CN107939659B - 压电泵的驱动*** - Google Patents

Abstract

本案关于一种驱动***，包含：电压转换模块，用以将第一直流电压转换为第二直流电压；切换模块，将第二直流电压转换为交流电压，用以施加于压电致动器驱动运作；检测模块，包含反馈电路及气压传感器，反馈电路检测切换模块内的电压参考值，气压传感器检测压电泵内的气压流量；以及微控制器模块，依据电压参考值获得工作频率，使压电致动器在工作频率下运作，且微控制器模块控制电压转换模块调整输出电压，借此调整压电泵内的气压流量。

Description

压电泵的驱动***

【技术领域】

本案关于一种驱动***，尤指一种输出可变电压，同时控制压电致动器的工作频率为可变的压电泵的驱动***。

【背景技术】

一般压电泵在运作时，通常需要驱动***来提供电能而驱动压电泵内的压电致动器，使压电致动器进行周期性的运作，进而驱动压电空气泵对应运作。

目前压电泵的驱动***大致分三种种类。第一种驱动***为输出固定的电压，同时控制压电致动器的工作频率为固定。第二种驱动***为输出可变的电压，同时控制压电致动器的工作频率为固定。第三种驱动***为输出可变的电压，同时控制压电致动器的工作频率为可变。

然而上述三种驱动***却各自存在缺点。首先，针对第一种驱动***，由于压电泵实际上随着不同的架构以及制程上的公差导致压电致动器厚薄度不同而具有不同的特性，因此在输出固定的电压，同时压电致动器的工作频率为固定的情况下，压电泵输出的气压有所差异，如此一来，第一种驱动***的控制方式只能取一个大略值，无法因应不同的压电泵而有效的精确控制压电泵的性能及输出流速。针对第二种驱动***，由于压电泵实际上随着不同的架构以及压电致动器的不同厚薄度而具有不同的特性，因此即便不同的压电泵其最佳的工作频率点为不同，例如三颗压电泵的最佳的工作频率分别为100kHz、105kHz及95kHz，驱动***也仅能控制这些压电泵的压电致动器的工作频率为固定，例如选择折衷的中心点的100kHz来控制这些压电泵的工作频率，然为了达到均一性，在驱动105kHz与95kHz的压电泵可能就需要更高或更低的电压，才能达到均一性，而过高的电压将可能击穿压电致动器，使压电致动器丧失压电特性，进而造成压电泵的损坏。第三种驱动***则会使压电泵的性能急遽的上升或下降，导致压电致动器所能控制的工作频率变窄，使得第三种驱动***并不易使用而适用性不佳。

因此，如何发展一种克服上述缺点的压电泵的驱动***，实为目前迫切的需求。

【发明内容】

本案的主要目的在于提供一种压电泵的驱动***，俾解决已知压电泵以频率与电压均为固定的驱动***控制方式、以频率固定而电压可变的驱动***控制方式以及频率可变而电压固定的驱动***控制方式，所导致具有无法有效的精确控制压电泵的性能及输出流速、容易造成压电泵的损坏或不易使用而适用性不佳等缺失，有别上述驱动***控制方式，采以频率可调变及电压可调变的驱动***控制方式，达到最大的相容性与最容易的控制的泵驱动电路，供以此产业上需求利用。

为达上述目的，本案的一较广义实施样态为提供一种驱动***，用以驱动压电泵内的压电致动器，包含：电压转换模块，将电源所输出的第一直流电压转换为第二直流电压；切换模块，将第二直流电压转换为交流电压，以施加于驱动压电致动器驱动运作；检测模块，包含反馈电路及气压传感器，反馈电路电连接切换模块，气压传感器连接压电泵输出气压流量检测值；分压模块，电连接电压转换模块；以及微控制器模块，电连接至分压模块、切换模块、反馈电路及气压传感器，其中该微控制器模块输出驱动信号控制切换模块于一频率范围下运作，并由反馈电路取得切换模块于频率范围的至少一电力参考值，由至少一电力参考值得知交流电压的工作频率，使压电致动器在工作频率下运作，且微控制器模块接收气压检测器的气压流量检测值取得一时间区段内的实际气压变化量，并比对实际气压变化量与预设气压变化量，以根据比对结果输出调整信号经由分压模块传送至电压转换模块，使电压转换模块依据调整信号调整第二直流电压，以调整压电泵内的气压流量，使实际气压变化量趋近预设气压变化量。

【附图说明】

图1为本案较佳实施例的驱动***的电路方块示意图。

图2为图1所示的驱动***的细部电路结构示意图。

图3为实际气压变化量与预设气压变化量的示范性曲线图。

【符号说明】

1：驱动***

2：电压转换模块

3：切换模块

4：极性切换电路

5：压电泵

50：压电致动器

6：检测模块

7：反馈电路

8：气压传感器

9：分压模块

10：微控制器模块

11：电源

R41：第一电阻

R42：第二电阻

R43：第三电阻

R44：第四电阻

R45：第五电阻

R71：第六电阻

R91：第七电阻

R92：第八电阻

R93：第九电阻

R26：限流电阻

Q1：第一晶体管开关

Q2：第二晶体管开关

Q3：第三晶体管开关

Q4：第四晶体管开关

Q5：第五晶体管开关

Q6：第六晶体管开关

Q7：第七晶体管开关

Q71：旁路开关

20：模式切换开关

Z：萧特基二极管

a～g:第一端～第七端

G：接地端

t1～t2时间

【具体实施方式】

体现本案特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本案能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本案的范围，且其中的说明及图示在本质上当作说明之用，而非架构于限制本案。

请参阅图1，其为本案较佳实施例的驱动***的电路方块示意图。如图1所示，驱动***1是用以驱动一压电泵5内的一压电致动器50的控制驱动电路，而驱动***1包含电压转换模块2、切换模块3、检测模块6、分压模块9以及微控制器模块10。电压转换模块2于一输入端接收一电源11所输出的一第一直流电压，并转换为一第二直流电压输出。切换模块3电连接于电压转换模块2及压电泵5之间，将电压转换模块2所输入的第二直流电压转换为一交流电压，以施加于压电泵5的压电致动器50，进而驱动压电泵5运作。

检测模块6包含一反馈电路7及一气压传感器8。反馈电路7电连接于切换模块3。气压传感器8是用以检测压电泵5内的气压流量，并依据检测结果对应输出一气压流量检测值。

分压模块9电连接电压转换模块2及微控制器模块10之间，用以将从微控制器模块10所接收到的信号进行分压，以提供给电压转换模块2。

微控制器模块10电连接至分压模块9、切换模块3、反馈电路7及气压传感器8，用以输出驱动信号控制切换模块3于一频率范围下运作，并由该反馈电路取得该切换模块3于该频率范围的至少一电力参考值，由该至少一电力参考值得知该交流电压的工作频率，进而使切换模块3驱动压电致动器50在该工作频率下运作，其中该工作频率的取得实际上为驱动***1在开始运作时，微控制器模块10先借由该反馈电路7取得该切换模块3于该频率范围内的该至少一电力参考值，该至少一电力参考值可为电压值或电流值，并将该频率范围内的取得最大电压值或最大电流值时所对应的频率即为该工作频率，使该切换模块3于该工作频率运作，并将该第二直流电压转为其频率为该工作频率的该交流电压，用以驱动该压电致动器50。

此外，微控制器模块10亦预先设有一预设气压变化量，且微控制器模块10借由气压传感器8所输出的气压流量检测值推得在一时间区段内压电泵5内的一实际气压变化量，进而比对实际气压变化量与预设气压变化量，并根据比对结果输出一调整信号，其中该调整信号可为但不限于为脉冲宽度调变信号，而该调整信号借由分压模块9分压后传送至电压转换模块2，而电压转换模块2便依据分压后的调整信号调整第二直流电压，借此调整压电泵5内的气压流量，以使实际气压变化量趋近于预设气压变化量。

由上可知，本案的驱动***1控制压电致动器50在工作频率下运作，其中工作频率为微控制器模块10借由驱动信号而使压电致动器50运作在频率范围下，且借由电压检测信号而获得在频率范围下该至少一电力参考值所反映的电压或电流为最大值时的频率，因此该工作频率实际上便可依该压电致动器50的特性不同而进行调整，换言之，即该工作频率为可变的。另外，本案的微控制器模块10可比较实际气压变化量与预设气压变化量进而输出调整信号，使电压转换模块2依据调整信号而对应地调整输出第二直流电压，借此调整压电泵5内的气压流量，以使实际气压变化量调整趋近于预设气压变化量，因此即便每种压电泵5的特性及架构有所不同，经由本案的驱动***1仍可使实际气压变化量调整为与预设气压变化量一致，故本案的驱动***1使用的适用性较佳。是以由于本案的驱动***1可输出可变的电压至压电致动器50，同时控制压电致动器50的工作频率为可变，因此相较于前述已知压电泵的驱动***所具有的缺失，本案的驱动***1可达到有效的精确控制压电泵的性能及输出流速、避免压电泵的损坏等适用性较佳的功效。

请参阅图2，其为图1所示的驱动***的细部电路结构示意图。如图2所示，切换模块3具有一极性切换电路4，该极性切换电路4包含五个电阻，即第一电阻R41、第二电阻R42、第三电阻R43、第四电阻R44及第五电阻R45，以及七个晶体管开关，即第一晶体管开关Q1、第二晶体管开关Q2、第三晶体管开关Q3、第四晶体管开关Q4、第五晶体管开关Q5、第六晶体管开关Q6及第七晶体管开关Q7。第一电阻R41的一端与电压转换模块2的输出端电连接而接收第二直流电压。第一晶体管开关Q1的集极与第一电阻R41的一端电连接，第一晶体管开关Q1的基极与第一电阻R41的另一端电连接，第一晶体管开关Q1的射极与压电致动器50的一端电连接。第二晶体管开关Q2的集极与第一电阻R41的另一端及第一晶体管开关Q1的基极电连接，第二晶体管开关Q2的射极与一共接点C电连接。第三晶体管开关Q3的集极与压电致动器50与第一晶体管开关Q1的射极所电连接的该端电连接，第三晶体管开关Q3的基极与第二晶体管开关Q2的基极电连接，第三晶体管开关Q2的射极与共接点C电连接。第四晶体管开关Q4的集极与第二晶体管开关Q2的基极以及第三晶体管Q3的基极电连接，第四晶体管开关Q4的射极与共接点C电连接。第二电阻R42的一端与第二晶体管开关Q2的基极、第三晶体管开关Q3的基极以及第四晶体管开关Q4的集极电连接。第三电阻R43的一端与第四晶体管开关Q4的基极电连接。第四电阻R44的一端与第一晶体管开关Q1的集极与第一电阻R415第一电阻R41所电连接的该端电连接。第五晶体管开关Q5的集极与第一晶体管开关Q1的集极、第一电阻R41及第四电阻R44所电连接的该端电连接，第五晶体管开关Q5的基极与第四电阻R44的另一端电连接，第五晶体管开关Q5的射极与压电致动器50的另一端电连接。第六晶体管开关Q6的集极与第五晶体管开关Q5的射极与压电致动器50所电连接的该端电连接，第六晶体管开关Q6的射极与共接点C电连接。第七晶体管开关Q7的集极与第五晶体管开关Q5的基极与第四电阻R44所电连接的该端电连接，第七晶体管开关Q7的基极与第六晶体管开关Q6的基极电连接，第七晶体管开关Q7的射极与共接点C电连接电连接。第五电阻R45的一端与第六晶体管开关Q6的基极及第七晶体管开关Q7的基极电连接，第五电阻R45的另一端与第三电阻R43的一端及第四晶体管开关Q44的基极电连接。

该电压反馈电路7包含一第六电阻R71，第六电阻R71的一端与共接点C电连接，第六电阻R71的另一端与接地端电连接，第六电阻R71用以依据共接点C上的电力而对应产生电力检测信号，因此共接点C上的电压或电流即为切换模块3内的电力参考值。

于本实施例中，微控制器模块10输出驱动信号，该驱动信号包含第一驱动信号及第二驱动信号，以控制极性切换电路4的运作，且微控制器模块10包含一第一端a、一第二端b、一第三端c、一第四端d、一第五端e，其中第一端a与第二电阻R42的另一端电连接，且输出第一驱动信号。第二端b与第三电阻R43的另一端电连接，且输出第二驱动信号。第三端c与反馈电路7的第六电阻R71的一端电连接而接收电力参考值。第四端d与气压传感器8连接而接收实际气压流量检测值。第五端e与分压模块9电连接而输出调整信号。

分压模块9包含第七电阻R91、第八电阻R92及第九电阻R93。第八电阻R92的一端与第七电阻R91的另一端以及电压转换模块2的输入端电连接。第九电阻R93的一端与第八电阻R92的另一端电连接，第九电阻R93的另一端与接地端G电连接。

在一实施例中，微控制器模块10更包含有一第六端f，输出旁路信号，电压反馈电路7更可包含一旁路开关Q71，旁路开关Q71电连接于共接点C与接地端G之间而与第六电阻R71并联连接，且旁路开关Q71的控制端与控制器模块10的第六端f电连接，旁路开关Q71受微控制器模块10于第六端f所输出的旁路信号的控制而进行导通或截止的切换，其中微控制器模块10仅在已将压电致动器50的工作频率设定为所有电力参考值中反映出电压最大值或电流最大值的电力参考值所对应的频率时，借由控制信号控制旁路开关Q71导通，以避免第六电阻R71持续消耗电能，而其余情况微控制器模块10则借由旁路信号控制开关元件Q71截止。

在一实施例中，微控制器模块10以非反向控制方式控制电压转换模块2所输出的第二直流电压，亦即当微控制器模块10所输出的调整信号的电压值越高，则电压转换模块2所输出的第二直流电压的电压值越高。当然，于其它实施例中，微控制器模块10可改以反向控制方式控制电压转换模块2所输出的第二直流电压，亦即当微控制器模块10所输出的调整信号的电压值越低，电压转换模块2所输出的第二直流电压的电压值越高。

请再参阅图2，于一些实施例中，微控制器模块10更包含一第七端g，该第七端g电连接至电压转换模块2，以开启或关闭电压转换模块2，以节省耗电量。其中微控制器模块10关闭电压模块2可为在接收到一控制命令或是判断出实际气压变化量等于预设气压变化量时，微控制器模块10关闭电压转换模块2。

另外，驱动***1更可包含一限流电阻R26及一萧特基二极管Z。限流电阻R26电连接于电源端11及电压转换模块2的输入端之间。萧特基二极管Z的阳极端与电压转换模块2的输出端电连接，萧特基二极管Z的阴极端与切换模块3电连接，萧特基二极管Z用以防止逆向电流由切换模块3流入电压转换模块2中。

请参阅图3，其是为实际气压变化量与预设气压变化量的示范性曲线图。如图3所示，微控制器模块10可借由气压检测器8获得在一时间区段，例如t0至t1及t1至t2时间区段的实际气压变化量，并比对实际气压变化量与预设气压变化量，其中当实际气压变化量大于预设气压变化量，例如时间区段为t0～t1时，微控制器模块10输出对应的调整信号供控制电压转换模块2调降第二直流电压，以使实际气压变化量趋近于预设气压变化量。反之，当实际气压变化量小于预设气压变化量，例如时间区段为t1～t2时，微控制器模块10输出对应的调整信号供控制电压转换模块2调升第二直流电压，以使实际气压变化量趋近于预设气压变化量。

以下将示范性说明本案的驱动***1的作动方式。首先，执行第一步骤，即微控制器模块10先输出控制信号而使压电致动器50运作在频率范围下，且微控制器模块10更借由反馈电路7得知在频率范围内的每一频率所对应的电力参考值，此外，微控制器模块10更将所有电力参考值中反映出最大电压值或最大电流值其所对应的频率设定为工作频率。接着，执行第二步骤，比对实际气压变化量与预设气压变化量是否相符。如果第二步骤的比对结果为实际气压变化量与预设气压变化量相等时，则重复第二步骤。反之，如果第二步骤的比对结果为实际气压变化量与预设气压变化量不符，则执行第三步骤，即判断实际气压变化量是否大于预设气压变化量。当第三步骤的判断结果为实际气压变化量大于预设气压变化量时，则执行第四步骤，即控制器模块10输出对应的调整信号而使电压转换模块2调降第二直流电压，并再次执行第二步骤。反之，当第三步骤的判断结果为实际气压变化量小于预设气压变化量时，则执行第五步骤，即控制器模块10输出对应的调整信号而使电压转换模块2调升第二直流电压，并再次执行第二步骤。

综上所述，本案揭露一种压电泵的驱动***，其中本案的驱动***的微控制器模块透过反馈电路取得较佳的工作频率，使控制压电致动器得以于该工作频率下运作，另外，本案的驱动***的微控制器模块可依据实际气压变化量调整为与预设气压变化量的差异值对应控制电压转换模块调整输出电压，借此调整压电泵内的气压流量，使实际气压变化量符合预设气压变化量，故本案的驱动***实际上可输出可变的电压至压电致动器，同时依据压电致动器的特性调整其工作频率，因此本案的驱动***可达到有效的精确控制压电泵的性能及输出流速、避免压电泵的损坏以及适用性较佳的功效。

本案得由熟知此技术的人士施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附申请专利范围所欲保护者。

Claims (13)

1.一种驱动***，用以驱动一压电泵内的一压电致动器，包含：

一电压转换模块，将一电源所输出的一第一直流电压转换为一第二直流电压；

一切换模块，电连接该电压转换模块及该压电致动器，用以将该第二直流电压转换为一交流电压，以施加于该压电致动器驱动运作；

一检测模块，包含一反馈电路及一气压传感器，该反馈电路电连接该切换模块，该气压传感器连接该压电泵，输出一气压流量检测值；

一分压模块，电连接该电压转换模块；以及

一微控制器模块，电连接至该分压模块、该切换模块、该检测模块的该反馈电路及该气压传感器，其中该微控制器模块输出驱动信号控制该切换模块于一频率范围下运作，并由该反馈电路取得该切换模块于该频率范围的至少一电力参考值，由该至少一电力参考值得知该交流电压的工作频率，使该压电致动器在该工作频率下运作，且该微控制器模块接收该气压传感器的一气压流量检测值取得一时间区段内的一实际气压变化量，并比对该实际气压变化量与一预设气压变化量，以根据比对结果输出一调整信号经由该分压模块传送至该电压转换模块，使该电压转换模块依据该调整信号调整该第二直流电压，以调整该压电泵内的气压流量，使该实际气压变化量趋近该预设气压变化量。

2.如权利要求1所述的驱动***，其特征在于，该切换模块具有一极性切换电路，该极性切换电路包含：

一第一电阻，该第一电阻的一端与该电压转换模块电连接而接收该第二直流电压；

一第一晶体管开关，该第一晶体管开关的一集极是与该电压转换模块所电连接该第一电阻的一端电连接，该第一晶体管开关的一基极与该第一电阻的另一端电连接；

一第二晶体管开关，该第二晶体管开关的一集极与该第一晶体管开关的基极所电连接该第一电阻的一端电连接，该第二晶体管开关的一射极与一共接点电连接；

一第三晶体管开关，该第三晶体管开关的一集极与该第一晶体管开关的一射极及该压电致动器的一端电连接，该第三晶体管开关的一基极与该第二晶体管开关的一基极电连接，该第三晶体管开关的一射极与该共接点电连接；

一第四晶体管开关，该第四晶体管开关的一集极与该第二晶体管开关的基极以及该第三晶体管开关的基极电连接，该第四晶体管开关的一射极与该共接点电连接；

一第二电阻，该第二电阻的一端与该第二晶体管开关的基极、该第三晶体管开关的基极以及该第四晶体管开关的集极电连接；

一第三电阻，该第三电阻的一端与该第四晶体管开关的一基极电连接；

一第四电阻，该第四电阻的一端与该第一晶体管开关的集极所电连接该第一电阻的一端电连接；

一第五晶体管开关，该第五晶体管开关的一集极与该第一晶体管开关的集极所电连接该第一电阻的一端及该第四电阻的一端电连接，该第五晶体管开关的一基极与该第四电阻的另一端电连接，该第五晶体管开关的一射极与该压电致动器的另一端电连接；

一第六晶体管开关，该第六晶体管开关的一集极与该第五晶体管开关的射极以及该压电致动器的另一端电连接，该第六晶体管开关的一射极与该共接点电连接；

一第七晶体管开关，该第七晶体管开关的一集极与该第五晶体管开关的基极以及该第四电阻的另一端电连接，该第七晶体管开关的一基极与该第六晶体管开关的一基极电连接，该第七晶体管开关的一射极与该共接点电连接；以及

一第五电阻，该第五电阻的一端与该第六晶体管开关的基极以及该第七晶体管开关的基极电连接，该第五电阻的另一端与该第四晶体管开关的基极所电连接该第三电阻的一端电连接。

3.如权利要求2所述的驱动***，其特征在于，该反馈电路包含一第六电阻，该第六电阻的一端与该共接点电连接，该第六电阻的另一端与接地端电连接。

4.如权利要求3所述的驱动***，其特征在于，该驱动信号包含一第一驱动信号及一第二驱动信号，且该微控制器模块包含:

一第一端，与该第二电阻的另一端电连接，且输出该第一驱动信号；一第二端，与该第三电阻的另一端电连接，且输出该第二驱动信号；

一第三端，与该第六电阻的一端电连接而接收该电力参考值；

一第四端，与该气压传感器连接而接收该气压流量检测值；

一第五端，与该分压模块电连接而输出该调整信号；以及

一第六端，输出一旁路信号。

5.如权利要求4所述的驱动***，其特征在于，该分压模块包含：

一第七电阻，该第七电阻的一端与该第五端电连接，该第七电阻的另一端与该电压转换模块电连接；

一第八电阻，该第八电阻的一端与该第七电阻的另一端以及电压转换模块电连接；以及

一第九电阻，该第九电阻的一端与该第八电阻的另一端电连接，该第九电阻的另一端与该接地端电连接。

6.如权利要求4所述的驱动***，其特征在于，该反馈电路更包含一旁路开关，该旁路开关电连接于该共接点与该接地端之间且与该第六电阻并联连接，且该旁路开关的控制端与该微控制器模块的该第六端电连接，该旁路开关受微控制器模块于该第六端所输出的一旁路信号的控制而进行导通或截止的切换。

7.如权利要求1所述的驱动***，其特征在于，该微控制器模块所输出的该调整信号的电压值越高，该电压转换模块所输出的该第二直流电压的电压值越高。

8.如权利要求1所述的驱动***，其特征在于，该微控制器模块所输出的该调整信号的电压值越低，该电压转换模块所输出的该第二直流电压的电压值越高。

9.如权利要求1所述的驱动***，其特征在于，该调整信号为脉冲宽度调变信号。

10.如权利要求1所述的驱动***，其特征在于，当该实际气压变化量大于该预设气压变化量时，该微控制器模块输出对应的该调整信号控制该电压转换模块调降该第二直流电压，当该实际气压变化量小于该预设气压变化量时，该微控制器模块是输出对应的该调整信号控制该电压转换模块调升该第二直流电压。

11.如权利要求1或4所述的驱动***，其特征在于，该微控制器模块更包含一第七端，该第七端电连接该电压转换模块，以启动或关闭该电压转换模块。

12.如权利要求1所述的驱动***，其特征在于，该至少一电力参考值为至少一电压参考值，该微控制器模块取得该至少一电压参考值，由最大电压值的该电压参考值所对应的频率，作为该工作频率。

13.如权利要求1所述的驱动***，其特征在于，该至少一电力参考值为至少一电流参考值，该微控制器模块取得该至少一电流参考值，由最大电流值的该电流参考值所对应的频率，作为该工作频率。