JPH0523267Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 考案の目的 ［産業上の利用分野］ 本考案は圧電素子駆動回路に関し、詳しくは圧
電素子（例えばPZT）への電荷の充電・放電を
行なう事により圧電素子を駆動する圧電素子駆動
回路に関する。[Detailed description of the invention] Purpose of the invention [Industrial application field] The present invention relates to a piezoelectric element drive circuit, and more specifically, it drives a piezoelectric element (for example, PZT) by charging and discharging electric charge to the piezoelectric element (for example, PZT). This invention relates to a piezoelectric element drive circuit.

［従来の技術］ 近年、圧電素子は、その伸長作用の高い応答性
に着目し、アクチユエータとして、高速応答性が
要求される分野で広く用いられている。こうした
分野の一例としては、内燃機関の高速回転に応じ
て応答性良く燃料噴射を行なう燃料噴射装置を挙
げることができ、燃料噴射弁に圧電素子を応用し
た提案が既になされている。この種の燃料噴射装
置では、燃料噴射時には、圧電素子への充電を行
ないこれを伸長させ直接もしくは間接的に弁体を
開弁方向にリフトして開弁を行ない、他方、燃料
噴射終了時には、圧電素子の電荷を取り去つてこ
れを短縮させ弁体の開弁方向への付勢をなくし、
閉弁を行なうよう構成されている。即ち、圧電素
子駆動回路は、圧電素子への充電を行ない圧電素
子を伸長させ、また圧電素子の放電を行ない圧電
素子を短縮させるよう構成されている。[Prior Art] In recent years, piezoelectric elements have been widely used as actuators in fields that require high-speed response, with attention paid to the high responsiveness of their extension action. An example of such a field is a fuel injection device that injects fuel with good response in accordance with the high speed rotation of an internal combustion engine, and proposals have already been made to apply piezoelectric elements to fuel injection valves. In this type of fuel injection device, at the time of fuel injection, the piezoelectric element is charged and expanded, and the valve body is lifted directly or indirectly in the valve opening direction to open the valve.On the other hand, at the end of fuel injection, Removes the electric charge from the piezoelectric element to shorten it and eliminate the bias in the valve opening direction of the valve body,
The valve is configured to close the valve. That is, the piezoelectric element drive circuit is configured to charge the piezoelectric element to expand the piezoelectric element, and discharge the piezoelectric element to shorten the piezoelectric element.

従来より、上記圧電素子駆動回路として種々な
る回路構成のものが提案されており、例えば米国
自動車技術会予稿集800502号（SAE，Technical
Paper Series）に示すものがある。この圧電素
子駆動回路は、第３図の回路図に示すように、電
源回路５０と、この電源回路５０と並列に接続さ
れて、電源回路５０より供給された電荷を貯える
直列接続の第１コンデンサ５２および第２コンデ
ンサ５４とを備えている。そして圧電素子５６と
両コンデンサ５２，５４との間で、圧電素子５６
のキヤパシタンスと共に直列共振回路を形成する
第１コイル５８と、該直列共振回路を開閉する第
１サイリスタ６０とを備えるよう構成し、この第
１サイリスタ６０を閉成した時、瞬時に第１コン
デンサ５２および第２コンデンサ５４に貯えられ
た電荷を圧電素子５６に移している。他方、上記
直列共振回路とは別に、圧電素子５６と第２コン
デンサ５４との間に、該コンデンサ５４と共に直
列共振回路を形成する第２コイル６２と、該直列
共振回路を開・閉する第２サイリスタ６４とを備
えるよう構成し、この第２サイリスタ６４を閉成
した時、瞬時に圧電素子５６に貯えられた電荷を
第２コンデンサ５４に移している。 Conventionally, various circuit configurations have been proposed as the above-mentioned piezoelectric element drive circuit.
Paper Series). As shown in the circuit diagram of FIG. 3, this piezoelectric element drive circuit includes a power supply circuit 50 and a series-connected first capacitor that is connected in parallel with the power supply circuit 50 and stores the charge supplied from the power supply circuit 50. 52 and a second capacitor 54. Then, between the piezoelectric element 56 and both capacitors 52 and 54, the piezoelectric element 56
The first coil 58 forms a series resonant circuit with a capacitance of , and the first thyristor 60 opens and closes the series resonant circuit. And the charge stored in the second capacitor 54 is transferred to the piezoelectric element 56. On the other hand, apart from the series resonant circuit, a second coil 62 is provided between the piezoelectric element 56 and the second capacitor 54, which forms a series resonant circuit together with the capacitor 54, and a second coil 62 which opens and closes the series resonant circuit. When the second thyristor 64 is closed, the electric charge stored in the piezoelectric element 56 is instantly transferred to the second capacitor 54.

上記圧電素子駆動回路は、圧電素子５６より放
電された電荷を第２コンデンサ５４に蓄積させ、
該蓄積した電荷を再度、圧電素子５６に放電させ
るよう構成することにより、電力節約を計ること
ができる。 The piezoelectric element drive circuit stores charges discharged from the piezoelectric element 56 in the second capacitor 54,
By configuring the piezoelectric element 56 to discharge the accumulated charge again, power can be saved.

［考案が解決しようとする問題点］ しかしながら、こうした圧電素子駆動回路には
以下の如き問題があり、より一層の改善が望まれ
ていた。[Problems to be Solved by the Invention] However, such piezoelectric element drive circuits have the following problems, and further improvements have been desired.

圧電素子５６の放電時に、圧電素子５６の電荷
は第２コンデンサ５４と第２コイル６２との直列
共振回路を介して移されるが、この電荷量は、必
ずしも圧電素子５６の充電時に第２コンデンサ５
４から放電される電荷量と等しいものではなく、
時には第２コンデンサ５４からの放電電荷量より
大きくなる場合があることが実験的に確かめられ
ている。この結果、徐々に第２コンデンサ５４の
電圧が上昇し、圧電素子５６に印加する電圧特性
が当所望んでいたものから大きく変動してしま
う。従つて圧電素子の駆動特性が大きく変わり、
最悪の場合、第２コンデンサ５４の端子間電圧が
圧電素子５６の端子間電圧より大きくなり圧電素
子５６の駆動が停止するといつた問題があつた。 When the piezoelectric element 56 is discharged, the electric charge of the piezoelectric element 56 is transferred through the series resonant circuit of the second capacitor 54 and the second coil 62, but this amount of electric charge is not necessarily transferred to the second capacitor 5 when the piezoelectric element 56 is charged.
It is not equal to the amount of charge discharged from 4,
It has been experimentally confirmed that the amount of charge sometimes becomes larger than the amount of charge discharged from the second capacitor 54. As a result, the voltage of the second capacitor 54 gradually increases, and the voltage characteristics applied to the piezoelectric element 56 vary greatly from the desired characteristics. Therefore, the driving characteristics of the piezoelectric element change significantly,
In the worst case, the voltage between the terminals of the second capacitor 54 becomes larger than the voltage between the terminals of the piezoelectric element 56, and the driving of the piezoelectric element 56 stops.

本考案は、上記問題点に鑑みてなされたもの
で、圧電素子の放電電荷の一部を再利用し電力節
約を計りながらも、圧電素子の伸縮駆動が安定し
た圧電素子駆動回路を提供することを目的として
いる。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems.It is an object of the present invention to provide a piezoelectric element drive circuit that reuses a portion of the discharged charge of the piezoelectric element to save power and yet stably drives the expansion and contraction of the piezoelectric element. It is an object.

考案の構成 ［問題点を解決するための手段］ かかる目的を達成すべく、本考案は問題点を解
決するための手段として、次の構成をとつた。即
ち、本考案は、 電源回路と、 該電源回路と並列に接続されて、該電源回路よ
り供給された電荷を貯える直列接続の二つのコン
デンサと、 圧電素子と上記二つのコンデンサとの間で、該
圧電素子と共に直列共振回路を形成する第１回路
と、 上記圧電素子と上記二つのコンデンサの一方の
コンデンサとの間で、該コンデンサと共に直列共
振回路を形成する第２回路と、 を備え、上記二つのコンデンサに貯えられた電荷
を上記第１回路を介して上記圧電素子に充電さ
せ、あるいは上記圧電素子に貯えられた電荷を上
記第２回路を介して上記一方のコンデンサへ放電
させるよう構成することにより上記圧電素子を駆
動する圧電素子駆動回路において、 更に、上記電源回路の電圧に基づいて設定され
た基準電圧に上記一方のコンデンサの端子間電圧
を調整する自動電圧調整回路を備えてなることを
特徴とする圧電素子駆動回路を要旨として構成さ
れている。Structure of the invention [Means for solving the problems] In order to achieve the above object, the present invention has the following structure as a means for solving the problems. That is, the present invention provides: a power supply circuit; two series-connected capacitors that are connected in parallel with the power supply circuit and store electric charge supplied from the power supply circuit; and between the piezoelectric element and the two capacitors, a first circuit that forms a series resonant circuit together with the piezoelectric element; and a second circuit that forms a series resonant circuit together with the capacitor between the piezoelectric element and one of the two capacitors; The piezoelectric element is configured to charge the charges stored in the two capacitors via the first circuit, or discharge the charges stored in the piezoelectric element to one of the capacitors via the second circuit. Accordingly, the piezoelectric element drive circuit that drives the piezoelectric element further comprises an automatic voltage adjustment circuit that adjusts the voltage between the terminals of the one capacitor to a reference voltage set based on the voltage of the power supply circuit. The main feature is a piezoelectric element drive circuit characterized by the following.

ここで、圧電素子とは、電圧を加えることによ
り力学的な歪みを発生する性質を有した結晶体で
あればどのようなものでもよく、例えばPZTを
積層してなるセラミツクス等の圧電セラミツク
ス、ポリマー系圧電材料、水晶等がそうである。 Here, the piezoelectric element may be any crystalline material that has the property of generating mechanical strain when applied with a voltage, such as piezoelectric ceramics such as ceramics made of laminated PZT, polymers, etc. This includes piezoelectric materials, crystals, etc.

第１回路とは、例えばコイル等のインダクタン
スを有する素子を備え、圧電素子のキヤパシタン
スと共に所定の共振周波数を有する直列共振回路
を形成するものである。また第２回路も同様にコ
イル等のインダクタンスを有する素子を備え、二
つのコンデンサの一方のコンデンサと共に所定の
共振周波数を有する直列共振回路を形成するもの
である。 The first circuit includes an element having inductance, such as a coil, and together with the capacitance of the piezoelectric element forms a series resonant circuit having a predetermined resonant frequency. Similarly, the second circuit includes an element having inductance such as a coil, and forms a series resonant circuit having a predetermined resonant frequency with one of the two capacitors.

自動電圧調整回路とは、電源回路の電圧に基づ
いて設定された基準電圧に圧電素子から放電され
る側のコンデンサの端子間電圧を調整するもので
あればどのような回路構成でもよく、例えば、ツ
エナーダイオードと抵抗器とにより構成されるも
のがそうである。なお上記基準電圧は、例えば、
電源回路から上記一つのコンデンサに分圧して貯
えられる電圧とほぼ同じ値とするようにしてもよ
い。 The automatic voltage adjustment circuit may have any circuit configuration as long as it adjusts the voltage between the terminals of the capacitor discharged from the piezoelectric element to a reference voltage set based on the voltage of the power supply circuit. One such example is one composed of a Zener diode and a resistor. Note that the above reference voltage is, for example,
The voltage may be set to approximately the same value as the voltage divided and stored in the one capacitor from the power supply circuit.

［作用］ 上記構成を有する本考案の圧電素子駆動回路
は、まず初期状態として、直列接続の第１コンデ
ンサおよび第２コンデンサに電源回路から電荷が
貯えられる。その後、圧電素子を駆動すべく第１
回路が閉成されると、両コンデンサに貯えられた
電荷の相当量は共振にて圧電素子に移る（圧電素
子の放電）。そうすると該圧電素子は伸長（もし
くは短縮）する。[Operation] In the piezoelectric element drive circuit of the present invention having the above-mentioned configuration, first, as an initial state, charges are stored in the first capacitor and the second capacitor connected in series from the power supply circuit. After that, the first
When the circuit is closed, a considerable amount of the charge stored in both capacitors is transferred to the piezoelectric element by resonance (discharge of the piezoelectric element). Then, the piezoelectric element expands (or shortens).

次いで、第２回路が閉成されると、上記圧電素
子に貯えられた電荷の相当量は第２コンデンサに
移る（圧電素子の放電）。そうすると該圧電素子
は短縮（もしくは伸長）する。この時、上記圧電
素子から放電される電荷量が上記第２コンデンサ
から放電される電荷量よりも大きくなると、第２
コンデンサの端子間電圧が高くなりすぎるが、自
動電圧調整回路は、上記第２コンデンサの両端電
圧が上がりすぎないよう自動調整する。こうして
第２コンデンサの両端電圧を電源回路の電圧に基
づいて設定された基準電圧に調整することによ
り、圧電素子に印加する電圧特性を安定したもの
とすることができる。 Then, when the second circuit is closed, a significant amount of the charge stored in the piezoelectric element is transferred to the second capacitor (discharge of the piezoelectric element). Then, the piezoelectric element shortens (or expands). At this time, if the amount of charge discharged from the piezoelectric element becomes larger than the amount of charge discharged from the second capacitor, the second
Although the voltage between the terminals of the capacitor becomes too high, the automatic voltage adjustment circuit automatically adjusts the voltage across the second capacitor so that it does not rise too much. By thus adjusting the voltage across the second capacitor to the reference voltage set based on the voltage of the power supply circuit, it is possible to stabilize the voltage characteristics applied to the piezoelectric element.

［実施例］ 以下、本考案の好適な一実施例を図面と共に説
明する。[Embodiment] Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

第１図は本考案一実施例としての圧電素子駆動
回路の回路図である。 FIG. 1 is a circuit diagram of a piezoelectric element drive circuit as an embodiment of the present invention.

同図に示すように、圧電素子駆動回路１は、第
１電源１０および第２電源１２がダイオード１３
を介して直列接続されており、第１電源１０のプ
ラス側の出力と第１電源１０のマイナス側の出力
（ダイオード１３のカソード側端子）とに第１コ
ンデンサ１４が第１電源１０と並列接続され、ま
たダイオード１３のカソード側端子と第２電源１
２のマイナス側の出力とに第２コンデンサ１６が
第２電源１２と並列接続されている。そして第２
電源１２と第２コンデンサ１６との間には、直列
接続したツエナーダイオード１８と抵抗器２０と
が、ツエナーダイオード１８のカソード側端子を
ダイオード１３のカソード側端子と第２コンデン
サ１６の第１コンデンサ側端子との間に、抵抗器
２０の反ツエナーダイオード側の端子を第２電源
１２のマイナス側の端子と第２コンデンサ１６の
反第１コンデンサ側端子との間に接続するように
並列接続されている。なおツエナーダイオード１
８のツエナー電圧はほぼ第２電源１２の電圧値と
ほぼ同じに設定されている。また、第１電源１０
のプラス側の出力と第１コンデンサ１４との間に
は第１サイリスタ２２、第１コイル２４が、第１
コンデンサ１４と第２コンデンサ１６との間には
第２サイリスタ２６、第２コイル２８が接続され
ている。そして第１コイル２４の反サイリスタ側
の端子および第２コイル２８の反サイリスタ側の
端子は結線されて圧電素子３０に接続されてい
る。一方圧電素子３０の他端は第２電源１２のマ
イナス側端子にも接続されている。なお第１サイ
リスタ２２のゲート２２ａと第２サイリスタ２６
のゲート２６ａとには図示しない制御回路からト
リガが入力され、第１サイリスタ２２および第２
サイリスタ２６の通電制御がなされる。 As shown in the figure, in the piezoelectric element drive circuit 1, a first power source 10 and a second power source 12 are connected to a diode 13.
The first capacitor 14 is connected in parallel with the first power supply 10 between the positive output of the first power supply 10 and the negative output of the first power supply 10 (the cathode terminal of the diode 13). and the cathode side terminal of the diode 13 and the second power supply 1
A second capacitor 16 is connected in parallel with the second power supply 12 to the negative output of the second power supply 12 . and the second
A Zener diode 18 and a resistor 20 connected in series are connected between the power supply 12 and the second capacitor 16 to connect the cathode terminal of the Zener diode 18 to the cathode terminal of the diode 13 and the first capacitor side of the second capacitor 16. The resistor 20 is connected in parallel with the terminal so that the terminal on the anti-Zener diode side is connected between the negative terminal of the second power supply 12 and the terminal on the anti-first capacitor side of the second capacitor 16. There is. Furthermore, Zener diode 1
The Zener voltage of No. 8 is set to be approximately the same as the voltage value of the second power supply 12. In addition, the first power supply 10
A first thyristor 22 and a first coil 24 are connected between the positive output of the first capacitor 14 and the first capacitor 14.
A second thyristor 26 and a second coil 28 are connected between the capacitor 14 and the second capacitor 16. The anti-thyristor side terminal of the first coil 24 and the anti-thyristor side terminal of the second coil 28 are wired and connected to the piezoelectric element 30. On the other hand, the other end of the piezoelectric element 30 is also connected to the negative terminal of the second power source 12. Note that the gate 22a of the first thyristor 22 and the second thyristor 26
A trigger is input from a control circuit (not shown) to the gate 26a of the first thyristor 22 and the second thyristor 26a.
The energization of the thyristor 26 is controlled.

次に、上記の如く構成した圧電素子駆動回路１
の動作を説明をする。初期状態時に第１サイリス
タ２２および第２サイリスタ２６は遮断状態であ
り、第１コンデンサ１４には第１電源１０の電圧
V1と同電圧の電荷が貯えられ、第２コンデンサ
１６には第２電源１２の電圧V2と同電圧の電荷
が貯えられている。今、第１サイリスタ２２のゲ
ート２２ａにトリガが入力され、第１サイリスタ
２２が導通状態となると、この回路は第１コイル
２４のインダクタンスと圧電素子３０とのキヤパ
シタンスとによる直列共振回路であることから数
＋μsecのうちに第１コンデンサ１４および第２コ
ンデンサ１６に貯えられていた電荷の相当量が圧
電素子３０に移動する（充電行程）。この結果、
圧電素子３０が伸長する。電荷が第１コンデンサ
１４および第２コンデンサ１６から圧電素子３０
に移動してしまうと、第１サイリスタ２２は保持
電流がなくなるのでターンオフし、圧電素子３０
に蓄積された電荷はどこにも放出されることはな
い。なおこの時の圧電素子３０の端子間電圧VP
（Ｈ）はほぼ下式のように決まる。 Next, the piezoelectric element drive circuit 1 configured as described above will be described.
Explain the operation. In the initial state, the first thyristor 22 and the second thyristor 26 are in a cut-off state, and the first capacitor 14 receives the voltage of the first power supply 10.
A charge having the same voltage as V1 is stored, and a charge having the same voltage as the voltage V2 of the second power supply 12 is stored in the second capacitor 16. Now, when a trigger is input to the gate 22a of the first thyristor 22 and the first thyristor 22 becomes conductive, this circuit is a series resonant circuit formed by the inductance of the first coil 24 and the capacitance of the piezoelectric element 30. A considerable amount of the charge stored in the first capacitor 14 and the second capacitor 16 is transferred to the piezoelectric element 30 within several + μsec (charging process). As a result,
Piezoelectric element 30 expands. Charge is transferred from the first capacitor 14 and the second capacitor 16 to the piezoelectric element 30
, the first thyristor 22 loses its holding current and turns off, causing the piezoelectric element 30 to
The charges accumulated in the are not released anywhere. Note that the voltage between the terminals of the piezoelectric element 30 VP at this time
(H) is determined approximately as shown in the formula below.

VP（Ｈ）＝｛（V1＋V2）−VP（Ｌ）｝ ×1.8＋VP（Ｌ） ……(1) ここで、VP（Ｌ）は圧電素子３０の充電直前の
端子間電圧である。VP(H)={(V1+V2)−VP(L)}×1.8+VP(L) (1) Here, VP(L) is the voltage between the terminals of the piezoelectric element 30 immediately before charging.

即ち、充電時に、圧電素子３０の端子間電圧
は、両コンデンサ間の電圧（V1＋V2）と充電直
前の電圧VP（Ｌ）との差の約1.8倍だけ昇圧され
ることとなる。この時圧電素子３０に充電された
電荷量をQ1とすると、第１コンデンサ１４、第
２コンデンサ１６の端子間電圧VC1，VC2は、下
式の様にやや低下して決まる。 That is, during charging, the voltage between the terminals of the piezoelectric element 30 is increased by about 1.8 times the difference between the voltage (V1+V2) between both capacitors and the voltage VP (L) immediately before charging. If the amount of charge charged in the piezoelectric element 30 at this time is Q1, the voltages VC1 and VC2 between the terminals of the first capacitor 14 and the second capacitor 16 are determined to be slightly lowered as shown in the following equation.

VC1＝V1−Q1／C1 ……(2) VC2＝V2−Q1／C2 ……(3) ここでC1，C2は第１コンデンサ１４、第２コ
ンデンサ１６のキヤパシタンスを示す。続いて、
第２サイリスタ２６のゲート２６ａにトリガが入
力され、第２サイリスタ２６が導通状態となる
と、この回路は第２コイル２８のインダクタンス
と第２コンデンサ１６のキヤパシタンスとによる
直列共振回路であることから、数＋μsecのうちに
圧電素子３０に貯えられていた電荷は第２コンデ
ンサ１６に移動する（放電行程）。この結果、圧
電素子３０が短縮する。電荷が圧電素子３０から
第２コンデンサ１６に移動してしまうと、第２サ
イリスタ２６は保持電流がなくなるのでターンオ
フし、第２コンデンサ１６に蓄積された電荷は圧
電素子側に放出されることはない。更にダイオー
ド１３が備えつけられているので第２コンデンサ
１６に蓄積された電荷は第２電源１２側に放出さ
れることもない。なお、この時の圧電素子３０の
端子間電圧VP（Ｌ）は、ほぼ下式の様に決まる。VC1=V1-Q1/C1...(2) VC2=V2-Q1/C2...(3) Here, C1 and C2 indicate the capacitance of the first capacitor 14 and the second capacitor 16. continue,
When a trigger is input to the gate 26a of the second thyristor 26 and the second thyristor 26 becomes conductive, this circuit is a series resonant circuit formed by the inductance of the second coil 28 and the capacitance of the second capacitor 16, so that The charge stored in the piezoelectric element 30 moves to the second capacitor 16 within +μsec (discharge process). As a result, the piezoelectric element 30 is shortened. When the electric charge moves from the piezoelectric element 30 to the second capacitor 16, the second thyristor 26 loses its holding current and turns off, and the electric charge accumulated in the second capacitor 16 is not released to the piezoelectric element side. . Furthermore, since the diode 13 is provided, the charge accumulated in the second capacitor 16 is not discharged to the second power supply 12 side. Note that the inter-terminal voltage VP(L) of the piezoelectric element 30 at this time is determined approximately as shown in the equation below.

VP（Ｌ）＝VP（Ｈ）−（VP（Ｈ）−V2） ×1.8 ……(4) 即ち、圧電素子３０の端子間電圧は、放電直前
の電圧VP（Ｈ）と第２コンデンサ１６に印加され
る電源電圧V2との差の約1.8倍だけ放電時に降圧
されることとなる。この時圧電素子３０から放電
された電荷量をQ2とすると、第１コンデンサ１
４、第２コンデンサ１６の端子間電圧VC1，VC2
は、下式の様に決まる。VP (L) = VP (H) - (VP (H) - V2) × 1.8 ... (4) In other words, the voltage between the terminals of the piezoelectric element 30 is the voltage VP (H) immediately before discharge and the voltage across the second capacitor 16. During discharging, the voltage is reduced by approximately 1.8 times the difference from the applied power supply voltage V2. If the amount of charge discharged from the piezoelectric element 30 at this time is Q2, then the first capacitor 1
4. Voltage between terminals of the second capacitor 16 VC1, VC2
is determined as shown in the formula below.

VC1＝V1−Q1／C1 ……(5) VC2＝V2−Q1／C2＋Q2／C2 ……(6) 上記(6)式からわかるように、圧電素子３０から
放電された電荷量Q2が圧電素子３０に充電した
電荷量Q1より大きくなると、第２コンデンサ１
６の端子間電圧VC２は、初期状態時の電圧V2よ
り大きくなるはずである。しかしながら、ツエナ
ーダイオード１８と抵抗器２０とにより形成され
た自動電圧調整回路により、第２コンデンサ１６
の端子間電圧VC2は、電圧V2より大きくなるこ
とはなく一定電圧V2に保たれる。VC1=V1-Q1/C1...(5) VC2=V2-Q1/C2+Q2/C2...(6) As can be seen from equation (6) above, the amount of charge Q2 discharged from the piezoelectric element 30 is When the charge amount Q1 becomes larger than the second capacitor 1
The inter-terminal voltage VC2 of No. 6 should be larger than the voltage V2 in the initial state. However, the automatic voltage adjustment circuit formed by the Zener diode 18 and the resistor 20 causes the second capacitor 16 to
The terminal-to-terminal voltage VC2 of is kept at a constant voltage V2 without becoming larger than the voltage V2.

また、上記(6)式からわかるように、上記電荷量
Q2が上記電荷量Q1より小さくなると第２コンデ
ンサ１６の端子間電圧VC2は、上記電圧V2より
小さくなる。しかしながら、次の充電行程迄の期
間に第２コンデンサ１６へ充電補充がなされ、第
２電源１２端子間電圧VC2は一定電圧V2に保た
れる。なお第１コンデンサ１４の端子間電圧VC1
も同じように、第１電源１０の電圧V1より小さ
くなると、次の充電行程迄の期間に第１電源１０
から充電補充がなされ、端子間電圧VC2は一定電
圧V1に保たれる。 Also, as can be seen from the above equation (6), the above charge amount
When Q2 becomes smaller than the charge amount Q1, the voltage VC2 between the terminals of the second capacitor 16 becomes smaller than the voltage V2. However, the second capacitor 16 is replenished with charge until the next charging stroke, and the voltage VC2 between the terminals of the second power supply 12 is maintained at a constant voltage V2. Note that the voltage VC1 between the terminals of the first capacitor 14
Similarly, when the voltage of the first power source 10 becomes lower than the voltage V1 of the first power source 10, the voltage of the first power source 10 decreases until the next charging process.
Charge replenishment is performed from then on, and the terminal voltage VC2 is kept at a constant voltage V1.

以上詳述した圧電素子駆動回路１の動作を第２
図のタイミングチヤートに示した。なおこの一例
は第１電源１０を250V、第２電源１２を150Vと
して実験した結果である。第１サイリスタ２２に
トリガが入力されると、圧電素子３０の端子間電
圧VPは上昇し、600V以上に充電される（充電行
程）。そうすると圧電素子３０は伸長し、その後
圧電素子３０はほとんど仕事をせずこの電圧を維
持する。次いで、第２サイリスタ２６にトリガが
入力されると、圧電素子３０の端子間電圧VPは
下降し、OV近くに保持される（放電行程）。こ
の時圧電素子３０は縮小する。 The operation of the piezoelectric element drive circuit 1 described in detail above is explained in a second section.
This is shown in the timing chart in the figure. Note that this example is the result of an experiment in which the first power supply 10 was set to 250V and the second power supply 12 was set to 150V. When a trigger is input to the first thyristor 22, the voltage VP between the terminals of the piezoelectric element 30 increases and is charged to 600V or more (charging process). Then, the piezoelectric element 30 expands, and thereafter the piezoelectric element 30 does little work and maintains this voltage. Next, when a trigger is input to the second thyristor 26, the voltage VP between the terminals of the piezoelectric element 30 decreases and is maintained near OV (discharge stroke). At this time, the piezoelectric element 30 contracts.

以上、本実施例としての圧電素子駆動回路１を
詳述してきたが、本実施例は、圧電素子３０の放
電電荷を再び第２コンデンサ１６に回収するよう
にして、次回の充電行程時に再利用するよう構成
している。このために電力の節約を計ることがで
きる。なお、この電力の節約量は、以下の式で示
すことができる。 The piezoelectric element drive circuit 1 according to the present embodiment has been described in detail above, but in this embodiment, the discharged charge of the piezoelectric element 30 is collected again into the second capacitor 16 and reused in the next charging process. It is configured to do so. For this reason, it is possible to save power. Note that the amount of power saved can be expressed by the following formula.

（充放電の１サイクルでの回収エネルギ ／充放電の１サイクルでの供給エネルギ） ＝V2・Q2／（V1＋V2）Q1 ≒V2／（V1＋V2） 即ち、V1＝150V，V2＝250Vとすると、放電
電荷を回収することがない場合に比べて約60％の
回収が見込まれる。(Recovered energy in one charge/discharge cycle /Supplied energy in one charge/discharge cycle) = V2・Q2/(V1+V2)Q1 ≒V2/(V1+V2) In other words, if V1=150V and V2=250V, the discharge charge The recovery is expected to be approximately 60% compared to the case where there is no recovery.

また、本実施例は、ツエナーダイオード１８と
抵抗器２０とにより形成された自動電圧調整回路
により、第２コンデンサ１６の端子間電圧VC2
は、電圧V2より大きくなることがないため、圧
電素子３０に印加する電圧特性が安定する。従つ
て、圧電素子３０の伸縮駆動が安定したものとな
り、信頼性が向上する。更に本実施例は、第２コ
ンデンサ１６の端子間電圧VC2が第２電源１２の
電圧V2より小さくなつても、次の充電行程迄の
期間に第２電源１２から第２コンデンサ１６へ放
電補充がなされ、端子間電圧VC2は一定電圧V2
に保たれる。このために、圧電素子３０に印加す
る電圧特性がより安定し、圧電素子３０の伸縮駆
動がより安定したものとなり、より信頼性が向上
する。 Further, in this embodiment, an automatic voltage adjustment circuit formed by the Zener diode 18 and the resistor 20 adjusts the voltage VC2 between the terminals of the second capacitor 16
Since V2 does not exceed voltage V2, the voltage characteristics applied to piezoelectric element 30 are stabilized. Therefore, the expansion and contraction drive of the piezoelectric element 30 becomes stable, and reliability is improved. Furthermore, in this embodiment, even if the voltage VC2 between the terminals of the second capacitor 16 becomes smaller than the voltage V2 of the second power supply 12, the second power supply 12 supplies the second capacitor 16 with discharge during the period until the next charging process. and the terminal voltage VC2 is a constant voltage V2
is maintained. For this reason, the voltage characteristics applied to the piezoelectric element 30 become more stable, the expansion and contraction drive of the piezoelectric element 30 becomes more stable, and the reliability is further improved.

以上、本考案の一実施例について詳述したが、
本考案は、こうした実施例に何等限定されるもの
ではなく、本考案の要旨を逸脱しない範囲におい
て、種々なる態様となり得る。 Above, one embodiment of the present invention has been described in detail.
The present invention is not limited to these embodiments in any way, and may be modified in various ways without departing from the gist of the present invention.

考案の効果 以上詳述したように、本考案の圧電素子駆動回
路は、一度圧電素子に貯えられた電荷の相当量を
二つのうちの一方のコンデンサに移し、この電力
を次回の圧電素子の駆動に利用するよう構成され
ているので電力の節約を図ることができる。更に
は、自動電圧調整回路により、上記一方のコンデ
ンサの端子間電圧を電源回路の電圧に基づいて設
定された基準電圧に調整するよう構成されている
ので、圧電素子に印加する電圧特性が安定し、圧
電素子の伸縮駆動が安定したものとなり、信頼性
が向上する。Effects of the Invention As detailed above, the piezoelectric element drive circuit of the present invention transfers a considerable amount of charge once stored in the piezoelectric element to one of the two capacitors, and uses this power to drive the piezoelectric element next time. Since it is configured to be used for many purposes, it is possible to save power. Furthermore, since the automatic voltage adjustment circuit is configured to adjust the voltage across the terminals of one of the capacitors to the reference voltage set based on the voltage of the power supply circuit, the voltage characteristics applied to the piezoelectric element are stabilized. , the expansion and contraction drive of the piezoelectric element becomes stable, improving reliability.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は本考案一実施例としての圧電素子駆動
回路の回路図、第２図はこの圧電素子駆動回路の
動作を示すタイミングチヤート、第３図は従来の
圧電素子駆動回路の回路図である。 １……圧電素子駆動回路、１４……第１コンデ
ンサ、１６……第２コンデンサ、１８……ツエナ
ーダイオード、２０……抵抗器、２２……第１サ
イリスタ、２４……第１コイル、２６……第２サ
イリスタ、２８……第２コイル、３０……圧電素
子。 Fig. 1 is a circuit diagram of a piezoelectric element drive circuit as an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a timing chart showing the operation of this piezoelectric element drive circuit, and Fig. 3 is a circuit diagram of a conventional piezoelectric element drive circuit. . DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Piezoelectric element drive circuit, 14... First capacitor, 16... Second capacitor, 18... Zener diode, 20... Resistor, 22... First thyristor, 24... First coil, 26... ...Second thyristor, 28...Second coil, 30...Piezoelectric element.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】 電源回路と、 該電源回路と並列に接続されて、該電源回路よ
り供給された電荷を貯える直列接続の二つのコン
デンサと、 圧電素子と上記二つのコンデンサとの間で、該
圧電素子と共に直列共振回路を形成する第１回路
と、 上記圧電素子と上記二つのコンデンサの一方の
コンデンサとの間で、該コンデンサと共に直列共
振回路を形成する第２回路と、 を備え、上記二つのコンデンサに貯えられた電荷
を上記第１回路を介して上記圧電素子に充電さ
せ、あるいは上記圧電素子に貯えられた電荷を上
記第２回路を介して上記一方のコンデンサへ放電
させるよう構成することにより上記圧電素子を駆
動する圧電素子駆動回路において、 更に、上記電源回路の電圧に基づいて設定され
た基準電圧に上記一方のコンデンサの端子間電圧
を調整する自動電圧調整回路を備えてなることを
特徴とする圧電素子駆動回路。[Claims for Utility Model Registration] A power supply circuit, two series-connected capacitors that are connected in parallel with the power supply circuit and store electric charges supplied from the power supply circuit, and between the piezoelectric element and the two capacitors. and a first circuit that forms a series resonant circuit together with the piezoelectric element; and a second circuit that forms a series resonant circuit together with the capacitor between the piezoelectric element and one of the two capacitors. , the charges stored in the two capacitors are charged to the piezoelectric element via the first circuit, or the charges stored in the piezoelectric element are discharged to one of the capacitors via the second circuit. The piezoelectric element drive circuit that drives the piezoelectric element by configuring the piezoelectric element drive circuit further comprises an automatic voltage adjustment circuit that adjusts the voltage between the terminals of the one capacitor to a reference voltage set based on the voltage of the power supply circuit. A piezoelectric element drive circuit characterized by: