JPWO2020095550A1 - 駆動回路、電子機器、および、駆動回路の制御方法 - Google Patents

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Abstract

本技術は、消費電力を低減することができる駆動回路、電子機器および駆動回路の制御方法を提供することを目的とする。駆動回路は、容量性負荷への交流電圧の印加を制御する制御回路と、容量性負荷とともに閉回路を構成する誘導性素子と、容量性負荷及び誘導性素子の間で誘導性素子に直列に接続されて閉回路を構成するダイオードと、容量性負荷及び誘導性素子の間でダイオードと直列に接続されて閉回路を構成するスイッチ素子とを備えている。

Description

本技術は、駆動回路、電子機器、および、駆動回路の制御方法に関する。
従来より、撮像装置やロボットにおいてレンズ等の部材を変位させるために圧電アクチュエータなどの容量性負荷が用いられている。この容量性負荷を駆動する回路として、例えば、駆動信号を非反転増幅回路により増幅して容量性負荷の正側端子に供給し、その信号を反転増幅回路により反転して容量性負荷の負側端子に供給する駆動回路が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2015−159724号公報
上述の従来技術では、駆動回路は、例えば、ハイレベルの駆動信号により容量性負荷の正側端子に電流を供給し、ローレベルの駆動信号により、その負側端子に電流を供給することができる。しかしながら、ハイレベルの駆動信号の供給時に負側の反転増幅回路の接地端子に電流が流れて、その分、消費電力が増大するおそれがある。また、ローレベルの駆動信号の供給時に正側の非反転増幅回路の接地端子に電流が流れて、その分、消費電力が増大するおそれがある。このように上述の駆動回路では、駆動時に接地端子に電流が流れて電力効率が低下し、消費電力が増大してしまうという問題がある。
本技術の目的は、消費電力を低減することができる駆動回路、電子機器および駆動回路の制御方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本技術の一態様による駆動回路は、第一容量性負荷への交流電圧の印加を制御する第一制御回路と、前記第一容量性負荷とともに第一閉回路を構成する誘導性素子と、前記第一容量性負荷及び前記誘導性素子の間で前記誘導性素子に直列に接続されて前記第一閉回路を構成する第一ダイオード型素子と、前記第一容量性負荷及び前記誘導性素子の間で前記第一ダイオード型素子と直列に接続されて前記第一閉回路を構成する第一スイッチ素子とを備える。
また、上記目的を達成するために、本技術の一態様による電子機器は、上記本技術の一態様による駆動回路を備える。
また、この第1の側面において、上記正側回路および上記負側回路のそれぞれは、電圧の昇圧および降圧を行うチョッパ回路を備えてもよい。これにより、チョッパ回路によって電圧が変換されるという作用をもたらす。
また、上記目的を達成するために、本技術の一態様による駆動回路の制御方法は、第一容量性負荷に直列に接続された誘導性素子と、前記第一容量性負荷及び前記誘導性素子の間で前記誘導性素子に直列に接続された第一ダイオード型素子と、前記第一容量性負荷及び前記誘導性素子の間で前記第一ダイオード型素子と直列に接続された第一スイッチ素子とで構成された第一閉回路の前記第一スイッチ素子をオフ状態からオン状態に移行し、前記第一閉回路を介して前記第一容量性負荷に印加された電圧の極性を反転し、前記第一スイッチ素子をオン状態からオフ状態に移行し、前記第一容量性負荷に印加されている電圧と同極性の交流電圧を第一制御回路から印加する。
本技術の第1実施形態による電子機器の一構成例を示すブロック図である。 本技術の第1実施形態による駆動回路の一構成例を示すブロック図である。 本技術の第1実施形態による駆動回路の一構成例を示す回路図である。 本技術の第1実施形態による駆動回路の制御方法を説明するための制御波形の一例を示す図(その1)である。 本技術の第1実施形態による駆動回路の制御方法の説明するための制御波形の一例を示す図(その2)である。 本技術の第2実施形態による駆動回路の一構成例を示す回路図である。 本技術の第3実施形態による駆動回路の一構成例を示す回路図である。 本技術の第1実施形態から第3実施形態による駆動回路に適用可能な駆動回路の制御方法の変形例を説明するための図(その1)である。 本技術の第1実施形態から第3実施形態による駆動回路に適用可能な駆動回路の制御方法の変形例を説明するための図(その2)である。 本技術の第4実施形態による駆動回路の一構成例を示すブロック図である。 本技術の第4実施形態による駆動回路の一構成例を示す回路図である。 本技術の第4実施形態による駆動回路の制御方法の説明するための制御波形の一例を示す図である。 本開示に係る技術が適用され得るIoTシステム9000の概略的な構成の一例を示す図である。
以下、本技術を実施するための形態(以下、実施形態と称する)について図1から図11を用いて説明する。
<1.第1実施形態>
[電子機器の構成例]
まず、本実施形態による電子機器について図1を用いて説明する。本実施形態による電子機器EDは、本技術の第1実施形態による駆動回路1を備えている。図1は、本技術の第1の実施の形態における電子機器EDの一構成例を示すブロック図である。電子機器EDは、バッテリ9と、バッテリ9に接続された駆動回路1と、駆動回路1に接続された容量性負荷8とを備えている。電子機器EDとして、例えば、撮像装置、スマートフォンやロボットが想定される。
図1に示すように、バッテリ9は、電子機器EDの電源としての機能を発揮するようになっている。バッテリ9は、電源供給ケーブルによって駆動回路1と接続されている。バッテリ9は、直流電力を生成し、生成した直流電力を駆動回路1に電源供給ケーブルを介して供給する装置である。
駆動回路1は、複数の信号線によって駆動回路1と接続されている。駆動回路1は、外部から入力される駆動信号Sdに従って、電気エネルギーを容量性負荷8に信号線を介して供給し、容量性負荷8を駆動する回路である。容量性負荷8は、例えば、圧電アクチュエータ(不図示)を有している。圧電アクチュエータは、電気エネルギーが供給されると変形し、レンズ等の部材を変位させる素子である。なお、容量性負荷8は、圧電アクチュエータ以外の素子や回路を有してもよい。
[駆動回路の構成例]
図2は、本技術の第1実施形態による駆動回路1の一構成例を示すブロック図である。
図2に示すように、駆動回路1は、バッテリ9(図2では不図示)に接続された電圧生成回路15と、駆動信号Sdが入力される制御回路13(第一制御回路の一例)と、電圧生成回路15および制御回路13に接続されたエネルギー転送回路11とを有している。エネルギー転送回路11には、容量性負荷8(第一容量性負荷の一例)が接続されている。
電圧生成回路15は、バッテリ9から入力される直流電圧(例えば3.5V)を昇圧し、昇圧した直流電圧(例えば5Vから15V)をエネルギー転送回路11に出力するようになっている。電圧生成回路15は、出力電圧を所定範囲で変更可能な直流−直流(DC−DC)電圧変換回路で構成されている。
制御回路13は、容量性負荷8への交流電圧の印加を制御する回路である。制御回路13は、外部から入力される駆動信号Sdに基づいて、エネルギー転送回路11を制御する制御信号を生成するようになっている。制御回路13の詳細は後述する。
エネルギー転送回路11は、容量性負荷8が駆動される際に容量性負荷8に蓄積されたエネルギーを誘導性素子(詳細は後述)に転送する回路である。駆動回路1は、電圧生成回路15から電力を供給して容量性負荷8を駆動するようになっている。詳細は後述するが、駆動回路1は、容量性負荷8を駆動する際に、エネルギー転送回路11によって容量性負荷8を充放電しながら電圧生成回路15から電力を供給できる。これにより、駆動回路1は、低消費電力化を図ることができる。
次に、本実施形態による駆動回路1の具体的な回路構成について図3を用いて説明する。図3は、駆動回路1の一構成例を示す回路図である。
図3に示すように、駆動回路1は、容量性負荷8への交流電圧の印加を制御する制御回路13を備えている。駆動回路1は、容量性負荷8とともに閉回路111c(第一閉回路の一例)を構成する誘導性素子115を備えている。駆動回路1は、容量性負荷8及び誘導性素子115の間で誘導性素子115に直列に接続されて閉回路111cを構成するダイオード111d(第一ダイオード型素子の一例)を備えている。ダイオード111dは、例えばPN接合型ダイオードで構成されている。駆動回路1は、容量性負荷8及び誘導性素子115の間でダイオード111dと直列に接続されて閉回路115cを構成するスイッチ素子111s(第一スイッチ素子の一例)を備えている。スイッチ素子111sは、例えばN型の電界効果トランジスタで構成されている。
より具体的には、誘導性素子115の一端子は、容量性負荷8の一端子に接続されている。誘導性素子115の他端子は、ダイオード111dのアノード端子に接続されている。ダイオード111dのカソード端子は、スイッチ素子111sのドレイン端子Dに接続されている。スイッチ素子111sのソース端子Sは、容量性負荷8の他端子に接続されている。これにより、容量性負荷8、誘導性素子115、ダイオード111dおよびスイッチ素子111sによって電流の流れる電流経路が確立され、閉回路111cが構成される。本実施形態および後述する第2から第4実施形態では、スイッチ素子などが閉状態の場合に電流の流れる電流経路が確立される回路は、当該スイッチ素子がオフ状態で電気的に当該電流経路が切断される場合があっても閉回路と規定する。
図3に示すように、駆動回路1は、誘導性素子115に直列かつダイオード111d及びスイッチ素子111sに並列に接続されて閉回路113c(第二閉回路の一例)を構成するダイオード113d(第二ダイオード型素子の一例)を備えている。ダイオード113dは、例えばPN接合型ダイオードで構成されている。駆動回路1は、ダイオード113dに直列かつダイオード111d及びスイッチ素子111sに並列に接続されて閉回路113cを構成するスイッチ素子113s(第二スイッチ素子の一例)を備えている。スイッチ素子113sは、例えばP型の電界効果トランジスタで構成されている。
より具体的には、ダイオード113dのカソード端子は、誘導性素子115の他端子およびダイオード111dのアノード端子に接続されている。ダイオード113dのアノード端子は、スイッチ素子113sのドレイン端子Dに接続されている。スイッチ素子113sのソース端子Sは、スイッチ素子111sのソース端子Sおよび容量性負荷8の他端子に接続されている。これにより、容量性負荷8、スイッチ素子113s、ダイオード113dおよび誘導性素子115によって電流の流れる電流経路が確立され、閉回路113cが構成される。
図3に示すように、駆動回路1に備えられた制御回路13は、複数(本実施形態では4個)のスイッチ素子131ga〜131gdを有するスイッチ素子群131g(第一スイッチ素子群の一例)で構成されて容量性負荷8の両端に接続されたブリッジ回路131(第一ブリッジ回路の一例)を有している。また、制御回路13は、複数のスイッチ素子131ga〜131gd、スイッチ素子111s及びスイッチ素子113sのスイッチングを制御する制御信号を生成する制御信号生成部133(第一制御信号生成部)を有している。
ブリッジ回路131は、正側直流電位(第一直流電位の一例)の供給端17a(第一供給端の一例)と、基準直流電位(第二直流電位の一例)の供給端17b(第二供給端の一例)との間に接続されている。正側直流電位は、電圧生成回路15が生成した電圧のハイレベル側の電位である。基準直流電位の供給端17bはグランド端子である。電圧生成回路15の基準電位端子は当該グランド端子に接続されている。電圧生成回路15が生成する電圧は、正側直流電位と基準直流電位との電位差に相当する。このため、ブリッジ回路131の両端には、電圧生成回路15が生成した電圧が印加される。
制御回路13は、供給端17aおよび供給端17bの間に設けられたコンデンサ135を有している。コンデンサ135の一方の電極は供給端17aに接続され、コンデンサ135の他方の電極は供給端17bに接続されている。コンデンサ135は、電圧生成回路15から出力される電圧の変動を防止するために設けられている。これにより、ブリッジ回路131の両端には、ほぼ一定の電圧が供給される。
ブリッジ回路131は、4個のスイッチ素子131ga〜131gdで構成されたフルブリッジ回路の構成を有している。スイッチ素子131gaおよびスイッチ素子131gbは、例えばP型の電界効果トランジスタで構成されている。スイッチ素子131gcおよびスイッチ素子131gdは、例えばN型の電界効果トランジスタで構成されている。
スイッチ素子131gaのソース端子Sは、供給端17aおよびスイッチ素子131gbのソース端子Sに接続されている。スイッチ素子131gaのドレイン端子Dは、スイッチ素子131gcのドレイン端子Dに接続されている。スイッチ素子131gbのドレイン端子Dは、スイッチ素子131gdのドレイン端子Dに接続されている。スイッチ素子131gcのソース端子Sおよびスイッチ素子131gdのソース端子Sは、供給端17bに接続されている。
スイッチ素子131gaのドレイン端子Dおよびスイッチ素子131gcのドレイン端子Dは、容量性負荷8の一端子および誘導性素子115の一端子に接続されている。スイッチ素子131gbのドレイン端子Dおよびスイッチ素子131gdのドレイン端子Dは、容量性負荷8の他端子並びにスイッチ素子111sのソース端子Sおよびスイッチ素子113sのソース端子Sに接続されている。
このため、スイッチ素子131gaおよびスイッチ素子131gdがオン状態であり、かつスイッチ素子131gbおよびスイッチ素子131gcがオフ状態の場合には、容量性負荷8の一端子はスイッチ素子131gaを介して供給端17aに電気的に接続され、容量性負荷8の他端子はスイッチ素子131gdを介して供給端17bに接続される。これにより、スイッチ素子131ga,131gdがオン状態であり、かつスイッチ素子131gb,131gcがオフ状態の場合には、容量性負荷8の一端子には正側直流電位が印加され、容量性負荷8の他端子には負側直流電位が印加される。以下、本実施形態および後述する第2から第4実施形態において、容量性負荷に印加されている直流電圧は、一端子の方が他端子よりも高い場合を正とし、他端子の方が一端子よりも高い場合を負とする。その結果、容量性負荷8の両端に印加される直流電圧は、正の電圧となる。
また、スイッチ素子131gaおよびスイッチ素子131gdがオフ状態であり、かつスイッチ素子131gbおよびスイッチ素子131gcがオン状態の場合には、容量性負荷8の一端子はスイッチ素子131gcを介して供給端17bに電気的に接続され、容量性負荷8の他端子はスイッチ素子131gbを介して供給端17aに接続される。これにより、スイッチ素子131ga,131gdがオフ状態であり、かつスイッチ素子131gb,131gcがオン状態の場合には、容量性負荷8の一端子には負側直流電位が印加され、容量性負荷8の他端子には正側直流電位が印加される。その結果、容量性負荷8の両端に印加される直流電圧は、負の電圧となる。
制御信号生成部133は、外部から入力される駆動信号Sdに基づいて生成される複数の制御信号を出力する複数(本実施形態では6個)の出力端子を有している。制御信号生成部133の当該複数の出力端子のうちの4個の端子は、4個のスイッチ素子131ga〜131gdのそれぞれのゲート端子Gに1対1の関係で接続されている。このため、制御回路13は、4個のスイッチ素子131ga〜131gdのオン/オフ状態を独立して制御し、直流電圧の正負が反転する交流電圧を容量性負荷8の両端に印加できる。
図3に示すように、駆動回路1は、誘導性素子115、ダイオード111d及びスイッチ素子111sで構成されて容量性負荷8に蓄積されているエネルギーを転送するエネルギー転送部111(第一エネルギー転送部の一例)を備えている。駆動回路1は、誘導性素子115、ダイオード113dおよびスイッチ素子113sで構成されて容量性負荷8に蓄積されているエネルギーを転送するエネルギー転送部113(第二エネルギー転送部の一例)を備えている。駆動回路1は、エネルギー転送部111およびエネルギー転送部113を有するエネルギー転送回路11を備えている。
エネルギー転送部111は、容量性負荷8の一端子から容量性負荷8の他端子に向かって順方向となるダイオード111dを有している。エネルギー転送部113は、容量性負荷8の他端子から容量性負荷8の一端子に向かって順方向となるダイオード113dを有している。また、制御信号生成部133の制御信号を出力する複数の出力端子のうちの残余(2個)の端子は、スイッチ素子111sおよびスイッチ素子113sのそれぞれのゲート端子Gに1対1の関係で接続されている。このため、制御回路13は、スイッチ素子111sおよびスイッチ素子113sのオン/オフ状態を独立して制御することができる。
このため、正の直流電圧に基づくエネルギーが容量性負荷8に蓄積されている場合、エネルギー転送回路11は、スイッチ素子111sをオン状態とし、かつスイッチ素子113sをオフ状態とするように制御回路13によって制御される。その結果、閉回路111cに電流経路が確立されるので、容量性負荷8に蓄積されたエネルギーは閉回路111cによって誘導性素子115に転送され、容量性負荷8の両端に印加された直流電圧は降圧される。
一方、負の直流電圧に基づくエネルギーが容量性負荷8に蓄積されている場合、エネルギー転送回路11は、スイッチ素子111sをオフ状態とし、かつスイッチ素子113sをオン状態とするように制御回路13によって制御される。その結果、閉回路113cに電流経路が確立されるので、容量性負荷8に蓄積されたエネルギーは閉回路113cによって誘導性素子115に転送され、容量性負荷8の両端に印加された直流電圧は昇圧される。
図3に示すように、駆動回路1は、容量性負荷8及び誘導性素子115の間と、正側直流電位(第一直流電位の一例)の供給端17a(第一供給端の一例)との間に接続された逆バイアスダイオード117(第一逆バイアスダイオード型素子の一例)を備えている。逆バイアスダイオード117は、例えばPN接合型ダイオードで構成されている。逆バイアスダイオード117のカソード端子は、正側直流電位が出力される供給端17aに接続されている。逆バイアスダイオード117のアノード端子は、ダイオード111dのカソード端子およびスイッチ素子111sのドレイン端子Dに接続されている。正側直流電位は、電圧生成回路15が生成した電圧のハイレベル側の電位である。供給端17aは、制御回路13を介して電圧生成回路15が生成した電圧を容量性負荷8に供給するための端子である。このため、逆バイアスダイオード117には、正側直流電位によって逆バイアスが印加されるようになっている。
駆動回路1は、容量性負荷8及び誘導性素子115の間と、基準直流電位(第二直流電位の一例)の供給端17b(第二供給端の一例)との間に接続された逆バイアスダイオード119(第二逆バイアスダイオード型素子の一例)を備えている。逆バイアスダイオード119は、例えばPN接合型ダイオードで構成されている。逆バイアスダイオード119のアノード端子は、基準電流電位の供給端17bに接続されている。逆バイアスダイオード119のカソード端子は、ダイオード113dのアノード端子およびスイッチ素子113sのドレイン端子Dに接続されている。基準電流電位の供給端17bはグランド端子である。このため、逆バイアスダイオード119には、基準直流電位によって逆バイアスが印加されるようになっている。
ところで、閉回路111c及び閉回路113cは、供給端17a及び供給端17bに直結されていない。このため、駆動回路1は、容量性負荷8から電圧生成回路15や基準電流電位の供給端17b(グランド端子)に電流が流れる経路を有していない。このため、駆動回路1は、容量性負荷8からエネルギー転送回路11にエネルギーを転送する際に、容量性負荷8に蓄積されているエネルギーが電圧生成回路15やグランド端子に放電することが防止される。このため、駆動回路1は、容量性負荷8を駆動する際に、容量性負荷8からエネルギー転送回路11へのエネルギーの転送損失を低減することができる。これにより、駆動回路1は、容量性負荷8の駆動時の消費電力の低減を図ることができる。
しかしながら、閉回路111c,113cが電圧生成回路15の出力端子やグランド端子などの定電圧部に直結されないことによって、容量性負荷8が充放電を繰り返しているうちに容量性負荷8の両端子間の電圧が供給端17aおよび供給端17bの電位差から外れてしまう可能性がある。ところが、駆動回路1は、上述のとおり、エネルギー転送回路11に接続された逆バイアスダイオード117および逆バイアスダイオード119を有している。これにより、閉回路111cにおいて容量性負荷8および誘導性素子115が互いに接続されていない方の端子間(すなわち容量性負荷8および誘導性素子115のそれぞれの他端子間)が逆バイアスダイオード117および供給端17aを介して電圧生成回路15の出力端子に電気的に接続される。同様に、閉回路113cにおいて容量性負荷8および誘導性素子115が互いに接続されていない方の端子間(すなわち容量性負荷8および誘導性素子115のそれぞれの他端子間)が逆バイアスダイオード119および供給端17bを介し基準電流電位の供給部(グランド端子)に電気的に接続される。これにより、駆動回路1は、容量性負荷8が充放電を繰り返しても、容量性負荷8の両端子間の電圧が供給端17aおよび供給端17bの電位差から外れてしまうことが防止される。
[駆動回路の制御方法]
次に、本実施形態による駆動回路の駆動方法について図3を参照しつつ図4および図5を用いて説明する。図4は、本実施形態による駆動回路1の制御方法を説明するための制御波形の一例を示す図である。図4中の1段目は、スイッチ素子111sのゲート端子Gに印加されるゲート信号(制御信号)の電圧波形を示し、図4中の2段目は、スイッチ素子131gbのゲート端子Gに印加されるゲート信号(制御信号)の電圧波形を示している。図4中の3段目は、スイッチ素子131gcのゲート端子Gに印加されるゲート信号(制御信号)の電圧波形を示し、図4中の4段目は、スイッチ素子113sのゲート端子Gに印加されるゲート信号(制御信号)の電圧波形を示している。図4中の5段目は、スイッチ素子131gaのゲート端子Gに印加されるゲート信号(制御信号)の電圧波形を示し、図4中の2段目は、スイッチ素子131gdのゲート端子Gに印加されるゲート信号(制御信号)の電圧波形を示している。図4では、図中左から右に向かって時の経過が示されている。図5は、図4中の四角枠αで囲んだ部分およびその前後の部分の電圧波形に基づく各スイッチ素子の状態を示している。
図4に示すように、時刻t0において、ブリッジ回路131のスイッチ素子131gb,131gdのそれぞれのゲート信号の電圧レベルがハイレベルであり、ブリッジ回路131のスイッチ素子131ga,131gcのそれぞれのゲート信号の電圧レベルがローレベルである。このため、ブリッジ回路131のスイッチ素子131ga,131gdがオン状態であり、スイッチ素子131gb,131gcがオフ状態である。また、エネルギー転送回路11のスイッチ素子111sのゲート信号の電圧レベルがローレベルであり、エネルギー転送回路11のスイッチ素子113sのゲート信号の電圧レベルがハイレベルである。このため、エネルギー転送回路11のスイッチ素子111sおよびスイッチ素子113sはいずれもオフ状態である。このため、容量性負荷8には、正の電圧が印加される。
時刻t0の後の時刻t1において、スイッチ素子131gaのゲート信号の電圧レベルがローレベルからハイレベルに移行し、スイッチ素子131gdのゲート信号の電圧レベルがハイレベルからローレベルに移行する。また、時刻t1において、その他のスイッチ素子131gb,131gc,111s,113sのそれぞれのゲート信号の電圧レベルは変化しない。これにより、スイッチ素子131ga,131gdはオフ状態からオン状態に移行する。一方、スイッチ素子131gb,131gcはオフ状態を維持する。このため、容量性負荷8には、正の電圧が印加された状態が維持される。
時刻t1の後の時刻t2において、スイッチ素子111sのゲート信号の電圧レベルがローレベルからハイレベルに移行し、その他のスイッチ素子131ga〜131gd,113sのそれぞれのゲート信号の電圧レベルは変化しない。これにより、スイッチ素子111sはオフ状態からオン状態に移行するので、閉回路111cの電流経路が確立される。一方、スイッチ素子113sはオフ状態を維持しているため、閉回路113cの電量経路は確立されない。さらに、スイッチ素子131ga〜131gdはオフ状態を維持しているので、容量性負荷8は、供給端17a,17aから電気的に切り離された状態が維持されている。その結果、時刻t2において、容量性負荷8からエネルギー転送回路11の誘導性素子115にエネルギーの転送が開始され、容量性負荷8に印加されている電圧が降下し始める。
時刻t2の後の時刻t3において、スイッチ素子131gbのゲート信号の電圧レベルがハイレベルからローレベルに移行し、スイッチ素子131gcのゲート信号の電圧レベルがローレベルからハイレベルに移行する。また、時刻t3において、その他のスイッチ素子131ga,131gd,111s,113sのそれぞれのゲート信号の電圧レベルは変化しない。これにより、スイッチ素子131gb,131gcはオフ状態からオン状態に移行する。一方、スイッチ素子131ga,131gdはオフ状態を維持する。このため、容量性負荷8の一端子がスイッチ素子131gcを介して供給端17bに接続され、容量性負荷8の他端子がスイッチ素子131gbを介して供給端17aに接続される。その結果、容量性負荷8には、電圧生成回路15から出力される電圧によって負の電圧が印加され、容量性負荷8に印加される電圧はさらに降下する。このように、駆動回路1は、容量性負荷8からエネルギー転送回路11にエネルギーを転送して容量性負荷8の印加電圧を降下している途中に電圧生成回路15の出力電圧を容量性負荷8に印加しても、転送中のエネルギーの逆流を発生させずに容量性負荷8を駆動できる。
時刻t3の後の時刻t4において、スイッチ素子111sのゲート信号の電圧レベルがハイレベルからローレベルに移行し、その他のスイッチ素子131ga〜131gd,113sのそれぞれのゲート信号の電圧レベルは変化しない。これにより、スイッチ素子111sはオン状態からオフ状態に移行するので、閉回路111cの電流経路が遮断される。一方、スイッチ素子113sはオフ状態を維持しているため、閉回路113cの電流経路は確立されない。さらに、スイッチ素子131gb,131gcはオン状態に維持している。このため、容量性負荷8の一端子に基準直流電位が印加され、容量性負荷8の他端子には正側直流電位が印加される。その結果、容量性負荷8の両端子間には、電圧生成回路15の出力電圧と同じ大きさの負の電圧の印加が維持される。
時刻t4の後の時刻t5において、スイッチ素子131gbのゲート信号の電圧レベルがローレベルからハイレベルに移行し、スイッチ素子131gcのゲート信号の電圧レベルがハイレベルからローレベルに移行する。また、時刻t5において、その他のスイッチ素子131ga,131gd,111s,113sのそれぞれのゲート信号の電圧レベルは変化しない。これにより、スイッチ素子131gb,131gcはオン状態からオフ状態に移行する。一方、スイッチ素子131ga,131gdはオフ状態を維持する。このため、容量性負荷8は、供給端17a,17bから電気的に切断されるが、容量性負荷8には、電圧生成回路15の出力電圧と同じ大きさの負の電圧の印加が維持される。
時刻t5の後の時刻t6において、スイッチ素子113sのゲート信号の電圧レベルがハイレベルからローレベルに移行し、その他のスイッチ素子131ga〜131gd,111sのそれぞれのゲート信号の電圧レベルは変化しない。これにより、スイッチ素子113sはオフ状態からオン状態に移行するので、閉回路113cの電流経路が確立される。一方、スイッチ素子111sはオフ状態を維持しているため、閉回路111cの電流経路は確立されない。さらに、スイッチ素子131ga〜131gdはオフ状態を維持しているので、容量性負荷8は、供給端17a,17aから電気的に切り離された状態が維持されている。その結果、時刻t6において、容量性負荷8からエネルギー転送回路11の誘導性素子115にエネルギーの転送が開始され、容量性負荷8に印加されている電圧が上昇し始める。
時刻t6の後の時刻t7において、スイッチ素子131gaのゲート信号の電圧レベルがハイレベルからローレベルに移行し、スイッチ素子131gdのゲート信号の電圧レベルがローレベルからハイレベルに移行する。また、時刻t7において、その他のスイッチ素子131gb,131gc,111s,113sのそれぞれのゲート信号の電圧レベルは変化しない。これにより、スイッチ素子131ga,131gdはオフ状態からオン状態に移行する。一方、スイッチ素子131gb,131gcはオフ状態を維持する。このため、容量性負荷8の一端子がスイッチ素子131gaを介して供給端17aに接続され、容量性負荷8の他端子がスイッチ素子131gdを介して供給端17bに接続される。その結果、容量性負荷8には、電圧生成回路15から出力される電圧によって正の電圧が印加され、容量性負荷8に印加される電圧はさらに上昇する。このように、駆動回路1は、容量性負荷8からエネルギー転送回路11にエネルギーを転送して容量性負荷8の印加電圧が上昇している途中に、電圧生成回路15の出力電圧を容量性負荷8に印加しても、転送中のエネルギーの逆流を発生させずに容量性負荷8を駆動できる。
時刻t7の後の時刻t8において、スイッチ素子113sのゲート信号の電圧レベルがローレベルからハイレベルに移行し、その他のスイッチ素子131ga〜131gd,111sのそれぞれのゲート信号の電圧レベルは変化しない。これにより、スイッチ素子113sはオン状態からオフ状態に移行するので、閉回路113cの電流経路が遮断される。一方、スイッチ素子111sはオフ状態を維持しているため、閉回路111cの電流経路は確立されない。さらに、スイッチ素子131ga,131gdはオン状態に維持している。このため、容量性負荷8の一端子に正側直流電位が印加され、容量性負荷8の他端子には基準直流電位が印加される。その結果、容量性負荷8の両端子間には、電圧生成回路15の出力電圧と同じ大きさの正の電圧の印加が維持される。駆動回路1は、時刻t0から時刻t8までの動作を繰り返すことによって、容量性負荷8に印加する電圧を極性反転して容量性負荷8を駆動する。
図5に示すように、エネルギー転送回路11のスイッチ素子111sがオン状態の期間は、エネルギー放電動作期間Td_onとなる。また、ブリッジ回路131のスイッチ素子131gbおよびスイッチ素子131gcがオン状態の期間は、容量性負荷8の駆動動作期間Tc_onとなる。上述のとおり、駆動回路1は、容量性負荷8からエネルギー転送回路11にエネルギーを転送中(エネルギーの放電中)に、容量性負荷8の駆動を開始できる。本実施形態では、エネルギー放電動作期間Td_onおよび容量性負荷8の駆動動作期間Tc_onが同時に動作する同時動作期間Tsが高精度に制御される必要はない。駆動回路1は、エネルギー放電動作期間Td_onに容量性負荷8の駆動動作期間Tc_onを開始すれば、容量性負荷8に印加される電圧を低電力で高速に反転できる。同時動作期間Tsの長短は、駆動回路1の低電力化や高速化にほとんど寄与しない。このように、本実施形態による駆動回路の制御方法は、容量性負荷の放電タイミングと駆動タイミングのタイミング誤差の許容を拡大することができる。
図4中に長方形枠βで囲んで示すように、容量性負荷8のエネルギー充電動作期間においても、図5に示す容量性負荷8のエネルギー放電動作期間Td_onと同様に、当該エネルギー充電動作期間に容量性負荷8の駆動動作期間を開始すれば、容量性負荷8に印加される電圧を低電力で高速に反転できる。
以上のように、本実施形態による駆動回路1の制御方法では、容量性負荷8に直列に接続された誘導性素子115と、容量性負荷8及び誘導性素子115の間で誘導性素子115に直列に接続されたダイオード111dと、容量性負荷8及び誘導性素子115の間でダイオード111dと直列に接続されたスイッチ素子111sとで構成された閉回路111c(図3参照)のスイッチ素子111sをオフ状態からオン状態に移行する(図4中に示す時刻t2参照)。その後、駆動回路1の制御方法では、閉回路111cを介して容量性負荷8に印加された電圧の極性を反転する(図4中に示す時刻t3参照)。その後、駆動回路1の制御方法では、スイッチ素子111sをオン状態からオフ状態に移行し(図4中に示す時刻t4参照)、容量性負荷8に印加されている電圧と同極性の交流電圧を制御回路13から印加する(図4中に示す時刻t4から時刻t5まで)。
駆動回路1の制御方法では、制御回路13から容量性負荷8に印加されている電圧と同極性の交流電圧を容量性負荷8に印加した後(図4中に示す時刻t5)に、誘導性素子115に直列かつダイオード111d及びスイッチ素子111sに並列に接続されて閉回路113cを構成し、互いに直列に接続されたダイオード113d及びスイッチ素子113s(図3参照)のスイッチ素子113sをオフ状態からオン状態に移行する(図4中に示す時刻t6)。その後、駆動回路1の制御方法では、閉回路113cを介して容量性負荷8に印加された電圧の極性を反転する(図4中に示す時刻t7参照)。その後、駆動回路1の制御方法では、スイッチ素子113sをオン状態からオフ状態に移行し(図4中に示す時刻t8参照)、容量性負荷8に印加されている電圧と同極性の交流電圧を制御回路13から印加する(図4中に示す時刻t8以降)。
以上説明したように、本実施形態による駆動回路1は、容量性負荷8への交流電圧の印加を制御する制御回路13を備えている。駆動回路1は、容量性負荷8とともに閉回路111cを構成する誘導性素子115と、容量性負荷8及び誘導性素子115の間で誘導性素子115に直列に接続されて閉回路111cを構成するダイオード111dと、容量性負荷8及び誘導性素子115の間でダイオード111dと直列に接続されて閉回路111cを構成するスイッチ素子111sとを備えている。
当該構成を備えた駆動回路1は、容量性負荷8からエネルギー転送回路11へのエネルギーの転送中に容量性負荷8を駆動(印加電圧を反転)できる。これにより、駆動回路1は、消費電力を低減することができる。また、駆動回路1を備える電子機器EDは、消費電力を低減することができる。
<2.第2実施形態>
本技術の第2実施形態による駆動回路、電子機器、および、駆動回路の制御方法について図6を用いて説明する。本実施形態による電子機器は、上記第1実施形態による電子機器EDと同様の構成を有し、同様の機能を発揮するため、説明は省略する。また、本実施形態による駆動回路は、上記第1実施形態による駆動回路1と同様の構成例を有するため、ブロック図の図示は省略する。さらに、本実施形態の駆動回路の構成要素に関し、上記第1実施形態による駆動回路と同一の作用・機能を奏する構成要素には、同一の符号を付してその説明は省略する。
[駆動回路の構成例]
図6は、本実施形態による駆動回路2の一構成例を示す回路図である。駆動回路2は、逆バイアスダイオードの接続が駆動回路1と異なる点に特徴を有している。
図6に示すように、駆動回路2は、上記第1実施形態による駆動回路1と同じ構成のエネルギー転送回路11および制御回路13を備えている。逆バイアスダイオード217(第一逆バイアスダイオード型素子の一例)は、容量性負荷8及び誘導性素子115の間と正側直流電位の供給端17aとの間に接続されて正側直流電位によって逆バイアスが印加されるようになっている。逆バイアスダイオード219(第二逆バイアスダイオード型素子の一例)は、容量性負荷8及び誘導性素子115の間と基準電流電位の供給端17bとの間に接続されて基準直流電位によって逆バイアスが印加されるようになっている。逆バイアスダイオード217,219は、例えばPN接合型ダイオードで構成されている。
逆バイアスダイオード217のカソード端子は、供給端17a、スイッチ素子131gaのソース端子Sおよびスイッチ素子131gbのソース端子に接続されている。逆バイアスダイオード217のアノード端子は、誘導性素子115の他端子、ダイオード111dのアノード端子、ダイオード113dのカソード端子及び逆バイアスダイオード219のカソード端子に接続されている。逆バイアスダイオード219のアノード端子は、供給端17b、スイッチ素子131gcのソース端子Sおよびスイッチ素子131gdのソース端子に接続されている。
本実施形態における閉回路111c及び閉回路113cは、上記第1実施形態と同様に供給端17a及び供給端17bに直結されていない。このため、駆動回路2は、容量性負荷8を駆動する際に、容量性負荷8からエネルギー転送回路11へのエネルギーの転送損失を低減することができる。これにより、駆動回路1は、容量性負荷8の駆動時の消費電力の低減を図ることができる。
また、閉回路111c,113cが電圧生成回路15の出力端子やグランド端子などの定電圧部に直結されないことによって、上記第1実施形態と同様に、容量性負荷8の両端子間の電圧が供給端17aおよび供給端17bの電位差から外れてしまう可能性がある。しかしながら、駆動回路2は、エネルギー転送回路11に接続された逆バイアスダイオード217および逆バイアスダイオード219を備えている。これにより、閉回路111cおよび閉回路113cのそれぞれにおいて、容量性負荷8および誘導性素子115が互いに接続されていない方の端子間(すなわち容量性負荷8および誘導性素子115のそれぞれの他端子間)が逆バイアスダイオード217および供給端17aを介して電圧生成回路15の出力端子に電気的に接続される。さらに、閉回路111cおよび閉回路113cのそれぞれにおいて、容量性負荷8および誘導性素子115が互いに接続されていない方の端子間(すなわち容量性負荷8および誘導性素子115のそれぞれの他端子間)が逆バイアスダイオード119および供給端17bを介し基準電流電位の供給部(グランド端子)に電気的に接続される。これにより、駆動回路2は、容量性負荷8が充放電を繰り返しても、容量性負荷8の両端子間の電圧が供給端17aおよび供給端17bの電位差から外れてしまうことが防止される。
[駆動回路の制御方法]
駆動回路2は、上記第1実施形態による駆動回路1と同じ構成のブリッジ回路131およびエネルギー転送回路11を備えている。このため、駆動回路2の制御方法は、上記第1実施形態による駆動回路1の制御方法と同様であるため、その説明は省略する。
以上説明したように、本実施形態による駆動回路、上記第1実施形態による駆動回路、電子機器および駆動回路の制御方法と同様の効果が得られる。
<3.第3実施形態>
本技術の第3実施形態による駆動回路、電子機器、および、駆動回路の制御方法について図7を用いて説明する。本実施形態による電子機器は、上記規第1実施形態による電子機器EDと同様の構成を有し、同様の機能を発揮するため、説明は省略する。また、本実施形態による駆動回路は、上記第1実施形態による駆動回路1と同様の構成例を有するため、ブロック図の図示は省略する。さらに、本実施形態の駆動回路の構成要素に関し、上記第1実施形態による駆動回路と同一の作用・機能を奏する構成要素には、同一の符号を付してその説明は省略する。
[駆動回路の構成例]
図7に示すように、本実施形態による駆動回路3は、容量性負荷8への交流電圧の印加を制御する制御回路13を備えている。駆動回路3は、容量性負荷8とともに閉回路311c(第一閉回路の一例)を構成する誘導性素子115を備えている。駆動回路3は、容量性負荷8及び誘導性素子115の間で誘導性素子115に直列に接続されて閉回路311cを構成するダイオード311d(第一ダイオード型素子の一例)を備えている。ダイオード311dは、例えばPN接合型ダイオードで構成されている。駆動回路3は、容量性負荷8及び誘導性素子115の間でダイオード311dと直列に接続されて閉回路311cを構成するスイッチ素子311s(第一スイッチ素子の一例)を備えている。スイッチ素子311sは、例えばP型の電界効果トランジスタで構成されている。
より具体的には、誘導性素子115の一端子は、容量性負荷8の一端子に接続されている。誘導性素子115の他端子は、スイッチ素子311sのドレイン端子Dに接続されている。スイッチ素子311sのソース端子Sは、ダイオード311dのアノード端子に接続されている。ダイオード311dのカソード端子は、容量性負荷8の他端子に接続されている。これにより、誘導性素子115、スイッチ素子311s、ダイオード311dおよび容量性負荷8によって電流の流れる電流経路が確立され、閉回路311cが構成される。
図7に示すように、駆動回路3は、誘導性素子115に直列かつダイオード311d及びスイッチ素子311sに並列に接続されて閉回路313c(第二閉回路の一例)を構成するダイオード313d(第二ダイオード型素子の一例)を備えている。ダイオード313dは、例えばPN接合型ダイオードで構成されている。駆動回路3は、ダイオード313dに直列かつダイオード311d及びスイッチ素子311sに並列に接続されて閉回路313cを構成するスイッチ素子313s(第二スイッチ素子の一例)を備えている。スイッチ素子313sは、例えばP型の電界効果トランジスタで構成されている。
より具体的には、ダイオード313dのカソード端子は、誘導性素子115の他端子およびダイオード311dのカソード端子に接続されている。ダイオード313dのアノード端子は、スイッチ素子313sのドレイン端子Dに接続されている。スイッチ素子313sのソース端子Sは、ダイオード311dのカソード端子および容量性負荷8の他端子に接続されている。これにより、誘導性素子115、ダイオード313d、スイッチ素子313sおよび容量性負荷8によって電流の流れる電流経路が確立され、閉回路313cが構成される。
図7に示すように、駆動回路3は、誘導性素子115、ダイオード311d及びスイッチ素子311sで構成されて容量性負荷8に蓄積されているエネルギーを転送するエネルギー転送部311(第一エネルギー転送部の一例)を備えている。駆動回路3は、誘導性素子115、ダイオード313dおよびスイッチ素子313sで構成されて容量性負荷8に蓄積されているエネルギーを転送するエネルギー転送部313(第二エネルギー転送部の一例)を備えている。駆動回路3は、エネルギー転送部311およびエネルギー転送部313を有するエネルギー転送回路31を備えている。
エネルギー転送部311は、容量性負荷8の一端子から容量性負荷8の他端子に向かって順方向となるダイオード311dを有している。エネルギー転送部313は、容量性負荷8の他端子から容量性負荷8の一端子に向かって順方向となるダイオード313dを有している。また、制御信号生成部133の制御信号を出力する複数(本実施形態では6個)の出力端子のうちの2個の端子は、スイッチ素子311sおよびスイッチ素子313sのそれぞれのゲート端子Gに1対1の関係で接続されている。このため、制御回路13は、スイッチ素子311sおよびスイッチ素子313sのオン/オフ状態を独立して制御することができる。
このため、正の直流電圧に基づくエネルギーが容量性負荷8に蓄積されている場合、エネルギー転送回路31は、スイッチ素子311sをオン状態とし、かつスイッチ素子313sをオフ状態とするように制御回路13によって制御される。その結果、閉回路311cに電流経路が確立されるので、容量性負荷8に蓄積されたエネルギーは閉回路311cによって誘導性素子115に転送され、容量性負荷8の両端に印加された直流電圧は降圧される。
一方、負の直流電圧に基づくエネルギーが容量性負荷8に蓄積されている場合、エネルギー転送回路31は、スイッチ素子311sをオフ状態とし、かつスイッチ素子313sをオン状態とするように制御回路13によって制御される。その結果、閉回路313cに電流経路が確立されるので、容量性負荷8に蓄積されたエネルギーは閉回路313cによって誘導性素子115に転送され、容量性負荷8の両端に印加された直流電圧は昇圧される。
図7に示すように、駆動回路3は、容量性負荷8及び誘導性素子115の間と、正側直流電位(第一直流電位の一例)の供給端17a(第一供給端の一例)との間に接続された逆バイアスダイオード317(第一逆バイアスダイオード型素子の一例)を備えている。逆バイアスダイオード317は、例えばPN接合型ダイオードで構成されている。逆バイアスダイオード317のカソード端子は、正側直流電位が出力される供給端17a、スイッチ素子131gaのソース端子Sおよびスイッチ素子131gbのソース端子Sに接続されている。逆バイアスダイオード317のアノード端子は、スイッチ素子311sのドレイン端子Dおよびダイオード313dのカソード端子に接続されている。正側直流電位は、電圧生成回路15が生成した電圧のハイレベル側の電位である。供給端17aは、制御回路13を介して電圧生成回路15が生成した電圧を容量性負荷8に供給するための端子である。このため、逆バイアスダイオード317には、正側直流電位によって逆バイアスが印加されるようになっている。
駆動回路3は、容量性負荷8及び誘導性素子115の間と、基準直流電位(第二直流電位の一例)の供給端17b(第二供給端の一例)との間に接続された逆バイアスダイオード319(第二逆バイアスダイオード型素子の一例)を備えている。逆バイアスダイオード319は、例えばPN接合型ダイオードで構成されている。逆バイアスダイオード319のアノード端子は、基準電流電位の供給端17b、スイッチ素子131gcのソース端子およびスイッチ素子131gdのソース端子Sに接続されている。逆バイアスダイオード319のカソード端子は、逆バイアスダイオード317のアノード端子、スイッチ素子311sのドレイン端子Dおよびダイオード313dのカソード端子に接続されている。基準電流電位の供給端17bはグランド端子である。このため、逆バイアスダイオード317には、基準直流電位によって逆バイアスが印加されるようになっている。
本実施形態における閉回路311c及び閉回路313cは、上記第1実施形態と同様に供給端17a及び供給端17bに直結されていない。このため、駆動回路3は、容量性負荷8を駆動する際に、容量性負荷8からエネルギー転送回路31へのエネルギーの転送損失を低減することができる。これにより、駆動回路3は、容量性負荷8の駆動時の消費電力の低減を図ることができる。
また、閉回路311c,313cが電圧生成回路15の出力端子やグランド端子などの定電圧部に直結されないことによって、上記第1実施形態と同様に、容量性負荷8の両端子間の電圧が供給端17aおよび供給端17bの電位差から外れてしまう可能性がある。しかしながら、駆動回路3は、エネルギー転送回路31に接続された逆バイアスダイオード317および逆バイアスダイオード319を備えている。これにより、閉回路311cおよび閉回路313cのそれぞれにおいて、容量性負荷8および誘導性素子115が互いに接続されていない方の端子間(すなわち容量性負荷8および誘導性素子115のそれぞれの他端子間)が逆バイアスダイオード317および供給端17aを介して電圧生成回路15の出力端子に電気的に接続される。さらに、閉回路311cおよび閉回路313cのそれぞれにおいて、容量性負荷8および誘導性素子115が互いに接続されていない方の端子間(すなわち容量性負荷8および誘導性素子115のそれぞれの他端子間)が逆バイアスダイオード319および供給端17bを介して基準電流電位の供給部(グランド端子)に電気的に接続される。これにより、駆動回路3は、容量性負荷8が充放電を繰り返しても、容量性負荷8の両端子間の電圧が供給端17aおよび供給端17bの電位差から外れてしまうことが防止される。
[駆動回路の制御方法]
駆動回路3は、P型の電界効果トランジスタで構成されたスイッチ素子311sをエネルギー転送部311に有している。これに対し、上記第1実施形態による駆動回路1は、N型の電界効果トランジスタで構成されたスイッチ素子111sをエネルギー転送部111に有している。このため、本実施形態による駆動回路3の制御方法は、スイッチ素子311sのゲート信号が上記第1実施形態による駆動回路1の制御方法におけるスイッチ素子111sのゲート信号(図4参照)と異なる。具体的には、スイッチ素子311sのゲート信号は、スイッチ素子111sのゲート信号と反転タイミングは同一であるが電圧レベルは逆転した信号となる。図4を参照して説明すると、スイッチ素子311sのゲート信号は、時刻t0から時刻t2までハイレベルであり、時刻t2から時刻t4までローレベルであり、時刻t4以降がハイレベルである電圧波形となる。これにより、駆動回路3に設けられたエネルギー転送部311は、駆動回路1に設けられたエネルギー転送部111と同様に動作することができる。その結果、駆動回路3は、駆動回路1と同様に制御されることができる。
以上説明したように、本実施形態による駆動回路、電子機器および駆動回路の制御方法は、上記第1実施形態および上記第2実施形態による駆動回路、電子機器および駆動回路の制御方法と同様の効果が得られる。
(駆動回路の制御方法の変形例)
次に、第1実施形態から第3実施形態による駆動回路に適用可能な駆動回路の制御方法の変形例について図8Aおよび図8Bを用いて説明する。図8Aおよび図8Bは、本変形例を説明するための制御波形の一例を示す図である。図8Aは、本変形例による駆動回路の制御方法を適用した場合の制御波形の一例を示している。図8Bは、本変形例による駆動回路の制御方法を適用していない場合の比較例の制御波形の一例を示している。図8A中および図8B中のそれぞれの上段には、駆動回路の制御信号の電圧波形が示され、下段には、駆動回路の制御信号の電流波形が示されている。図8A中および図8B中に示す「Vd」は、容量性負荷を駆動するための駆動電源の電圧波形を表している。図8A中および図8B中に示す「Vr」は、容量性負荷に印加される負荷電圧の電圧波形を表している。図8A中および図8B中に示す「Ir」は、容量性負荷に流れる負荷電流の電流波形を表している。なお、本変形例の説明において、図3に示す上記第1実施形態による駆動回路の参照符号を用いて説明する。
図8A中の上段に示すように、本変形例による駆動回路1の制御方法は、1回目の負荷電圧(交流電圧の一例)の電圧レベルを2回目以降の負荷電圧の電圧レベルよりも低くして容量性負荷に印加する。
ところで、容量性負荷に印加する電圧を反転するためには、容量性負荷にエネルギーが蓄積されている(電荷が充電されている)場合よりも容量性負荷にエネルギーが蓄積されていない(電荷が充電されていない)場合の方が大きい電流量が必要とされる。駆動回路が動作を開始する前では、容量性負荷にエネルギーが蓄積されていない。このため、駆動回路は、1回目の駆動によって容量性負荷を満充電するためには、目標とする電圧レベルの駆動電源を容量性負荷に印加するとともに満充電するために必要な電流を流す必要がある。そうすると、図8B中の上段に示すように、目標とする電圧レベルの駆動電源Vdによって、容量性負荷に印加される負荷電圧Vrは1回目の駆動時に目標の電圧レベルとなる。しかしながら、図8B中の下段に円形枠εで囲んで示すように、1回目の駆動時の負荷電流Irは、2回目以降の負荷電流Irよりも3倍程度の電流量となる。これにより、駆動回路は、消費電力が増加するとともに、高耐圧のスイッチ素子やダイオードで構成する必要が生じる。
これに対し、図8A中に駆動電源Vdで示すように、本変形例による駆動回路1は、駆動回路1の動作開始前に、容量性負荷8を駆動するための駆動電源(すなわち電圧生成回路15の出力電圧)が容量性負荷8を駆動する目標の駆動電圧よりも低い電圧レベル(例えば当該駆動電圧の電圧レベルの2/3)に設定される。さらに、本変形例による駆動回路1は、動作開始後に、容量性負荷8を駆動するための駆動電源の電圧レベルが目標の駆動電源の電圧レベルに徐々に近づくように設定される。
これにより、図8A中の上段に示すように、容量性負荷8の負荷電圧Vrは、駆動回路1の動作開始から数回(本変形例では4回)の反転動作において目標の電圧レベルに到達しない。しかしながら、図8A中の下段に円形枠γで囲んで示すように、1回目の駆動時の負荷電流Irは、2回目以降の負荷電流Irと同程度の電流量となる。これにより、駆動回路1は、消費電力の低減と、スイッチ素子111sやダイオード111dなどの構成部品の低耐圧化とを図ることができる。
<4.第4実施形態>
本技術の第4実施形態による駆動回路、電子機器、および、駆動回路の制御方法について図9から図11を用いて説明する。本実施形態による電子機器は、複数の容量性負荷を駆動できる点を除いて、上記第1実施形態による電子機器EDと同様の構成を有し、同様の機能を発揮するため、説明は省略する。なお、本実施形態では、電子機器に設けられたバッテリは、上記第1実施形態による電子機器EDに設けられた「バッテリ9」を用いて説明する。
[駆動回路の構成例]
図9は、本技術の第4実施形態による駆動回路4の一構成例を示すブロック図である。
図9に示すように、駆動回路4は、バッテリ9(図9では不図示)に接続された電圧生成回路45と、駆動信号Sd4が入力される制御回路43(第一制御回路の一例)とを有している。駆動回路4は、駆動信号Sd5が入力される制御回路53(第二制御回路の一例)および駆動信号Sd6が入力される制御回路63(第二制御回路の一例)を有している。駆動回路4は、電圧生成回路45および制御回路43に接続されたエネルギー転送回路41と、電圧生成回路45および制御回路53に接続されたエネルギー転送回路51と、電圧生成回路45および制御回路63に接続されたエネルギー転送回路61とを有している。エネルギー転送回路41には、容量性負荷84(第一容量性負荷の一例)が接続されている。エネルギー転送回路51には、容量性負荷85(第二容量性負荷の一例)が接続されている。エネルギー転送回路61には、容量性負荷86(第二容量性負荷の一例)が接続されている。
電圧生成回路45は、バッテリ9から入力される直流電圧(例えば3.5V)を昇圧し、昇圧した直流電圧(例えば5Vから15V)をエネルギー転送回路41,51,61に出力するようになっている。電圧生成回路45は、出力電圧を所定範囲で変更可能な直流−直流(DC−DC)電圧変換回路で構成されている。
制御回路43は、容量性負荷84への交流電圧の印加を制御する回路である。制御回路43は、外部から入力される駆動信号Sd4に基づいて、エネルギー転送回路41を制御する制御信号を生成するようになっている。制御回路53は、容量性負荷85への交流電圧の印加を制御する回路である。制御回路53は、外部から入力される駆動信号Sd5に基づいて、エネルギー転送回路51を制御する制御信号を生成するようになっている。制御回路63は、容量性負荷86への交流電圧の印加を制御する回路である。制御回路63は、外部から入力される駆動信号Sd6に基づいて、エネルギー転送回路61を制御する制御信号を生成するようになっている。制御回路43,53,63の詳細は後述する。
エネルギー転送回路41は、容量性負荷84が駆動される際に容量性負荷84に蓄積されたエネルギーを誘導性素子415に転送する回路である。駆動回路4は、電圧生成回路45から電力を供給して容量性負荷84を駆動するようになっている。エネルギー転送回路51は、容量性負荷85が駆動される際に容量性負荷85に蓄積されたエネルギーを誘導性素子415に転送する回路である。駆動回路4は、電圧生成回路45から電力を供給して容量性負荷85を駆動するようになっている。エネルギー転送回路61は、容量性負荷86が駆動される際に容量性負荷86に蓄積されたエネルギーを誘導性素子415に転送する回路である。駆動回路4は、電圧生成回路45から電力を供給して容量性負荷86を駆動するようになっている。詳細は後述するが、駆動回路4は、容量性負荷84,85,86を独立して駆動する際に、エネルギー転送回路41,51,61によって容量性負荷84,85,86を独立して充放電しながら電圧生成回路45から電力を供給できる。これにより、駆動回路4は、低消費電力化を図ることができる。また、駆動回路4は、容量性負荷84,85,86に蓄積されたエネルギーを転送する誘導性素子をエネルギー転送回路41,51,61で共有するように構成されている。電界効果トランジスタやダイオードはIC化することが容易であるが、マイクロヘンリー(μH)オーダーの誘導性素子は、IC化することが極めて困難である。本実施形態による駆動回路4では、誘導性素子をエネルギー転送回路41,51,61で共有することにより、誘導性素子を外付けで設けても駆動回路4の大型化を防止できる。
次に、本実施形態による駆動回路4の具体的な回路構成について図10を用いて説明する。図10は、駆動回路4の一構成例を示す回路図である。
図10に示すように、駆動回路4は、容量性負荷84への交流電圧の印加を制御する制御回路43を備えている。駆動回路4は、容量性負荷84とともに閉回路411c(第一閉回路の一例)を構成する誘導性素子415を備えている。駆動回路4は、容量性負荷84及び誘導性素子415の間で誘導性素子415に直列に接続されて閉回路411cを構成するダイオード411d(第一ダイオード型素子の一例)を備えている。ダイオード411dは、例えばPN接合型ダイオードで構成されている。駆動回路4は、容量性負荷84及び誘導性素子415の間でダイオード411dと直列に接続されて閉回路411cを構成するスイッチ素子411s(第一スイッチ素子の一例)を備えている。スイッチ素子411sは、例えばP型の電界効果トランジスタで構成されている。
より具体的には、誘導性素子415の一端子は、切断スイッチ素子46a,46b(詳細は後述)を介して容量性負荷84の一端子に接続されている。誘導性素子415の他端子は、ダイオード411dのアノード端子に接続されている。ダイオード411dのカソード端子は、スイッチ素子411sのソース端子Sに接続されている。スイッチ素子411sのドレイン端子Dは、容量性負荷84の他端子に接続されている。これにより、容量性負荷84、切断スイッチ素子46a,46b誘導性素子415、ダイオード411dおよびスイッチ素子411sによって電流の流れる電流経路が確立され、閉回路411cが構成される。
図10に示すように、駆動回路4は、誘導性素子415に直列かつダイオード411d及びスイッチ素子411sに並列に接続されて閉回路413c(第二閉回路の一例)を構成するダイオード413d(第二ダイオード型素子の一例)を備えている。ダイオード413dは、例えばPN接合型ダイオードで構成されている。駆動回路4は、ダイオード413dに直列かつダイオード411d及びスイッチ素子411sに並列に接続されて閉回路413cを構成するスイッチ素子413s(第二スイッチ素子の一例)を備えている。スイッチ素子413sは、例えばP型の電界効果トランジスタで構成されている。
より具体的には、ダイオード413dのカソード端子は、誘導性素子415の他端子およびダイオード411dのアノード端子に接続されている。ダイオード413dのアノード端子は、スイッチ素子413sのドレイン端子Dに接続されている。スイッチ素子413sのソース端子Sは、スイッチ素子411sのドレイン端子Dおよび容量性負荷84の他端子に接続されている。これにより、容量性負荷84、スイッチ素子413s、ダイオード413d、誘導性素子415および切断スイッチ素子46a,46bによって電流の流れる電流経路が確立され、閉回路413cが構成される。
図10に示すように、駆動回路4に備えられた制御回路43は、複数(本実施形態では4個)のスイッチ素子431ga〜431gdを有するスイッチ素子群431g(第一スイッチ素子群の一例)で構成されて容量性負荷84の両端に接続されたブリッジ回路431(第一ブリッジ回路の一例)を有している。また、制御回路43は、複数のスイッチ素子431ga〜431gd、スイッチ素子411s及びスイッチ素子413sのスイッチングを制御する制御信号を生成する制御信号生成部433(第一制御信号生成部)を有している。
ブリッジ回路431は、正側直流電位(第一直流電位の一例)の供給端174a(第一供給端の一例)と、基準直流電位(第二直流電位の一例)の供給端174b(第二供給端の一例)との間に接続されている。正側直流電位は、電圧生成回路45が生成した電圧のハイレベル側の電位である。基準直流電位の供給端174bはグランド端子である。電圧生成回路45の基準電位端子は当該グランド端子に接続されている。電圧生成回路45が生成する電圧は、正側直流電位と基準直流電位との電位差に相当する。このため、ブリッジ回路431の両端には、電圧生成回路45が生成した電圧が印加される。
制御回路43は、供給端174aおよび供給端174bの間に設けられたコンデンサ435を有している。コンデンサ435の一方の電極は供給端174aに接続され、コンデンサ435の他方の電極は供給端174bに接続されている。コンデンサ435は、電圧生成回路45から出力される電圧の変動を防止するために設けられている。これにより、ブリッジ回路431の両端には、ほぼ一定の電圧が供給される。
ブリッジ回路431は、4個のスイッチ素子431ga〜431gdで構成されたフルブリッジ回路の構成を有している。スイッチ素子431gaおよびスイッチ素子431gbは、例えばP型の電界効果トランジスタで構成されている。スイッチ素子431gcおよびスイッチ素子431gdは、例えばN型の電界効果トランジスタで構成されている。
スイッチ素子431gaのソース端子Sは、供給端174aおよびスイッチ素子431gbのソース端子Sに接続されている。スイッチ素子431gaのドレイン端子Dは、スイッチ素子431gcのドレイン端子Dに接続されている。スイッチ素子431gbのドレイン端子Dは、スイッチ素子431gdのドレイン端子Dに接続されている。スイッチ素子431gcのソース端子Sおよびスイッチ素子431gdのソース端子Sは、供給端174bに接続されている。
スイッチ素子431gaのドレイン端子Dおよびスイッチ素子431gcのドレイン端子Dは、容量性負荷84の一端子および切断スイッチ素子46a,46bのソース端子Sに接続されている。スイッチ素子431gaのドレイン端子Dおよびスイッチ素子431gcのドレイン端子Dは、切断スイッチ素子46a,46bを介して誘導性素子415の一端子に接続されている。スイッチ素子431gbのドレイン端子Dおよびスイッチ素子431gdのドレイン端子Dは、容量性負荷84の他端子並びにスイッチ素子411sのソース端子Sおよびスイッチ素子413sのソース端子Sに接続されている。
このため、スイッチ素子431gaおよびスイッチ素子431gdがオン状態であり、かつスイッチ素子431gbおよびスイッチ素子431gcがオフ状態の場合には、容量性負荷84の一端子はスイッチ素子431gaを介して供給端174aに電気的に接続され、容量性負荷84の他端子はスイッチ素子431gdを介して供給端174bに接続される。これにより、スイッチ素子431ga,431gdがオン状態であり、かつスイッチ素子431gb,431gcがオフ状態の場合には、容量性負荷84の一端子には正側直流電位が印加され、容量性負荷84の他端子には負側直流電位が印加される。その結果、容量性負荷84の両端に印加される直流電圧は、正の電圧となる。
また、スイッチ素子431gaおよびスイッチ素子431gdがオフ状態であり、かつスイッチ素子431gbおよびスイッチ素子431gcがオン状態の場合には、容量性負荷84の一端子はスイッチ素子431gcを介して供給端174bに電気的に接続され、容量性負荷84の他端子はスイッチ素子431gbを介して供給端174aに接続される。これにより、スイッチ素子431ga,431gdがオフ状態であり、かつスイッチ素子431gb,431gcがオン状態の場合には、容量性負荷84の一端子には負側直流電位が印加され、容量性負荷84の他端子には正側直流電位が印加される。その結果、容量性負荷84の両端に印加される直流電圧は、負の電圧となる。
制御信号生成部433は、外部から入力される駆動信号Sd4に基づいて生成される複数の制御信号を出力する複数(本実施形態では8個)の出力端子を有している。制御信号生成部433の当該複数の出力端子のうちの4個の端子は、4個のスイッチ素子431ga〜431gdのそれぞれのゲート端子Gに1対1の関係で接続されている。このため、制御回路43は、4個のスイッチ素子431ga〜431gdのオン/オフ状態を独立して制御し、直流電圧の正負が反転する交流電圧を容量性負荷8の両端に印加できる。
図10に示すように、駆動回路4は、誘導性素子415、ダイオード411d及びスイッチ素子411sで構成されて容量性負荷84に蓄積されているエネルギーを転送するエネルギー転送部411(第一エネルギー転送部の一例)を備えている。駆動回路4は、誘導性素子415、ダイオード413dおよびスイッチ素子413sで構成されて容量性負荷84に蓄積されているエネルギーを転送するエネルギー転送部413(第二エネルギー転送部の一例)を備えている。駆動回路4は、エネルギー転送部411およびエネルギー転送部413を有するエネルギー転送回路41を備えている。
エネルギー転送部411は、容量性負荷84の一端子から容量性負荷84の他端子に向かって順方向となるダイオード411dを有している。エネルギー転送部413は、容量性負荷84の他端子から容量性負荷84の一端子に向かって順方向となるダイオード413dを有している。また、制御信号生成部433の制御信号を出力する複数の出力端子の残余の4個のうちの2個の端子は、スイッチ素子411sおよびスイッチ素子413sのそれぞれのゲート端子Gに1対1の関係で接続されている。このため、制御回路43は、スイッチ素子411sおよびスイッチ素子413sのオン/オフ状態を独立して制御することができる。
このため、正の直流電圧に基づくエネルギーが容量性負荷84に蓄積されている場合、エネルギー転送回路41は、スイッチ素子411sをオン状態とし、かつスイッチ素子413sをオフ状態とするように制御回路43によって制御される。その結果、閉回路411cに電流経路が確立されるので、容量性負荷84に蓄積されたエネルギーは閉回路411cによって誘導性素子415に転送され、容量性負荷84の両端に印加された直流電圧は降圧される。
一方、負の直流電圧に基づくエネルギーが容量性負荷84に蓄積されている場合、エネルギー転送回路41は、スイッチ素子411sをオフ状態とし、かつスイッチ素子413sをオン状態とするように制御回路43によって制御される。その結果、閉回路413cに電流経路が確立されるので、容量性負荷84に蓄積されたエネルギーは閉回路413cによって誘導性素子415に転送され、容量性負荷84の両端に印加された直流電圧は昇圧される。
図10に示すように、駆動回路4は、容量性負荷84及び誘導性素子415の間と、正側直流電位(第一直流電位の一例)の供給端174a(第一供給端の一例)との間に接続された逆バイアスダイオード417a,417b(第一逆バイアスダイオード型素子の一例)を備えている。逆バイアスダイオード417aおよび逆バイアスダイオード417bのそれぞれのカソード端子は、正側直流電位が出力される供給端174aに接続されている。逆バイアスダイオード417aのアノード端子は、誘導性素子415の他端子、ダイオード411dのアノード端子およびダイオード413dのカソード端子に接続されている。逆バイアスダイオード417bのアノード端子は、誘導性素子415の一端子、切断スイッチ素子46aのドレイン端子Dおよび切断スイッチ素子46bのソース端子Sに接続されている。正側直流電位は、電圧生成回路45が生成した電圧のハイレベル側の電位である。供給端174aは、制御回路43を介して電圧生成回路45が生成した電圧を容量性負荷84に供給するための端子である。このため、逆バイアスダイオード417a,417bには、正側直流電位によって逆バイアスが印加されるようになっている。
駆動回路4は、容量性負荷84及び誘導性素子415の間と、基準直流電位(第二直流電位の一例)の供給端174b(第二供給端の一例)との間に接続された逆バイアスダイオード419a,419b(第二逆バイアスダイオード型素子の一例)を備えている。逆バイアスダイオード419aおよび逆バイアスダイオード419bのそれぞれのアノード端子は、基準電流電位の供給端174bに接続されている。逆バイアスダイオード419aのカソード端子は、誘導性素子415の他端子、ダイオード411dのアノード端子およびダイオード413dのカソード端子に接続されている。逆バイアスダイオード419bのカソード端子は、誘導性素子415の一端子、逆バイアスダイオード417bのアノード端子、切断スイッチ素子46aのドレイン端子Dおよび切断スイッチ素子46bのソース端子Sに接続されている。基準電流電位の供給端174bはグランド端子である。このため、逆バイアスダイオード419,419bには、基準直流電位によって逆バイアスが印加されるようになっている。
ところで、閉回路411c及び閉回路413cは、供給端174a及び供給端174bに直結されていない。このため、駆動回路4は、容量性負荷84から電圧生成回路45や基準電流電位の供給端174b(グランド端子)に電流が流れる経路を有していない。このため、駆動回路4は、容量性負荷84からエネルギー転送回路41にエネルギーを転送する際に、容量性負荷84に蓄積されているエネルギーが電圧生成回路45やグランド端子に放電することが防止される。このため、駆動回路4は、容量性負荷84を駆動する際に、容量性負荷84からエネルギー転送回路41へのエネルギーの転送損失を低減することができる。これにより、駆動回路4は、容量性負荷84の駆動時の消費電力の低減を図ることができる。
しかしながら、閉回路411c,413cが電圧生成回路45の出力端子やグランド端子などの定電圧部に直結されないことによって、容量性負荷84が充放電を繰り返しているうちに容量性負荷84の両端子間の電圧が供給端174aおよび供給端174bの電位差から外れてしまう可能性がある。ところが、駆動回路4は、上述のとおり、エネルギー転送回路41に接続された逆バイアスダイオード417a,417bおよび逆バイアスダイオード419a,419bを有している。これにより、閉回路411cにおいて容量性負荷84および誘導性素子415が切断スイッチ素子46a,46bを介して互いに接続されていない方の端子間(すなわち容量性負荷84および誘導性素子415のそれぞれの他端子間)が逆バイアスダイオード417aおよび供給端174aを介して電圧生成回路45の出力端子に電気的に接続される。同様に、閉回路413cにおいて容量性負荷84および誘導性素子415が互いに接続されていない方の端子間(すなわち容量性負荷84および誘導性素子415のそれぞれの他端子間)が逆バイアスダイオード419aおよび供給端174bを介し基準電流電位の供給部(グランド端子)に電気的に接続される。これにより、駆動回路4は、容量性負荷84が充放電を繰り返しても、容量性負荷84の両端子間の電圧が供給端174aおよび供給端174bの電位差から外れてしまうことが防止される。
駆動回路4は、容量性負荷84及び誘導性素子415の間で容量性負荷84及び誘導性素子415に直列に接続されて閉回路411c及び閉回路413cから誘導性素子415を電気的に切断する切断スイッチ素子46a,46b(第一切断スイッチ素子の一例)を備えている。切断スイッチ素子46aおよび切断スイッチ素子46bはいずれも、例えばP型の電界効果トランジスタで構成されている。切断スイッチ素子46aのソース端子Sは、容量性負荷84の一端子および切断スイッチ素子46bのドレイン端子Dに接続されている。切断スイッチ素子46aのドレイン端子Dは、誘導性素子415の一端子および切断スイッチ素子46bのソース端子Sに接続されている。切断スイッチ素子46aおよび切断スイッチ素子46bのそれぞれのゲート端子Gは、制御信号生成部433の制御信号を出力する複数の出力端子の残余(2個)の端子に1対1の関係で接続されている。このため、制御回路43は、切断スイッチ素子46aおよび切断スイッチ素子46bのオン/オフ状態を独立して制御することができる。
上述のとおり、誘導性素子415は、エネルギー転送回路41、エネルギー転送回路51およびエネルギー転送回路61で共有されている。このため、駆動回路4は、エネルギー転送回路41によって容量性負荷84からエネルギーを誘導性素子415に転送している場合には、エネルギー転送回路51,61のそれぞれに接続された切断スイッチ素子(詳細は後述)を全てオフ状態に設定する。これにより、駆動回路4は、エネルギー転送回路51,61を誘導性素子415から電気的に切り離し、エネルギー転送回路41による容量性負荷84から誘導性素子415へのエネルギーの転送に不具合が発生することを防止できる。
正の直流電圧に基づくエネルギーが容量性負荷84に蓄積されている場合、制御回路43は、切断スイッチ素子46aがオン状態となり、切断スイッチ素子46bがオフ状態となるように制御する。これにより、容量性負荷84、切断スイッチ素子46a、誘導性素子415、ダイオード411dおよびスイッチ素子411sが電気的に接続され、閉回路411cに電流経路が確立される。このため、容量性負荷84に蓄積されたエネルギーは閉回路411cによって誘導性素子415に転送される。負の直流電圧に基づくエネルギーが容量性負荷84に蓄積されている場合、制御回路43は、切断スイッチ素子46aがオフ状態となり、切断スイッチ素子46bがオン状態となるように制御する。これにより、容量性負荷84、スイッチ素子413s、ダイオード413d、誘導性素子415および切断スイッチ素子46bが電気的に接続され、閉回路413cに電流経路が確立される。このため、容量性負荷84に蓄積されたエネルギーは閉回路413cによって誘導性素子415に転送される。
次に、駆動回路4に備えられたエネルギー転送回路51および制御回路53について説明する。
図10に示すように、駆動回路4は、容量性負荷85への交流電圧の印加を制御する制御回路53を備えている。駆動回路4は、容量性負荷85及び誘導性素子415の間で誘導性素子415に直列に接続されて閉回路511c(第三閉回路の一例)を構成するダイオード511d(第三ダイオード型素子の一例)を備えている。ダイオード511dは、例えばPN接合型ダイオードで構成されている。駆動回路4は、容量性負荷85及び誘導性素子415の間でダイオード511dと直列に接続されて閉回路511cを構成するスイッチ素子511s(第三スイッチ素子の一例)を備えている。スイッチ素子511sは、例えばP型の電界効果トランジスタで構成されている。
駆動回路4は、誘導性素子415に直列かつダイオード511d及びスイッチ素子511sに並列に接続されて閉回路513c(第四閉回路の一例)を構成するダイオード513d(第四ダイオード型素子の一例)を備えている。ダイオード513dは、例えばPN接合型ダイオードで構成されている。駆動回路4は、ダイオード513dに直列かつダイオード511d及びスイッチ素子511sに並列に接続されて閉回路513cを構成するスイッチ素子513s(第四スイッチ素子の一例)を備えている。スイッチ素子513sは、例えばP型の電界効果トランジスタで構成されている。
駆動回路4に設けられた制御回路53は、複数(本実施形態では4個)のスイッチ素子531ga〜531gdを有するスイッチ素子群531g(第二スイッチ素子群の一例)で構成されて容量性負荷85の両端に接続されたブリッジ回路531(第二ブリッジ回路の一例)を有している。また、制御回路53は、複数のスイッチ素子531ga〜531gd、スイッチ素子511s及びスイッチ素子513sのスイッチングを制御する制御信号を生成する制御信号生成部533(第二制御信号生成部の一例)を有している。
ブリッジ回路531は、正側直流電位(第一直流電位の一例)の供給端175a(第一供給端の一例)と、基準直流電位(第二直流電位の一例)の供給端175b(第二供給端の一例)との間に接続されている。正側直流電位は、電圧生成回路45が生成した電圧のハイレベル側の電位である。基準直流電位の供給端175bはグランド端子である。電圧生成回路45の基準電位端子は当該グランド端子に接続されている。電圧生成回路45が生成する電圧は、正側直流電位と基準直流電位との電位差に相当する。このため、ブリッジ回路531の両端には、電圧生成回路45が生成した電圧が印加される。
制御回路53は、供給端175aおよび供給端175bの間に設けられたコンデンサ535を有している。コンデンサ535の一方の電極は供給端175aに接続され、コンデンサ535の他方の電極は供給端175bに接続されている。コンデンサ535は、電圧生成回路45から出力される電圧の変動を防止するために設けられている。これにより、ブリッジ回路531の両端には、ほぼ一定の電圧が供給される。
ブリッジ回路531の構成は、ブリッジ回路431の構成と同様であるため、詳細な説明は省略する。すなわち、ブリッジ回路531は、ブリッジ回路431に設けられたスイッチ素子431gaをスイッチ素子531gaと、スイッチ素子431gbをスイッチ素子531gbと、スイッチ素子431gcをスイッチ素子531gcと、スイッチ素子431gdをスイッチ素子531gdと読み替え、供給端174aを供給端175aと、供給端174bを供給端175bと読み替え、容量性負荷84を容量性負荷85と読み替え、制御信号生成部433を制御信号生成部533と読み替えた場合のブリッジ回路431と同様の構成を有している。
図10に示すように、駆動回路4は、誘導性素子415、ダイオード511d及びスイッチ素子511sで構成されて容量性負荷85に蓄積されているエネルギーを転送するエネルギー転送部511(第三エネルギー転送部の一例)を備えている。駆動回路4は、誘導性素子415、ダイオード513d及びスイッチ素子513sで構成されて容量性負荷85に蓄積されたエネルギーを転送するエネルギー転送部513(第四エネルギー転送部の一例)備えている。駆動回路4は、エネルギー転送部511およびエネルギー転送部513を有するエネルギー転送回路51(第二エネルギー転送回路の一例)を備えている。
駆動回路4は、容量性負荷85及び誘導性素子415の間で容量性負荷85及び誘導性素子415に直列に接続されて閉回路511cから誘導性素子415を電気的に切断する切断スイッチ素子56a,56b(第二切断スイッチ素子の一例)を備えている。切断スイッチ素子56aおよび切断スイッチ素子56bはいずれも、例えばP型の電界効果トランジスタで構成されている。
エネルギー転送回路51および切断スイッチ素子56a,56bの構成は、エネルギー転送回路41および切断スイッチ素子46a,46bの構成と同様であるため、詳細な説明は省略する。すなわち、エネルギー転送回路51は、エネルギー転送回路41に設けられたスイッチ素子411sをスイッチ素子511sと、ダイオード411dをダイオード511dと、スイッチ素子413sをスイッチ素子513sと、ダイオード413dをダイオード513dと読み替え、容量性負荷84を容量性負荷85と読み替え、エネルギー転送部411をエネルギー転送部511と、エネルギー転送部413をエネルギー転送部513と読み替え、制御信号生成部433を制御信号生成部533と読み替えた場合のエネルギー転送回路41と同様の構成を有している。また、切断スイッチ素子56aは、容量性負荷84を容量性負荷85と読み替え、制御信号生成部433を制御信号生成部533と読み替えた場合の切断スイッチ素子46aと同様の構成を有している。切断スイッチ素子56bは、容量性負荷84を容量性負荷85と読み替え、制御信号生成部433を制御信号生成部533と読み替えた場合の切断スイッチ素子46bと同様の構成を有している。
次に、駆動回路4に備えられたエネルギー転送回路61および制御回路63について説明する。
図10に示すように、駆動回路4は、誘導性素子415とともに閉回路611c(第三閉回路の一例)を構成し容量性負荷86への交流電圧の印加を制御する制御回路63を備えている。駆動回路4は、容量性負荷86及び誘導性素子415の間で誘導性素子415に直列に接続されて閉回路611cを構成するダイオード611d(第三ダイオード型素子の一例)を備えている。ダイオード611dは、例えばPN接合型ダイオードで構成されている。駆動回路4は、容量性負荷86及び誘導性素子415の間でダイオード611dと直列に接続されて閉回路611cを構成するスイッチ素子611s(第三スイッチ素子の一例)を備えている。スイッチ素子611sは、例えばP型の電界効果トランジスタで構成されている。
駆動回路4は、誘導性素子415に直列かつダイオード611d及びスイッチ素子611sに並列に接続されて閉回路613c(第四閉回路の一例)を構成するダイオード613d(第四ダイオード型素子の一例)を備えている。ダイオード613dは、例えばPN接合型ダイオードで構成されている。駆動回路4は、ダイオード613dに直列かつダイオード611d及びスイッチ素子611sに並列に接続されて閉回路613cを構成するスイッチ素子613s(第四スイッチ素子の一例)を備えている。スイッチ素子613sは、例えばP型の電界効果トランジスタで構成されている。
駆動回路4に設けられた制御回路63は、複数(本実施形態では4個)のスイッチ素子631ga〜631gdを有するスイッチ素子群631g(第二スイッチ素子群の一例)で構成されて容量性負荷86の両端に接続されたブリッジ回路631(第二ブリッジ回路の一例)を有している。また、制御回路63は、複数のスイッチ素子631ga〜631gd、スイッチ素子611s及びスイッチ素子613sのスイッチングを制御する制御信号を生成する制御信号生成部633(第二制御信号生成部の一例)を有している。
ブリッジ回路631は、正側直流電位(第一直流電位の一例)の供給端176a(第一供給端の一例)と、基準直流電位(第二直流電位の一例)の供給端176b(第二供給端の一例)との間に接続されている。正側直流電位は、電圧生成回路45が生成した電圧のハイレベル側の電位である。基準直流電位の供給端176bはグランド端子である。電圧生成回路45の基準電位端子は当該グランド端子に接続されている。電圧生成回路45が生成する電圧は、正側直流電位と基準直流電位との電位差に相当する。このため、ブリッジ回路631の両端には、電圧生成回路45が生成した電圧が印加される。
制御回路63は、供給端176aおよび供給端176bの間に設けられたコンデンサ635を有している。コンデンサ635の一方の電極は供給端176aに接続され、コンデンサ635の他方の電極は供給端176bに接続されている。コンデンサ635は、電圧生成回路45から出力される電圧の変動を防止するために設けられている。これにより、ブリッジ回路631の両端には、ほぼ一定の電圧が供給される。
ブリッジ回路631の構成は、ブリッジ回路431の構成と同様であるため、詳細な説明は省略する。すなわち、ブリッジ回路631は、ブリッジ回路431に設けられたスイッチ素子431gaをスイッチ素子631gaと、スイッチ素子431gbをスイッチ素子631gbと、スイッチ素子431gcをスイッチ素子631gcと、スイッチ素子431gdをスイッチ素子631gdと読み替え、供給端174aを供給端176aと、供給端174bを供給端176bと読み替え、容量性負荷84を容量性負荷86と読み替え、制御信号生成部433を制御信号生成部633と読み替えた場合のブリッジ回路431と同様の構成を有している。
図10に示すように、駆動回路4は、誘導性素子415、ダイオード611d及びスイッチ素子611sで構成されて容量性負荷86に蓄積されているエネルギーを転送するエネルギー転送部611(第三エネルギー転送部の一例)を備えている。駆動回路4は、誘導性素子415、ダイオード613d及びスイッチ素子613sで構成されて容量性負荷86に蓄積されたエネルギーを転送するエネルギー転送部613(第四エネルギー転送部の一例)備えている。駆動回路4は、エネルギー転送部611およびエネルギー転送部613を有するエネルギー転送回路61(第二エネルギー転送回路の一例)を備えている。
駆動回路4は、容量性負荷86及び誘導性素子415の間で容量性負荷86及び誘導性素子415に直列に接続されて閉回路611cから誘導性素子415を電気的に切断する切断スイッチ素子66a,66b(第二切断スイッチ素子の一例)を備えている。切断スイッチ素子66aおよび切断スイッチ素子66bはいずれも、例えばP型の電界効果トランジスタで構成されている。
エネルギー転送回路61および切断スイッチ素子66a,66bの構成は、エネルギー転送回路41および切断スイッチ素子46a,46bの構成と同様であるため、詳細な説明は省略する。すなわち、エネルギー転送回路61は、エネルギー転送回路41に設けられたスイッチ素子411sをスイッチ素子611sと、ダイオード411dをダイオード611dと、スイッチ素子413sをスイッチ素子613sと、ダイオード413dをダイオード613dと読み替え、容量性負荷84を容量性負荷86と読み替え、エネルギー転送部411をエネルギー転送部611と、エネルギー転送部413をエネルギー転送部613と読み替え、制御信号生成部433を制御信号生成部633と読み替えた場合のエネルギー転送回路41と同様の構成を有している。また、切断スイッチ素子66aは、容量性負荷84を容量性負荷86と読み替え、制御信号生成部433を制御信号生成部633と読み替えた場合の切断スイッチ素子46aと同様の構成を有している。切断スイッチ素子66bは、容量性負荷84を容量性負荷86と読み替え、制御信号生成部433を制御信号生成部633と読み替えた場合の切断スイッチ素子46bと同様の構成を有している。
駆動回路4は、エネルギー転送回路51によって容量性負荷85からエネルギーを誘導性素子415に転送している場合には、エネルギー転送回路41に接続された切断スイッチ素子46a,46bをオフ状態に設定し、エネルギー転送回路61に接続された切断スイッチ素子66a,66bをオフ状態に設定する。これにより、駆動回路4は、エネルギー転送回路41,61を誘導性素子415から電気的に切り離し、エネルギー転送回路51による容量性負荷85から誘導性素子415へのエネルギーの転送に不具合が発生することを防止できる。
駆動回路4は、エネルギー転送回路61によって容量性負荷86からエネルギーを誘導性素子415に転送している場合には、エネルギー転送回路41に接続された切断スイッチ素子46a,46bをオフ状態に設定し、エネルギー転送回路51に接続された切断スイッチ素子56a,56bをオフ状態に設定する。これにより、駆動回路4は、エネルギー転送回路41,51を誘導性素子415から電気的に切り離し、エネルギー転送回路61による容量性負荷86から誘導性素子415へのエネルギーの転送に不具合が発生することを防止できる。
[駆動回路の制御方法]
次に、本実施形態による駆動回路の制御方法について図10を参照しつつ図11を用いて説明する。図11中の1段目には、エネルギー転送回路41および制御回路43の制御信号の電圧波形の一例が図示されている。図11中の2段目には、エネルギー転送回路51および制御回路53の制御信号の電圧波形の一例が図示されている。図11中の3段目には、エネルギー転送回路61および制御回路63の制御信号の電圧波形が図示されている。図11において、左から右に向かって時の経過が表されている。
駆動回路4に設けられたエネルギー転送回路41および制御回路43の単体としての制御方法は、スイッチ素子411sのゲート信号を除いて、上記第1実施形態において説明した駆動回路の制御方法と同様である。また、駆動回路4に設けられたエネルギー転送回路51および制御回路53の単体としての制御方法は、スイッチ素子511sのゲート信号を除いて、上記第1実施形態において説明した駆動回路の制御方法と同様である。さらに、駆動回路4に設けられたエネルギー転送回路61および制御回路63の単体としての制御方法は、スイッチ素子611sのゲート信号を除いて、上記第1実施形態において説明した駆動回路の制御方法と同様である。
具体的には、スイッチ素子411sのゲート信号は、スイッチ素子111sのゲート信号と反転タイミングは同一であるが電圧レベルは逆転した信号となる。同様に、スイッチ素子511sのゲート信号は、スイッチ素子111sのゲート信号と反転タイミングは同一であるが電圧レベルは逆転した信号となる。同様に、スイッチ素子611sのゲート信号は、スイッチ素子111sのゲート信号と反転タイミングは同一であるが電圧レベルは逆転した信号となる。すなわち、図4を参照して説明すると、スイッチ素子411s,511s,611sのそれぞれのゲート信号は、時刻t0から時刻t2までハイレベルであり、時刻t2から時刻t4までローレベルであり、時刻t4以降がハイレベルである電圧波形となる。これにより、駆動回路4に設けられたエネルギー転送回路41,51,61は単体として、駆動回路1に設けられたエネルギー転送回路11と同様に動作することができる。その結果、駆動回路4は、駆動回路1と同様に制御されることができる。
駆動回路4は、3個のエネルギー転送回路41,51,61を備えている。このため、容量性負荷84,85,86を駆動する順番を決定した後に、決定した順番に基づいて容量性負荷に蓄積されたエネルギーを誘導性素子415に転送するようになっている。ここで、容量性負荷の駆動する順序を1番目が容量性負荷84とし、2番目が容量性負荷85とし、3番目が容量性負荷86として、以下説明する。
本実施形態による駆動回路4の制御方法では、閉回路511c,611cのスイッチ素子511s,611sのオン状態及びオフ状態を制御する制御信号と、閉回路411cのスイッチ素子411sのオン状態及びオフ状態を制御する制御信号との初期位相差に基づいて誘導性素子415から電気的に切り離す閉回路を決定する。上述のとおり、閉回路511cは、誘導性素子415と、容量性負荷85と、容量性負荷85及び誘導性素子415の間で誘導性素子415に直列に接続されたダイオード511dと、容量性負荷85及び誘導性素子415の間でダイオード511dと直列に接続されたスイッチ素子511sとで構成される閉回路である。また、閉回路611cは、誘導性素子415と、容量性負荷86と、容量性負荷86及び誘導性素子415の間で誘導性素子415に直列に接続されたダイオード611dと、容量性負荷85及び誘導性素子415の間でダイオード611dと直列に接続されたスイッチ素子611sとで構成される閉回路である。また、スイッチ素子511sのオン状態及びオフ状態を制御する制御信号は、制御信号生成部533から出力される制御信号である。また、スイッチ素子611sのオン状態及びオフ状態を制御する制御信号は、制御信号生成部633から出力される制御信号である。さらに、スイッチ素子411sのオン状態及びオフ状態を制御する制御信号は、制御信号生成部433から出力される制御信号である。
図11中の矢印Y1,Y2,Y3で示すように、本例では、スイッチ素子411sの制御信号の位相が最も早く、次にスイッチ素子511sの制御信号の位相が早く、スイッチ素子611sの制御信号の位相が最も遅い。このため、駆動回路4は、スイッチ素子411s,511s,611sの初期位相差に基づいて、スイッチ素子411s及びスイッチ素子511s,611sのうちの後にオフ状態からオン状態に移行するスイッチ素子511s,611sを有する閉回路511c,611cである後続閉回路から誘導性素子415を電気的に切り離す。具体的には、制御回路53は、制御信号生成部533から切断スイッチ素子56a,56bをオフ状態にする電圧レベルの制御信号を出力する。同様に、制御回路63は、制御信号生成部633から切断スイッチ素子66a,66bをオフ状態にする電圧レベルの制御信号を出力する。
誘導性素子415から閉回路511c,611cを切り離した後に、駆動回路4の制御方法では、スイッチ素子411s及びスイッチ素子511s,611sのうちの先にオフ状態からオン状態に移行するスイッチ素子411sを有する閉回路411cである先行閉回路を構成するスイッチ素子411sをオフ状態からオン状態に移行する。これにより、図11中の矢印Y4で示すように、エネルギー転送回路41は、容量性負荷84に蓄積されていたエネルギーを誘導性素子415に転送する。
容量性負荷84に蓄積されていたエネルギーを誘導性素子415に転送を開始した後に、駆動回路4の制御方法では、先行閉回路である閉回路411cを介して当該先行閉回路を構成する容量性負荷84に印加された電圧の極性を反転する。このように、本実施形態による駆動回路4は、容量性負荷84から誘導性素子415にエネルギーを転送中に容量性負荷84の駆動を開始できる。
容量性負荷84に印加されている電圧の絶対値が電圧生成回路45から出力された電圧と同じ大きさになると、スイッチ素子411sをオン状態からオフ状態に移行する。これにより、容量性負荷84の放電動作が終了する。その後、切断スイッチ素子46a,46bをオン状態からオフ状態に移行して、閉回路411cを誘導性素子415から切り離す。
閉回路411cを誘導性素子415から切り離した後に、切断スイッチ素子56a,56bをオフ状態からオン状態に移行して、閉回路511cを誘導性素子415に接続する。次に、後続閉回路である閉回路511cのスイッチ素子511sをオフ状態からオン状態に移行する。これにより、図11中の矢印Y5で示すように、エネルギー転送回路51は、容量性負荷85に蓄積されていたエネルギーの誘導性素子415への転送を開始する。
容量性負荷85に蓄積されていたエネルギーを誘導性素子415に転送を開始した後に、駆動回路4の制御方法では、後続閉回路を構成する容量性負荷85に印加されている交流電圧とは逆極性の交流電圧を容量性負荷85に印加する。このように、本実施形態による駆動回路4は、容量性負荷85から誘導性素子415にエネルギーを転送中に容量性負荷85の駆動を開始できる。
容量性負荷85に印加されている電圧の絶対値が電圧生成回路45から出力された電圧と同じ大きさになると、スイッチ素子511sをオン状態からオフ状態に移行する。これにより、容量性負荷85の放電動作が終了する。その後、切断スイッチ素子56a,56bをオン状態からオフ状態に移行して、閉回路511cを誘導性素子415から切り離す。
閉回路511cを誘導性素子415から切り離した後に、切断スイッチ素子66a,66bをオフ状態からオン状態に移行して、閉回路611cを誘導性素子415に接続する。次に、後続閉回路である閉回路611cのスイッチ素子611sをオフ状態からオン状態に移行する。これにより、図11中の矢印Y6で示すように、エネルギー転送回路61は、容量性負荷86に蓄積されていたエネルギーの誘導性素子415への転送を開始する。
容量性負荷86に蓄積されていたエネルギーを誘導性素子415に転送を開始した後に、駆動回路4の制御方法では、後続閉回路を構成する容量性負荷86に印加されている交流電圧とは逆極性の交流電圧を容量性負荷86に印加する。このように、本実施形態による駆動回路4は、容量性負荷86から誘導性素子415にエネルギーを転送中に容量性負荷86の駆動を開始できる。
容量性負荷86に印加されている電圧の絶対値が電圧生成回路45から出力された電圧と同じ大きさになると、スイッチ素子611sをオン状態からオフ状態に移行する。これにより、容量性負荷86の放電動作が終了する。その後、切断スイッチ素子66a,66bをオン状態からオフ状態に移行して、閉回路611cを誘導性素子415から切り離す。
図示は省略するが、閉回路413c,513c,613cも閉回路411c,511c,611cと同様の制御方法によって誘導性素子415から順次切り離され、容量性負荷84,85,86が駆動される。駆動回路4は、以上の動作を繰り返し、容量性負荷84,85,86を順次繰り返し駆動することができる。
閉回路511c,611cスイッチ素子511s,611sのオン状態及びオフ状態を制御する制御信号と、閉回路411cのスイッチ素子411sのオン状態及びオフ状態を制御する制御信号との位相差は、容量性負荷84,85,86を繰り返し駆動することに従って大きくなっている。同様に、閉回路513c,613cスイッチ素子513s,613sのオン状態及びオフ状態を制御する制御信号と、閉回路413cのスイッチ素子413sのオン状態及びオフ状態を制御する制御信号との位相差は、容量性負荷84,85,86を繰り返し駆動することに従って大きくなっている。
そこで、本実施形態による駆動回路の制御方法では、先行閉回路を構成する容量性負荷84及び後続閉回路を構成する容量性負荷85,86に所定回数の交流電圧を印加したのちに、スイッチ素子411sを制御する制御信号とスイッチ素子511s,611sを制御する制御信号との位相差を初期位相差に戻すようになっていてもよい。同様に、先行閉回路を構成する容量性負荷84及び後続閉回路を構成する容量性負荷85,86に所定回数の交流電圧を印加したのちに、スイッチ素子413sを制御する制御信号とスイッチ素子513s,613sを制御する制御信号との位相差を初期位相差に戻すようになっていてもよい。これにより、先行閉回路(本例では閉回路411c)を構成する容量性負荷(本例では容量性負荷84)の駆動が終了する前に、後続閉回路(本例では閉回路511c,611c)を構成する容量性負荷(本例では容量性負荷85,86)の放電動作が開始されることを防止できる。
以上説明したように、本実施形態による駆動回路4は、複数の容量性負荷84,85,86を駆動することができる。また、駆動回路4は、容量性負荷84,85,86からエネルギー転送回路41,51,61へのエネルギーの転送中に容量性負荷84,85,86を駆動(印加電圧を反転)できる。これにより、駆動回路4は、消費電力を低減することができる。また、駆動回路4を備える電子機器EDは、消費電力を低減することができる。
本技術は、上記実施形態に限らず、種々の変形が可能である。
上記第1から第4実施形態では、各ダイオードおよび各逆バイアスダイオードは、PN接合型ダイオードで構成されているが、本技術はこれに限られない。例えば、各ダイオードおよび各逆バイアスダイオードは、ダイオード接続されたトランジスタで構成されていてもよい。
容量性負荷を駆動する電源は、電圧生成回路(DC−DC変換回路)に限られず、オペアンプやデジタル−アナログ変換回路(DAC)が出力する電圧でもよい。
上記変形例において、1回目の放電を行った後に電圧レベルの上昇を開始してもよい。
上記第1実施形態から第4実施形態では、供給端17a,174a,175a,176aは、電圧生成回路15,45で生成された電圧(ハイレベル側の電位)が供給される端子であるが、本技術はこれに限られない。例えば、17a,174a,175a,176aは、駆動回路1の電源が供給される端子、あるいは固定電位に準ずる容量素子(例えばバイパスコンデンサ)の正側の電極に接続された端子であってもよい。また、上記第1実施形態から第4実施形態では、供給端17b,174b,175b,176bは、グランド端子であるが、本技術はこれに限られない。例えば、供給端17b,174b,175b,176bは、基準電位(グランドの電位)よりも低い電位(負極の電位)が供給される端子であってもよい。この場合、供給端17a,174a,175a,176aは、例えばグランド端子であってもよい。
本技術は、容量が小さい、あるいは周波数が高い回路であって高速動作が可能な触感提示デバイスなどの電子機器に使用できる。また、本技術は、圧電アクチュエーター(ポンプ、振動デバイス)を設置可能な容量が小さい(例えば1μF程度)電子機器(例えばスマートフォン、ロボット、ゲームコントローラーなど)に使用できる。
<5.応用例>
本開示に係る技術は、いわゆる「物のインターネット」であるIoT(Internet of things)と呼ばれる技術へ応用可能である。IoTとは、「物」であるIoTデバイス9100が、他のIoTデバイス9003、インターネット、クラウド9005などに接続され、情報交換することにより相互に制御する仕組みである。IoTは、農業、家、自動車、製造、流通、エネルギー、など様々な産業に利用できる。
図12は、本開示に係る技術が適用され得るIoTシステム9000の概略的な構成の一例を示す図である。
IoTデバイス9001には、温度センサー、湿度センサー、照度センサー、加速度センサー、距離センサー、画像センサー、ガスセンサー、人感センサーなどの各種センサーなどが含まれる。また、IoTデバイス9001には、スマートフォン、携帯電話、ウェアラブル端末、ゲーム機器などの端末を含めてもよい。IoTデバイス9001は、AC電源、DC電源、電池、非接触給電、いわゆるエナジーハーベストなどにより給電される。IoTデバイス9001は、有線、無線、近接無線通信などにより通信することができる。通信方式は3G/LTE、WiFi、IEEE802.15.4、Bluetooth(登録商標)、Zigbee(登録商標)、Z−Waveなどが好適に用いられる。IoTデバイス9001は、これらの通信手段の複数を切り替えて通信してもよい。
IoTデバイス9001は、1対1、星状、ツリー状、メッシュ状のネットワークを形成してもよい。IoTデバイス9001は、直接に、またはゲートウエイ9002を通して、外部のクラウド9005に接続してもよい。IoTデバイス9001には、IPv4、IPv6、6LoWPANなどによって、アドレスが付与される。IoTデバイス9001から収集されたデータは、他のIoTデバイス9003、サーバ9004、クラウド9005などに送信される。IoTデバイス9001からデータを送信するタイミングや頻度は好適に調整され、データを圧縮して送信してもよい。このようなデータはそのまま利用してもよく、統計解析、機械学習、データマイニング、クラスタ分析、判別分析、組み合わせ分析、時系列分析など様々な手段でデータをコンピュータ9008で分析してもよい。このようなデータを利用することにより、コントロール、警告、監視、可視化、自動化、最適化、など様々なサービスを提供することができる。
本開示に係る技術は、家に関するデバイス、サービスにも応用可能である。家におけるIoTデバイス9001には、洗濯機、乾燥機、ドライヤ、電子レンジ、食洗機、冷蔵庫、オーブン、炊飯器、調理器具、ガス器具、火災報知器、サーモスタット、エアコン、テレビ、レコーダ、オーディオ、照明機器、温水器、給湯器、掃除機、扇風機、空気清浄器、セキュリティカメラ、錠、扉・シャッター開閉装置、スプリンクラー、トイレ、温度計、体重計、血圧計などが含まれる。さらにIoTデバイス9001には、太陽電池、燃料電池、蓄電池、ガスメータ、電力メータ、分電盤を含んでもよい。
家におけるIoTデバイス9001の通信方式は、低消費電力タイプの通信方式が望ましい。また、IoTデバイス9001は屋内ではWiFi、屋外では3G/LTEにより通信するようにしてもよい。クラウド9005上にIoTデバイス制御用の外部サーバ9006を設置し、IoTデバイス9001を制御してもよい。IoTデバイス9001は、家庭機器の状況、温度、湿度、電力使用量、家屋内外の人・動物の存否などのデータを送信する。家庭機器から送信されたデータは、クラウド9005を通じて、外部サーバ9006に蓄積される。このようなデータに基づき、新たなサービスが提供される。このようなIoTデバイス9001は、音声認識技術を利用することにより、音声によりコントロールすることができる。
また各種家庭機器からテレビに情報を直接送付することにより、各種家庭機器の状態を可視化することができる。さらには、各種センサーが居住者の有無を判断し、データを空調機、照明などに送付することで、それらの電源をオン・オフすることができる。さらには、各種家庭機器に供えられたディスプレイにインターネットを通じて広告を表示することができる。
以上、本開示に係る技術が適用され得るIoTシステム9000の一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、IoTデバイス9001に好適に適用され得る。具体的には、電子機器EDをIoTデバイス9001に適用することができる。IoTデバイス9001に本開示に係る技術を適用することにより、消費電力を削減して、IoTデバイス9001のバッテリの駆動時間を長くすることができる。
なお、上述の実施の形態は本技術を具現化するための一例を示したものであり、実施の形態における事項と、請求の範囲における発明特定事項とはそれぞれ対応関係を有する。同様に、請求の範囲における発明特定事項と、これと同一名称を付した本技術の実施の形態における事項とはそれぞれ対応関係を有する。ただし、本技術は実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において実施の形態に種々の変形を施すことにより具現化することができる。
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
(1)
第一容量性負荷への交流電圧の印加を制御する第一制御回路と、
前記第一容量性負荷とともに第一閉回路を構成する誘導性素子と、
前記第一容量性負荷及び前記誘導性素子の間で前記誘導性素子に直列に接続されて前記第一閉回路を構成する第一ダイオード型素子と、
前記第一容量性負荷及び前記誘導性素子の間で前記第一ダイオード型素子と直列に接続されて前記第一閉回路を構成する第一スイッチ素子と
を備える駆動回路。
(2)
前記第一容量性負荷及び前記誘導性素子の間と第一直流電位の第一供給端との間に接続されて前記第一直流電位によって逆バイアスが印加される第一逆バイアスダイオード型素子と、
前記第一容量性負荷及び前記誘導性素子の間と第二直流電位の第二供給端との間に接続されて前記第二直流電位によって逆バイアスが印加される第二逆バイアスダイオード型素子を備える
前記(1)に記載の駆動回路。
(3)
前記誘導性素子に直列かつ前記第一ダイオード型素子及び前記第一スイッチ素子に並列に接続されて第二閉回路を構成する第二ダイオード型素子と、
前記第二ダイオード型素子に直列かつ前記第一ダイオード型素子及び前記第一スイッチ素子に並列に接続されて前記第一閉回路を構成する第二スイッチ素子と
を備える
前記(2)に記載の駆動回路。
(4)
前記第一閉回路及び前記第二閉回路は、前記第一供給端及び前記第二供給端に直結されていない
前記(3)に記載の駆動回路。
(5)
前記第一制御回路は、
複数のスイッチ素子を有する第一スイッチ素子群で構成されて前記第一容量性負荷の両端に接続された第一ブリッジ回路と、
前記複数のスイッチ素子、前記第一スイッチ素子及び前記第二スイッチ素子のスイッチングを制御する制御信号を生成する第一制御信号生成部と
を有する
前記(3)又は(4)に記載の駆動回路。
(6)
前記誘導性素子、前記第一ダイオード型素子及び前記第一スイッチ素子で構成され、前記第一容量性負荷に蓄積されているエネルギーを転送する第一エネルギー転送部と、
前記誘導性素子、前記第二ダイオード型素子及び前記第二スイッチ素子で構成され、前記第一容量性負荷に蓄積されているエネルギーを転送する第二エネルギー転送部と
を有するエネルギー転送回路を備える
前記(5)に記載の駆動回路。
(7)
前記第一スイッチ素子、前記第二スイッチ素子及び前記第一スイッチ素子群に設けられた前記複数のスイッチ素子は、電界効果トランジスタで構成されている
前記(5)又は(6)に記載の駆動回路。
(8)
第二容量性負荷への交流電圧の印加を制御する第二制御回路と、
前記第二容量性負荷及び前記誘導性素子の間で前記誘導性素子に直列に接続されて前記第三閉回路を構成する第三ダイオード型素子と、
前記第二容量性負荷及び前記誘導性素子の間で前記第三ダイオード型素子と直列に接続されて前記第三閉回路を構成する第三スイッチ素子と、
前記第一容量性負荷及び前記誘導性素子の間で前記第一容量性負荷及び前記誘導性素子に直列に接続されて前記第一閉回路及び前記第二閉回路から前記誘導性素子を電気的に切断する第一切断スイッチ素子と、
前記第二容量性負荷及び前記誘導性素子の間で前記第二容量性負荷及び前記誘導性素子に直列に接続されて前記第三閉回路から前記誘導性素子を電気的に切断する第二切断スイッチ素子と
を備える前記(3)から(7)までのいずれか一項に記載の駆動回路。
(9)
前記誘導性素子に直列かつ前記第三ダイオード型素子及び前記第三スイッチ素子に並列に接続されて第四閉回路を構成する第四ダイオード型素子と、
前記第四ダイオード型素子に直列かつ前記第三ダイオード型素子及び前記第三スイッチ素子に並列に接続されて前記第四閉回路を構成する第四スイッチ素子と
を備える
前記(8)に記載の駆動回路。
(10)
前記第二制御回路は、
複数のスイッチ素子を有する第二スイッチ素子群で構成されて前記第二容量性負荷の両端に接続された第二ブリッジ回路と、
前記第三スイッチ素子、前記第四スイッチ素子及び前記第二スイッチ素子群のスイッチングを制御する制御信号を生成する第二制御信号生成部と
を有する
前記(9)に記載の駆動回路。
(11)
前記誘導性素子、前記第三ダイオード型素子及び前記第三スイッチ素子で構成され、前記第二容量性負荷に蓄積されているエネルギーを転送する第三エネルギー転送部と、
前記誘導性素子、前記第四ダイオード型素子及び前記第四スイッチ素子で構成され、前記第二容量性負荷に蓄積されたエネルギーを転送する第四エネルギー転送部と
を有する第二エネルギー転送回路を備える
前記(9)又は(10)に記載の駆動回路。
(12)
前記第三スイッチ素子、前記第四スイッチ素子及び前記第二スイッチ素子群に設けられた前記複数のスイッチ素子は、電界効果トランジスタで構成されている
前記(10)又は(11)に記載の駆動回路。
(13)
前記(1)から(12)までのいずれか一項に記載の駆動回路を備える電子機器。
(14)
第一容量性負荷に直列に接続された誘導性素子と、前記第一容量性負荷及び前記誘導性素子の間で前記誘導性素子に直列に接続された第一ダイオード型素子と、前記第一容量性負荷及び前記誘導性素子の間で前記第一ダイオード型素子と直列に接続された第一スイッチ素子とで構成された第一閉回路の前記第一スイッチ素子をオフ状態からオン状態に移行し、
前記第一閉回路を介して前記第一容量性負荷に印加された電圧の極性を反転し、
前記第一スイッチ素子をオン状態からオフ状態に移行し、
前記第一容量性負荷に印加されている電圧と同極性の交流電圧を第一制御回路から印加する
駆動回路の制御方法。
(15)
前記第一制御回路から前記同極性の交流電圧を前記第一容量性負荷に印加した後に、
前記誘導性素子に直列かつ前記第一ダイオード型素子及び前記第一スイッチ素子に並列に接続されて第二閉回路を構成し、互いに直列に接続された第二ダイオード型素子及び第二スイッチ素子の前記第二スイッチ素子をオフ状態からオン状態に移行し、
前記第二閉回路を介して前記第一容量性負荷に印加された電圧の極性を反転し、
前記第二スイッチ素子をオン状態からオフ状態に移行し、
前記第一容量性負荷に印加されている電圧と同極性の交流電圧を前記第一制御回路から印加する
前記(14)に記載の駆動回路の制御方法。
(16)
前記第一制御回路は、1回目の交流電圧の電圧レベルを2回目以降の交流電圧の電圧レベルよりも低くして前記第一容量性負荷に印加する
前記(14)又は(15)に記載の駆動回路の制御方法。
(17)
前記誘導性素子と、第二容量性負荷と、前記第二容量性負荷及び前記誘導性素子の間で前記誘導性素子に直列に接続された第三ダイオード型素子と、前記第二容量性負荷及び前記誘導性素子の間で前記第三ダイオード型素子と直列に接続された第三スイッチ素子とで構成されて第三閉回路の前記第三スイッチ素子のオン状態及びオフ状態を制御する制御信号と、前記第一スイッチ素子のオン状態及びオフ状態を制御する制御信号との初期位相差に基づいて、前記第一スイッチ素子及び前記第三スイッチ素子のうちの後にオフ状態からオン状態に移行するスイッチ素子を有する閉回路である後続閉回路から前記誘導性素子を電気的に切り離し、
前記第一スイッチ素子及び前記第三スイッチ素子のうちの先にオフ状態からオン状態に移行するスイッチ素子を有する閉回路である先行閉回路を構成するスイッチ素子をオフ状態からオン状態に移行し、
前記先行閉回路を介して前記先行閉回路を構成する容量性負荷に印加された電圧の極性を反転し、
前記後続閉回路を構成する容量性負荷に印加されている交流電圧とは逆極性の交流電圧を該容量性負荷に印加し、
前記後続閉回路を構成する前記スイッチ素子をオン状態からオフ状態に移行する
前記(14)から(16)までのいずれか一項に記載の駆動回路の制御方法。
(18)
前記先行閉回路を構成する容量性負荷及び前記後続閉回路を構成する容量性負荷に所定回数の交流電圧を印加したのちに、前記第一スイッチ素子を制御する前記制御信号と前記第三スイッチ素子を制御する前記制御信号との位相差を前記初期位相差に戻す
前記(17)に記載の駆動回路の制御方法。
1,2,3,4 駆動回路
8,84,85,86 容量性負荷
9 バッテリ
11,31,41,51,61 エネルギー転送回路
13,43,53,63 制御回路
15,45 電圧生成回路
17a,17b,174a,174b,175a,175b,176a,176b 供給端
46a,46b,56a,56b,66a,66b 切断スイッチ素子
111,113,311,313,411,413,511,513,611,613 エネルギー転送部
111c,113c,311c,313c,411c,413c,415c,511c,513c,611c,613c 閉回路
111d,113d,311d,313d,411d,413d,511d,513d,611d,613d ダイオード
111s,113s,131ga,131gb,131gc,131gd,311s,313s,411s,413s,431ga,431gb,431gc,431gd,511s,513s,531ga,531gb,531gc,531gd,611s,613s,631ga,631gb,631gc,631gd スイッチ素子
115,415 誘導性素子
117,119,217,219,317,319,417a,417b,419,419a,419b 逆バイアスダイオード
131,431,531,631 ブリッジ回路
131g,431g,531g,631g スイッチ素子群
133,433,533,633 制御信号生成部
135,435,535,635 コンデンサ
9000 システム
9001 デバイス
9002 ゲートウエイ
9003 デバイス
9004 サーバ
9005 クラウド
9006 外部サーバ
9008 コンピュータ
9100 デバイス
ED 電子機器

Claims (18)

  1. 第一容量性負荷への交流電圧の印加を制御する第一制御回路と、
    前記第一容量性負荷とともに第一閉回路を構成する誘導性素子と、
    前記第一容量性負荷及び前記誘導性素子の間で前記誘導性素子に直列に接続されて前記第一閉回路を構成する第一ダイオード型素子と、
    前記第一容量性負荷及び前記誘導性素子の間で前記第一ダイオード型素子と直列に接続されて前記第一閉回路を構成する第一スイッチ素子と
    を備える駆動回路。
  2. 前記第一容量性負荷及び前記誘導性素子の間と第一直流電位の第一供給端との間に接続されて前記第一直流電位によって逆バイアスが印加される第一逆バイアスダイオード型素子と、
    前記第一容量性負荷及び前記誘導性素子の間と第二直流電位の第二供給端との間に接続されて前記第二直流電位によって逆バイアスが印加される第二逆バイアスダイオード型素子を備える
    請求項1に記載の駆動回路。
  3. 前記誘導性素子に直列かつ前記第一ダイオード型素子及び前記第一スイッチ素子に並列に接続されて第二閉回路を構成する第二ダイオード型素子と、
    前記第二ダイオード型素子に直列かつ前記第一ダイオード型素子及び前記第一スイッチ素子に並列に接続されて前記第一閉回路を構成する第二スイッチ素子と
    を備える
    請求項2に記載の駆動回路。
  4. 前記第一閉回路及び前記第二閉回路は、前記第一供給端及び前記第二供給端に直結されていない
    請求項3に記載の駆動回路。
  5. 前記第一制御回路は、
    複数のスイッチ素子を有する第一スイッチ素子群で構成されて前記第一容量性負荷の両端に接続された第一ブリッジ回路と、
    前記複数のスイッチ素子、前記第一スイッチ素子及び前記第二スイッチ素子のスイッチングを制御する制御信号を生成する第一制御信号生成部と
    を有する
    請求項3に記載の駆動回路。
  6. 前記誘導性素子、前記第一ダイオード型素子及び前記第一スイッチ素子で構成され、前記第一容量性負荷に蓄積されているエネルギーを転送する第一エネルギー転送部と、
    前記誘導性素子、前記第二ダイオード型素子及び前記第二スイッチ素子で構成され、前記第一容量性負荷に蓄積されているエネルギーを転送する第二エネルギー転送部と
    を有するエネルギー転送回路を備える
    請求項5に記載の駆動回路。
  7. 前記第一スイッチ素子、前記第二スイッチ素子及び前記第一スイッチ素子群に設けられた前記複数のスイッチ素子は、電界効果トランジスタで構成されている
    請求項5に記載の駆動回路。
  8. 第二容量性負荷への交流電圧の印加を制御する第二制御回路と、
    前記第二容量性負荷及び前記誘導性素子の間で前記誘導性素子に直列に接続されて第三閉回路を構成する第三ダイオード型素子と、
    前記第二容量性負荷及び前記誘導性素子の間で前記第三ダイオード型素子と直列に接続されて前記第三閉回路を構成する第三スイッチ素子と、
    前記第一容量性負荷及び前記誘導性素子の間で前記第一容量性負荷及び前記誘導性素子に直列に接続されて前記第一閉回路及び前記第二閉回路から前記誘導性素子を電気的に切断する第一切断スイッチ素子と、
    前記第二容量性負荷及び前記誘導性素子の間で前記第二容量性負荷及び前記誘導性素子に直列に接続されて前記第三閉回路から前記誘導性素子を電気的に切断する第二切断スイッチ素子と
    を備える請求項3に記載の駆動回路。
  9. 前記誘導性素子に直列かつ前記第三ダイオード型素子及び前記第三スイッチ素子に並列に接続されて第四閉回路を構成する第四ダイオード型素子と、
    前記第四ダイオード型素子に直列かつ前記第三ダイオード型素子及び前記第三スイッチ素子に並列に接続されて前記第四閉回路を構成する第四スイッチ素子と
    を備える
    請求項8に記載の駆動回路。
  10. 前記第二制御回路は、
    複数のスイッチ素子を有する第二スイッチ素子群で構成されて前記第二容量性負荷の両端に接続された第二ブリッジ回路と、
    前記第三スイッチ素子、前記第四スイッチ素子及び前記第二スイッチ素子群のスイッチングを制御する制御信号を生成する第二制御信号生成部と
    を有する
    請求項9に記載の駆動回路。
  11. 前記誘導性素子、前記第三ダイオード型素子及び前記第三スイッチ素子で構成され、前記第二容量性負荷に蓄積されているエネルギーを転送する第三エネルギー転送部と、
    前記誘導性素子、前記第四ダイオード型素子及び前記第四スイッチ素子で構成され、前記第二容量性負荷に蓄積されたエネルギーを転送する第四エネルギー転送部と
    を有する第二エネルギー転送回路を備える
    請求項9に記載の駆動回路。
  12. 前記第三スイッチ素子、前記第四スイッチ素子及び前記第二スイッチ素子群に設けられた前記複数のスイッチ素子は、電界効果トランジスタで構成されている
    請求項10に記載の駆動回路。
  13. 請求項1に記載の駆動回路を備える電子機器。
  14. 第一容量性負荷に直列に接続された誘導性素子と、前記第一容量性負荷及び前記誘導性素子の間で前記誘導性素子に直列に接続された第一ダイオード型素子と、前記第一容量性負荷及び前記誘導性素子の間で前記第一ダイオード型素子と直列に接続された第一スイッチ素子とで構成された第一閉回路の前記第一スイッチ素子をオフ状態からオン状態に移行し、
    前記第一閉回路を介して前記第一容量性負荷に印加された電圧の極性を反転し、
    前記第一スイッチ素子をオン状態からオフ状態に移行し、
    前記第一容量性負荷に印加されている電圧と同極性の交流電圧を第一制御回路から印加する
    駆動回路の制御方法。
  15. 前記第一制御回路から前記同極性の交流電圧を前記第一容量性負荷に印加した後に、
    前記誘導性素子に直列かつ前記第一ダイオード型素子及び前記第一スイッチ素子に並列に接続されて第二閉回路を構成し、互いに直列に接続された第二ダイオード型素子及び第二スイッチ素子の前記第二スイッチ素子をオフ状態からオン状態に移行し、
    前記第二閉回路を介して前記第一容量性負荷に印加された電圧の極性を反転し、
    前記第二スイッチ素子をオン状態からオフ状態に移行し、
    前記第一容量性負荷に印加されている電圧と同極性の交流電圧を前記第一制御回路から印加する
    請求項14に記載の駆動回路の制御方法。
  16. 前記第一制御回路は、1回目の交流電圧の電圧レベルを2回目以降の交流電圧の電圧レベルよりも低くして前記第一容量性負荷に印加する
    請求項14に記載の駆動回路の制御方法。
  17. 前記誘導性素子と、第二容量性負荷と、前記第二容量性負荷及び前記誘導性素子の間で前記誘導性素子に直列に接続された第三ダイオード型素子と、前記第二容量性負荷及び前記誘導性素子の間で前記第三ダイオード型素子と直列に接続された第三スイッチ素子とで構成されて第三閉回路の前記第三スイッチ素子のオン状態及びオフ状態を制御する制御信号と、前記第一スイッチ素子のオン状態及びオフ状態を制御する制御信号との初期位相差に基づいて、前記第一スイッチ素子及び前記第三スイッチ素子のうちの後にオフ状態からオン状態に移行するスイッチ素子を有する閉回路である後続閉回路から前記誘導性素子を電気的に切り離し、
    前記第一スイッチ素子及び前記第三スイッチ素子のうちの先にオフ状態からオン状態に移行するスイッチ素子を有する閉回路である先行閉回路を構成するスイッチ素子をオフ状態からオン状態に移行し、
    前記先行閉回路を介して前記先行閉回路を構成する容量性負荷に印加された電圧の極性を反転し、
    前記後続閉回路を構成する容量性負荷に印加されている交流電圧とは逆極性の交流電圧を該容量性負荷に印加し、
    前記後続閉回路を構成する前記スイッチ素子をオン状態からオフ状態に移行する
    請求項14に記載の駆動回路の制御方法。
  18. 前記先行閉回路を構成する容量性負荷及び前記後続閉回路を構成する容量性負荷に所定回数の交流電圧を印加したのちに、前記第一スイッチ素子を制御する前記制御信号と前記第三スイッチ素子を制御する前記制御信号との位相差を前記初期位相差に戻す
    請求項17に記載の駆動回路の制御方法。
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