專利名稱：用于控制壓電驅(qū)動(dòng)器的電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于控制壓電驅(qū)動(dòng)器的電路。
壓電驅(qū)動(dòng)器的操作需要一個(gè)給定頻率的交流電壓。所述頻率應(yīng)當(dāng)能夠激起壓電驅(qū)動(dòng)器的所需的諧振方式。最佳的操作頻率位于壓電驅(qū)動(dòng)器的機(jī)械諧振頻率附近。用于控制壓電驅(qū)動(dòng)器的電路在US5013982的專利說(shuō)明書中描述了。所述說(shuō)明書涉及壓電驅(qū)動(dòng)器，尤其涉及一種行波電動(dòng)機(jī)，對(duì)該電動(dòng)機(jī)施加兩個(gè)交流電壓。所用的電路用于控制壓電驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電壓的頻率和相角。因而，控制驅(qū)動(dòng)器的速度。
本發(fā)明的目的在于，借助于一種電路以這樣的方式控制壓電驅(qū)動(dòng)器，使得壓電驅(qū)動(dòng)器的最佳工作點(diǎn)，因此壓電驅(qū)動(dòng)器的最大效率可以獨(dú)立于變化的參數(shù)例如溫度和壓電驅(qū)動(dòng)器的負(fù)載被獲得，從而改善壓電驅(qū)動(dòng)器的效率。與此同時(shí)，還提供一種成本低的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的壓電驅(qū)動(dòng)器的控制電路，所述電路可以容易地適用于不同的壓電驅(qū)動(dòng)器。
按照本發(fā)明，所述目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，第一測(cè)量電路的輸出信號(hào)被提供給相位檢測(cè)器的第一輸入端，邏輯電路的輸出信號(hào)或第二測(cè)量電路的輸出信號(hào)被提供給相位檢測(cè)器的第二輸入端，邏輯電路的第二輸出信號(hào)作為輸入信號(hào)被提供給用于向壓電驅(qū)動(dòng)器提供交流電壓的最后級(jí)，環(huán)路濾波器處理相位檢測(cè)器的輸出信號(hào)，并把一個(gè)控制信號(hào)提供給電壓控制的振蕩器，其輸出信號(hào)被提供給邏輯電路的輸入端，并且提供延遲元件用于調(diào)節(jié)最佳工作點(diǎn)的頻率和被控制的壓電驅(qū)動(dòng)器的效率。
因此，使得壓電驅(qū)動(dòng)器在其整個(gè)壽命中總是工作在最大效率下。對(duì)于給定的輸出功率，這使得節(jié)省電能，并且減少了總的體積。此外，改進(jìn)的效率使得減少功率消耗，因此可以延長(zhǎng)壓電驅(qū)動(dòng)器的壽命。
此外，還提供權(quán)利要求2限定的測(cè)量電路，所述測(cè)量電路使得能夠檢測(cè)相位零交叉點(diǎn)，因而能夠檢測(cè)壓電諧振器的檢測(cè)器電極上的電壓的相位關(guān)系。
作為另一種方案，提供權(quán)利要求3限定的測(cè)量電路。這種測(cè)量電路使得能夠以另一種方式檢測(cè)相位零交叉點(diǎn)，因而使得能夠以另一種方式檢測(cè)通過(guò)壓電驅(qū)動(dòng)器的電流的相位關(guān)系。
權(quán)利要求4限定的實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于可以實(shí)現(xiàn)成本低而可靠性高的通過(guò)壓電驅(qū)動(dòng)器的電流的相位關(guān)系的檢測(cè)。這使得可以省去在權(quán)利要求3限定的實(shí)施例中所需的運(yùn)算放大器。
作為另一個(gè)實(shí)施例，權(quán)利要求5限定的實(shí)施例也使得能夠借助于兩個(gè)反并聯(lián)的二極管檢測(cè)通過(guò)壓電驅(qū)動(dòng)器的電流的相位關(guān)系。
權(quán)利要求6限定了第二測(cè)量電路的一種形式。這種測(cè)量電路使得能夠檢測(cè)相位零交叉點(diǎn)，因而能夠檢測(cè)施加于壓電驅(qū)動(dòng)器的電壓的相位關(guān)系。
權(quán)利要求7和8限定的實(shí)施例可以把控制電路預(yù)置為關(guān)于壓電驅(qū)動(dòng)器的諧振頻率的一個(gè)給定的工作點(diǎn)(頻率偏移)。內(nèi)置延遲的兩種形式在技術(shù)上是等效的。延遲元件提供最佳工作點(diǎn)的調(diào)節(jié)，所述最佳工作點(diǎn)位于相對(duì)于壓電驅(qū)動(dòng)器的諧振頻率稍微偏移的一個(gè)頻率上。壓電驅(qū)動(dòng)器的諧振頻率的位置可以相對(duì)于邏輯電路的輸出電壓的相位零交叉點(diǎn)的位置或者相對(duì)于施加于壓電驅(qū)動(dòng)器的電壓的相位零交叉點(diǎn)的位置借助于第一測(cè)量電路的電壓的相位零交叉點(diǎn)的位置求得。在用于檢測(cè)壓電驅(qū)動(dòng)器的諧振頻率的兩個(gè)信號(hào)之間的相位差可以根據(jù)延遲元件的停滯時(shí)間被改變。
在按照權(quán)利要求9或10的另一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)分頻器被設(shè)置在邏輯電路和相位檢測(cè)器之間的分支中。所述分頻器由一個(gè)自然數(shù)除邏輯電路的一個(gè)輸出信號(hào)。這樣作的優(yōu)點(diǎn)在于，最后級(jí)的激勵(lì)頻率可以等于控制電路的操作頻率的若干倍那樣高，這能夠減少由于在最后級(jí)的諧波失真而引起的損耗。
按照權(quán)利要求1到10之一的電路被包括在電動(dòng)剃須刀中，用于控制刀具的壓電驅(qū)動(dòng)器。
在所述的小型電氣設(shè)備中，高頻的優(yōu)點(diǎn)是特別顯然的，因?yàn)楦咝实尿?qū)動(dòng)能夠減小總的體積。此外，電功率的減少可以減少電流消耗，這在由電池供電的剃須刀的情況下尤其是重要的，因?yàn)檫@使得能夠使用較長(zhǎng)的時(shí)間不用充電，或者可以使電池的容量被減少，因而減輕重量。
下面以舉例方式結(jié)合


本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例，其中圖1是用于控制壓電驅(qū)動(dòng)器的第一電路的方塊圖；圖2是用于控制壓電驅(qū)動(dòng)器的第二電路的方塊圖3是用于控制壓電驅(qū)動(dòng)器的第二電路的方塊圖；圖4是用于檢測(cè)通過(guò)壓電驅(qū)動(dòng)器的電流的相位的第一測(cè)量電路的電路圖；圖5是用于檢測(cè)通過(guò)壓電驅(qū)動(dòng)器的電流的相位的第二測(cè)量電路的電路圖；圖6是用于檢測(cè)通過(guò)壓電驅(qū)動(dòng)器的電流的相位的第三測(cè)量電路的電路圖；圖7是在壓電驅(qū)動(dòng)器中具有檢測(cè)器的第四測(cè)量電路的電路圖；圖8是包括按照本發(fā)明的電路的電動(dòng)剃須刀的示意圖。
圖1的電路和圖2的電路具有相同的電路元件，其區(qū)別只在于其電路結(jié)構(gòu)。圖3所示的電路也用于控制壓電驅(qū)動(dòng)器1的操作。
基本上，壓電驅(qū)動(dòng)器1由最后級(jí)2供給所需的電壓和電功率，最后級(jí)2由直流電壓源3供電，例如電池或蓄電池。該電路還包括測(cè)量電路4，用于檢測(cè)通過(guò)壓電驅(qū)動(dòng)器1的電流的相位，或用于檢測(cè)在圖7所示的壓電驅(qū)動(dòng)器1上的特定的檢測(cè)器電極14上的測(cè)量電壓的相位。在壓電驅(qū)動(dòng)器1的表面上設(shè)置有電極14，所述電極供給電壓。所述電壓是借助于未示出的運(yùn)算放大器為控制電路而產(chǎn)生的。
在圖4到6的測(cè)量電路中未示出電流檢測(cè)的情況。測(cè)量阻抗12和壓電驅(qū)動(dòng)器1串聯(lián)設(shè)置。因?yàn)闇y(cè)量阻抗12應(yīng)當(dāng)非常低，以便避免電損耗，所以測(cè)量阻抗12上的電壓在未示出的運(yùn)算放大器中被放大并被施加于相位檢測(cè)器5的輸入端。圖5的第二測(cè)量電路包括齊納二極管11，其和壓電驅(qū)動(dòng)器1串聯(lián)設(shè)置。因?yàn)槎O管11只從給定的施加電壓值下開(kāi)始導(dǎo)通，所以這還能夠確定相位零交叉點(diǎn)。加于齊納二極管11上的電壓也被提供給相位檢測(cè)器5的輸入端。因?yàn)檫@不需要運(yùn)算放大器，所以這種方案的成本特別低。圖6所示的測(cè)量電路提供了用于確定通過(guò)壓電驅(qū)動(dòng)器1的電流的相位的另一種方法。所述的電路包括反并聯(lián)的二極管裝置15。電流流過(guò)所述反并聯(lián)的二極管裝置并產(chǎn)生一個(gè)電壓降。這個(gè)小的電壓降通過(guò)一個(gè)差動(dòng)放大器被施加于相位檢測(cè)器5的第一輸入端，在最簡(jiǎn)單的情況下，所述差動(dòng)放大器也是一個(gè)運(yùn)算放大器。
這樣測(cè)量的通過(guò)壓電驅(qū)動(dòng)器1的電流的相位連同借助于測(cè)量電路(13)確定的被施加于壓電驅(qū)動(dòng)器1的電壓的相位一道可以被直接提供給相位檢測(cè)器5。這便是圖3所示的情況。在圖1和圖2所示的電路中，壓電驅(qū)動(dòng)器1的電壓不被直接提供給相位檢測(cè)器5，但是使用出現(xiàn)在邏輯電路10的輸出端上的輸出電壓。在這種情況下，施加于壓電驅(qū)動(dòng)器1的電壓的實(shí)際相位的相位差應(yīng)當(dāng)被考慮，并且應(yīng)當(dāng)根據(jù)頻率、驅(qū)動(dòng)器的負(fù)載和電路的特殊設(shè)計(jì)進(jìn)行校正。邏輯電路10的功能是控制一個(gè)未示出的在最后級(jí)2中的橋式電路，借此可以改變施加于壓電驅(qū)動(dòng)器1的電壓的幅值和頻率。
相位檢測(cè)器5的輸出在環(huán)路濾波器7的控制環(huán)中被處理。環(huán)路濾波器7包括無(wú)源元件例如電阻和電容，因此，環(huán)路濾波器7的傳遞函數(shù)的極點(diǎn)和零點(diǎn)應(yīng)當(dāng)適應(yīng)于相關(guān)的電路。環(huán)路濾波器7的輸出控制電壓控制的振蕩器6和位于所述振蕩器后面的邏輯電路10。
為了獲得壓電驅(qū)動(dòng)器1的最佳效率，此時(shí)工作點(diǎn)處于相位檢測(cè)器5的兩個(gè)輸入信號(hào)之間的相位差大約為0度附近，圖1到3所示的電路包括延遲元件8。所述延遲元件可以被包括在測(cè)量電路4和相位檢測(cè)器5的第一輸入之間，如圖1所示，或者被包括在邏輯電路10(分頻器)的一個(gè)輸出，和相位檢測(cè)器5的第二輸入端之間，如圖2所示。在圖3所示的電路中，延遲元件8被設(shè)置在第二測(cè)量電路13和相位檢測(cè)器5的第二輸入端之間。延遲元件8提供離開(kāi)相位零交叉點(diǎn)所需的偏移。已經(jīng)證實(shí)，這個(gè)偏移是壓電驅(qū)動(dòng)器1具有最佳效率時(shí)的工作點(diǎn)。
為了避免諧波失真，利用等于驅(qū)動(dòng)器1的頻率若干倍例如6倍的頻率操作最后級(jí)是有用的。在這種情況下，必須在邏輯電路10的一個(gè)輸出端和相位檢測(cè)器5的第二輸入端之間的連接支路中提供分頻器9。如果最后級(jí)2在壓電驅(qū)動(dòng)器1的額定操作頻率下操作，則不需要分頻器9。
因?yàn)榘凑毡景l(fā)明的電路提高了壓電驅(qū)動(dòng)器1的效率，所以施加于壓電驅(qū)動(dòng)器1的操作電壓可以被減小。與此同時(shí)，也使得壓電驅(qū)動(dòng)器1消耗較小的電流。這兩個(gè)特征意味著在相同的機(jī)械負(fù)載下具有更小的功率消耗，因此，按照本發(fā)明的電路尤其適用于獨(dú)立于主電源的電氣設(shè)備，例如電動(dòng)剃須刀，因?yàn)檩^低的功率消耗使得可以使用更小和更輕的蓄電池，因而使得剃須刀更容易操作。此外，如果需要，當(dāng)電池的容量相同時(shí)，可以延長(zhǎng)可維持的操作時(shí)間。圖8示意地表示被集成在剃須刀中的按照本發(fā)明的一種電路。
權(quán)利要求
1．一種用于控制壓電驅(qū)動(dòng)器(1)的電路，其特征在于第一測(cè)量電路(4)的輸出信號(hào)被提供給相位檢測(cè)器(5)的第一輸入端，邏輯電路(10)的輸出信號(hào)或第二測(cè)量電路(13)的輸出信號(hào)被提供給相位檢測(cè)器(5)的第二輸入端，邏輯電路(10)的第二輸出信號(hào)作為輸入信號(hào)被提供給用于向壓電驅(qū)動(dòng)器(1)提供交流電壓的最后級(jí)(2)，環(huán)路濾波器(7)處理相位檢測(cè)器(5)的輸出信號(hào)，并把一個(gè)控制信號(hào)提供給電壓控制的振蕩器(6)，所述振蕩器(6)的輸出信號(hào)被提供給邏輯電路(10)的輸入端，以及提供延遲元件(8)用于調(diào)節(jié)最佳工作點(diǎn)的頻率和被控制的壓電驅(qū)動(dòng)器(1)的效率。
2．如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于電壓在測(cè)量電路(4)中借助于壓電驅(qū)動(dòng)器(1)上的檢測(cè)器電極(14)被檢測(cè)，并且所述電壓是相位檢測(cè)器(5)的第一輸入信號(hào)。
3．如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于在測(cè)量電路(4)中，壓電驅(qū)動(dòng)器(1)的電流流過(guò)測(cè)量阻抗(12)，并且被放大的測(cè)量阻抗兩端的電壓是相位檢測(cè)器(5)的第一輸入信號(hào)。
4．如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于在測(cè)量電路(4)中，壓電驅(qū)動(dòng)器(1)的電流流過(guò)流過(guò)齊納二極管(11)，并且所述齊納二極管(11)兩端的電壓是相位檢測(cè)器(5)的第一輸入信號(hào)。
5．如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于在測(cè)量電路(4)中，壓電驅(qū)動(dòng)器(1)的電流流過(guò)流過(guò)反并聯(lián)設(shè)置的兩個(gè)二極管(15)，并且被放大的所述二極管(15)兩端的電壓是相位檢測(cè)器(5)的第一輸入信號(hào)。
6．如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于在測(cè)量電路(13)中，被施加于壓電驅(qū)動(dòng)器(1)的電壓被測(cè)量。
7．如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于延遲元件(8)延遲測(cè)量電路(4)的輸出信號(hào)。
8．如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于延遲元件(8)延遲在邏輯電路(10)和相位檢測(cè)器(5)的第二輸出端之間的支路中的邏輯電路(10)的輸出信號(hào)，或者延遲測(cè)量電路(13)的輸出信號(hào)。
9．如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于分頻器(9)被包括在邏輯電路(10)的一個(gè)輸出端和相位檢測(cè)器(5)的第二輸入端之間的支路中。
10．如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于由延遲元件(8)跟隨著的分頻器(9)被包括在邏輯電路(10)的一個(gè)輸出端和相位檢測(cè)器(5)的第二輸入端之間的支路中。
11．具有電動(dòng)馬達(dá)和控制該電動(dòng)馬達(dá)的裝置的電動(dòng)剃須刀，其特征在于電動(dòng)機(jī)是壓電驅(qū)動(dòng)器(1)，用于控制電動(dòng)機(jī)的裝置是在權(quán)利要求1到10中任何一個(gè)所述的電路。
全文摘要
一種控制壓電驅(qū)動(dòng)器的電路。其中,第一測(cè)量電路的輸出信號(hào)被提供給相位檢測(cè)器的第一輸入端,邏輯電路的輸出信號(hào)或第二測(cè)量電路的輸出信號(hào)被提供給相位檢測(cè)器的第二輸入端,邏輯電路的第二輸出信號(hào)作為輸入信號(hào)被提供給最后級(jí),環(huán)路濾波器處理相位檢測(cè)器的輸出信號(hào),并把一個(gè)控制信號(hào)提供給電壓控制的振蕩器,所述振蕩器的輸出信號(hào)被提供給邏輯電路的輸入端。
文檔編號(hào)H02N2/00GK1310513SQ0110288
公開(kāi)日2001年8月29日 申請(qǐng)日期2001年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月25日
發(fā)明者F·J·莫拉萊斯, 塞爾拉諾, C·雷欽格 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司