(57)【要約】【課題】オーディオ信号を圧電スピーカで再生する際に、電力消費の少ない効率的な再生が可能であるとともに、コストアップや大型化を回避できる。【解決手段】フライバックトランス３と、フライバックトランス３の一次側コイル３１の一端に接続されたトランジスタ４１と、一次側コイル３１の他端に接続されたバッテリ９と、フライバックトランス３の二次側コイル３２の一端に接続されたトランジスタ６１と、二次側コイル３２の他端に接続された圧電スピーカ７と、パルス信号をオーディオ信号でパルス幅変調し、オーディオ信号の極性が正の時の変調信号部分ＡＳ１をトランジスタ４１に出力してこれを作動させるとともにオーディオ信号の極性が負の時の変調信号部分ＡＳ２をトランジスタ６１に出力してこれを作動させるマイクロコントロールユニット１とを備える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フライバックトランスと、前記フライバックトランスの一次側コイルの一端に接続された第１スイッチング手段と、前記一次側コイルの他端に接続された電源と、前記フライバックトランスの二次側コイルの一端に接続された第２スイッチング手段と、前記二次側コイルの他端に接続された圧電スピーカと、パルス信号をオーディオ信号でパルス幅変調し、オーディオ信号の極性が正の時の変調信号部分を前記第１スイッチング手段に出力してこれを作動させるとともに前記オーディオ信号の極性が負の時の変調信号部分を前記第２スイッチング手段に出力してこれを作動させる変調信号出力手段とを備える圧電スピーカの駆動回路。
【請求項２】
フライバックトランスと、前記フライバックトランスの一次側コイルの一端に接続された第１スイッチング手段と、前記一次側コイルの他端に接続された電源と、前記フライバックトランスの二次側コイルの一端に接続された第２スイッチング手段と、前記二次側コイルの他端に接続された圧電スピーカと、パルス信号をオーディオ信号で周波数変調し、オーディオ信号の極性が正の時の変調信号部分を前記第１スイッチング手段に出力してこれを作動させるとともに前記オーディオ信号の極性が負の時の変調信号部分を前記第２スイッチング手段に出力してこれを作動させる変調信号出力手段とを備える圧電スピーカの駆動回路。
【請求項３】
前記第２スイッチング手段が作動させられて前記二次側コイルを経て圧電スピーカから間欠的に放電される際に前記一次側コイルに誘起起電力が生じて前記電源に電力回生がなされる請求項１又は２に記載の圧電スピーカの駆動回路。
【請求項４】
前記圧電スピーカの端子電圧を前記変調信号出力手段にフィードバックして、前記端子電圧の平均値を所定の値に維持するように前記パルス幅変調ないし前記周波数変調を変更させるフィードバック手段をさらに備える請求項１ないし３のいずれかに記載の圧電スピーカの駆動回路。  
【請求項５】
前記圧電スピーカの端子電圧を前記変調信号出力手段にフィードバックして、前記端子電圧を前記オーディオ信号に追従させるように前記パルス幅変調ないし前記周波数変調を変更させる他のフィードバック手段をさらに備える請求項４に記載の圧電スピーカの駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧電スピーカの駆動回路に関し、特に、エネルギー回生によって高効率で圧電スピーカを駆動できる駆動回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧電スピーカは±１００Ｖ程度と駆動電圧が比較的高くしかも容量性負荷であるため、従来は昇圧のためのＤＣ−ＤＣコンバータや容量リアクタンス分を打ち消すためのチョークコイルを設ける必要があって、駆動回路のコストアップや大型化を招いていた。なお、特許文献１には、一対のフライバックトランスを使用した圧電インジェクタの駆動回路が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１４８２２１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、オーディオ信号を圧電スピーカで再生する際に、電力消費の少ない効率的な再生が可能であるとともに、コストアップや大型化を回避できる圧電スピーカの駆動回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本第１発明では、フライバックトランス（３）と、前記フライバックトランス（３）の一次側コイル（３１）の一端に接続された第１スイッチング手段（４１）と、前記一次側コイル（３１）の他端に接続された電源（９）と、前記フライバックトランス（３）の二次側コイル（３２）の一端に接続された第２スイッチング手段（６１）と、前記二次側コイル（３２）の他端に接続された圧電スピーカ（７）と、パルス信号をオーディオ信号でパルス幅変調し、前記オーディオ信号の極性が正の時の変調信号部分（ＡＳ１）を前記第１スイッチング手段（４１）に出力してこれを作動させるとともに前記オーディオ信号の極性が負の時の変調信号部分（ＡＳ２）を前記第２スイッチング手段（６１）に出力してこれを作動させる変調信号出力手段（１）とを備える。
【０００６】
本第１発明においては、オーディオ信号の極性が正の時の変調信号部分によって第１スイッチ手段が作動してフライバックトランスの二次側コイルに誘起起電力が生じ、圧電スピーカの端子電圧が蓄積的に所定の高圧へ漸次上昇させられる。オーディオ信号の極性が負の時の変調信号部分によって第２スイッチ手段が作動してフライバックトランスの二次側コイルを経て放電がなされて圧電スピーカの端子電圧が漸次下降させられる。これが繰り返されることによって、圧電スピーカの端子電圧にオーディオ信号が再生される。また、第２スイッチ手段の作動時にフライバックトランスの一次側コイルに生じる誘起起電力によって電源に電力が回生される。
【０００７】
このようにして、電力消費を抑えるとともに、ＤＣ−ＤＣコンバータやチョークコイルを設けることなく大型化を回避してコスト低減を図りつつ圧電スピーカでのオーディオ信号の再生が可能となる。
【０００８】
本第２発明では、フライバックトランスと、前記フライバックトランスの一次側コイルの一端に接続された第１スイッチング手段と、前記一次側コイルの他端に接続された電源と、前記フライバックトランスの二次側コイルの一端に接続された第２スイッチング手段と、前記二次側コイルの他端に接続された圧電スピーカと、パルス信号をオーディオ信号で周波数変調し、オーディオ信号の極性が正の時の変調信号部分を前記第１スイッチング手段に出力してこれを作動させるとともに前記オーディオ信号の極性が負の時の変調信号部分を前記第２スイッチング手段に出力してこれを作動させる変調信号出力手段とを備える。このような構成によっても、本第１発明と同様の作用効果が得られる。
【０００９】
本第３発明では、前記第２スイッチング手段が作動させられて前記二次側コイルを経て圧電スピーカから間欠的に放電される際に前記一次側コイルに誘起起電力が生じて前記電源に電力回生がなされる。
【００１０】
本第４発明では、前記圧電スピーカ（７）の端子電圧（Ｖp）を前記変調信号出力手段（１）にフィードバックして、前記端子電圧（Ｖp）の平均値を所定の値に維持するようにパルス幅変調を変更させるフィードバック手段をさらに備える。
【００１１】
本第４発明においては、圧電スピーカの端子電圧の平均値が常に一定に維持され、良好なオーディオ信号の再生がなされる。
【００１２】
本第５発明では、前記圧電スピーカ（７）の端子電圧（Ｖp）を前記変調信号出力手段（１）にフィードバックして、前記端子電圧（Ｖp）を前記オーディオ信号に追従させるように前記パルス幅変調ないし前記周波数変調を変更させる他のフィードバック手段をさらに備える。
【００１３】
本第５発明においては、圧電スピーカの端子電圧が常にオーディオ信号に正確に追従させられるから、さらに良好なオーディオ信号の再生がなされる。
【００１４】
上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を参考的に示すものである。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明の圧電スピーカの駆動回路によれば、オーディオ信号を圧電スピーカで再生する際に、電力消費の少ない効率的な再生が可能であるとともに、コストアップや大型化も回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態を示す駆動回路の回路図である。
【図２】信号波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
なお、以下に説明する実施形態はあくまで一例であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が行う種々の設計的改良も本発明の範囲に含まれる。
【００１８】
図１に圧電スピーカの駆動回路の一例を示す。図１において、変調信号出力手段たるマイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）１が設けられて、これに電源である１２Ｖのバッテリ９から電源回路２を介して必要な定電圧（５Ｖ）の作動電源が供給されている。電源回路２は、ツェナーダイオード２１、コンデンサ２２、抵抗２４で構成されている。抵抗２５とコンデンサ２３はＭＣＵ１のリセット回路を構成している。ＭＣＵ１内では、内部で生成した一定周波数のパルス信号をオーディオ信号で公知の方法によりパルス幅変調した変調信号を生成する。なお、オーディオ信号は外部からＭＣＵ１に入力されるものでも良いが、本実施形態ではＭＣＵ１内で生成されるものとし、さらに理解を容易にするために以下はオーディオ信号が所定周波数の正弦波信号である場合について説明する。
【００１９】
図２（１）には、変調信号の一例を示す。変調信号ＡＳは、オーディオ信号である正弦波信号の振幅絶対値に応じて一定周期内のパルス幅、すなわちデューティ比が変化する信号である。図２（１）に示す変調信号のうち、実線は正弦波信号の極性が正の場合の変調信号部分ＡＳ１を示し、破線は正弦波信号の極性が負の場合の変調信号部分ＡＳ２を示す。そして、変調信号部分ＡＳ１はＭＣＵ１の端子Ｏ１から出力され、変調信号部分ＡＳ２はＭＣＵ１の端子Ｏ２から出力される。
【００２０】
フライバックトランス３が設けられて、その一次側コイル３１の一端が第１スイッチング手段たるＭＯＳＦＥＴトランジスタ４１のドレインに接続されている。トランジスタ４１のソースはアースされている。また、アースからトランジスタ４１のドレインに向けてダイオード４３が並列に接続されている。ＭＣＵ１の上記端子Ｏ１は抵抗４２を介してトランジスタ４１のゲートに接続されている。フライバックトランス３の一次側コイル３１の他端は、アースとの間に並列に接続された高周波成分カット用のコンデンサ５１，５２を経て電源としてのバッテリ９に接続されている。
【００２１】
フライバックトランス３の二次側コイル３２の一端は第２スイッチング手段たるバイポーラトランジスタ６１のコレクタに接続されている。トランジスタ６１のエミッタはアースされている。また、アースからトランジスタ６１のコレクタに向けてダイオード６５が並列に接続されている。ＭＣＵ１の上記端子Ｏ２は抵抗６２，６３および抵抗６３に並列接続されたコンデンサ６４を介してトランジスタ６１のベースに接続されている。
【００２２】
フライバックトランス３の二次側コイル３２の他端は圧電スピーカ７の圧電駆動体７１の一方の電極に接続されている。圧電駆動体７１の他方の電極はアースされている。上記二次側コイル３２の他端にはフィードバック線８１が接続されており、フィードバック線８１は分圧抵抗８２，８３を介してＭＣＵ１に至っている。これにより、フライバックトランス３から圧電スピーカ７（圧電駆動体７１）への出力電圧、すなわち圧電駆動体７１の端子電圧がＭＣＵ１にフィードバックされている。
【００２３】
このような構成の駆動回路において、ＭＣＵ１の端子Ｏ１から変調信号部分ＡＳ１が出力されると当該変調信号部分ＡＳ１（図２(１)参照）が「Ｈ」レベルの間はトランジスタ４１が導通してフライバックトランス３の一次側コイル３１に電流ａ（図２（２））が流れる。変調信号部分ＡＳ１が「Ｌ」レベルになるとトランジスタ４１は非導通となって電流ａは停止する。このようなパルス的な電流ａによってフライバックトランス３の二次側コイル３２に誘導起電力が生じ、電流ｂ（図１）がパルス的に圧電スピーカ７の圧電駆動体７１に出力される。この場合の誘導起電力は一次側コイルと二次側コイルの巻線比に応じたものとなり、巻線比の一例は１：２０である。
【００２４】
一方、変調信号部分ＡＳ１に代えてＭＣＵ１の端子Ｏ２から変調信号部分ＡＳ２(図２（１）)が出力されると当該変調信号部分ＡＳ２が「Ｈ」レベルの間はトランジスタ６１が導通してフライバックトランス３の二次側コイル３２に電流ｃが流れる。変調信号部分ＡＳ２が「Ｌ」レベルになるとトランジスタ６１は非導通となって電流ｃは停止する。このようなパルス的な電流ｃによってフライバックトランス３の一次側コイル３１に誘導起電力が生じ、電流ｄ（図２（２））がパルス的にバッテリ９に出力されて電力回生がなされる。
【００２５】
ここで、圧電駆動体７１は容量性であるから、その端子電圧Ｖp（図２（２））、すなわち二次側コイル３２の出力電圧は電流ｂ又は電流ｃを積分したものとなり、電流ｂが流れている間は端子電圧Ｖpは充電により漸次増加し、電流ｃが流れている間は端子電圧Ｖpは放電により漸次減少する。これより明らかなように、端子電圧Ｖｐ、すなわちフライバックトランス３の二次側コイル３２から圧電スピーカ７（圧電駆動体７１）への出力電圧は、変調信号ＡＳのパルス周期で局所的に変動する略正弦波となり（図２（２））参照）、全体としてオーディオ信号が再現されたものとなる。
【００２６】
一方、フライバックトランス３の一次側コイル３１を流れる電流ａ（図２（２））によってバッテリ９が放電するが、同じく一次側コイル３１を流れる電流ｄ（同図）によってバッテリ９は充電される。これにより、バッテリ９の電力消費が最小限に抑えられる。
【００２７】
ここで、フィードバック線８１によって端子電圧ＶｐはＭＣＵ１にフィードバックされている。これにより、ＭＣＵ１は端子電圧Ｖpの平均値が所定値よりも低くなるとオーディオ信号変調時のパルス幅を全体的に長くするように（デューティ比を大きく）調整して上記端子電圧Ｖpを上昇させる。また端子電圧Ｖpの平均値が所定値よりも高くなるとＭＣＵ１はオーディオ信号変調時のパルス幅を全体的に短くするように（デューティ比を小さく）調整して上記端子電圧Ｖpを下降させる。このようにして端子電圧Ｖpの平均値が所定のレベルに保たれる。
【００２８】
ＭＣＵ１はではさらに、フィードバックされた端子電圧ＶｐをＰＩＤ制御等によってオーディオ信号に追従させるように、オーディオ信号変調時の個々のパルス幅を長くしあるいは短くする。これにより、端子電圧Ｖｐは正確にオーディオ信号に追従させられるから、圧電スピーカ７によってオーディオ信号の再生が良好になされる。なお、上述のこれらフィードバックは必ずしも必須のものではない。
【００２９】
上記実施形態では第１スイッチング手段としてＭＯＳＦＥＴトランジスタ４１を使用し、第２スイッチング手段としてバイポーラトランジスタ６１を使用したが、これに限られるものではない。また、上記実施形態ではパルス幅変調としたが、周波数変調としても良い。
【符号の説明】
【００３０】
１…マイクロコントローラユニット（変調信号出力手段）、３…フライバックトランス、３１…一次側コイル、３２…二次側コイル、４１…ＭＯＳＦＥＴトランジスタ（第１スイッチング手段）、６１…バイポーラトランジスタ（第２スイッチング手段）、７…圧電スピーカ、７１…圧電駆動体、９…バッテリ（電源）、ＡＳ…変調信号、ＡＳ１，ＡＳ２…変調信号部分。
【図１】
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【図２】
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