專利名稱：能夠抑制一個壓電元件的殘余振動的控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制技術(shù)，特別是涉及一種能夠抑制一壓電(piezoelectric)元件的殘余振動的控制裝置。
背景技術(shù)：
倒車雷達設備通常是以一個黏貼有一壓電元件的鋁殼來實現(xiàn)。當一驅(qū)動信號傳入倒車雷達設備，壓電元件會因壓電效應轉(zhuǎn)換出一控制力，來引導鋁殼產(chǎn)生振動并發(fā)出一超音波信號。倘若裝設有倒車雷達設備的車輛快觸及一障礙物，倒車雷達設備會收到障礙物因超音波信號所反射的一回波信號，借以估測車輛和障礙物間的距離，來適時地提醒駕駛?cè)恕２贿^，驅(qū)動信號停止后，壓電元件和鋁殼仍會有殘余的機械振動(也就是殘響)，當?shù)管嚴走_與障礙物間距離過近時，此殘余的機械振動信號會與回波信號相重疊，造成倒車雷達設備無法準確地感測回波信號的位置而失去估測距離的功能。為了縮短倒車雷達設備可估測的最小距離，必須抑制壓電元件殘余的機械振動。參閱

圖1與圖2，一種能夠抑制一壓電元件1的殘余振動的控制裝置包含一驅(qū)動電路2、一殘響控制電路3及一切換電路4。控制裝置可操作于一工作模式及一非工作模式。 在工作模式下，切換電路4將驅(qū)動電路2電連接到壓電元件1，驅(qū)動電路2輸出一提供弦波形狀電流的驅(qū)動信號來驅(qū)使壓電元件1產(chǎn)生振動。在非工作模式下，切換電路4將殘響控制電路11電連接到壓電元件1，殘響控制電路3抑制壓電元件1的殘余振動。壓電元件1 在殘余振動期間，由于壓電效應會流出內(nèi)電流，此內(nèi)電流仍保持弦波形狀，只是幅值相形較小。以往的殘響控制電路3包括一直流電源31及一開關(guān)單元32。直流電源31提供一直流參考電壓。開關(guān)單元32包括四個開關(guān)321 324。在非工作模式下，當壓電元件1的電流為正(也就是從壓電元件1電連接到開關(guān)321、322間的一共同點的一第一端往壓電元件1電連接到開關(guān)323、324間的一共同點的一第二端流動)時，開關(guān)單元32受控制使得開關(guān)321、323導通、開關(guān)322、3M不導通，從而直流電源31對壓電元件1提供一個相當于正直流參考電壓的電壓，而當壓電元件1的電流為負(也就是從壓電元件1的第二端往壓電元件1的第一端流動)時，開關(guān)單元32受控制使得開關(guān)322、3M導通、開關(guān)321、323不導通，從而直流電源31對壓電元件1提供一個相當于負直流參考電壓的電壓，如此一來，壓電元件1的電流和電壓同相，導致每個周期的消散能量最大化，所以能抑制壓電元件1的殘余振動。雖然以往的殘響控制電路3在非工作模式的初期確實能抑制壓電元件1的殘余振動，但是當壓電元件1的振動幅度降至很小時，直流電源31的能量卻可能透過開關(guān)單元32 來干擾壓電元件1的振動收斂，甚至導致壓電元件1的振動又再度變大。另外，Y.P. Liu 等人于 2009 年 4 月發(fā)表的“Velocity-Controlled Piezoelectric Switching Energy Harvesting Device”論文中披露了一種能夠從一壓電元件擷取能量的能量擷取裝置。此能量擷取裝置利用一容值相當大的電容性儲能元件來儲存擷取到的能量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在提供一種能夠抑制一個壓電元件的殘余振動的控制裝置，可以使壓電元件的殘余振動順利收斂到實質(zhì)上靜止。本發(fā)明能夠抑制一個壓電元件的殘余振動的控制裝置包含一電容性儲能元件及一開關(guān)單元。該壓電元件應用于具有一等效質(zhì)量塊的一系統(tǒng)。該開關(guān)單元電連接到該電容性儲能元件，及適用于電連接到該壓電元件。該控制裝置可操作于一非工作模式，在該非工作模式下，該開關(guān)單元受控制進行切換，以使該壓電元件對該電容性儲能元件進行充電及放電中的至少一者，并將該電容性儲能元件的電壓提供給該壓電元件，以抑制該壓電元件的殘余振動。該電容性儲能元件具有一容值，該容值足以使得在該非工作模式下，該電容性儲能元件的電壓實質(zhì)上追隨該壓電元件的殘余振動幅度的變化，并在該壓電元件的殘余振動結(jié)束后降至實質(zhì)上為零。該電容性儲能元件的電壓符合下式
冗 P
權(quán)利要求
1.一種能夠抑制一個壓電元件的殘余振動的控制裝置，所述壓電元件應用于具有一個等效質(zhì)量塊的一個系統(tǒng)，所述控制裝置的特征在于其包含一個電容性儲能元件；及一個開關(guān)單元，電連接到所述電容性儲能元件，及適用于電連接到所述壓電元件； 所述控制裝置可操作于一個非工作模式，在所述非工作模式下，所述開關(guān)單元受控制進行切換，以使所述壓電元件對所述電容性儲能元件進行充電及放電中的至少一者，并將所述電容性儲能元件的電壓提供給所述壓電元件，以抑制所述壓電元件的殘余振動；所述電容性儲能元件具有一個容值，所述容值足以使得在所述非工作模式下，所述電容性儲能元件的電壓實質(zhì)上追隨所述壓電元件的殘余振動幅度的變化，并在所述壓電元件的殘余振動結(jié)束后降至實質(zhì)上為零；所述電容性儲能元件的電壓符合下式
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，所述壓電元件具有一個第一端及一個第二端，所述控制裝置的特征在于所述電容性儲能元件具有一個第一端及一個第二端；所述開關(guān)單元包括依序串聯(lián)成環(huán)型的第一、第二、第三及第四開關(guān)，所述第一與第四開關(guān)間的一個共同點及所述第二與第三開關(guān)間的一個共同點分別電連接到所述電容性儲能元件的第一與第二端，所述第一與第二開關(guān)間的一個共同點及所述第三與第四開關(guān)間的一個共同點適用于分別電連接到所述壓電元件的第一端及第二端；在所述非工作模式下，所述開關(guān)單元受控制，使得所述第一與第二開關(guān)交替導通，所述第三與第四開關(guān)交替導通，且所述第一與第三開關(guān)同時導通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制裝置，其特征在于其還包含一個二極管，電連接在所述開關(guān)單元的第一與第四開關(guān)間的共同點及所述電容性儲能元件間，且能建立從所述開關(guān)單元的第一與第四開關(guān)間的共同點到所述電容性儲能元件的一個電流路徑；及一個電阻，與所述電容性儲能元件并聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制裝置，其特征在于其還包含一個電感，電連接在所述開關(guān)單元的第一與第二開關(guān)間的共同點及所述壓電元件間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制裝置，其特征在于其還包含 一個電流感測器，電連接在所述電感與所述壓電元件間；及一個控制單元，電連接到所述開關(guān)單元及所述電流感測器；在所述非工作模式下，所述電流感測器偵測所述壓電元件的電流，所述控制單元在所述壓電元件的電流從所述壓電元件的第一端往所述壓電元件的第二端流動時，使所述開關(guān)單元的第一與第三開關(guān)導通、第二與第四開關(guān)不導通，而在所述壓電元件的電流從所述壓電元件的第二端往所述壓電元件的第一端流動時，使所述開關(guān)單元的第二與第四開關(guān)導通、第一與第三開關(guān)不導通。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制裝置，其特征在于在所述非工作模式下，所述控制單元使所述第一與第二開關(guān)的導通期間相隔一段預設時間、所述第三與第四開關(guān)的導通期間相隔所述預設時間，所述預設時間足夠讓所述電感將所述壓電元件充電到一個預設電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制裝置，其特征在于其還包含一個供電單元，電連接到所述電容性儲能元件；所述控制裝置還可操作于一個工作模式，在所述工作模式下，所述供電單元受控制以提供一個直流電壓給所述電容性儲能元件，所述開關(guān)單元受控制，使得所述第一與第二開關(guān)交替導通，所述第三與第四開關(guān)交替導通，且所述第一與第三開關(guān)同時導通，從而所述開關(guān)單元輸出一個驅(qū)動信號來驅(qū)使所述壓電元件產(chǎn)生振動；在所述非工作模式下，所述供電單元受控制以停止提供所述直流電壓給所述電容性儲能元件，所述開關(guān)單元受控制，使得在所述非工作模式下所述第一與第二開關(guān)交替導通的相位與在所述工作模式下所述第一與第二開關(guān)交替導通的相位實質(zhì)上相差180度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制裝置，其特征在于所述供電單元包括一個電感，具有一個電連接到所述電容性儲能元件的第一端的第一端，及一個第二端；一個二極管，具有一個電連接到所述電容性儲能元件的第二端的陽極，及一個電連接到所述電感的第二端的陰極，所述陽極還適用于電連接到一個外部直流電源的負端；及一開關(guān)，電連接在所述電感的第二端及所述外部直流電源的正端間；在所述工作模式下，所述供電單元受控制使得所述開關(guān)導通，從而自所述電感的第一端提供所述直流電壓給所述電容性儲能元件；在所述非工作模式下，所述供電單元受控制使得所述開關(guān)不導通，從而停止自所述電感的第一端提供所述直流電壓給所述電容性儲能元件。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制裝置，其特征在于其還包含一個變壓器，電連接在所述開關(guān)單元及所述壓電元件間，用于放大所述開關(guān)單元所輸出的信號以提供給所述壓電元件。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于所述電容性儲能元件的容值不超過所述壓電元件的等效電路的靜態(tài)電容的容值的1/10。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于根據(jù)申請專利范圍第1項所述的控制裝置，其中，所述電容性儲能元件的容值落在IpF IOyF的范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠抑制一個壓電元件的殘余振動的控制裝置。該控制裝置包含一電容性儲能元件及一開關(guān)單元。該控制裝置可操作于一非工作模式，在該非工作模式下，該開關(guān)單元受控制進行切換，以使該壓電元件對該電容性儲能元件進行充電及放電中的至少一者，并將該電容性儲能元件的電壓提供給該壓電元件，以抑制該壓電元件的殘余振動。該電容性儲能元件具有一容值，該容值足以使得在該非工作模式下，該電容性儲能元件的電壓實質(zhì)上追隨該壓電元件的殘余振動幅度的變化，并在該壓電元件的殘余振動結(jié)束后降至實質(zhì)上為零。
文檔編號H02N2/06GK102420465SQ20101029551
公開日2012年4月18日 申請日期2010年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月27日
發(fā)明者吳文中, 吳肇庭 申請人:同致電子企業(yè)股份有限公司