(57)【要約】【課題】駆動電源電圧を駆動信号の振幅に応じて変化させることで効率的に圧電素子を駆動する。【解決手段】昇圧回路Ｌｖｓ，Ｑ３，Ｄ１は、低電圧の信号電源を昇圧して、圧電素子の駆動制御信号に応じて決定された高電圧の駆動電源を発生する。駆動波発生手段が前記信号電源を電源として、前記駆動制御信号に応じた振幅を有する圧電素子の駆動波形を発生し、アンプＡＰ１、ＡＰ２が駆動波形を増幅し、前記駆動制御信号に応じた振幅であって、圧電素子を駆動する駆動信号を得る。昇圧回路の出力である駆動電源電圧を、コンパレータＣＰ８において、前記駆動信号と比較することで駆動信号を所定上回る値に設定する。【選択図】図１６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子を駆動する高電圧出力ドライバーであって、
低電圧の信号電源を昇圧して、圧電素子の駆動制御信号に応じて決定された高電圧の駆動電源を発生する昇圧回路と、
前記信号電源を電源として、前記駆動制御信号に応じた振幅を有する圧電素子の駆動波形を発生する駆動波形発生手段と、
前記駆動電源を電源として、前記駆動波形を増幅し、前記駆動制御信号に応じた振幅であって、圧電素子を駆動する駆動信号を得る増幅回路と、
を有し、
前記昇圧回路の出力である駆動電源の電圧を、前記駆動信号を所定値上回る値に設定することを特徴とする高電圧出力ドライバー。
【請求項２】
請求項１に記載の高電圧出力ドライバーにおいて、
前記昇圧回路は、前記駆動波形に対し、所定値オフセットした駆動電源用駆動波形に基づき昇圧することを特徴とする高電圧出力ドライバー。
【請求項３】
請求項２に記載の高電圧出力ドライバーにおいて、
前記昇圧回路は、前記駆動電源の電圧を所定の分圧比で分圧した電圧が前記駆動波形と同一になるように制御するフィードバックループを有し、
前記増幅回路は、前記駆動信号の電圧を所定の分圧比で分圧した電圧が前記駆動電源用駆動波形と同一になるように制御するフィードバックループを有し、
前記昇圧回路の分圧比と、前記増幅回路の分圧比を同一とすることを特徴とする高電圧出力ドライバー。
【請求項４】
請求項３に記載の高電圧出力ドライバーにおいて、
前記駆動波形発生手段は、デジタルアナログコンバータを含み、時間的に変化するデジタル値から前記駆動波形を出力するとともに、同一のデジタル値に対し、所定値だけ電圧が高い前記駆動電源用駆動波形を得ることを特徴とする高電圧出力ドライバー。
【請求項５】
請求項１に記載の高電圧出力ドライバーにおいて、
前記増幅回路は、前記駆動波形と、前記駆動信号を分圧して得られた帰還信号と比較し、両者を一致させるように動作するオペアンプを有し、
前記帰還信号に基づき、前記昇圧回路の出力である駆動電源の電圧を、前記駆動信号を所定値上回る値に設定することを特徴とする高電圧出力ドライバー。
【請求項６】
請求項５に記載の高電圧出力ドライバーにおいて、
前記昇圧回路は、駆動波形に対し、所定値オフセットした信号に基づいて駆動電源用駆動波形と前記帰還信号のうち高い方に対し所定値上回る値に昇圧することを特徴とする高電圧出力ドライバー。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の高電圧出力ドライバーとこの高電圧出力ドライバーの出力である駆動信号より駆動される圧電素子を含み、
前記圧電素子を用いたダイヤフラムを往復動させて駆動されることを特徴とする圧電ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子へ駆動信号を出力する高電圧出力ドライバーおよびこれを用いた圧電ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電素子を利用したダイヤフラムポンプが提案されている。このポンプは、圧電ポンプと呼ばれ、圧電素子への電圧印加の方向を順次変更することで、圧電素子を往復動作させてダイヤフラムを往復動作させて駆動される。
【０００３】
このような圧電ポンプでは、圧電素子に対する駆動信号を出力する駆動回路が必要であり、ポンプ流量を制御するためには、印加電圧や周期を制御する必要がある。モータの駆動制御には、インバータを用いた駆動電流制御などがあるが、小型のモータの簡易な駆動制御では、印加電圧を制御する駆動電流の振幅制御も広く行われている。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１０９０６８号公報
【特許文献２】特開平８−２０５５６３号公報
【特許文献３】特開２０００−６０８４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、パーソナルコンピュータでは、ＣＰＵなどの部材の冷却のために冷却ファンを有しており、このファンの強度調節のために通常はファンモータへの印加電圧を変更している。圧電ポンプは小型であり、これを用いると、パーソナルコンピュータの内部部材の水冷システムを構成することが現実的に可能と考えられる。この場合、圧電ポンプの吐出量を効果的に制御する圧電ポンプを駆動する高電圧出力を効率的に得る回路が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、圧電素子を駆動する高電圧出力ドライバーであって、低電圧の信号電源を昇圧して、圧電素子の駆動制御信号に応じて決定された高電圧の駆動電源を発生する昇圧回路と、前記信号電源を電源として、前記駆動制御信号に応じた振幅を有する圧電素子の駆動波形を発生する駆動波形発生手段と、前記駆動電源を電源として、前記駆動波形を増幅し、前記駆動制御信号に応じた振幅であって、圧電素子を駆動する駆動信号を得る増幅回路と、を有し、前記昇圧回路の出力である駆動電源の電圧を、前記駆動信号を所定値上回る値に設定することを特徴とする。
【０００７】
また、前記昇圧回路は、前記駆動波形に対し、所定値オフセットした駆動電源用駆動波形に基づき昇圧することが好適である。
【０００８】
また、前記昇圧回路は、前記駆動電源の電圧を所定の分圧比で分圧した電圧が前記駆動波形と同一になるように制御するフィードバックループを有し、前記増幅回路は、前記駆動信号の電圧を所定の分圧比で分圧した電圧が前記駆動電源用駆動波形と同一になるように制御するフィードバックループを有し、前記昇圧回路の分圧比と、前記増幅回路の分圧比を同一とすることが好適である。
【０００９】
また、前記駆動波形発生手段は、デジタルアナログコンバータを含み、時間的に変化するデジタル値から前記駆動波形を出力するとともに、同一のデジタル値に対し、所定値だけ電圧が高い前記駆動電源用駆動波形を得ることが好適である。
【００１０】
また、前記増幅回路は、前記駆動波形と、前記駆動信号を分圧して得られた帰還信号と比較し、両者を一致させるように動作するオペアンプを有し、前記帰還信号に基づき、前記昇圧回路の出力である駆動電源の電圧を、前記駆動信号を所定値上回る値に設定することが好適である。
【００１１】
また、前記昇圧回路は、駆動波形に対し、所定値オフセットした信号に基づいて駆動電源用駆動波形と前記帰還信号のうち高い方に対し所定値上回る値に昇圧することが好適である。
【００１２】
また、本発明は、上述の高電圧出力ドライバーとこの高電圧出力ドライバーの出力である駆動信号より駆動される圧電素子を含み、前記圧電素子を用いたダイヤフラムを往復動させて駆動される圧電ポンプに関する。
【発明の効果】
【００１３】
駆動電源電圧を駆動信号の振幅に応じて変化させることで効率的に圧電素子の駆動が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
【００１５】
「圧電ポンプの構成」
圧電素子を利用したダイヤフラムポンプ（圧電ポンプ）の構成について、図１を用いて説明する。ポンプケーシング１０内には、周囲がポンプケーシング１０内壁に固定され、中央側が上下動するダイヤフラム１２が配置され、このダイヤフラム１２の一方側にポンプ室１４が形成される。ポンプ室１４には、流入通路１６に接続される流入口１８と、流出通路２０に接続される流出口２２が設けられ、流入通路１６と流入口１８の間には流入側の逆止弁２４、流出通路２０と流出口２２の間には流出側の逆止弁２６が設けられている。
【００１６】
ここで、ダイヤフラム１２は、図２に示すように薄い金属板Ｍの表裏両面に、両面に電極を有する圧電素子ＰＺ１，ＰＺ２を貼り合わせた構造になっている。そして、圧電素子ＰＺ１の上側の電極と、圧電素子ＰＺ２の下側の電極の間に１つの位相の交流電圧（サイン波状の駆動信号）が印加され、圧電素子ＰＺ１，ＰＺ２に挟まれた真ん中の金属板Ｍに位相が反対の（１８０度異なる）交流電圧（位相が反対のサイン波状の駆動信号）が印加される。これによって、２つの圧電素子ＰＺ１，ＰＺ２とも印加電圧が大きいときに大きく反ることになり、図１，２に示すように、ダイヤフラム１２が周辺部を支点とし真ん中を最大振幅として上下に振動することになる。
【００１７】
流入側の逆止弁２４は、ポンプ室１４へ流入する方向の流体の流れを許可し、反対の流れを阻止する。一方、流出側の逆止弁２６は、ポンプ室１４から流出する方向の流体の流れを許可し、反対の流れを阻止する。従って、図１に示すように、ダイヤフラム１２の振動に伴うポンプ室１４の容積変化に伴い、流入通路１６の流体がポンプ室１４を介し流出通路２０に押し出される。
【００１８】
「駆動信号出力回路」
図３には、圧電素子ＰＺへの駆動信号を出力する駆動信号出力回路の構成が示されている。１つの駆動波形（サイン波状の交流波形）であるＲ側入力信号は、バッファアンプＢＦ１の正入力端に入力される。このバッファアンプＢＦ１は、その出力が負入力端に接続されており、Ｒ側入力信号がそのままの波形で出力される。バッファアンプＢＦ１の出力はコンパレータ（エラーアンプ）ＣＰ１の正入力端に入力される。このコンパレータＣＰ１の負入力端には、帰還信号が入力されており、両信号の誤差信号がコンパレータＣＰ１の出力として得られる。得られた誤差信号は、高電源電圧で駆動される出力アンプＡＰ１に供給され、この出力アンプＡＰ１の出力が出力端Ｔ１に供給される。出力端Ｔ１には、圧電素子ＰＺの一方側の電極が接続されているとともに、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２を介しグランドに接続されている。分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２の中点は、端子Ｔ２を介し、コンパレータＣＰ１の負入力端に接続され、出力電圧が分圧された電圧がコンパレータＣＰ１に負帰還される。
【００１９】
従って、コンパレータＣＰ１は、その出力が、帰還信号である分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２の中点電圧がＲ側入力信号に一致するように動作し、従って出力端Ｔ１からの駆動信号ＲＯＵＴがＲ側入力信号に応じたものになる。
【００２０】
また、Ｆ側入力信号は、Ｒ側入力信号と位相が１８０度異なる信号（相補的な信号）であり、Ｆ側入力信号は、バッファアンプＢＦ２、コンパレータＣＰ２、出力アンプＡＰ２を介し、Ｆ側入力信号に対応した高電圧の駆動信号となり、出力端Ｔ３に供給される。出力端Ｔ３は、圧電素子ＰＺの他方側の電極が接続されているとともに、分圧抵抗Ｒ３，Ｒ４を介しグランドに接続されており、分圧抵抗Ｒ３，Ｒ４の中点電圧がコンパレータＣＰ２に負帰還されている。従って、出力端Ｔ３からの出力である駆動信号ＦＯＵＴが出力端Ｔ１からの駆動信号ＲＯＵＴと反対の極性の信号となり、圧電素子ＰＺの両面の電極に位相が１８０度異なる一対の駆動信号ＲＯＵＴ，ＦＯＵＴが印加されることになる。この圧電素子ＰＺが上述の圧電ポンプのダイヤフラム１２を構成しており、ダイヤフラム１２が往復移動することになる。なお、上述の圧電ポンプは、２つの圧電素子ＰＺ１，ＰＺ２を有しているが、圧電素子ＰＺがそのうちの１つに該当していても良いし、ダイヤフラム１２を１つの圧電素子ＰＺで構成してもよい。
【００２１】
次に、駆動電源制御信号は、コンパレータＣＰ３の正入力端に入力される。コンパレータＣＰ３の負入力端には帰還信号が入力されている。コンパレータＣＰ３の出力は、コンパレータＣＰ４の負入力端に入力される。このコンパレータＣＰ４の正入力端には、予め設定された三角波が供給されている。従って、このコンパレータＣＰ４の出力には、コンパレータＣＰ３の出力の電圧に応じたデューティー比のＰＷＭ信号が得られる。すなわち、駆動電源制御信号がフィードバック信号に比べて高ければ、コンパレータＣＰ３の出力電圧が高くなり、デューティー比（Ｈレベルの期間）が少ないＰＷＭ信号がコンパレータＣＰ４から出力される。なお、駆動電源制御信号は、後述するように、圧電素子ＰＺの駆動を制御するための制御電源電圧ＶＣＣに基づいて発生される。
【００２２】
コンパレータＣＰ４の出力は、ｐチャネルトランジスタＱ１と、ｎチャネルトランジスタＱ２のゲートに供給される。このトランジスタＱ１は、ソースが端子Ｔ５に接続され、ドレインがトランジスタＱ２のドレインに接続されており、トランジスタＱ２のソースはグランドに接続されている。そして、トランジスタＱ１，Ｑ２のドレイン同士の接続点は、端子Ｔ６に接続されている。
【００２３】
端子Ｔ５には、外付けのコイルＬｖｓを介し、外付けのダイオードＤ１のアノードに接続され、このダイオードＤ１のカソードは外付けコンデンサＣ１を介しグランドに接続されている。また、端子Ｔ６には、ｎチャネルトランジスタＱ３のゲートが接続され、このトランジスタＱ３のドレインがコイルＬｖｓとダイオードＤ１の接続点に接続され、ソースがグランドに接続されている。
【００２４】
従って、コンパレータＣＰ４からの出力であるＰＷＭ信号がＨレベルであると、トランジスタＱ２がオンし端子Ｔ６がＬレベルとなりトランジスタＱ３はオフ、ＰＷＭ信号がＬレベルであると、トランジスタＱ２がオフし端子Ｔ６がＨレベルとなりトランジスタＱ３はオンする。このトランジスタＱ３がオンすることで、コイルＬｖｓにエネルギーが蓄積され、トランジスタＱ３がオフすることで、コイルＬｖｓに蓄積されたエネルギーに応じてコンデンサＣ１に充電される。従って、コンパレータＣＰ４からの出力におけるＬレベルの期間が長いほど、コンデンサＣ１への充電量が大きくなり、コンデンサＣ１からの出力である駆動電源電圧が高くなる。なお、ダイオードＤ１に並列してトランジスタを設けると、そのスイッチングにより駆動電源電圧を下げることが容易になる。
【００２５】
コンデンサＣ１の上側（ダイオードＤ１のカソードに接続される電極）は、端子Ｔ７に接続され、この端子Ｔ７が出力アンプＡＰ１，ＡＰ２へ駆動電源電圧として供給される。また、コンデンサＣ１の上側は、外付けの分圧抵抗Ｒ５，Ｒ６を介しグランドに接続されている。分圧抵抗Ｒ５，Ｒ６の中点は、外付けの抵抗Ｒ７、コンデンサＣ２を介し、端子Ｔ８に接続されている。そして、端子Ｔ８は、コンパレータＣＰ４の負入力端に接続されている。抵抗Ｒ７、コンデンサＣ２は、ハイパスフィルタを構成しており、これによって駆動電源電圧出力の高周波成分が除去される。さらに、分圧抵抗Ｒ５，Ｒ６の中点は端子Ｔ９に接続されており、この端子Ｔ９がコンパレータＣＰ３の負入力端に接続されている。従って、駆動電源電圧を分圧抵抗Ｒ５，Ｒ６で分圧した電圧が駆動電源制御信号と比較されるフィードバック信号（帰還信号）となり、帰還信号の電圧が駆動電源制御信号の電圧に一致するように、駆動電源電圧が制御される。
【００２６】
このようにして、駆動電源制御信号によって、駆動電源電圧を任意に制御することが可能になる。これによって、端子Ｔ１、Ｔ３からの出力である、駆動信号ＲＯＵＴ，ＦＯＵＴの振幅が制御される。なお、後述するように、駆動電源制御信号は、電源電圧ＶＣＣとして本ドライバーに外部から供給される。
【００２７】
図４には、駆動信号ＲＯＵＴ，ＦＯＵＴの状態が示してある。駆動電源電圧出力を下げることによって、ＲＯＵＴ，ＦＯＵＴの振幅が小さくなる。これによって、圧電素子ＰＺの動きが制御され、圧電ポンプのダイヤフラムの振幅が制御されてポンプの吐出量を制御することができる。
【００２８】
「出力アンプＡＰの構成」
図５、図６には、出力アンプＡＰの構成例が示されている。ＩＣＯＭからは定電流が供給され、これがｎチャネルトランジスタＱ１１のドレインおよびゲートに供給される。トランジスタＱ１１のソースはグランド（ＰＧＮＤ）に接続されている。トランジスタＱ１１のゲートには、ソースがグランド（ＰＧＮＤ）に接続されたｎチャネルトランジスタＱ１２，Ｑ１３，Ｑ１４のゲートが共通接続されている。従って、トランジスタＱ１１に対し、トランジスタＱ１２，Ｑ１３，Ｑ１４がカレントミラーを構成し、これらトランジスタＱ１１〜Ｑ１４に同一の定電流が流れる。
【００２９】
トランジスタＱ１２のドレインには、ｐチャネルトランジスタＱ１５のドレインが接続されており、このトランジスタＱ１５のソースは駆動電源ＶＳに接続されている。トランジスタＱ１５はドレイン・ゲートが短絡されており、このゲートには、ソースがＶＳに接続されたｐチャネルトランジスタＱ１６，Ｑ１７のゲートが接続されている。従って、これらトランジスタＱ１６，Ｑ１７にも、トランジスタＱ１１に流れるのと同じ定電流が流れる。
【００３０】
トランジスタＱ１３のドレインは、２つのドレイン・ゲート間が短絡されたｐチャネルトランジスタＱ１８，Ｑ１９を介し、駆動電源ＶＳに接続されており、トランジスタＱ１３とトランジスタＱ１８のドレインがｐチャネルトランジスタＱ２０のゲートに接続されている。また、トランジスタＱ１７のドレインは、２つのドレイン・ゲート間が短絡されたｎチャネルトランジスタＱ２１，Ｑ２２を介し、外部のグランドに接続されている端子ＲＦに接続されている。トランジスタＱ１７とトランジスタＱ２１の接続点は、ｎチャネルトランジスタＱ２３のゲートに接続されている。
【００３１】
そして、トランジスタＱ２０のソースと、トランジスタＱ２３のドレインは、トランジスタＱ１６のドレインに共通接続されるとともに、ｐチャネルトランジスタＱ２４のゲートに接続されている。また、トランジスタＱ２０のドレインと、トランジスタＱ２３のソースは、トランジスタＱ１４のドレインに共通接続されるとともに、ｎチャネルトランジスタＱ２５のゲートに接続されている。また、トランジスタＱ２０のドレイン、トランジスタＱ２３のソース、トランジスタＱ１４のドレイン、ｎチャネルトランジスタＱ２５のゲートには、ＩＣＴＬＦ端からドライブ電流Ｉｄｒが供給される。すなわち、このＩＣＴＬＦ端がコンパレータＣＰ１（またはコンパレータＣＰ２）の出力に接続されている。
【００３２】
また、トランジスタＱ２４のソースは駆動電源ＶＳに接続され、ドレインはトランジスタＱ２５のドレインに接続されるとともに出力端子ＯＵＴ（Ｔ１またはＴ３）に接続されており、トランジスタＱ２５のソースは端子ＲＦに接続されている。
【００３３】
このような回路において、トランジスタＱ２０とトランジスタＱ２３には、トランジスタＱ１６に流れる定電流を分割した電流が流れる。また、トランジスタＱ１９，Ｑ１８には、トランジスタＱ１３に流れる定電流が流れ、トランジスタＱ２１，Ｑ２２には、トランジスタＱ１７に流れる電流が流れる。従って、通常は、トランジスタＱ２０，Ｑ２３に流れる電流は等しい。
【００３４】
ドライブ電流ＩｄｒがトランジスタＱ２５のゲートに向けて流れる電流Ｉｄｒ＋であるとこれによって、図５に示すように、トランジスタＱ２５がオンし、出力端ＯＵＴから電流を引き抜く方向の電流が流れ、出力端ＯＵＴはＬレベル側に動く。このとき、トランジスタＱ２０およびトランジスタＱ２３に流れる電流の和はトランジスタＱ１４に流れる定電流に等しいため、トランジスタＱ２４はオフしている。
【００３５】
一方、ドライブ電流ＩｄｒがトランジスタＱ２５のゲートから引き抜く方向に流れる電流Ｉｄｒ−であると、これによって、図６に示すように、トランジスタＱ２３のドレイン電流が大きくなり、トランジスタＱ２４がオンし、出力端ＯＵＴから電流を吐き出す方向の電流が流れ、出力端ＯＵＴはＨレベル側に動く。
【００３６】
このようにして、ＩＣＴＬＦに流れる電流に応じて、出力トランジスタＱ２４，Ｑ２５が制御されて、出力端ＯＵＴからの出力が制御される。この出力アンプＡＰは、駆動電源ＶＳからの電力によって出力を得る高耐圧出力部として機能する。従って、図３における出力アンプＡＰ１，ＡＰ２として、図５，６に示されるアンプをそれぞれ用意し、コンパレータＣＰ１，ＣＰ２の出力をそれぞれのアンプのＩＣＴＬＦに入力することによって、出力端ＯＵＴにおいて、駆動信号ＲＯＵＴ，ＦＯＵＴをそれぞれ得ることができる。
【００３７】
なお、信号系の電源電圧は、例えば、５Ｖ程度であり、駆動電源ＶＳは例えば２００Ｖ程度である。
【００３８】
「ＶＣＣ連動ＤＡＣの構成」
従来の装置において、ファン駆動制御用にファンの駆動を制御する制御電源電圧である電源電圧ＶＣＣを出力できる回路がすでに用意されている場合がある。この場合には、この電源電圧ＶＣＣに応じて、圧電素子ＰＺを制御する信号を発生することが好適である。
【００３９】
図７には、このような場合に好適な構成が示されている。外部から入力されてくる電圧がポンプの駆動要求に従って適宜変更される電源ＶＣＣが入力される端子Ｔ１１は、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２の直列接続からなる分圧抵抗を介しグランドに接続されている。分圧抵抗Ｒ１１とＲ１２の中点は、出力が負入力端に短絡されたバッファアンプＢＦ１１の正入力端に入力され、この出力がＤ／Ａコンバータ３０の電源ＶＤＡＣとなっている。
【００４０】
なお、この例では、リファレンスＶ１が正入力端に入力され、負入力端に分圧抵抗Ｒ１１とＲ１２の中点が接続されるとともに、分圧抵抗Ｒ１１とＲ１２の中点がダイオードＤ１１を介し出力に接続されるコンパレータＣＰ１１と、リファレンスＶ２が正入力端に入力され、負入力端に分圧抵抗Ｒ１１とＲ１２の中点が接続されるとともに、出力がダイオードＤ１２を介し分圧抵抗Ｒ１１とＲ１２の中点に接続されるコンパレータＣＰ１２と、が設けられている。ダイオードＤ１１は、分圧抵抗Ｒ１１とＲ１２の中点からコンパレータＣＰ１１の出力に向けて流れる電流のみを流し、ダイオードＤ１２は、コンパレータＣＰ１１の出力から分圧抵抗Ｒ１１とＲ１２の中点に向けて流れる電流のみを流す。従って、分圧抵抗Ｒ１１とＲ１２の中点電圧は、リファレンス電圧Ｖ１，Ｖ２でクリップされることになる。従って、電源ＶＤＡＣは、電源電圧ＶＣＣの変化に伴い、図８に示すように変化することになる。すなわち、電源ＶＤＡＣは、電源電圧ＶＣＣが０〜Ｖ２（Ｒ１１＋Ｒ１２）／Ｒ１２の間はＶ２、Ｖ２（Ｒ１１＋Ｒ１２）／Ｒ１２〜Ｖ１（Ｒ１１＋Ｒ１２）／Ｒ１２の間はＶ２→Ｖ１に直線的に変化し、Ｖ１（Ｒ１１＋Ｒ１２）／Ｒ１２以上ではＶ１に固定される。
【００４１】
図９には、Ｄ／Ａコンバータ３０の構成が示されている。電源ＶＤＡＣとグランドの間には、入力デジタル信号のビット数に応じた抵抗が直列接続されている。そして、各抵抗間の接続点には２つのスイッチがそれぞれ対応して設けられており、一方側のＲ側スイッチ群ＳＷｒの抵抗側でない端部が共通接続してＲ側信号の出力、他側のＦ側スイッチ群ＳＷｆの抵抗側でない端部が共通接続してＦ側信号の出力になっている。
【００４２】
また、Ｒ側、Ｆ側スイッチ群を制御するためにカウンタ回路３２が設けられている。このカウンタ３２は、所定のクロックをアップカウント、ダウンカウントを繰り返す。例えば、５１２段階のカウント値を０→５１１→０→５１１というように順次繰り返し出力する。そして、これらカウンタの出力がＲ側スイッチ群ＳＷｒとＦ側スイッチ群ＳＷｆとで、ちょうど反対の出力が出るように対応付けられている。すなわち、カウンタ３２の出力が０のときにＲ側スイッチ群ＳＷｒの出力が０であれば、Ｆ側スイッチ群ＳＷｆの出力が５１１となるように設定されている。
【００４３】
従って、Ｒ側信号、Ｆ側信号が図示のように、１クロックに対し順次変化する相補的なサインカーブになる。そして、電源ＶＤＡＣが変化することで、Ｒ側信号、Ｆ側信号の振幅が連動して変化する。従って、電源ＶＣＣに応じて振幅が変化するＲ側信号、Ｆ側信号がＤ／Ａコンバータ３０の出力に得られる。また、Ｄ／Ａコンバータ３０の最大出力が駆動電源制御信号として出力される。
【００４４】
このような図９の出力信号が図３のバッファアンプＢＦ１，ＢＦ２、コンパレータＣＰ３に入力される。そして、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２、Ｒ３，Ｒ４、Ｒ５，Ｒ６の比を適切に設定することで、入力されてくるＶＣＣに応じて、圧電ポンプの吐出量を目標値に制御することが可能になる。
【００４５】
なお、図９では、Ｄ／Ａコンバータ３０からＲ側信号、Ｆ側信号をそのまま出力することにした。しかし、Ｒ側信号、Ｆ側信号は上下対称である。従って、半分（１８０度分）の出力のみをＤ／Ａコンバータ３０から出力し、他の半分については、出力を反転することもできる。これによって、Ｄ／Ａコンバータ３０における抵抗列を半分の規模にすることが可能になる。
【００４６】
このように、本実施形態では、電源電圧ＶＣＣに応じて駆動電源制御信号を発生し、昇圧を制御している。ここで、駆動電源電圧は、駆動信号ＲＯＵＴ、ＦＯＵＴより大きい必要があるが、一定である必要はない。特に、駆動電源電圧が一定であると、図１０に示すように、駆動信号との差が大きいときには、その差分をアンプＡＰ１，ＡＰ２の上側トランジスタが受け持つことにあり、ここにおける電力消費が大きくなる等問題がある。
【００４７】
そこで、図１１に示すように駆動電源制御信号を駆動信号の波形に合わせて変更することが好適である。すなわち、図１２に示すようにスイッチ３４を設け、Ｒ側信号およびＦ側信号の大きい方をとった信号（山側のみが続く信号）を作成し、これを駆動電源制御信号とする。この駆動制御信号が、図３における昇圧回路に供給される。このため、図１１に示すように、駆動電源電圧が駆動信号ＲＯＵＴ、ＦＯＵＴの両者の包絡線より少し高い山のみが続く波形となる。これによって、圧電素子駆動における出力トランジスタにおける損失を少なくして、効率的な圧電素子駆動を図ることができる。
【００４８】
ここで、駆動電源電圧は、駆動信号より所定値高い必要がある。このためには、図３における抵抗Ｒ１（Ｒ３）：Ｒ２（Ｒ４）の分圧比と、抵抗Ｒ５：Ｒ６の分圧比を変更することで、駆動電源電圧を駆動信号より所定値高く設定することができる。すなわち、Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）に比べ、Ｒ５／（Ｒ５＋Ｒ６）を小さくすることで、駆動電源電圧を駆動信号より高く設定することができる。
【００４９】
しかし、このように分圧比によって、駆動電源電圧と、駆動信号の電圧の関係を設定すると、図１３に示すように、駆動電源電圧は、駆動信号のピーク時において差分がより大きなものになる。
【００５０】
そこで、本実施形態においては、図１２に示すように、駆動波形を出力するＤ／Ａコンバータ３０から駆動電圧制御信号を出力する際に、駆動波形とずらして出力する。例えば、Ｄ／Ａコンバータ３０を０〜５２１の段階の出力を可能としておき、駆動波形については、０〜５１１に対応するスイッチを順次オン（０→５１１→０→の繰り返し）してサイン波を出力し、駆動電圧制御信号は、２６５〜５２１に対応するスイッチを順次オン（２６５→５２１→の繰り返し）して山のみの駆動信号であって、デジタル値として１０だけ高い駆動電圧制御信号を得る。
【００５１】
これによって、図１４に示すように、駆動電源制御信号をＲ側信号、Ｆ側信号の高い方より所定値だけ高い値として出力することができる。
【００５２】
このようにして得たオフセットされた駆動電圧制御信号により、駆動電源電圧の昇圧を制御することで、抵抗Ｒ１（Ｒ３）：Ｒ２（Ｒ４）の分圧比と、抵抗Ｒ５：Ｒ６の分圧比を同一としておき、図１５に示すように、駆動電源電圧を駆動信号に比べ所定値高いものに制御することができ、かつその差を常に同一の値に設定することが可能になる。
【００５３】
「駆動電源電圧制御の構成」
図１６には、駆動電源制御信号と駆動電源電圧を分圧して得られた帰還信号を比較するコンパレータＣＰ３（図３）に代えて、駆動信号ＲＯＵＴ、ＦＯＵＴを分圧したコンパレータＣＰ１、ＣＰ２への帰還信号の比較も行うコンパレータＣＰ８を採用した構成が示されている。すなわち、このコンパレータＣＰ８の正入力端には、所定のオフセットを持った駆動電源制御信号と、駆動信号ＲＯＵＴを抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧したコンパレータＣＰ１への帰還信号をオフセット電源ＯＢ４でオフセットした信号、駆動信号ＦＯＵＴを抵抗Ｒ３，Ｒ４で分圧したコンパレータＣＰ２への帰還信号をオフセット電源ＯＢ５でオフセットした信号の３つの信号が入力され、この３つの信号と負入力端に入力される駆動電源電圧を抵抗Ｒ５，Ｒ６で分圧した帰還信号が比較される。
【００５４】
コンパレータＣＰ８は、３つの入力信号の中の一番高い電圧に負帰還される駆動電源電圧の分圧された電圧がそろうように制御する。従って、駆動信号の電圧が何らかの原因で高くなった場合においても、駆動電源電圧はそれより高く制御され、適切な圧電素子の駆動が担保される。また、駆動電源制御信号をオフセットした信号も正入力端に供給されるため、電源立ち上がり時において、駆動信号が立ち上がっていない場合においても、駆動電源制御信号と負入力端への帰還信号の比較によって、適切な駆動電源電圧の立ち上げを行うことができる。
【００５５】
「コンパレータの構成」
図１７には、コンパレータＣＰ８の構成が示されている。電源に一端が接続された定電流源ＣＳ１１の他端は抵抗Ｒ４１の一端に接続されている。抵抗Ｒ４１の他端はＰＮＰトランジスタＱ４１のエミッタに接続され、トランジスタＱ４１のコレクタはグランドに接続されている。そして、トランジスタＱ４１のベースには、駆動電源制御信号が供給されている。同様に、電源に一端が接続された定電流源ＣＳ１２の他端は抵抗Ｒ４２を介しＰＮＰトランジスタＱ４２のエミッタに接続され、トランジスタＱ４２のコレクタはグランドに接続されている。そして、トランジスタＱ４２のベースには、駆動信号ＲＯＵＴを抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧されて信号が供給されている。さらに、電源に一端が接続された定電流源ＣＳ１３の他端は抵抗Ｒ４３を介しＰＮＰトランジスタＱ４３のエミッタに接続され、トランジスタＱ４３のコレクタはグランドに接続されている。そして、トランジスタＱ４３のベースには、駆動信号ＦＯＵＴを抵抗Ｒ３，Ｒ４で分圧されて信号が供給されている。
【００５６】
抵抗Ｒ４１，Ｒ４２，Ｒ４３の上側（定電流源ＣＳ１１，ＣＳ１２，ＣＳ１３側）は、ＮＰＮトランジスタＱ４４，Ｑ４５，Ｑ４６のベースにそれぞれ接続されている。トランジスタＱ４４，Ｑ４５，Ｑ４６のコレクタは、エミッタが電源に接続されベースコレクタ間が短絡されたＰＮＰトランジスタＱ４７のコレクタに共通接続されている。また、トランジスタＱ４４，Ｑ４５，Ｑ４６のエミッタは、エミッタがグランドに接続されたＮＰＮトランジスタＱ４８のコレクタに共通接続されている。ここで、トランジスタＱ４８は、そのベースが、ベースコレクタ間が短絡されるとともにエミッタがグランドに接続され、定電流を流すＮＰＮ型のカレントミラー入力側トランジスタ（図示省略）のベースに接続されており、定電流を流す。
【００５７】
トランジスタＱ４７のベースは、エミッタが電源に接続されたＰＮＰトランジスタＱ４９のベースに接続され、このトランジスタＱ４９のコレクタはＮＰＮトランジスタＱ５０のコレクタに接続されている。また、トランジスタＱ５０のエミッタは、トランジスタＱ４８のエミッタはトランジスタｑ４８のコレクタに接続されている。従って、トランジスタＱ４７とトランジスタＱ４９は、カレントミラーを構成し同一の電流を流し、トランジスタＱ４４，Ｑ４５，Ｑ４６と、トランジスタＱ５０とが差動トランジスタとして機能する。
【００５８】
トランジスタＱ５０のベースは、他端が電源に接続された定電流源ＣＳ１４の一端に接続されるとともに、コレクタがグランドに接続されたＰＮＰトランジスタＱ５１のエミッタに接続されている。そして、このトランジスタＱ５１のベースに駆動電源電圧を抵抗Ｒ５，Ｒ６で分圧した負帰還信号が供給される負入力端ＩＮに接続されている。
【００５９】
また、トランジスタＱ４９のコレクタとトランジスタＱ５０のコレクタの接続点は、エミッタが電源に接続され、ベースコレクタ間が短絡されたＰＮＰトランジスタＱ５２のコレクタに接続されている。トランジスタＱ５２のベースはエミッタが電源に接続されたＰＮＰトランジスタＱ５３のベースに接続されており、このトランジスタＱ５３のコレクタは、エミッタがグランドに接続されたＮＰＮトランジスタＱ５４のコレクタに接続されるとともに出力端ＯＵＴに接続されている。なお、トランジスタＱ５４のベースはトランジスタＱ４８のベースとともにカレントミラー入力側トランジスタのベースに接続されており、定電流を流す。
【００６０】
トランジスタＱ５１は、負帰還信号に応じて動作し、これによってトランジスタＱ５０のベース電流が制御され、トランジスタＱ５０に流れる電流が制御される。トランジスタＱ４７とトランジスタＱ４９はカレントミラーとして機能し同一の電流を流すため、トランジスタＱ５０に流れる電流に応じてトランジスタＱ５２，Ｑ５３に流れる電流が変化して、出力ＯＵＴに流れる電流が制御される。
【００６１】
一方、トランジスタＱ４４，Ｑ４５，Ｑ４６のエミッタはトランジスタＱ５０のエミッタと共通接続されており、従って、トランジスタＱ４４，Ｑ４５，Ｑ４６の中のオンになっているトランジスタのベース電圧とトランジスタＱ５０のベース電位が同一になるように、トランジスタＱ５０の電流が制御されることになる。すなわち、トランジスタＱ４４，Ｑ４５，Ｑ４６は並列接続されておりそのベースは、駆動電源制御信号、駆動信号ＲＯＵＴ、駆動信号ＦＯＵＴがそれぞれ供給されている。従って、最もベース電位の高いトランジスタがオンし、そのトランジスタのベース電圧とトランジスタＱ５０のベース電位が同一になる。
【００６２】
ここで、抵抗Ｒ４１，Ｒ４２，Ｒ４３に流れる電流に応じてここに電圧降下が発生するため、これら抵抗Ｒ４１，Ｒ４２，Ｒ４３での電圧降下がオフセット電圧ＯＢ１，ＯＢ４，ＯＢ５に該当する。また、トランジスタＱ４１，Ｑ４２，Ｑ４３のＶＢＥは、トランジスタＱ５１のＶＢＥと相殺される。
【００６３】
このように、本実施形態によれば、駆動電源制御信号、駆動信号ＲＯＵＴ、駆動信号ＦＯＵＴの３つの信号の内一番高い信号の電圧に対して一定のオフセットを付加した電圧に基づいて、駆動電源電圧を制御することができる。従って、駆動信号が高くなった場合にもそれに追従して駆動電源電圧を上昇することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】圧電ポンプの構成を示す図である。
【図２】圧電ポンプのダイヤフラムの構成を示す図である。
【図３】高電圧出力ドライバーの出力部の構成を示す図である。
【図４】駆動信号の波形を示す図である。
【図５】出力アンプの構成を示す図である。
【図６】出力アンプの構成を示す図である。
【図７】電源ＶＤＡＣの出力のための構成を示す図である。
【図８】電源ＶＤＡＣの電源ＶＣＣに対する特性を示す図である。
【図９】電源ＶＤＡＣに応じた出力振幅の出力を得るＤ／Ａコンバータの構成を示す図である。
【図１０】駆動電源電圧、駆動信号、出力電流の波形を示す図である。
【図１１】駆動電源電圧を駆動信号に応じて変化させた場合の駆動電源電圧、駆動信号、出力電流の波形を示す図である。
【図１２】駆動電源制御信号をＲ側信号、Ｆ側信号に応じて変化させる構成を示す図である。
【図１３】駆動電源電圧を駆動信号の帰還信号に応じて変化させた場合の駆動電源電圧、駆動信号、出力電流の波形を示す図である。
【図１４】図２の構成における駆動電源制御信号、Ｒ側信号、Ｆ側信号の波形を示す図である。
【図１５】駆動電源電圧を駆動電源制御信号の帰還信号に応じて変化させた場合の駆動電源電圧、駆動信号、出力電流の波形を示す図である。
【図１６】駆動電源電圧を制御するための構成を付加した出力アンプの構成を示す図である。
【図１７】コンパレータＣＰ８の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６５】
１０  ポンプケーシング、１２ダイヤフラム、１４  ポンプ室、１６  流入部、１８  流入口、２０  流出部、２２  流出口、２４，２６  逆止弁、３０  コンバータ、３２  カウンタ回路、ＡＰ１，ＡＰ２  出力アンプ、ＢＦ１，ＢＦ２，ＢＦ１１  バッファアンプ、Ｃ１，Ｃ２  コンデンサ、ＣＰ１，ＣＰ２，ＣＰ３，ＣＰ４，ＣＰ８，ＣＰ１１，ＣＰ１２      コンパレータ、ＣＳ１１〜ＣＳ１３  定電流源、Ｄ１，Ｄ１１，Ｄ１２  ダイオード、Ｑ１〜Ｑ３，Ｑ１１〜Ｑ２５，Ｑ４１〜Ｑ５４  トランジスタ、Ｒ１〜Ｒ７，Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ４１〜４３  抵抗。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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