驅(qū)動電路及控制電容元件的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種為電容元件(特別是壓電晶體)充電及放電的方法，本發(fā)明專利技術(shù)還公開了一種實施所述為電容元件充電方法的設(shè)備。所述設(shè)備包括雙極升降壓變換器，因此可以為電容元件充正向電壓和反向電壓。電容元件的放電采用能量回收的方式，并回輸至設(shè)備的電源供應(yīng)單元。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種驅(qū)動電路及一種控制電容元件的方法，尤其涉及一種用于驅(qū)動至少一個壓電驅(qū)動器的雙極電壓升降調(diào)節(jié)器。
技術(shù)介紹
隨著新技術(shù)的發(fā)展，在壓電陶瓷領(lǐng)域壓電驅(qū)動器逐漸取代了電磁驅(qū)動器。壓電陶瓷工藝的發(fā)展使制造具有更快響應(yīng)速度、更低耗能的驅(qū)動器成為可能。然而，這種工藝的應(yīng)用也帶來了其他技術(shù)方面的挑戰(zhàn)。其一是壓電驅(qū)動器的電控制。壓電驅(qū)動器需要高達1000V的電壓才能使其在所有的狀態(tài)下都能夠被驅(qū)動。雖然，由于采用了當(dāng)前的陶瓷多層化工藝，已成功地將驅(qū)動電壓降低至100V的范圍，這是一個相當(dāng)大的降低，但是仍然需要提供一個高電壓，對于現(xiàn)在通常工作在相當(dāng)?shù)偷碾妷合碌碾娮酉到y(tǒng)而言尤其是如此。并且，高電壓對設(shè)備的使用者而言也存在風(fēng)險，特別是在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用中。在結(jié)構(gòu)上，壓電驅(qū)動器與陶瓷多層電容器很相似，并且大電容和高電壓的結(jié)合使驅(qū)動器中存儲了相當(dāng)多的能量。存儲能量的好處是在電源被切斷的情況下，驅(qū)動器仍然能夠保持原狀態(tài)，從而不需要外接電源就能夠保持原狀態(tài)。但是，其不足之處在于，當(dāng)驅(qū)動器被控制回到較小電壓(movement)幅度時，這些存儲的能量必須被釋放掉。在線性控制的應(yīng)用中，這種釋放包括許多存儲的能量通過產(chǎn)生熱而損失掉。另外一個問題是，壓電陶瓷的結(jié)構(gòu)屬于有內(nèi)在摩擦的結(jié)構(gòu)，這也意味著壓電驅(qū)動器有大約20%的力學(xué)滯后。因此，為了不影響壓電驅(qū)動器的運動，可以為其提供一個大約為普通正向控制電壓20%的反向電壓。為驅(qū)動器提供的反向電壓不能超過最大正向電壓的20%，否則將會損壞驅(qū)動器。一種解決上述所提及問題的方法是采用切換技術(shù)結(jié)合感應(yīng)器，使儲存在電源單元中的能量能夠回輸給驅(qū)動器。在美國專利6，617，754中，描述了許多解決此類問題的方法，其中切換是通過在高壓電源的主要輸出端上連接一個感應(yīng)器元件實現(xiàn)的。但是，這種解決方法的不足是，設(shè)備需要兩個電壓值范圍為100V或者更大的高壓電源。本專利技術(shù)的目的是，提供一種不需要使用高壓電源而能夠轉(zhuǎn)換、回收能量來控制電容元件的方法。
技術(shù)實現(xiàn)思路
上述目的依照各獨立權(quán)利要求提供的設(shè)備及方法來實現(xiàn)，而具體實施方式體現(xiàn)在從屬權(quán)利要求中。因此，本專利技術(shù)首先致力于減緩或者消除一個或多個上述現(xiàn)有技術(shù)中的單獨的或結(jié)合的問題或者不足，并且提供如權(quán)利要求所述的設(shè)備解決至少部分上述問題。上述目的是通過在升壓調(diào)節(jié)器的末端上的作為電容器的電容元件實現(xiàn)的。通過增加額外的開關(guān)功能及采用包括多個繞線的感應(yīng)器，升壓調(diào)節(jié)器能夠結(jié)合降壓調(diào)節(jié)器采用能量回收方式(energy recovery)為電容元件充電。具體實施例中包括給電容元件，特別是壓電晶體充電或者放電的方法。設(shè)備按照此方法給電容元件充電。在不同的實施例中，上述設(shè)備包括雙極電壓升降變換器，由此，電容元件既能夠充正向壓電也能夠充反向電壓。在某些具體實施例中，電容元件按照上述的能量回收方式放電，并將能量回輸給設(shè)備的電源供應(yīng)單元。在本專利技術(shù)的一個方面，提供一種用于控制電容元件的驅(qū)動電路。其中，所述驅(qū)動電路包括可切換的正向調(diào)節(jié)器電路和可切換的反向調(diào)節(jié)器電路的組合，還包括多個換向開關(guān)。所述驅(qū)動電路有兩個工作狀態(tài)，并且能夠使用上述的換向開關(guān)進行選擇，其中一個工作狀態(tài)為升壓調(diào)節(jié)器，另一個狀態(tài)為降壓調(diào)節(jié)器。根據(jù)各種實施例，上述換向開關(guān)包括至少4個開關(guān)，其中第一主開關(guān)Sl及第二主開關(guān)S2位于原邊，第一次開關(guān)S3及第二次開關(guān)S4位于副邊。在一些實施例中，所述驅(qū)動電路包括至少一個感應(yīng)器，所述感應(yīng)器在一個較佳的實施方式中包括位于其原邊的至少兩個繞線Ll和L2。驅(qū)動電路的工作狀態(tài)可通過如下方式獲得斷開第二主開關(guān)S2、第一次開關(guān)S3，閉合第二次開關(guān)S4，從而為電容元件X提供一個由第一主開關(guān)Sl控制的正向升壓電路，以實現(xiàn)電容元件X正向充電；斷開第一主開關(guān)Sl、第二次開關(guān)S4,閉合第一次開關(guān)S3，從而為電容元件X提供一個由第二主開關(guān)S2控制的反向升壓電路，以實現(xiàn)電容元件X反向充電；斷開第一主開關(guān)Si、第二主開關(guān)S2，閉合第二次開關(guān)S4，從而為電容元件X提供一個由第一次開關(guān)S3控制的正向降壓電路，實現(xiàn)電容元件X的放電并回輸至儲能電容器C。在另一個實施例中，電容元件X —端接地，次開關(guān)S3及S4均置于感應(yīng)器次級線圈 L3的一端，并且在第二主開關(guān)S2及變壓器的初級線圈L2中間接有二極管D2。添加二極管D2能夠防止反向升壓電路中的箝位效應(yīng)，并且能夠產(chǎn)生高反向電壓。構(gòu)建上述電路是為了驅(qū)動電容元件，例如驅(qū)動器元件，特別是壓電驅(qū)動器。所述電路通過在原邊具有多個繞線的電感/線圈以及多個開關(guān)形成了升壓調(diào)節(jié)器和降壓調(diào)節(jié)器。 由于采用了這種結(jié)構(gòu)，所述驅(qū)動電路可以通過將電路切換為正向升壓變換器或者反向升壓變換器以實現(xiàn)控制電容元件正向充電或者反向充電，從而實現(xiàn)對電容元件的控制。電容元件也可以通過將電路的狀態(tài)切換至正向降壓變換器實現(xiàn)放電，此時電容元件采用能量回收方式放電，并將能量回輸至電源設(shè)備。這意味著在驅(qū)動器被控制在較低的偏移狀態(tài)(a lower deflection)時，累積在驅(qū)動器中本應(yīng)通過發(fā)熱方式而散失的能量并未損失。采用這種結(jié)構(gòu)的驅(qū)動電路時，驅(qū)動器的反向控制電壓范圍也受到限制。當(dāng)所述驅(qū)動電路采用反向電壓控制驅(qū)動器，以使驅(qū)動器不會因力學(xué)滯后而停止運動時，不能將電路控制在太高的反向電壓下，否則會損壞驅(qū)動器。這種對驅(qū)動器的限制為在最大允許正向電壓的20%以內(nèi)。開關(guān)優(yōu)選采用MOS晶體管，但并不僅限于MOS晶體管。在本專利技術(shù)的另一方面，提供一種驅(qū)動并控制電容元件的方法。所述方法包括提供切換升壓調(diào)節(jié)器電路和切換降壓調(diào)節(jié)器電路的組合，以及多個換向開關(guān)，并且通過控制這些換向開關(guān)為電路提供兩種可選的工作狀態(tài)，其中一個工作狀態(tài)為升壓調(diào)節(jié)器，另一個狀態(tài)為降壓調(diào)節(jié)器。在實施例中，升壓調(diào)節(jié)器用于在正向電壓和反向電壓下為電容元件(如驅(qū)動器元件，較佳地為壓電驅(qū)動器)充電，并且降壓調(diào)節(jié)器用于采用能量回收的方式為電容元件放電，并將能量回輸至驅(qū)動電路的電源供應(yīng)單元。在一些實施例中，驅(qū)動器的反向控制電壓的范圍是受到限制的，例如將其限定在最大允許正向電壓的20 %以內(nèi)。本方法的有益效果與上述的設(shè)備相同。電容元件如驅(qū)動器元件，尤其是壓電驅(qū)動器，其既能夠被正向電壓也能夠被反向電壓驅(qū)動，并且能夠在不損失存儲在驅(qū)動器中能量的情況下進行放電，能量的損失形式有散熱等，并使能量通過回輸至電源設(shè)備而被重新利用。附圖說明本專利技術(shù)的特點和優(yōu)點將在下面描述的具體實施方式中予以展示和表述，請參照附圖，其中圖1為電路的一種實施例的示意圖；圖2為與圖1相當(dāng)?shù)碾娐返氖疽鈭D，其被連接為正向升壓變換器；圖3為與圖1相當(dāng)?shù)碾娐返氖疽鈭D，其被連接為反向升壓變換器；圖4為與圖1相當(dāng)?shù)碾娐返氖疽鈭D，其被連接為正向降壓變換器；圖5為電路另一種實施例的示意圖。具體實施例方式圖1中所示為電路的一種實施例中的示意圖。感應(yīng)器的繞線比例在初級線圈為m和N2，次級線圈為N3.圖2為與圖1相當(dāng)?shù)碾娐返氖疽鈭D，其中開關(guān)S2、S3斷開，開關(guān)S4閉合。這種配置使電路被設(shè)置為正向升壓變換器，能量通過開關(guān)Sl從電源Vcc變換至儲能電容器C中。圖3為與圖1相當(dāng)?shù)碾娐返氖疽鈭D，其中開關(guān)Si、S4斷開，開關(guān)S3關(guān)閉。這種配置使電路被設(shè)置為反向升壓變換器。能量通過開關(guān)S2的幫助從電源Vcc變換至儲能電容器C中。二極管Dl以及感應(yīng)器的線本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
１．一種用于控制電容元件的驅(qū)動電路，其特征在于，包括：可切換的升壓調(diào)節(jié)器電路和可切換的降壓調(diào)節(jié)器電路的組合，以及多個換向開關(guān)，所述驅(qū)動電路包括通過所述換向開關(guān)實現(xiàn)的兩個可選擇的工作狀態(tài)，其中一個工作狀態(tài)為升壓調(diào)節(jié)器，另一個工作狀態(tài)為降壓調(diào)節(jié)器。

【技術(shù)特征摘要】
2010.05.17 SE 1050485-01.一種用于控制電容元件的驅(qū)動電路，其特征在于，包括可切換的升壓調(diào)節(jié)器電路和可切換的降壓調(diào)節(jié)器電路的組合，以及多個換向開關(guān)，所述驅(qū)動電路包括通過所述換向開關(guān)實現(xiàn)的兩個可選擇的工作狀態(tài)，其中一個工作狀態(tài)為升壓調(diào)節(jié)器，另一個工作狀態(tài)為降壓調(diào)節(jié)器。2.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動電路，其特征在于，所述換向開關(guān)包括至少四個開關(guān)，其中第一主開關(guān)及第二主開關(guān)設(shè)置在原邊，第一次開關(guān)及第二次開關(guān)設(shè)置在副邊；其中所述驅(qū)動電路包括至少一個感應(yīng)器，所述感應(yīng)器在其原邊具有至少兩個初級繞線；并且所述工作狀態(tài)通過如下方式獲得斷開第二主開關(guān)及第一次開關(guān)，閉合第二次開關(guān)，從而為電容元件提供一個由第一主開關(guān)控制的正向升壓電路，以實現(xiàn)電容元件的正向充電；斷開第一主開關(guān)、第二次開關(guān)，閉合第一次開關(guān)，從而為電容元件提供一個由第二主開關(guān)控制的反向升壓電路，以實現(xiàn)電容元件的反向充電；斷開第一主開關(guān)、第二主開關(guān)，閉合第二次開關(guān)，從而為電容元件提供一個由第一次開關(guān)控制的正向降壓電路，以實現(xiàn)電容元件的放電并回輸至儲能電容器。3.如權(quán)利要求2所述的驅(qū)動電路，其特征在于， 電容元件一端接地；第一、第二次開關(guān)均置于感應(yīng)器的次級線圈的一端；和在第二主開關(guān)及一初級線圈中間接有二極管。4.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：戈蘭·西維斯，
申請(專利權(quán))人：邁瑞醫(yī)療瑞典公司，
類型：發(fā)明
國別省市：SE