JPS63130358A - Piezoelectric element driving unit - Google Patents

Piezoelectric element driving unit

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Publication number
JPS63130358A
JPS63130358A JP61277948A JP27794886A JPS63130358A JP S63130358 A JPS63130358 A JP S63130358A JP 61277948 A JP61277948 A JP 61277948A JP 27794886 A JP27794886 A JP 27794886A JP S63130358 A JPS63130358 A JP S63130358A
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JP
Japan
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piezoelectric element
voltage
transistor
converter
power
Prior art date
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Pending
Application number
JP61277948A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masashi Suzuki
正史 鈴木
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Brother Industries Ltd
Original Assignee
Brother Industries Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPS63130358A publication Critical patent/JPS63130358A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/22Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of impact or pressure on a printing material or impression-transfer material
    • B41J2/23Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of impact or pressure on a printing material or impression-transfer material using print wires
    • B41J2/30Control circuits for actuators

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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
  • Dot-Matrix Printers And Others (AREA)
  • Impact Printers (AREA)

Abstract

PURPOSE:To improve the power efficiency of a piezoelectric element, by providing a converter controller for controlling a DC-DC converter to apply a predetermined voltage between terminals when the piezoelectric element is charged, while turning a second switching element ON when the piezoelectric element is discharged, and turning said switching element OFF when the terminal voltage becomes approximately 0 volt. CONSTITUTION:When a high voltage is applied onto a piezoelectric element 2 so as to drive said element 2, a switching element 31 in a DC-DC converter A is driven and the terminal voltage of the piezoelectric element is controlled to a predetermined level. When the piezoelectric element 2 is discharged after driving, and recovered to the original state, a second switching element 32 in a bilateral DC-DC converter A for regenerating power from the piezoelectric element A to a DC power source is turned ON, and when the terminal voltage of the piezoelectric element A reaches to approximately 0 volt, the second switching element 32 is turned OFF. Consequently, electrostatic energy being charged in the piezoelectric element when it is driven is regenerated to the power source 1 through utilization of resonance.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention] 【産業上の利用分野】[Industrial application field]

本発明は電力効率を改善した圧電素子駆動装置に関する
The present invention relates to a piezoelectric element drive device with improved power efficiency.

【従来技術】[Prior art]

従来、ドツトマトリックス型のプリンタにおけるワイヤ
の駆動又はインクジェット型のプリンタにおけるインク
粒子発生機構の駆動に圧電素子を用いることが提案され
ている。その圧電素子は例えば′M7図に示す駆動回路
により駆動される。即ち、圧電素子2はトランジスタ3
を介して直流型rAtに接続されており、圧電素子2は
トランジスタ3が印字開始信号S1によって導通するこ
とにより、直流電源1の電圧が印加される。電圧が印加
されると圧電素子2は伸長又は縮小し、その変位が伝達
機構により拡大されて印字機構、例えばワイヤが駆動さ
れる。ところが、圧電素子2はキャパシタを構成してふ
り、トランジスタ3がオフしても、電荷が充電されてい
るため伸長又は縮小したままとなり、印字機構の変位は
元に戻らない。 このため、圧電素子2に並列にトランジスタ4を抵抗1
0を介して接続し、印字動作の終了後に印字終了信号S
2によりトランジスタ4を一定時間オンさせて、圧電素
子2に蓄積された電荷を放電させて印加電圧を零にし、
印字機構の変位を元に復帰させている。
Conventionally, it has been proposed to use a piezoelectric element to drive a wire in a dot matrix printer or to drive an ink droplet generating mechanism in an inkjet printer. The piezoelectric element is driven, for example, by a drive circuit shown in Figure 'M7. That is, the piezoelectric element 2 is the transistor 3
The voltage of the DC power supply 1 is applied to the piezoelectric element 2 when the transistor 3 becomes conductive in response to the print start signal S1. When a voltage is applied, the piezoelectric element 2 expands or contracts, and the displacement is magnified by a transmission mechanism to drive a printing mechanism, such as a wire. However, the piezoelectric element 2 acts as a capacitor, and even if the transistor 3 is turned off, the piezoelectric element 2 remains expanded or contracted because it is charged, and the displacement of the printing mechanism does not return to its original state. For this reason, a transistor 4 is connected to a resistor 1 in parallel to the piezoelectric element 2.
0 and outputs the print end signal S after the end of the print operation.
2 turns on the transistor 4 for a certain period of time to discharge the charge accumulated in the piezoelectric element 2 and reduce the applied voltage to zero,
The displacement of the printing mechanism is returned to its original state.

【発明が解決しようとする問題点】[Problems to be solved by the invention]

ところが、圧電素子2に蓄積された電荷は放電時に抵抗
損として失われ、圧電素子2を再度駆動する場合には直
流電源1から再度充電している。 このため、印字機も“りの駆動に際し電力損失が大きく
なり、電力効率が良くないという問題があった。
However, the charge accumulated in the piezoelectric element 2 is lost as resistance loss during discharge, and when the piezoelectric element 2 is driven again, it is charged again from the DC power source 1. For this reason, there is a problem in that the printing machine also suffers from a large power loss during driving, resulting in poor power efficiency.

【発明の目的】[Purpose of the invention]

本発明は、上記の問題点を解決するために成されたもの
であり、その目的とするところは、駆動時に圧電素子に
充電される電荷を電源に回生ずることにより、圧電素子
の電力効率を改善することである。
The present invention has been made in order to solve the above problems, and its purpose is to improve the power efficiency of the piezoelectric element by regenerating the charge charged in the piezoelectric element during driving to the power source. It's about improving.

【問題点を解決するための手段】[Means to solve the problem]

上記問題点を解決するだめの発明の構成は、圧電素子と
直流電源との間に介在され、直流電源の電力を圧電素子
に供給するだめのスイッチング動作を行う第1スイッチ
索子と前記圧電素子に蓄積された電力を直流電源に回生
ずるためのスイッチング動作を行う第2スイッチ素子と
を有し、電圧を制御信号に応答して昇降圧すると共に電
力を双方向に伝達するDC−DCコンバータと、圧電素
子の駆動信号に応答し、圧電素子を充電する時はDC−
DCコンバータを制御して圧電素子の端子間電圧を所定
値とし、圧電素子を放電する時は第2スイッチ素子をオ
ンした後圧電素子の端子間電圧が略0Vとなった時に′
f!J2スイッチ素子をオフさせるコンバータ制御装置
とを設けたことである。
The structure of the invention to solve the above problems is such that the first switch cable is interposed between the piezoelectric element and the DC power source, and performs a switching operation to supply power from the DC power source to the piezoelectric element, and the piezoelectric element. a second switching element that performs a switching operation to regenerate the power stored in the DC power source into the DC power supply; When charging the piezoelectric element in response to the drive signal of the piezoelectric element, the DC-
The DC converter is controlled to set the voltage between the terminals of the piezoelectric element to a predetermined value, and when the piezoelectric element is to be discharged, the second switch element is turned on and the voltage between the terminals of the piezoelectric element reaches approximately 0V.
f! The present invention includes a converter control device that turns off the J2 switch element.

【作用】[Effect]

圧電素子に高電圧を印加、して圧電素子を駆動する場合
には、DC−DCコンバータのスイッチ素子が駆動され
て圧電素子の端子間電圧が所定電圧に制御される。次に
圧電素子を駆動後、圧電素子に充電された電荷を放電し
圧電素子の変位を元に戻す場合には、双方向DC−DC
コンバータのうち圧電素子から直流電源に電力を回生ず
るためのスイッチング動作を行う第2スイッチ素子がオ
ンした後、圧電素子の端子間電圧が略0Vとなった時に
第2スイッチ素子をオフさせる。その結果、駆動時に圧
電素子に充電された静電エネルギーは、駆動後に、共振
を利用して電源に回生される。
When applying a high voltage to the piezoelectric element to drive the piezoelectric element, a switching element of the DC-DC converter is driven to control the voltage between the terminals of the piezoelectric element to a predetermined voltage. Next, after driving the piezoelectric element, when discharging the electric charge charged in the piezoelectric element and returning the displacement of the piezoelectric element to the original position, a bidirectional DC-DC
After the second switching element of the converter that performs a switching operation for regenerating power from the piezoelectric element to the DC power source is turned on, the second switching element is turned off when the voltage between the terminals of the piezoelectric element becomes approximately 0V. As a result, the electrostatic energy charged in the piezoelectric element during driving is regenerated into the power source using resonance after driving.

【実施例】【Example】

以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。第
1図は本発明の具体的な一実施例にかかる圧電素子駆動
回路の回路図である。第1図の昇降圧が可能でかつ電力
が双方向に伝達できるDC−DCコンバータは、第5図
に示す単方向の昇降圧可能なりC−DCコンバータを基
本回路として、伝送方向の異なる2つのDC−DCコン
バータノ基本回路をコイルを共通として並列に接続した
ものである。 第5図の基本回路は、直流電源1とスイッチ素子である
トランジスタ30とコイル’50とダイオード40とか
ら成る。トランジスタ30が制御信号S1によりデユー
ティ制御される。トランジスタ30がオンの時、直流電
源lからコイル50に電流が流れ、直流電源1から供給
された電力はコイル50に磁気エネルギーとして蓄えら
れる。次にトランジスタ30がオフの時に、コイル50
に蓄えられたエネルギーは、負荷りとダイオード40を
流れる。このオンオフサイクルの繰り返しにより、負荷
りには平均化された直流電流が供給される。負荷りが抵
抗負荷の場合には、一定の負荷電流が流れるため、トラ
ンジスタ30を一定のデユーティ比で制御すれば、負荷
の端子間電圧は一定値となる。しかし、負荷が容量負荷
の場合には、消費電流がないため、電圧は上昇してしま
い所定値に制御することはできない。また、圧電素子を
゛作動状態にした後、圧電素子に充電された電荷を直流
電源1に回生すれば、エネルギー損失が少なくなる。 そこで、第1図に示すように、単方向に電力を伝送する
昇降圧可能なりC−DCコンバータを並列接続した双方
向に電力の伝送ができる昇降圧DC−DCコンバータを
構成した。 2は圧電素子である。トランジスタ31とコイル50と
ダイオード41が、直流電源1から圧電素子2に電力を
供給する単方向の昇降圧可能なりC−DCコンバータA
を摺成し、トランジスタ32とコイル50とダイオード
42が、圧電素子2から直流電源1に電力を回生ずる単
方向の昇降圧可能なりC−DCコンバータBを構成して
いる。 そして、直流電源の電力を圧電素子に供給するためのス
イッチング動作を行う第1スイッチ素子はトランジスタ
31で構成され、圧電素子に蓄積された電力を直流電源
に回生ずるためのスイッチング動作を行う第2スイッチ
素子はトランジスタ32で構成される。これらの両DC
−DCコンバータが、コイル50を共通として並列接続
されている。ただし、DC−DCコンバータの入力電圧
E1と出力電圧E2の極性は反対であるため、ダイオー
ド41.42とトランジスタ31.32はそれぞれ導通
方向が逆になるように接続されている。 また、圧電素子2の端子間電圧E2を検出する電圧検出
回路りとしてコンパレータ70が設けられている。その
コンパレータ70の非反転入力端子には圧電素子2の端
子電圧−E2が入力し、その反転入力端子には抵抗71
(!:抵抗72で分圧して得られた基準電圧Etが入力
している。そして、コンパレータ70の出力は、圧電素
子2の端子間電圧E2が基準電圧Etの絶対値を越える
と低レベルとなる。 また、コンバータ制御装置Eとして、矩形波発振器80
と、その矩形波発振器80の出力及び駆動信号■1を入
力するANDゲート81と、そのANOゲート81の出
力とコンパレータ70の出力を入力するNANDゲート
82と、駆動信号■1を入力し一定のパルス幅のパルス
信号を出力する単安定マルチバイブレータ84と、その
単安定マルチバイブレータ84の出力をコントロール端
子に入力するアナログスイッチ85とから成る。そして
、アナログスイッチ85の一方の信号端子は接地され、
他方の信号端子はトランジスタ32のベースに接続され
ている。 次に作用を第8図のタイミングチャートに基づいて説明
する。駆動信号Vlは時刻t1で立ち上がり、時刻t3
で立ち下がる信号である。駆動信号の立ち上がりは圧電
素子2に電荷を充電してワイヤを駆動するタイミングを
意味し、駆動信号の立ち下がりは圧電素子2に蓄積され
ている電荷を電源に回生じワイヤを元の位置に復帰させ
るタイミングを意味する。ANDゲート81の出力v2
は駆動信号v1が高レベルの期間だけ矩形波発振器80
の出力と等しくなり、他の期間では低レベルである。ま
た、コンパレータ70の出力v3は圧電素子2の端子電
圧−E2が基準電圧Etを負方向に越える時刻t2まで
は高レベルであるので、NANOゲート82の出力v4
は、時刻t2まではANDゲート81の出力■2の反転
波形となる。従って、トランジスタ310ベース電圧は
時刻tlまでは高レベルであるので、トランジスタ31
はオフであるが、時刻tlから時刻t2の間は、トラン
ジスタ31のベース電圧は振動するので、トランジスタ
31はオンオフを繰り返す。すると、上記したように、
コイル50“と圧電素子2とダイオード41の回路によ
り、圧電素子2の端子間電圧E2は徐々に増加し、端子
電圧−E2は基準電圧Etに向かって減少する。端子電
圧−E2が基準電圧Etを越える時刻t2を過ぎるとト
ランジスタ31のべ−xWNlは高レベルとなり、トラ
ンジスタ31はオフ状態となる。この時、圧i素子2の
端子間電圧E2は1Etlに保持される。 時刻t3になると、単安定マルチバイブレーク84は駆
動信号の立ち下がりでトリガされるため、その出力■5
は一定の幅を持ったパルス、即ち時刻t3から時刻t4
の間で高レベルとなる。従って、アナログスイッチ85
はこの期間オン状態となり、トランジスタ320ベース
電位はアース電位となり、そのベース、エミッタ間は順
方向にバイアスされるので、トランジスタ32はオン状
態となる。 すると、圧電素子2にへ方向に充電されていた電荷は、
コイル50とトランジスタ32の回路を流れ、圧電素子
2の静電エネルギーはコイル50に静磁エネルギーとし
て蓄積される。そして、トランジスタ32のベース、エ
ミッタ間の電圧は圧電素子2の端子間電圧E2が零とな
る時刻t4では零となるので、トランジスタ32はオフ
となり、コイル50に発生する逆起電力によりコイル5
0に蓄積されているエネルギーはダイオード42を介し
て直流電源1に回生される。 このような制御のため、駆動時には圧電素子2の端子間
電圧E2が所定値となり、ワイヤのインパクトが完了す
ると、トランジスタ31はオフするので、トランジスタ
31のスイッチングロスが抑えられる。また、回生時に
は、トランジスタ32を1回オンオフさせるだけである
ので、スイッチングロスが抑えられる。 尚、トランジスタ32をアナログスイッチ85で間接的
に制御しているが、トランジスタ32のベースを負電圧
により直り?制御しても良い。 尚、上記実施例で示した第1図の電圧検出回路りとコン
バータ制御袋rMEの回路構成は一例であってこの構成
に限定されない。 また、第2図は、双方向に電力の伝送と電圧の昇降圧が
可能なりC−DCコンバータの他の構成を示した回路図
である。第2図のDC−DCコンバータは、第6図に示
す単方向の昇降圧可能なりC−DCコンバータを基本回
路として、伝送方向の異なる2つのDC−DCコンバー
タの基本回路をコイルとキャパシタを共通として並列に
接続したものである。第6図の基本回路は、直流電源1
とスイッチ素子であるトランジスタ33とコイル51.
52とキャパシタ60とダイオード43とから成る。ト
ランジスタ33が制御信号s2によりデユーティ制御さ
れる。トランジスタ33がオンの時、直流電源1からコ
イル51に電流が流れ、直流電源1から供給された電力
はコイル51の磁気エネルギーとして蓄えられる。次に
トランジスタ33がオフの時に、コイル51とキャパシ
タ60とダイオード43を電流が流れ、コイル51に蓄
えられたエネルギーは、キャパシタ60に静電エネルギ
ーとして貯蔵される。次にトランジスタ33が再びオン
となると、キャパシタ60に蓄積された電荷はトランジ
スタ33、負荷り、コイル52、キャパシタ60の閉回
路を流れ、電流が負荷りに流れる。このオンオフサイク
ルの繰り返しにより、負荷りには平均した直流電流が供
給される。負荷りが抵抗負荷の場合には、一定の負荷電
流が流れるため、トランジスタ33を一定のデユーティ
比で制御すれば、負荷の端子間電圧は一定値となる。し
かし、負荷が容量負荷の場合には、消費電流がないため
、電圧は上昇してしまい所定値に制御することはできな
い。また、圧電素子を作動状態にした後、圧電素子に充
電された電荷を直流電源1に回生ずれば、エネルギー損
失が少なくなる。 そこで、第2図に示すように、単方向に電力を伝送する
昇降圧可能なりC−DCコンバータを並列接続した双方
向に電力の伝送ができる昇降圧DC−DCコンバータを
構成することができる。トランジスタ34とコイル51
.52とキャパシタ60とダイオード44が、直流電源
1から圧電素子2に電力を供給する単方向の昇降圧可能
なりC−DCコンバータAを構成し、トランジスタ35
とコイル51.52とキャパシタ60とダイオード45
が、圧電素子2から直流電源1に電力を回生ずる単方向
の昇降圧可能なりC−DCコンバータBを構成している
。そして、直流電源の電力を圧電素子に供給するだめの
スイッチング動作を行う第1スイッチ素子はトランジス
タ34で構成され、圧電素子に蓄積された電力を直流電
源に回生ずるためのスイッチング動作を行う第2スイッ
チ素子はトランジスタ35で構成される。これらの両D
C−DCコンバータは、コイル51.52、キャパシタ
60を共通として並列接続されている。 ただし、DC−DCコンバータの入力電圧E1と出力電
圧E2は極性が反対であるため、ダイオード44.45
とトランジスタ34.35はそれぞれ導通方向が逆向き
となるように接続されている。 また、回生時に充電電流と逆向きに流れる回生電流が圧
電素子2をバイパスするように圧電素子2の端子間にダ
イオード46が接続されている。 また、圧電素子2の端子間電圧E2を検出する電圧検出
回路りと、電圧検出回路りの出力と駆動信号■1を入力
しトランジスタ34とトランジスタ35をオンオフ1.
す御するコンバータ制御装置Eが設けられている。電圧
検出回路りとコンバータ制御装置Eは、第1図の回路で
説明したのとほば同様な回路でも14成でき同様に作用
する。即ち、駆動信号Vlの立ち上がりに同期して、ト
ランジスタ35がオフの状態でトランジスタ34のみが
オンオフ制御されるき、コイル51きトランジスタ34
とキャパシタ60とダイオード44とコイル52の回路
により、直流電源1の電圧E1が昇圧され圧電素子2に
印加される。そして、端子間電圧E2が基準電圧Etの
絶対値より大きくなるとトランジスタ34はオフとなり
、圧電素子2はへ準電圧Etに充電される。次に駆動信
号■1の立ち下がりに同期して、トランジスタ34がオ
フ状態でトランジスタダ35のみがオンされると、コイ
ル52とトランジスタ35の回路を電流が流れ圧電素子
2の電荷は放電される。次に圧電素子2の端子間電圧E
2がほぼ0ボルトとなると、トランジスタ35がオフさ
れる。トランジスタ35がオフとなると、コイル52に
発生する逆起電力により、ダイオード45、キャパシタ
60、コイル53、圧電素子2に並列接続されたダイオ
ード46を電流が流れ、キャパシタ60が充電され圧電
素子2に充電された電荷は回生される。 第3図、第4図はドツトマトリック型のプリンタの駆動
回路である。DC−DCコンバータを各ワイヤを駆動す
る各圧電素子で共通化したものである。回路CIにおけ
る圧電素子21はトランジスタ71とダイオード81の
並列回路を介してDC−DCコンバータCNVに接続さ
れている。そして圧電素子2Iとトランジスタ71とダ
イオード81で構成される回路C1と同一の回路c2〜
Cnが各ワイヤ数だけ設けられている。トランジスタ7
1は圧電素子21に接続されているワイヤを駆動する時
にターンオンするトランジスタで駆動される圧電素子を
選択するためのものである。 また、ダイオード81はワイヤのインパクト終了後に、
圧電素子21に充電されている電荷を直流電源lに回生
ずる時にトランジスタ71をバイパスさせるためのもの
である。DC−DCコンバータCNVは、駆動信号Vl
の立ち上がりに同期して、出力電圧が所定の基準電圧と
なるまで、トランジスタ31又は34のみをオンオフ制
御し、その後、駆動信号Vlの立ち下がりに同期して、
圧電素子21の端子間電圧E2がほぼ0ボルトとなるま
で、トランジスタ32又は35のみをオンする。このよ
うに、選択された圧電素子だけを充電し、各圧電素子に
充電された電荷を一斉に直流電源1に回生ずることがで
きる。 上記の何れの実施例も圧電素子2を充電する時には圧電
素子2の端子17j’l電圧Etが所定の基準値となる
まで、mlのスイッチ素子であるトランジスタ31、ト
ランジスタ34のみをオンオフ制御しているが、電圧検
出回路りを設けずに一方のトランジスタがオンの時に他
方のトランジスタがオフとなるように、トランジスタ3
1とトランジスタ32又はトランジスタ34とトランジ
スタ35を所定比でデユーティ1.す御して所定の端子
間電圧Etを得るようにしてもよい。 また、第9図に示すようにコイル54とダイオード43
.44を接続シテ、回生時(7)DC−DCコンバータ
Bをトランジスタ32、コイル53.54、ダイオード
43で構成してもよい。圧電素子2を充電する場合には
、トランジスタ31を高周波でデユーティ制御している
ため、コイルのインダンクタンスは小さい方がよいが、
回生時にはトランジスタ32を1回導通させてLC共振
のl/4サイクルの間で回生させるため、コイルのイン
ダクタンスは大きい方が望ましい。第9図のも4成では
回生時にコイル53と54とが直列接続されるのでイン
ダクタンスを大きくすることができる。
The present invention will be described below based on specific examples. FIG. 1 is a circuit diagram of a piezoelectric element drive circuit according to a specific embodiment of the present invention. The DC-DC converter shown in Fig. 1 that is capable of buck-boosting and capable of transmitting power in both directions uses the unidirectional buck-boost capable C-DC converter shown in Fig. 5 as its basic circuit, and has two The basic circuit of a DC-DC converter is connected in parallel with a common coil. The basic circuit shown in FIG. 5 consists of a DC power supply 1, a transistor 30 as a switching element, a coil '50, and a diode 40. The transistor 30 is duty-controlled by the control signal S1. When the transistor 30 is on, a current flows from the DC power supply 1 to the coil 50, and the power supplied from the DC power supply 1 is stored in the coil 50 as magnetic energy. Next, when the transistor 30 is off, the coil 50
The energy stored in the diode 40 flows through the load and the diode 40. By repeating this on-off cycle, an averaged DC current is supplied to the load. When the load is a resistive load, a constant load current flows, so if the transistor 30 is controlled with a constant duty ratio, the voltage between the terminals of the load will be a constant value. However, when the load is a capacitive load, there is no current consumption, so the voltage increases and cannot be controlled to a predetermined value. Moreover, if the charge charged in the piezoelectric element is regenerated to the DC power supply 1 after the piezoelectric element is brought into operation, energy loss will be reduced. Therefore, as shown in FIG. 1, a buck-boost DC-DC converter capable of bidirectional power transmission was constructed by connecting parallel-connected buck-boost C-DC converters capable of transmitting power in one direction. 2 is a piezoelectric element. A C-DC converter A in which the transistor 31, the coil 50, and the diode 41 are capable of unidirectional step-up and step-down voltage supply that supplies power from the DC power source 1 to the piezoelectric element 2.
The transistor 32, the coil 50, and the diode 42 constitute a unidirectional step-up/down C-DC converter B that regenerates power from the piezoelectric element 2 to the DC power supply 1. A first switching element that performs a switching operation to supply power from the DC power source to the piezoelectric element is composed of a transistor 31, and a second switching element that performs a switching operation to regenerate the power accumulated in the piezoelectric element to the DC power source. The switch element is composed of a transistor 32. Both these DCs
- The DC converters are connected in parallel with the coil 50 in common. However, since the input voltage E1 and the output voltage E2 of the DC-DC converter have opposite polarities, the diodes 41.42 and the transistors 31.32 are connected so that their conduction directions are opposite to each other. Further, a comparator 70 is provided as a voltage detection circuit for detecting the inter-terminal voltage E2 of the piezoelectric element 2. The terminal voltage -E2 of the piezoelectric element 2 is input to the non-inverting input terminal of the comparator 70, and the resistor 71 is input to the inverting input terminal.
(!: The reference voltage Et obtained by dividing the voltage with the resistor 72 is input. Then, the output of the comparator 70 becomes a low level when the voltage E2 between the terminals of the piezoelectric element 2 exceeds the absolute value of the reference voltage Et. In addition, as the converter control device E, a rectangular wave oscillator 80 is used.
, an AND gate 81 which inputs the output of the rectangular wave oscillator 80 and the drive signal ■1, a NAND gate 82 which inputs the output of the ANO gate 81 and the output of the comparator 70, and a NAND gate 82 which inputs the drive signal ■1 and generates a constant signal. It consists of a monostable multivibrator 84 that outputs a pulse signal with a pulse width, and an analog switch 85 that inputs the output of the monostable multivibrator 84 to a control terminal. One signal terminal of the analog switch 85 is grounded,
The other signal terminal is connected to the base of transistor 32. Next, the operation will be explained based on the timing chart of FIG. The drive signal Vl rises at time t1 and rises at time t3.
This is a signal that falls at The rising edge of the drive signal means the timing to charge the piezoelectric element 2 and drive the wire, and the falling edge of the drive signal causes the electric charge accumulated in the piezoelectric element 2 to be recovered as a power source and return the wire to its original position. It means the timing. Output v2 of AND gate 81
The square wave oscillator 80 is activated only during the period when the drive signal v1 is at a high level.
output, and is at a low level during other periods. Furthermore, since the output v3 of the comparator 70 is at a high level until time t2 when the terminal voltage -E2 of the piezoelectric element 2 exceeds the reference voltage Et in the negative direction, the output v4 of the NANO gate 82
is an inverted waveform of the output (2) of the AND gate 81 until time t2. Therefore, since the transistor 310 base voltage is at a high level until time tl, the transistor 310 base voltage is at a high level until time tl.
is off, but since the base voltage of the transistor 31 oscillates between time tl and time t2, the transistor 31 repeats on and off. Then, as mentioned above,
Due to the circuit of the coil 50", the piezoelectric element 2, and the diode 41, the voltage E2 between the terminals of the piezoelectric element 2 gradually increases, and the terminal voltage -E2 decreases toward the reference voltage Et. The terminal voltage -E2 becomes the reference voltage Et. After time t2, which exceeds 1Etl, Be-xWNl of the transistor 31 becomes high level, and the transistor 31 turns off.At this time, the voltage E2 between the terminals of the pressure i-element 2 is maintained at 1Etl.At time t3, Since the monostable multi-by break 84 is triggered by the falling edge of the drive signal, its output ■5
is a pulse with a constant width, that is, from time t3 to time t4
High level between. Therefore, analog switch 85
is in an on state during this period, the base potential of the transistor 320 becomes the ground potential, and the base and emitter thereof are forward biased, so that the transistor 32 is in an on state. Then, the charge charged in the piezoelectric element 2 in the direction is
The electrostatic energy of the piezoelectric element 2 flows through the circuit of the coil 50 and the transistor 32, and is stored in the coil 50 as magnetostatic energy. Then, the voltage between the base and emitter of the transistor 32 becomes zero at time t4 when the voltage E2 between the terminals of the piezoelectric element 2 becomes zero, so the transistor 32 is turned off, and the back electromotive force generated in the coil 50 causes the coil 5 to
The energy stored in the DC power supply 1 is regenerated to the DC power supply 1 via the diode 42. Due to such control, the voltage E2 between the terminals of the piezoelectric element 2 becomes a predetermined value during driving, and when the impact of the wire is completed, the transistor 31 is turned off, so that switching loss of the transistor 31 is suppressed. Further, during regeneration, the transistor 32 is turned on and off only once, so switching loss can be suppressed. Although the transistor 32 is indirectly controlled by the analog switch 85, is it possible to fix the base of the transistor 32 with a negative voltage? It may be controlled. Incidentally, the circuit configuration of the voltage detection circuit and converter control bag rME shown in FIG. 1 in the above embodiment is an example, and the present invention is not limited to this configuration. Further, FIG. 2 is a circuit diagram showing another configuration of the C-DC converter, which is capable of bidirectional power transmission and voltage step-up/down. The DC-DC converter shown in Figure 2 uses the unidirectional step-up/down capable C-DC converter shown in Figure 6 as its basic circuit, and the basic circuit of two DC-DC converters with different transmission directions using a common coil and capacitor. are connected in parallel. The basic circuit in Figure 6 is the DC power supply 1
, a transistor 33 which is a switching element, and a coil 51 .
52, a capacitor 60, and a diode 43. The duty of the transistor 33 is controlled by the control signal s2. When the transistor 33 is on, current flows from the DC power supply 1 to the coil 51, and the power supplied from the DC power supply 1 is stored as magnetic energy in the coil 51. Next, when the transistor 33 is off, current flows through the coil 51, capacitor 60, and diode 43, and the energy stored in the coil 51 is stored in the capacitor 60 as electrostatic energy. Next, when transistor 33 is turned on again, the charge accumulated in capacitor 60 flows through a closed circuit of transistor 33, load, coil 52, and capacitor 60, and current flows to the load. By repeating this on-off cycle, an average DC current is supplied to the load. When the load is a resistive load, a constant load current flows, so if the transistor 33 is controlled with a constant duty ratio, the voltage between the terminals of the load will be a constant value. However, when the load is a capacitive load, there is no current consumption, so the voltage increases and cannot be controlled to a predetermined value. Moreover, if the charge charged in the piezoelectric element is regenerated to the DC power supply 1 after the piezoelectric element is activated, energy loss will be reduced. Therefore, as shown in FIG. 2, a buck-boost DC-DC converter capable of transmitting power in both directions can be constructed by connecting parallel-connected C-DC converters capable of transmitting power in one direction. Transistor 34 and coil 51
.. 52, a capacitor 60, and a diode 44 constitute a C-DC converter A capable of unidirectional step-up and step-up supplying power from the DC power supply 1 to the piezoelectric element 2, and the transistor 35
and coil 51, 52, capacitor 60 and diode 45
constitutes a C-DC converter B capable of unidirectional voltage step-up and step-up regenerating power from the piezoelectric element 2 to the DC power source 1. A first switching element that performs a switching operation to supply power from the DC power source to the piezoelectric element is composed of a transistor 34, and a second switching element that performs a switching operation to regenerate the power accumulated in the piezoelectric element to the DC power source. The switch element is composed of a transistor 35. Both of these D
The C-DC converters are connected in parallel with the coils 51 and 52 and the capacitor 60 in common. However, since the input voltage E1 and output voltage E2 of the DC-DC converter have opposite polarities, the diode 44.45
and transistors 34 and 35 are connected so that their conducting directions are opposite to each other. Further, a diode 46 is connected between the terminals of the piezoelectric element 2 so that the regenerative current flowing in the opposite direction to the charging current during regeneration bypasses the piezoelectric element 2. In addition, a voltage detection circuit that detects the voltage E2 between the terminals of the piezoelectric element 2, the output of the voltage detection circuit and the drive signal 1 are inputted, and the transistors 34 and 35 are turned on and off.
A converter control device E is provided to control the converter. The voltage detection circuit and converter control device E can be constructed using a circuit almost similar to that described in connection with the circuit of FIG. 1, and operate in the same manner. That is, in synchronization with the rise of the drive signal Vl, when only the transistor 34 is controlled to turn on and off while the transistor 35 is off, the transistor 34 with the coil 51
Through the circuit including the capacitor 60, the diode 44, and the coil 52, the voltage E1 of the DC power supply 1 is boosted and applied to the piezoelectric element 2. Then, when the inter-terminal voltage E2 becomes larger than the absolute value of the reference voltage Et, the transistor 34 is turned off, and the piezoelectric element 2 is charged to the voltage Et. Next, in synchronization with the fall of the drive signal 1, when the transistor 34 is off and only the transistor 35 is turned on, a current flows through the circuit of the coil 52 and the transistor 35, and the charge in the piezoelectric element 2 is discharged. . Next, the voltage E between the terminals of the piezoelectric element 2
2 is approximately 0 volts, transistor 35 is turned off. When the transistor 35 is turned off, a current flows through the diode 45, the capacitor 60, the coil 53, and the diode 46 connected in parallel to the piezoelectric element 2 due to the back electromotive force generated in the coil 52, and the capacitor 60 is charged and the piezoelectric element 2 is charged. The charged electric charge is regenerated. FIGS. 3 and 4 show a drive circuit for a dot matrix printer. A DC-DC converter is shared by each piezoelectric element that drives each wire. The piezoelectric element 21 in the circuit CI is connected to the DC-DC converter CNV via a parallel circuit of a transistor 71 and a diode 81. And a circuit c2~ which is the same as the circuit C1 composed of the piezoelectric element 2I, the transistor 71, and the diode 81.
Cn are provided in the same number as each wire. transistor 7
1 is for selecting a piezoelectric element driven by a transistor that is turned on when a wire connected to the piezoelectric element 21 is driven. In addition, the diode 81 is connected after the impact of the wire is completed.
This is for bypassing the transistor 71 when regenerating the charge stored in the piezoelectric element 21 to the DC power supply l. The DC-DC converter CNV has a drive signal Vl
In synchronization with the rise of the drive signal Vl, only the transistor 31 or 34 is controlled on and off until the output voltage reaches a predetermined reference voltage, and then in synchronization with the fall of the drive signal Vl,
Only the transistor 32 or 35 is turned on until the voltage E2 between the terminals of the piezoelectric element 21 becomes approximately 0 volts. In this way, only the selected piezoelectric elements can be charged, and the charges charged in each piezoelectric element can be regenerated to the DC power supply 1 all at once. In any of the above embodiments, when charging the piezoelectric element 2, only the transistors 31 and 34, which are the switch elements of ml, are controlled on/off until the voltage Et at the terminal 17j'l of the piezoelectric element 2 reaches a predetermined reference value. However, transistor 3 is connected so that when one transistor is on, the other transistor is off, without providing a voltage detection circuit.
1 and the transistor 32 or the transistor 34 and the transistor 35 at a predetermined ratio. Alternatively, a predetermined inter-terminal voltage Et may be obtained by controlling the voltage Et. Further, as shown in FIG. 9, a coil 54 and a diode 43
.. 44 may be connected, and during regeneration (7) the DC-DC converter B may be configured with the transistor 32, the coils 53 and 54, and the diode 43. When charging the piezoelectric element 2, the duty of the transistor 31 is controlled at high frequency, so the smaller the inductance of the coil, the better.
During regeneration, the transistor 32 is made conductive once to perform regeneration during 1/4 cycle of LC resonance, so it is desirable that the inductance of the coil be large. In the four-channel configuration shown in FIG. 9, the coils 53 and 54 are connected in series during regeneration, so the inductance can be increased.

【発明の効果】【Effect of the invention】

本発明は圧電素子を昇降圧可能でかつ双方向に電力を伝
送できるDC−DCコンバータを用いて駆動しているの
で、駆動時に圧電素子に充電された電荷を電源に回生ず
ることができ、電力効率が向上する。また、回生時には
圧電素子の端子間電圧がほぼ0ボルトになるまで、双方
向DC−DCコンバータのうち圧電素子に蓄積された電
力を直流電源に回生ずるための第2スイッチ素子のみを
1度オンしているので、回生時のスイッチング損失が抑
制される。
In the present invention, the piezoelectric element is driven using a DC-DC converter that can step up and down the voltage and transmit power bidirectionally, so the electric charge charged in the piezoelectric element during driving can be regenerated into the power source, and the electric power Increased efficiency. During regeneration, only the second switching element of the bidirectional DC-DC converter, which regenerates the power accumulated in the piezoelectric element into the DC power supply, is turned on once until the voltage between the terminals of the piezoelectric element becomes almost 0 volts. Therefore, switching loss during regeneration is suppressed.

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

第1図は本発明の具体的な一実施例にかかる圧電索子駆
動回路の回路図。第2図は他の実施例にかかZ圧電素子
駆動回路の回路図。第3図、第4図は複数の圧電素子を
選択的に駆動する圧電素子駆動回路の回路図。第5図は
m1図の駆動回路の基本となるDC−DCコンバータの
回路図。第6図は第2図の駆動回路の基本となる゛DC
−DCコンバータの回路図。第7図は従来の圧電索子駆
動回路の回路図。第8図は第1図の回路の作動を説明す
るタイミングチャート。第9図は他の実施例にかかる圧
電素子駆動回路の回路図である。 1 直流電源 2.21 圧電素子 30.31.32
.33.34.35 °トランジスタ 50.51.5
2 コイル 60−キャパシタ 70 コンパレータ 
81.83− ANDゲート 82−NへNDゲート 
84 単安定マルチバイブレーク 85 アナログスイ
ッチ C1〜Cn −回路特許出願人   ブラザー工
業株式会社第1図 第4図 第5図 第6図 第7図
FIG. 1 is a circuit diagram of a piezoelectric rope drive circuit according to a specific embodiment of the present invention. FIG. 2 is a circuit diagram of a Z piezoelectric element drive circuit according to another embodiment. 3 and 4 are circuit diagrams of a piezoelectric element drive circuit that selectively drives a plurality of piezoelectric elements. FIG. 5 is a circuit diagram of a DC-DC converter that is the basis of the drive circuit shown in FIG. m1. Figure 6 shows the basic driving circuit of Figure 2.
-Circuit diagram of DC converter. FIG. 7 is a circuit diagram of a conventional piezoelectric cable drive circuit. FIG. 8 is a timing chart illustrating the operation of the circuit shown in FIG. 1. FIG. 9 is a circuit diagram of a piezoelectric element drive circuit according to another embodiment. 1 DC power supply 2.21 Piezoelectric element 30.31.32
.. 33.34.35 ° Transistor 50.51.5
2 Coil 60-Capacitor 70 Comparator
81.83-AND gate 82-ND gate to N
84 Monostable multi-bi break 85 Analog switch C1 to Cn - Circuit patent applicant Brother Industries, Ltd. Figure 1 Figure 4 Figure 5 Figure 6 Figure 7

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)圧電素子と直流電源との間に介在され、直流電源
の電力を圧電素子に供給するためのスイッチング動作を
行う第1スイッチ素子と前記圧電素子に蓄積された電力
を直流電源に回生するためのスイッチング動作を行う第
2スイッチ素子とを有し、電圧を制御信号に応答して昇
降圧すると共に電力を双方向に伝達するDC−DCコン
バータと、 前記圧電素子の駆動信号に応答し、前記圧電素子を充電
する時は前記DC−DCコンバータを制御して前記圧電
素子の端子間電圧を所定値とし、前記圧電素子を放電す
る時は前記第2スイッチ素子をオンした後前記圧電素子
の端子間電圧が略0Vとなった時に前記第2スイッチ素
子をオフさせるコンバータ制御装置と を有する圧電素子駆動装置。
(1) A first switch element that is interposed between the piezoelectric element and the DC power source and performs a switching operation to supply power from the DC power source to the piezoelectric element, and regenerates the power accumulated in the piezoelectric element to the DC power source. a second switch element that performs a switching operation for the piezoelectric element, and that increases or decreases the voltage in response to a control signal and transmits power bidirectionally; When charging the piezoelectric element, the DC-DC converter is controlled to set the voltage between the terminals of the piezoelectric element to a predetermined value, and when discharging the piezoelectric element, the voltage between the terminals of the piezoelectric element is turned on after turning on the second switch element. a converter control device that turns off the second switch element when the voltage between the two switches reaches approximately 0V.
(2)前記コンバータ制御装置は前記圧電素子を充電す
る時は、前記圧電素子の端子間電圧が所定値となるよう
に前記第1スイッチ素子と前記第2スイッチ素子のデュ
ーティサイクルを制御することを特徴とする特許請求の
範囲第1項記載の圧電素子駆動装置。
(2) When charging the piezoelectric element, the converter control device controls the duty cycle of the first switching element and the second switching element so that the voltage between the terminals of the piezoelectric element becomes a predetermined value. A piezoelectric element driving device according to claim 1.
(3)前記コンバータ制御装置は、前記圧電素子の端子
間電圧を検出する電圧検出回路を有し、前記圧電素子を
充電する時は前記電圧検出回路により検出された前記端
子間電圧が所定値に達するまで前記第1スイッチ素子の
みをオンオフ制御することを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載の圧電素子駆動装置。
(3) The converter control device includes a voltage detection circuit that detects a voltage between terminals of the piezoelectric element, and when charging the piezoelectric element, the voltage between the terminals detected by the voltage detection circuit reaches a predetermined value. 2. The piezoelectric element driving device according to claim 1, wherein only the first switching element is controlled to be turned on and off until the piezoelectric element is reached.
(4)前記DC−DCコンバータは回生時にはコイルの
インダクタンスが大きくなるように構成されていること
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の圧電素子駆動
装置。
(4) The piezoelectric element drive device according to claim 1, wherein the DC-DC converter is configured such that the inductance of the coil increases during regeneration.
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