(57)【要約】【課題】  圧電素子を駆動する信号波は高調波を含んでおり、アプリケーションによっては音鳴き問題になる。抵抗を追加することで信号波をなまらせ高調波を抑制することもできるが、抵抗での電力損失により効率が悪化する欠点がある。【解決手段】  圧電素子の駆動回路は、電源電圧を昇圧する昇圧回路が接続されて、その昇圧回路により生成された電圧が供給される入力端子と、この入力端子に供給された電圧により圧電素子の端子間電圧を駆動に必要な電圧まで充電し、続いて充電された電圧を放電させる動作を繰り返させる制御回路とを有する。制御回路は、正弦波生成回路と、前記入力端子と低電位側電源間に圧電素子を双方向に接続するＨブリッジ回路と、正弦波生成回路から出力される正弦半波に基づきＨブリッジ回路及び昇圧回路の動作を制御する回路とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源電圧を昇圧する昇圧回路が接続されて、その昇圧回路により生成された電圧が供給される入力端子と、前記入力端子に供給された電圧により圧電素子の端子間電圧を駆動に必要な電圧まで充電し、続いて該充電された電圧を放電させる動作を繰り返させる制御回路とを有する圧電素子の駆動回路であって、
前記制御回路は、正弦半波を生成する正弦波生成回路と、前記入力端子と電源端子間に前記圧電素子を双方向に接続するＨブリッジ回路と、前記正弦波生成回路から出力される正弦半波に基づき、前記Ｈブリッジ回路及び前記昇圧回路の動作を制御する回路とを有することを特徴とする圧電素子の駆動回路。
【請求項２】
Ｈブリッジ回路は、前記入力端子と低電位側電源との間に第１の接続点を介して直列に接続される第１のスイッチ素子及び第１の可変抵抗素子と、同様に前記入力端子と低電位側電源との間に第２の接続点を介して直列に接続される第２のスイッチ素子及び第２の可変抵抗素子とを有し、前記第１の接続点と前記第２の接続点との間に前記圧電素子が接続されることを特徴とする請求項１記載の圧電素子の駆動回路。
【請求項３】
前記第１及び第２の可変抵抗は、前記素子の一端を低電位側の電源に接続する低抵抗期間、前記素子の一端を低電位側から分離する高抵抗期間、そして前記正弦半波に基づく抵抗値の変化期間による３状態に前記制御回路によって設定されることを特徴とする請求項２記載の圧電素子の駆動回路。
【請求項４】
前記制御回路は、前記昇圧回路による生成電圧を前記正弦波生成回路の正弦半波波形に沿って上昇させるよう前記昇圧回路の昇圧動作を制御し、続いて、正弦半波波形のピーク時の電圧に達した時に前記昇圧動作を停止させることを特徴とする請求項１記載の圧電素子の駆動回路。
【請求項５】
前記制御回路は、前記昇圧動作の停止後、前記入力端子の電圧を前記正弦半波の下降周期波形に沿って放電させるよう、前記Ｈブリッジ回路のスイッチングを制御する正弦半波立下がり制御回路を有することを特徴とする請求項４記載の圧電素子の駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明はＥＬ素子などを含む圧電素子の駆動回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  ＥＬ素子は腕時計等の小型電子機器に備えられた液晶表示部のバックライトとして用いられる。このＥＬ素子は圧電素子の一種で等価的に容量であり、ＥＬ素子の両端に交流電圧（電圧２００Ｖｐ−ｐ程度、周波数５０Ｈｚ〜１ｋＨｚ）を与えると発光する。そして、ＥＬ素子駆動用の交流電圧を発生させる駆動回路としては、例えば図３に示すような駆動回路が知られている。【０００３】  これは、電源端子ＶＤＤと電源端子ＶＳＳとの間の電圧を昇圧する昇圧回路Ｘ１と、昇圧回路Ｘ１からの出力電圧をＥＬ素子Ｘ２に印加するためのＨブリッジ回路Ｘ３とを備える。昇圧回路Ｘ１は、電源端子ＶＤＤと電源端子ＶＳＳとの間にコイルＸ４とスイッチング素子Ｘ５とを直列に接続し、コイルＸ４とスイッチング素子Ｘ５との接続点にダイオードＸ６を接続してなり、スイッチング素子Ｘ５を間欠的にオンとすることにより、コイルＸ４に誘起電圧を発生させ、この誘起電圧をダイオードＸ６を介して出力するものである。ダイオードＸ６の出力ノードには容量Ｘ１１が設けられている。【０００４】  Ｈブリッジ回路Ｘ３は、ダイオードＸ６と電源端子ＶＳＳとの間に直列に接続されたスイッチング素子Ｘ７、Ｘ８と、同じくダイオードＸ６と電源端子ＶＳＳとの間に直列に接続されたスイッチング素子Ｘ９、Ｘ１０とを備え、スイッチング素子Ｘ７、Ｘ８の接続点とスイッチング素子Ｘ９、Ｘ１０の接続点との間にＥＬ素子Ｘ２を接続し、ＥＬ素子Ｘ２を双方向に充放電するものである。【０００５】  具体的には、図４のタイミングチャートを参照して説明すると、例えば、まず、タイミングｔ０においてスイッチング素子Ｘ７、Ｘ１０をオンとしたうえで、スイッチング素子Ｘ５を間欠的にオンとする動作を開始させると、容量Ｘ１１の充電とともにＥＬ素子Ｘ２の充電が開始され、ＥＬ素子Ｘ２の端子間電圧は徐々に１００Ｖ程度まで昇圧される。【０００６】  次にタイミングｔ１において、スイッチング素子Ｘ７、Ｘ１０をオフとし、スイッチング素子Ｘ８、Ｘ９をオンとすると、ＥＬ素子Ｘ２の充電電圧はＯＵＴ１側の端子側から放電されるとともにＯＵＴ２側の端子側から充電される。【０００７】  次にタイミングｔ２において、スイッチング素子Ｘ８、Ｘ９をオフとし、スイッチング素子Ｘ７、Ｘ１０をオンとすると、ＥＬ素子Ｘ２の充電電圧はＯＵＴ２側の端子側から放電されるとともにＯＵＴ１側の端子側から充電される。以上の動作を繰り返すことにより、ＥＬ素子Ｘ２は双方向に充放電される。各スイッチング素子としては、例えばバイポーラトランジスタ又はＭＯＳトランジスタが用いられる。【０００８】
【特許文献１】米国登録特許第６５５５９６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】  従来技術に示した回路では図３のように電池電圧（例えば３Ｖ）を１００Ｖ程度に昇圧し、その電圧をＨブリッジ回路によって圧電素子を交流駆動していた。ＥＬ素子は圧電素子なので電圧をかけると物理的に変形し、交流電圧をかけるとその周波数で振動するため音鳴きを発生する。特に矩形波を印加した場合には、その矩形波には基本波以外の高調波を含んでいるため、圧電素子の音圧レベルは大きくなり、アプリケーションが携帯電話の場合はこの音鳴きが聞こえてしまうため問題になる。【００１０】  図３に示す従来回路では音鳴き対策としてＯＵＴ１端子と圧電素子との間に抵抗を追加し、印加される矩形波をなまらせて圧電素子に伝わるようにし、高調波を減らしている。しかし、この方法は抵抗での電力損失が発生し、効率が悪化するという欠点がある。すなわち、この駆動方式では効率と音鳴きがトレードオフの関係にある。【００１１】  本発明は、抵抗等の挿入による電力損失なしに、出力の高調波を減らし、接続された圧電素子の音鳴きを無くすことができる圧電素子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】
【００１２】  上記目的を達成するために、本発明に係わる圧電素子の駆動回路は、電源電圧を昇圧する昇圧回路が接続されて、その昇圧回路により生成された電圧が供給される入力端子と、前記入力端子に供給された電圧により圧電素子の端子間電圧を駆動に必要な電圧まで充電し、続いて該充電された電圧を放電させる動作を繰り返させる制御回路とを有する圧電素子の駆動回路であって、前記制御回路は、正弦半波を生成する正弦波生成回路と、前記入力端子と電源端子間に前記圧電素子を双方向に接続するＨブリッジ回路と、前記正弦波生成回路から出力される正弦半波に基づき、前記Ｈブリッジ回路及び前記昇圧回路の動作を制御する回路とを有する。【００１３】  また、Ｈブリッジ回路は、前記入力端子と低電位側電源との間に第１の接続点を介して直列に接続される第１のスイッチ素子及び第１の可変抵抗素子と、同様に前記入力端子と低電位側電源との間に第２の接続点を介して直列に接続される第２のスイッチ素子及び第２の可変抵抗素子とを有し、前記第１の接続点と前記第２の接続点との間に前記圧電素子が接続される。【００１４】  また、第１及び第２の可変抵抗は、前記素子の一端を低電位側の電源に接続する低抵抗期間、前記素子の一端を低電位側から分離する高抵抗期間、そして前記正弦半波に基づく抵抗値の変化期間による３状態に前記制御回路によって設定される。【００１５】  また、制御回路は、前記昇圧回路による生成電圧を前記正弦波生成回路の正弦半波波形に沿って上昇させるよう前記昇圧回路の昇圧動作を制御し、続いて、正弦半波波形のピーク時の電圧に達した時に前記昇圧動作を停止させる。【００１６】  また、制御回路は、前記昇圧動作の停止後、前記入力端子の電圧を前記正弦半波の下降周期波形に沿って放電させるよう、前記Ｈブリッジ回路のスイッチングを制御する正弦半波立下がり制御回路を有する。
【発明の効果】
【００１７】  本発明の圧電素子の駆動回路によれば、抵抗等の挿入による電力損失なしに、出力の高調波を減らすことができる。すなわち、圧電素子の充電電圧の立ち上がり、及び該充電電圧の放電の立ち下がり電位変化を、正弦半波を基に制御しているため、該電位変化も正弦半波の上昇周期曲線および下降周期曲線に沿った変化になる。これにより、該電位変化に起因した高調波を減少させることが出来、該駆動回路に接続された圧電素子の音鳴きを小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】  以下本発明の好適な実施の形態を、添付図面を参照し説明する。図１は本発明明の実施の形態に係わる圧電素子の駆動回路を示す説明図である。ＥＬ素子の駆動回路１０は、直流電源から入力された直流電圧を昇圧する昇圧回路２０と、昇圧回路２０の出力により圧電素子（ＥＬ素子）９０の端子間電圧の駆動に必要な電圧まで充電し、続いて該充電された電圧を放電させる動作を繰り返させる制御回路とを有する。【００１９】  制御回路は、正弦半波を生成する正弦波生成回路５０と、昇圧回路２０により生成される電圧が供給される入力端子２７と低電位側電源７７、７８間に圧電素子９０を双方向に接続するＨブリッジ回路と、正弦波生成回路５０から出力される正弦半波に基づいてＨブリッジ回路の動作を制御するゲートロジック制御回路６０及び正弦半波立ち下がり制御回路４０と、正弦波生成回路５０から出力される正弦半波に基づいて昇圧回路２０の動作を制御する正弦半波立ち上がり制御回路３０とを有する。【００２０】  Ｈブリッジ回路は、前記入力端子２７と低電位側電源７７との間に第１の接続点７５を介して直列に接続される第１のスイッチ素子７１及び第１の可変抵抗素子７３と、同様に前記入力端子２７と低電位側電源７８との間に第２の接続点７６を介して直列に接続される第２のスイッチ素子７２及び第２の可変抵抗素子７４とを有し、第１の接続点７５と第２の接続点７６との間に圧電素子９０が接続される。【００２１】  次に、図２のタイミングチャートも参照しながら具体的な回路構成およびその動作タイミングについて説明する。まず、タイミングｔ０において第１のスイッチ素子７１をＯＮさせ第２のスイッチ素子７２をＯＦＦする。この時ゲートロジック制御回路６０及び正弦半波立ち下がり制御回路４０によりスイッチ４２を切換え、第１の可変抵抗素子７３を高抵抗、第２の可変抵抗素子７４を低抵抗にする。この状態で正弦半波生成回路５０にて生成される正弦半波を基準として、正弦半波立ち上がり制御回路３０の制御のもと昇圧回路２０は、正弦半波の上昇周期波形を増幅させた信号を入力端子２７に出力する。【００２２】  昇圧回路２０は、直流電圧源２６、コイル２１、ダイオード２２、容量素子２３、ＯＳＣ２５、ＯＳＣ２５によりタイミングが制御されるスイッチトランジスタ２４とからなり、スイッチトランジスタ２４のＯＮ／ＯＦＦ動作をもとにコイル２１からダイオード２２方向に流れる電流により入力端子２７を昇圧していく。この時、第２の接続点７６は、第２の可変抵抗素子７４が低抵抗なので低電位側電源７８により、図２のＯＵＴ２のようにＧＮＤレベルの波形が出力される。【００２３】  そして、正弦波立ち上がり制御回路３０は、図２のＯＵＴ１のように入力端子２７の電圧を正弦半波波形に沿って上昇させ、続いて、正弦半波波形のピーク時の電圧に達した時（タイミングｔ１）に昇圧回路２０による昇圧動作を停止させる。【００２４】  そして、タイミングｔ１〜タイミングｔ２において、正弦半波の立ち下がりを基準として第１の可変抵抗素子７３の抵抗値を制御して、第１の接続点７５の放電による電圧の立ち下がりを制御する。この電圧の立ち下がりタイミングは、帰還信号８０に示されるように入力端子２���の電圧もモニターしながらの動作で、正弦半波の下降周期波形に沿っての波形での放電になり、図２のＯＵＴ１に示す波形となる。【００２５】  このように、充電時はもとより放電による電圧の立ち下がりタイミングが、矩形波ではなく、正弦半波の下降周期波形のようになだらかになっているため、高調波の発生が大幅に抑制される。そして、この充放電タイミングによって制御される圧電素子（ＥＬ素子）の音鳴きを小さくすることができる。【００２６】  次に、タイミングｔ２において第１のスイッチ素子７１をＯＦＦさせ、第２のスイッチ素子７２をＯＮする。この時ゲートロジック制御回路６０及び正弦半波立ち下がり制御回路４０によりスイッチ４２を切換え、第１の可変抵抗素子７３を低抵抗、第２の可変抵抗素子７４を高抵抗にする。この状態で正弦半波生成回路５０にて生成される正弦半波を基準として、正弦半波立ち上がり制御回路３０の制御のもと昇圧回路２０は、正弦半波の上昇周期波形を増幅させた信号を入力端子２７に出力する。この時、第１の接続点７５は、第１の可変抵抗素子７３が低抵抗なので低電位側電源７７により、図２のＯＵＴ１のようにＧＮＤレベルの波形が出力される。【００２７】  そして、正弦波立ち上がり制御回路３０は、図２のＯＵＴ２のように入力端子２７の電圧を正弦半波波形に沿って上昇させ、続いて、正弦半波波形のピーク時の電圧に達した時（タイミングｔ３）に昇圧回路２０による昇圧動作を停止させる。【００２８】  次にタイミングｔ３〜タイミングｔ４において、正弦半波の立ち下がりを基準として第２の可変抵抗素子７４の抵抗値を制御して、第２の接続点７６の放電による電圧の立ち下がりを制御する。この電圧の立ち下がりタイミングは、帰還信号８０に示されるように入力端子２７の電圧もモニターしながらの動作で、正弦半波の下降周期波形に沿っての波形での放電になり、図２のＯＵＴ２に示す波形となる。以後タイミングｔ４〜ｔ８において、上述のタイミングｔ０〜ｔ４と同様な動作を繰り返し行うことにより、圧電素子（ＥＬ素子）の両端子の電圧を制御してこれを発光させる。【００２９】  本発明の圧電素子の駆動回路によれば、抵抗等の挿入による電力損失なしに、出力の高調波を減らすことができる。すなわち、圧電素子の充電電圧の立ち上がり、及び該充電電圧の放電の立ち下がり電位変化を、正弦半波を基に制御しているため、該電位変化も正弦半波の上昇周期曲線および下降周期曲線に沿った変化になる。これにより、該電位変化に起因した高調波を減少させることが出来、該駆動回路に接続された圧電素子の音鳴きを小さくすることができる。また、充電電圧の立ち上がり電圧は、昇圧回路そのものを制御するので無駄な昇圧がなく、高効率化が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態に係わる圧電素子の駆動回路を示す説明図。
【図２】図１の動作説明のためのタイミングチャート。
【図３】従来技術に係わる圧電素子の駆動回路を示す説明図。
【図４】図３の動作説明のためのタイミングチャート。
【符号の説明】
【００３１】１０  駆動回路
２０  昇圧回路
３０  正弦半波立ち上がり制御回路
４０  正弦半波立ち下がり制御回路
５０  正弦半波生成回路
６０  ゲートロジック制御回路
８０  帰還信号
９０  圧電素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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