | 圧電アクチュエータ駆動電源装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3643206B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008515303A (ja) * | 2004-10-01 | 2008-05-08 | ローデ ウント シュワルツ ゲーエムベーハー ウント コー カーゲー | インパルス妨害用の重み検出器 |
| JP2013099169A (ja) * | 2011-11-02 | 2013-05-20 | Denso Corp | ピエゾインジェクタの駆動装置 |
| JP2017175696A (ja) * | 2016-03-22 | 2017-09-28 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電駆動装置の制御回路、圧電駆動装置、超音波モーター、ロボット、ハンド、及びポンプ |
| CN110224630A (zh) * | 2019-06-13 | 2019-09-10 | 西安创联超声技术有限责任公司 | 超声波电机幅值稳幅控制电路 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5000453B2 (ja) * | 2007-10-19 | 2012-08-15 | アルプス電気株式会社 | ドライバ内蔵圧電ポンプ |
-
1997
- 1997-03-17 JP JP06366997A patent/JP3643206B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008515303A (ja) * | 2004-10-01 | 2008-05-08 | ローデ ウント シュワルツ ゲーエムベーハー ウント コー カーゲー | インパルス妨害用の重み検出器 |
| JP2013099169A (ja) * | 2011-11-02 | 2013-05-20 | Denso Corp | ピエゾインジェクタの駆動装置 |
| JP2017175696A (ja) * | 2016-03-22 | 2017-09-28 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電駆動装置の制御回路、圧電駆動装置、超音波モーター、ロボット、ハンド、及びポンプ |
| CN110224630A (zh) * | 2019-06-13 | 2019-09-10 | 西安创联超声技术有限责任公司 | 超声波电机幅值稳幅控制电路 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3643206B2 (ja) | 2005-04-27 |
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