JP4924761B1 - Capacitive load drive circuit and fluid ejection device - Google Patents
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Abstract
【課題】上限あるいは下限付近のデューティー比でも効率よく容量性負荷を駆動する。
【解決手段】駆動波形信号をパルス変調して変調信号を生成し、電力増幅した後に平滑フ
ィルターを通すことによって生成した駆動信号を容量性負荷に印加する。デジタル電力増
幅器から平滑フィルターに流れる電流の方向が一変調周期内で逆転する条件下では、その
一変調周期内での電流の最大値および最小値の絶対値が所定の閾値以上となるようにキャ
リア周波数を変更する。一変調周期内で平滑フィルターを流れる電流の最大値および最小
値の絶対値が所定の閾値を下回ると、電力増幅時に大きな損失が発生する。従って、所定
の閾値を下回らないようにキャリア周波数を変更してやれば、効率よく電力増幅を行って
容量性負荷を駆動することが可能となる。
【選択図】図15A capacitive load is efficiently driven even with a duty ratio near an upper limit or a lower limit.
A drive waveform signal is pulse-modulated to generate a modulation signal, and after power amplification, a drive signal generated by passing through a smoothing filter is applied to a capacitive load. Under the condition that the direction of the current flowing from the digital power amplifier to the smoothing filter is reversed within one modulation period, the carrier is set so that the absolute value of the maximum value and the minimum value of the current within the one modulation period is equal to or greater than a predetermined threshold value. Change the frequency. If the absolute value of the maximum value and the minimum value of the current flowing through the smoothing filter within one modulation period falls below a predetermined threshold, a large loss occurs during power amplification. Therefore, if the carrier frequency is changed so as not to fall below the predetermined threshold, it is possible to efficiently amplify the power and drive the capacitive load.
[Selection] Figure 15
Description
本発明は、圧電素子などの容量性負荷に駆動信号を印加して駆動する技術に関する。 The present invention relates to a technique for driving by applying a drive signal to a capacitive load such as a piezoelectric element.
インクジェットプリンターに搭載されている噴射ヘッドのように、圧電素子などの容量
性負荷によって構成されたアクチュエーターは数多く存在する。このようなアクチュエー
ター(すなわち容量性負荷)を駆動するためには、ある程度の電力を有する駆動信号が必
要となる。そこで、駆動信号の元となる駆動波形信号を電力増幅することによって駆動信
号を生成することが行われる。ここで、アナログの駆動波形信号をアナログ的に電力増幅
してアナログの駆動信号を直接生成したのでは大きな電力損失が発生して電力効率が低下
するので、いわゆるD級増幅器を用いて電力増幅する技術が提案されている(特許文献1
、特許文献2)。
There are many actuators configured by capacitive loads such as piezoelectric elements, such as an ejection head mounted on an inkjet printer. In order to drive such an actuator (that is, a capacitive load), a drive signal having a certain amount of power is required. Therefore, the drive signal is generated by power amplification of the drive waveform signal that is the source of the drive signal. Here, if the analog drive waveform signal is amplified in an analog manner and the analog drive signal is directly generated, a large power loss occurs and power efficiency is lowered. Therefore, power amplification is performed using a so-called class D amplifier. Technology has been proposed (Patent Document 1).
Patent Document 2).
D級増幅器は、次のようにして電力増幅を行う。先ず、アナログの駆動波形信号をパル
ス変調することによって変調信号を生成する。パルス変調には幾つかの方式が知られてい
るが、パルス幅変調と呼ばれる方式が使用されることが一般的である。パルス幅変調と呼
ばれる方式とは、変調しようとする駆動波形信号を、一定周期(変調周期)で繰り返され
る三角波形と比較して、駆動波形信号の電圧の方が三角波形の電圧よりも高い期間ではO
Nを出力し、逆に駆動波形信号の電圧の方が低い期間ではOFFを出力することによって
、ONとOFFとを繰り返す変調信号を生成する変調方式である。このようにして得られ
た変調信号は、駆動波形信号の電圧が高くなるほど、一変調周期内でのONの期間の比率
(オンデューティー比またはデューティー比。本明細書中ではデューティー比と呼ぶ)が
高くなる。
The class D amplifier performs power amplification as follows. First, a modulation signal is generated by pulse-modulating an analog driving waveform signal. Several systems are known for pulse modulation, but a system called pulse width modulation is generally used. A method called pulse width modulation is a period in which the voltage of the drive waveform signal is higher than the voltage of the triangular waveform when the drive waveform signal to be modulated is compared with a triangular waveform that is repeated at a constant period (modulation period). O
In this modulation system, N is output and, conversely, OFF is output during a period when the voltage of the drive waveform signal is lower, thereby generating a modulation signal that repeats ON and OFF. In the modulation signal thus obtained, the ratio of the ON period within one modulation cycle (on duty ratio or duty ratio, referred to as duty ratio in this specification) increases as the voltage of the drive waveform signal increases. Get higher.
D級増幅器では、パルス変調によって得られたデジタルの変調信号を電力増幅した後、
平滑フィルターを通してアナログ信号に変換することによって、電力増幅された駆動信号
を生成する。このようにしてデジタルの変調信号を電力増幅すれば、アナログの駆動波形
信号をアナログのまま電力増幅する場合に比べて電力損失を大幅に低減することができる
ので、駆動信号を生成する際の電力損失を大幅に低減することが可能である。
In the class D amplifier, after the power of the digital modulation signal obtained by pulse modulation is amplified,
A power-amplified drive signal is generated by converting the analog signal through a smoothing filter. By amplifying the power of the digital modulation signal in this way, the power loss can be greatly reduced compared to the case where the analog drive waveform signal is amplified with the analog power. Loss can be greatly reduced.
しかし、D級増幅器を用いて容量性負荷を駆動する場合、変調信号のデューティー比が
上限値付近や下限値付近になると、増幅時に大きな電力損失が発生することがあり、その
結果、容量性負荷を駆動する際の電力効率が低下する場合があるという問題があった。
However, when driving a capacitive load using a class D amplifier, if the duty ratio of the modulation signal is near the upper limit value or near the lower limit value, a large power loss may occur during amplification. As a result, the capacitive load There is a problem that the power efficiency when driving the battery may decrease.
この発明は、従来の技術が有する上述した課題の少なくとも一部を解決するためになさ
れたものであり、デューティー比によらず、どのような条件下でも常に効率よく容量性負
荷を駆動することが可能な技術の提供を目的とする。
The present invention has been made to solve at least a part of the above-described problems of the prior art, and can always drive a capacitive load efficiently under any conditions regardless of the duty ratio. The aim is to provide possible technology.
上述した課題の少なくとも一部を解決するために、本発明の容量性負荷駆動回路は次の
構成を採用した。すなわち、
容量成分を有する容量性負荷に対して駆動信号を印加することによって、該容量性負荷
を駆動する容量性負荷駆動回路であって、
前記駆動信号の基準となる駆動波形信号を発生する駆動波形信号発生回路と、
前記駆動波形信号をパルス変調して変調信号を生成する変調回路と、
前記変調信号を電力増幅して電力増幅変調信号を生成するデジタル電力増幅器と、
前記電力増幅変調信号を平滑化することによって前記駆動信号を生成する平滑フィルタ
ーと、
前記デジタル電力増幅器から前記平滑フィルターに流れる電流の方向が前記変調信号の
一変調周期内で逆転する逆転条件下では、該一変調周期内での電流の最大値および最小値
の絶対値が所定の閾値以上となるように、前記変調回路がパルス変調する際のキャリア周
波数を変更するキャリア周波数変更手段と
を備えることを要旨とする。
In order to solve at least a part of the problems described above, the capacitive load driving circuit of the present invention employs the following configuration. That is,
A capacitive load drive circuit that drives a capacitive load by applying a drive signal to the capacitive load having a capacitive component,
A drive waveform signal generating circuit for generating a drive waveform signal which is a reference of the drive signal;
A modulation circuit that generates a modulation signal by pulse-modulating the drive waveform signal;
A digital power amplifier that amplifies the modulated signal to generate a power amplified modulated signal;
A smoothing filter that generates the drive signal by smoothing the power amplification modulation signal;
Under a reversing condition in which the direction of the current flowing from the digital power amplifier to the smoothing filter is reversed within one modulation period of the modulation signal, the absolute value of the maximum value and the minimum value of the current within the one modulation period is predetermined. The gist of the invention is that it comprises carrier frequency changing means for changing a carrier frequency when the modulation circuit performs pulse modulation so as to be equal to or higher than a threshold value.
こうした本発明の容量性負荷駆動回路においては、容量性負荷に印加すべき駆動信号の
基準となる駆動波形信号を、パルス変調することによって変調信号を生成し、得られた変
調信号を電力増幅した後に平滑化することによって駆動信号を生成する。また、デジタル
電力増幅器から平滑フィルターに流れる電流の方向が、変調信号の一変調周期内で逆転す
るような条件(逆転条件)下では、キャリア周波数を変更することによって、その一変調
周期内での電流の最大値および最小値の絶対値が所定の閾値以上に保たれるようにする。
In such a capacitive load drive circuit of the present invention, a modulation signal is generated by pulse-modulating a drive waveform signal which is a reference of a drive signal to be applied to the capacitive load, and the obtained modulation signal is power amplified. A drive signal is generated by smoothing later. Also, under the condition that the direction of the current flowing from the digital power amplifier to the smoothing filter is reversed within one modulation period of the modulation signal (reversal condition), by changing the carrier frequency, The absolute value of the maximum value and the minimum value of the current is kept above a predetermined threshold value.
詳細なメカニズムについては後述するが、デジタル電力増幅器から平滑フィルターに流
れる電流の方向が、変調信号の一変調周期内で逆転するような条件(逆転条件)下では、
変調信号のデューティー比が上限値付近あるいは下限値付近になると、その一変調周期内
での電流の最大値および最小値の絶対値が所定の閾値以上に保たれなくなる。そして、一
変調周期内での電流の最大値および最小値の絶対値が所定の閾値を下回るようになると、
デジタル電力増幅器での増幅時に大きな電力損失が発生することが見いだされた。更に、
一変調周期内での電流の最大値および最小値の絶対値は、変調回路がパルス変調する際の
キャリア周波数を変更することによって変更可能であることも見いだされた。従って、デ
ジタル電力増幅器から平滑フィルターに流れる電流の方向が一変調周期内で逆転する逆転
条件下では、その一変調周期内での電流の最大値および最小値の絶対値が所定の閾値以上
となるようにキャリア周波数を変更することで、デジタル電力増幅器での増幅時に大きな
電力損失が発生することを回避して、効率よく容量性負荷を駆動することが可能となる。
Although the detailed mechanism will be described later, under the condition that the direction of the current flowing from the digital power amplifier to the smoothing filter is reversed within one modulation period of the modulation signal (reverse condition),
When the duty ratio of the modulation signal is near the upper limit value or near the lower limit value, the absolute values of the maximum value and the minimum value of the current within one modulation period cannot be maintained above a predetermined threshold value. And when the absolute value of the maximum value and the minimum value of the current within one modulation period falls below a predetermined threshold,
It has been found that a large power loss occurs during amplification with a digital power amplifier. Furthermore,
It has also been found that the absolute value of the maximum value and the minimum value of the current within one modulation period can be changed by changing the carrier frequency when the modulation circuit performs pulse modulation. Therefore, under the reverse condition where the direction of the current flowing from the digital power amplifier to the smoothing filter is reversed within one modulation period, the absolute value of the maximum value and the minimum value of the current within the one modulation period is equal to or greater than a predetermined threshold value. By changing the carrier frequency in this manner, it is possible to avoid the occurrence of a large power loss during amplification by the digital power amplifier and to drive the capacitive load efficiently.
また、本発明の容量性負荷駆動回路においては、次のようにしても良い。先ず、デジタ
ル電力増幅器では、電源が発生する所定電圧とグランドとの間でプッシュ・プル接続され
た二つのスイッチ素子のON/OFFを切り換えることによって、電力増幅変調信号を生
成する。また、デジタル電力増幅器の電源が発生する所定電圧をV、二つのスイッチ素子
のON/OFFを切り換える際に二つのスイッチ素子を何れもOFFとする時間であるデ
ッドタイムをT、二つのスイッチ素子の寄生容量のキャパシタンスをCとしたときに、V
・C/Tなる算出式によって得られる閾値を、一変調周期内での電流の最大値および最小
値の絶対値が下回らないように、キャリア周波数を変更するようにしても良い。
Further, the capacitive load driving circuit of the present invention may be configured as follows. First, in a digital power amplifier, a power amplification modulation signal is generated by switching ON / OFF of two switch elements that are push-pull connected between a predetermined voltage generated by a power supply and the ground. In addition, the predetermined voltage generated by the power source of the digital power amplifier is V, the dead time, which is the time to turn off both switch elements when switching the ON / OFF of the two switch elements, is T, When the parasitic capacitance is C, V
The carrier frequency may be changed so that the absolute value of the maximum value and the minimum value of the current within one modulation period does not fall below the threshold value obtained by the calculation formula C / T.
詳細には後述するが、デジタル電力増幅器での増幅時に大きな電力損失が発生するのは
、前述した逆転条件下で、一変調周期内での電流の最大値および最小値が所定の閾値を下
回ったときであり、この閾値は、デジタル電力増幅器の電源が発生する所定電圧をV、デ
ッドタイムをT、二つのスイッチ素子の寄生容量のキャパシタンスをCとしたときに、V
・C/Tなる算出式によって得られることが見いだされた。従って、逆転条件下でも、一
変調周期内での電流の最大値および最小値がこの閾値を下回らないようにしておけば、デ
ジタル電力増幅器での増幅時に大きな電力損失が発生することを回避することが可能とな
る。
As will be described in detail later, a large power loss occurs during amplification by the digital power amplifier because the maximum and minimum values of current within one modulation period fall below a predetermined threshold value under the above-described inversion conditions. This threshold value is V when the predetermined voltage generated by the power source of the digital power amplifier is V, the dead time is T, and the parasitic capacitance of the two switch elements is C.
-It was found that it can be obtained by the calculation formula C / T. Therefore, if the maximum and minimum values of current within one modulation period are kept below this threshold even under reverse conditions, it is possible to avoid a large power loss during amplification by the digital power amplifier. Is possible.
また、上述した本発明の容量性負荷駆動回路においては、二つのスイッチ素子の寄生容
量のキャパシタンスCの代わりに、ダイオードの接合容量のキャパシタンスCdを用いて
、V・Cd/Tなる算出式によって得られる閾値を、一変調周期内での電流の最大値およ
び最小値の絶対値が下回らないように、キャリア周波数を変更するようにしても良い。
In the capacitive load drive circuit of the present invention described above, the capacitance Cd of the junction capacitance of the diode is used instead of the capacitance C of the parasitic capacitance of the two switch elements, and is obtained by the calculation formula V · Cd / T The carrier frequency may be changed so that the absolute value of the maximum value and the minimum value of the current within one modulation period does not fall below the threshold value.
一変調周期内での電流の最大値および最小値の絶対値が、このような閾値を下回らない
ように、キャリア周波数を変更するようにしても、デジタル電力増幅器での増幅時に大き
な電力損失が発生することを回避することが可能となる。
Even if the carrier frequency is changed so that the absolute value of the maximum and minimum values of current within one modulation period does not fall below such a threshold, a large power loss occurs during amplification by the digital power amplifier. It becomes possible to avoid doing.
あるいは、上述した本発明の容量性負荷駆動回路においては、二つのスイッチ素子の少
なくとも一方にコンデンサーが並列接続されており、そのコンデンサーと二つのスイッチ
素子の寄生容量との合成容量のキャパシタンスをCsとしたときに、一変調周期内での電
流の最大値および最小値の絶対値が、V・Cs/Tなる算出式によって得られる閾値を下
回らないようにキャリア周波数を変更するようにしても良い。
Alternatively, in the above-described capacitive load driving circuit of the present invention, a capacitor is connected in parallel to at least one of the two switch elements, and the capacitance of the combined capacity of the capacitor and the parasitic capacitance of the two switch elements is Cs. Then, the carrier frequency may be changed so that the absolute value of the maximum value and the minimum value of the current within one modulation period does not fall below the threshold value obtained by the calculation formula V · Cs / T.
一変調周期内での電流の最大値および最小値の絶対値が、このような閾値を下回らない
ように、キャリア周波数を変更するようにしても、デジタル電力増幅器での増幅時に大き
な電力損失が発生することを回避することができる。
Even if the carrier frequency is changed so that the absolute value of the maximum and minimum values of current within one modulation period does not fall below such a threshold, a large power loss occurs during amplification by the digital power amplifier. Can be avoided.
また、上述した本発明の容量性負荷駆動回路においては、容量性負荷の容量成分の大き
さに関する負荷情報を取得して、この負荷情報に応じてキャリア周波数を変更するように
してもよい。
In the capacitive load driving circuit of the present invention described above, load information related to the magnitude of the capacitive component of the capacitive load may be acquired, and the carrier frequency may be changed according to this load information.
容量性負荷に印加される駆動信号が一定電圧ではない場合、デジタル電力増幅器から平
滑フィルターに流れる電流の、一変調周期内での最大値および最小値の絶対値が、所定の
閾値以上に保たれるキャリア周波数は、容量性負荷の容量成分の大きさによって変化する
。従って、容量性負荷の容量成分の大きさに関する情報(負荷情報)を取得して、この情
報も考慮してキャリア周波数を変更すれば、キャリア周波数を適切に変更することができ
る。たとえば、容量成分の大きさを複数段階に分類して負荷情報として設定しておき、負
荷情報に示される分類に応じたキャリア周波数に変更したり、あるいは変更するキャリア
周波数に対して修正を加えたりすることによって、より適切なキャリア周波数に変更する
ことが可能となる。
When the drive signal applied to the capacitive load is not a constant voltage, the absolute value of the maximum value and the minimum value within one modulation period of the current flowing from the digital power amplifier to the smoothing filter is kept above a predetermined threshold value. The carrier frequency to be changed varies depending on the size of the capacitive component of the capacitive load. Therefore, if information (load information) regarding the magnitude of the capacitive component of the capacitive load is acquired and the carrier frequency is changed in consideration of this information, the carrier frequency can be changed appropriately. For example, the capacity component size is classified into multiple stages and set as load information, and the carrier frequency is changed according to the classification indicated in the load information, or the carrier frequency to be changed is corrected. By doing so, it becomes possible to change to a more appropriate carrier frequency.
また、本発明の容量性負荷駆動回路は、次のような構成とすることもできる。すなわち
、
容量成分を有する容量性負荷に対して駆動信号を印加することによって、該容量性負荷
を駆動する容量性負荷駆動回路であって、
前記駆動信号の基準となる駆動波形信号を発生する駆動波形信号発生回路と、
前記駆動信号に位相進み補償を行い、該位相進み補償後の信号を帰還信号として出力する
位相進み補償回路と、
該駆動波形信号から該帰還信号を減算することによって誤差信号を出力する演算回路と、
前記誤差信号をパルス変調して変調信号を生成する変調回路と、
前記変調信号を電力増幅して電力増幅変調信号を生成するデジタル電力増幅器と、
前記パルス波状の電力増幅変調信号を平滑化することによって前記駆動信号を生成する
平滑フィルターと、
前記デジタル電力増幅器から前記平滑フィルターに流れる電流の方向が前記変調信号の
一変調周期内で逆転する逆転条件下では、該一変調周期内での電流の最大値および最小値
の絶対値が所定の閾値以上となるように、前記変調回路がパルス変調する際のキャリア周
波数を変更するキャリア周波数変更手段と
を備えるようにしてもよい。
Further, the capacitive load driving circuit of the present invention can be configured as follows. That is,
A capacitive load drive circuit that drives a capacitive load by applying a drive signal to the capacitive load having a capacitive component,
A drive waveform signal generating circuit for generating a drive waveform signal which is a reference of the drive signal;
A phase lead compensation circuit that performs phase lead compensation on the drive signal and outputs the signal after the phase lead compensation as a feedback signal;
An arithmetic circuit that outputs an error signal by subtracting the feedback signal from the drive waveform signal;
A modulation circuit that generates a modulation signal by pulse-modulating the error signal;
A digital power amplifier that amplifies the modulated signal to generate a power amplified modulated signal;
A smoothing filter that generates the drive signal by smoothing the pulse-wave-shaped power amplification modulation signal;
Under a reversing condition in which the direction of the current flowing from the digital power amplifier to the smoothing filter is reversed within one modulation period of the modulation signal, the absolute value of the maximum value and the minimum value of the current within the one modulation period is predetermined. You may make it provide the carrier frequency change means which changes the carrier frequency at the time of the said modulation circuit performing pulse modulation so that it may become more than a threshold value.
こうすれば、駆動信号の基準となる駆動波形信号に対して、容量性負荷に印加された駆
動信号を負帰還させるので、平滑フィルターの共振の影響で駆動信号が歪んでしまうこと
を抑制することができる。また、駆動信号を負帰還させるに際しては、位相を進ませる補
償(位相進み補償)を行ってから負帰還させているので、平滑フィルターによって位相が
遅れた駆動信号を負帰還させることが原因で駆動信号の出力が不安定になってしまうこと
もない。
In this way, the drive signal applied to the capacitive load is negatively fed back with respect to the drive waveform signal serving as a reference for the drive signal, so that the drive signal is prevented from being distorted due to the resonance of the smoothing filter. Can do. Also, when the drive signal is negatively fed back, it is compensated for phase advance compensation (phase advance compensation) and then negatively fed back. Therefore, the drive signal whose phase is delayed by a smoothing filter is driven negatively. The signal output does not become unstable.
また、上述した本発明の何れの容量性負荷駆動回路も、効率よく電力増幅を行って容量
性負荷を駆動することができる。従って、上述した本発明の容量性負荷駆動回路は、以下
のような流体噴射装置、すなわち、液体を供給する供給ポンプと、該供給ポンプから供給
された液体が流入する流体室と、容量性負荷であるアクチュエーターと、該流体室に流入
された液体を噴射する噴射ノズルとを有する脈動発生部とを備え、アクチュエーターに駆
動信号を印加することによって、該流体室に流入した液体を該噴射ノズルからパルス状に
噴射する流体噴射装置で、駆動信号を発生する駆動回路として好適に適用することができ
る。
In addition, any of the capacitive load driving circuits of the present invention described above can efficiently drive power and drive a capacitive load. Therefore, the above-described capacitive load driving circuit of the present invention includes the following fluid ejecting apparatus, that is, a supply pump that supplies liquid, a fluid chamber into which the liquid supplied from the supply pump flows, and a capacitive load. And a pulsation generator having an ejection nozzle that ejects the liquid that has flowed into the fluid chamber. By applying a drive signal to the actuator, the liquid that has flowed into the fluid chamber is discharged from the ejection nozzle. The fluid ejecting apparatus ejecting in a pulse form can be suitably applied as a drive circuit that generates a drive signal.
以下では、上述した本願発明の内容を明確にするために、次のような順序に従って実施
例を説明する。
A.第1実施例:
A−1.装置構成:
A−2.容量性負荷駆動回路の回路構成:
A−3.デジタル電力増幅器で電力損失が発生するメカニズム:
A−4.デジタル電力増幅器での電力損失を回避するメカニズム:
A−5.第1実施例での電力損失の増加の回避方法:
A−6.第1実施例の変形例:
B.第2実施例:
B−1.第2実施例での電力損失の増加の回避方法:
B−2.第2実施例の変形例:
C.第3実施例:
D.変形例1:
E.変形例2:
Hereinafter, in order to clarify the contents of the present invention described above, examples will be described in the following order.
A. First embodiment:
A-1. Device configuration:
A-2. Circuit configuration of capacitive load drive circuit:
A-3. Mechanism of power loss in digital power amplifier:
A-4. Mechanisms to avoid power loss in digital power amplifiers:
A-5. How to avoid an increase in power loss in the first embodiment:
A-6. Modification of the first embodiment:
B. Second embodiment:
B-1. How to avoid an increase in power loss in the second embodiment:
B-2. Modification of the second embodiment:
C. Third embodiment:
D. Modification 1:
E. Modification 2:
A.第1実施例 :
A−1.装置構成 :
図1は、第1実施例の容量性負荷駆動回路200を搭載した流体噴射装置100の構成
を示した説明図である。図示されているように流体噴射装置100は、大きく分けると、
液体を噴射するための脈動発生部110と、脈動発生部110に向けて流体を供給する流
体供給手段120と、脈動発生部110および流体供給手段120の動作を制御する制御
部130などから構成されている。流体噴射装置100は、パルス状の液体を脈動発生部
110から噴射することによって、生体組織を切除または切開することに使用する手術具
としてのウォータージェットメスの一例である。
A. First Example:
A-1. Device configuration :
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a
A
脈動発生部110は、金属製の第2ケース113に、同じく金属製の第1ケース114
を重ねた構造となっており、第2ケース113の前面には円管形状の流体噴射管112が
立設され、流体噴射管112の先端にはノズル111が挿着されている。第2ケース11
3と第1ケース114との合わせ面には、薄い円板形状の流体室115が形成されており
、流体室115は、流体噴射管112を介してノズル111に接続されている。また、第
1ケース114の内部には、積層型の圧電素子116が設けられている。脈動発生部11
0と制御部130とは配線ケーブル150によって接続されており、制御部130内の容
量性負荷駆動回路200からは、配線ケーブル150を介して駆動信号が圧電素子116
に供給される。また、配線ケーブル150はコネクターによって脈動発生部110に取り
付けられている。このため、配線ケーブル150は、長さや特性の異なる種々の配線ケー
ブル150に取り替えることが可能となっている。尚、圧電素子116が、本発明におけ
る「容量性負荷」に対応する。
The
A circular pipe-shaped
3 and the
0 and the
To be supplied. Further, the
流体供給手段120は、噴射しようとする液体(水、生理食塩水、薬液など)が収容さ
れた流体容器123から、第1接続チューブ121を介して液体を吸い上げた後、第2接
続チューブ122を介して脈動発生部110の流体室115内に供給する。このため、流
体室115は液体で満たされた状態となっている。
The fluid supply means 120 sucks up the liquid from the
そして、制御部130から駆動信号を圧電素子116に印加すると、圧電素子116が
伸張して流体室115が押し縮められ、その結果、流体室115内に充満していた液体が
、ノズル111からパルス状に噴射される。圧電素子116の伸張量は、駆動信号として
印加される電圧に依存する。従って、所望の特性のパルス状の液体を噴射するためには、
精度の良い駆動信号を圧電素子116に印加する必要がある。そこで、このような駆動信
号を生成するために、制御部130内には、以下に説明するような容量性負荷駆動回路2
00が搭載されている。
When a drive signal is applied from the
It is necessary to apply an accurate drive signal to the
00 is installed.
A−2.容量性負荷駆動回路の回路構成 :
図2は、制御部130に搭載された容量性負荷駆動回路200の回路構成を示した説明
図である。図示されているように容量性負荷駆動回路200は、駆動信号の基準となる駆
動波形信号(以下、WCOM)を出力する駆動波形信号発生回路210と、駆動波形信号
発生回路210から受け取ったWCOMと後述する帰還信号(以下、dCOM)とに基づ
いて誤差信号(以下、dWCOM)を出力する演算回路220と、演算回路220からの
dWCOMをパルス変調して変調信号(以下、MCOM)に変換する変調回路230と、
変調回路230からのMCOMをデジタル的に電力増幅して電力増幅変調信号(以下、A
COM)を生成するデジタル電力増幅器240と、デジタル電力増幅器240からACO
Mを受け取って変調成分を取り除いた後、駆動信号(以下、COM)として脈動発生部1
10の圧電素子116に供給する平滑フィルター250と、平滑フィルター250から出
力されたCOMに対して位相を進ませる補償(位相進み補償)を加えてdCOM(帰還信
号)を生成する位相進み補償回路260と、変調回路230がパルス変調する際のキャリ
ア周波数を変更するキャリア周波数変更手段270とを備えている。尚、第1実施例の容
量性負荷駆動回路200には、COMに対して位相進み補償を加えたdCOMを負帰還さ
せているが、負帰還させない構成とすることも可能である。この場合は、演算回路220
や位相進み補償回路260が不要となる。その結果、変調回路230は、dWCOMでは
なく、WCOMに対してパルス変調を行うことになる。
A-2. Capacitive load drive circuit configuration:
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a circuit configuration of the capacitive
The MCOM from the
COM) and a
After receiving M and removing the modulation component, the
A smoothing
In addition, the phase
このうち、駆動波形信号発生回路210は、WCOMのデータ(後述する駆動波形信号
情報)を記憶した波形メモリーや、D/A変換器を備えており、波形メモリーから読み出
したデータをD/A変換器でアナログ信号に変換することによって、WCOM(駆動波形
信号)を生成する。演算回路220では、こうして出力されたWCOMからdCOMを減
算した信号を、dWCOM(誤差信号)として出力する。尚、アナログ信号に限らず、駆
動波形信号発生回路210は、WCOMのデータを記憶した波形メモリーからデジタルデ
ータとしてWCOM(駆動波形信号)を読出し、A/D変換器でdCOMをデジタルデー
タとした後、信号処理回路を用いて演算回路220でWCOMからdCOMをデジタル演
算により減算し、dWCOM(誤差信号)をデジタルデータとして生成する構成としても
よい。その場合、変調回路230は信号処理回路を用いてデジタル回路で構成し、dWC
OMをデジタルデータのまま取り扱うようにする。
Of these, the drive waveform
OM is handled as digital data.
変調回路230では、dWCOMを一定周期(変調周期)の三角波と比較することによ
って、パルス波状のMCOM(変調信号)を生成(パルス変調)する。ここで、パルス変
調に用いる三角波の基底周波数(キャリア周波数)は、キャリア周波数変更手段270が
、駆動波形信号発生回路210からの情報に基づいて変更可能となっている。
The
変調回路230によって得られたMCOMは、デジタル電力増幅器240に入力される
。デジタル電力増幅器240は、プッシュ・プル接続された2つのスイッチ素子(MOS
FETなど)と、電源と、これらスイッチ素子を駆動するゲートドライバーとを備えてい
る。MCOMの出力がONの場合は、ハイ側のスイッチ素子がONになり、ロー側のスイ
ッチ素子がOFFになって、電源の電圧VddがACOMとして出力される。また、MC
OMの出力がOFFの場合は、ハイ側のスイッチ素子がOFFになり、ロー側のスイッチ
素子がONになってグランドの電圧がACOMとして出力される。その結果、変調回路2
30の動作電圧とグランドとの間でパルス波状に変化するMCOMが、電源の電圧Vdd
とグランドとの間でパルス波状に変化するACOMに電力増幅される。この増幅では、プ
ッシュ・プル接続された2つのスイッチ素子のON/OFFを切り換えているだけなので
、アナログ波形を増幅する場合に比べれば、電力損失を抑制することが可能である。
The MCOM obtained by the
FET, etc.), a power source, and a gate driver for driving these switch elements. When the output of MCOM is ON, the high-side switch element is turned ON, the low-side switch element is turned OFF, and the power supply voltage Vdd is output as ACOM. MC
When the output of OM is OFF, the high-side switch element is turned OFF, the low-side switch element is turned ON, and the ground voltage is output as ACOM. As a result, the
The MCOM that changes in a pulse waveform between the operating voltage of 30 and the ground is the voltage Vdd of the power supply.
The power is amplified to ACOM that changes in a pulse waveform between the ground and the ground. In this amplification, since only the ON / OFF of the two switch elements connected in a push-pull manner is switched, it is possible to suppress power loss as compared with the case of amplifying an analog waveform.
こうして電力増幅されたACOM(電力増幅変調信号)は、LC回路によって構成され
る平滑フィルター250を通すことによってCOM(駆動信号)に変換され、圧電素子1
16に印加される。また、COMは演算回路220に負帰還されるが、平滑フィルター2
50を通過することによって、COMはWCOMに対して位相が遅れている。そこで、C
OMを単純に負帰還させるのではなく、コンデンサーと抵抗とによって構成された位相進
み補償回路260を通して位相を進ませる補償(位相進み補償)を行い、得られた信号を
dCOMとして演算回路220に負帰還させるようになっている。
The power-amplified ACOM (power amplification modulation signal) is converted into COM (drive signal) by passing through a smoothing
16 is applied. Further, COM is negatively fed back to the
By passing 50, COM is out of phase with WCOM. So C
Rather than simply negatively feeding back OM, compensation (phase lead compensation) is performed to advance the phase through a phase
A−3.デジタル電力増幅器で電力損失が発生するメカニズム :
上述したように、デジタル電力増幅器240は、大きな電力損失を伴うことなく、変調
信号(MCOM)を電力増幅してACOMを生成することが可能である。しかし、デジタ
ル電力増幅器240でも、ある条件が成立すると電力増幅時に大きな電力損失が発生する
ことがある。
A-3. Mechanism of power loss in digital power amplifier:
As described above, the
図3は、デジタル電力増幅器240で電力損失が発生する様子を示した説明図である。
図示されるように、たとえば負荷に対して一定電圧を出力する場合には、変調信号のデュ
ーティー比がある値より小さくなると、急激に電力損失が増加する。変調信号のデューテ
ィー比が大きい場合にも、ある値を超えると急激に電力損失が増加する。このような現象
が生じると、WCOMを変調してMCOMに変換してから増幅する効果が無くなってしま
うので対策が必要となる。そのためには、このような現象が生じるメカニズムを明らかに
しなければならない。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing how power loss occurs in the
As shown in the figure, for example, when a constant voltage is output to the load, the power loss increases abruptly when the duty ratio of the modulation signal becomes smaller than a certain value. Even when the duty ratio of the modulation signal is large, if the value exceeds a certain value, the power loss increases rapidly. If such a phenomenon occurs, the effect of amplifying the WCOM after it is modulated and converted to MCOM is lost, so a countermeasure is required. To that end, the mechanism by which this phenomenon occurs must be clarified.
図4は、デジタル電力増幅器240の内部構成を示した回路図である。図示されるよう
に、デジタル電力増幅器240は、プッシュ・プル接続された2つのMOSFETと、電
源Vddと、これらMOSFETを駆動するゲートドライバーとを備えている。また、そ
れぞれのMOSFETには、ドレイン端子、ゲート端子、ソース端子の各端子間に寄生容
量が存在する。図中のCdsはドレイン端子とソース端子との間に生じた寄生容量を示し
、Cgdはドレイン端子とゲート端子との間に生じた寄生容量を、そしてCgsはゲート
端子とソース端子との間の寄生容量を示している。ここで、Cdsは実際にはMOSFE
Tの寄生ダイオードの接合容量であるが、便宜上、本実施例では寄生ダイオードとCds
とを個別に図示している。本願の発明者らは、負荷に対して、たとえば一定電圧(あるい
は、ほとんど一定の電圧)を出力する場合には、これらの寄生容量が原因で、電力損失が
発生していることを見いだした。
FIG. 4 is a circuit diagram showing the internal configuration of the
This is the junction capacitance of the parasitic diode of T. For convenience, in this embodiment, the parasitic diode and Cds
And are shown separately. The inventors of the present application have found that when a constant voltage (or almost constant voltage) is output to the load, for example, power loss occurs due to these parasitic capacitances.
図5は、デジタル電力増幅器240が電力増幅する動作を示した説明図である。デジタ
ル電力増幅器240の中には、2つのMOSFETがプッシュ・プル接続されているが、
図5では、これらのMOSFETをスイッチによって簡略化して表している。また、それ
ぞれのMOSFETには、図4に示したように3種類の寄生容量が存在するが、図5では
、これらの寄生容量を1つにまとめて表示している。尚、以下では、プッシュ・プル接続
された2つのMOSFETの中でハイ側のMOSFETを「MOSFET(H)」と称し
、ロー側のMOSFETを「MOSFET(L)」と称することにする。図5(a)は、
MOSFET(H)がOFFでMOSFET(L)がONの状態に相当し、図5(d)は
、MOSFET(H)がONでMOSFET(L)がOFFの状態に相当する。電力増幅
時には、これら2つの状態が交互に切り換わる。また、MOSFET(H)がOFFでM
OSFET(L)がONの状態を、単に「出力状態がLの状態」と称し、逆に、MOSF
ET(H)がONでMOSFET(L)がOFFの状態を、単に「出力状態がHの状態」
と称するものとする。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the operation of the
In FIG. 5, these MOSFETs are simplified by switches. Each MOSFET has three types of parasitic capacitances as shown in FIG. 4. In FIG. 5, these parasitic capacitances are collectively displayed as one. In the following description, of the two MOSFETs that are push-pull connected, the high-side MOSFET is referred to as “MOSFET (H)”, and the low-side MOSFET is referred to as “MOSFET (L)”. FIG. 5 (a)
FIG. 5D corresponds to a state in which the MOSFET (H) is turned on and the MOSFET (L) is turned off. At the time of power amplification, these two states are switched alternately. Also, MOSFET (H) is OFF and M
The state in which the OSFET (L) is ON is simply referred to as “the output state is the L state”.
When ET (H) is ON and MOSFET (L) is OFF, simply “Output state is H”
Shall be referred to as
また、2つのMOSFETが共にONになると、電源Vddからグランドに向かって大
きな突入電流が流れて素子に損傷を与える。そこで、こうしたことを回避するために、2
つの状態を切り換える際には、MOSFET(H)およびMOSFET(L)が何れもO
FFとなる期間(デッドタイム期間)を経由して切り換えるようになっている。図5(b
)は、出力状態がLの状態からHの状態に切り換わる際のデッドタイム期間の状態を示し
ており、図5(e)は、出力状態がHの状態からLの状態に切り換わる際のデッドタイム
期間の状態を示している。
When both MOSFETs are turned on, a large inrush current flows from the power supply Vdd to the ground, thereby damaging the element. Therefore, to avoid this, 2
When switching between the two states, both MOSFET (H) and MOSFET (L) are O
Switching is performed via a period of FF (dead time period). FIG.
) Shows the state of the dead time period when the output state switches from the L state to the H state, and FIG. 5E shows the state when the output state switches from the H state to the L state. The state of the dead time period is shown.
ここで、図5(a)に示した状態(出力状態がLの状態)に着目すると、この状態では
、MOSFET(H)の寄生容量の一方の端子は電圧Vddに接続され、他方の端子はグ
ランドに接続されている。従って、MOSFET(H)の寄生容量に電荷が蓄積(充電)
される。また、MOSFET(L)の寄生容量については、何れの端子もグランドに接続
されているので、電荷が蓄積されることはない。この状態からデッドタイム期間になると
、図5(b)に示すように、MOSFET(L)がOFFになる。
Here, paying attention to the state shown in FIG. 5A (the output state is L state), in this state, one terminal of the parasitic capacitance of the MOSFET (H) is connected to the voltage Vdd, and the other terminal is Connected to ground. Therefore, charge is accumulated (charged) in the parasitic capacitance of the MOSFET (H).
Is done. In addition, as for the parasitic capacitance of the MOSFET (L), no charge is accumulated because any terminal is connected to the ground. When the dead time period is reached from this state, the MOSFET (L) is turned off as shown in FIG.
そしてデッドタイム期間が経過すると、今度はMOSFET(H)がONになる。ここ
で、ACOM(電力増幅変調信号)が出力される端子をVsとする。MOSFET(H)
の寄生容量に着目すると、MOSFET(H)をONにしたとき、MOSFET(H)の
寄生容量の電源Vddに接続されている側の端子と、Vsに接続されている側の端子は短
絡状態となり、図5(a)の状態で蓄えられていたMOSFET(H)の寄生容量の電荷
は、図5(c)の一点鎖線の矢印で示すような電流として流れる。また、MOSFET(
L)の寄生容量に着目すると、MOSFET(H)をONにした瞬間に、MOSFET(
L)の寄生容量のVsに接続されている側の端子は電圧Vddになり、またグランドに接
続されている側の端子はグランドの電位に保たれているので、図5(c)の破線の矢印で
示すような電流が流れ、MOSFET(L)の寄生容量が充電される。しかし、図5〈c
〉で示した一点鎖線と破線の電流がMOSFET(H)で抵抗損失を発生させる。
When the dead time period elapses, the MOSFET (H) is turned on this time. Here, a terminal from which an ACOM (power amplification modulation signal) is output is Vs. MOSFET (H)
When the MOSFET (H) is turned on, the terminal on the side connected to the power supply Vdd of the parasitic capacity of the MOSFET (H) and the terminal connected to Vs are short-circuited. The charge of the parasitic capacitance of the MOSFET (H) stored in the state of FIG. 5A flows as a current as indicated by the dashed line arrow in FIG. Also, MOSFET (
Focusing on the parasitic capacitance of L), at the moment when the MOSFET (H) is turned on, the MOSFET (
The terminal on the side connected to Vs of the parasitic capacitance L) is at the voltage Vdd, and the terminal on the side connected to the ground is kept at the ground potential, so that the broken line in FIG. A current as shown by an arrow flows, and the parasitic capacitance of the MOSFET (L) is charged. However, FIG.
The dashed-dotted line and broken line currents indicated by> cause resistance loss in the MOSFET (H).
このようにしてMOSFET(L)の寄生容量が充電されると、最終的には図5(d)
に示した状態(出力状態がHの状態)となる。この状態では、MOSFET(L)の寄生
容量のVsに接続されている側の端子は電源Vddに接続され、反対側の端子はグランド
に接続されているので電荷が蓄積(充電)されている。また、MOSFET(H)の寄生
容量の端子は何れも電源Vddに接続されているので電荷が蓄積されることはない。
When the parasitic capacitance of the MOSFET (L) is charged in this way, finally, FIG.
(The output state is H). In this state, the terminal connected to the parasitic capacitance Vs of the MOSFET (L) is connected to the power supply Vdd, and the terminal on the opposite side is connected to the ground, so that charges are accumulated (charged). In addition, since the terminals of the parasitic capacitance of the MOSFET (H) are all connected to the power supply Vdd, no charge is accumulated.
以上では、図5(a)の状態(出力状態がLの状態)から図5(d)の状態(出力状態
がHの状態)に切り換える場合について説明したが、今度は逆に、図5(d)の状態(出
力状態がHの状態)から図5(a)の状態(出力状態がLの状態)に切り換える場合につ
いて説明する。図5(d)の状態からデッドタイム期間になると、図5(e)に示すよう
に、MOSFET(H)をOFFにする。この状態では、MOSFET(L)の寄生容量
は電圧Vddに充電されている。そしてデッドタイム期間が経過すると、MOSFET(
L)がONになる。すると、MOSFET(L)の寄生容量のVsに接続されている側の
端子とグランドに接続されている側の端子とが短絡状態となり、図5(d)の状態で蓄え
られていたMOSFET(L)の寄生容量の電荷は、図5(f)の一点鎖線の矢印で示す
ような電流として流れる。
In the above, the case where the state of FIG. 5A (the output state is L state) is switched to the state of FIG. 5D (the output state is H state) has been described. A case will be described in which the state d) (the output state is H) is switched to the state shown in FIG. 5A (the output state is L). When the dead time period is reached from the state of FIG. 5D, the MOSFET (H) is turned off as shown in FIG. In this state, the parasitic capacitance of the MOSFET (L) is charged to the voltage Vdd. When the dead time period elapses, MOSFET (
L) is turned ON. Then, the terminal connected to the parasitic capacitance Vs of the MOSFET (L) and the terminal connected to the ground are short-circuited, and the MOSFET (L) stored in the state of FIG. ) Of the parasitic capacitance flows as a current as indicated by a dashed line arrow in FIG.
また、MOSFET(H)の寄生容量の電源Vddに接続されている側の端子は電源V
ddに接続され、Vsに接続されている側の端子はグランドに接続されるので、図5(f
)の破線の矢印で示すような電流が流れ、MOSFET(H)の寄生容量が充電される。
しかし、図5(f)で示した一点鎖線と破線の電流がMOSFET(L)で抵抗損失を発
生させる。よって、このようにしてMOSFET(H)の寄生容量が充電されると、最終
的には図5(a)に示した状態となる。
Further, the terminal connected to the power source Vdd of the parasitic capacitance of the MOSFET (H) is the power source V
Since the terminal on the side connected to dd and connected to Vs is connected to the ground, FIG.
) Flows as indicated by the broken arrow, and the parasitic capacitance of the MOSFET (H) is charged.
However, the dashed-dotted line and broken line current shown in FIG. 5 (f) cause resistance loss in the MOSFET (L). Therefore, when the parasitic capacitance of the MOSFET (H) is charged in this manner, the state finally shown in FIG.
以上は、デジタル電力増幅器240に平滑フィルター250が接続されていないものと
して説明した。しかし、図2に示したようにデジタル電力増幅器240には平滑フィルタ
ー250が接続されているので、このことによる影響も考慮する必要がある。
The above description has been made assuming that the smoothing
図6は、コイルとコンデンサーとによって構成される一般的な平滑フィルターに、一定
周期Tで電圧Eと電圧0とに切り換わる電圧を印加した時に、一般的な平滑フィルターの
コイルに流れる電流を示している。第1実施例のデジタル電力増幅器240の出力は、電
圧Vddとグランドとを繰り返すから、図6の電圧Eを電圧Vddと読み替えれば、本実
施例の平滑フィルター250に適用することができる。
FIG. 6 shows a current flowing through a coil of a general smoothing filter when a voltage that switches between a voltage E and a
一定周期Tの中で電圧E(電圧Vddに対応)を印加している時間をtonとすると、
デューティー比Dは、ton/T(パーセント表示の場合は100×ton/T)となる
。この状態は、平滑フィルター250から電圧Vout(=D×E)を出力する場合に相
当する。そして、このときにコイルには、電圧Eが印加されている期間では、電流がマイ
ナス(電源側に逆流している状態)からほぼ直線的に増加してプラス(グランドに向けて
流れる状態)に転じ、印加される電圧が電圧0になっている期間では、プラスからほぼ直
線的に減少してマイナスに転じるようなノコギリ刃状の電流が流れる。また、平滑フィル
ター250から出力される電圧が、電圧Vout(=D×E)で保たれているということ
から、一周期の間でコンデンサーに出入りする電荷が等しいから、プラス側への振幅の最
大値とマイナス側への振幅の最大値とは等しくなる。
If the time the application of the voltage E (corresponding to the voltage Vdd) in a constant period T and t on,
The duty ratio D is (in the case of percentage 100 × t on / T) t on / T becomes. This state corresponds to the case where the voltage Vout (= D × E) is output from the smoothing
図7には、平滑フィルター250のコイルに流れる電流Iの算出式が示されている。図
7(a)は、電圧E(電圧Vddに対応)を印加している期間について示したものであり
、図7(b)は、印加する電圧をグランドに落としている期間について示したものである
。電圧Eを印加している期間にコイルに流れる電流Iは、図7(a)中の回路図で示され
る。平滑フィルター250を構成するコイルのインダクタンスをL、コンデンサーのキャ
パシタンスをC、コイルに流れる初期電流(電圧E印加時に流れていた電流)をI0、コ
ンデンサーの初期電圧(電圧Eの印加時でのコンデンサーの端子間電圧)をE0とすると
、電圧Eと、電流Iとの間には、(1)式で示した微分方程式が成立し、この方程式を解
くと電流Iは(2)式によって求められる。ここで、ω0は、平滑フィルター250の共
振周波数(=1/√(LC))である。そして、電圧Eが印加されている時間tonは平
滑フィルター250の共振周期に比べると十分に短いから、cosω0tはほぼ1とみな
すことができ、sinω0tはほぼω0tとみなすことができる。すると(2)式は、(
3)式で近似することができ、電流Iは時間tの経過とともに直線的に増加することが分
かる。
FIG. 7 shows a calculation formula for the current I flowing through the coil of the smoothing
It can be approximated by equation (3), and it can be seen that the current I increases linearly with the passage of time t.
平滑フィルター250に印加する電圧がグランドに落とされている期間についても同様
である。すなわち、印加する電圧をグランドに落としている期間にコイルに流れる電流I
は、図7(b)中の回路図で示すことができ、印加する電圧は0であるから、電流Iは(
4)式で示した微分方程式が成立する。そしてこの方程式を解くと、印加する電圧がグラ
ンドの期間に流れる電流Iは(5)式によって求められる。また、sinω0tをω0t
とみなして、cosω0tを1とみなすと、電流Iは(6)式で近似することができる。
従って、印加する電圧がグランドに落とされている期間では、電流Iは時間tの経過とと
もに直線的に減少することが分かる。
The same applies to the period during which the voltage applied to the smoothing
Can be shown by the circuit diagram in FIG. 7B, and the applied voltage is 0, so the current I is (
The differential equation shown in equation 4) holds. When this equation is solved, the current I flowing during the period in which the applied voltage is ground is obtained by the equation (5). In addition, the sinω 0 t ω 0 t
Assuming that cosω 0 t is 1, the current I can be approximated by equation (6).
Therefore, it can be seen that the current I decreases linearly with the passage of time t during the period in which the applied voltage is dropped to the ground.
また、図6に示したように、電圧Eを印加した瞬間(t=0)では、電流I=−IAで
あるから、(3)式においてI0=−IAとなる。また初期電圧E0は、図6の電圧Vo
ut(=D×E)に等しい。更に、電圧Eを印加している期間から電圧をグランドに落と
す期間に切り替わる直前の時間t=tonにおいては、(3)式においてI(ton)=
IAとなる。これらを(3)式に代入して整理すると、コイルに流れる電流の振幅IAは
、図8(a)に示した(7)式によって示される。ただし、図6で示した周期Tの逆数を
fc(キャリア周波数)とし、(3)式のtにton=D/fcを代入している。(7)式に
示されるように、電流の振幅の大きさIAはデューティー比Dの二次関数であり、図8(
b)に示すように、D=0.5(デューティー比Dが50%)の時に最大値となる。
Further, as shown in FIG. 6, at the instant (t = 0) when the voltage E is applied, the current I = −IA, so that I 0 = −IA in the equation (3). The initial voltage E 0 is equal to the voltage Vo in FIG.
It is equal to ut (= D × E). Further, at a time t = t on immediately before switching from a period in which the voltage E is applied to a period in which the voltage is dropped to the ground, I (t on ) =
IA. When these are substituted into the equation (3) and arranged, the amplitude IA of the current flowing through the coil is represented by the equation (7) shown in FIG. However, the reciprocal of the period T shown in FIG.
fc (carrier frequency) is used, and t on = D / fc is substituted for t in equation (3). As shown in the equation (7), the magnitude IA of the current amplitude is a quadratic function of the duty ratio D, and is shown in FIG.
As shown in b), the maximum value is obtained when D = 0.5 (duty ratio D is 50%).
以上のことから次のようなことが分かる。デジタル電力増幅器240の出力を平滑フィ
ルター250で平滑化して一定電圧を負荷に印加する場合(デューティー比が一定の場合
)、平滑フィルター250のコイルには、図6に示したようなノコギリ刃状の電流が流れ
る。電流の振幅がプラス側に最大となるのは、デジタル電力増幅器240の出力がグラン
ドに立ち下がる瞬間(出力状態がHからLの状態に切り換わる瞬間)であり、マイナス側
に最大となるのは、デジタル電力増幅器240の出力がグランドから立ち上がる瞬間(出
力状態がLからHの状態に切り換わる瞬間)である。また、電流の絶対値|IA|は、デ
ューティー比Dが50%の時に最大となり、デューティー比Dが50%から小さくなるに
つれて、あるいは50%から大きくなるにつれて小さくなる。
From the above, the following can be understood. When the output of the
デジタル電力増幅器240に平滑フィルター250を接続すると、平滑フィルター25
0のコイルに流れる電流Iがこのような挙動をすることを踏まえた上で、平滑フィルター
250が接続された状態でのデジタル電力増幅器240の動作について説明する。
When the smoothing
The operation of the
図9は、図5(a)の状態(デジタル電力増幅器240の出力がLの状態)から、図5
(d)の状態(出力がHの状態)に切り換わる際のデッドタイム期間中に発生する現象を
示した説明図である。図9(a)に示されるように、デジタル電力増幅器240の出力が
Lの状態(MOSFET(H)がOFFで、MOSFET(L)がONの状態)では、M
OSFET(H)の寄生容量には電荷が蓄えられている。また、図6を用いて前述したよ
うに、デジタル電力増幅器240の出力がLからHの状態に切り換わる直前には、平滑フ
ィルター250のコイルからデジタル電力増幅器240に向かって大きさIAの電流が流
れている。図9(a)では、コイルからの電流が流れる様子が、破線の矢印によって表さ
れている。
FIG. 9 shows the state shown in FIG. 5A from the state where the output of the
It is explanatory drawing which showed the phenomenon which generate | occur | produces during the dead time period at the time of switching to the state of (d) (output is a H state). As shown in FIG. 9A, in the state where the output of the
Charges are stored in the parasitic capacitance of the OSFET (H). Further, as described above with reference to FIG. 6, immediately before the output of the
この状態から、デジタル電力増幅器240の出力状態を切り換えるために、デッドタイ
ム期間では二つのMOSFETを何れもOFFの状態にする。すると、平滑フィルター2
50のコイルには、自己誘導現象によって電流をそのまま流し続けようとする方向に起電
力が発生する。図9(b)に示した破線の矢印は、前述した起電力によって流れる電流を
表している。MOSFET(L)はOFFに切り換わっているので、こちらを流れること
はできない。その一方で、MOSFET(L)の寄生容量には電荷が全く蓄えられていな
いので、この寄生容量にはコイルの逆起電力によって電流が流れ、充電される。また、M
OSFET(H)の寄生容量については、コイルの逆起電力が発生する結果、寄生容量の
Vsに接続されている側の端子電圧が上昇するので、電源Vddに接続されている側の端
子との端子間電圧が小さくなり、電流が流れる。その結果、MOSFET(H)の寄生容
量に蓄えられていた電荷が電源Vddに回生される。
In order to switch the output state of the
In the 50 coils, an electromotive force is generated in a direction in which a current continues to flow due to a self-induction phenomenon. The broken-line arrows shown in FIG. 9B represent the current that flows due to the electromotive force described above. Since MOSFET (L) is switched off, it cannot flow here. On the other hand, since no electric charge is stored in the parasitic capacitance of the MOSFET (L), a current flows through the parasitic capacitance due to the counter electromotive force of the coil and is charged. M
As for the parasitic capacitance of the OSFET (H), the back electromotive force of the coil is generated, and as a result, the terminal voltage on the side connected to Vs of the parasitic capacitance rises. The voltage between the terminals decreases, and current flows. As a result, the charge stored in the parasitic capacitance of the MOSFET (H) is regenerated to the power supply Vdd.
そして、図9(c)に示すように、MOSFET(H)の寄生容量に蓄えられていた電
荷を全て回生し、MOSFET(L)の寄生容量のVsに接続されている側の端子電圧が
電圧Vddに達するまで寄生容量に電荷を蓄えた後に、MOSFET(H)をONにする
。こうすれば、図5を用いて前述したように、デジタル電力増幅器240の出力をLから
Hの状態に切り換える際に、MOSFET(H)の寄生容量に残った電荷の放電、および
MOSFET(L)の寄生容量の充電に起因する電力損失は全く生じない。すなわち、図
9(a)の状態を、デッドタイム期間の間に図9(c)の状態まで持って行くことができ
れば、電力損失の発生を抑制することができる。デジタル電力増幅器240の出力をHか
らLの状態に切り換える場合にも、同様なことが当て嵌まる。
Then, as shown in FIG. 9C, all charges stored in the parasitic capacitance of the MOSFET (H) are regenerated, and the terminal voltage on the side connected to Vs of the parasitic capacitance of the MOSFET (L) is a voltage. After charge is stored in the parasitic capacitance until Vdd is reached, the MOSFET (H) is turned on. In this way, as described above with reference to FIG. 5, when the output of the
図10は、図5(d)の状態(デジタル電力増幅器240の出力がHの状態)から、図
5(a)の状態(出力がLの状態)に切り換わる際のデッドタイム期間中に発生する現象
を示した説明図である。図10(a)に示されるように、デジタル電力増幅器240の出
力がHの状態(MOSFET(H)がONで、MOSFET(L)がOFFの状態)では
、MOSFET(L)の寄生容量に電荷が蓄えられる。また、図6を用いて前述したよう
に、デジタル電力増幅器240の出力がHからLの状態に切り換わる直前には、デジタル
電力増幅器240から平滑フィルター250のコイルに向かって大きさがIAの電流が流
れている。図10(a)では、デジタル電力増幅器240の電源Vddからコイルに向か
って電流が流れる様子が、破線の矢印によって表されている。
FIG. 10 is generated during a dead time period when the state of FIG. 5D (the output of the
この状態から、デジタル電力増幅器240の出力状態をHからLに切り換えるために、
デッドタイム期間では二つのMOSFETを何れもOFFの状態にする。すると、平滑フ
ィルター250のコイルには自己誘導現象によって、電流をそのまま流し続けようとする
方向に起電力が発生する。図10(b)に示した破線の矢印は、前述した起電力によって
流れる電流を表している。MOSFET(H)はOFFに切り換わっているので、電源V
ddからの電流はこちらを流れることはできない。その一方で、MOSFET(H)の寄
生容量には電荷が全く蓄えられていないので、この寄生容量にはコイルの逆起電力によっ
て電流が流れ、充電される。また、MOSFET(L)の寄生容量については、コイルの
逆起電力が発生する結果、寄生容量のVsに接続されている側の端子の電圧が低下するの
で、グランドに接続されている側の端子との端子間電圧が小さくなり、電流が流れる。そ
の結果、MOSFET(L)の寄生容量に蓄えられていた電荷が平滑フィルター250の
コンデンサーに回生される。
From this state, in order to switch the output state of the
In the dead time period, the two MOSFETs are both turned off. Then, an electromotive force is generated in a direction in which a current is continuously applied to the coil of the smoothing
The current from dd cannot flow here. On the other hand, since no charge is stored in the parasitic capacitance of the MOSFET (H), a current flows through the parasitic capacitance due to the counter electromotive force of the coil and is charged. As for the parasitic capacitance of the MOSFET (L), the voltage at the terminal connected to Vs of the parasitic capacitance decreases as a result of the back electromotive force of the coil, so the terminal connected to the ground. The voltage between the terminals becomes smaller and current flows. As a result, the charge stored in the parasitic capacitance of the MOSFET (L) is regenerated in the capacitor of the smoothing
そして、図10(c)に示すように、MOSFET(L)の寄生容量に蓄えられていた
電荷を全て回生し、MOSFET(H)の端子間電圧が電圧Vddに達するまで寄生容量
に電荷を蓄えた後に、MOSFET(L)をONにする。こうすれば、図5を用いて前述
したように、デジタル電力増幅器240の出力をHからLの状態に切り換える際に、MO
SFET(L)の寄生容量に残った電荷の放電、およびMOSFET(H)の寄生容量の
充電に起因する電力損失は全く生じない。すなわち、図10(a)の状態を、デッドタイ
ム期間の間に図10(c)の状態まで持って行くことができれば、電力損失の発生を抑制
することができる。
Then, as shown in FIG. 10C, all the charges stored in the parasitic capacitance of the MOSFET (L) are regenerated, and the charges are stored in the parasitic capacitance until the voltage between the terminals of the MOSFET (H) reaches the voltage Vdd. After that, the MOSFET (L) is turned on. In this way, when the output of the
There is no power loss due to the discharge of the charge remaining in the parasitic capacitance of the SFET (L) and the charging of the parasitic capacitance of the MOSFET (H). That is, if the state of FIG. 10A can be brought to the state of FIG. 10C during the dead time period, the occurrence of power loss can be suppressed.
このように、デジタル電力増幅器240の出力状態を切り換えたときに、平滑フィルタ
ー250のコイルで大きな逆起電力を発生させることができれば、デジタル電力増幅器2
40で発生する電力損失を大幅に抑制することが可能となる。しかし、図8(a)に示し
たように、デューティー比が小さい場合、または大きい場合はコイルに流れる電流値が小
さく、コイルで十分な大きさの逆起電力を発生させることができなくなったために、図3
で示したような大きな電力損失が生じたものと考えられる。
Thus, if a large back electromotive force can be generated by the coil of the smoothing
Therefore, it is possible to greatly suppress the power loss generated at 40. However, as shown in FIG. 8 (a), when the duty ratio is small or large, the value of the current flowing through the coil is small, and the coil cannot generate a sufficiently large back electromotive force. , FIG.
It is considered that a large power loss as shown in Fig. 1 occurred.
A−4.デジタル電力増幅器での電力損失を回避するメカニズム :
図11には、コイルで十分な大きさの逆起電力を発生させることができる場合と、十分
な大きさの逆起電力を発生させることができなかった場合とについて、デジタル電力増幅
器240の動作が切り換わる様子が示されている。図11(a)は十分な大きさの逆起電
力が発生した場合を示し、図11(b)は過不足のない大きさの逆起電力が発生した場合
を、図11(c)は逆起電力の大きさが不足する場合を示している。
A-4. Mechanism to avoid power loss in digital power amplifier:
FIG. 11 shows the operation of the
先ず始めに、最も単純な場合である図11(b)の場合について説明する。デジタル電
力増幅器240の出力状態がLの状態から、デッドタイム期間に切り換わる直前では、図
6に示したようにコイルの電流Iはマイナス方向(逆流する方向)に流れている。また、
デジタル電力増幅器240の出力電圧は0である。この状態を、状態[A]と呼ぶことに
する。続いて、MOSFET(L)をOFFに切り換えてデッドタイム期間に移行すると
、図9(b)を用いて前述したように、コイルの逆起電力によってMOSFET(L)の
寄生容量の電荷が充電され、MOSFET(H)の寄生容量に電荷が回生されて、それに
伴ってデジタル電力増幅器240の出力電圧が上昇し、デッドタイム期間が終了する時に
、ちょうど電圧Vddに達する。コイルの逆起電力によってデジタル電力増幅器240の
出力電圧が上昇している状態を、状態[B]と呼ぶことにする。
First, the case of FIG. 11B, which is the simplest case, will be described. Immediately before the output state of the
The output voltage of the
デッドタイム期間を終了して、デジタル電力増幅器240の出力状態がHの状態になる
と、図6を用いて前述したように、初めのうちはコイルにマイナス方向(コイルからデジ
タル電力増幅器240に向かう方向)の電流が流れているが、途中で電流の向きが逆転し
て、プラス方向(デジタル電力増幅器240からコイルに向かう方向)に電流が流れるよ
うになる。デジタル電力増幅器240の出力電圧が電圧Vddで、コイルにマイナス方向
の電流が流れている状態を、状態[C]と呼び、コイルの電流が逆転してプラス方向の電
流が流れるようになった状態を、状態[D]と呼ぶことにする。
When the dead time period ends and the output state of the
その後、デジタル電力増幅器240の出力状態がHの状態から、MOSFET(H)を
OFFに切り換えてデッドタイム期間に移行すると、図10(b)を用いて前述したよう
に、コイルの逆起電力によってMOSFET(L)の寄生容量の電荷が回生され、MOS
FET(H)の寄生容量に電荷が充電されて、それに伴ってデジタル電力増幅器240の
出力電圧が低下する。そして、デッドタイム期間が終了する時に、電圧0まで低下する。
コイルの逆起電力によってデジタル電力増幅器240の出力電圧が低下している状態を、
状態[E]と呼ぶことにする。
After that, when the output state of the
Charge is charged in the parasitic capacitance of the FET (H), and the output voltage of the
A state in which the output voltage of the
It will be referred to as state [E].
デッドタイム期間を終了して、デジタル電力増幅器240の出力状態がLの状態になる
と、図6を用いて前述したように、初めのうちはコイルにプラス方向の電流が流れている
が、途中で電流の向きが逆転して、マイナス方向に電流が流れるようになる。デジタル電
力増幅器240の出力電圧が電圧0で、コイルにプラス方向の電流が流れている状態を、
状態[F]と呼ぶことにする。また、コイルにマイナス方向の電流が流れている状態は、
前述した状態[A]である。
When the dead time period ends and the output state of the
It will be referred to as state [F]. In addition, the state where a negative current flows through the coil
It is the state [A] described above.
以上では、デッドタイム期間に移行したときに、過不足のない大きさの逆起電力がコイ
ルで発生した場合に、デジタル電力増幅器240の動作が切り換わる様子について説明し
た。これに対して、十二分な大きさの逆起電力がコイルで発生した場合には、デジタル電
力増幅器240の動作は図11(a)に示すように切り換わる。
As described above, the state in which the operation of the
先ず、デジタル電力増幅器240の出力状態がLの状態の時は、前述した状態[A]と
なっており、デッドタイム期間に切り換わると状態[B]、すなわち、コイルの逆起電力
によってMOSFET(L)の寄生容量が充電され、またMOSFET(H)の寄生容量
の電荷が回生されて、デジタル電力増幅器240の出力電圧が上昇していく状態となる。
そして、コイルで十二分な大きさの逆起電力が発生している場合は、デッドタイム期間が
終了する前に、MOSFET(L)の寄生容量への充電およびMOSFET(H)の寄生
容量の電荷回生が完了し(すなわち、デジタル電力増幅器240の出力電圧がVddに達
し)て、それ以降は、MOSFET(H)の寄生ダイオードを通って、電荷が電源Vdd
に逆流する状態となる。このような状態を、状態[G]と呼ぶ。状態[G]では、デジタ
ル電力増幅器240の出力電圧は、MOSFET(H)の寄生ダイオードの電圧降下分だ
け、電圧Vddよりも高くなる。
First, when the output state of the
If a sufficiently large back electromotive force is generated in the coil, the parasitic capacitance of the MOSFET (H) is charged and the parasitic capacitance of the MOSFET (H) is charged before the dead time period ends. The charge regeneration is completed (ie, the output voltage of the
It will be in the state of flowing backward. Such a state is referred to as a state [G]. In the state [G], the output voltage of the
その後、デジタル電力増幅器240の出力状態がHの状態では、前述した状態[C](
出力電圧がVddであり、コイルの電流がマイナスの状態)から、前述した状態[D](
出力電圧がVddであり、コイルの電流がプラスの状態)へと推移する。そして、デッド
タイム期間になると、前述した状態[E](コイルの逆起電力によってMOSFET(L
)の寄生容量の電荷が回生され、またMOSFET(H)の寄生容量が充電されて出力電
圧が低下していく状態)となる。そして、この場合も、コイルで十二分な大きさの逆起電
力が発生している場合は、デッドタイム期間が終了する前に、MOSFET(L)の寄生
容量からの電荷の回生、およびMOSFET(H)の寄生容量の充電が完了し(すなわち
、デジタル電力増幅器240の出力電圧が0まで低下し)て、それ以降は、MOSFET
(L)の寄生ダイオードを介してグランド側から電荷を吸い出す状態となる。このような
状態を、状態[H]と呼ぶ。状態[H]では、デジタル電力増幅器240の出力電圧は、
MOSFET(L)の寄生ダイオードの電圧降下分だけ、電圧0よりも低くなる。
Thereafter, when the output state of the
From the state in which the output voltage is Vdd and the coil current is negative), the state [D] (
The output voltage is Vdd and the coil current is positive. When the dead time period is reached, the state [E] described above (the MOSFET (L
) Is regenerated, and the parasitic capacitance of the MOSFET (H) is charged to reduce the output voltage. In this case, too, when a back electromotive force having a sufficient magnitude is generated in the coil, before the dead time period ends, charge regeneration from the parasitic capacitance of the MOSFET (L), and the MOSFET The charging of the parasitic capacitance of (H) is completed (that is, the output voltage of the
The charge is absorbed from the ground side via the parasitic diode (L). Such a state is referred to as a state [H]. In the state [H], the output voltage of the
The voltage is lower than 0 by the voltage drop of the parasitic diode of the MOSFET (L).
これに対して、コイルで発生する逆起電力が不足している場合は、デジタル電力増幅器
240の動作は図11(c)に示すようにして切り換わる。デジタル電力増幅器240の
出力状態がLの状態からデッドタイム期間に切り換わって、デッドタイム期間が終了する
までの動作は、図11(a)あるいは図11(b)を用いて前述した動作と同様である。
すなわち、状態[A]から状態[B]へと切り換わる。
On the other hand, when the back electromotive force generated in the coil is insufficient, the operation of the
That is, the state [A] is switched to the state [B].
しかし、コイルで発生する逆起電力の大きさが不足していると、デッドタイム期間(状
態[B])が終了しても、デジタル電力増幅器240の出力電圧がVddに達しておらず
、MOSFET(L)の寄生容量への充電が完了しない。また、MOSFET(H)の寄
生容量からの電荷の回生も完了しない。この状態でデッドタイム期間が終了し、デジタル
電力増幅器240の出力状態がHの状態に切り換わった後、MOSFET(H)を介して
電流が流れ、MOSFET(L)の寄生容量への充電、およびMOSFET(H)の寄生
容量に残っている電荷の放電が完了するまで、出力電圧が電圧Vddまで上昇するように
なる。このような状態を、状態[I]と呼ぶ。状態[I]の期間は、図5(a)の状態か
ら図5(d)の状態に切り換えた場合と同様に、MOSFET(H)で抵抗による電力損
失が発生する。
However, if the magnitude of the counter electromotive force generated in the coil is insufficient, the output voltage of the
また、コイルで発生する逆起電力の大きさが不足していると、デジタル電力増幅器24
0の出力状態をHからLに切り換える時、すなわち状態[D]から状態[E]に切り換え
る時にも同様な現象が発生する。この場合、デッドタイム期間(状態[E])が終了して
も、デジタル電力増幅器240の出力電圧が0まで低下しておらず、MOSFET(L)
の寄生容量からの電荷の回生が完了しない。同様に、MOSFET(H)の寄生容量への
充電も完了しない。この状態でデッドタイム期間が終了し、デジタル電力増幅器240の
出力状態がLの状態に切り換わった後、MOSFET(L)を介して電流が流れ、MOS
FET(H)の寄生容量への充電、およびMOSFET(L)の寄生容量に残っている電
荷の放電が完了するまで、出力電圧が電圧0まで低下するようになる。このような状態を
、状態[J]と呼ぶ。状態[J]の期間は、図5(d)の状態から図5(a)の状態に切
り換えた場合と同様に、MOSFET(L)で抵抗による電力損失が発生する。
If the back electromotive force generated in the coil is insufficient, the digital power amplifier 24
A similar phenomenon occurs when the output state of 0 is switched from H to L, that is, when the state [D] is switched to the state [E]. In this case, even when the dead time period (state [E]) ends, the output voltage of the
Regeneration of charge from the parasitic capacitance of the battery is not completed Similarly, charging of the parasitic capacitance of the MOSFET (H) is not completed. In this state, the dead time period ends, and after the output state of the
The output voltage decreases to 0 until the charging of the parasitic capacitance of the FET (H) and the discharging of the charge remaining in the parasitic capacitance of the MOSFET (L) are completed. Such a state is referred to as a state [J]. During the period of the state [J], a power loss due to resistance occurs in the MOSFET (L) as in the case of switching from the state of FIG. 5D to the state of FIG.
以上に説明したように、デジタル電力増幅器240が状態[I]あるいは状態[J]に
なると電力損失が発生する。そして、これらの状態は、パルス変調のキャリア周波数fc
に対応する非常に高い頻度で発生するから、結果的に、たいへんに大きな電力損失を発生
させることになる。従って、このようなデジタル電力増幅器240での電力損失を回避す
るためには、状態[I]および状態[J]が発生しないようにすればよい。そこで、これ
らの状態が発生しないための条件について検討する。
As described above, power loss occurs when the
As a result, a very large power loss is generated. Therefore, in order to avoid such a power loss in the
図12(a)は、状態[I]および状態[J]が発生しない条件を説明した図である。
状態[I]は、状態[B]でのデッドタイム期間が経過した時に、デジタル電力増幅器2
40の出力電圧が電圧Vddに達していない場合に発生する。換言すれば、状態[I]が
発生しないための条件は、デッドタイム期間内にデジタル電力増幅器240の出力電圧が
、電圧0から電圧Vdd以上に上昇することである。ここで、MOSFET(H)および
MOSFET(L)の寄生容量のキャパシタンスを、それぞれCoss(H)およびCo
ss(L)とすると、状態[B]での出力電圧Vの上昇は、図12(a)中に示した(8
)式で表示される。ただし、Cossは出力容量で、一般的にCoss=Cds+Cgd
で表される。また、Cossのキャパシタンスの割合が、Cdsの分が支配的である場合
には、Coss≒Cdsとして考えてもよい。尚、(8)式中のIAは、デッドタイム期
間に切り換わった瞬間にコイルに流れていた電流の大きさである。従って、デジタル電力
増幅器240の出力状態がLからHに切り換わる際のデッドタイム期間をTd1とすると
、状態[I]が発生しないための条件は、図12(b)中に(10)式で示した条件を満
足することとなる。
FIG. 12A is a diagram for explaining conditions under which the state [I] and the state [J] do not occur.
State [I] is
This occurs when the output voltage of 40 has not reached the voltage Vdd. In other words, the condition for preventing the state [I] from occurring is that the output voltage of the
Assuming that ss (L), the increase in the output voltage V in the state [B] is shown in FIG.
) Expression. However, Coss is an output capacity, and generally Coss = Cds + Cgd
It is represented by In addition, when the ratio of the capacitance of Coss is dominant by Cds, it may be considered that Coss≈Cds. Note that IA in the equation (8) is the magnitude of the current flowing in the coil at the moment of switching to the dead time period. Therefore, if the dead time period when the output state of the
同様に、状態[J]は、状態[E]でのデッドタイム期間が経過した時に、デジタル電
力増幅器240の出力電圧が電圧Vddから電圧0まで低下していない場合に発生する。
状態[E]での出力電圧Vの低下は、図12(a)中に示した(9)式で表示される。従
って、デジタル電力増幅器240の出力状態がHからLに切り換わる際のデッドタイム期
間をTd2とすると、状態[J]が発生しないための条件は、図12(c)中に(11)
式で示した条件を満足することとなる。
Similarly, state [J] occurs when the output voltage of
The decrease in the output voltage V in the state [E] is displayed by the equation (9) shown in FIG. Therefore, if the dead time period when the output state of the
The condition expressed by the equation is satisfied.
ここで、(10)式および(11)式の中で、Coss(H)、Coss(L)は、M
OSFETの仕様によって決まる値なので変更は難しい。また、Td1、Td2は、高速
なスイッチングを行う為にはなるべく短い時間で設計する必要があり、デジタル電力増幅
器240の出力パルスの最小時間幅が決められると、それ以上の長さの時間には設計でき
ず、変更は難しい。また図8(a)中の(7)式で示したように、IAの式には電圧E、
すなわちVddが含まれるから、Vddを変更することで(10)式および(11)式で
示した条件を満足させることは出来ない。これに対してIAは(7)式で示されるように
、パルス変調時のキャリア周波数fcによって変更することができる。ちなみに、(7)
式中のLは、平滑フィルター250のコイルのインダクタンスであり、平滑フィルター2
50の必要な特性を確保しようとすると、この値を大きく変更することはできない。また
、デューティー比Dは、平滑フィルター250から出力しようとする電圧値と対応してい
るため、この値は変更することができない。
Here, in the equations (10) and (11), Coss (H) and Coss (L) are M
Since it is a value determined by the specification of OSFET, it is difficult to change. Also, Td1 and Td2 need to be designed in as short a time as possible in order to perform high-speed switching. If the minimum time width of the output pulse of the
That is, since Vdd is included, the conditions shown in the equations (10) and (11) cannot be satisfied by changing Vdd. On the other hand, IA can be changed by the carrier frequency fc at the time of pulse modulation, as shown by the equation (7). By the way, (7)
In the equation, L is the inductance of the coil of the smoothing
This value cannot be changed significantly if 50 required properties are to be secured. Further, since the duty ratio D corresponds to the voltage value to be output from the smoothing
従って、(10)式および(11)式を満足させるために、比較的容易に変更可能なパ
ラメーターは、キャリア周波数fcのみとなっている。換言すれば、パルス変調時のキャ
リア周波数fcを、(10)式および(11)式を満足するように変更してやれば、たと
えデューティー比が上限値付近や下限値付近の値となっても、デジタル電力増幅器240
での電力損失を増加させないようにすることが可能となる。第1実施例の容量性負荷駆動
回路200は、このような原理に基づいて、デジタル電力増幅器240での電力損失が増
加しないように、パルス変調時のキャリア周波数fcを変更している。以下、第1実施例
の容量性負荷駆動回路200で、デューティー比の上限付近あるいは下限付近の一定電圧
で負荷を駆動しているときの電力損失の増加を回避する方法について具体的に説明する。
Therefore, in order to satisfy the expressions (10) and (11), the only parameter that can be changed relatively easily is the carrier frequency fc. In other words, if the carrier frequency fc at the time of pulse modulation is changed so as to satisfy the expressions (10) and (11), even if the duty ratio becomes a value near the upper limit value or near the lower limit value,
It is possible not to increase the power loss at the time. Based on such a principle, the capacitive
A−5.第1実施例での電力損失の増加の回避方法 :
図13は、第1実施例の容量性負荷駆動回路200で、デジタル電力増幅器240での
電力損失の増加を回避する方法を示した説明図である。図2を用いて前述したように、第
1実施例の駆動波形信号発生回路210は、COM(駆動信号)の元となるWCOM(駆
動波形信号)を出力しており、そのための情報(駆動波形信号情報)を内蔵する波形メモ
リーに記憶している。
A-5. How to avoid an increase in power loss in the first embodiment:
FIG. 13 is an explanatory diagram showing a method for avoiding an increase in power loss in the
図13(b)は、第1実施例の駆動波形信号発生回路210が記憶している駆動波形信
号情報を示した説明図である。図示されるように、駆動波形信号情報には、WCOMの出
力を開始してからの経過時間と、そのときに出力する電圧と、フラグの設定値(以下、f
lagと表記する)とが記憶されている。尚、変調回路230で用いられる三角波の振幅
が決まっているとすると、WCOMの電圧値と、デューティー比Dとは一対一の関係とな
る。
FIG. 13B is an explanatory diagram showing drive waveform signal information stored in the drive waveform
stored as “lag”). If the amplitude of the triangular wave used in the
図14は、駆動波形信号発生回路210に記憶されている駆動波形信号情報を例示した
説明図である。図中に斜線を付して示した領域は、WCOMの電圧(従ってデューティー
比D)が上限付近(図示した例ではデューティー比Dが80%以上)、あるいは下限付近
(図示した例ではデューティー比Dが20%以下)の値を取る領域である。そして、これ
らの領域内でWCOMの傾きが0の場合(あるいは極めて小さい場合)はflagが「1
」に設定され、それ以外の場合にはflagが「0」に設定されている。このようなfl
agを設定するための処理については後述する。
FIG. 14 is an explanatory diagram illustrating drive waveform signal information stored in the drive waveform
", Otherwise flag is set to" 0 ". Such fl
The process for setting ag will be described later.
図13(a)に示されるように、第1実施例の駆動波形信号発生回路210は、波形メ
モリーに記憶されている駆動波形信号情報を読み出してWCOMを演算回路220に出力
し、flagをキャリア周波数変更手段270に出力する。また、キャリア周波数変更手
段270には、図13(c)に示すようなflagとキャリア周波数fcとの対応関係が
記憶されている。そして、駆動波形信号発生回路210から受け取ったflagに対応す
るキャリア周波数fcを選択して、変調回路230に設定する。このようにすることで、
図3に示したような現象、すなわち、デューティー比の上限付近あるいは下限付近の一定
電圧(あるいは一定に近い電圧)で負荷を駆動しているときにデジタル電力増幅器240
での電力損失が急激に増加する現象を回避することが可能となる。
As shown in FIG. 13A, the drive waveform
When the load is driven by a phenomenon as shown in FIG. 3, that is, a constant voltage (or a voltage close to a constant) near the upper limit or the lower limit of the duty ratio, the
It is possible to avoid a phenomenon in which the power loss at the terminal increases rapidly.
図15は、第1実施例のデジタル電力増幅器240で電力損失の増加を回避可能な理由
を示した説明図である。尚、以下では、特に断らない限り、一定電圧(従って、一定のデ
ューティー比)で負荷を駆動しているものとする。仮に、デューティー比によらずキャリ
ア周波数をfc0に固定したとすると、平滑フィルター250のコイルに流れる電流の振
幅IAは、図8の(7)式で与えられ、デューティー比が50%から遠ざかるに従って振
幅IAは小さくなる。その結果、振幅IAが、図12に示した(10)式あるいは(11
)式を満たさなくなると、図11(c)に示した現象が発生して、デジタル電力増幅器2
40で大きな電力損失を発生させる。
FIG. 15 is an explanatory diagram showing the reason why an increase in power loss can be avoided in the
11), the phenomenon shown in FIG. 11C occurs, and the
At 40, a large power loss is generated.
そこで、図12の(10)式および(11)式の等号が成立するような振幅IA、ある
いはこの振幅IAよりも少しだけ余裕を持たせた大きめの振幅を、閾値の振幅Ithとし
て設定しておき、図8の(7)式で与えられる振幅IAが閾値の振幅Ith以下となるデ
ューティー比では、図15(a)に示すようにキャリア周波数をfc0からfc1に引き
下げる。図15では、20%以下のデューティー比あるいは80%以上のデューティー比
では、閾値の振幅Ithを下回るものとしている。また、引き下げるキャリア周波数fc
1は、下限のデューティー比(ここではデューティー比D=5%)および上限のデューテ
ィー比(ここではデューティー比D=95%)でも、図8の(7)式で得られる振幅IA
が、閾値の振幅Ithを下回らない(あるいは振幅Ithと等しくなる)周波数に設定す
る。
Therefore, an amplitude IA that satisfies the equal signs of the equations (10) and (11) in FIG. 12 or a larger amplitude with a little margin than this amplitude IA is set as the threshold amplitude Ith. When the duty ratio is such that the amplitude IA given by the equation (7) in FIG. 8 is equal to or smaller than the threshold amplitude Ith, the carrier frequency is lowered from fc0 to fc1, as shown in FIG. In FIG. 15, when the duty ratio is 20% or less or the duty ratio is 80% or more, it is assumed to be lower than the threshold amplitude Ith. Also, the carrier frequency fc to be lowered
1 is the amplitude IA obtained by the expression (7) in FIG. 8 even with the lower limit duty ratio (here, duty ratio D = 5%) and the upper limit duty ratio (here, duty ratio D = 95%).
Is set to a frequency that does not fall below the threshold amplitude Ith (or equal to the amplitude Ith).
こうすれば、図15(a)中に太い破線で示したように、全てのデューティー比で、平
滑フィルター250のコイルに流れる電流の振幅IAを、閾値の振幅Ith以上に保って
おくことができる。その結果、図11(c)に示した状態[I]および状態[J]が発生
しないようにすることができるので、図15(b)中に太い破線で示したように、デュー
ティー比の下限付近(低デューティー)あるいは上限付近(高デューティー)で電力損失
が増加する現象を回避することが可能となる。
In this way, as indicated by a thick broken line in FIG. 15A, the amplitude IA of the current flowing through the coil of the smoothing
最後に、駆動波形信号情報のWCOMに対してflagを設定するフラグ設定処理につ
いて説明しておく。図16は、駆動波形信号情報のflagを設定する処理を示すフロー
チャートである。フラグ設定処理を開始すると、先ず始めに、X(X−1)+(2L・I
th/Vdd)・fc0=0を満足するXを算出する(ステップS100)。ここで、L
は平滑フィルター250のコイルのインダクタンスであり、Ithはコイルを流れる電流
の閾値の振幅Ithであり、Vddはデジタル電力増幅器240の電源の電圧である。従
って、求められたXは、平滑フィルター250のコイルを流れる電流の振幅IAが閾値の
振幅Ithとなるようなデューティー比を示している。
Finally, a flag setting process for setting a flag for WCOM of the drive waveform signal information will be described. FIG. 16 is a flowchart showing processing for setting a flag of drive waveform signal information. When the flag setting process is started, first, X (X−1) + (2L · I
th / Vdd) · fc0 = 0 is calculated (step S100). Where L
Is the inductance of the coil of the smoothing
続いて、WCOMの中で、電圧値の時間に対する傾きが0(すなわち電圧値が一定)の
期間を抽出する。また、抽出箇所の個数mを記憶しておく(ステップS102)。そして
、変数nを「1」に設定した後(ステップS104)、抽出しておいたn番目の箇所のデ
ューティー比Dを算出する(ステップS106)。デューティー比Dは、WCOMが示す
電圧値を、変調回路230がパルス変調時に用いる三角波の振幅電圧で除算することによ
って算出することができる。
Subsequently, a period in which the gradient of the voltage value with respect to time is 0 (that is, the voltage value is constant) is extracted from WCOM. In addition, the number m of extracted locations is stored (step S102). And after setting the variable n to "1" (step S104), the duty ratio D of the nth location extracted is calculated (step S106). The duty ratio D can be calculated by dividing the voltage value indicated by WCOM by the triangular wave amplitude voltage used by the
そして、求められたデューティー比Dが、先に算出しておいたXよりも小さいか否か、
あるいは1−Xよりも大きいか否かを判断する(ステップS108)。前述したようにX
は、平滑フィルター250のコイルに流れる電流の振幅IAが、閾値の振幅Ithとなる
デューティー比であるから、ステップS108では結局、コイルに流れる電流の振幅IA
が、閾値の振幅Ithよりも小さくなるようなデューティー比Dか否かを判断しているこ
とになる。
Then, whether or not the obtained duty ratio D is smaller than the previously calculated X,
Or it is judged whether it is larger than 1-X (step S108). X as mentioned above
Since the duty ratio is such that the amplitude IA of the current flowing through the coil of the smoothing
Therefore, it is determined whether or not the duty ratio D is smaller than the threshold amplitude Ith.
その結果、算出したデューティー比DがXよりも小さいか、1−Xよりも大きかった場
合には(ステップS108:yes)、キャリア周波数を切り換える必要があるものと判
断できるので、その期間(n番目の抽出期間)のflagを「1」に設定する(ステップ
S110)。これに対して、算出したデューティー比DがXよりも大きく、且つ1−Xよ
りも小さかった場合には(ステップS108:no)、キャリア周波数を切り換える必要
はないと判断できるので、その期間(n番目の抽出期間)のflagを「0」に設定する
(ステップS112)。
As a result, when the calculated duty ratio D is smaller than X or larger than 1-X (step S108: yes), it can be determined that it is necessary to switch the carrier frequency, so that period (nth) Is set to “1” (step S110). On the other hand, when the calculated duty ratio D is larger than X and smaller than 1-X (step S108: no), it can be determined that there is no need to switch the carrier frequency, so that period (n The flag of the (th extraction period) is set to “0” (step S112).
このようにして、n番目の抽出期間についてflagを設定したら、その抽出期間がm
番目であるか否かを判断する(ステップS114)。その結果、m番目の抽出期間ではな
かった場合は(ステップS114:no)、まだflagを設定していない抽出期間が残
っていることになるので、nに「1」を加算した後(ステップS118)、新たなnにつ
いて、ステップS106以降の処理を行う。これに対して、flagを設定した抽出期間
がm番目の抽出期間であった場合は(ステップS114:yes)、抽出した全ての期間
についてflagを設定したことになる。そこで、抽出していない期間のflagに「0
」を設定するべく、flagが「1」に設定されていない期間のflagを全て「0」に
設定した後(ステップS116)、図16のフラグ設定処理を終了する。
Thus, when flag is set for the nth extraction period, the extraction period is m
It is determined whether it is the second (step S114). As a result, if it is not the m-th extraction period (step S114: no), an extraction period for which no flag has been set still remains, so that “1” is added to n (step S118). ), The process after step S106 is performed for the new n. On the other hand, when the extraction period for which the flag is set is the mth extraction period (step S114: yes), the flag is set for all the extracted periods. Therefore, “0” is set in the flag of the period not extracted.
”Is set to“ 0 ”for all periods in which the flag is not set to“ 1 ”(step S116), the flag setting process in FIG.
このようにしてフラグを設定してやれば、種々のWCOMに対して適切にflagを設
定することができる。たとえば、図17(a)に示すように、WCOMの途中に電圧の傾
きが0で、デューティー比が高い期間が存在している場合には、この期間のflagを「
1」に設定することができる。また、図17(b)に示すように、電圧の傾きが0の期間
が存在していても、デューティー比が中間的な値を取る場合には、この期間のflagは
「0」のままに設定しておくことができる。このように、図16のフラグ設定処理によれ
ば、駆動波形信号情報のflagを適切に設定して、キャリア周波数を切り換えることが
できる。その結果、たとえデューティーが高い期間でも、デジタル電力増幅器240での
電力損失を抑制することが可能となる。
If the flag is set in this way, the flag can be set appropriately for various WCOMs. For example, as shown in FIG. 17A, when there is a period in which the voltage gradient is 0 and the duty ratio is high in the middle of WCOM, the flag of this period is set to “
1 "can be set. Further, as shown in FIG. 17B, when the duty ratio takes an intermediate value even when a period in which the voltage gradient is 0 exists, the flag in this period remains “0”. Can be set. As described above, according to the flag setting process of FIG. 16, the carrier frequency can be switched by appropriately setting the flag of the drive waveform signal information. As a result, it is possible to suppress power loss in the
A−6.第1実施例の変形例 :
以上に説明した第1実施例では、キャリア周波数fcを切り換えるためのflagが、
駆動波形信号発生回路210がWCOMを記憶している駆動波形信号情報の中に、予め組
み込まれているものとして説明した。この場合、キャリア周波数変更手段270は、駆動
波形信号発生回路210から出力されるflagに従って、キャリア周波数fcを変更す
ればよい。もっとも、図16を用いて前述したように、flagはWCOMの電圧値に基
づいて設定することができるので、キャリア周波数変更手段270の内部でflagを生
成し、得られたflagに基づいてキャリア周波数fcを切り換えるようにしてもよい。
A-6. Modification of the first embodiment:
In the first embodiment described above, the flag for switching the carrier frequency fc is:
The drive waveform
図18は、第1実施例の変形例のキャリア周波数変更手段270が、キャリア周波数f
cを切り換える様子を示した説明図である。変形例の駆動波形信号発生回路210が記憶
している駆動波形信号情報には、時間およびWCOMの電圧値が記憶されているが、fl
agは記憶されていない。そして、駆動波形信号発生回路210は、演算回路220とキ
ャリア周波数変更手段270とにWCOMを出力する。変形例のキャリア周波数変更手段
270では、駆動波形信号発生回路210から受け取ったWCOMに基づいて、フラグ生
成回路でflagを生成する。そして、生成したflagに基づいてキャリア周波数fc
を変更する。このようにしても、デューティー比に関わらず、デジタル電力増幅器240
での電力損失を抑制することが可能となる。
FIG. 18 shows that the carrier frequency changing means 270 of the modified example of the first embodiment
It is explanatory drawing which showed a mode that c was switched. The drive waveform signal information stored in the drive waveform
ag is not stored. Then, the drive waveform
To change. In this case, the
It becomes possible to suppress the power loss at.
B.第2実施例 :
上述した第1実施例では、キャリア周波数fcを、周波数fc0と周波数fc1との二
段階に切り換えるものとしていた。すなわち、平滑フィルター250のコイルに流れる電
流の振幅が、閾値の振幅Ithよりも小さくなると、キャリア周波数fcをfc0からf
c1に一気に引き下げるものとしていた。これに対して、より多くの種類のキャリア周波
数fcを用意しておき、キャリア周波数fcを徐々に切り換えるようにしても良い。以下
では、このような第2実施例について説明する。尚、第2実施例では、前述した第1実施
例と異なる構成についてのみ説明し、同様な構成については説明を省略する。
B. Second embodiment:
In the first embodiment described above, the carrier frequency fc is switched between two stages of the frequency fc0 and the frequency fc1. That is, when the amplitude of the current flowing through the coil of the smoothing
It was supposed to be pulled down to c1 at once. On the other hand, more types of carrier frequencies fc may be prepared and the carrier frequencies fc may be switched gradually. Hereinafter, such a second embodiment will be described. In the second embodiment, only the configuration different from the first embodiment will be described, and the description of the same configuration will be omitted.
B−1.第2実施例での電力損失の増加の回避方法 :
図19は、第2実施例でデジタル電力増幅器240での電力損失の増加を回避する様子
を示した説明図である。前述した第1実施例では、デューティー比は5%〜95%の範囲
で用いられ、このうち20%以下あるいは80%以上のデューティー比では、キャリア周
波数fcをfc0からfc1に引き下げていた。ここで、デューティー比20%あるいは
80%は、キャリア周波数fcがfc0の時に平滑フィルター250のコイルに流れる電
流の振幅IAが、閾値の振幅Ithに達するデューティー比である。
B-1. How to avoid an increase in power loss in the second embodiment:
FIG. 19 is an explanatory diagram showing how to avoid an increase in power loss in the
これに対して、第2実施例では、デューティー比の5%〜20%の間に、たとえば9%
、13%、17%といった複数のデューティー比を設定する。デューティー比が5%〜9
%の間ではキャリア周波数をfc1、デューティー比が9%〜13%の間ではキャリア周
波数をfc2、デューティー比が13%〜17%の間ではキャリア周波数をfc3、デュ
ーティー比が17%〜20%の間ではキャリア周波数をfc4といったように、多段階に
キャリア周波数fcを切り換えていく。デューティー比が80%〜95%の間についても
同様に、たとえば84%、88%、92%といった複数のデューティー比を設定する。デ
ューティー比が80%〜84%の間ではキャリア周波数をfc4、デューティー比が84
%〜88%の間ではキャリア周波数をfc3、デューティー比が88%〜92%の間では
キャリア周波数をfc2、デューティー比が92%〜95%の間ではキャリア周波数をf
c1といったように、多段階にキャリア周波数fcを切り換えていく。
On the other hand, in the second embodiment, between 5% and 20% of the duty ratio, for example, 9%
A plurality of duty ratios such as 13% and 17% are set. Duty ratio is 5% ~ 9
The carrier frequency is fc1, the carrier frequency is fc2 when the duty ratio is between 9% and 13%, the carrier frequency is fc3 when the duty ratio is between 13% and 17%, and the duty ratio is between 17% and 20%. In the meantime, the carrier frequency fc is switched in multiple stages such as fc4. Similarly, when the duty ratio is between 80% and 95%, a plurality of duty ratios such as 84%, 88%, and 92% are set. When the duty ratio is between 80% and 84%, the carrier frequency is fc4 and the duty ratio is 84.
The carrier frequency is fc3 between% and 88%, the carrier frequency is fc2 when the duty ratio is between 88% and 92%, and the carrier frequency is f when the duty ratio is between 92% and 95%.
The carrier frequency fc is switched in multiple steps, such as c1.
ここで、デューティー比が5%〜20%の間を分割する数や、分割するデューティー比
は、適宜設定することができる。また、それぞれの期間で設定するキャリア周波数fcn
は、図19(c)に示した計算式で設定することができる。ここで、Xnは、デューティ
ー比が5%〜20%の間を区切るデューティー比を示している。また、図19(c)の計
算式によって得られる周波数fcnは、デューティー比がXnからXn+1の間で、コイ
ルに流れる電流の振幅IAが閾値の振幅Ithを下回らない周波数の上限値である。従っ
て、このような計算式に基づいて、それぞれの期間でのキャリア周波数fcを切り換えて
いけば、どのようなデューティー比を取る場合でも、コイルに流れる電流の振幅IAが閾
値の振幅Ithを下回らないようにすることができ、デジタル電力増幅器240での電力
損失を抑制することが可能となる。
Here, the number by which the duty ratio is divided between 5% and 20% and the duty ratio to be divided can be set as appropriate. Also, the carrier frequency fcn set in each period
Can be set by the calculation formula shown in FIG. Here, Xn represents a duty ratio that divides the duty ratio between 5% and 20%. The frequency fcn obtained by calculation formula FIG. 19 (c) between the duty ratio from X n of X n + 1, it is the upper limit of the frequency at which the amplitude IA of the current flowing through the coil is not less than the amplitude Ith threshold . Therefore, if the carrier frequency fc in each period is switched based on such a calculation formula, the amplitude IA of the current flowing through the coil does not fall below the threshold amplitude Ith regardless of the duty ratio. Thus, the power loss in the
ここで、平滑フィルター250はローパスフィルタである為、キャリア周波数fcの値
を引き下げるほど、平滑フィルター250におけるキャリア周波数成分の振幅減衰量は小
さくなる。キャリア周波数成分の振幅減衰量が小さくなると、COM(駆動信号)に重畳
されるキャリアリップルの振幅が大きくなってしまう。上述したように、第1実施例では
、20%以下のデューティー比あるいは80%以上のデューティー比の範囲において、キ
ャリア周波数fcをfc0からfc1に一気に引き下げていた。従って上述した理由から
、20%以下のデューティー比あるいは80%以上のデューティー比の範囲では、COM
(駆動信号)に重畳されるキャリアリップルの振幅は一律に大きくなってしまう。
Here, since the smoothing
The amplitude of the carrier ripple superimposed on the (drive signal) increases uniformly.
また、上述したように、第2実施例では、デューティー比が17%〜20%の間ではf
c4(fc1<fc4)、デューティー比が13%〜17%の間ではキャリア周波数をf
c3(fc1<fc3)、デューティー比が9%〜13%の間ではキャリア周波数をfc
2(fc1<fc2)というように段階的に引き下げている。従ってデューティー比が9
%〜20%の期間では、第2実施例は第1実施例と比較して出力にキャリアリップルが重
畳することを抑制することが可能となる。
Further, as described above, in the second embodiment, when the duty ratio is between 17% and 20%, f
c4 (fc1 <fc4), the carrier frequency is f when the duty ratio is between 13% and 17%.
c3 (fc1 <fc3), the carrier frequency is fc when the duty ratio is between 9% and 13%.
2 (fc1 <fc2) is gradually reduced. Therefore, the duty ratio is 9
In the period of 20% to 20%, the second embodiment can suppress the carrier ripple from being superimposed on the output as compared with the first embodiment.
B−2.第2実施例の変形例 :
上述した第2実施例では、デューティー比に応じてキャリア周波数fcを多段階に切り
換えるものとして説明した。これに対して、デューティー比に応じてキャリア周波数fc
を連続的に切り換えるようにしても良い。
B-2. Modification of the second embodiment:
In the second embodiment described above, the carrier frequency fc is switched in multiple stages according to the duty ratio. On the other hand, the carrier frequency fc depends on the duty ratio.
May be switched continuously.
図20には、デューティー比に応じて、キャリア周波数fcをfc1からfc0の間で
連続的に切り換えている様子が示されている。こうしてキャリア周波数fcを連続的に切
り換えてやれば、デューティー比が20%以下、あるいは80%以上となった場合でも、
平滑フィルター250のコイルに流れる電流の振幅IAを閾値の振幅Ithに保持してお
くことができる。その結果、デジタル電力増幅器240での電力損失を抑制することが可
能となる。
FIG. 20 shows a state in which the carrier frequency fc is continuously switched between fc1 and fc0 according to the duty ratio. If the carrier frequency fc is continuously switched in this way, even when the duty ratio is 20% or less, or 80% or more,
The amplitude IA of the current flowing through the coil of the smoothing
図21は、デューティー比に応じてキャリア周波数fcを連続的に切り換えるために行
われるキャリア周波数切換処理のフローチャートである。この処理は、駆動波形信号発生
回路210がWCOMの出力を開始すると、キャリア周波数変更手段270によって実行
される処理である。尚、第2実施例の変形例では、駆動波形信号発生回路210の波形メ
モリーには、図13(b)に示したようなflag付きの駆動波形信号情報が記憶されて
いるものとする。
FIG. 21 is a flowchart of the carrier frequency switching process performed to continuously switch the carrier frequency fc according to the duty ratio. This process is a process executed by the carrier
キャリア周波数切換処理では、先ず初めに、キャリア周波数fcを標準の周波数fc0
に設定しておく(ステップS200)。そして、駆動波形信号発生回路210からWCO
M(駆動波形信号)の出力が開始されると、駆動波形信号発生回路210から駆動波形信
号情報(WCOMの電圧およびflag)を取得する(ステップS202)。
In the carrier frequency switching process, first, the carrier frequency fc is changed to the standard frequency fc0.
(Step S200). Then, the drive waveform
When the output of M (drive waveform signal) is started, drive waveform signal information (WCOM voltage and flag) is acquired from the drive waveform signal generation circuit 210 (step S202).
そして、取得したflagが「1」か否かを判断する(ステップS204)。flag
は、図16を用いて前述したフラグ設定処理によって設定されており、flagが「1」
であれば、キャリア周波数fcを標準の周波数fc0から変更する必要があることを表し
ている。そこで、flagが「1」であった場合は(ステップS204:yes)、駆動
波形信号情報として受け取ったWCOMの電圧値から、デューティー比Dを算出する(ス
テップS206)。前述したようにデューティー比Dは、WCOMが示す電圧値を、変調
回路230がパルス変調時に用いる三角波の振幅電圧で除算することによって算出するこ
とができる。続いて、算出したデューティー比Dから、次式によってキャリア周波数fc
を算出する(ステップS203)。
fc=D・(1−D)・Vdd/(2L・Ith)
ここで、Lは平滑フィルター250のコイルのインダクタンスであり、Ithはコイルに
流れる電流の閾値の振幅である。また、Vddはデジタル電力増幅器240で用いられる
電源が発生する電圧である。また、図8に示した(7)式から明らかなように、この計算
式によって得られたキャリア周波数fcは、あるデューティー比Dが与えられたときに、
コイルに流れる電流の振幅IAが、閾値の振幅Ithとなるようなキャリア周波数fcと
なっている。そして、変調回路230でパルス変調に用いる三角波のキャリア周波数を、
こうして算出したキャリア周波数fcに変更する(ステップS210)。
Then, it is determined whether or not the acquired flag is “1” (step S204). flag
Is set by the flag setting process described above with reference to FIG. 16, and the flag is “1”.
If so, the carrier frequency fc needs to be changed from the standard frequency fc0. Therefore, when the flag is “1” (step S204: yes), the duty ratio D is calculated from the voltage value of WCOM received as the drive waveform signal information (step S206). As described above, the duty ratio D can be calculated by dividing the voltage value indicated by WCOM by the triangular wave amplitude voltage used by the
Is calculated (step S203).
fc = D · (1-D) · Vdd / (2L · Ith)
Here, L is the inductance of the coil of the smoothing
The carrier frequency fc is such that the amplitude IA of the current flowing through the coil becomes the threshold amplitude Ith. Then, the carrier frequency of the triangular wave used for pulse modulation in the
The carrier frequency fc thus calculated is changed (step S210).
以上では、駆動波形信号情報として取得したflagが「1」に設定されていた場合(
ステップS204で「yes」と判断した場合)の処理について説明したが、flagの
設定が「1」ではなかった場合は(ステップS204:no)、キャリア周波数fcは、
標準の周波数fc0に設定しておけばよい(ステップS212)。
In the above, when the flag acquired as the drive waveform signal information is set to “1” (
The processing in the case where “yes” is determined in step S204) has been described. However, when the flag setting is not “1” (step S204: no), the carrier frequency fc is
What is necessary is just to set to the standard frequency fc0 (step S212).
続いて、駆動波形信号発生回路210がWCOMの出力を終了するか否かを判断し(ス
テップS214)、WCOMの出力を継続する場合は(ステップS214:no)、ステ
ップS202に戻って、新たな駆動波形信号情報を取得した後、続く一連の処理を行う。
これに対して、WCOMの出力を終了する場合は(ステップS214:yes)、そのま
ま、図21に示したキャリア周波数切換処理を終了する。
Subsequently, the drive waveform
On the other hand, when the output of WCOM is terminated (step S214: yes), the carrier frequency switching process shown in FIG. 21 is terminated as it is.
以上に説明した第2実施例の変形例では、変調回路230から出力されるMCOMのデ
ューティー比が上限付近あるいは下限付近となった場合でも、平滑フィルター250のコ
イルに流れる電流の振幅IAが、閾値の振幅Ithに保たれるようにキャリア周波数fc
を切り換えることができる。このため、デューティー比に関わらず、デジタル電力増幅器
240での電力損失の増加を回避しながら、平滑フィルター250からの出力にキャリア
リップルが重畳することも抑制することが可能となる。
In the modification of the second embodiment described above, the amplitude IA of the current flowing in the coil of the smoothing
Can be switched. For this reason, it is possible to suppress the carrier ripple from being superimposed on the output from the smoothing
C.第3実施例 :
上述した第1実施例および第2実施例では、平滑フィルター250の出力電圧(すなわ
ち、COM)が一定電圧である場合について説明した。しかし、平滑フィルター250の
出力電圧は、必ずしも完全な一定電圧である必要はない。たとえば出力電圧が緩やかに変
化する場合であれば、上述した説明が同様に成立する。また、出力電圧が急激に変化する
のでなければ、短時間だけ同様な説明が成立する可能性がある。以下では、平滑フィルタ
ー250からの出力電圧が変化する場合に拡張した第3実施例について説明する。尚、第
3実施例でも、前述した第1実施例あるいは第2実施例と異なる構成についてのみ説明し
、同様な構成については説明を省略する。
C. Third embodiment:
In the first embodiment and the second embodiment described above, the case where the output voltage (that is, COM) of the smoothing
図22は、COM(駆動信号)が一定ではない場合に平滑フィルター250のコイルを
流れる電流Iを示した説明図である。駆動しようとしている圧電素子116は容量性負荷
であるから、平滑フィルター250から圧電素子116に向かって電流が流れ込むことに
よってCOMの電圧が上昇し、圧電素子116から平滑フィルター250に向かって電流
が逆流することによってCOMの電圧が低下する。このため、平滑フィルター250のコ
イルには、COM(駆動信号)に対して半周期だけ位相が進んだ電流Iが流れる。
FIG. 22 is an explanatory diagram showing the current I flowing through the coil of the smoothing
また、平滑フィルター250のコイルには、デジタル電力増幅器240から電圧Vdd
のパルス波形が出力されている。このため、図7で示した(3)式および(6)式で表さ
れるように、コイルには、COMに対して半周期だけ位相が進んだ波形に、変調回路23
0での変調周期に対応する小さな脈動が重畳した波形の電流Iが流れることになる。
The coil of the smoothing
The pulse waveform is output. For this reason, as represented by the equations (3) and (6) shown in FIG.
A current I having a waveform in which a small pulsation corresponding to a modulation period of 0 is superimposed flows.
従って、たとえば図22(a)に破線で示したように、電圧の振幅が大きなCOMを出
力しようとすると、平滑フィルター250のコイルに流れる電流Iは、図中に実線で示し
た波形の電流となる。駆動信号が0から極大値に向かって上昇している期間では、電流I
は常にデジタル電力増幅器240からコイル側に向かって流れている。この場合は、A−
3で説明した、デッドタイム期間中のMOSFET(H)の寄生容量の電荷回生、および
MOSFET(L)の寄生容量の充電が行われない。従って、前述したような、低デュー
ティー時や高デューティー時のデジタル電力増幅器240での電力損失の増加を抑制する
ことは難しい。また、駆動信号が極大値から0に向かって下降している期間では、電流I
は常にコイルからデジタル電力増幅器240に向かって流れるので、同様にA−3で説明
したデッドタイム期間中のMOSFET(L)の寄生容量の電荷回生、およびMOSFE
T(H)の寄生容量の充電が行われない。従って、前述したような、低デューティー時や
高デューティー時のデジタル電力増幅器240での電力損失を抑制することは難しい。
Therefore, for example, as shown by the broken line in FIG. 22A, when trying to output COM having a large voltage amplitude, the current I flowing through the coil of the smoothing
Always flows from the
As described in 3 above, the charge regeneration of the parasitic capacitance of the MOSFET (H) and the charging of the parasitic capacitance of the MOSFET (L) during the dead time period are not performed. Therefore, it is difficult to suppress the increase in power loss in the
Always flows from the coil toward the
The parasitic capacitance of T (H) is not charged. Therefore, it is difficult to suppress the power loss in the
これに対して、図22(b)に破線で示したように、電圧の振幅が小さなCOMを出力
する場合には、図中に実線で示すように、電流Iは1変調周期内で方向が切り換わる形と
なる。すなわち、A−3で説明したような、デッドタイム期間中のMOSFET(Hまた
はL)の寄生容量の電荷回生、およびMOSFET(LまたはH)の寄生容量の充電が行
われる。従って前述したように、デジタル電力増幅器240での電力損失の増加を抑制す
ることが可能である。すなわち、デッドタイム期間に突入する直前にコイルに流れている
電流Iの振幅IAの絶対値が、前述した閾値の振幅Ithの絶対値を下回らないようにし
ておけば、デジタル電力増幅器240での電力損失を抑制することが可能となる。
On the other hand, as shown by the broken line in FIG. 22B, when COM with a small voltage amplitude is output, the current I has a direction within one modulation period as shown by the solid line in the figure. It becomes a form to switch. That is, as described in A-3, charge regeneration of the parasitic capacitance of the MOSFET (H or L) and charging of the parasitic capacitance of the MOSFET (L or H) are performed during the dead time period. Accordingly, as described above, an increase in power loss in the
そこで、変調周期内で増減する電流Iの上限値IA(+)および下限値IA(−)に着
目する。図22(c)に示されるように、上限値IA(+)は、COMを印加することに
因る成分Iloadに、パルス変調に伴う成分Id(+)を加算したものである。また、下限
値IA(−)は、COMを印加することに因る成分Iloadに、パルス変調に伴う成分Id
(+)を加算したものである。
Therefore, attention is paid to the upper limit value IA (+) and the lower limit value IA (−) of the current I that increase or decrease within the modulation period. As shown in FIG. 22C, the upper limit value IA (+) is obtained by adding the component Id (+) accompanying pulse modulation to the component Iload resulting from the application of COM. Further, the lower limit value IA (−) is obtained by adding a component Id accompanying pulse modulation to a component Iload caused by applying COM.
(+) Is added.
ここで図22(c)中に示されるように、COMに起因する成分Iloadは、COMの電
圧値VCOM の時間微分に、平滑フィルター250を構成するコンデンサーおよび圧電素子
116の合成容量を乗算した電流値となる。図22(c)中に示したClpf は、平滑フィ
ルター250を構成するコンデンサーのキャパシタンスを示しており、Cloadは、圧電素
子116のキャパシタンスを表している。従って、Iloadは、COMによって決定されて
しまう。これに対して、パルス変調に伴う成分Id(+)、Id(−)は、パルス変調時
のキャリア周波数fcによって変更することが可能である。このことから、上限値IA(
+)の絶対値および下限値IA(−)の絶対値が、前述した閾値の振幅Ithを下回らな
いようにキャリア周波数fcを変更すれば、COMが図22(b)に示したようにゆっく
りと変化する場合でも、デジタル電力増幅器240での電力損失を抑制することが可能と
なる。
Here, as shown in FIG. 22C, the component Iload resulting from COM is a current obtained by multiplying the time differentiation of the COM voltage value VCOM by the combined capacitance of the capacitor and the
If the carrier frequency fc is changed so that the absolute value of +) and the absolute value of the lower limit value IA (−) do not fall below the threshold amplitude Ith, the COM is slowly increased as shown in FIG. Even in the case of a change, power loss in the
尚、キャリア周波数fcを変更する態様としては、COMの電圧値に対して刻々と変化
する上限値IA(+)および下限値IA(−)を、図22(c)中に示した算出式を用い
て計算し、これら上限値IA(+)および下限値IA(−)が、閾値の振幅Ithを下回
らないようにキャリア周波数fcを変更するようにすることができる。あるいは、COM
の電圧値に応じて刻々とキャリア周波数fcを変更するのではなく、上限値IA(+)の
最小値IA(+min)と、下限値IA(−)の最大値IA(−max)とを予め求めて
おき、何れの絶対値も、閾値の振幅Ithを下回らないようにキャリア周波数fcを変更
するようにしても良い。
As an aspect of changing the carrier frequency fc, the upper limit value IA (+) and the lower limit value IA (−) that change every moment with respect to the voltage value of COM are expressed by the calculation formula shown in FIG. The carrier frequency fc can be changed so that the upper limit value IA (+) and the lower limit value IA (−) do not fall below the threshold amplitude Ith. Or COM
The carrier frequency fc is not changed every time according to the voltage value of, but the minimum value IA (+ min) of the upper limit value IA (+) and the maximum value IA (−max) of the lower limit value IA (−) are previously set. The carrier frequency fc may be changed so that any absolute value does not fall below the threshold amplitude Ith.
また、図22(a)に示すように、COM(駆動信号)が短時間で大きく変化する場合
でも、平滑フィルター250を構成するコイルの電流Iが電流0を横切る際には、短時間
ではあるが図9および図10を用いて前述した説明が成り立つ場合がある。コイルの電流
Iが電流0になるのは、COM(駆動信号)が極値(極大値または極小値)となる場合で
あるから、デューティー比Dが上限付近あるいは下限付近で、尚且つCOMが極値となる
場合には、キャリア周波数fcを予め定めておいた周波数fc1に引き下げるようにして
もよい。このようにしても、デジタル電力増幅器240での電力損失を抑制することが可
能となる。
Further, as shown in FIG. 22A, even when the COM (drive signal) changes greatly in a short time, when the current I of the coil constituting the smoothing
尚、平滑フィルター250のコイルに流れる電流Iの中のCOMに起因する成分Iload
は、図22(c)に示したように、圧電素子116のキャパシタンスCloadによって変化
する。従って、流体噴射装置100の脈動発生部110が付け替えられた場合には、新た
な圧電素子116のキャパシタンスCloadに関する情報(負荷情報)を取得可能としてお
いてもよい。
The component Iload caused by COM in the current I flowing through the coil of the smoothing
Changes depending on the capacitance Cload of the
図23は、第3実施例において負荷情報を取得可能とした変形例の回路構成を示した説
明図である。図示した変形例では、付け替えられた脈動発生部110の負荷情報(ここで
は、圧電素子116のキャパシタンスCloadに関する情報)を取得する負荷情報取得手段
280が設けられており、キャリア周波数変更手段270は、負荷情報取得手段280か
ら負荷情報を取得することが可能である。
FIG. 23 is an explanatory diagram showing a circuit configuration of a modified example in which load information can be acquired in the third embodiment. In the illustrated modification, load information acquisition means 280 for acquiring the load information of the replaced pulsation generator 110 (here, information related to the capacitance Cload of the piezoelectric element 116) is provided, and the carrier
図24は、負荷情報を取得する一例を示した説明図である。図示した例では、圧電素子
116の側(脈動発生部110)に圧電素子116のキャパシタンスCloadを示すIDタ
グ284が設けられている。そして、流体噴射装置100の操作者が、IDタグ284に
記載された負荷情報を読み取って、負荷情報取得手段280に設けられたスイッチ282
のON/OFFを設定することで、キャリア周波数変更手段270に負荷情報を入力する
ことができる。その結果、脈動発生部110が付け替えられて、圧電素子116のキャパ
シタンスCloadが変わった場合でも適切にキャリア周波数fcを変更して、デジタル電力
増幅器240で電力損失が増加することを回避することが可能となる。
FIG. 24 is an explanatory diagram showing an example of acquiring load information. In the illustrated example, an
By setting ON / OFF, load information can be input to the carrier
あるいは、図25に示したように、圧電素子116の側(脈動発生部110)に、負荷
情報を記憶したROM286を内蔵しておき、この負荷情報を、負荷情報取得手段280
に設けられたROMデータリード回路288で読み出すことによって、負荷情報を取得す
るようにしても良い。このようにしても、脈動発生部110が付け替えられると、新たな
圧電素子116のキャパシタンスCloadに関する情報がキャリア周波数変更手段270に
伝わって、適切にキャリア周波数fcを変更することができるので、デジタル電力増幅器
240で電力損失が増加することを回避することが可能となる。
Alternatively, as shown in FIG. 25, a
The load information may be acquired by reading the data with a ROM data read
D.変形例1 :
ここで、以上に述べた各種実施例においては、図4に示したように、デジタル電力増幅
器240はプッシュ・プル接続された2つのスイッチ素子で構成され、そのスイッチ素子
の例としてMOSFETを挙げて説明してきた。またそのMOSFETは、構造上内部に
ボディダイオードが寄生的に形成されており、そのボディダイオードの接合容量がスイッ
チ素子の寄生容量の一つであるCdsとして存在する場合について説明してきた。しかし
ながら、スイッチ素子の種類によっては、構造上ボディダイオードが寄生的に形成されな
いもの(例えばIGBT:絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)もある。この場合、前述し
たように、デッドタイム中にコイルに起電力が生じるが、その際に電流を流せるように、
スイッチ素子に並列に還流ダイオードを設けることがある。図26に、スイッチ素子に並
列に還流ダイオードを設けた場合のデジタル電力増幅器240の構成例を示す。図26で
はスイッチ素子にIGBTを用いた場合の例を示しているが、それに限られるものではな
い。図26に示したような還流ダイオードを設ける場合には、その接合容量を前述したM
OSFETのCdsと置き換えて考えることで、デジタル電力増幅器240で電力損失が
増加することを回避することが可能となる。
Here, in the various embodiments described above, as shown in FIG. 4, the
A reflux diode may be provided in parallel with the switch element. FIG. 26 shows a configuration example of the
By replacing the Cds of the OSFET, it is possible to avoid an increase in power loss in the
E.変形例2 :
また、デジタル電力増幅器240において、スイッチング動作によって過渡的なスパイ
ク状の高電圧が発生する場合があるが、これを吸収する為に、デジタル電力増幅器240
の出力に保護回路を設けることがある。図27に、デジタル電力増幅器240の出力に保
護回路としてスナバー回路を設けた構成例を示す。図27の場合、スナバー回路のコンデ
ンサーCcはMOSFET(L)の寄生容量Cdsに並列に接続された構成となる為、M
OSFET(L)についてはCdsの容量にCcを加えた合成容量、Cc+Cdsとして
考えることで、デジタル電力増幅器240で電力損失が増加することを回避することが可
能となる。
Further, in the
May be provided with a protection circuit. FIG. 27 shows a configuration example in which a snubber circuit is provided as a protection circuit at the output of the
By considering the OSFET (L) as a combined capacitance obtained by adding Cc to the capacitance of Cds, Cc + Cds, it is possible to avoid an increase in power loss in the
また、上述したようにMOSFETに並列に還流ダイオードを設ける場合には、MOS
FET(L)については、ボディダイオードの接合容量と還流ダイオードの接合容量との
合成容量をCdsとすればよい。またMOSFETに並列に還流ダイオードを設け、さら
に保護回路としてスナバー回路を設けた場合は、Ccを加えた合成容量、Cc+Cdsと
することで、デジタル電力増幅器240での電力損失を抑制することが可能となる。
Also, as described above, when a free-wheeling diode is provided in parallel with the MOSFET, the MOS
For FET (L), the combined capacitance of the junction capacitance of the body diode and the junction capacitance of the free-wheeling diode may be Cds. In addition, when a free-wheeling diode is provided in parallel with the MOSFET and a snubber circuit is provided as a protection circuit, it is possible to suppress power loss in the
以上、各種実施例の容量性負荷駆動回路について説明したが、本発明は上記すべての実
施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施する
ことが可能である。例えば、薬剤や栄養剤を内包するマイクロカプセルを形成することに
用いる流体噴射装置など、医療機器を含む様々な電子機器に本実施例の容量性負荷駆動回
路を適用することで、電力効率が良く小型化の電子機器を提供することができる。また、
インクジェットプリンターに搭載されて、インクを噴射する噴射ノズルを駆動するための
容量性負荷駆動回路に対しても、本発明を好適に適用することが可能である。
Although the capacitive load drive circuits of various embodiments have been described above, the present invention is not limited to all the embodiments described above, and can be implemented in various modes without departing from the scope of the invention. For example, by applying the capacitive load driving circuit of this embodiment to various electronic devices including medical devices such as a fluid ejection device used for forming a microcapsule containing a medicine or a nutrient, power efficiency is improved. A miniaturized electronic device can be provided. Also,
The present invention can also be suitably applied to a capacitive load drive circuit that is mounted on an ink jet printer and drives an ejection nozzle that ejects ink.
100…流体噴射装置、 110…脈動発生部、 111…ノズル、
112…流体噴射管、 113…第2ケース、 114…第1ケース、
115…流体室、 116…圧電素子、 120…流体供給手段、
121…第1接続チューブ、 122…第2接続チューブ、 123…流体容器、
130…制御部、 150…配線ケーブル、
200…容量性負荷駆動回路、210…駆動波形信号発生回路、220…演算回路、
230…変調回路、 240…デジタル電力増幅器、250…平滑フィルター、
260…補償回路、 270…キャリア周波数変更手段、
280…負荷情報取得手段、 282…スイッチ、 286…ROM、
288…ROMデータリード回路
DESCRIPTION OF
112 ... Fluid ejection pipe, 113 ... Second case, 114 ... First case,
115 ... Fluid chamber, 116 ... Piezoelectric element, 120 ... Fluid supply means,
121 ... 1st connection tube, 122 ... 2nd connection tube, 123 ... Fluid container,
130 ... Control unit, 150 ... Wiring cable,
200: capacitive load driving circuit, 210: driving waveform signal generating circuit, 220: arithmetic circuit,
230: modulation circuit, 240: digital power amplifier, 250: smoothing filter,
260 ... compensation circuit, 270 ... carrier frequency changing means,
280 ... Load information acquisition means, 282 ... Switch, 286 ... ROM,
288 ... ROM data read circuit
Claims (7)
を駆動する容量性負荷駆動回路であって、
前記駆動信号の基準となる駆動波形信号を発生する駆動波形信号発生回路と、
前記駆動波形信号をパルス変調して変調信号を生成する変調回路と、
前記変調信号を電力増幅して電力増幅変調信号を生成するデジタル電力増幅器と、
前記電力増幅変調信号を平滑化することによって前記駆動信号を生成する平滑フィルタ
ーと、
前記デジタル電力増幅器から前記平滑フィルターに流れる電流の方向が前記変調信号の
一変調周期内で逆転する逆転条件下では、該一変調周期内での電流の最大値および最小値
の絶対値が所定の閾値以上となるように、前記変調回路がパルス変調する際のキャリア周
波数を変更するキャリア周波数変更手段と
を備える容量性負荷駆動回路。 A capacitive load drive circuit that drives a capacitive load by applying a drive signal to the capacitive load having a capacitive component,
A drive waveform signal generating circuit for generating a drive waveform signal which is a reference of the drive signal;
A modulation circuit that generates a modulation signal by pulse-modulating the drive waveform signal;
A digital power amplifier that amplifies the modulated signal to generate a power amplified modulated signal;
A smoothing filter that generates the drive signal by smoothing the power amplification modulation signal;
Under a reversing condition in which the direction of the current flowing from the digital power amplifier to the smoothing filter is reversed within one modulation period of the modulation signal, the absolute value of the maximum value and the minimum value of the current within the one modulation period is predetermined. A capacitive load drive circuit comprising: carrier frequency changing means for changing a carrier frequency when the modulation circuit performs pulse modulation so as to be equal to or greater than a threshold value.
前記デジタル電力増幅器は、電源が発生する所定電圧とグランドとの間でプッシュ・プ
ル接続された二つのスイッチ素子のON/OFFを切り換えることによって、前記電力増
幅変調信号を生成しており、
前記所定の閾値は、
前記電源の発生する所定電圧をV、
前記二つのスイッチ素子のON/OFFを切り換える際に該二つのスイッチ素子を何
れもOFFとする時間であるデッドタイムをT、
前記二つのスイッチ素子の寄生容量のキャパシタンスをCとしたときに、
V・C/Tなる算出式によって得られる閾値である容量性負荷駆動回路。 The capacitive load drive circuit according to claim 1,
The digital power amplifier generates the power amplification modulation signal by switching ON / OFF of two switch elements that are push-pull connected between a predetermined voltage generated by a power source and a ground.
The predetermined threshold is:
The predetermined voltage generated by the power source is V,
When switching the ON / OFF of the two switch elements, a dead time which is a time for turning off both of the two switch elements is T,
When the capacitance of the parasitic capacitance of the two switch elements is C,
A capacitive load driving circuit which is a threshold value obtained by a calculation formula of V · C / T.
前記デジタル電力増幅器は、電源が発生する所定電圧とグランドとの間でプッシュ・プ
ル接続された二つのスイッチ素子のON/OFFを切り換えることによって、前記電力増
幅変調信号を生成しており、かつ、前記スイッチ素子にダイオードが並列接続され、
前記所定の閾値は、
前記電源の発生する所定電圧をV、
前記二つのスイッチ素子のON/OFFを切り換える際に該二つのスイッチ素子を何
れもOFFとする時間であるデッドタイムをT、
前記ダイオードの接合容量のキャパシタンスをCdとしたときに、
V・Cd/Tなる算出式によって得られる閾値である容量性負荷駆動回路。 The capacitive load drive circuit according to claim 1,
The digital power amplifier generates the power amplification modulation signal by switching ON / OFF of two switch elements that are push-pull connected between a predetermined voltage generated by a power supply and the ground, and A diode is connected in parallel to the switch element,
The predetermined threshold is:
The predetermined voltage generated by the power source is V,
When switching the ON / OFF of the two switch elements, a dead time which is a time for turning off both of the two switch elements is T,
When the capacitance of the junction capacitance of the diode is Cd,
A capacitive load driving circuit which is a threshold value obtained by a calculation formula V · Cd / T.
前記デジタル電力増幅器は、電源が発生する所定電圧とグランドとの間でプッシュ・プ
ル接続された二つのスイッチ素子のON/OFFを切り換えることによって、前記電力増
幅変調信号を生成しており、かつ、前記二つのスイッチ素子の少なくとも一方にコンデン
サーが並列接続され、
前記所定の閾値は、
前記電源の発生する所定電圧をV、
前記二つのスイッチ素子のON/OFFを切り換える際に該二つのスイッチ素子を何
れもOFFとする時間であるデッドタイムをT、
前記コンデンサーと前記二つのスイッチ素子の寄生容量との合成容量のキャパシタン
スをCsとしたときに、
V・Cs/Tなる算出式によって得られる閾値である容量性負荷駆動回路。 The capacitive load drive circuit according to claim 1,
The digital power amplifier generates the power amplification modulation signal by switching ON / OFF of two switch elements that are push-pull connected between a predetermined voltage generated by a power supply and the ground, and A capacitor is connected in parallel to at least one of the two switch elements,
The predetermined threshold is:
The predetermined voltage generated by the power source is V,
When switching the ON / OFF of the two switch elements, a dead time which is a time for turning off both of the two switch elements is T,
When the capacitance of the combined capacitance of the capacitor and the parasitic capacitance of the two switch elements is Cs,
A capacitive load driving circuit which is a threshold value obtained by a calculation formula of V · Cs / T.
前記容量性負荷の容量成分の大きさに関する負荷情報を取得する負荷情報取得手段を備
え、
前記キャリア周波数変更手段は、前記負荷情報に応じて前記キャリア周波数を変更する
手段である容量性負荷駆動回路。 A capacitive load driving circuit according to any one of claims 1 to 4,
Load information acquisition means for acquiring load information related to the magnitude of the capacitive component of the capacitive load;
The capacitive load driving circuit, wherein the carrier frequency changing means is means for changing the carrier frequency according to the load information.
を駆動する容量性負荷駆動回路であって、
前記駆動信号の基準となる駆動波形信号を発生する駆動波形信号発生回路と、
前記駆動信号に位相進み補償を行い、該位相進み補償後の信号を帰還信号として出力する
位相進み補償回路と、
該駆動波形信号から該帰還信号を減算することによって誤差信号を出力する演算回路と、
前記誤差信号をパルス変調して変調信号を生成する変調回路と、
前記変調信号を電力増幅して電力増幅変調信号を生成するデジタル電力増幅器と、
前記パルス波状の電力増幅変調信号を平滑化することによって前記駆動信号を生成する
平滑フィルターと、
前記デジタル電力増幅器から前記平滑フィルターに流れる電流の方向が前記変調信号の
一変調周期内で逆転する逆転条件下では、該一変調周期内での電流の最大値および最小値
の絶対値が所定の閾値以上となるように、前記変調回路がパルス変調する際のキャリア周
波数を変更するキャリア周波数変更手段と
を備える容量性負荷駆動回路。 A capacitive load drive circuit that drives a capacitive load by applying a drive signal to the capacitive load having a capacitive component,
A drive waveform signal generating circuit for generating a drive waveform signal which is a reference of the drive signal;
A phase lead compensation circuit that performs phase lead compensation on the drive signal and outputs the signal after the phase lead compensation as a feedback signal;
An arithmetic circuit that outputs an error signal by subtracting the feedback signal from the drive waveform signal;
A modulation circuit that generates a modulation signal by pulse-modulating the error signal;
A digital power amplifier that amplifies the modulated signal to generate a power amplified modulated signal;
A smoothing filter that generates the drive signal by smoothing the pulse-wave-shaped power amplification modulation signal;
Under a reversing condition in which the direction of the current flowing from the digital power amplifier to the smoothing filter is reversed within one modulation period of the modulation signal, the absolute value of the maximum value and the minimum value of the current within the one modulation period is predetermined. A capacitive load drive circuit comprising: carrier frequency changing means for changing a carrier frequency when the modulation circuit performs pulse modulation so as to be equal to or greater than a threshold value.
液体を供給する供給ポンプと、
前記供給ポンプから供給された液体が流入する流体室と、前記容量性負荷であるアクチ
ュエーターと、前記流体室に流入された液体を噴射する噴射ノズルとを有する脈動発生部
と
を備え、
前記駆動信号が前記アクチュエーターに印加されることによって、前記流体室に流入さ
れた液体が前記噴射ノズルからパルス状に噴射される流体噴射装置。 A capacitive load driving circuit according to any one of claims 1 to 6,
A supply pump for supplying liquid;
A fluid chamber into which the liquid supplied from the supply pump flows, an actuator that is the capacitive load, and a pulsation generator having an ejection nozzle that ejects the liquid that has flowed into the fluid chamber,
A fluid ejecting apparatus in which the liquid that has flowed into the fluid chamber is ejected in pulses from the ejecting nozzle by applying the drive signal to the actuator.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014053742A (en) * | 2012-09-06 | 2014-03-20 | Seiko Epson Corp | Switching circuit and medical equipment |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5880755B2 (en) * | 2015-03-30 | 2016-03-09 | セイコーエプソン株式会社 | Fluid ejection device |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000069760A (en) * | 1998-08-25 | 2000-03-03 | Hitachi Ltd | Inverter having reduced switching loss |
JP2008049698A (en) * | 2006-07-24 | 2008-03-06 | Seiko Epson Corp | Liquid jetting apparatus and printer |
JP2008148288A (en) * | 2006-11-15 | 2008-06-26 | Seiko Epson Corp | Control method and circuit of class-d amplifier, drive circuit of capacitive load, transducer, ultrasonic speaker, display, directive acoustic system, and printing device |
JP2010035260A (en) * | 2008-07-25 | 2010-02-12 | Honda Motor Co Ltd | Inverter generator |
JP2010233402A (en) * | 2009-03-27 | 2010-10-14 | Aisin Seiki Co Ltd | Motor control device and vehicle system |
-
2011
- 2011-02-17 JP JP2011031715A patent/JP4924761B1/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000069760A (en) * | 1998-08-25 | 2000-03-03 | Hitachi Ltd | Inverter having reduced switching loss |
JP2008049698A (en) * | 2006-07-24 | 2008-03-06 | Seiko Epson Corp | Liquid jetting apparatus and printer |
JP2008148288A (en) * | 2006-11-15 | 2008-06-26 | Seiko Epson Corp | Control method and circuit of class-d amplifier, drive circuit of capacitive load, transducer, ultrasonic speaker, display, directive acoustic system, and printing device |
JP2010035260A (en) * | 2008-07-25 | 2010-02-12 | Honda Motor Co Ltd | Inverter generator |
JP2010233402A (en) * | 2009-03-27 | 2010-10-14 | Aisin Seiki Co Ltd | Motor control device and vehicle system |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014053742A (en) * | 2012-09-06 | 2014-03-20 | Seiko Epson Corp | Switching circuit and medical equipment |
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Publication number | Publication date |
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