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JP2005039990A - Piezo actuator drive circuit - Google Patents

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JP2005039990A JP2004123718A JP2004123718A JP2005039990A JP 2005039990 A JP2005039990 A JP 2005039990A JP 2004123718 A JP2004123718 A JP 2004123718A JP 2004123718 A JP2004123718 A JP 2004123718A JP 2005039990 A JP2005039990 A JP 2005039990A
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charging
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Yasuhiro Fukagawa
康弘 深川
Yasuyuki Sakakibara
康行 榊原
Hidetsugu Takemoto
英嗣 竹本
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Soken Inc
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Denso Corp
Nippon Soken Inc
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Abstract

【課題】 ピエゾアクチュエータの充電や放電の過程を均一化し、充電によるピエゾアクチュエータの伸長や放電による縮小の挙動のばらつきを低減する。
【解決手段】 ピエゾアクチュエータ2を供給元または供給先としてピエゾアクチュエータ2とコンデンサ12間の通電経路31,32を流れる電流を調整する電流調整手段4a,4bと、ピエゾアクチュエータ2の駆動電力を検出する電力検出手段5と、ピエゾアクチュエータ2の駆動期間の各時点ごとに、予め各時点に対応して設定された駆動電力の目標値を出力する目標値出力手段6と、駆動電力の検出値が目標値となるように前記電流調整手段4a,4bを制御する充放電制御手段7とを具備せしめて、ピエゾアクチュエータ2の充電過程や放電過程を均一化する。
【選択図】 図1

PROBLEM TO BE SOLVED: To uniformize a charging and discharging process of a piezo actuator and reduce variation in behavior of expansion and contraction of a piezo actuator due to charging.
SOLUTION: Current adjusting means 4a and 4b for adjusting currents flowing through energization paths 31 and 32 between a piezoelectric actuator 2 and a capacitor 12 using a piezoelectric actuator 2 as a supply source or a supply destination, and driving power of the piezoelectric actuator 2 are detected. The power detection means 5, the target value output means 6 for outputting the target value of the driving power set in advance corresponding to each time point, and the detection value of the driving power as the target value for each time point of the driving period of the piezoelectric actuator 2. The charging / discharging control means 7 for controlling the current adjusting means 4a, 4b so as to obtain a value is provided to make the charging process and discharging process of the piezo actuator 2 uniform.
[Selection] Figure 1

Description

本発明はピエゾアクチュエータ駆動回路に関する。   The present invention relates to a piezoelectric actuator drive circuit.

ピエゾアクチュエータは、PZT等の圧電材料の圧電作用を利用したもので、例えば、内燃機関の燃料噴射装置に適用され、燃料噴射用のインジェクタにおいて燃料の噴射とその停止とを切り換える手段として用いられたものが知られている。ピエゾアクチュエータは、圧電材料からなる圧電層と電極層とが交互に積層するコンデンサ構造を有し、充電により伸長し、縮小するときは放電する。ピエゾスタックが伸長時および縮小時のみ通電がなされる方式のアクチュエータである。   The piezo actuator uses a piezoelectric action of a piezoelectric material such as PZT, and is applied to, for example, a fuel injection device of an internal combustion engine and used as a means for switching between fuel injection and its stop in a fuel injection injector. Things are known. The piezo actuator has a capacitor structure in which piezoelectric layers and electrode layers made of a piezoelectric material are alternately stacked, and expands by charging and discharges when contracting. This is an actuator that is energized only when the piezo stack is extended and contracted.

ピエゾアクチュエータ駆動回路は、充電または放電による駆動でピエゾアクチュエータの作動状態を伸長と縮小とに切り換えるもので、電源と、ピエゾアクチュエータを供給先または供給元として流れる電流を調整する電流調整手段と、前記ピエゾアクチュエータの駆動時に前記電流調整手段を制御する充放電制御手段とを有している。   The piezo actuator drive circuit switches the operation state of the piezo actuator between expansion and contraction by driving by charging or discharging, and includes a power supply, current adjusting means for adjusting a current flowing using the piezo actuator as a supply destination or a supply source, Charge / discharge control means for controlling the current adjusting means when the piezoelectric actuator is driven.

ピエゾアクチュエータの駆動電圧は、ピエゾスタックを伸縮するのに必要な電場を発生させる電圧値が要求される。このため、ピエゾアクチュエータの駆動は、従来より、駆動用の回路(ピエゾアクチュエータ駆動回路)に、バッテリ電圧、例えば12Vを150V以上の高電圧に昇圧するDC−DCコンバータが設けられて、該DC−DCコンバータからコンデンサに高電圧にて予め充電をしておき、このピエゾアクチュエータの電源としてのコンデンサからピエゾアクチュエータを充電する。例えば、コンデンサとピエゾアクチュエータとをインダクタを介して結ぶ第1の通電経路と、前記コンデンサをバイパスし前記インダクタとピエゾアクチュエータとを結ぶ第2の通電経路とが設けられ、電流調整手段として、前記第1の通電経路を断接する充電スイッチと、前記第2の通電経路を断接する放電スイッチが設けられる。そして、ピエゾアクチュエータの充電駆動時には、前記充電スイッチのオンオフの繰り返しにより、充電スイッチのオン期間に漸増する充電電流を第1の通電経路に流し、充電スイッチのオフ期間にピーク電流で折り返して漸減する充電電流を第2の通電経路に流す。ピエゾアクチュエータの放電駆動時には、放電スイッチのオンオフの繰り返しにより、放電スイッチのオン期間に漸増する放電電流を第2の通電経路に流し、放電スイッチのオフ期間にピーク電流で折り返して漸減する放電電流を第1の通電経路に流す。   The drive voltage of the piezo actuator is required to have a voltage value that generates an electric field necessary to expand and contract the piezo stack. For this reason, the driving of the piezo actuator has conventionally been provided with a DC-DC converter for boosting a battery voltage, for example, 12 V to a high voltage of 150 V or more in a driving circuit (piezo actuator driving circuit). A capacitor is charged in advance from the DC converter to a capacitor at a high voltage, and the piezoelectric actuator is charged from a capacitor as a power source of the piezoelectric actuator. For example, a first energization path connecting a capacitor and a piezo actuator via an inductor, and a second energization path connecting the inductor and the piezo actuator bypassing the capacitor are provided. A charge switch for connecting / disconnecting one energization path and a discharge switch for connecting / disconnecting the second energization path are provided. When the piezo actuator is driven to charge, by repeatedly turning on and off the charging switch, a charging current that gradually increases during the on period of the charging switch is caused to flow through the first energization path, and gradually decreases by turning back at the peak current during the off period of the charging switch. A charging current is passed through the second energization path. During discharge driving of the piezo actuator, a discharge current that gradually increases during the ON period of the discharge switch is caused to flow through the second energization path by repeating ON / OFF of the discharge switch, and a discharge current that gradually decreases by returning to the peak current during the OFF period of the discharge switch. It flows in the first energization path.

ところで、今日、ピエゾスタックと類似の構造を有するセラミックコンデンサでは、1層の厚さが数μmのものが実用化されており、ピエゾスタックでも薄膜化が進み、低電圧での駆動が可能になってくるものと考えられる。一方、自動車用のバッテリは、車載機器の増大による消費電力が増大する傾向があることから、損失を低減すべくバッテリ電圧の高電圧化が検討されている。また、ハイブリッド車では高電圧のバッテリシステムを搭載している。このため、DC−DCコンハータを省略した回路構成も検討されている。   By the way, today, ceramic capacitors having a structure similar to that of a piezo stack have been put into practical use with a thickness of several μm, and the piezo stack has been made thinner and can be driven at a low voltage. It is thought to come. On the other hand, since the battery for automobiles tends to increase power consumption due to an increase in in-vehicle devices, it is considered to increase the battery voltage in order to reduce loss. The hybrid vehicle is equipped with a high-voltage battery system. For this reason, a circuit configuration in which the DC-DC converter is omitted is also being studied.

また、ピエゾアクチュエータ駆動回路にDC−DCコンバータを使用しないものとして、下記特許文献1には、バッテリとピエゾアクチュエータ間にトランスを介設した回路構成のものが開示されており、トランスの昇圧作用を利用してピエゾアクチュエータに高駆動電圧を印加可能としている。このものでは、バッテリと一次側コイルとの間を接続する通電経路に充電スイッチが、ピエゾアクチュエータと二次側コイルとの間を接続する通電経路に放電スイッチが設けられている。充電駆動は充電スイッチをオンしてトランスの一次側コイルにバッテリから電流を流した後、充電スイッチをオフすることで、二次側コイルにフライバック電流を流し、ピエゾアクチュエータを充電するものである。また、放電駆動は、放電スイッチをオンしてピエゾアクチュエータからトランスの二次側コイルに電流を流した後、放電スイッチをオフすることで、二次側コイルにフライバック電流を流す。これも、スイッチのオンオフを繰り返すことにより充電や放電が進行する。
特開2002−101673号公報
Further, as a device that does not use a DC-DC converter in the piezo actuator drive circuit, Patent Document 1 below discloses a circuit configuration in which a transformer is interposed between the battery and the piezo actuator, and the transformer boosting action is disclosed. By utilizing this, a high drive voltage can be applied to the piezo actuator. In this device, a charge switch is provided in the energization path connecting the battery and the primary coil, and a discharge switch is provided in the energization path connecting the piezo actuator and the secondary coil. In the charge drive, the charge switch is turned on and the current from the battery is supplied to the primary coil of the transformer, and then the charge switch is turned off to supply the flyback current to the secondary coil to charge the piezo actuator. . In the discharge drive, the discharge switch is turned on to pass a current from the piezo actuator to the secondary coil of the transformer, and then the discharge switch is turned off to flow the flyback current to the secondary coil. In this case, charging and discharging proceed by repeatedly turning on and off the switch.
JP 2002-101673 A

しかしながら、前記従来の技術では、コンデンサやバッテリの出力電圧すなわち電源の出力電圧の変動や、ピエゾアクチュエータの容量の変動で充電の過程や放電の過程が均一でなくなり、所期の充電量までの所要時間がばらつく。このため、ピエゾアクチュエータが伸長する時、縮小する時に挙動が均一でなくなり、例えば伸長速度や縮小速度がばらつく。前記燃料噴射装置に適用した例でいえば、噴射量の調量精度や噴射時期の制御性が低下するおそれがある。特に、噴射量の指令値が小さい噴射を含むマルチ噴射の場合に問題となる。   However, in the conventional technique, the charging process and the discharging process are not uniform due to fluctuations in the output voltage of the capacitor and battery, that is, the output voltage of the power supply, and the fluctuation in the capacity of the piezo actuator, and the required charge amount is required. Time varies. For this reason, when the piezoelectric actuator is extended, the behavior is not uniform when the piezoelectric actuator is reduced, and for example, the extension speed and the reduction speed vary. Speaking of an example applied to the fuel injection device, there is a risk that the metering accuracy of the injection amount and the controllability of the injection timing will be reduced. In particular, it becomes a problem in the case of multi-injection including injection with a small injection amount command value.

本発明は前記実情に鑑みなされたもので、充電の過程または放電の過程が均一で所定の時間をかけて充電や放電を完了し、ピエゾアクチュエータの挙動が均一なピエゾアクチュエータ駆動回路を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a piezo actuator driving circuit in which a charging process or a discharging process is uniform, charging and discharging are completed over a predetermined time, and the behavior of the piezo actuator is uniform. With the goal.

請求項1記載の発明では、充電または放電による駆動で作動状態が切り換わるピエゾアクチュエータを駆動対象とする駆動回路であって、電源と、前記ピエゾアクチュエータを供給先または供給元として流れる電流を調整する電流調整手段と、前記ピエゾアクチュエータの駆動時に前記電流調整手段を制御する充放電制御手段とを有するピエゾアクチュエータ駆動回路において、
前記ピエゾアクチュエータの駆動電力を検出する電力検出手段と、
前記ピエゾアクチュエータの駆動期間の各時点ごとに、予め前記各時点に対応して設定された前記駆動電力の目標値を出力する目標値出力手段とを具備せしめ、
前記充放電制御手段は、前記駆動期間の各時点において前記駆動電力の検出値が前記目標値となるように、かつ、駆動開始からの経過時間が予め設定した所定時間になると前記駆動期間を終了とするように、前記電流調整手段に対する制御を設定する。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a drive circuit for driving a piezo actuator whose operation state is switched by driving by charging or discharging, and a power source and a current flowing with the piezo actuator as a supply destination or a supply source are adjusted. In a piezo actuator drive circuit comprising current adjustment means and charge / discharge control means for controlling the current adjustment means when the piezo actuator is driven,
Power detection means for detecting drive power of the piezoelectric actuator;
A target value output means for outputting a target value of the driving power set in advance corresponding to each time point for each time point of the driving period of the piezoelectric actuator;
The charge / discharge control means ends the driving period when the detected value of the driving power becomes the target value at each time point of the driving period and when the elapsed time from the start of driving reaches a predetermined time set in advance. Then, control for the current adjusting means is set.

ピエゾアクチュエータの駆動電力が各時点で到達すべき目標値で推移するので、充電過程や放電過程が、電源の出力電圧やピエゾアクチュエータの容量のばらつき等によらず均一化される。そして、このため所定時間が経過すると、目標とした量のエネルギーがピエゾアクチュエータにおいて供給または回収されたことが知られる。これにより、ピエゾアクチュエータの挙動のばらつきを低減することができる。   Since the driving power of the piezo actuator changes at a target value to be reached at each time point, the charging process and the discharging process are made uniform regardless of the output voltage of the power source, the variation in the capacity of the piezo actuator, and the like. For this reason, when a predetermined time has elapsed, it is known that a target amount of energy has been supplied or recovered by the piezoelectric actuator. Thereby, the dispersion | variation in the behavior of a piezo actuator can be reduced.

請求項2記載の発明では、充電または放電による駆動で作動状態が切り換わるピエゾアクチュエータを駆動対象とする駆動回路であって、電源と、前記ピエゾアクチュエータを供給先または供給元として流れる電流を調整する電流調整手段と、前記ピエゾアクチュエータの駆動時に前記電流調整手段を制御する充放電制御手段とを有するピエゾアクチュエータ駆動回路において、
前記ピエゾアクチュエータの駆動電流を検出する電流検出手段と、
前記ピエゾアクチュエータの駆動期間の各時点ごとに、予め前記各時点に対応して設定された前記駆動電流の目標値を出力する目標値出力手段とを具備せしめ、
前記充放電制御手段は、前記駆動期間の各時点において前記駆動電流の検出値が前記目標値となるように、かつ、駆動開始からの経過時間が予め設定した所定時間になると前記駆動期間を終了とするように、前記電流調整手段に対する制御を設定する。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a drive circuit for driving a piezo actuator whose operation state is switched by driving by charging or discharging, and adjusting a power source and a current flowing using the piezo actuator as a supply destination or a supply source. In a piezo actuator drive circuit comprising current adjustment means and charge / discharge control means for controlling the current adjustment means when the piezo actuator is driven,
Current detecting means for detecting a driving current of the piezoelectric actuator;
A target value output means for outputting a target value of the driving current set in advance corresponding to each time point for each time point of the driving period of the piezoelectric actuator;
The charge / discharge control means ends the driving period when the detected value of the driving current becomes the target value at each time point of the driving period and when the elapsed time from the start of driving reaches a predetermined time set in advance. Then, control for the current adjusting means is set.

ピエゾアクチュエータの駆動電流が各時点で到達すべき目標値で推移するので、充電過程や放電過程が、電源の出力電圧やピエゾアクチュエータの容量のばらつき等によらず均一化される。そして、このため所定時間が経過すると、目標とした量の電荷がピエゾアクチュエータにおいて供給または回収されたことが知られる。これにより、ピエゾアクチュエータの挙動のばらつきを低減することができる。   Since the driving current of the piezo actuator changes at a target value that should be reached at each time point, the charging process and the discharging process are made uniform regardless of variations in the output voltage of the power supply and the capacity of the piezo actuator. For this reason, when a predetermined time has elapsed, it is known that a target amount of charge has been supplied or recovered by the piezo actuator. Thereby, the dispersion | variation in the behavior of a piezo actuator can be reduced.

請求項3記載の発明では、請求項1または2の発明の構成において、前記目標値は一定値とする。   According to a third aspect of the present invention, in the configuration of the first or second aspect, the target value is a constant value.

駆動電力や駆動電流の目標値を一定値とすることで、目標値の出力や、電流調整手段の制御を簡易になし得る。また、駆動電力や駆動電流の積算値であるエネルギーや電荷が時間に対して直線的に変化するので、ピエゾアクチュエータの状態を容易に把握することができる。   By setting the target values of the drive power and drive current to constant values, the output of the target value and the control of the current adjusting means can be easily performed. In addition, since the energy and charge, which are integrated values of drive power and drive current, change linearly with respect to time, the state of the piezo actuator can be easily grasped.

請求項4記載の発明では、充電または放電による駆動で作動状態が切り換わるピエゾアクチュエータを駆動対象とする駆動回路であって、電源と、前記ピエゾアクチュエータを供給先または供給元として流れる電流を調整する電流調整手段と、前記ピエゾアクチュエータの駆動時に前記電流調整手段を制御する充放電制御手段とを有するピエゾアクチュエータ駆動回路において、
前記ピエゾアクチュエータの端子間電圧を検出する電圧検出手段と、
前記ピエゾアクチュエータの駆動期間の各時点ごとに、予め前記各時点に対応して設定された前記端子間電圧の目標値を出力する目標値出力手段とを具備せしめ、
前記充放電制御手段は、前記駆動期間の各時点において前記端子間電圧の検出値が前記目標値となるように、かつ、駆動開始からの経過時間が予め設定した所定時間になると前記駆動期間を終了とするように、前記電流調整手段に対する制御を設定する。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a drive circuit for driving a piezo actuator whose operation state is switched by driving by charging or discharging, and adjusting a power source and a current flowing using the piezo actuator as a supply destination or a supply source. In a piezo actuator drive circuit comprising current adjustment means and charge / discharge control means for controlling the current adjustment means when the piezo actuator is driven,
Voltage detecting means for detecting a voltage between terminals of the piezoelectric actuator;
A target value output means for outputting a target value of the voltage between the terminals set in advance corresponding to each time point for each time point of the driving period of the piezoelectric actuator;
The charge / discharge control means sets the drive period when the detected value of the inter-terminal voltage becomes the target value at each time point of the drive period and when the elapsed time from the start of the drive reaches a predetermined time. The control for the current adjusting means is set so as to end.

ピエゾアクチュエータの端子間電圧が各時点で到達すべき目標値で推移するので、充電過程や放電過程が、電源の出力電圧やピエゾアクチュエータの容量のばらつき等によらず均一化される。これにより、ピエゾアクチュエータの挙動のばらつきを低減することができる。   Since the voltage between the terminals of the piezo actuator changes at a target value to be reached at each time point, the charging process and the discharging process are made uniform regardless of variations in the output voltage of the power source and the capacity of the piezo actuator. Thereby, the dispersion | variation in the behavior of a piezo actuator can be reduced.

請求項5記載の発明では、請求項4の発明の構成において、前記目標値は、駆動開始からの経過時間に対して直線的に変化するようにする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the configuration of the fourth aspect of the invention, the target value changes linearly with respect to the elapsed time from the start of driving.

ピエゾアクチュエータの端子間電圧が時間に対して直線的に変化するので、ピエゾアクチュエータの状態を容易に把握することができる。   Since the voltage between the terminals of the piezoelectric actuator changes linearly with time, the state of the piezoelectric actuator can be easily grasped.

請求項6記載の発明では、充電または放電による駆動で作動状態が切り換わるピエゾアクチュエータを駆動対象とする駆動回路であって、電源と、前記ピエゾアクチュエータを供給先または供給元として流れる電流を調整する電流調整手段と、前記ピエゾアクチュエータの駆動時に前記電流調整手段を制御する充放電制御手段とを有するピエゾアクチュエータ駆動回路において、
前記ピエゾアクチュエータの駆動電力を検出するとともに 検出された駆動電力を前記ピエゾアクチュエータの駆動期間の開始から積算することにより駆動エネルギーを検出する駆動エネルギー検出手段と、
前記ピエゾアクチュエータの駆動期間の各時点ごとに、予め前記各時点に対応して設定された前記駆動エネルギーの目標値を出力する目標値出力手段とを具備せしめ、
前記充放電制御手段は、前記駆動期間の各時点において前記駆動エネルギーの検出値が前記目標値となるように、かつ、駆動開始からの経過時間が予め設定した所定時間になると前記駆動期間を終了とするように、、前記電流調整手段に対する制御を設定する。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a drive circuit for driving a piezo actuator whose operation state is switched by driving by charging or discharging, and adjusting a power source and a current flowing using the piezo actuator as a supply destination or a supply source. In a piezo actuator drive circuit comprising current adjustment means and charge / discharge control means for controlling the current adjustment means when the piezo actuator is driven,
Drive energy detection means for detecting drive energy by detecting drive power of the piezoelectric actuator and integrating the detected drive power from the start of the drive period of the piezoelectric actuator;
A target value output means for outputting a target value of the driving energy set in advance corresponding to each time point for each time point of the driving period of the piezo actuator;
The charge / discharge control means ends the driving period when the detected value of the driving energy becomes the target value at each time point of the driving period and when the elapsed time from the start of driving reaches a predetermined time set in advance. Thus, the control for the current adjusting means is set.

ピエゾアクチュエータの駆動期間中、駆動期間の開始からの駆動エネルギーが各時点で到達すべき目標値で推移するので、充電過程や放電過程が、電源の出力電圧やピエゾアクチュエータの容量のばらつき等によらず均一化される。そして、このため所定時間が経過すると、目標とした量のエネルギーがピエゾアクチュエータにおいて供給または回収されたことが知られる。これにより、ピエゾアクチュエータの挙動のばらつきを低減することができる。   During the drive period of the piezo actuator, the drive energy from the start of the drive period changes at the target value that should be reached at each point of time, so the charging and discharging processes depend on the output voltage of the power supply and the variation in the capacity of the piezo actuator. It is made uniform. For this reason, when a predetermined time has elapsed, it is known that a target amount of energy has been supplied or recovered by the piezoelectric actuator. Thereby, the dispersion | variation in the behavior of a piezo actuator can be reduced.

請求項7記載の発明は、請求項1ないし6の発明を適用して好適な基本構成を提案するものであり、ピエゾアクチュエータ駆動回路を、前記電源と前記ピエゾアクチュエータとをインダクタを介して結ぶ第1の通電経路と、前記電源をバイパスし前記インダクタとピエゾアクチュエータとを結ぶ第2の通電経路とを有しており、
前記電流調整手段として、前記第1の通電経路を断接する充電スイッチが設けられており、
前記充放電制御手段は、前記ピエゾアクチュエータの充電駆動時には、前記充電スイッチのオンオフの繰り返しにより、前記充電スイッチのオン期間に漸増する充電電流を前記第1の通電経路に流し、前記充電スイッチのオフ期間にピーク電流で折り返して漸減する充電電流を前記第2の通電経路に流すように設定した構成とする。
A seventh aspect of the present invention proposes a preferred basic configuration by applying the first to sixth aspects of the present invention, wherein a piezoelectric actuator driving circuit is connected to the power source and the piezoelectric actuator via an inductor. 1 energization path and a second energization path that bypasses the power source and connects the inductor and the piezoelectric actuator,
As the current adjusting means, a charging switch for connecting and disconnecting the first energization path is provided,
The charge / discharge control means causes a charging current that gradually increases during an ON period of the charge switch to flow through the first energization path by repeatedly turning on and off the charge switch when the piezo actuator is charged, and turns off the charge switch. The charging current that gradually turns back by the peak current during the period is set to flow through the second energization path.

請求項8記載の発明は、請求項1ないし6の発明を適用して好適な別の基本構成を提案するものであり、前記電源と前記ピエゾアクチュエータとをインダクタを介して結ぶ第1の通電経路と、前記電源をバイパスし前記インダクタとピエゾアクチュエータとを結ぶ第2の通電経路とを有しており、
前記電流調整手段として、前記第2の通電経路を断接する放電スイッチが設けられており、
前記充放電制御手段は、前記ピエゾアクチュエータの放電駆動時には、前記放電スイッチのオンオフの繰り返しにより、前記放電スイッチのオン期間に漸増する放電電流を前記第2の通電経路に流し、前記放電スイッチのオフ期間にピーク電流で折り返して漸減する放電電流を前記第1の通電経路に流すように設定した構成とする。
The invention according to claim 8 proposes another preferred basic configuration to which the invention of claims 1 to 6 is applied, and a first energization path connecting the power source and the piezoelectric actuator via an inductor. And a second energization path that bypasses the power source and connects the inductor and the piezoelectric actuator,
As the current adjusting means, a discharge switch for connecting and disconnecting the second energization path is provided,
When the piezoelectric actuator is driven to discharge, the charge / discharge control means causes a discharge current that gradually increases during an ON period of the discharge switch to flow through the second energization path by repeating ON / OFF of the discharge switch, thereby turning OFF the discharge switch. The discharge current that is gradually reduced by turning back at the peak current during the period is set to flow through the first energization path.

請求項9記載の発明では、請求項7または8の発明の構成において、前記充放電制御手段には、前記目標値を挟む二つの値をしきい値として前記検出値と前記しきい値とを比較してその大小を二値判定する比較手段であって、前記検出値が大側のしきい値を上回ったときと、前記検出値が小側のしきい値を下回ったときとに判定出力が切り換わるヒシテリシスを有する比較手段を具備せしめ、前記判定出力に基づき、前記検出値が大側のしきい値を上回ったときにスイッチをオフし、前記検出値が小側のしきい値を下回ったときにスイッチをオンするように設定する。   According to a ninth aspect of the present invention, in the configuration of the seventh or eighth aspect of the invention, the charge / discharge control means uses the two values sandwiching the target value as threshold values and the detected value and the threshold value. Comparing means for binary comparison of the magnitude of the comparison, the judgment output when the detected value exceeds the threshold value on the large side and when the detected value falls below the threshold value on the small side And a comparison means having hysteresis that switches between, and based on the determination output, the switch is turned off when the detected value exceeds the large threshold value, and the detected value falls below the small threshold value. Set the switch to turn on when

目標値を挟む二つのしきい値を所望する挟み込み幅に設定すれば、外乱ノイズなどを除外するフィルタ効果を発揮できて、狙いの充放電量を高精度に制御できる。   If the two threshold values sandwiching the target value are set to the desired sandwiching width, a filter effect that excludes disturbance noise and the like can be exhibited, and the target charge / discharge amount can be controlled with high accuracy.

請求項10記載の発明では、請求項1ないし9の発明の構成において、前記電源はバッテリの端子間電圧を出力するものとする。   According to a tenth aspect of the present invention, in the configuration of the first to ninth aspects, the power source outputs a voltage between terminals of the battery.

かかる、DC−DCコンバータを介さずに給電する構成では、バッテリ電圧のばらつきが直接にピエゾスタックの充電過程に影響するが、請求項1ないし8の発明によりピエゾスタックの充電過程や放電過程を均一化することができるので、特に好適である。   In such a configuration in which power is supplied without going through the DC-DC converter, variations in battery voltage directly affect the charging process of the piezo stack. According to the inventions of claims 1 to 8, the charging process and discharging process of the piezo stack are made uniform. This is particularly suitable.

(第1実施形態)
図1に本発明のピエゾアクチュエータ駆動回路を示す。ピエゾアクチュエータ駆動回路が駆動対象とするピエゾアクチュエータ2は例えば内燃機関において燃料を噴射するインジェクタに搭載されたものである。気筒ごとにインジェクタを有する構成の場合であれば、ピエゾアクチュエータ2は並列に気筒数分接続され、各ピエゾアクチュエータ2に1対1に対応して気筒選択用のスイッチが直列に設けられる。気筒選択用のスイッチは噴射すべき気筒に対応するピエゾアクチュエータ2のものがオンして、当該ピエゾアクチュエータ2のみが選択的に駆動されることになる。なお、ピエゾアクチュエータ駆動回路には、ECU9から、ピエゾアクチュエータ2の充電駆動の開始時期および放電駆動の開始時期を規定する駆動信号が入力している。駆動信号は前記内燃機関に則していえば、インジェクタの開弁時期および閉弁時期を規定し、その長さが略噴射時間を規定する。ECU9はマイクロコンピュータなどにより構成された電子制御ユニットであり、例えば内燃機関の各部の運転状態を検出するセンサの検出信号に基づいて駆動信号などを出力する。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a piezo actuator drive circuit of the present invention. The piezo actuator 2 to be driven by the piezo actuator drive circuit is mounted on, for example, an injector that injects fuel in an internal combustion engine. In the case of a configuration having an injector for each cylinder, the piezo actuators 2 are connected in parallel by the number of cylinders, and a switch for selecting a cylinder is provided in series corresponding to each piezo actuator 2 on a one-to-one basis. The cylinder selection switch is turned on for the piezo actuator 2 corresponding to the cylinder to be injected, and only the piezo actuator 2 is selectively driven. The piezo actuator drive circuit receives a drive signal that defines the start timing of charge drive and the start time of discharge drive of the piezo actuator 2 from the ECU 9. If the drive signal conforms to the internal combustion engine, the valve opening timing and the valve closing timing of the injector are defined, and the length thereof defines the injection time. The ECU 9 is an electronic control unit constituted by a microcomputer or the like, and outputs a drive signal or the like based on a detection signal of a sensor that detects an operation state of each part of the internal combustion engine, for example.

電源1は、車載のバッテリ11とその出力端に並列に接続されたコンデンサ12とを有し、ピエゾアクチュエータ2の充電用の電圧を出力する。バッテリ11は例えば42Vのバッテリシステム等が採用し得る。コンデンサ12は十分静電容量の大きなものが望ましい。   The power supply 1 has a vehicle-mounted battery 11 and a capacitor 12 connected in parallel to the output terminal thereof, and outputs a voltage for charging the piezo actuator 2. For example, a battery system of 42V can be adopted as the battery 11. The capacitor 12 preferably has a sufficiently large capacitance.

電源1とピエゾアクチュエータ2とをインダクタ301を介して結ぶ第1の通電経路31が設けてあり、第1の通電経路31には、さらに、電源1とインダクタ301間にこれらと直列に第1のスイッチング素子4aが介設されている。第1のスイッチング素子4aはMOSFETで構成され、その寄生ダイオード(以下、第1の寄生ダイオードという)41aはコンデンサ12の端子間電圧(以下、適宜、コンデンサ電圧という)が逆バイアスとなるように接続される。   A first energization path 31 connecting the power source 1 and the piezo actuator 2 via the inductor 301 is provided, and the first energization path 31 further includes a first current in series between the power source 1 and the inductor 301. A switching element 4a is interposed. The first switching element 4a is composed of a MOSFET, and a parasitic diode (hereinafter referred to as a first parasitic diode) 41a is connected so that a voltage between terminals of the capacitor 12 (hereinafter referred to as a capacitor voltage as appropriate) is reverse biased. Is done.

また、インダクタ301とピエゾアクチュエータ2とは第2の通電経路32により結ばれている。この通電経路32は、インダクタ301と第1のスイッチング素子4aの接続中点に接続される第2のスイッチング素子4bを有している。第2の通電経路32は電源1をバイパスして、インダクタ301、ピエゾアクチュエータ2および第2のスイッチング素子4bを通る閉回路を形成している。第2のスイッチング素子4bもMOSFETで構成され、その寄生ダイオード(以下、第2の寄生ダイオードという)41bは、コンデンサ電圧が逆バイアスとなるように接続される。   Further, the inductor 301 and the piezoelectric actuator 2 are connected by the second energization path 32. The energization path 32 has a second switching element 4b connected to the midpoint of connection between the inductor 301 and the first switching element 4a. The second energization path 32 bypasses the power source 1 and forms a closed circuit that passes through the inductor 301, the piezoelectric actuator 2, and the second switching element 4b. The second switching element 4b is also composed of a MOSFET, and its parasitic diode (hereinafter referred to as second parasitic diode) 41b is connected so that the capacitor voltage is reverse-biased.

スイッチング素子4a,4bの各ゲートには後述するドライバ回路8a,8bからそれぞれ制御信号が入力しており、スイッチング素子4a,4bがオンオフすることにより、ピエゾアクチュエータ2を供給先または供給元とする電流(以下、適宜、ピエゾアクチュエータ電流という)を調整するようになっている。スイッチング素子4aはピエゾアクチュエータ2の充電駆動用のもので、以下、適宜、充電スイッチ4aという。スイッチング素子4bはピエゾアクチュエータ2の放電駆動用のもので、以下、適宜、放電スイッチ4bという。   Control signals are respectively input to the gates of the switching elements 4a and 4b from driver circuits 8a and 8b, which will be described later. When the switching elements 4a and 4b are turned on and off, currents that cause the piezoelectric actuator 2 to be a supply destination or a supply source (Hereinafter, referred to as piezo actuator current as appropriate) is adjusted. The switching element 4a is for driving the piezoelectric actuator 2 to be charged, and is hereinafter referred to as a charging switch 4a as appropriate. The switching element 4b is for discharge driving of the piezo actuator 2, and is hereinafter referred to as a discharge switch 4b as appropriate.

ピエゾアクチュエータ2と接地間には低抵抗値(例えば0.01Ω)の抵抗器51が設けてある。その端子間電圧によりピエゾアクチュエータ電流が検出されるようになっている。   A resistor 51 having a low resistance value (for example, 0.01Ω) is provided between the piezoelectric actuator 2 and the ground. The piezoelectric actuator current is detected by the voltage between the terminals.

また、ピエゾアクチュエータ2の端子間電圧(以下、適宜、ピエゾアクチュエータ電圧という)がバッファ52を介して、電流の検出信号としての抵抗器51の端子間電圧とともに乗算回路53に入力している。乗算回路53はバッファ52、抵抗器51とともに電力検出手段5を構成し、ピエゾアクチュエータ電圧とピエゾアクチュエータ電流との積、すなわちピエゾアクチュエータ2の駆動電力に比例した電圧を出力する(以下、出力信号を電力検出信号という)。例えば、100Wに対して1Vを出力する。なお、バッファ52が設けられているのは、ピエゾアクチュエータ電圧をハイインピーダンスで受けるためである。   A voltage between terminals of the piezoelectric actuator 2 (hereinafter referred to as a piezoelectric actuator voltage as appropriate) is input to the multiplication circuit 53 through the buffer 52 together with a voltage between terminals of the resistor 51 as a current detection signal. The multiplication circuit 53 constitutes the power detection means 5 together with the buffer 52 and the resistor 51, and outputs a product proportional to the product of the piezo actuator voltage and the piezo actuator current, that is, the drive power of the piezo actuator 2 (hereinafter referred to as an output signal). Called power detection signal). For example, 1V is output for 100W. The buffer 52 is provided in order to receive the piezoelectric actuator voltage with high impedance.

前記電力検出信号は、充放電制御手段であるスイッチ制御回路7において、充電スイッチ4aおよび放電スイッチ4bの制御に供される。スイッチ制御回路7は、コンパレータ71a、抵抗器72a,73a、アンドゲート74a、ワンショット回路75aが充電スイッチ4aの制御用の回路部分を構成する。また、正負を反転する反転アンプ70b、コンパレータ71b、抵抗器72b,73b、アンドゲート74b、ワンショット回路75b、インバータ76bが充電スイッチ4bの制御用の回路部分を構成する。   The power detection signal is used to control the charge switch 4a and the discharge switch 4b in the switch control circuit 7 which is a charge / discharge control means. In the switch control circuit 7, the comparator 71a, resistors 72a and 73a, the AND gate 74a, and the one-shot circuit 75a constitute a circuit part for controlling the charge switch 4a. Further, the inverting amplifier 70b, the comparator 71b, the resistors 72b and 73b, the AND gate 74b, the one-shot circuit 75b, and the inverter 76b that invert positive and negative constitute a circuit part for controlling the charge switch 4b.

最初に充電スイッチ4bの制御用の回路部分から説明する。前記電力検出信号はコンパレータ71aの−入力端子に入力している。コンパレータ71aの+入力端子には、基準電圧発生回路6aの出力信号が抵抗器72aを介して入力している。基準電圧発生回路6aは出力電圧可変で、ECU9により設定された基準電圧を発生、出力する。コンパレータ71aの(+)入力端子の入力電圧は、前記抵抗器72aと、コンパレータ71aの(+)入力端子と出力端子との間に接続された抵抗器73aとによりヒシテリシスがかけられている。電力検出信号が十分に低ければ、コンパレータ71aの出力電圧は「1」レベルであり、前記電力検出信号の大きさが基準電圧+ヒステリシス分を越えると、コンパレータ71aの出力電圧が「0」レベルとなるとともに、(+)入力端子の入力電圧が基準電圧−ヒステリシス分に低下する。逆にこの状態から、前記電力検出信号の大きさが基準電圧−ヒステリシス分よりも低下すると、コンパレータ71aの出力電圧が「1」レベルとなるとともに、(+)入力端子の入力電圧が基準電圧+ヒステリシス分に上昇する。   First, the circuit portion for controlling the charge switch 4b will be described. The power detection signal is input to the negative input terminal of the comparator 71a. The output signal of the reference voltage generation circuit 6a is input to the + input terminal of the comparator 71a via the resistor 72a. The reference voltage generation circuit 6a is variable in output voltage, and generates and outputs a reference voltage set by the ECU 9. The input voltage at the (+) input terminal of the comparator 71a is subjected to hysteresis by the resistor 72a and the resistor 73a connected between the (+) input terminal and the output terminal of the comparator 71a. If the power detection signal is sufficiently low, the output voltage of the comparator 71a is at “1” level. If the magnitude of the power detection signal exceeds the reference voltage + hysteresis, the output voltage of the comparator 71a becomes “0” level. At the same time, the input voltage at the (+) input terminal decreases to the reference voltage minus the hysteresis. On the contrary, when the magnitude of the power detection signal is lower than the reference voltage minus the hysteresis from this state, the output voltage of the comparator 71a becomes “1” level and the input voltage at the (+) input terminal becomes the reference voltage + Increases to hysteresis.

コンパレータ71aの出力電圧は、充電スイッチ4aのドライバ回路8aへの入力信号を生成するアンドゲート74aに入力し、ドライバ回路8aはアンドゲート74aの出力が「1」レベルのとき充電スイッチ4aをオンする。アンドゲート74aには、前記コンパレータ71aの出力信号とは別にワンショット回路75aの出力信号が入力している。ワンショット回路75aは、外部からの駆動信号が立ち上がりエッジでトリガされて一定の長さ(150μsec)のパルス信号を出力する。したがって、駆動信号が「1」レベルに立上がると、その直後の前記一定の長さの期間、充電スイッチ4aは電力検出信号の大きさに基づいてオンとオフとが切り換えられる。パルス信号が非出力状態では充電スイッチ4aはオフに固定される。すなわち、前記パルス信号は、ピエゾアクチュエータ2の充電期間の長さを規定する。   The output voltage of the comparator 71a is input to an AND gate 74a that generates an input signal to the driver circuit 8a of the charging switch 4a. The driver circuit 8a turns on the charging switch 4a when the output of the AND gate 74a is at "1" level. . In addition to the output signal of the comparator 71a, the output signal of the one-shot circuit 75a is input to the AND gate 74a. The one-shot circuit 75a outputs a pulse signal having a fixed length (150 μsec) when an external drive signal is triggered by a rising edge. Therefore, when the drive signal rises to the “1” level, the charging switch 4a is switched on and off based on the magnitude of the power detection signal for a certain period of time immediately after that. When the pulse signal is not output, the charging switch 4a is fixed off. That is, the pulse signal defines the length of the charging period of the piezo actuator 2.

一方、放電スイッチ4bの制御用の回路部分は、充電スイッチ4aの制御用の回路と基本構成が類似の回路であり、相違点を中心に説明する。放電駆動時にはピエゾアクチュエータ電流はピエゾアクチュエータ2を供給元として流れるためその向きが逆になって電力検出信号は負値をとる。このため、電力検出信号が反転アンプ70bで正負が反転されてコンパレータ71bの(−)入力端子に入力する。コンパレータ71bの+入力端子には、基準電圧発生回路6bの出力信号が抵抗器72bを介して入力している。基準電圧発生回路6bはECU9により設定された基準電圧を発生、出力する。そして、前記電力検出信号の大きさが基準電圧+ヒシテリシス分を越えるまでは、コンパレータ71bの出力電圧は「1」レベルであり、前記電力検出信号の大きさが基準電圧+ヒシテリシス分を越えると、コンパレータ71bの出力電圧が「0」レベルとなるとともに、(+)入力端子の入力電圧が基準電圧−ヒシテリシス分に低下する。逆にこの状態から、前記電力検出信号の大きさが基準電圧−ヒシテリシス分よりも低下すると、コンパレータ71bの出力電圧が「1」レベルとなるとともに、(+)入力端子の入力電圧が基準電圧+ヒシテリシス分に上昇する。   On the other hand, the circuit portion for controlling the discharge switch 4b is a circuit having a similar basic configuration to the circuit for controlling the charge switch 4a, and the difference will be mainly described. At the time of discharge driving, the piezo actuator current flows with the piezo actuator 2 as the supply source, so the direction is reversed and the power detection signal takes a negative value. For this reason, the power detection signal is inverted by the inverting amplifier 70b and input to the (−) input terminal of the comparator 71b. The output signal of the reference voltage generation circuit 6b is input to the + input terminal of the comparator 71b via the resistor 72b. The reference voltage generation circuit 6b generates and outputs a reference voltage set by the ECU 9. Until the magnitude of the power detection signal exceeds the reference voltage + hysteresis, the output voltage of the comparator 71b is “1” level. When the magnitude of the power detection signal exceeds the reference voltage + hysteresis, The output voltage of the comparator 71b becomes “0” level, and the input voltage at the (+) input terminal decreases to the reference voltage−hysteresis. On the contrary, when the magnitude of the power detection signal is lower than the reference voltage-hysteresis from this state, the output voltage of the comparator 71b becomes “1” level and the input voltage at the (+) input terminal becomes the reference voltage + It rises to the amount of hysteresis.

コンパレータ71bの論理出力は、放電スイッチ4bのドライバ回路8bへの入力信号を生成するアンドゲート74bに入力する。ドライバ回路8bはアンドゲート74bの論理出力が「1」レベルのとき放電スイッチ4bをオンする。ワンショット回路75bは、インバータ76bを介して入力する駆動信号により制御され、インバータ76bの出力信号の立上がりエッジ、すなわち駆動信号の立下がりエッジにて一定の長さ(例えば150μsec)のパルス信号を出力する。したがって、駆動信号が「0」レベルに立下がると、その直後の前記一定の長さの期間、放電スイッチ4bは電力検出信号の大きさに基づいてオンとオフとが切り換えられる。すなわち、前記パルス信号は、ピエゾアクチュエータ2の放電期間の長さを規定する。   The logic output of the comparator 71b is input to an AND gate 74b that generates an input signal to the driver circuit 8b of the discharge switch 4b. The driver circuit 8b turns on the discharge switch 4b when the logic output of the AND gate 74b is at "1" level. The one-shot circuit 75b is controlled by a drive signal input via the inverter 76b, and outputs a pulse signal having a fixed length (for example, 150 μsec) at the rising edge of the output signal of the inverter 76b, that is, the falling edge of the drive signal. To do. Therefore, when the drive signal falls to the “0” level, the discharge switch 4b is switched on and off based on the magnitude of the power detection signal for the certain length of time immediately thereafter. That is, the pulse signal defines the length of the discharge period of the piezoelectric actuator 2.

図2は本ピエゾアクチュエータ駆動回路の各部の作動を示すタイミングチャートであり、前半がピエゾアクチエータ2の伸長時すなわち充電時のもので、後半が縮小時すなわち放電時のものである。ECU9が設定する基準電圧発生回路6a,6bの基準電圧は充電駆動期間中、放電駆動期間中、一定値として説明する。初期状態では、コンデンサ12はバッテリ電圧まで充電されている。充電スイッチ4aおよび放電スイッチ4bはオフである。ピエゾアクチュエータ電圧は0Vである。ここで、駆動信号が「1」レベルに立上がると、ワンショット回路75aをトリガし、充電期間を規定するパルス信号が出力される。乗算回路53からの電力検出信号は0Vであり、コンパレータ71aの論理出力は「1」レベルである。したがって、充電スイッチ4aがオンし、第1の通電経路31を使って、ピエゾアクチュエータ2の充電が開始される。ピエゾアクチエータ電流は上昇し、充電が進行するとともにピエゾアクチエータ電圧が上昇する。これにより、駆動電力も上昇していく。そして、電力検出信号が基準電圧+ヒシテリシス分を越えるとコンパレータ71aの論理出力が「0」レベルに変わって、充電スイッチ4aがオフするが、インダクタ301に蓄積されたエネルギーにより、第2の寄生ダイオード41bを通る第2の通電経路32を使って、漸減するフライホイール電流がピエゾアクチュエータ2に流れ続ける。このとき、駆動電力は漸減する。   FIG. 2 is a timing chart showing the operation of each part of the piezo actuator drive circuit. The first half is when the piezo actuator 2 is extended, that is, when it is charged, and the second half is when it is reduced, that is, when it is discharged. The reference voltage of the reference voltage generation circuits 6a and 6b set by the ECU 9 will be described as a constant value during the charge drive period and the discharge drive period. In the initial state, the capacitor 12 is charged to the battery voltage. The charge switch 4a and the discharge switch 4b are off. The piezoelectric actuator voltage is 0V. Here, when the drive signal rises to the “1” level, the one-shot circuit 75a is triggered to output a pulse signal that defines the charging period. The power detection signal from the multiplier circuit 53 is 0V, and the logical output of the comparator 71a is at “1” level. Accordingly, the charging switch 4 a is turned on, and charging of the piezo actuator 2 is started using the first energization path 31. The piezoactuator current increases, and as the charging proceeds, the piezoactuator voltage increases. As a result, the drive power also increases. When the power detection signal exceeds the reference voltage + hysteresis, the logic output of the comparator 71a changes to “0” level and the charge switch 4a is turned off. However, the energy stored in the inductor 301 causes the second parasitic diode The gradually decreasing flywheel current continues to flow to the piezo actuator 2 using the second energization path 32 passing through 41b. At this time, the driving power gradually decreases.

そして、電力検出信号の大きさが基準電圧−ヒシテリシス分を下回ると、コンパレータ71aの論理出力が再び「1」レベルとなって、充電スイッチ4aがオンする。これが繰り返される。基準電圧は一定値であるから、駆動電力が充電期間の各時点において略一定に維持されることになる。このときの駆動電力は、基準電圧発生回路6aが出力する基準電圧で規定されており、基準電圧発生回路6aは充電期間の各時点において駆動電力の目標値を出力していることになる。これにより、駆動電力が充電期間中の各時点において基準電圧で規定される前記目標値で略一定に維持され、駆動電力の積算値として与えられるピエゾアクチュエータ2の蓄積エネルギーは、充電開始からの経過時間すなわち駆動信号が出力されてからの経過時間に正比例して上昇する。   When the magnitude of the power detection signal falls below the reference voltage-hysteresis, the logic output of the comparator 71a becomes “1” level again, and the charge switch 4a is turned on. This is repeated. Since the reference voltage is a constant value, the driving power is maintained substantially constant at each point in the charging period. The driving power at this time is defined by the reference voltage output from the reference voltage generating circuit 6a, and the reference voltage generating circuit 6a outputs the target value of the driving power at each point in the charging period. As a result, the driving power is maintained substantially constant at the target value defined by the reference voltage at each time point during the charging period, and the accumulated energy of the piezo actuator 2 given as an integrated value of the driving power is the elapsed time from the start of charging. It rises in direct proportion to the time, that is, the elapsed time since the drive signal was output.

そして、ワンショット回路75aからのパルス信号の出力期間が終了し、アンドゲート74aの入力信号が「0」レベルになると、充電スイッチ4aがオフに固定され、充電が完了となる。   When the output period of the pulse signal from the one-shot circuit 75a ends and the input signal of the AND gate 74a reaches the “0” level, the charging switch 4a is fixed to OFF and the charging is completed.

前記のごとく、ピエゾアクチュエータ2の蓄積エネルギーが充電開始からの経過時間に正比例して上昇するので、バッテリ電圧の変動やピエゾアクチュエータ2の容量の変動によらず、ピエゾアクチュエータ2の蓄積エネルギーが辿る過程、すなわち充電過程が均一である。また、駆動電力の積算値を積算することなく、充電スイッチ4aがオフに固定されたとき、すなわち充電が完了したときの蓄積エネルギーを一定とすることができる。   As described above, since the accumulated energy of the piezo actuator 2 rises in direct proportion to the elapsed time from the start of charging, the process in which the accumulated energy of the piezo actuator 2 follows regardless of the change in the battery voltage or the change in the capacity of the piezo actuator 2. That is, the charging process is uniform. Further, the accumulated energy when the charging switch 4a is fixed off, that is, when the charging is completed can be made constant without integrating the integrated value of the driving power.

次にピエゾアクチュエータ2の縮小時すなわち放電時の作動について説明する。前記のごとく、ピエゾアクチュエータ2が伸長を完了した状態では、ピエゾアクチュエータ2には目標とする規定量のエネルギーが蓄積されている。充電スイッチ4aおよび放電スイッチ4bはオフである。ピエゾアクチュエータ電圧は、前記蓄積エネルギーに応じた電圧であるが、ピエゾアクチュエータ1の容量が温度等で変わると異なる。ここで、駆動信号が「0」レベルに立下がると、ワンショット回路75bをトリガし、放電期間を規定するパルス信号が出力される。乗算回路53からの電力検出信号は0Vであり、コンパレータ71bの論理出力は「1」レベルである。したがって、放電スイッチ4bがオンし、第2の通電経路32を使って、放電が開始される。ピエゾアクチュエータ電流は上昇し、放電が進行するとともにピエゾアクチュエータ電圧が低下する。これにより、駆動電力も上昇していく。そして、電力検出信号の大きさが基準電圧+ヒシテリシス分を越えると、コンパレータ71bの出力が「0」レベルに変わって、放電スイッチ4bがオフするが、インダクタ301に蓄積されたエネルギーにより、第1の寄生ダイオード41aを通る第1の通電経路31を使って、漸減するフライホイール電流がピエゾアクチュエータ2からコンデンサ12に流れ続ける。このとき、駆動電力は漸減する。   Next, the operation when the piezoelectric actuator 2 is reduced, that is, when discharging is described. As described above, when the piezo actuator 2 has been extended, the target amount of energy stored in the piezo actuator 2 is accumulated. The charge switch 4a and the discharge switch 4b are off. The piezo actuator voltage is a voltage corresponding to the stored energy, but is different when the capacity of the piezo actuator 1 changes with temperature or the like. Here, when the drive signal falls to the “0” level, the one-shot circuit 75b is triggered to output a pulse signal that defines the discharge period. The power detection signal from the multiplier circuit 53 is 0V, and the logical output of the comparator 71b is at “1” level. Accordingly, the discharge switch 4b is turned on, and discharge is started using the second energization path 32. The piezo actuator current increases, and as the discharge proceeds, the piezo actuator voltage decreases. As a result, the drive power also increases. When the magnitude of the power detection signal exceeds the reference voltage + hysteresis, the output of the comparator 71b changes to the “0” level and the discharge switch 4b is turned off, but the first energy is stored in the inductor 301. The gradually decreasing flywheel current continues to flow from the piezo actuator 2 to the capacitor 12 using the first energization path 31 passing through the parasitic diode 41a. At this time, the driving power gradually decreases.

そして、電力検出信号の大きさが基準電圧−ヒシテリシス分を下回ると、コンパレータ71bの出力が再び「1」レベルとなって、放電スイッチ4bがオンする。これが繰り返される。したがって、駆動電力が放電期間の各時点において略一定に維持されることになる。このときの駆動電力は、基準電圧発生回路6bが出力する基準電圧で規定されており、基準電圧発生回路6bは放電期間の各時点において駆動電力の目標値を出力していることになる。これにより、駆動電力が放電期間中の各時点において基準電圧で規定される前記目標値で略一定に維持され、駆動電力の積算値であるピエゾアクチュエータ2の蓄積エネルギーは、放電開始からの経過時間すなわち駆動信号が出力されてからの経過時間に対し直線的に低下する。   When the magnitude of the power detection signal falls below the reference voltage-hysteresis, the output of the comparator 71b becomes “1” level again, and the discharge switch 4b is turned on. This is repeated. Therefore, the driving power is maintained substantially constant at each point in the discharge period. The driving power at this time is defined by the reference voltage output from the reference voltage generating circuit 6b, and the reference voltage generating circuit 6b outputs the target value of the driving power at each point in the discharge period. Accordingly, the driving power is maintained substantially constant at the target value defined by the reference voltage at each time point during the discharging period, and the accumulated energy of the piezo actuator 2 that is an integrated value of the driving power is the elapsed time from the start of discharging. That is, it linearly decreases with respect to the elapsed time after the drive signal is output.

そして、ワンショット回路75bからのパルス信号が非出力になると、アンドゲート74bの出力が「0」レベルとなって、放電スイッチ4bがオフに固定され、放電が完了となる。   When the pulse signal from the one-shot circuit 75b is not output, the output of the AND gate 74b becomes “0” level, the discharge switch 4b is fixed to OFF, and the discharge is completed.

前記のごとく、ピエゾアクチュエータ2の蓄積エネルギーが放電開始からの経過時間に対し直線的に低下するので、バッテリ電圧の変動やピエゾアクチュエータ2の容量の変動によらず、ピエゾアクチュエータ2の残存エネルギーが辿る過程、すなわち放電過程が均一である。また、電力の積算値を積算することなく、蓄積エネルギーの回収の完了とともに放電スイッチ4bがオフに固定される。   As described above, since the accumulated energy of the piezo actuator 2 linearly decreases with respect to the elapsed time from the start of discharge, the remaining energy of the piezo actuator 2 follows regardless of the change in the battery voltage or the change in the capacity of the piezo actuator 2. The process, that is, the discharge process is uniform. Further, the discharge switch 4b is fixed to OFF with the completion of the recovery of the stored energy without integrating the integrated value of power.

このように本ピエゾアクチュエータ駆動回路によれば、ピエゾアクチュエータ2の充電の過程や放電の過程が均一であり、ピエゾアクチュエータ2の伸長および縮小という挙動のばらつきを低減することができる。これにより、例えば噴射時期や噴射量を一定にすることができる。なお、ECU9は、基準電圧発生回路6a,6bが基準電圧として定電圧を出力するようにしているが、ピエゾアクチュエータ2の要求される作動特性に応じて、駆動期間(充電期間、放電期間)の各時点ごとに、各時点に対応して駆動電力の目標値を規定する基準電圧を出力するようにしてもよい。例えば、駆動期間の前半では基準電圧を高く、後半では低くする。また、基準電圧が定電圧となる場合には、基準電圧発生回路6a,6bは、その出力電圧値がECU9により設定される構成でなくともよいのは勿論である。   Thus, according to this piezo actuator drive circuit, the charging process and discharging process of the piezo actuator 2 are uniform, and variations in behavior such as expansion and contraction of the piezo actuator 2 can be reduced. Thereby, for example, the injection timing and the injection amount can be made constant. The ECU 9 is configured so that the reference voltage generation circuits 6a and 6b output a constant voltage as a reference voltage, but according to the required operating characteristics of the piezo actuator 2, the driving period (charging period, discharging period) is increased. For each time point, a reference voltage that defines a target value of driving power corresponding to each time point may be output. For example, the reference voltage is high in the first half of the driving period and low in the second half. When the reference voltage is a constant voltage, the reference voltage generation circuits 6a and 6b need not be configured so that the output voltage value is set by the ECU 9.

図3は充電過程におけるピエゾアクチュエータの変位の経時変化を示すもので、ピエゾアクチュエータの変位が時間の経過とともに蓄積エネルギーが増大するのに応じて大きくなっていく。図中、本ピエゾアクチュエータ駆動回路(本発明)のものと併せて、本ピエゾアクチュエータ駆動回路と比較する別のピエゾアクチュエータ駆動回路(比較例)のものを示している。比較例の制御方式は充電スイッチ4aのオン期間を一定で駆動し、充電期間として充電開始から所定時間が経過したら充電終了とするものである。そして、充電期間中にはピエゾアクチュエータの駆動電力の積算値(駆動エネルギー)を検出し、充電期間終了時点での駆動エネルギーとその目標値との差分に基づいて次回の充電期間におけるオン期間の長さを再設定している。このものでも、ピエゾアクチュエータの駆動エネルギーが目標値で一定になるようにすることで所期の変位が得られるが、雰囲気温度が低くピエゾアクチュエータの容量が小さくなると、充電により一気にピエゾアクチュエータ電圧が上昇し、電源電圧とピエゾアクチュエータ電圧との差が小さくなって電流が流れにくくなることに基因して充電期間の終期側ほどピエゾアクチュエータへのエネルギー投入速度が鈍る傾向が現れる。一方、雰囲気温度が高くピエゾアクチュエータの容量が大きくなると、ピエゾアクチュエータおよびインダクタよりなる共振回路の時定数が大きくなるから、それにより充電期間の初期における充電スイッチのオフ期間が長くなる。このため、充電期間の初期側ほどピエゾアクチュエータへのエネルギー投入速度が遅くなる傾向が現れる。このように、雰囲気温度の変動などに基因してピエゾアクチュエータの容量が変動すると、ピエゾアクチュエータの変位プロファイルが一定しない。   FIG. 3 shows the change over time of the displacement of the piezo actuator during the charging process. The displacement of the piezo actuator increases as the accumulated energy increases with time. In the drawing, in addition to the present piezoelectric actuator drive circuit (present invention), another piezoelectric actuator drive circuit (comparative example) to be compared with the present piezoelectric actuator drive circuit is shown. In the control method of the comparative example, the charging switch 4a is driven at a constant ON period, and charging ends when a predetermined time elapses from the start of charging as the charging period. Then, during the charging period, an integrated value (driving energy) of the driving power of the piezo actuator is detected, and the length of the on period in the next charging period is determined based on the difference between the driving energy at the end of the charging period and its target value. It is reset. Even in this case, the desired displacement can be obtained by making the drive energy of the piezo actuator constant at the target value, but when the ambient temperature is low and the capacity of the piezo actuator is reduced, the piezo actuator voltage rises at once due to charging. However, because the difference between the power supply voltage and the piezo actuator voltage becomes small and the current does not flow easily, the energy input speed to the piezo actuator tends to decrease toward the end of the charging period. On the other hand, when the ambient temperature is high and the capacity of the piezo actuator is increased, the time constant of the resonance circuit composed of the piezo actuator and the inductor is increased, so that the off period of the charge switch at the beginning of the charging period is increased. For this reason, there is a tendency that the energy input speed to the piezo actuator becomes slower toward the initial side of the charging period. As described above, when the capacitance of the piezo actuator varies due to a change in ambient temperature, the displacement profile of the piezo actuator is not constant.

これに対して本ピエゾアクチュエータ駆動回路では、充電期間の各時点において、駆動電力が、基準電圧発生回路6aが出力する基準電圧で規定される目標値となるように充電スイッチ4aが制御されるから、所定の長さの充電期間の途中の各時点においてエネルギー投入速度がピエゾアクチュエータ2の容量のばらつきによらず、基準電圧発生回路6a,6bが出力する基準電圧で規定されるピエゾアクチュエータ2の変位の経時プロファイルが得られる。本実施形態ではピエゾアクチュエータ2の変位の目標とする経時プロファイルは直線である。このため、基準電圧発生回路6aが出力する基準電圧は充電期間の各時点において一定値とし、ピエゾアクチュエータ2の蓄積エネルギーの経時プロファイルが直線状となるようにしている。なお、放電期間においても同様に、ピエゾアクチュエータ2の容量のばらつきによらず、基準電圧発生回路6bが出力する基準電圧で規定されるピエゾアクチュエータ2の変位の経時プロファイルが得られるのは勿論である。   On the other hand, in this piezo actuator driving circuit, the charging switch 4a is controlled so that the driving power becomes a target value defined by the reference voltage output from the reference voltage generating circuit 6a at each point in the charging period. The displacement of the piezo actuator 2 defined by the reference voltage output by the reference voltage generation circuits 6a and 6b regardless of variations in the capacity of the piezo actuator 2 at each time point in the middle of the charging period of a predetermined length. Is obtained over time. In the present embodiment, the target temporal profile of the displacement of the piezo actuator 2 is a straight line. For this reason, the reference voltage output from the reference voltage generation circuit 6a is set to a constant value at each time point in the charging period so that the temporal profile of the accumulated energy of the piezo actuator 2 is linear. Similarly, during the discharge period, it is a matter of course that a temporal profile of the displacement of the piezo actuator 2 defined by the reference voltage output from the reference voltage generating circuit 6b can be obtained regardless of variations in the capacitance of the piezo actuator 2. .

(第2実施形態)
図4に本発明の第2実施形態になるピエゾアクチュエータ駆動回路を示す。本ピエゾアクチュエータ駆動回路は基本的な構成は第1実施形態のものと同じで、図中、第1実施形態と同じ作動をする部分には同じ番号を付して第1実施形態との相違点を中心に説明する。
(Second Embodiment)
FIG. 4 shows a piezo actuator drive circuit according to the second embodiment of the present invention. The basic structure of this piezo actuator drive circuit is the same as that of the first embodiment. In the figure, the same reference numerals are given to the parts that operate in the same way as in the first embodiment, and the differences from the first embodiment. The explanation will be focused on.

本ピエゾアクチュエータ駆動回路では、コンパレータ71aの(−)入力端子の入力する入力信号、反転アンプ70bを介してコンパレータ71bの(−)入力端子に入力する入力信号が、ピエゾアクチュエータ2を供給先としてまた供給元として流れる電流(ピエゾアクチュエータ電流)を検出する電流検出手段である抵抗器51の端子間電圧である(以下、適宜、該端子間電圧を電流検出信号という)。また、スイッチ制御回路7Aは、基準電圧発生回路6aA,6bAが出力する基準電圧、ヒステリシス分を規定する抵抗器72aA,73aA,72bA,73bAの抵抗値が、コンパレータ71aの(−)入力端子に入力する入力信号が電流検出信号に代わったことに伴い、適宜、設定される。基準電圧発生回路6aA,6bAは第1実施形態と同様にECU9Aにより設定される定電圧を出力する。ECU9Aはコンパレータ71aの(−)入力端子に入力する入力信号が電流検出信号に代わったことに伴い基準電圧発生回路6aA,6bAの設定電圧値に必要に応じて変更が加えられる以外、実質的に第1実施形態のものと同じである。   In this piezo actuator drive circuit, the input signal input to the (−) input terminal of the comparator 71a and the input signal input to the (−) input terminal of the comparator 71b via the inverting amplifier 70b are supplied to the piezo actuator 2 as the supply destination. This is a voltage between terminals of the resistor 51 which is current detection means for detecting a current (piezo actuator current) flowing as a supply source (hereinafter, the voltage between the terminals is appropriately referred to as a current detection signal). Further, the switch control circuit 7A inputs the reference voltages output from the reference voltage generation circuits 6aA and 6bA and the resistance values of the resistors 72aA, 73aA, 72bA, and 73bA that define the hysteresis amount to the (−) input terminal of the comparator 71a. As the input signal to be replaced with the current detection signal is set as appropriate. The reference voltage generation circuits 6aA and 6bA output a constant voltage set by the ECU 9A as in the first embodiment. The ECU 9A substantially does not change the set voltage values of the reference voltage generation circuits 6aA and 6bA as necessary when the input signal input to the (−) input terminal of the comparator 71a is replaced with the current detection signal. The same as that of the first embodiment.

図5は本ピエゾアクチュエータ駆動回路の各部の作動状態を示すタイミングチャートで、駆動信号が「1」レベルになると、ワンショット回路75aをトリガし、充電期間を規定するパルス信号が出力される。電流検出信号は0Vであり、コンパレータ71aの出力は「1」レベルである。したがって、充電スイッチ4aがオンし、充電が開始される。ピエゾスタック電流は上昇し、充電が進行する。そして、電流検出信号が基準電圧+ヒシテリシス分を越えるとコンパレータ71aの出力が「0」レベルに変わって、充電スイッチ4aがオフするが、インダクタ301に蓄積されたエネルギーにより、漸減するフライホイール電流がピエゾアクチュエータ2を供給先として流れ続ける。   FIG. 5 is a timing chart showing the operating state of each part of the piezo actuator drive circuit. When the drive signal becomes “1” level, the one-shot circuit 75a is triggered and a pulse signal defining the charging period is output. The current detection signal is 0V, and the output of the comparator 71a is at the “1” level. Accordingly, the charging switch 4a is turned on and charging is started. The piezo stack current increases and charging proceeds. When the current detection signal exceeds the reference voltage + hysteresis, the output of the comparator 71a changes to “0” level and the charging switch 4a is turned off. However, the flywheel current that gradually decreases due to the energy accumulated in the inductor 301 is reduced. The piezo actuator 2 continues to flow as a supply destination.

そして、電流検出信号が基準電圧−ヒシテリシス分を下回ると、コンパレータ71aの論理出力が再び「1」レベルとなって、充電スイッチ4aがオンする。これが繰り返される。したがって、ピエゾアクチュエータ電流が、基準電圧±ヒシテリシス分の範囲で略一定に維持されることになる。これにより、ピエゾアクチュエータ電流の積算値であるピエゾアクチュエータ2の蓄積電荷量は、充電開始からの経過時間すなわち駆動信号が出力されてからの経過時間に正比例して上昇する。   When the current detection signal falls below the reference voltage-hysteresis, the logic output of the comparator 71a becomes “1” level again, and the charge switch 4a is turned on. This is repeated. Therefore, the piezo actuator current is maintained substantially constant in the range of the reference voltage ± hysteresis. As a result, the accumulated charge amount of the piezo actuator 2, which is an integrated value of the piezo actuator current, increases in direct proportion to the elapsed time from the start of charging, that is, the elapsed time after the drive signal is output.

そして、ワンショット回路75aからのパルス信号が非出力となると、アンドゲート74bの論理出力が「0」レベルとなって、充電スイッチ4bがオフに固定され、充電が完了となり。   When the pulse signal from the one-shot circuit 75a is not output, the logic output of the AND gate 74b becomes “0” level, the charge switch 4b is fixed to OFF, and charging is completed.

前記のごとく、ピエゾアクチュエータ2の電荷量が充電開始からの経過時間に正比例して上昇するので、バッテリ電圧の変動やピエゾアクチュエータ2の容量の変動によらず、ピエゾアクチュエータ2の蓄積電荷が辿る過程、すなわち充電過程が均一である。また、ピエゾアクチュエータ電流の積算値を積算することなく、充電スイッチ4aがオフに固定されたとき、すなわち充電が完了したときの蓄積電荷量を目標とする電荷量にすることができる。   As described above, since the charge amount of the piezo actuator 2 increases in direct proportion to the elapsed time from the start of charging, the process in which the accumulated charge of the piezo actuator 2 follows regardless of the change in the battery voltage or the change in the capacity of the piezo actuator 2. That is, the charging process is uniform. Further, without accumulating the integrated value of the piezo actuator current, the accumulated charge amount when the charging switch 4a is fixed off, that is, when the charging is completed can be set as a target charge amount.

次にピエゾアクチュエータ2の縮小時すなわち放電時の作動について説明する。前記のごとく、ピエゾアクチュエータ2が伸長を完了した状態では、ピエゾアクチュエータ2には規定量の電荷が蓄積されている。充電スイッチ4aおよび放電スイッチ4bはオフである。ピエゾアクチュエータ電圧は、前記電荷量に応じた電圧であるが、ピエゾアクチュエータ2の容量が温度等で変わると異なる。ここで、駆動信号が「0」レベルになると、ワンショット回路75bをトリガし、放電期間を規定するパルス信号が出力される。電流検出信号は0Vであり、コンパレータ71bの出力は「1」レベルである。したがって、放電スイッチ4bがオンし、放電が開始される。ピエゾアクチュエータ電流は上昇し、放電が進行するとともにピエゾアクチュエータ電圧が低下する。電流の向きは充電時と逆である。そして、電流検出信号が基準電圧+ヒシテリシス分を越えるとコンパレータ71bの出力が「0」レベルに変わって、放電スイッチ4bがオフするが、インダクタ301に蓄積されたエネルギーにより、漸減するフライホイール電流がピエゾアクチュエータ2を供給元として流れ続ける。   Next, the operation when the piezoelectric actuator 2 is reduced, that is, when discharging is described. As described above, when the piezo actuator 2 has been extended, a predetermined amount of electric charge is accumulated in the piezo actuator 2. The charge switch 4a and the discharge switch 4b are off. The piezo actuator voltage is a voltage corresponding to the amount of charge, but is different when the capacity of the piezo actuator 2 changes with temperature or the like. Here, when the drive signal becomes “0” level, the one-shot circuit 75b is triggered to output a pulse signal that defines the discharge period. The current detection signal is 0 V, and the output of the comparator 71b is “1” level. Accordingly, the discharge switch 4b is turned on and discharge is started. The piezo actuator current increases, and as the discharge proceeds, the piezo actuator voltage decreases. The direction of the current is opposite to that during charging. When the current detection signal exceeds the reference voltage + hysteresis, the output of the comparator 71b changes to “0” level and the discharge switch 4b is turned off. However, the flywheel current that gradually decreases due to the energy accumulated in the inductor 301 is reduced. The flow continues using the piezo actuator 2 as the supply source.

そして、電流検出信号が基準電圧−ヒシテリシス分を下回ると、コンパレータ71bの論理出力が再び「1」レベルとなって、放電スイッチ4bがオンする。これが繰り返される。したがって、放電電流が略一定に維持されることになる。これにより、ピエゾアクチュエータ2の電荷量は、放電開始からの経過時間すなわち駆動信号が出力されてからの経過時間に対し直線的に低下する。   When the current detection signal falls below the reference voltage-hysteresis, the logic output of the comparator 71b becomes “1” level again, and the discharge switch 4b is turned on. This is repeated. Therefore, the discharge current is maintained substantially constant. As a result, the charge amount of the piezoelectric actuator 2 decreases linearly with respect to the elapsed time from the start of discharge, that is, the elapsed time after the drive signal is output.

そして、ワンショット回路75bからのパルス信号が非出力となると、アンドゲート74bの論理出力が「0」レベルとなって、放電スイッチ4bがオフに固定され、放電が完了となる。   When the pulse signal from the one-shot circuit 75b is not output, the logic output of the AND gate 74b becomes “0” level, the discharge switch 4b is fixed to OFF, and the discharge is completed.

前記のごとく、ピエゾアクチュエータ2の電荷量が放電開始からの経過時間に対し直線的に低下するので、バッテリ電圧の変動やピエゾアクチュエータ2の容量の変動によらず、ピエゾアクチュエータ2の残存電荷が辿る過程、放電過程が均一である。また、電流の積算値を演算することなく、蓄積電荷の回収の完了とともに放電スイッチがオフに固定される。   As described above, since the charge amount of the piezo actuator 2 linearly decreases with respect to the elapsed time from the start of discharge, the remaining charge of the piezo actuator 2 follows regardless of the fluctuation of the battery voltage or the capacity of the piezo actuator 2. The process and discharge process are uniform. Further, the discharge switch is fixed to OFF with the completion of the collection of the accumulated charges without calculating the integrated value of the current.

このように本ピエゾアクチュエータ駆動回路によれば、ピエゾアクチュエータ2の充電の過程や放電の過程が均一であり、ピエゾアクチュエータ2の挙動のばらつきを低減することができる。これにより、例えば噴射時期や噴射量を一定にすることができる。   Thus, according to this piezo actuator drive circuit, the charging process and discharging process of the piezo actuator 2 are uniform, and variations in the behavior of the piezo actuator 2 can be reduced. Thereby, for example, the injection timing and the injection amount can be made constant.

(第3実施形態)
図6に本発明の第3実施形態になるピエゾアクチュエータ駆動回路を示す。本ピエゾアクチュエータ駆動回路は基本的な構成は第1実施形態のものと同じで、図中、第1実施形態と同じ作動をする部分には同じ番号を付して第1実施形態との相違点を中心に説明する。
(Third embodiment)
FIG. 6 shows a piezo actuator drive circuit according to a third embodiment of the present invention. The basic structure of this piezo actuator drive circuit is the same as that of the first embodiment. In the figure, the same reference numerals are given to the parts that operate in the same way as in the first embodiment, and the differences from the first embodiment. The explanation will be focused on.

本ピエゾアクチュエータ駆動回路では、電流検出用の抵抗器51に代えて、ピエゾアクチュエータ2の両端子間に、直列に接続された2つの抵抗器54,55が設けられており、ピエゾアクチュエータ電圧を分圧する。抵抗器54,55は高抵抗のものが用いられ、例えば抵抗器54が900kΩで抵抗器55が100kΩである。抵抗器54,55はその分圧電圧を受けるバッファ56とともに、ピエゾアクチュエータ電圧を検出する電圧検出手段5Bを構成している。バッファ56の出力は、コンパレータ71a,71bの(−)入力端子に出力される(以下、適宜、バッファ回路56の出力信号を電圧検出信号という)。   In this piezo actuator drive circuit, two resistors 54 and 55 connected in series are provided between both terminals of the piezo actuator 2 in place of the resistor 51 for current detection, and the piezo actuator voltage is divided. Press. Resistors 54 and 55 have high resistance. For example, the resistor 54 is 900 kΩ and the resistor 55 is 100 kΩ. The resistors 54 and 55 together with the buffer 56 that receives the divided voltage constitute voltage detecting means 5B that detects the piezoelectric actuator voltage. The output of the buffer 56 is output to the (−) input terminals of the comparators 71a and 71b (hereinafter, the output signal of the buffer circuit 56 is appropriately referred to as a voltage detection signal).

スイッチ制御回路7Bは、コンパレータ71a,71bは前記各実施形態のごとく、それぞれ、ヒシテリシスをかけるための抵抗器72aB,73aB、抵抗器72bB,73bBが接続されている。   In the switch control circuit 7B, the comparators 71a and 71b are connected to resistors 72aB and 73aB and resistors 72bB and 73bB for applying hysteresis, respectively, as in the above embodiments.

基準電圧発生回路6Bは、コンパレータ71a,71bの(+)入力端子に抵抗器72aB,72bBを介して入力する基準電圧を発生させる目標値出力手段であり、出力を経過時間に応じて変化させる構成となっている。前記抵抗器72aB,72bBにはコンデンサ61が接続され、その充電と放電とが定電流回路62a,62bによりなされる。第1の定電流回路62aは正の電圧源63と接続され、コンデンサ61を充電する。第2の定電流回路62bはグランド64と接続され、コンデンサ61を放電する。第1の定電流回路62aはワンショット回路75aからパルス信号が出力されている間、作動し、第2の定電流回路62bはワンショット回路75bからパルス信号が出力されている間、作動する。なお、定電流回路62a,62bが供給する電流値はECU9Bにより、例えばECU9Bが電流値設定信号としての、コンデンサ61の充放電回路を開閉するパルス信号のデューティにより設定される。   The reference voltage generation circuit 6B is target value output means for generating a reference voltage input to the (+) input terminals of the comparators 71a and 71b via the resistors 72aB and 72bB, and changes the output according to the elapsed time. It has become. A capacitor 61 is connected to the resistors 72aB and 72bB, and charging and discharging are performed by constant current circuits 62a and 62b. The first constant current circuit 62 a is connected to the positive voltage source 63 and charges the capacitor 61. The second constant current circuit 62b is connected to the ground 64 and discharges the capacitor 61. The first constant current circuit 62a operates while a pulse signal is output from the one-shot circuit 75a, and the second constant current circuit 62b operates while a pulse signal is output from the one-shot circuit 75b. The current value supplied by the constant current circuits 62a and 62b is set by the ECU 9B, for example, by the duty of the pulse signal that opens and closes the charge / discharge circuit of the capacitor 61 as the current value setting signal.

また、コンパレータ71a,71bのうちコンパレータ71bの出力信号のみ、インバータ77bで論理反転されてアンドゲート74bに入力する。   Only the output signal of the comparator 71b out of the comparators 71a and 71b is logically inverted by the inverter 77b and input to the AND gate 74b.

図7は本ピエゾアクチュエータ駆動回路の各部の作動状態を示すタイミングチャートで、駆動信号が「1」レベルになると、ワンショット回路75aをトリガし、充電期間を規定するパルス信号が出力される。電圧検出信号は0Vであり、コンパレータ71aの論理出力は「1」レベルである。一方、パルス信号の出力でコンデンサ61の充電が開始され、基準電圧が上昇を開始するので、コンパレータ71aの論理出力は「0」レベルに変わる。したがって、充電スイッチ4aがオンし、充電が開始される。ピエゾアクチュエータ電圧は上昇し、充電が進行する。そして、電圧検出信号が基準電圧+ヒシテリシス分を越えるとコンパレータ71aの出力が「0」レベルに変わって、充電スイッチ4aがオフするが、インダクタ301に蓄積されたエネルギーにより漸減するフライホイール電流がピエゾアクチュエータ2を供給元として流れ続け、ピエゾアクチュエータ電圧が上昇を続ける。   FIG. 7 is a timing chart showing the operating state of each part of the piezo actuator driving circuit. When the driving signal becomes “1” level, the one-shot circuit 75a is triggered and a pulse signal defining the charging period is output. The voltage detection signal is 0V, and the logic output of the comparator 71a is at the “1” level. On the other hand, charging of the capacitor 61 is started by the output of the pulse signal, and the reference voltage starts to rise, so that the logical output of the comparator 71a changes to “0” level. Accordingly, the charging switch 4a is turned on and charging is started. The piezo actuator voltage rises and charging proceeds. When the voltage detection signal exceeds the reference voltage + hysteresis, the output of the comparator 71a changes to the “0” level and the charge switch 4a is turned off. However, the flywheel current that gradually decreases due to the energy accumulated in the inductor 301 is reduced. The actuator 2 continues to flow with the supply source, and the piezoelectric actuator voltage continues to rise.

そして、ピエゾアクチュエータ電圧の上昇速度が鈍り、電圧検出信号が基準電圧−ヒシテリシス分を下回ると、コンパレータ71aの論理出力が再び「1」レベルとなって、充電スイッチ4aがオンする。これが繰り返される。   When the increase rate of the piezo actuator voltage becomes dull and the voltage detection signal falls below the reference voltage-hysteresis, the logic output of the comparator 71a becomes “1” level again, and the charge switch 4a is turned on. This is repeated.

一方、コンデンサ61は定電流で充電されるから、コンデンサ61には、駆動信号が「1」レベルに立ち上がってからの経過時間に正比例して電荷が蓄積され、コンデンサ61で生成される基準電圧が前記経過時間に正比例して上昇する。したがって、ピエゾアクチュエータ電圧が略前記経過時間に正比例して上昇することになる。   On the other hand, since the capacitor 61 is charged with a constant current, electric charge is stored in the capacitor 61 in direct proportion to the elapsed time after the drive signal rises to the “1” level, and the reference voltage generated by the capacitor 61 is It rises in direct proportion to the elapsed time. Therefore, the piezo actuator voltage rises in direct proportion to the elapsed time.

そして、ワンショット回路75aの出力が「0」レベルになると、アンドゲート74aの論理出力が「0」レベルとなって、充電スイッチ4aがオフに固定され、充電が完了となる。これとともに定電流回路62aの作動がオフして基準電圧も固定される。   When the output of the one-shot circuit 75a becomes “0” level, the logic output of the AND gate 74a becomes “0” level, the charging switch 4a is fixed to OFF, and charging is completed. At the same time, the operation of the constant current circuit 62a is turned off and the reference voltage is fixed.

前記のごとく、ピエゾアクチュエータ電圧が充電開始からの経過時間に正比例して上昇するので、バッテリ電圧の変動やピエゾアクチュエータ2の容量の変動によらず、ピエゾアクチュエータ電圧が辿る過程、充電過程が均一である。   As described above, since the piezo actuator voltage rises in direct proportion to the elapsed time from the start of charging, the process that the piezo actuator voltage follows and the charging process are uniform regardless of the fluctuation of the battery voltage or the capacity of the piezo actuator 2. is there.

次にピエゾアクチュエータ2の縮小時すなわち放電時の作動について説明する。前記のごとく、ピエゾアクチュエータ2が伸長を完了した状態では、ピエゾアクチュエータ電圧は規定の電圧となっている。充電スイッチ4aおよび放電スイッチ4bはオフである。ここで、駆動信号が「0」レベルになると、ワンショット回路75bをトリガし、放電期間を規定するパルス信号が出力される。第2の定電流回路62bがオンしてコンデンサ61が一定の放電速度で放電する。このときの放電速度は定電流回路62bの電流値である。これにより、基準電圧が、駆動信号が「0」レベルになってからの経過時間に対して直線的に低下する。そして、電圧検出信号が基準電圧+ヒシテリシス分を上回ると、コンパレータ71bの出力は「0」レベルとなる。したがって、放電スイッチ4がオンし、放電が開始される。ピエゾアクチュエータ2を供給元としてコンデンサ12に電流が流れて、放電が進行するとともにピエゾアクチュエータ電圧が低下する。そして、電圧検出信号が基準電圧−ヒシテリシス分を下回るとコンパレータ71bの出力が「1」レベルに変わって、放電スイッチ4bがオフするが、インダクタ301に蓄積されたエネルギーにより、漸減するフライホイール電流がコンデンサ12に流れ続ける。   Next, the operation when the piezoelectric actuator 2 is reduced, that is, when discharging is described. As described above, in a state where the piezo actuator 2 has been extended, the piezo actuator voltage is a specified voltage. The charge switch 4a and the discharge switch 4b are off. Here, when the drive signal becomes “0” level, the one-shot circuit 75b is triggered to output a pulse signal that defines the discharge period. The second constant current circuit 62b is turned on, and the capacitor 61 is discharged at a constant discharge rate. The discharge rate at this time is the current value of the constant current circuit 62b. As a result, the reference voltage decreases linearly with respect to the elapsed time from when the drive signal becomes “0” level. When the voltage detection signal exceeds the reference voltage + hysteresis, the output of the comparator 71b becomes “0” level. Accordingly, the discharge switch 4 is turned on and discharge is started. A current flows through the capacitor 12 with the piezo actuator 2 as a supply source, the discharge proceeds, and the piezo actuator voltage decreases. When the voltage detection signal falls below the reference voltage-hysteresis, the output of the comparator 71b changes to “1” level and the discharge switch 4b is turned off. Continue to flow to the capacitor 12.

このとき、放電電流は漸減する電流であるため、ピエゾアクチュエータ電圧の低下速度が鈍り、電圧検出信号が基準電圧+ヒシテリシス分を上回ると、コンパレータ71bの出力が再び「0」レベルとなって、放電スイッチ4bがオンする。これが繰り返される。したがって、ピエゾアクチュエータ電圧が、放電開始からの経過時間に対して略直線的に低下することになる。   At this time, since the discharge current is a gradually decreasing current, when the rate of decrease of the piezoelectric actuator voltage becomes slow and the voltage detection signal exceeds the reference voltage + hysteresis, the output of the comparator 71b becomes “0” level again, and the discharge The switch 4b is turned on. This is repeated. Therefore, the piezo actuator voltage decreases approximately linearly with respect to the elapsed time from the start of discharge.

そして、ワンショット回路75bからのパルス信号が非出力となると、アンドゲート74bの出力が「0」レベルとなって、放電スイッチ4bがオフに固定され、ピエゾアクチュエータ2の放電駆動が終了となる。   When the pulse signal from the one-shot circuit 75b is not output, the output of the AND gate 74b becomes “0” level, the discharge switch 4b is fixed to OFF, and the discharge driving of the piezoelectric actuator 2 is finished.

前記のごとく、ピエゾアクチュエータ電圧が放電開始からの経過時間に対し直線的に低下するので、バッテリ電圧の変動やピエゾアクチュエータ2の容量の変動によらず、ピエゾアクチュエータ電圧が辿る過程、すなわち放電過程が均一である。   As described above, since the piezo actuator voltage decreases linearly with respect to the elapsed time from the start of discharge, the process that the piezo actuator voltage follows, that is, the discharge process, regardless of the change in the battery voltage or the capacity of the piezo actuator 2. It is uniform.

このように本ピエゾアクチュエータ駆動回路によれば、ピエゾアクチュエータ2の充電の過程や放電の過程が均一であり、ピエゾアクチュエータ2の挙動のばらつきを低減することができる。これにより、例えば噴射時期や噴射量を一定にすることができる。なお、ECU9Bは、定電流回路62a,62bが基準電圧源として定電流を出力するようにしているが、ピエゾアクチュエータ2の要求される作動特性に応じて、駆動期間(充電期間、放電期間)の各時点ごとに、各時点に対応して駆動電圧の目標値を規定する基準電圧となるように定電流値を可変に出力するようにしてもよい。例えば、駆動期間の前半では定電流値を高く、後半では低くする。   Thus, according to this piezo actuator drive circuit, the charging process and discharging process of the piezo actuator 2 are uniform, and variations in the behavior of the piezo actuator 2 can be reduced. Thereby, for example, the injection timing and the injection amount can be made constant. The ECU 9B is configured so that the constant current circuits 62a and 62b output a constant current as a reference voltage source, but according to the required operating characteristics of the piezo actuator 2, the driving period (charging period, discharging period) For each time point, the constant current value may be variably output so as to be a reference voltage that defines a target value of the drive voltage corresponding to each time point. For example, the constant current value is high in the first half of the driving period and low in the second half.

(第4実施形態)
図8に本発明の第4実施形態になるピエゾアクチュエータ駆動回路を示す。本ピエゾアクチュエータ駆動回路は基本的な構成は第1実施形態のものと同じで、図中、第1実施形態と同じ作動をする部分には同じ番号を付して第1実施形態との相違点を中心に説明する。
(Fourth embodiment)
FIG. 8 shows a piezo actuator drive circuit according to a fourth embodiment of the present invention. The basic structure of this piezo actuator drive circuit is the same as that of the first embodiment. In the figure, the same reference numerals are given to the parts that operate in the same way as in the first embodiment, and the differences from the first embodiment. The explanation will be focused on.

本ピエゾアクチュエータ駆動回路では、乗算回路に代えて、ピエゾアクチュエータ電圧およびピエゾアクチュエータ2に流出入する電流の検出信号を入力とするエネルギー計測回路53Cが設けてある。エネルギー計測回路53Cはバッファ52、抵抗器51とともに駆動エネルギー検出手段5Cを構成する。エネルギー計測回路53Cは、第1実施形態の前記乗算回路と同等の乗算回路と、これより出力される電力検出信号を積分する積分回路とからなる。積分回路からは、ピエゾアクチュエータ2の駆動電力の積算値すなわち駆動エネルギーに比例した信号(駆動エネルギー検出信号)を出力する。駆動エネルギー検出信号はピエゾアクチュエータ2の充電期間であれば上昇し、放電期間であれば電流が負値をとることで減少する電圧信号であり、ピエゾアクチュエータ2の蓄積エネルギーの指標となる。前記積分回路は、誤差の累積を回避するため、ECU9Cの制御で例えば充電期間の開始に先立ってリセットされるようにするのもよい。   In this piezo actuator driving circuit, an energy measuring circuit 53C is provided instead of the multiplication circuit, which receives as input the piezo actuator voltage and a detection signal of the current flowing into and out of the piezo actuator 2. The energy measuring circuit 53C constitutes the drive energy detecting means 5C together with the buffer 52 and the resistor 51. The energy measurement circuit 53C includes a multiplication circuit equivalent to the multiplication circuit of the first embodiment and an integration circuit that integrates a power detection signal output therefrom. From the integration circuit, an integrated value of the driving power of the piezoelectric actuator 2, that is, a signal proportional to the driving energy (driving energy detection signal) is output. The drive energy detection signal is a voltage signal that increases when the piezo actuator 2 is charged and decreases when the current takes a negative value during the discharge period, and serves as an index of the accumulated energy of the piezo actuator 2. In order to avoid accumulation of errors, the integration circuit may be reset, for example, prior to the start of the charging period, under the control of the ECU 9C.

そして、この駆動エネルギー検出信号が充放電制御手段であるスイッチ制御回路7Cに入力する。詳しくはコンパレータ71aの(−)入力端子に入力する入力信号、反転アンプ70bを介してコンパレータ71bの(−)入力端子に入力する入力信号となる。   And this drive energy detection signal is input into the switch control circuit 7C which is a charging / discharging control means. Specifically, the input signal is input to the (−) input terminal of the comparator 71a and the input signal is input to the (−) input terminal of the comparator 71b via the inverting amplifier 70b.

また、基準電圧発生回路6aC,6bCは、コンパレータ71a,71bの(+)入力端子に抵抗器72aC,72bCを介して入力する基準電圧を発生させる目標値出力手段であり、その出力を経過時間に応じて出力を変化させる構成となっている。基準電圧発生回路6aC,6bCが出力する基準電圧、ヒステリシス分を規定する抵抗器72aC,73aC,72bC,73bCの抵抗値は、コンパレータ71aの(−)入力端子に入力する入力信号が駆動エネルギー検出信号に代わったことに伴い、適宜、適合されるのは勿論である。   The reference voltage generation circuits 6aC and 6bC are target value output means for generating a reference voltage to be input to the (+) input terminals of the comparators 71a and 71b via the resistors 72aC and 72bC. The output is changed accordingly. The reference voltages output from the reference voltage generation circuits 6aC and 6bC and the resistance values of the resistors 72aC, 73aC, 72bC, and 73bC that define the hysteresis are input signals input to the (−) input terminal of the comparator 71a. As a matter of course, it can be adapted as appropriate.

基準電圧発生回路6aCは、ピエゾアクチュエータ2の駆動エネルギーが充電期間の開始時を0として充電期間の終了時には最終的にピエゾアクチュエータ2に充電すべき目標となるエネルギー値に対応した値(エネルギー目標値)となるように基準電圧を時間に対して直線的に出力する。基準電圧発生回路6bCは、ピエゾアクチュエータ2の駆動エネルギーが放電期間の開始時を前記エネルギー目標値として放電期間の終了時には最終的に0となるように基準電圧を時間に対して直線的に出力する。基準電圧の経時プロファイルは、ピエゾアクチュエータ2の蓄積エネルギーとピエゾアクチュエータ2の変位との相関関係に基づいて、充電期間中または放電期間中におけるピエゾアクチュエータ2の変位の要求される経時プロファイルに応じて設定すればよい。充電期間と放電期間とで別の経時プロファイルとなるようにしても勿論よい。   The reference voltage generation circuit 6aC has a value (energy target value) corresponding to a target energy value to be charged in the piezo actuator 2 at the end of the charging period when the driving energy of the piezo actuator 2 is 0 at the start of the charging period. ) So that the reference voltage is output linearly with respect to time. The reference voltage generation circuit 6bC outputs the reference voltage linearly with respect to time so that the driving energy of the piezo actuator 2 becomes the energy target value at the start of the discharge period and finally becomes 0 at the end of the discharge period. . The time profile of the reference voltage is set according to the time profile required for displacement of the piezoelectric actuator 2 during the charging period or discharging period based on the correlation between the accumulated energy of the piezoelectric actuator 2 and the displacement of the piezoelectric actuator 2. do it. Of course, different aging profiles may be used for the charging period and the discharging period.

本実施形態では、充電スイッチ4a、放電スイッチ4bの制御において、充電スイッチ4a、放電スイッチ4bのオン期間の長さが充電期間や放電期間中の各時点における駆動エネルギー検出信号が基準電圧発生回路6aC,6bCの出力する基準電圧となるように設定され、基準電圧の経時プロファイルに対応した駆動エネルギーの経時プロファイルが得られる。したがって、図3に示すように、ピエゾアクチュエータ2の容量の変動によらず、最終的なピエゾアクチュエータ2の変位だけではなく、途中の変位、すなわち、ピエゾアクチュエータ2の変位の経時プロファイルを常に一定とすることができる。   In the present embodiment, in the control of the charge switch 4a and the discharge switch 4b, the length of the on period of the charge switch 4a and the discharge switch 4b is determined based on the drive energy detection signal at each time point during the charge period or the discharge period. , 6bC is set to be a reference voltage to be output, and a drive energy aging profile corresponding to the reference voltage aging profile is obtained. Therefore, as shown in FIG. 3, not only the final displacement of the piezo actuator 2 but also the halfway displacement, that is, the temporal profile of the displacement of the piezo actuator 2 is always constant regardless of the fluctuation of the capacity of the piezo actuator 2. can do.

なお、駆動電力は駆動エネルギーの時間微分値であるから、本実施形態は、充電期間、放電期間の開始からの駆動エネルギーの目標値を各時点ごとに予め設定することで、第1実施形態のように充電期間、放電期間のピエゾアクチュエータ2の変位の経時プロファイルを目標プロファイルとすることを企図しているが、充電期間、放電期間の途中で何らかの原因でその時点において出力されるべき駆動電力が所期の値からずれることがあっても、その後に、駆動エネルギーの目標値に収束されていくように実際の駆動エネルギーが追随するので、充電期間、放電期間の終期における到達エネルギー値のばらつきを低減することができる   Since the driving power is a time differential value of the driving energy, the present embodiment sets the target value of the driving energy from the start of the charging period and discharging period in advance for each time point, so that In this way, it is intended to set the time profile of the displacement of the piezo actuator 2 during the charging period and the discharging period as a target profile. However, the driving power to be output at that time for some reason during the charging period and the discharging period is Even if there is a deviation from the expected value, the actual drive energy follows so that it converges to the target value of the drive energy. Can be reduced

なお、前記各実施形態は、バッテリ電圧に充電されるコンデンサ12から直接ピエゾアクチュエータ2を駆動するものを示したが、バッテリ電圧をDC−DCコンバータで昇圧した電圧にてバッテリを充電する構成のものにも本発明は適用することができる。   In each of the above embodiments, the piezoelectric actuator 2 is directly driven from the capacitor 12 charged with the battery voltage. However, the battery is charged with a voltage obtained by boosting the battery voltage with a DC-DC converter. The present invention can also be applied.

本発明の第1のピエゾアクチュエータ駆動回路の回路図である。It is a circuit diagram of the 1st piezo actuator drive circuit of the present invention. 前記ピエゾアクチュエータ駆動回路の作動状態を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the operating state of the said piezoelectric actuator drive circuit. 前記ピエゾアクチュエータ駆動回路の作動を説明するグラフである。It is a graph explaining the action | operation of the said piezoelectric actuator drive circuit. 本発明の第2のピエゾアクチュエータ駆動回路の回路図である。It is a circuit diagram of the 2nd piezo actuator drive circuit of the present invention. 前記ピエゾアクチュエータ駆動回路の作動状態を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the operating state of the said piezoelectric actuator drive circuit. 本発明の第3のピエゾアクチュエータ駆動回路の回路図である。It is a circuit diagram of the 3rd piezoelectric actuator drive circuit of the present invention. 前記ピエゾアクチュエータ駆動回路の作動状態を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the operating state of the said piezoelectric actuator drive circuit. 本発明の第4のピエゾアクチュエータ駆動回路の回路図である。It is a circuit diagram of the 4th piezoelectric actuator drive circuit of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 電源
11 バッテリ
12 コンデンサ
2 ピエゾアクチュエータ
31 第1の通電経路
32 第2の通電経路
301 インダクタ
4a 充電スイッチ(電流調整手段)
4b 放電スイッチ(電流調整手段)
5 電力検出手段
5A 電流検出手段
5B 電圧検出手段
5C 駆動エネルギー検出手段
6a,6b,6aA,6bA,6B,6aC,6bC 基準電圧発生回路(目標値出力手段)
7,7A,7B,7C スイッチ制御回路(充放電制御手段)
71a,71b コンパレータ(比較手段)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power supply 11 Battery 12 Capacitor 2 Piezo actuator 31 1st electricity supply path 32 2nd electricity supply path 301 Inductor 4a Charge switch (current adjustment means)
4b Discharge switch (current adjusting means)
5 Power detection means 5A Current detection means 5B Voltage detection means 5C Drive energy detection means 6a, 6b, 6aA, 6bA, 6B, 6aC, 6bC Reference voltage generation circuit (target value output means)
7, 7A, 7B, 7C Switch control circuit (charge / discharge control means)
71a, 71b Comparator (comparison means)

Claims (10)

充電または放電による駆動で作動状態が切り換わるピエゾアクチュエータを駆動対象とする駆動回路であって、電源と、前記ピエゾアクチュエータを供給先または供給元として流れる電流を調整する電流調整手段と、前記ピエゾアクチュエータの駆動時に前記電流調整手段を制御する充放電制御手段とを有するピエゾアクチュエータ駆動回路において、
前記ピエゾアクチュエータの駆動電力を検出する電力検出手段と、
前記ピエゾアクチュエータの駆動期間の各時点ごとに、予め前記各時点に対応して設定された前記駆動電力の目標値を出力する目標値出力手段とを具備せしめ、
前記充放電制御手段は、前記駆動期間の各時点において前記駆動電力の検出値が前記目標値となるように、かつ、駆動開始からの経過時間が予め設定した所定時間になると前記駆動期間を終了とするように、前記電流調整手段に対する制御を設定したことを特徴とするピエゾアクチュエータ駆動回路。
A driving circuit for driving a piezo actuator whose operation state is switched by driving by charging or discharging, a power source, current adjusting means for adjusting a current flowing using the piezo actuator as a supply destination or a supply source, and the piezo actuator In a piezo actuator drive circuit having charge / discharge control means for controlling the current adjusting means at the time of driving,
Power detection means for detecting drive power of the piezoelectric actuator;
A target value output means for outputting a target value of the driving power set in advance corresponding to each time point for each time point of the driving period of the piezoelectric actuator;
The charge / discharge control means ends the driving period when the detected value of the driving power becomes the target value at each time point of the driving period and when the elapsed time from the start of driving reaches a predetermined time set in advance. A piezo actuator drive circuit characterized in that control for the current adjusting means is set.
充電または放電による駆動で作動状態が切り換わるピエゾアクチュエータを駆動対象とする駆動回路であって、電源と、前記ピエゾアクチュエータを供給先または供給元として流れる電流を調整する電流調整手段と、前記ピエゾアクチュエータの駆動時に前記電流調整手段を制御する充放電制御手段とを有するピエゾアクチュエータ駆動回路において、
前記ピエゾアクチュエータの駆動電流を検出する電流検出手段と、
前記ピエゾアクチュエータの駆動期間の各時点ごとに、予め前記各時点に対応して設定された前記駆動電流の目標値を出力する目標値出力手段とを具備せしめ、
前記充放電制御手段は、前記駆動期間の各時点において前記駆動電流の検出値が前記目標値となるように、かつ、駆動開始からの経過時間が予め設定した所定時間になると前記駆動期間を終了とするように、前記電流調整手段に対する制御を設定したことを特徴とするピエゾアクチュエータ駆動回路。
A driving circuit for driving a piezo actuator whose operation state is switched by driving by charging or discharging, a power source, current adjusting means for adjusting a current flowing using the piezo actuator as a supply destination or a supply source, and the piezo actuator In a piezo actuator drive circuit having charge / discharge control means for controlling the current adjusting means at the time of driving,
Current detecting means for detecting a driving current of the piezoelectric actuator;
A target value output means for outputting a target value of the driving current set in advance corresponding to each time point for each time point of the driving period of the piezoelectric actuator;
The charge / discharge control means ends the driving period when the detected value of the driving current becomes the target value at each time point of the driving period and when the elapsed time from the start of driving reaches a predetermined time set in advance. A piezo actuator drive circuit characterized in that control for the current adjusting means is set.
請求項1または2いずれか記載のピエゾアクチュエータ駆動回路において、前記目標値は一定値であるピエゾアクチュエータ駆動回路。   3. The piezo actuator drive circuit according to claim 1, wherein the target value is a constant value. 充電または放電による駆動で作動状態が切り換わるピエゾアクチュエータを駆動対象とする駆動回路であって、電源と、前記ピエゾアクチュエータを供給先または供給元として流れる電流を調整する電流調整手段と、前記ピエゾアクチュエータの駆動時に前記電流調整手段を制御する充放電制御手段とを有するピエゾアクチュエータ駆動回路において、
前記ピエゾアクチュエータの端子間電圧を検出する電圧検出手段と、
前記ピエゾアクチュエータの駆動期間の各時点ごとに、予め前記各時点に対応して設定された前記端子間電圧の目標値を出力する目標値出力手段とを具備せしめ、
前記充放電制御手段は、前記駆動期間の各時点において前記端子間電圧の検出値が前記目標値となるように、かつ、駆動開始からの経過時間が予め設定した所定時間になると前記駆動期間を終了とするように、前記電流調整手段に対する制御を設定したことを特徴とするピエゾアクチュエータ駆動回路。
A driving circuit for driving a piezo actuator whose operation state is switched by driving by charging or discharging, a power source, current adjusting means for adjusting a current flowing using the piezo actuator as a supply destination or a supply source, and the piezo actuator In a piezo actuator drive circuit having charge / discharge control means for controlling the current adjusting means at the time of driving,
Voltage detecting means for detecting a voltage between terminals of the piezoelectric actuator;
A target value output means for outputting a target value of the voltage between the terminals set in advance corresponding to each time point for each time point of the driving period of the piezoelectric actuator;
The charge / discharge control means sets the drive period when the detected value of the inter-terminal voltage becomes the target value at each time point of the drive period and when the elapsed time from the start of the drive reaches a predetermined time. A piezo actuator driving circuit, wherein control for the current adjusting means is set so as to be terminated.
請求項4記載のピエゾアクチュエータ駆動回路において、前記目標値は、駆動開始からの経過時間に対して直線的に変化するピエゾアクチュエータ駆動回路。   5. The piezo actuator drive circuit according to claim 4, wherein the target value changes linearly with respect to an elapsed time from the start of driving. 充電または放電による駆動で作動状態が切り換わるピエゾアクチュエータを駆動対象とする駆動回路であって、電源と、前記ピエゾアクチュエータを供給先または供給元として流れる電流を調整する電流調整手段と、前記ピエゾアクチュエータの駆動時に前記電流調整手段を制御する充放電制御手段とを有するピエゾアクチュエータ駆動回路において、
前記ピエゾアクチュエータの駆動電力を検出するとともに 検出された駆動電力を前記ピエゾアクチュエータの駆動期間の開始から積算することにより駆動エネルギーを検出する駆動エネルギー検出手段と、
前記ピエゾアクチュエータの駆動期間の各時点ごとに、予め前記各時点に対応して設定された前記駆動エネルギーの目標値を出力する目標値出力手段とを具備せしめ、
前記充放電制御手段は、前記駆動期間の各時点において前記駆動エネルギーの検出値が前記目標値となるように、かつ、駆動開始からの経過時間が予め設定した所定時間になると前記駆動期間を終了とするように、前記電流調整手段に対する制御を設定したことを特徴とするピエゾアクチュエータ駆動回路。
A driving circuit for driving a piezo actuator whose operation state is switched by driving by charging or discharging, a power source, current adjusting means for adjusting a current flowing using the piezo actuator as a supply destination or a supply source, and the piezo actuator In a piezo actuator drive circuit having charge / discharge control means for controlling the current adjusting means at the time of driving,
Drive energy detection means for detecting drive energy by detecting drive power of the piezoelectric actuator and integrating the detected drive power from the start of the drive period of the piezoelectric actuator;
A target value output means for outputting a target value of the driving energy set in advance corresponding to each time point for each time point of the driving period of the piezo actuator;
The charge / discharge control means ends the driving period when the detected value of the driving energy becomes the target value at each time point of the driving period and when the elapsed time from the start of driving reaches a predetermined time set in advance. A piezo actuator drive circuit characterized in that control for the current adjusting means is set.
請求項1ないし6いずれか記載のピエゾアクチュエータ駆動回路において、前記電源と前記ピエゾアクチュエータとをインダクタを介して結ぶ第1の通電経路と、前記電源をバイパスし前記インダクタとピエゾアクチュエータとを結ぶ第2の通電経路とを有しており、
前記電流調整手段として、前記第1の通電経路を断接する充電スイッチが設けられており、
前記充放電制御手段は、前記ピエゾアクチュエータの充電駆動時には、前記充電スイッチのオンオフの繰り返しにより、前記充電スイッチのオン期間に漸増する充電電流を前記第1の通電経路に流し、前記充電スイッチのオフ期間にピーク電流で折り返して漸減する充電電流を前記第2の通電経路に流すように設定したピエゾアクチュエータ駆動回路。
7. The piezo actuator driving circuit according to claim 1, wherein a first energization path that connects the power source and the piezo actuator via an inductor, and a second that bypasses the power source and connects the inductor and the piezo actuator. With a current-carrying path of
As the current adjusting means, a charging switch for connecting and disconnecting the first energization path is provided,
The charge / discharge control means causes a charging current that gradually increases during an ON period of the charge switch to flow through the first energization path by repeatedly turning on and off the charge switch when the piezo actuator is charged, and turns off the charge switch. A piezo actuator drive circuit that is set so that a charging current that is gradually reduced by turning back at a peak current in a period flows through the second energization path.
請求項1ないし6いずれか記載のピエゾアクチュエータ駆動回路において、前記電源と前記ピエゾアクチュエータとをインダクタを介して結ぶ第1の通電経路と、前記電源をバイパスし前記インダクタとピエゾアクチュエータとを結ぶ第2の通電経路とを有しており、
前記電流調整手段として、前記第2の通電経路を断接する放電スイッチが設けられており、
前記充放電制御手段は、前記ピエゾアクチュエータの放電駆動時には、前記放電スイッチのオンオフの繰り返しにより、前記放電スイッチのオン期間に漸増する放電電流を前記第2の通電経路に流し、前記放電スイッチのオフ期間にピーク電流で折り返して漸減する放電電流を前記第1の通電経路に流すように設定したピエゾアクチュエータ駆動回路。
7. The piezo actuator drive circuit according to claim 1, wherein a first energization path that connects the power source and the piezo actuator via an inductor, and a second that bypasses the power source and connects the inductor and the piezo actuator. With a current-carrying path of
As the current adjusting means, a discharge switch for connecting and disconnecting the second energization path is provided,
When the piezoelectric actuator is driven to discharge, the charge / discharge control means causes a discharge current that gradually increases during an ON period of the discharge switch to flow through the second energization path by repeating ON / OFF of the discharge switch, thereby turning OFF the discharge switch. A piezo actuator drive circuit which is set so that a discharge current which is gradually reduced by turning back at a peak current in a period flows through the first energization path.
請求項7または8いずれか記載のピエゾアクチュエータ駆動回路において、前記充放電制御手段には、前記目標値を挟む二つの値をしきい値として前記検出値と前記しきい値とを比較してその大小を二値判定する比較手段であって、
前記検出値が大側のしきい値を上回ったときと、前記検出値が小側のしきい値を下回ったときとに判定出力が切り換わるヒシテリシスを有する比較手段を具備せしめ、前記判定出力に基づき、前記検出値が大側のしきい値を上回ったときにスイッチをオフし、前記検出値が小側のしきい値を下回ったときにスイッチをオンするように設定したピエゾアクチュエータ駆動回路。
9. The piezoelectric actuator drive circuit according to claim 7, wherein the charge / discharge control means compares the detected value with the threshold value using two values sandwiching the target value as threshold values. Comparing means for binary judgment of magnitude,
Comparing means having hysteresis that switches the judgment output when the detected value exceeds the large threshold value and when the detected value falls below the small threshold value is provided for the judgment output. And a piezo actuator driving circuit configured to turn off the switch when the detected value exceeds a large threshold value and to turn on the switch when the detected value falls below a small threshold value.
請求項1ないし9いずれか記載のピエゾアクチュエータ駆動回路において、前記電源はバッテリの端子間電圧を出力するものであるピエゾアクチュエータ駆動回路。   10. A piezo actuator drive circuit according to claim 1, wherein the power source outputs a voltage between terminals of the battery.
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