CN1310513A - 用于控制压电驱动器的电路 - Google Patents

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    • H02N2/008—Means for controlling vibration frequency or phase, e.g. for resonance tracking

Abstract

一种控制压电驱动器的电路。其中,第一测量电路的输出信号被提供给相位检测器的第一输入端,逻辑电路的输出信号或第二测量电路的输出信号被提供给相位检测器的第二输入端,逻辑电路的第二输出信号作为输入信号被提供给最后级,环路滤波器处理相位检测器的输出信号,并把一个控制信号提供给电压控制的振荡器,所述振荡器的输出信号被提供给逻辑电路的输入端。

Description

用于控制压电驱动器的电路
本发明涉及一种用于控制压电驱动器的电路。
压电驱动器的操作需要一个给定频率的交流电压。所述频率应当能够激起压电驱动器的所需的谐振方式。最佳的操作频率位于压电驱动器的机械谐振频率附近。用于控制压电驱动器的电路在US5013982的专利说明书中描述了。所述说明书涉及压电驱动器，尤其涉及一种行波电动机，对该电动机施加两个交流电压。所用的电路用于控制压电驱动器的驱动电压的频率和相角。因而，控制驱动器的速度。
本发明的目的在于，借助于一种电路以这样的方式控制压电驱动器，使得压电驱动器的最佳工作点，因此压电驱动器的最大效率可以独立于变化的参数例如温度和压电驱动器的负载被获得，从而改善压电驱动器的效率。与此同时，还提供一种成本低的结构简单的压电驱动器的控制电路，所述电路可以容易地适用于不同的压电驱动器。
按照本发明，所述目的是这样实现的，第一测量电路的输出信号被提供给相位检测器的第一输入端，逻辑电路的输出信号或第二测量电路的输出信号被提供给相位检测器的第二输入端，逻辑电路的第二输出信号作为输入信号被提供给用于向压电驱动器提供交流电压的最后级，环路滤波器处理相位检测器的输出信号，并把一个控制信号提供给电压控制的振荡器，其输出信号被提供给逻辑电路的输入端，并且提供延迟元件用于调节最佳工作点的频率和被控制的压电驱动器的效率。
因此，使得压电驱动器在其整个寿命中总是工作在最大效率下。对于给定的输出功率，这使得节省电能，并且减少了总的体积。此外，改进的效率使得减少功率消耗，因此可以延长压电驱动器的寿命。
此外，还提供权利要求2限定的测量电路，所述测量电路使得能够检测相位零交叉点，因而能够检测压电谐振器的检测器电极上的电压的相位关系。
作为另一种方案，提供权利要求3限定的测量电路。这种测量电路使得能够以另一种方式检测相位零交叉点，因而使得能够以另一种方式检测通过压电驱动器的电流的相位关系。
权利要求4限定的实施例的优点在于可以实现成本低而可靠性高的通过压电驱动器的电流的相位关系的检测。这使得可以省去在权利要求3限定的实施例中所需的运算放大器。
作为另一个实施例，权利要求5限定的实施例也使得能够借助于两个反并联的二极管检测通过压电驱动器的电流的相位关系。
权利要求6限定了第二测量电路的一种形式。这种测量电路使得能够检测相位零交叉点，因而能够检测施加于压电驱动器的电压的相位关系。
权利要求7和8限定的实施例可以把控制电路预置为关于压电驱动器的谐振频率的一个给定的工作点(频率偏移)。内置延迟的两种形式在技术上是等效的。延迟元件提供最佳工作点的调节，所述最佳工作点位于相对于压电驱动器的谐振频率稍微偏移的一个频率上。压电驱动器的谐振频率的位置可以相对于逻辑电路的输出电压的相位零交叉点的位置或者相对于施加于压电驱动器的电压的相位零交叉点的位置借助于第一测量电路的电压的相位零交叉点的位置求得。在用于检测压电驱动器的谐振频率的两个信号之间的相位差可以根据延迟元件的停滞时间被改变。
在按照权利要求9或10的另一个实施例中，一个分频器被设置在逻辑电路和相位检测器之间的分支中。所述分频器由一个自然数除逻辑电路的一个输出信号。这样作的优点在于，最后级的激励频率可以等于控制电路的操作频率的若干倍那样高，这能够减少由于在最后级的谐波失真而引起的损耗。
按照权利要求1到10之一的电路被包括在电动剃须刀中，用于控制刀具的压电驱动器。
在所述的小型电气设备中，高频的优点是特别显然的，因为高效率的驱动能够减小总的体积。此外，电功率的减少可以减少电流消耗，这在由电池供电的剃须刀的情况下尤其是重要的，因为这使得能够使用较长的时间不用充电，或者可以使电池的容量被减少，因而减轻重量。
下面以举例方式结合附图说明本发明的几个实施例，其中：
图1是用于控制压电驱动器的第一电路的方块图；
图2是用于控制压电驱动器的第二电路的方块图；
图3是用于控制压电驱动器的第二电路的方块图；
图4是用于检测通过压电驱动器的电流的相位的第一测量电路的电路图；
图5是用于检测通过压电驱动器的电流的相位的第二测量电路的电路图；
图6是用于检测通过压电驱动器的电流的相位的第三测量电路的电路图；
图7是在压电驱动器中具有检测器的第四测量电路的电路图；
图8是包括按照本发明的电路的电动剃须刀的示意图。
图1的电路和图2的电路具有相同的电路元件，其区别只在于其电路结构。图3所示的电路也用于控制压电驱动器1的操作。
基本上，压电驱动器1由最后级2供给所需的电压和电功率，最后级2由直流电压源3供电，例如电池或蓄电池。该电路还包括测量电路4，用于检测通过压电驱动器1的电流的相位，或用于检测在图7所示的压电驱动器1上的特定的检测器电极14上的测量电压的相位。在压电驱动器1的表面上设置有电极14，所述电极供给电压。所述电压是借助于未示出的运算放大器为控制电路而产生的。
在图4到6的测量电路中未示出电流检测的情况。测量阻抗12和压电驱动器1串联设置。因为测量阻抗12应当非常低，以便避免电损耗，所以测量阻抗12上的电压在未示出的运算放大器中被放大并被施加于相位检测器5的输入端。图5的第二测量电路包括齐纳二极管11，其和压电驱动器1串联设置。因为二极管11只从给定的施加电压值下开始导通，所以这还能够确定相位零交叉点。加于齐纳二极管11上的电压也被提供给相位检测器5的输入端。因为这不需要运算放大器，所以这种方案的成本特别低。图6所示的测量电路提供了用于确定通过压电驱动器1的电流的相位的另一种方法。所述的电路包括反并联的二极管装置15。电流流过所述反并联的二极管装置并产生一个电压降。这个小的电压降通过一个差动放大器被施加于相位检测器5的第一输入端，在最简单的情况下，所述差动放大器也是一个运算放大器。
这样测量的通过压电驱动器1的电流的相位连同借助于测量电路(13)确定的被施加于压电驱动器1的电压的相位一道可以被直接提供给相位检测器5。这便是图3所示的情况。在图1和图2所示的电路中，压电驱动器1的电压不被直接提供给相位检测器5，但是使用出现在逻辑电路10的输出端上的输出电压。在这种情况下，施加于压电驱动器1的电压的实际相位的相位差应当被考虑，并且应当根据频率、驱动器的负载和电路的特殊设计进行校正。逻辑电路10的功能是控制一个未示出的在最后级2中的桥式电路，借此可以改变施加于压电驱动器1的电压的幅值和频率。
相位检测器5的输出在环路滤波器7的控制环中被处理。环路滤波器7包括无源元件例如电阻和电容，因此，环路滤波器7的传递函数的极点和零点应当适应于相关的电路。环路滤波器7的输出控制电压控制的振荡器6和位于所述振荡器后面的逻辑电路10。
为了获得压电驱动器1的最佳效率，此时工作点处于相位检测器5的两个输入信号之间的相位差大约为0度附近，图1到3所示的电路包括延迟元件8。所述延迟元件可以被包括在测量电路4和相位检测器5的第一输入之间，如图1所示，或者被包括在逻辑电路10(分频器)的一个输出，和相位检测器5的第二输入端之间，如图2所示。在图3所示的电路中，延迟元件8被设置在第二测量电路13和相位检测器5的第二输入端之间。延迟元件8提供离开相位零交叉点所需的偏移。已经证实，这个偏移是压电驱动器1具有最佳效率时的工作点。
为了避免谐波失真，利用等于驱动器1的频率若干倍例如6倍的频率操作最后级是有用的。在这种情况下，必须在逻辑电路10的一个输出端和相位检测器5的第二输入端之间的连接支路中提供分频器9。如果最后级2在压电驱动器1的额定操作频率下操作，则不需要分频器9。
因为按照本发明的电路提高了压电驱动器1的效率，所以施加于压电驱动器1的操作电压可以被减小。与此同时，也使得压电驱动器1消耗较小的电流。这两个特征意味着在相同的机械负载下具有更小的功率消耗，因此，按照本发明的电路尤其适用于独立于主电源的电气设备，例如电动剃须刀，因为较低的功率消耗使得可以使用更小和更轻的蓄电池，因而使得剃须刀更容易操作。此外，如果需要，当电池的容量相同时，可以延长可维持的操作时间。图8示意地表示被集成在剃须刀中的按照本发明的一种电路。

Claims (11)

1．一种用于控制压电驱动器(1)的电路，其特征在于
第一测量电路(4)的输出信号被提供给相位检测器(5)的第一输入端，
逻辑电路(10)的输出信号或第二测量电路(13)的输出信号被提供给相位检测器(5)的第二输入端，
逻辑电路(10)的第二输出信号作为输入信号被提供给用于向压电驱动器(1)提供交流电压的最后级(2)，
环路滤波器(7)处理相位检测器(5)的输出信号，并把一个控制信号提供给电压控制的振荡器(6)，所述振荡器(6)的输出信号被提供给逻辑电路(10)的输入端，以及
提供延迟元件(8)用于调节最佳工作点的频率和被控制的压电驱动器(1)的效率。
2．如权利要求1所述的电路，其特征在于
电压在测量电路(4)中借助于压电驱动器(1)上的检测器电极(14)被检测，并且所述电压是相位检测器(5)的第一输入信号。
3．如权利要求1所述的电路，其特征在于
在测量电路(4)中，压电驱动器(1)的电流流过测量阻抗(12)，并且被放大的测量阻抗两端的电压是相位检测器(5)的第一输入信号。
4．如权利要求1所述的电路，其特征在于
在测量电路(4)中，压电驱动器(1)的电流流过流过齐纳二极管(11)，并且所述齐纳二极管(11)两端的电压是相位检测器(5)的第一输入信号。
5．如权利要求1所述的电路，其特征在于
在测量电路(4)中，压电驱动器(1)的电流流过流过反并联设置的两个二极管(15)，并且被放大的所述二极管(15)两端的电压是相位检测器(5)的第一输入信号。
6．如权利要求1所述的电路，其特征在于
在测量电路(13)中，被施加于压电驱动器(1)的电压被测量。
7．如权利要求1所述的电路，其特征在于
延迟元件(8)延迟测量电路(4)的输出信号。
8．如权利要求1所述的电路，其特征在于
延迟元件(8)延迟在逻辑电路(10)和相位检测器(5)的第二输出端之间的支路中的逻辑电路(10)的输出信号，或者延迟测量电路(13)的输出信号。
9．如权利要求1所述的电路，其特征在于
分频器(9)被包括在逻辑电路(10)的一个输出端和相位检测器(5)的第二输入端之间的支路中。
10．如权利要求1所述的电路，其特征在于
由延迟元件(8)跟随着的分频器(9)被包括在逻辑电路(10)的一个输出端和相位检测器(5)的第二输入端之间的支路中。
11．具有电动马达和控制该电动马达的装置的电动剃须刀，其特征在于
电动机是压电驱动器(1)，用于控制电动机的装置是在权利要求1到10中任何一个所述的电路。
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