专利名称：基于二倍频谐振开关技术的压电器件驱动电路模块的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种控制电器，具体涉及一种压电器件，特别涉及到该压电器件 的驱动电路。
背景技术：
现有技术情况采用压电陶瓷制作的器件在外加电压的作用下可产生与外加电压相应的线位移 或角位移。若外加电压为确定频率往复变化的，则该压电陶瓷器件即可实现与之相应的确 定频率的线扫描或角度扫描。在工作频率远低于压电陶瓷器件谐振频率时，压电陶瓷器件 通常可等效为电容。为实现对容性负载确定频率的大信号功率驱动现有技术有下面两类1)信号源输出的确定频率信号经线性功率放大器放大后对容性负载实施驱动；2)信号源输出的确定频率信号经D类功率放大器放大后对容性负载实施驱动。其中第一类技术方法的主要缺陷是驱动效率低下。其线性功率放大器的耗散功率 数值大于容性负载上的无功功率。第二类技术方法的驱动效率较高，其主要缺陷是难于实 现高频(频率高于IKHz)的大功率驱动。
实用新型内容本实用新型克服了现有技术的不足，提供一种基于二倍频谐振开关技术的压电器 件驱动电路模块，解决了驱动效率低下和难于实现高频(频率高于IKHz)的大功率驱动的 技术问题。为解决上述的技术问题，本实用新型采用以下技术方案一种基于二倍频谐振开关技术的压电器件驱动电路模块，该驱动电路模块包括开 关管T1、开关管T2、滤波电容C1、滤波电容C2、谐振电感L和负载，其中开关管T1、开关管T2 构成串联支路；正、负供电电源滤波电容C1、滤波电容C2串联，其中滤波电容C1的正极与正 电源正极连接，滤波电容C2的负极与负电源负极连接，构成串联支路。开关管T1、开关管T2 构成的串联支路与滤波电容C1、滤波电容C2构成串联支路相并联构成半桥逆变电路；谐振 电感L与负载构成串联谐振支路，该串联谐振支路跨接于开关管1\、开关管1~2的串接点与滤 波电容C1、滤波电容C2的串接点之间，负载的一端连接滤波电容C1、滤波电容C2的串接点， 并以该连接点作为公共接地点；所述的开关管T1、开关管T2的交替开关工作，分别实现一个 二倍频谐振周期形成对负载的正向半周驱动和负向半周驱动。此处涉及的“二倍频”概念 是指在开关管T1导通T2关断的半个周期中，谐振电感与负载构成的串联谐振支路与正电源 间以开关管T1、开关管T2交替开关频率的二倍频率完成一个二倍频谐振周期实现对负载的 正向半周驱动。在开关管T1关断开关管T2导通的另外半个周期中，谐振电感与负载构成的 串联谐振支路与负电源间以开关管T1、开关管T2交替开关频率的二倍频率完成另一个二倍 频谐振周期实现对负载的负向半周驱动。进而在负载上可获得电压峰值为供电电压两倍的 确定频率驱动输出。与此同时也实现了开关管T1、开关管T2的零电流开通零电压关断，极3大的降低了驱动电路的开关功耗和电磁辐射并切实提高了驱动电路的工作效率。更进一步的技术方案是所述的开关管T1、开关管T2是两只相同的开关器件，开关管T1、开关管T2采用MOS 场效应管、VMOS场效应管、TMOS场效应管、晶体三极管、可控硅及电子管中的任何一种开关 器件。所述的开关管T1、开关管T2是两只相同的开关器件，开关管T1、开关管T2还可以是 带阻尼二极管的IGBT场效应管。所述的滤波电容C1、滤波电容C2的电容量大于负载的电容量的五倍。所述的滤波电容C1、滤波电容C2采用无极性电容或有极性电容。所述的滤波电容C1、滤波电容C2采用电解电容。所述的负载为容性负载。所述的负载还可以为容性负载中的压电器件。所述的开关管T1、开关管T2的交替开关工作频率低于负载自身的谐振频率。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是在一个工作周期中，开关管T1、开关 管1~2交替开关，分别实现一个二倍频谐振周期形成对负载的正向半周驱动和负向半周驱 动。在开关管T1导通开关管T2关断的半个周期中，谐振电感L与负载构成的串联谐振支路 与正电源间以开关管T1、开关管T2交替开关频率的二倍频率完成一个二倍频谐振周期实现 对负载的正向半周驱动。在开关管T1关断开关管T2导通的另外半个周期中，谐振电感L与 负载构成的串联谐振支路与负电源间以开关管T1、开关管T2交替开关频率的二倍频率完成 另一个二倍频谐振周期实现对负载的负向半周驱动。进而在负载上获得电压峰值为供电电 压两倍的确定频率驱动输出。与此同时也实现了开关管T1、开关管T2的零电流开通零电压 关断，极大的降低了驱动电路的开关功耗和电磁辐射并切实提高了驱动电路的工作效率， 特别适用于工作于确定频率下的具有往复运动特征的压电器件的驱动，也可以用于工作确 定频率下的其他类型容性负载的驱动。
图1为本实用新型电路原理图；图2为本实用新型的工作波形图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步阐述。一种基于二倍频谐振开头技术的压电器件驱动电路模块，该驱动电路模块包括由 开关管T1、开关管T2、滤波电容C1、滤波电容C2、谐振电感L和负载1，在本实施例中开关管 T1、开关管1~2采用的是带阻尼二极管的IGBT场效应管，开关管T1、开关管1~2也可以采用IGBT 场效应管、MOS场效应管、VMOS场效应管、TMOS场效应管、晶体三极管、可控硅及电子管中的 任何一种开关器件。如图1所示，开关管T1、开关管T2构成串联支路，滤波电容C1、滤波电 容(2串联，其中滤波电容C1的正极与电源正极连接，滤波电容C2的负极与电源负极连接， 构成串联支路，开关管T1、开关管T2构成的串联支路与滤波电容Cl、滤波电容C2构成串联 支路相并联构成半桥逆变电路；谐振电感L与负载1构成串联谐振支路，该串联谐振支路跨接于开关管T1、开关管T2的串接点与滤波电容C1、滤波电容C2的串接点之间，负载1的一端 连接滤波电容C1、滤波电容C2的串接点，并以该连接点作为公共接地点。滤波电容C1、滤波 电容C2的电容量大于负载的电容量的五倍。在本实施滤波电容C1、滤波电容C2采用电解电 容，也可以采用其他无极性电容。负载1为压电器件，也可以为其他类型容性负载。本实用新型在一个工作周期中，开关管T1、开关管T2交替开关，分别实现一个二倍 频谐振周期形成对负载的正向半周和负向半周驱动。上列叙述中所涉及的“二倍频”概念 是指在开关管T1导通开关管T2关断的半个周期中，谐振电感L与负载构成的串联谐振支路 与正电源间以开关管T1、开关管T2交替开关频率的二倍频率完成一个二倍频谐振周期实现 对负载的正向半周驱动。在开关管T1关断开关管T2导通的另外半个周期中，谐振电感L与 负载构成的串联谐振支路与负电源间以开关管T1、开关管T2交替开关频率的二倍频率完成 另一个二倍频谐振周期实现对负载的负向半周驱动。进而在负载上获得电压峰值为供电电 压两倍的确定频率驱动输出。与此同时也实现了开关管T1、开关管T2的零电流开通零电压 关断，极大的降低了驱动电路的开关功耗和电磁辐射并切实提高了驱动电路的工作效率。下面再来详细叙述一下本实用新型一个开关工作周期，主要波形如图2所示，一 个开关工作周期分四个阶段进行，其中Q-表示负载1的电容值，谐振电感L为谐振电感。1) Vt1t0时刻开关管T1导通开关管T2关断(开关管T1导通时间略大于、-、)，正电 源E通过开关管T1施加在L与负载1的串联支路上，谐振电感L与负载产生串联谐振，且 t-to= π ^LrC load。负载电流k从0增长至E/^Lycirad后又下降至0，负载电压从0增长至2E。能量由正电源转移至负载电容，其数值为2ClMdE2 ；2) trt2负载电流k反向，谐振电感L与负载1的串联支路通过开关管T1的反向二极管续 流经正电源E继续产生串联谐振。负载电流k从0反向增长至-E/^LyC^d后又下降至0，负载电压从2E下降至0。能量由负载电容转移至正电源，其数值为2ClMdE2 ；3)t2-t3t3时刻开关管T1关断开关管T2导通(开关管T2导通时间略大于t3_t2)，负电源-E 通过开关管T2施加在谐振电感L与负载1的串联支路上，谐振电感L与负载1产生串联谐 振，且t3_t2= π ^LrC load。负载电流k从0反向增长至._E/^LrZClrad后又下降至0，负载电压从0反向增长至-2E。能量由负电源转移至负载电容，其数值为2ClMdE2 ；4)t3-t4负载电流k反向，k与ClMd的串联支路通过开关管T2的反向二极管续流经负电 源-E继续产生串联谐振。负载电流ij人0增长至E/^LyChd后又下降至0，负载电压从-2E 下降至0。能量由负载电容转移至正电源，其数值为2ClMdE2。上述讨论中假定开关管及其续流二极管的导通压降为零。电路按上述时序循环往复工作下去。在开关管T1或开关管T2的导通瞬间，由于谐 振电感L的电流趋近于零且电感中电流不能突变，从而实现了零电流开通。在开关管T1或 开关管T2的关断瞬间，由于谐振电感L的电流经开关管中的反向二极管续流，从而实现了 零电压关断。因此有效的降低了开关管的功率损耗和电磁辐射。由于能量是在负载电容与供电电源之间循环的来回转移，加之开关管T1、开关管T2工作在零电流开通零电压关断状 态，所以驱动电路的功率损耗基本上仅是开关管T1、开关管T2及其续流二极管的导通损耗。 因此极大的提高了驱动电路的工作效率。
权利要求1.一种基于二倍频谐振开关技术的压电器件驱动电路模块，其特征在于该驱动电路 模块包括开关管T1、开关管T2、滤波电容C1、滤波电容C2、谐振电感L和负载，其中开关管1\、 开关管T2构成串联支路；正、负供电电源滤波电容(^、滤波电容C2串联，其中滤波电容C1的 正极与正电源正极连接，滤波电容C2的负极与负电源负极连接，构成串联支路；开关管1\、 开关管T2构成的串联支路与滤波电容C1、滤波电容(2构成的串联支路相并联构成半桥逆变 电路；谐振电感L与负载(1)构成串联谐振支路，该串联谐振支路跨接于开关管T1、开关管 T2的串接点与滤波电容C1、滤波电容C2的串接点之间，负载(1)的一端连接滤波电容C1、滤 波电容C2的串接点，并以该连接点作为公共接地点；开关管T1、开关管T2交替开关工作，分 别实现一个二倍频谐振周期形成对负载(1)的正向半周驱动和负向半周驱动；在开关管T1 导通开关管T2关断的半个周期中，谐振电感与负载构成的串联谐振支路与正电源间以开关 管Ti、T2交替开关频率的二倍频率完成一个二倍频谐振周期实现对负载的正向半周驱动； 在开关管1\关断开关管T2导通的另外半个周期中，谐振电感L与负载(1)构成的串联谐振 支路与负电源间以开关管T1、开关管T2交替开关频率的二倍频率完成另一个二倍频谐振周 期实现对负载(1)的负向半周驱动，进而在负载上获得电压峰值为供电电压两倍的确定频 率驱动输出，与此同时也实现了开关管T1、开关管T2的零电流开通零电压关断。
2.根据权利要求1所述的基于二倍频谐振开关技术的压电器件驱动电路模块，其特征 在于所述的开关管T1、开关管T2是两只相同的开关器件，开关管T1、开关管T2采用MOS场 效应管、VMOS场效应管、TMOS场效应管、晶体三极管、可控硅及电子管中的任何一种开关器 件。
3.根据权利要求1所述的基于二倍频谐振开关技术的压电器件驱动电路模块，其特征 在于所述的开关管T1、开关管T2是两只相同的开关器件，开关管T1、开关管T2是带阻尼二 极管的IGBT场效应管。
4.根据权利要求1所述的基于二倍频谐振开头技术的压电器件驱动电路模块，其特征 在于所述的滤波电容C1、滤波电容C2的电容量大于负载的电容量的五倍。
5.根据权利要求1所述的基于二倍频谐振开关技术的压电器件驱动电路模块，其特征 在于所述的滤波电容C1、滤波电容C2采用无极性电容。
6.根据权利要求1所述的基于二倍频谐振开关技术的压电器件驱动电路模块，其特征 在于所述的滤波电容C1、滤波电容C2采用电解电容。
7.根据权利要求1所述的基于二倍频谐振开关技术的压电器件驱动电路模块，其特征 在于所述的负载(1)为容性负载。
8.根据权利要求7所述的基于二倍频谐振开关技术的压电器件驱动电路模块，其特征 在于所述的负载(1)为容性负载中的压电器件。
9.根据权利要求1所述的基于二倍频谐振开关技术的压电器件驱动电路模块，其特征 在于所述的开关管T1、开关管T2的交替开关工作频率低于负载自身的谐振频率。
专利摘要本实用新型公开了一种基于二倍频谐振开关技术的压电器件驱动电路模块，两个开关管T1、T2构成串联支路；两个正、负供电电源滤波电容C1、C2串联，其中C1的正极与正电源正极连接，C2的负极与负电源负极连接，构成串联支路；开关管T1、T2构成的串联支路与滤波电容C1、C2构成的串联支路相并联构成半桥逆变电路；谐振电感L与负载构成串联谐振支路，该串联谐振支路跨接于开关管T1、T2的串接点与滤波电容C1、C2的串接点之间，负载的一端连接滤波电容C1、C2的串接点，并以该连接点作为公共接地点。降低了驱动电路的开关功耗和电磁辐射并切实提高了驱动电路的工作效率，特别适用于工作于确定频率下的具有往复运动特征的压电器件的驱动。
文档编号H03K17/567GK201830203SQ20102055833
公开日2011年5月11日 申请日期2010年10月12日 优先权日2010年10月12日
发明者官春林, 张小军, 胡羿云, 陈胜华 申请人:成都迈科高技术开发有限责任公司