TWI584570B - 壓電元件的驅動電路及其方法 - Google Patents
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Description
本發明提出一種驅動電路，特別是一種壓電元件的驅動電路及其方法。
壓電效應為電介質材料中一種機械能與電能相互轉換的現象。其中，可產生壓電效應之電介質材料一般可稱為壓電材料。習知，壓電材料會有壓電效應是因為其晶格內之原子間的特殊排列方式所造成，而可有應力場與電場耦合的效應。因此，透過壓電材料製成之壓電元件可運用壓電效應而廣泛應用於諸多領域中。
一般而言，壓電效應可分為將機械能轉電能的正壓電效應以及將電能轉機械能的逆壓電效應。於壓電效應之逆壓電效應中，壓電元件可在一特定頻率下以最大振幅做振動，進而達到最大的機械能輸出。其中，此特定頻率一般乃為壓電元件之串聯諧振頻率。
然而，壓電元件的串聯諧振頻率會隨著溫度改變而變動，且各壓電元件更因製程變異之影響，而使得彼此之串聯諧振頻率亦略微不同。因此，用以驅動壓電元件的驅動電路應如何驅動壓電元件以鎖定於串聯諧振頻率上作動來輸出最大的機械能就顯得相當重要。
有鑑於此，本發明提供一種壓電元件的驅動電路及其方法，其可自動調整壓電元件工作於其串聯諧振頻率上，以使壓電元件具有最佳工作效率。
在一實施例中，一種壓電元件的驅動電路，包含電流取樣單元以及調控單元。電流取樣單元可依序根據複數控制碼取樣類比訊號以產生取樣訊號。調控單元可依序產生複數控制碼，根據取樣訊號之轉態來調整脈衝調變訊號之頻率，且輸出脈衝調變訊號以控制壓電元件之工作電流。其中，類比訊號之大小相關於壓電元件之阻抗大小。
在一實施例中，一種壓電元件的驅動方法，包含接收類比訊號、依序產生複數控制碼、依序根據複數控制碼取樣類比訊號以產生取樣訊號、根據取樣訊號之轉態調整脈衝調變訊號之頻率，以及輸出脈衝調變訊號以控制壓電元件之工作電流。其中，類比訊號之大小相關於壓電元件之阻抗大小。
綜上所述，根據本發明實施例之壓電元件的驅動電路及其方法，其藉由取樣壓電元件在當前脈衝調變訊號之頻率的控制下所對應之工作電流，並據以調整脈衝調變訊號的頻率以調控壓電元件之工作電流量。如此一來，無論壓電元件之工作時間的長短、壓電元件工作之溫度的高低或脈衝調變訊號的初始頻率為何，驅動電路皆能透過前述動作來精準地追頻，而驅使壓電元件工作於串聯諧振頻率，以輸出最大機械能來達到最佳工作效率，並且可快速反應以避避免壓電元件因工作電流過大而燒毀。此外，更可因減少電子元件的使用數量而降低驅動電路之整體成本。
以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者瞭解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。
一般而言，壓電元件100係應用壓電材料所製成，並藉由壓電效應來達到機械能與電能之相互轉換。於此，一般將機械能轉換成電能之效應稱為正壓電效應，且將電能轉換成機械能之效應稱為逆壓電效應。
在一些實施態樣中，壓電元件100所應用之壓電材料可為但不限於壓電單晶體，例如石英、鈮酸鋰（LiNbO
3）、鉭酸鋰（LiTaO
3）等、壓電多晶體（壓電陶瓷），例如鈦酸鋇（BT）、鋯鈦酸鉛（PZT）等、壓電聚合物，例如PVDF及其共聚物、聚氟乙烯等或壓電複合材料，例如壓電陶瓷與聚合物的兩相複合材料。
圖1為壓電元件的概要等效電路圖。請參閱圖1，壓電元件100具有第一驅動電極110與第二驅動電極120。於此，壓電元件100可等效成由靜態電容C0、動態電容C1、動態電感L1與動態電阻R1所組成之諧振電路。其中，動態電容C1、動態電感L1與動態電阻R1彼此相互串聯於第一驅動電極110與第二驅動電極120之間，且靜態電容C0之二端分別耦接至第一驅動電極110與第二驅動電極120，而可並聯於相互串聯之動態電容C1、動態電感L1與動態電阻R1。
圖2為壓電元件之阻抗對頻率的概要關係圖。請參閱圖1與圖2，由於壓電元件100為一種頻率控制元件，故當壓電元件100工作於不同頻率時，其阻抗將隨之變動。於此，當壓電元件100工作於串聯諧振頻率F1時，壓電元件100之等效電路呈電阻性，且壓電元件100之阻抗大小約略等同於動態電阻R1之大小而可具有最小阻抗值Z
min；而當壓電元件100工作於並聯諧振頻率F2時，壓電元件100之等效電路呈電感性，且壓電元件100之阻抗可具有最大阻抗值Z
max。
因此，當壓電元件100工作於串聯諧振頻率F1時，壓電元件100之阻抗可變動至最小阻抗值Z
min，而使得流經壓電元件100之工作電流I1具有最大值，進而可輸出最大機械能並達到最佳工作效率。
圖3為本發明一實施例之壓電元件的驅動電路之概要示意圖。請參閱圖1至圖3，驅動電路200耦接至壓電元件100，以根據流經壓電元件100之工作電流I1來調整其輸出之脈衝調變訊號Sp的頻率。於此，脈衝調變訊號Sp可用以操控壓電元件100，以使壓電元件100根據脈衝調變訊號Sp的頻率變動其阻抗。
驅動電路200包含電流取樣單元210以及調控單元220。電流取樣單元210耦接至壓電元件100，且調控單元220耦接至電流取樣單元210以及壓電元件100。電流取樣單元210可執行多次取樣程序，並且在每一次取樣程序中依據調控單元220所產生之複數控制碼D1-Dn取樣壓電元件100之工作電流I1，以根據取樣之結果輸出取樣訊號Ss。調控單元220可根據取樣訊號Ss之轉態來調整其輸出之脈衝調變訊號Sp之頻率，並且於電流取樣單元210之每一個取樣程序完成後，再將調整好之脈衝調變訊號Sp輸出，以調控壓電元件100之工作電流I1。其中，取樣訊號Ss之轉態是指取樣訊號Ss之準位由邏輯“0”轉變至邏輯“1”，或由邏輯“1”轉變至邏輯“0”之期間。
在一些實施例中，電流取樣單元210可包含數位類比轉換單元211以及比較單元212。數位類比轉換單元211之輸入端耦接至調控單元220。比較單元212之二輸入端分別耦接至壓電元件100與數位類比轉換單元211之輸出端。
數位類比轉換單元211可用以根據數位式訊號的數值轉換出對應之類比式訊號輸出。於此，數位類比轉換單元211可根據多個控制碼D1-Dn產生多個參考訊號Sr1-Srn。
在一實施態樣中，多個控制碼D1-Dn可由調控單元220以降序方式依序產生，亦即，調控單元220所產生之第一個控制碼D1將具有最大數值，且調控單元220所產生之最後一個控制碼Dn將具有最小數值。但本發明並非以此為限，多個控制碼D1-Dn亦可由調控單元220以升序方式依序產生，或者由調控單元220以使用者所定義之順序依序產生亦可。
以降序方式依序產生之多個控制碼D1-Dn為例，數位類比轉換單元211依據第一個控制碼D1所轉換出之第一個參考訊號Sr1是大於依據第二個控制碼D2所轉換出之第二個參考訊號Sr2，且數位類比轉換單元211依據第二個控制碼D2所轉換出之第二個參考訊號Sr2是大於依據第三個控制碼D3所轉換出之第三個參考訊號Sr3，以此類推至最後一個參考訊號Srn。
在一些實施態樣中，數位類比轉換單元211可為主要由被動元件所構成的數位類比轉換器（Digital to Analog Converter，DAC），例如，電阻式數位類比轉換器或切換電容式數位類比轉換器，或主要由主動元件所構成的數位類比轉換器，例如加權電流源式數位類比轉換器或矩陣電流源式數位類比轉換器。然而，本發明並不以此為限。於此，數位類比轉換單元211可以具有簡單架構之R-2R型數位類比轉換器來實現，以降低驅動電路200之整體成本耗費。
比較單元212具有二輸入端，此二輸入端可分別稱之為反相輸入端與非反相輸入端。其中，比較單元212之反相輸入端耦接至數位類比轉換單元211，且比較單元212之非反相輸入端耦接至壓電元件100。
在一些實施例中，驅動電路200更可包含電流轉電壓單元240，且電流轉電壓單元240耦接於壓電元件100與比較單元212之非反相輸入端間。電流轉電壓單元240可將工作電流I1轉換成對應之類比訊號A1後再輸出至比較單元212。其中，電流轉電壓單元240所產生之類比訊號A1的大小是相關於壓電元件100之工作電流I1的大小。於此，類比訊號A1是正相關於工作電流I1。換言之，壓電元件100之工作電流I1越大，則電流轉電壓單元240所產生之類比訊號A1亦越大。
此外，壓電元件100之工作電流I1的大小亦相關於壓電元件100之阻抗大小，且工作電流I1是負相關於壓電元件100之阻抗。因此，電流轉電壓單元240所產生之類比訊號A1的大小亦相關於壓電元件100之阻抗大小，且類比訊號A1是負相關於壓電元件100之阻抗。換言之，電流轉電壓單元240所產生之類比訊號A1越大，則代表壓電元件100之阻抗越小。
在一些實施態樣中，電流轉電壓單元240可為電阻R2。電阻R2一端耦接至地電位Gnd，例如零電位，且電阻R2之另一端耦接至壓電元件100與比較單元212之非反相輸入端，以使工作電流I1於電阻R2上形成相應之跨壓，而可轉換出對應之類比訊號A1至比較單元212。其中，類比訊號A1為一種電壓訊號，且電阻R2可為定電阻。
於此，比較單元212是將電流轉電壓單元240所轉換出之類比訊號A1與多個參考訊號Sr1-Srn依序逐一比對來產生取樣訊號Ss。
在一些實施態中，比較單元212可為由運算放大器（operational amplifier）所構成之比較電路，但本發明並非以此為限。
在一些實施例中，驅動電路200更包含雜訊消除單元250，且雜訊消除單元250耦接於壓電元件100與比較單元212之間。於此，雜訊消除單元250可耦接於電壓轉換單元240與比較單元212之間，以消除經由電壓轉換單元240所產生之類比訊號A1上之雜訊後，再輸出至比較單元212進行比較。
在一些實施態樣中，雜訊消除單元250可為由電容所組成之濾波器，以濾除類比訊號A1上之雜訊，但本發明並非以此為限。
在一些實施例中，驅動電路200更包含放大單元260，且放大單元260耦接於壓電元件100與比較單元212之間。於此，放大單元260可耦接於電壓轉換單元240與比較單元212之間，以放大電壓轉換單元240所產生之類比訊號A1後，再輸出至比較單元212進行比較。此外，放大單元260亦可耦接於雜訊消除單元250與比較單元212之間，以使類比訊號A1可先經由雜訊消除單元250消除雜訊後再經由放大單元260放大，之後才輸出至比較單元212進行比較。
因此，驅動電路200之調控單元220可依序產生控制碼D1-Dn至數位類比轉換單元211，以使比較單元212可將類比訊號A1與數位類比轉換單元211根據控制碼D1-Dn所產生之參考訊號Sr1-Srn依序進行比較，並產生取樣訊號Ss至調控單元220，進而使得調控單元220可根據取樣訊號Ss是否發生轉態來決定是否繼續依序輸出控制碼D1-Dn。
在調控單元220以降序方式產生控制碼D1-Dn的一實施態樣中，如圖4所示，於每一取樣程序中，首先，數位類比轉換單元211依據第一個控制碼D1產生第一個參考訊號Sr1，且比較單元212可將第一個參考訊號Sr1與類比訊號A1進行比較。由於此時第一個參考訊號Sr1之電位大於類比訊號A1之電位，因此，比較單元212所產生之取樣訊號Ss的準位可為邏輯“0”。直至數位類比轉換單元211依據第x個控制碼Dx產生第x個參考訊號Srx，且比較單元212將第x個參考訊號Srx與類比訊號A1進行比較後，比較單元212可因判斷第x個參考訊號Srx之電位小於類比訊號A1之電位而使得取樣訊號Ss的準位由邏輯“0”轉態至邏輯“1”。而當取樣訊號Ss發生轉態時，調控單元220便可停止輸出下一個控制碼，並且可將當前之控制碼Dx經由數位類比轉換單元211對應產生之參考訊號Srx的電位作為壓電元件100在脈衝調變訊號Sp之當前的頻率調控下，電流轉電壓單元240根據壓電元件100之工作電流I1所能轉換出之類比訊號A1的最大電位。
而在調控單元220以升序方式產生控制碼D1-Dn的一實施態樣中，於每一取樣程序中，當取樣訊號Ss發生轉態時，調控單元220便可停止輸出下一個控制碼，並且可將當前之控制碼經由數位類比轉換單元211對應產生之參考訊號的電位作為壓電元件100在脈衝調變訊號Sp當前的頻率調控下，電流轉電壓單元240根據壓電元件100之工作電流I1所能轉換出之轉換出之類比訊號A1的最小電位。
而在調控單元220以使用者所定義之順序之一實施態樣中，於每一取樣程序中，調控單元220則可依據取樣訊號Ss之轉態，將所有對應於樣訊號Ss之轉態的各參考訊號的電位進行均值運算，並以此得到之平均值作為壓電元件100在脈衝調變訊號Sp當前的頻率調控下，電流轉電壓單元240根據壓電元件100之工作電流I1所能轉換出之轉換出之類比訊號A1的平均電位。
因此，調控單元220可將於此次取樣程序中依據取樣訊號Ss之轉態所得之取樣結果與前次取樣程序中依據取樣訊號Ss之轉態所得之取樣結果進行比較，進而可根據此比較之結果來決定脈衝調變訊號Sp之頻率的調整方向。
舉例而言，假設調控單元220於前次取樣程序中且脈衝調變訊號Sp之頻率為第一頻率Fa時，所得到之參考訊號的電位為第一值，而調控單元220於此次取樣程序中且脈衝調變訊號Sp之頻率為第二頻率Fb時，所得到之參考訊號的電位為第二值，且第二值大於第一值時，則脈衝調變訊號Sp之頻率的調整方向即為朝靠近第二頻率Fb之方向進行調整。其中，所得到之參考訊號的電位越大代表壓電元件100之工作電流I1越大。例如，如圖5所示，當第二頻率Fb大於第一頻率Fa且第二值大於第一值時，表示此時壓電元件100於頻率相對較大之第二頻率Fb時，其工作電流I1是大於壓電元件100於頻率相對較小之第一頻率Fa時之工作電流I1，且亦表示此時類比訊號A1的大小與脈衝調變訊號Sp之頻率的大小呈正相關，因此，調控單元220可調大脈衝調變訊號Sp之頻率（即，使得脈衝調變訊號Sp之頻率大於第二頻率Fb），以期於下次取樣程序中所取得之參考訊號的電位可大於此次取樣程序中所取得之參考訊號的電位。而當第二頻率Fb’小於第一頻率Fa’且其第二值大於第一值時，表示此時壓電元件100於頻率相對較小之第二頻率Fb’時，其工作電流I1是大於壓電元件100於頻率相對較大之第一頻率Fa’時之工作電流I1，且亦表示此時類比訊號A1的大小與脈衝調變訊號Sp之頻率的大小呈負相關，因此，調控單元220則可調小脈衝調變訊號Sp之頻率（即，使得脈衝調變訊號Sp之頻率小於第二頻率Fb），以期於下次取樣程序中所取得之參考訊號的電位可大於此次取樣程序中所取得之參考訊號的電位。
在一些實施例中，調控單元220可根據第一頻率Fa與第二頻率Fb之間（或第一頻率Fa’與第二頻率Fb’之間）的差值大小來作為其調整脈衝調變訊號Sp之幅度大小，但本發明並非僅限於此。
在一些實施例中，當調控單元220根據電流取樣單元210的多次取樣程序所輸出之取樣結果重複多次比對之動作而判定發生轉態時之參考訊號的電位已逐步趨於定值，且此定值為最大值時，調控單元220更可鎖定住其輸出之脈衝調變訊號Sp的頻率。然而，本發明並非以此為限，於判定所計算出之平均值已逐步趨於定值時，調控單元220亦可再調整脈衝調變訊號Sp的頻率，以持續追蹤壓電元件100。
因此，驅動電路200可透過多次重複之取樣程序以及比對動作，而逐步驅使壓電元件100工作於其串聯諧振頻率F1上，以使壓電元件100可達到最佳工作效率。此外，驅動電路200更可藉由重複執行之取樣程序來持續追蹤壓電元件100之工作電流I1大小，並且於壓電元件100因發生異常狀態而致使工作電流I1過大時可快速反應，藉由調整脈衝調變訊號Sp的頻率來調降工作電流I1，以避免壓電元件100燒毀。
在一些實施例中，驅動電路200更可包含諧振電路270，並且此諧振電路270耦接於壓電元件100、調控單元220以及電流取樣單元210之間。諧振電路270可用以根據調控單元220所輸出之脈衝調變訊號Sp作動，進而控制壓電元件100之工作電流I1。
在一些實施態樣中，諧振電路270可包含電容元件271、開關模組272以及電感元件273。其中，電容元件271之一端可耦接至壓電元件之第一驅動電極110。電感元件273可耦接於電容元件271之另一端與一電源電位Vcc之間。開關模組272之一端可耦接至比較單元212之非反相輸入端，開關模組272之另一端可耦接至電容元件271之另一端與電感元件之一端，且開關模組272之控制端耦接至調控單元220之輸出端。因此，開關模組272可根據脈衝調變訊號Sp來控制電容元件271與比較單元212之間的電性連結。
在一實施態樣中，壓電元件100之第二驅動電極120可耦接至比較單元212之非反相輸入端。然而本發明並非以此為限，在另一實施態樣中，如圖6所示，壓電元件100之第二驅動電極120則可耦接至地電位Gnd。
在一些實態樣中，驅動電路200之電流取樣單元210與調控單元220可以積體電路製作於同一晶片（IC）中，且其餘之電流轉電壓單元240、雜訊消除單元250、放大單元260及/或諧振電路270則可為外部設置之電子零件。然而本發明並非以此為限，電流轉電壓單元240、雜訊消除單元250、放大單元260及/或諧振電路270亦可與電流取樣單元210與調控單元220以積體電路製作於同一晶片之中。
圖7為本發明一實施例之壓電元件之驅動方法的概要示意圖。請參閱圖3與圖7，壓電元件100之驅動方法包含接收類比訊號A1（步驟S11）、依序產生複數控制碼D1-Dn（步驟S12）、依序根據複數控制碼D1-Dn取樣類比訊號A1以產生取樣訊號Ss（步驟S13）、根據取樣訊號Ss之轉態調整脈衝調變訊號Sp之頻率（步驟S14），以及輸出脈衝調變訊號Sp以控制壓電元件100之工作電流I1（步驟S15）。其中，類比訊號A1之大小相關於壓電元件100之阻抗大小。於此，類比訊號A1是負相關於壓電元件100之阻抗，且正相關於壓電元件100之工作電流I1。
在一些實施例中，於步驟S11前，驅動方法更可包含根據工作電流I1產生類比訊號A1（步驟S10a）。於此，驅動電路200可藉由電流轉電壓單元240根據壓電元件100之工作電流I1的大小轉換出對應之類比訊號A1。換言之，類比訊號A1之大小是正相關於工作電流I1。
在步驟S10a之後，驅動方法更可包含藉由雜訊消除單元250來消除類比訊號A1上之雜訊（步驟S10b）。此外，驅動方法更可包含藉由放大單元260放大類比訊號A1（步驟S10c）。於此，步驟S10b與步驟S10c可依序執行，以先消除類比訊號A1上之雜訊後，再放大類比訊號A1。然而，本發明並非以此為限，驅動方法亦可僅執行步驟S10b或步驟S10c。
在步驟S11之一實施態樣中，驅動電路200可藉由電流取樣單元210之比較單元212接收類比訊號A1。於此，比較單元212是以其非反相輸入端接收類比訊號A1。
在步驟S12的一實施態樣中，驅動電路200之調控單元220可採用降序方式、升序方式或是使用者自定義之順序來依序產生多個控制碼D1-Dn。
在步驟S13的一實施態樣中，可藉由電流取樣單元210之數位類比轉換單元211依序根據複數控制碼D1-Dn產生複數參考訊號Sr1-Srn（步驟S13a），且藉由電流取樣單元210之比較單元212根據各參考訊號Sr1-Srn與類比訊號A1產生取樣訊號Ss（步驟S13b）。
於此，當比較單元212判定類比訊號A1大於與之相比之參考訊號）時，比較單元212所產生之取樣訊號Ss之位準可為邏輯“1”。而當比較單元212判定類比訊號A1小於與之相比之參考訊號時，比較單元212所產生之取樣訊號Ss之位準則可為邏輯“0”。此外，步驟S11到步驟S13可稱為一個取樣程序。
在步驟S14的一實施態樣中，驅動電路200之調控單元220可根據此次取樣程序中對應於取樣訊號Ss之轉態的參考訊號的電位，並且將此參考訊號的電位與在前次取樣程序中對應於取樣訊號Ss之轉態的參考訊號的電位進行比較，以根據此比較結果來調整脈衝調變訊號Sp之頻率。
於調整完後，接續執行步驟S15，以藉由調控單元230輸出調整後之脈衝調變訊號Sp至諧振電路270，且諧振電路270可根據脈衝調變訊號Sp之頻率來控制壓電元件100之工作電流I1的大小。
在一些實施例中，於步驟S14之前，驅動電路200更可藉由調控單元230判斷取樣訊號Ss發生轉態時之參考訊號的電位是否具有最大值。當判斷於取樣訊號Ss發生轉態時之參考訊號的電位具有最大值時，驅動電路200可藉由調控單元230鎖定脈衝調變訊號Sp之頻率（步驟S14a），之後再接續執行步驟S15，以使得壓電元件100可具有最大工作效率。而當判斷於取樣訊號Ss發生轉態時之參考訊號的電位並非為最大值時，則接續執行步驟S14，以根據二次取樣程序中對應於取樣訊號Ss之轉態的參考訊號的電位來決定脈衝調變訊號Sp之頻率的調整趨勢後，再接續執行步驟S15。
綜上所述，根據本發明實施例之壓電元件的驅動電路及其方法，其藉由取樣壓電元件在當前脈衝調變訊號之頻率的控制下所對應之工作電流的大小，並據以調整脈衝調變訊號的頻率以調控壓電元件之工作電流量。如此一來，無論壓電元件之工作時間的長短、壓電元件工作之溫度的高低或脈衝調變訊號的初始頻率為何，驅動電路皆能透過前述動作來精準地追頻，而驅使壓電元件工作於串聯諧振頻率，以輸出最大機械能來達到最佳工作效率，並且可快速反應以避避免壓電元件因工作電流過大而燒毀。此外，更可因減少電子元件的使用數量而降低驅動電路之整體成本。
本發明之技術內容已以較佳實施例揭示如上述，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神所做些許之更動與潤飾，皆應涵蓋於本發明之範疇內，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧壓電元件
110‧‧‧第一驅動電極
120‧‧‧第二驅動電極
200‧‧‧驅動電路
210‧‧‧電流取樣單元
211‧‧‧數位類比轉換單元
212‧‧‧比較單元
220‧‧‧調控單元
240‧‧‧電流轉電壓單元
250‧‧‧雜訊消除單元
260‧‧‧放大單元
270‧‧‧諧振電路
271‧‧‧電容元件
272‧‧‧開關模組
273‧‧‧電感元件
A1‧‧‧類比訊號
C0‧‧‧靜態電容
C1‧‧‧動態電容
D1-Dn‧‧‧控制碼
F1‧‧‧串聯諧振頻率
F2‧‧‧並聯諧振頻率
Fa‧‧‧第一頻率
Fa’‧‧‧第一頻率
Fb‧‧‧第二頻率
Fb’‧‧‧第二頻率
I1‧‧‧工作電流
L1‧‧‧動態電感
R1‧‧‧動態電阻
R2‧‧‧電阻
Sr1-Srn,Srx‧‧‧參考訊號
Ss‧‧‧取樣訊號
Sp‧‧‧脈衝調變訊號
Vcc‧‧‧電源電位
Gnd‧‧‧地電位
Z
max‧‧‧最大阻抗值
Z
min‧‧‧最小阻抗值
步驟S10a‧‧‧根據工作電流產生類比訊號
步驟S10b‧‧‧消除類比訊號上之雜訊
步驟S10c‧‧‧放大類比訊號
步驟S11‧‧‧接收類比訊號
步驟S12‧‧‧依序產生複數控制碼
步驟S13‧‧‧依序根據控制碼取樣類比訊號以產生取樣訊號
步驟S13a‧‧‧依序根據控制碼產生複數參考訊號
步驟S13b‧‧‧根據各控制碼與類比訊號產生取樣訊號
步驟S14‧‧‧根據取樣訊號之轉態調整脈衝調變訊號之頻率
步驟S14a‧‧‧鎖定脈衝調變訊號之頻率
步驟S15‧‧‧輸出脈衝調變訊號以控制壓電元件之工作電流
[圖1]為壓電元件的概要等效電路圖。 [圖2]為壓電元件之阻抗對頻率的概要關係圖。 [圖3]為本發明一實施例之壓電元件的驅動電路之概要示意圖。 [圖4]為利用複數參考訊號比對類比訊號的概要關係圖。 [圖5]為頻率對壓電元件之工作電流的概要關係圖。 [圖6]為本發明另一實施例之驅動電路驅動壓電元件的概要示意圖。 [圖7]為本發明一實施例之壓電元件之驅動方法的概要示意圖。
100‧‧‧壓電元件
110‧‧‧第一驅動電極
120‧‧‧第二驅動電極
200‧‧‧驅動電路
210‧‧‧電流取樣單元
211‧‧‧數位類比轉換單元
212‧‧‧比較單元
220‧‧‧調控單元
240‧‧‧電流轉電壓單元
250‧‧‧雜訊消除單元
260‧‧‧放大單元
270‧‧‧諧振電路
271‧‧‧電容元件
272‧‧‧開關模組
273‧‧‧電感元件
A1‧‧‧類比訊號
D1-Dn‧‧‧控制碼
Sr1-Srn‧‧‧參考訊號
Ss‧‧‧取樣訊號
Sp‧‧‧脈衝調變訊號
Vcc‧‧‧電源電位
Gnd‧‧‧地電位
Claims (15)
- 一種壓電元件的驅動電路，包含：一雜訊消除單元，消除一類比訊號上之雜訊；一放大單元，放大經由該雜訊消除單元消除該類比訊號上之該雜訊後之該類比訊號；一電流取樣單元，依序根據複數控制碼取樣放大後之該類比訊號以產生一取樣訊號，其中該類比訊號之大小相關於一壓電元件之阻抗大小；及一調控單元，依序產生該複數控制碼，根據該取樣訊號之轉態調整一脈衝調變訊號之頻率，且輸出該脈衝調變訊號以控制該壓電元件之工作電流。
- 如請求項1所述的壓電元件的驅動電路，其中該電流取樣單元包含：一數位類比轉換單元，根據該複數控制碼產生複數參考訊號；及一比較單元，根據各該參考訊號與該類比訊號產生該取樣訊號。
- 如請求項1所述的壓電元件的驅動電路，更包含：一電流轉電壓單元，根據該壓電元件之該工作電流產生對應之該類比訊號。
- 如請求項1所述的壓電元件的驅動電路，其中該調控單元係根據該取樣訊號之轉態與前次該取樣訊號之轉態來調整該脈衝調變訊號之該頻率。
- 如請求項2所述的壓電元件的驅動電路，其中當該取樣訊號發生轉態時之該參考訊號的電位具有最大值時，該調控單元更鎖定該脈衝調變訊號之該頻率。
- 如請求項1所述的壓電元件的驅動電路，更包含：一諧振電路，根據該脈衝調變訊號之該頻率控制該壓電元件之該工作電流。
- 如請求項6所述的壓電元件的驅動電路，其中該諧振電路包含：一電容元件，一端耦接至該壓電元件之一端；一開關模組，耦接於該電容元件之另一端與該電流取樣單元之間，且根據該脈衝調變訊號控制該電容元件與該電流取樣單元的電性連結；以及一電感元件，耦接於該電容元件之該另一端與一電源電位之間。
- 如請求項7所述的壓電元件的驅動電路，其中該壓電元件之另一端耦接至一地電位。
- 如請求項7所述的壓電元件的驅動電路，其中該壓電元件之另一端耦接至該電流取樣單元。
- 如請求項1所述的壓電元件的驅動電路，其中該調控單元係以升序方式或以降序方式依序產生該複數控制碼。
- 一種壓電元件的驅動方法，包含：消除一類比訊號上之雜訊；放大該類比訊號； 接收該類比訊號，其中該類比訊號之大小相關於一壓電元件之阻抗大小；依序產生複數控制碼；依序根據該複數控制碼取樣該類比訊號以產生一取樣訊號；根據該取樣訊號之轉態調整一脈衝調變訊號之頻率；及輸出該脈衝調變訊號以控制該壓電元件之工作電流。
- 如請求項11所述的壓電元件的驅動方法，其中依序根據該複數控制碼取樣該類比訊號以產生該取樣訊號之步驟包含：依序根據該複數控制碼產生複數參考訊號；及根據各該參考訊號與該類比訊號產生該取樣訊號。
- 如請求項11所述的壓電元件的驅動方法，更包含：根據該工作電流產生該類比訊號。
- 如請求項11所述的壓電元件的驅動方法，其中該調整步驟係根據該取樣訊號之轉態與前次該取樣訊號之轉態來調整該脈衝調變訊號之該頻率。
- 如請求項12所述的壓電元件的驅動方法，更包含：當該取樣訊號發生轉態時之該參考訊號的電位具有最大值時，鎖定該脈衝調變訊號之該頻率。
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- 2016-06-03 CN CN201610388589.6A patent/CN107437580B/zh active Active
- 2016-06-03 CN CN201620532184.0U patent/CN205752254U/zh not_active Withdrawn - After Issue
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| Publication number | Publication date |
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