电子设备、控制压电元件驱动频率的驱动装置和方法
专利名称：电子设备、控制压电元件驱动频率的驱动装置和方法
技术领域：
本发明涉及可以改变驱动频率的压电元件驱动装置、具有使用压电元件 的流体泵(fluid pump)的电子设备、以及控制压电元件的驱动频率的方法。
背景技术：
已经提出了优选用于液体喷雾器和各种致动器的压电元件驱动电路(例 如，参考日本专利No. 2618685和No. 3115618)。
在这样的驱动电路中，将用于开关的晶体管连接至变压器的初级绕组， 并且，将压电元件连接至所述变压器的次级绕组。驱动电路通过执行晶体管 的开关4喿作，产生和控制用于压电元件的驱动电压。
作为用于使用压电元件的超声波电机的驱动电路，已经提出了这样的驱 动电路，其具有与压电元件并行谐振的谐振频率，以便即使当在初级侧执行 使用晶体管等的开关时，在次级侧也产生正弦驱动电压(例如，参考日本专利 No. 2976489)。
日本专利No. 2618685、 No. 3115618和No. 2976489公开了这样的技术,
其中在变压器的次级侧形成包括压电元件的谐振电路，并且，在谐振电路
的谐振频率附近驱动压电元件。
由于高效率和低功耗，在谐振频率附近的驱动是优选的。
然而，压电元件(压电振动器)具有取决于温度等而变化的谐振点，例如，
如曰本专利No. 2618685中7>开的，并且A/v而，其通常涉及才艮据温度等的变
化来调节谐振点。
因此，在日本专利No. 2618685和No. 3115618中，执行在变压器的次级 侧的电压和电流的相位比较，以便对应于谐振点的改变而控制驱动频率。
发明内容
然而，使用相位比较的驱动频率控制通常涉及用于相位比较的大的电路 规模，其导致成本的增加。
因此，期望提供这样的压电元件驱动装置，其即使使用小的电路规模， 也能够在谐振频率上、且以实际上足够的准确度，可靠地驱动压电元件。还 期望提供这样的电子设备，其利用压电元件驱动来驱动流体泵。另外，期望 提供用于控制压电元件驱动的频率的方法，即使使用筒单的操作程序，也可 以以实际上足够的准确度执行所述方法。
根据本发明的 一个实施例(第 一 实施例)，提供了用于压电元件的驱动装
置。驱动装置包括变压器，其具有初级侧和次级侧；驱动电路，其^^皮配置 以使得次级侧产生频率根据输入至初级侧的控制信号而变化的驱动信号，并 将产生的驱动信号提供至压电元件；以及控制电路，其被配置以在预定频率 范围中多次改变控制信号的频率，每次改变控制信号的频率时、检测压电元 件的阻抗变化，基于阻抗变化的转变而确定压电元件的谐振频率，并且控制 控制信号的频率，从而获得所确定的谐振频率。
才艮据本发明的另一实施例(第二实施例)，当通过在预定频率范围中多次改 变控制信号的频率而获得的检测值的最大值与最小值之间的差大于或等于预 定参考值时，控制电路可以基于检测值的转变而确定压电元件的谐振频率， 并且，当所述差小于所述参考值时，控制电路可以使检测值无效。
根据本发明的另一实施例(第三实施例)，当所述差大于或等于所述参考 值、并且所述最小值大于或等于预定阔值时，控制电路可以估计获得最小值 的控制信号的频率是谐振频率。
根据本发明的另 一 实施例(第四实施例)，当所述差大于或等于所迷参考 值、并且所述最小值小于所述预定阈值时，控制电路可以通过用直线或近似 曲线连接检测值中的相邻检测值来获得检测值的轨迹。当轨迹与指示阈值的 恒定级别的直线相交的交点的数目是两个时，控制电路可以估计对应于两个 交点的两个频率的平均值是谐振频率，以及，当交点的数目是三个或更多时， 控制电路可以估计对应于相应的三个或更多的交点的三个或更多频率之中的 最低的频率与第二低的频率的平均值是谐振频率。
根据本发明的另一实施例(第五实施例)，当所述差大于或等于所述参考可以估计对应于相应的最小值的频率 中的最低频率是谐振频率。
根据本发明的另 一实施例(第六实施例)，所述控制电路可估计所述控制信 号的频率是所述谐振频率，其中，在所述控制信号的频率上，获得通过在所 述预定频率范围中多次改变所述控制信号的频率而获得的4企测值之中的最小 值。
根据本发明的另一实施例(第七实施例)，当存在多个最小值时，控制电路 可以估计对应于相应最小值的频率中的最小频率是谐振频率。
根据本发明的另 一 实施例(第八实施例)，当通过在预定频率范围中多次改 变控制信号的频率而获得的检测值之中的最小值小于预定阈值时，控制电路 可以通过用直线或近似曲线连接检测值中的相邻检测值来获得检测值的轨 迹。当轨迹与指示阈值的恒定级别的直线相交的交点的数目是两个时，控制 电路可以估计对应于两个交点的两个频率的平均值是谐振频率，以及，当交 点的数目是三个或更多时，控制电路可以估计对应于相应的三个或更多的交 点的三个或更多频率之中的最低的频率与第二低的频率的平均值是谐振频率。
根据本发明的另一实施例(第九实施例)，当使所述检测值无效时，所述控 制电路通过改变所述频率范围来再次检测所述阻抗变化，并且重复频率范围 的改变、以及所述阻抗变化的检测，直到获得检测值为止，其中，所述检测 值的最大值与最小值之间的差大于或等于所述预定参考值。
根据本发明的另一实施例(第十实施例)，可以预定频带，其中频率范围是 可选择的。当改变频率范围以选择包含在频带中的所有频率、并且完成在其 中的阻抗变化的检测时，控制电路可以中止驱动压电元件，并且可以输出异 常警告的指令。
根据本发明的另 一实施例(第十一实施例)，控制电路可以通过在预定频率 范围中多次改变控制信号的频率来确定谐振频率，并且可以在每次经过了预 定时间时重复控制控制信号的频率的操作，从而获得所确定的谐振频率。
根据本发明的另 一 实施例(第十二实施例)，驱动装置可以还包括温度检测 元件，其被配置以检测温度。根据检测的温度，控制电路可以改变用于重复 控制控制信号的频率的操:作的预定时间。
根据本发明的另 一实施例(第十三实施例)，控制电路可以检测驱动信号的电压级别的变化，所述电压级别具有对应于当控制信号的振幅恒定时的压电 元件的阻抗的值。
根据本发明的另一实施例(第十四实施例)，提供了电子设备。所述电子设
备包括泵，其包括具有压电部件的压电元件、具有以压电部件或以与压电 部件一起振动的振动部件覆盖的面的泵室、以及被配置以与泵室相通的吸入 口和排出口，通过吸入口吸入流体，并且通过排出口排出流体；变压器，其 具有初级侧和次级侧，压电元件一皮连4妄至次级侧；驱动电路，其纟皮配置以佳」 得次级侧产生具有根据输入至初级侧的控制信号而变化的频率的驱动信号， 并将产生的驱动信号提供至压电元件；以及控制电路，其被配置以在预定频 率范围中多次改变控制信号的频率，在每次改变控制信号的频率时、检测压 电元件中的阻抗变化，基于阻抗变化的转变而确定压电元件的谐振频率，并 且控制控制信号的频率，从而获得所确定的谐振频率。
根据本发明的另 一 实施例(第十五实施例)，提供了包括下面的步骤的方 法，其用于控制用以驱动包括在谐振电路中的压电元件的驱动信号的频率， 从而驱动信号的频率基本上匹配谐振电路的谐振频率。所述方法包括步骤 在预定频率范围中多次改变驱动信号的频率；每次改变驱动信号的频率时， 检测压电元件中的阻抗变化；基于4全测值的转变而确定谐振频率；以及，确 定驱动信号的频率，从而获得所确定的谐振频率。
#>据本发明的另一实施例(第十六实施例)，在确定谐振频率的步骤中，确 定检测值之中的最大值与最小值之间的差，并且将所述差与预定参考值相比 较，以及，当比较显示所述差大于或等于预定参考值时，可以基于检测值的 转变来确定压电元件的谐振频率，以及，当比较显示所述差小于预定参考值 时，可以使检测值无效。
#^居本发明的另一实施例(第十七实施例)，在确定谐-振频率的步骤中，可 以估计所述驱动信号的频率是所述谐振频率，其中，在所述驱动信号的频率 上，获得通过在所述预定频率范围中多次改变所述驱动信号的频率而获得的 检测值之中的最小值。
根据本发明的另一实施例(第十八实施例)，在确定谐振频率的步骤中，当 通过在预定频率范围中多次改变驱动信号的频率而获得的检测值之中的最小 值小于预定阈值时，可以通过用直线或近似曲线连接检测值中的相邻检测值 来获得检测值的轨迹。当轨迹与指示阈值的恒定级别的直线相交的交点的数目是两个时，可以估计对应于两个交点的两个频率的平均值为谐振频率，以 及，当交点的数目是三个或更多时，可以估计对应于相应的三个或更多的交 点的三个或更多频率之中的最低的频率与第二低的频率的平均值为谐振频率。
根据本发明的另一实施例(第十九实施例)，在驱动信号的频率的变化期 间，可以向连接至变压器的次级侧的压电元件提供驱动信号，并且，可以经 控制信号改变驱动信号的频率，其中，在向变压器的初级侧提供控制信号时， 所述驱动信号的频率和振幅根据控制信号而变化。可以检测驱动信号的电压 级别的变化，所述电压级别具有对应于当控制信号的振幅恒定时的压电元件 的阻抗的值。
利用该驱动装置，当将控制信号输入至变压器的初级侧时，在变压器的 次级侧产生频率根据控制信号而变化的驱动信号。将压电元件连接至变压器 的次级侧，并且，提供包括该压电元件的谐振电路。当谐振电路的谐振频率 与驱动信号的频率基本上互相匹配时，谐振频率高效操作。
因此，控制电路以下面描述的方式控制控制信号的频率，从而可以根据 用于变压器的次级侧的驱动信号而获得谐振频率。
根据本发明，确定预定频率范围，作为用于控制信号的频率的变化范围， 并且，控制电路在所述范围中改变控制信号的频率。例如，要改变的频率间
隔(pitch)是任意的。也可以改变预定频率范围(参考第九实施例)。
每次在上述范围内改变控制信号的频率时，控制电路检测压电元件的阻 抗变化。控制电路基于该阻抗变化而确定压电元件的谐振频率。控制电路随 后控制控制信号的频率，从而获得所确定的谐振频率。
例如，如第十三实施例中所述，可以从驱动信号的电压级别的变化4全测 压电元件的阻抗变化。就是说，当在控制信号的振幅恒定的同时改变频率时， 驱动信号的电压级别变化，并且此变化指示压电元件的阻抗变化。例如，即 使当由控制信号给出的输入功率相同时，驱动电压的电压级别也当压电元件 的阻抗最小时达到其最大值，并且，最大量的驱动电流流过压电元件。因此， 可以基于驱动电压的电压级别来识别压电元件的阻抗最小的点，并且，当阻 抗最小时，在谐振频率的附近驱动压电元件。
以相对于预定频率范围很小的频率间隔来改变控制信号的频率，这使得 检测基本上匹配谐振频率的频率成为可能。然而，取决于频率范围的大小，这会随着根据频率间隔的减小而耗费更多时间。因此，在本发明的第二和后 续实施例中，通过随后的简单方法来估计谐振频率。
在第二实施例中，首先，基于检测值的最大值和最小值之间的差，来确 定所设置的频率范围是否合适。因为在谐振频率附近的检测值的变化是显著 的，所以，当设置包括谐振频率的频率范围时，所述差具有相对较大的值。 因此，将参考值设置为适于检查频率范围是否包括谐振频率的值。当所述差 大于或等于所述参考值时，确定频率范围是合适的，并且，当所述差小于所
述参考值时，确定频率范围是不合适的，并且，佳:检测值无效。
当当前设置的频率范围中的所述差小于所述参考值、且使当前的检测值 无效时，可以再次改变频率范围以检查阻抗变化(参考第九实施例)。在第九实
施例中，重复频率范围的改变、以及阻抗变化的^r测，直到获得多个检测值 为止，其中，所述多个检测值的最大值和最小值之间的差大于或等于预定参考值。
在此情况下，如在第十实施例中，可以确定频带，其中，频率范围是可 选择的。当不再有可选择的频率范围可用时，会发生故障。因此，控制电路 可以中止驱动，并且可以输出异常警告的指令。
在第一频率估计方案中，在其中第二实施例中的频率范围合适/不合适确 定显示出所述差大于或等于所述参考值(即，所述范围是合适的)的情况下(在 第三实施例中)，或者在不涉及第二实施例中的确定的情况下(在第六实施例 中)，估计控制信号的频率为谐振频率，在该控制信号上获得所获得的^r测值 的最小值。当所述最小值大于或等于所述预定阈值时，第三实施例采用所述 方案。
例如，通常，在谐振频率处的检测值小于或等于特定值，并且从而，可 以使用阈值作为这样的粗略指示。即使当由于粗略检测点而造成所有的检测 值大于所述阈值时，也可以估计最小检测值附近的频率接近谐振频率，并且 因此，在第三实施例中，使用所述最小检测值来估计谐振频率。然而，如在 第六实施例中，可以使用所述最小值而不使用所述阈值，来估计谐振频率。
在所述第一频率估计方案中，当具有相同值的多个最小值存在时，可以 估计对应于相应最小值的频率中的最低频率为谐振频率(在第七实施例中)。
当多个最小值存在时，通常不知道谐振频率最接近于所述最小值中的哪 个。所述频率降低得越多，产生控制信号期间所消耗的功率减小得越多，并且，当压电元件的所述驱动频率从谐振点移位时，只要移位量相同，在主要 由压电元件消耗的功率方面，较小的频率就是有利的。即使不知道所讨论的 频率是否最接近谐振频率，至少考虑到当对于谐振频率的移位量是相同的时、 对于较低的频率来说，功耗较低，第七实施例意图选择功耗更可能较低的频 率。
在第二频率估计方案中，在第二实施例中的频率范围合适/不合适确定显 示出所述差大于或等于所述参考值(即，所述范围是合适的)、以及所述最小值 小于所述阈值的情况下(在第四实施例中)，或者在与所述阈值的比较显示出所 述最小值小于所述阈值、而没有第二实施例中的确定的情况下(在第八实施例 中)，根据所述检测值与所述阈值相同的点的数量，如下估计所述谐振频率。
例如，在此情况下，当4全测点是粗略的时，难以确定所述检测值是否与 所述阈值相同。因此，通过用直线或近似曲线连接所述检测值，获得所述检 测值的轨迹。随后，确定所述轨迹与指示所述阈值的恒定级别的直线相交的 交点。当所述检测值的最小值小于所述阈值时，存在两个或更多交点。当交 点的数目是两个时，估计对应于所述两个交点的两个频率的平均值为谐振频 率。此外，当交点的数目是三个或更多时，估计对应于相应的三个或更多的 交点的三个或更多频率之中的最低的频率与第二低的频率的平均值是谐振频 率。选择最低频率侧处的频率的原因类似于第七实施例中的原因。
谐振频率具有随时间偏移的特性，并且从而，在第十一实施例中，每次 预定的时间经过时，执行谐振频率的确定、以及基于所确定的谐振频率的控 制信号的频率控制。
在第十二实施例中，提供了温度检测元件，并且根据温度而改变预定时 间。例如，温度越增加，预定时间越减少，从而可以频繁地执行对应于谐振 频率的频率控制。
根据本发明，有可能提供这样的压电元件驱动装置，其即使使用小的电 路规模，也能够在谐振频率以实际上足够的准确度，可靠地驱动压电元件。 还可以提供这样的电子设备，其利用压电元件驱动来驱动流体泵。另外，可 以提供控制压电元件驱动的频率的方法，即使使用筒单的操作程序，也可以 以实际上足够的准确度执行所述方法。
图1是示出根据本发明的实施例的驱动电路的配置的电路框图； 图2是示出根据本发明的实施例的电磁耦合变压器、驱动电路等的更详 细的配置的电^^图3是图2中所示的电路的操作的波形图； 图4是压电元件的等效电路图5是示出本发明的实施例中的检测电压的频率依赖性的图； 图6是示出根据本发明的实施例的控制压电元件的驱动频率的方法的流 程图7是图示本发明的实施例中的频率范围的图8是图示根据本发明的实施例的在每个频率范围中确定检测值是有效
还是无效的情况的图9是图示根据本发明的实施例的检测谐振频率的方法的图10是图示根据本发明的实施例的检测谐振频率的另 一方法的图11是图示根据本发明的实施例的噪声影响消除方法的图12是示出根据本发明的第三实施例的电子设备的结构、以及压电泵的
提供的截面图13是根据第三实施例的用作空气冷却装置的空气压电泵装置的分解
图14A和14B是示出根据本发明的第三实施例的压电泵的空气通路的截 面图，并且，图14C是其透视图；以及
图15是详细说明根据本发明的第四实施例的气流量模式、记录模式、以 及回放模式的关系的表。
具体实施例方式
下面将参考附图来描述本发明的实施例。 第一实施例
本发明的第 一 实施例针对用于压电元件的驱动装置。
<装置配置>
图1是用于压电元件PZ的驱动装置的框图。
图1中图示的驱动装置1包括电磁耦合变压器2、驱动电路(DRV.)3、 控制器(CONT.)5、温度检测电路(T—DET.)8、以及显示器9。控制器5包括作为控制电路的微计算机等。
在驱动装置1中，电》兹耦合变压器2、驱动电路3和控制器5是驱动压
电元件PZ的主要组件，并且，温度检测电路8和显示器9是可选的。
在图1中，控制器5具有模数转换端口(显示为"ADP"，并且在下文中 称为"AD端口" )5A、以及定时器脉沖单元(TPU)5B,例如，所述定时器脉 冲单元用于控制产生和停止具有预定占空比、并具有预定频率的控制信号 CS。配置定时器脉冲单元5B,使得其可以控制要输出的控制信号CS的占空 比和频率(周期)，并且，还可以根据外部输入至控制器5的指令，或者根据由 控制器5进行的确定，控制该控制信号CS的停止。
图1示出了可以根据从温度检测电路8输入的检测温度来控制该控制信 号CS的停止、以及控制其频率的配置的示例。
定时器脉沖单元5B可以通过^/f牛实现，或者，可以通过由用于控制控制 器5的程序定义的软件实现。
当通过石更件实现定时器脉冲单元5B时，其可以包括例如，二进制加法 计数器(up counter)、比较器或寄存器。当通过软件实现定时器脉冲单元5B时， 控制器5可以通过要由程序执行和控制的基于计算机的IC器件(例如DSP [数 字信号处理器])实现，以便作为定时器脉冲单元5B工作。
电石兹耦合变压器2具有初级绕组Wl和次级绕组W2(下面描述的、以及 图2中所示的)。将压电元件PZ连接至次级绕组W2。驱动电路3根据控制信 号CS而驱动初级绕组Wl，并且向压电元件PZ才是供驱动信号DS。在下文中 也可以称驱动信号DS为"驱动电压Vd"。例如，取决于驱动频率，驱动信 号DS是具有几十kHz赫频率的交流(AC)信号。AC信号驱动压电元件PZ。
在图1所示的配置中，在经AD端口 5A将驱动信号DS转换为^t拟直流 (DC)电压之后，作为数字数据读取转换后的电压级别。
图2是示出电磁耦合变压器2、驱动电路3等的更详细的配置的示例的 电路图。
现在将参考图l和2，描述每个配置。
如图2中所示，电磁耦合变压器2具有磁性部件2A,在初级绕组W1与 次级绕组W2之间提供所述》兹性部件2A,以将初级绕组Wl与次级绕组W2 电磁耦合。磁性部件2A具有l或更高的相对磁导率。设置电磁耦合变压器2 的初级绕组Wl的匝数对次级绕组W2的匝数的比(即，匝数比)为预定值。将驱动电路3连接至电磁耦合变压器2的初级绕组W1，并且，将压电元 件PZ连接至电磁耦合变压器2的次级绕组W2。
图2中图示的驱动电路3是所谓的"双开关驱动电路"。
也就是说，图示的驱动电路3具有两个开关SW1和SW2，每个所述开 关由晶体管等实现。开关SW1和SW2中的每个将操作片切换到两个触点中 的任一个。将开关SW1的操作片连接至电源电压Vcc，并且将开关SW2的 操作片连接至用于电源电压的参考电压，例如，接地电压GND。
开关SW1和SW2的每一个具有连接至初级绕组Wl的一端的第一触点 Pl、以及连接至初级绕组Wl的另一端的第二触点P2，并且在触点Pl与P2 之间以差动方式切换。如图2中所示，当将开关SW1的才喿作片连接至第一触 点Pl以提供电源电压Vcc时，将开关SW2的操作片连接至第二触点P2以 提供接地电压GND。相反，当将开关SW1的操作片切换至第二触点P2以使 得操作进入提供接地电压GND的状态时，几乎同时将开关SW2的操作片的 连接目标转换至第一触点Pl,以提供电源电压Vcc。
当通过晶体管实现这样的双触点开关时，可以用以所谓的H桥配置连接 的四个晶体管来配置驱动电路3。例如，可以通过用差动操作其通和断状态 的两个PMOS晶体管形成开关SW1、以及用差动操作的两个NMOS晶体管 形成开关SW2，来实现H桥配置。
由/人控制器5输出的、并具有预定占空比的控制信号CS控制开关SW1 和SW2。
当控制信号CS的控制脉沖处在高电平时，例如，连接处于如图2中所 示妁状态。因此，仅在控制脉冲处于高电平的短时段中，电流才通过初级绕 组Wl,,人开关SW1流至开关SW2。此电流在下文中称作"正电流I(+)"。 当控制脉冲的电平降低时，关断开关SW1和SW2两者，并且，使得初级绕 组W1进入高阻抗状态。
当输入了下个控制脉冲时，使驱动电路3进入连接状态，其与图2中所 示的状态相反，并且，反转电流流过初级绕组Wl的方向。在此状态中的电 流在下文中被称作"负电流I(-)"。当关断控制^^冲时，关断开关SW1和SW2 两者，并且，使得初级绕组Wl进入高阻抗状态。
重复上述操作，以由此使得正电流1(+)和负电流I(-)分别仅在预定的短时 段中交替地流过初级绕组Wl。此4喿作引起间歇电流驱动，其在正电流1(+)流动的时,殳与负电流I(-)流动的时,殳之间具有无电流流动的时段。
当使用一个控制信号CS来驱动该驱动电路3时，如图2中所示，可以 以驱动电路3中的电3各的形式，提供4吏两个开关SW1和SW2响应于输入脉 冲而交替操作的功能。当以驱动电路3中的电路的形式提供所述功能时，驱 动电路3的规模增加，并且因此，此方法不那么实用。
因此，图1中所示的控制器5中的定时器脉沖单元5B可以产生具有彼此 有180°差异的相位的两个控制信号，以便控制图2中所示的驱动电路3。
在此情况下，驱动电路3使用第一控制信号(在下文中由CS1表示)，以 便经开关SW1和SW2控制正电流1(+)驱动，并且，使用第二控制信号(在下 文中由CS2表示)，以便经开关SW1和SW2控制负电流I(-)驱动。使用此布 置，可以使用简单的电路来配置驱动电路3,并且，如上所述，可以通过正 电流1(+)和负电流I(-)交替且间歇地驱动初级绕组Wl 。
关于由图1中所示的定时器脉沖单元5B产生的控制信号CS,可以用三 值脉冲取代图2中所示的双值脉冲，以便从而驱动该驱动电路3，其中，所 述三值脉冲具有横跨例如接地电压GND电平的中间电压级别交替且间歇地 出现的正脉冲和负脉冲。
在图2中所示的配置的示例中，通过外部附接于压电元件PZ的检测电路 7来实现图1中所示的AD端口 5A的AC-DC转换功能。
此示例中的检测电路7检测驱动电压Vd，其出现在电磁耦合变压器2中 的次级绕组W2处，并且，其被提供到压电元件PZ。
检测电路7可以具有任何电路配置，并且，例如可以通过图2中所示的 筒单的半波整流器电路实现所述检测电路7。
图2中所示的4全测电路7包括三个电阻器R71至R73、 二极管D7和电 容器C7。
将电阻器R71、 二极管D7和电阻器R72的串联电路与次级绕组W2和 压电元件PZ并联连接，并且，将电容器C7和电阻器R73、与电阻器R72并 联连接。从二极管D7的阴极提取输出(检测电位Vdet)。
当二极管D7的阳极电位比其阴极电位高出某个程度时，正向电流流过 二极管D7。因此，在正向电流流过的时段期间，对电容器C7充电，并且， 在输出处出现检测电位Vdet。当阳极与阴极之间的电位差开始减小时，经具 有大电阻的电阻器R73,非常緩慢地对电容器C7放电，从而平滑检测电位Vdet的波形(即，其变为基本上恒定)。贯穿阳极与阴极之间的电位差减小的 时段，继续平滑，以停止二极管D7中的电流的流动，并且，此外，使阳极 和阴极的电位反相，以使二极管D7被反相偏置。接下来，当再次到达阳极 电位比阴极电位高出某种程度的时段时，重新开始对电容器C7的充电。进行 此第二次和后续的充电，以便仅补偿由于紧接在前的平滑期间的放电所导致 的小量的电位下降。
此后，类似地，重复该平滑、以及小量的充电(其足够补偿平滑期间的电 位下降)，从而获得具有接近于DC波形的、具有基本上恒定波形的电压，作 为4企测电位Vdet。 4企测电位Vdet的大小(DC电压的级别)与出现在次级绕组 W2处的驱动电压的振幅成比例。
将如上所述获得的4企测电位Vdet输入至控制器5,并且，在其内部AD 端口 5A处作为数字值读取所述检测电位Vdet。
在图2中图示的检测电路7中，通过电阻器和平滑电路来划分次级绕组 W2的一端与另一端之间的电压，例如，将电容器C7和电阻器R73与电阻器 R72并联连接。然而，可以通过电阻器来划分次级绕组W2的一端与参考电 压(例如，接地电压GND)之间的电压，从而提供与参考电压端的电阻器并联 的平滑电路。此外，当合适时，可以对该电路进行各种修改，例如，提供与 次级绕组W2串联的电阻器、或者连接次级绕组W2与参考电压之间的电阻 哭
如o
由于温度检测电路8是第一实施例中的可选配置，所以，将在使用温度 检测电路8的第二实施例中描述温度检测电路8的细节。
控制器5具有通过控制控制信号CS的频率而控制驱动电压Vd的频率(驱 动频率)的至少第一功能，其中，从电磁耦合变压器2输出所述驱动电压Vd。 此外，作为选项，控制器5可以具有通过控制控制信号CS的占空比而控制 驱动电压Vd的振幅的第二功能，其中，从电磁耦合变压器2输出所述驱动 电压Vd。
下面描述第一功能的细节。
<驱动电压控制>
使用第二功能(驱动电压控制)，当接收到增力口(或减小)用于压电元件PZ 的驱动功率的外部指令时(或者，当基于检测温度等而作出确定时)，控制器5 将控制信号CS的占空比改变对应于由该指令所指定的控制量的量。因为提供了检测电路7，所以，控制器5可以检查出现在电磁耦合变压器2的次级 绕组W2中的驱动电压Vd中是否准确地反映了控制信号CS的改变的占空比 的结果。作为检查的结果，控制器5确定占空比是否被不足地改变或过度地 改变。因此，基于确定的信息，控制器5可以精细地调节控制信号CS的占 空比，以便达到期望的驱动电压Vd。
与下面描述的操作一起，描述基于占空比的驱动电压变化。
<谐振频率变化>
现在将描述用于改变谐振频率的配置。
对于具有由输入控制信号CS定义的预定频率的初级绕组Wl，由控制信 号CS控制的驱动电路3操作，以重复设置通(ON)状态(其中，电流流过电磁 耦合变压器2的初级绕组Wl)、以及断(OFF)状态(其中，无电流流过初级绕 组Wl)。在此情况下，例如，通状态对应于控制脉沖的高电平，以及断状态 对应于控制脉冲的低电平。
现在，定义电磁耦合变压器2的初级侧电流驱动的频率(周期T)为"电流 驱动频率"。没置电流驱动频率，乂人而，理想地，其匹配在电^f兹耦合变压器2 的次级侧形成的谐振电路(包括压电元件PZ)的谐振频率。即使当电流驱动频 率未精确匹配谐振频率时，操作也是可能的。然而，期望的是，施加到压电 元件PZ的电压的波形为正弦波，以使得电流驱动频率匹配谐振频率，以便实 现有效的驱动。
作为用于实现频率匹配的配置，将电抗元件4与电磁耦合变压器2的次 级绕组W2并联连接，如图2中所示。
当重复上述通状态和断状态以间歇地执行电》兹耦合变压器2的初级侧的 电流驱动时，由驱动电路3在初级侧消耗的功率是以短持续时间脉冲电流消 耗的功率的时间平均，并且因此变得相对较小。
一旦向电磁耦合变压器2的初级侧提供脉冲电流，次级侧处的谐振电路 的谐振现象就使得AC电压(驱动电压Vd)被施加到压电元件PZ。如果在此点 维持断状态不变，则AC电压逐渐衰减。此衰减是由由于谐振电路(绕组电路) 中的铜损耗等导致的能量损耗所引起的。在本实施例中，理想地，仅在衰减 施加到电磁耦合变压器2的次级侧处的压电元件PZ的AC电压的正和负峰值 之前的短时段中，才由来自初级侧的下个脉冲电流补充能量，并且，周期性 地重复此操作。然而，可以在衰减施加到压电元件PZ的AC电压至某种程度之后的短时段中，周期性地补充能量。
在本实施例中，不存在从谐振电路至外部的放电通路(例如，GND线)， 并且，实质上，未向外界放电。完全从初级侧以最小量执行对由于谐振频率 中的铜损耗等导致的能量损耗的上述补偿。
上述配置使得有可能实现低功耗的显著有效的操作。
压电元件PZ具有等效电容值，其中，^J夬于其的利用来确定所述等效电 容值。因此，存在这样的情况可能难以通过仅改变由控制器5产生的控制 信号CS的频率(电流驱动频率)来使得电流驱动频率匹配、或变为基本上等于 谐振电路的谐振频率。
为了实现谐振频率附近的驱动，可以将电抗元件4添加至谐振电路，使 得电流驱动频率匹配、或变为等于每个谐振电路的谐振频率。将电抗元件4 包括在在(电流)驱动频率上谐振的谐振电路中，所述电抗元件4与压电元件 PZ的等效电路的电容成分、以及电磁耦合变压器2的电感成分并联。
可以通过将电容器与压电元件PZ并联连接，来将电抗元件4添加至谐振 电路，如图2中所示。作为选择，可以将电感器与压电元件PZ并联或串联连 接。
取决于压电元件PZ的大小或材料、以及由此确定的等效电路常量值，通 过仅将压电元件PZ连接至电磁耦合变压器2的次级侧、而不需要连接电抗元 件4，也可以实现谐振频率附近的驱动。
图3是图2中所示的电路的操作波形图。图4是压电元件PZ的等效电路图。
如图4中所示，可以通过等效电路来表示压电元件PZ,所述等效电路具 有串联连接的电容器Cl、电感Ll和电阻器Rl、以及与它们并联的电容器co。
在此情况下，可以依据压电元件PZ的等效电容成分(主要是Cl)和电抗 元件4的电容C(图2)的总电容、以及压电元件PZ的等效电感成分(L1)和次 级绕组W2的电感的总电感，来确定谐振电路的谐振频率。
在驱动电路3是2相驱动电路的情况下，当从图1中所示的定时器脉冲 单元5B输出的第一控制信号CS1变高、而第二控制信号CS2为低时，将开 关SW1连接至电源电压Vcc，并且，将开关SW2连4妄至接地电压GND。由 此，正电流1(+)流过初级绕组Wl,如图2中所示。当第二控制信号CS2变高、而第一控制信号CS1为低时，具有相反方向 的负电流I(-)流过初级绕组Wl 。
如图3中的波形(A)处所示，通过在比恒定半周期T/2短的时段(由通(+) 指示)中持续的脉冲，来定义其中第一控制信号CS1(显示为第一驱动脉沖信号 DPS1)为高的时段，并且，以恒定周期T重复此脉沖。
如图3中的波形(B)处所示，通过具有与第一控制信号CS1的脉冲的周期 相同的周期T、且具有与所述第一控制信号CS1的180°差异的相位的脉冲 的短持续时间(由通(-)指示)，定义其中第二控制信号CS2(显示为第二驱动脉 沖信号DPS2)为高的时段。所述两个脉沖的持续时间(所谓的"脉宽")可以彼 此不同，但是在此情况下假设它们相同。
在下文中，将第一控制信号CS1的脉冲持续时间称作"正电流驱动时间 或通(+)时间"，并且，将第二控制信号CS2的脉冲持续时间称作"负电流驱 动时间或通(X)时间"。
其中无电流流过初级绕组Wl的断状态的特定时段出现在通(+)时间与通 (-)时间之间、以及此通(-)时间与下个通(+)时间之间。
因为在断状态的时段期间，关断图2中所示的开关SW1和SW2两者， 所以， -使驱动电^各3进入从初级绕组Wl的两个相对端看上去的高阻抗状态。 结果，因为在断状态的时段期间、仅晶体管的截止泄漏电流(off leak current) 的量流过，所以，功耗实质上等于零。
图3中的波形(C)示出了正电流I(+)和负电流I(-)的大小(绝对值|1|)。
当导通该脉冲时，电流开始流动，并且发生饱和。在波形示例(C)中，预 定通(+)时间和通(-)时间，以^更在饱和时关断该月永冲。在不饱和区域，电流值 减小，并且输入功率减小。另一方面，在饱和之后，在搡作方面，脉宽的进 一步增加并不如此有效，以及相反，其仅导致功耗的增加。因此，理想地， 在电流饱和时间的附近设置通(+)时间的最大时间、以及通(-)时间的最大时 间。
关于控制到图2中的接地电压GND的连接的端，定义跨越初级绕组Wl 的相对端的电压，作为控制电源电压Vcc的连接的端的电压(初级侧电压Vi)。 在图3中的波形(D)中示出了所述波形。
当假设晶体管的通状态的电阻可被忽略时，通(+)时间中的初级侧电压 Vi(+)、以及通(-)时间中的初级侧电压Vi(-)两者基本上均具有与电源电压Vcc的值相同的值(例如，大约5V)。通过初级侧4喿作强制对初级绕组Wl i殳置此 间歇的短持续时间电压。另一方面，虽然在断时段释放施加到初级绕组Wl
的初级侧电压强制力，但是，由于次级侧的影响，在初级侧也出现取决于谐 振电路的谐振频率的电压。
由电磁耦合变压器2的匝数比定义初级侧电压Vi的峰值对次级侧电压 (驱动电压Vd)的峰值的比。
在此才喿作中，如上所述，当当前驱动频率(其中重复"i殳置初级侧电压Vi(+) 和Vi(-)的操作的频率)基本上匹配谐振电路的谐振频率时，初级侧电压Vi的 波形基本上是正弦波，如图3中的波形(D)所示。这是优选的，因为可以平滑 且有效地驱动压电元件PZ。
当当前驱动频率与谐l展频率相互不完全地匹配时，在i殳置间歇的初级侧 电压期间，初级侧电压Vi的波形不连续的点出现。然而，因为由初级侧的当 前驱动频率定义才乘作频率，所以，仍可以在恒定频率驱动压电元件PZ。然而， 在此情况下，牺牲了平滑的驱动，并且，还减小了驱动的效率。
当控制器5改变控制信号CS的占空比时，图3中的波形(C)所示的正电 流I(+)和负电流I(-)的振幅(即，电压的绝对值)也根据该占空比而改变，并且， 图3中的波形(E)所示的驱动电压Vd的峰值也相应地改变。
<谐振频率的偏移>
谐振频率可以取决于例如环境温度的因素而偏移。作为谐振频率的偏移 的结果，电磁耦合变压器2的次级侧谐振电路偏移到低消耗功率驱动的操作 点之外，并且，功耗显著增加。此外，获得占空比控制中预期的振幅变得困 难，并且，控制压电元件PZ的精度降低。
图5示出了温度升高的影响。更具体地，图5是示出从检测电路7(或具 有AC-DC转换功能的AD端口 5A)输出的检测电位Vdet的频率依赖性的图。
当从控制器5输出的控制信号CS的频率f在稳定状态下的温度(例如， 25。C的室温)下增加时，电》兹耦合变压器2的输出电压(驱动电压Vd)的时间平 均的振幅通常趋向于增加，并且随后将较大的驱动功率施加到压电元件PZ， 其中，在检测电位Vdet上监测所述输出电压。然而，在低于特定频率fD的 频率区域中，在电磁耦合变压器2的次级侧谐振电路(包括电抗元件4)中，电 容成分变得比电感成分更占主导。结果，根据频率f的增加，驱动电压Vd的 平均振幅(纟全测电位Vdet)也降低。因此，指示检测电位Vdet的频率依赖特性的曲线展现了在频率f0处的 最小值，如图5中所示。此频率fD对应于谐振电路的谐振频率，并且，驱动 装置1在频率fD执行最有效的节电驱动。
然而，随着温度升高，如由图5中的点线所指示的曲线所示，观察到检 测电位Vdet的最小点(高效率点)向较低频率侧偏移的现象。
因此，以恒定频率fO和恒定占空比来设置控制信号CS(在2相驱动的情 况下的第一控制信号CS1和第二控制信号CS2)。因此，在图5中所示的示例 中，当温度在驱动压电元件PZ的期间升高时，驱动电压Vd的平均振幅级别 升高，并且，将过多的驱动功率施加到压电元件PZ。
<频率搜索控制>
针对于处理由于例如温度的影响而导致的这种谐振频率偏移的现象，在 本实施例中执行频率搜索，并且，基于搜索的结果，执行频率搜索控制，以 控制控制信号CS的频率，以便实现在谐振频率附近的驱动。
由使用检测电位Vdet的控制器5执行频率搜索控制。下面描述用于该控 制的一些具体方法。给出用于该控制的程序作为由控制器5执行的程序序列。
本实施例中的频率搜索控制是控制器5对电磁耦合变压器2和驱动电路 3执行的控制。更具体地，频率搜索控制的特征在于在频率范围FR中多次 改变控制信号CS的频率；在每次改变频率时4全测压电元件PZ中的阻抗变化； 基于阻抗变化的转变来确定压电元件PZ的谐振频率fr;以及控制该控制信号 CS的频率，从而获得所确定的谐振频率fr。
图6是示出频率搜索控制的流程图。
除了上述特征的基本控制操作之外，图6中所示的控制包括但不限于 用于将检测值的最大值和最小值之间的差与预定的参考值相比较、以确定频 率范围FR的设置是否是有效的控制操作；用于基于该比较的结果等而改变 频率范围FR的控制操作；以及用于当由于例如在给定频带中没有余下可选 择的频率范围FR的原因而造成频率范围FR不可改变时、发出指示出现异常 的警告的控制操作。
可以任意组合控制操作。例如，可以将可选的控制操作之一添加到上述 基本控制，或者，可以以组合方式添加控制操作中的任何两个所选择的控制操作。
除非另外具体说明，否则均由图1中所示的控制器5执行图6中所示的控制。
在图6中，当开始处理时，在步骤ST1中，执行对于控制信号CS的频 率范围FR和选择频率fi的初始设置。这里，术语"频率范围FR"是指在频 带中具有特定频宽的任意的部分频率区域，例如，如图7中所示。在频率范 围FR中执行图6中所示的处理。术语"选择频率fi"是指频率范围FR中的 不同频率之一，并且例如，其表示通过从较小频率到较大频率(或者反之亦然)
划分频率范围FR而获得的m-l个频率中的每个。该划分可以是或可以不是
均分。当不均分频率范围FR时，优选地，该划分具有规律，例如，向着频
率范围FR的中心减小划分宽度。
在图6中的步骤ST1中，选择频率fl(^l)作为初始值。
在图6中的步骤ST2中，图1中所示的控制器5输出具有设置频率fl(i-l)
的控制信号CS,以便从而驱动驱动电路3。作为响应，用于压电元件PZ的
驱动信号DS根据控制信号CS的频率fl和预定的占空比(具有固定值)而变
化，以便使压电元件PZ振动。
从控制信号变化时直到压电元件PZ的振动达到其稳定状态为止，压电元
件驱动耗费很长时间。因此，压电元件驱动具有图6中的步骤ST3中所示的
预定等待时间。
当在步骤ST3中、经过了预定等待时间时，处理进行至步骤ST4。在步 骤ST4中，控制器5读取步骤ST4中的、压电元件PZ的当前给出的阻抗变 化的检测值(例如，检测电位Vdet)，作为数字值。将读取的检测值暂时存储 在控制器5中的存储器中(例如，寄存器)。
接下来，在步骤ST5中，将变量i与常量m比较，以便确定i二m是否被 满足。因为当前变量i是l(<m)，所以，比较(确定)的结果是"否"。
在此情况下，在步骤ST6中，将变量i递增l，并且处理流程返回到步骤
ST2。
因此，重复步骤ST2至ST6，直到在步骤ST5中满足i二m为止。由于在 图7的情况下、m=9，所以，也重复循环九次。
当在步骤ST5中、i-m被满足时，处理流程进行至步骤ST7。
在步骤ST7中，控制器5基于在上述重复的循环中检测的、并存储在存 储器中的检测值，来确定设置频率范围FR是否合适。
更具体地，控制器5依据存储的检测值确定最大值Vdet(max)和最小值Vdet(min),并且获得它们之间的差△ Vdet,如图8中所示。控制器5随后将 差△ Vdet与预定的参考值Vref比较。当比较的结果显示差△ Vdet大于或等于 参考值Vref时，控制器5假定当前设置的频率范围FR是有效的、且谐振频 率fr存在于频率范围FR中。另一方面，当差AVdet小于参考值Vref时，步 骤ST7中的结果为"否"，并且，处理流程进行至ST8。
在步骤ST8中，关于在预定的频带中是否可以选择另一频率范围FR而 作出确定。此确定对应于一个示例，即关于是否改变频率范围FR以选择 包含在频带中的所有频率、以及是否完成了其中的阻抗变化(例如，检测电位 Vdet)的检测而作出确定。
当步骤ST8中的确定结果是"否，，时，不执行进一步的选择，并且，处 理流程进行至STIO。在此情况下，因为某种异常可能发生，所以，控制器5 执行处理，例如，在图1中所示的显示屏9上显示"异常警告"。更具体地， 控制器5输出指令，用于中止压电元件PZ的驱动、以及向显示器9的图像控 制器发出异常警告。此布置可以向用户通知所述异常。
另一方面，当步骤ST8中的确定结果为"是"时，在步骤ST9中改变频 率范围FR，并且，处理流程回到步骤ST1。
也就是说，重复步骤ST1至ST9，直到在步骤ST7中发现极有可能包含 谐振频率fr的频率范围FR为止，并且处理流程前进至步骤STll，或者，直 到在步骤ST8中确定选择了所有的频率范围FR为止，并且处理流程进行至 用于异常警告的步骤STIO。在警告之后，图6中所示的处理结束。
另一方面，在步骤ST11中，基于从其中差AVdet大于或等于参考值Vref、 以及其中极有可能包含谐振频率fr的频率范围FR而获得的检测结果，控制 器5估计谐振频率fr。
通过下列方法之一或它们的组合，来执行谐振频率fr的估计。
在此方法中，估计对应于图9中所示的最小值Vdet(min)的控制信号CS 的频率为谐振频率fr。
当多个最小值存在时，可以估计其中频率最低、以及在控制信号CS产 生期间消耗的功率较小的最小值为谐振频率fr。
即使控制信号CS的频率相同，占空比的变化也引起谐振频率fr改变。 这是因为，压电元件PZ的阻抗根据占空比的增加而增加。因此，可以使用前述的最小值和占空比来估计谐振频率fr。 [第二估计方法]
在此方法中，例如，如图IO中所示，设置假设谐振频率fr小于或等于的
阈值Vth,估计对应于两个交点的、控制信号cs的频率的平均值为谐振频率 fr,其中，在所述两个交点处，连接检测点的轨迹与指示阈值Vth级别的直线 相交。因此，由与两个交点的距离A和B彼此相等的频率给出由此方法获得 的谐振频率fr。
在图10的示例中，两个检测点存在于最小值附近。当假设最小值为谐振 频率fr时，其稍微不同于真实的谐振频率fr。然而，此方法具有的优势在于， 可以估计较接近于真实值的频率为谐振频率fr,这是因为，从连接^r测点的 轨迹和阈值Vth的交点来估计谐振频率fr。
例如，当谐振电路重复地显示出容性和感性阻抗时，或当除了压电元件 PZ之外的器件的温度特性等复杂地相关时(虽然，未特别示出这种情况)，上 述的第二估计方法中的交点数量可以是三个或更多。在这样的情况下，可以
与检测值的最小值组合，来识别将要获得频率的平均值的所在的两个交点， 或者可以使用两个最外的交点来获得频率的平均值。
然而，通常，谐振频率fr经常出现在最低频率侧。不同于使用在最低频 率侧的频率，还可以选择对应于最低频率的交点处的频率、以及对应于第二 低频率的交点处的频率。这样的方案还允许获得接近于真实的谐振频率的频 率，并且从而没有显著的缺点。在此情况下，因为在更低的频率执行驱动， 所以，还存在的优势在于，至少可以最小化在控制信号CS的产生期间的功 耗。因此，更加理想的是，采用这样的方法取对应于最低频率的交点处的 频率、与对应于第二低频率的交点处的频率的平均值。
在图6中所示的步骤ST4中，期望在每次获得检测值时、关于检测值是 否时有效^r测值而作出确定。
在此方法中，如图11中所示，当检测到一个检测值时，关于检测值是否 在相邻检测值的(例如，紧接在之前的检测中获得的检测值的)窗W内而作出 确定。例如，将窗W设置为具有在相对于检测点P的阻抗(Vdet)变化的正和 负侧的宽度。
例如，因为接着检测点P3而获得的检测点P4不在检测点P3的窗W3内，所以，确定检测点P4是噪声量等较大的异常点，并且从而，从用于估计
的基本数据移除检测点P4。相反，例如，作为正常检测点的检测点P6在检 测点P5的窗W5内，并且从而使用其作为基本数据。
对每个检测的由噪声等导致的异常、以及消除噪声的影响的这种考虑使 得有可能有效地防止噪声导致对谐振频率fr的错误估计。
在本实施例中，可以周期地执行图6中所示的处理。
根据本实施例，与涉及增加用于相位比较的电路大小的方法不同，从压 电元件中的阻抗变化而容易地估计谐振频率是可能的。因此，本发明提供的 优势在于，可以根据例如温度的环境因素的变化而在连续有效的、低功耗操 作点驱动压电元件。
第二实施例
虽然在上述第一实施例中、周期性地执行图6中的处理循环，但是，根 据温度改变第二实施例中的处理循环的周期。因此，第二实施例中的驱动装 置l具有图1中所示的温度检测电路8(具体地，其中包括的温度^r测元件8A)， 作为基本元件。
提供温度检测电路8以跟踪布置压电元件PZ和驱动装置1的位置处的温 度，例如，将它们合并的电子设备内的温度。包括在温度检测电路8中的温 度检测元件8A是具有根据温度而改变的参数的器件。温度检测元件8A的示 例包括温度传感器和热^:电阻器。除了温度^r测元件8A之外，温度检测电 路8包括用于向温度检测元件8A提供功率、以及用于通过对检测的温度、 或对指示依赖温度的参数的变化的信号执行例如放大的预定处理而产生温度 ;险测信号St的电路。
温度检测电路8输出温度检测信号St至控制器5，并且，其中的AD端 口 5A读取4企测电位为数字值。
在本实施例中，例如，控制器5执行控制，以便随着温度增加而以较短 的周期执行处理循环(在图6中示出)。布置还可以为在假定谐振频率fr罕 有变化的温度范围中，几乎停止处理循环的执行，例如，偶尔执行仅一次处 理循环用于;f全查，并且，当温度超过特定温度时，随着温度增加而更频繁地 -执行处理循环。
本实施例提供的优势在于，通过仅当温度变化发生时执行扫频控制，或 者通过增加扫频控制的执行的频率，可以减小不想要的功耗。第三实施例
第三实施例针对泵装置，其是根据上述的第一或第二实施例的驱动电路 的应用的示例。可以将才艮据本发明的第三实施例的泵装置应用到对于空气、 其它气体和例如液体的流体的各种泵装置。下面具体给出对适用于空气冷却 加热的物体(例如，例如IC的电子器件)的空气冷却装置的空气泵装置、在窄 导管中产生恒定气流的装置等的描述。
空气泵装置作为针对移动设备或固定设备中的内部温度的增加的对策系 统是有益的。具体地，因为移动设备的外壳较小，所以，存在不能在其中布 置传统的扇型空气冷却装置的情况。
基于压电元件的空气泵装置(在下文中，简单称作"压电泵")的特征在于， 以小尺寸获得与扇型泵不能达到的水平一样高的排气压力的能力。因此，基 于压电元件的空气泵装置作为针对移动设备中的内在温度的增加的对策系统 是尤其有益的。
最近几年中，随着例如音频视频记录/回放装置等的电子装置的日益提高 的性能，装置的功耗也趋于增加。此外，装置的小型化也导致小外壳中的较 大热量的产生。如果使产生的热不受控制，则内置的精密装置可能引起热失 控等。因为装置的用户也意识到发热，所以，期望最小化发热。
然而，因为通常将电子装置的外壳密封，所以，除非采取技术上的措施， 否则仅可以通过自发的放热来再释放所产生的热。这对于小型化造成技术挑 战。
扇型空气冷却系统经常用于冷却典型的电气设备，但是不适于小尺寸设 备。因此，使用谐振器件(压电部件单元)的排热泵经常用于小尺寸设备。用于 例如笔记本电脑的相对大尺寸设备的排热的压电部件单元、与用于例如半导
它们的谐振频率相对于温度而有所不同地改变。具体地，小尺寸电子设备经
常采用谐振频率易受温度变化的影响的小尺寸压电部件单元。因为对热的敏 感性与物体自身的表面积成比例，所以，布置在小面积中的压电部件单元的
特性还容易受在电子设备中产生的热量影响。也就是说，因为由尺寸的三次 方表示体积，并且，由尺寸的平方表示面积，所以，物体(体积)越小，其相对 地越易受热影响。因此，在小尺寸电子设备中使用的压电部件单元的谐振频 率很有可能变化。此外，对于小尺寸压电部件单元，制造期间的尺寸变化相对较大，并且，随着老化， 一些器件可能具有非一致的谐振频率。
为了处理这样的问题，可以有利地使用本发明的第一或第二实施例中的 扫频控制。
图12示意性地示出了包括压电泵的电子设备的内部配置。
图12中图示的电子设备可以是任何设备，如用于捕捉静止图像或运动图 像的数码相机、游戏机、移动电话、音频/视频(记录器)播放器、计算机、汽 车导航系统或其它多媒体设备。
图12中图示的此电子设备100在其外壳100A中具有一个(或多个)电路 板101。在电路板101上以高密度布置电路组件102、供电控制组件103、其 它IC(集成电路)等。
本实施例中的电子设备100具有集热部分104，其定义屏蔽至某种程度 的空间。集热部分104具有大小、形状、位置和材料，以便允许从包括电路 组件102和供电控制组件103的所有热产生组件的有效集热。
集热部分104具有用于集热的鳍片(fin,未示出)。鳍片由高热导材料制 成，并且被布置为接触或接近组件的发热部分。集热部分104中的空间中的 空气由经其鳍片或外壁采集的热来被加热。
外壳IOOA的外表面具有与集热部分104中的空间相通的吸入口 IOOB和 排出口 IOOC。吸入口 IOOB和排出口 100C的直径可以相对较小，例如，几 毫米。为了确保吸入口 IOOB和排出口 IOOC未完全被手掌或手指覆盖，以特 殊的布置设计它们，例如，将其布置在凹槽中、或相邻于凸起。
在可以有效地从周围空间吸入空气、并且可以有效地向排出口 1OOC释放 空气的位置，将作为泵装置工作的压电泵PZP固定在集热部分104中。
压电泵PZP在其中具有图1中所示的压电元件PZ，并且，被连接至驱动 装置1。可以将驱动装置1布置在电路板101上。还将温度检测电路8的温 度检测元件8A布置在其可以精确地检测由来自各个组件的热的集合所确定 的设备内温度的位置。例如，可以将温度检测元件8A布置在相邻于图12中 的集热部分104中的排出口 100C的位置。
压电泵PZP与电子设备100的上述结构和其中的压电泵PZP的布置相结 合，作为空气传递驱动源工作，其用于在集热部分104中产生气流，并且用 于使得该气流强制释放由例如IC的发热元件产生的热。
图13是压电泵PZP的分解图。图示的压电泵PZP具有作为压电元件PZ工作的压电部件单元31、保 护环32、隔膜(diaphragm)33、第一垫片(spacer)34、中间板35、第二垫片36、 以及顶^反37。
例如，保护环32包含例如不锈的高抗腐蚀坚硬材料，并且具有定义其中 的空间的环形形状。将压电部件单元31放置在保护环32中，并且将压电部 件单元31的非振动部分固定至其。将第一垫片34放置在保护环32上，并将 隔膜33插入其间。
例如，第一垫片34包含例如不锈的高抗腐蚀坚硬材料，并且具有环形形 状，从而其中的空间作为泵室34A。
隔膜33是结合压电部件单元31的压电部件的振动而振动的一种振动部 件。隔膜33还进行提高其与第一垫片34的接触面的密封性的工作。
中间板35在其中心具有小连通口 35A,并且被放置在第一垫片34的上 表面、且安全地附着于第一垫片34的上表面，从而，它们之间的接触面变得 高度密封。因此，泵室34A仅通过连通口 35A与电子设备100的外界相通。 因此，当压电部件单元31的压电部件振动、以引起隔膜33的上下移动时， 重复泵室34A的内部体积的增加和减少，以便从而使得空气高速通过连通口 35A而进出。
此外，第二垫片36是由例如不锈的高抗腐蚀坚硬材料制成。将第二垫片 36和顶板37安全地附着于中间板35,从而它们的接触面变得非常密封。
第二垫片36可以在其中具有空间(例如，四个通道)以提供用于吸入来自 例如四侧的空气的通路。四个通道中的每个的一端基本上是闭合的，并且， 具有用于吸入口的小开口。顶板37在其中心具有用于空气排出口 37A的开 口。根据此布置，在第二垫片36的中心部分提供与排出口 37A和连通口 35A 相通的文丘里喷嘴(venturi nozzle)部分36A。
图14A和14B是示意性的截面图，其各自示出了压电泵PZP中的空气通 路。更具体地，图14A示出了吸入期间的空气通路，以及图14B示出了排出 期间的空气通路。
当压电部件单元31緩慢地上下移动隔膜33时，通过吸入而增加了泵室 34A的体积，以便使得空气通过图14A中所示的通路进入。通过排出而减小 泵室34A的体积，并且，如图14B中所示，通过连通口 35A和文丘里喷嘴部 分36A从排出口 37A，以高速率排出了泵室34A中的空气。高速率的吸入和排出的重复操作(以20 kHz或更高的频率)产生要从排出 口37A释放的、具有基本上恒定的压力的连续气流。在此高速率操作中，排 出口 37A其自身作为排出口，而不是作为如图14A中的空气吸入口。因此， 通过在第二垫片36处形成的四个吸入通路(图13中示出的)的空间、以及小孔 (吸入口)，吸入空气，其中，在每个吸入通路的一端提供所述小孔的每一个。
图14C是示出优选用作冷却装置的压电泵PZP、并且还示出操作期间的 空气通3各的外部4见图。
可以^使用压电泵PZP，作为具有平面图上大约20x20毫米的大小和大约 1毫米的厚度的小尺寸空气冷却装置。可以使用图2中图示的、以及与第一 实施例结合在上面描述的驱动电路1，用于压电泵PZP。在这样的情况下， 当以20Vp-p和20kHz执行驱动时，对于从排出口 37A释放的连续气流的静 态压力，获得一个到几个帕斯卡(Pa)。
可以代替图1中所示的压电元件PZ而^^用具有上述结构、并且如上所述 操作的压电泵PZP,并且，可以由驱动装置1驱动所述压电泵PZP。
在此情况下，执行参考图6的、以及与第一实施例结合在上面描述的扫 频控制，或者根据温度而改变第二实施例中的扫频控制的周期。
具体地，当所使用的设备的状态取决于环境而变化时，压电泵PZP的负 载也变动。因此，当驱动频率被预先固定时，谐振频率偏移，并且，不仅产 生有效功率，还产生无效功率。结果，压电振动元件的气流产生效率下降， 并且，压电泵PZP还发热。
由于环境温度导致的频率特性变化作为环境变动因素是显著的，并且， 校正变化并执行控制以便以最高的效率恒定地实现最优操作频率对于节电是 有效地。
上述布置可以实现具有根据简单的驱动装置配置的低功耗、同时有效地 防止发热的电子设备。简单的配置还有助于电子设备的功耗的减小。
然而，对于小尺寸电子设备，气流噪声可能成为问题。
更具体地，因为在排出口附近形成相当复杂的气流，所以，优选地，适 当地控制气流量，以便减小从排出口输出的气流噪声。
第四实施例
因此，根据本发明的第四实施例，例如，如图15中所示，关于记录冲莫式 和回放模式，可以确定具有固定气流量的操作、或具有取决于温度的气流量的控制的操作的组合，并且可以设置所述组合为气流量模式1至4。从记录
模式、回放模式、散热、功耗等的观点，控制器5执行综合控制，用于在气
流量模式之间适当地转换，以便从而允许设备麦克风有效地拾取来自排出口 的气流噪声、装置的谐振音等。
接下来，将给出对可以任意地与上述第一至第三实施例组合的修改的描述。
第一修改
可以从压电元件PZ获得除了检测电位Vdet之外的、根据压电元件PZ 中的阻抗变化而变化的参数。 第二修改
在第一实施例中，在频带中设置频率范围FR，并且，在其中改变所述频 率范围FR,以确定谐振频率fr。
然而，例如，在即使当温度等改变直至由规范等定义的保证的温度范围 的界限时、谐振频率fr的变化也相对较小的特殊情形下，可以将频率范围FR 固定在包括谐振频率fr的范围中，从而仅搜索频率范围FR—次。也就是说， 可以删除图6中所示的步骤ST8和ST9，从而，当步骤ST7中的确定的结果 是"否"时，在步骤STIO中发出警告。
第三修改
虽然在图6中所示的控制中通过顺次选择频率范围FR中的频率而获得 检测值，但是，可通过随机频率选择获得多个检测值。还可以如此布置起 初，顺次获得检测值，这样，缩窄谐振频率fr很有可能存在的范围，随后， 顺次或随机地获得更具体的检测值。
当在图6中所示的步骤ST7中的确定中连续获得结果"否"时，或者， 当步骤ST8中的确定的结果是"否"时，例如，可以以例如减小的频率间隔 从一开始重新启动图6中的处理，而不是直接进行至用于发出警告的步骤 STIO。
其它修改
还可以将图2中所示的电抗元件4与电》兹耦合变压器2的初级绕组Wl 并联连接。
可以才艮据电抗元件4的耐压失见范和电抗值，确定电抗单元4将,皮连接至 电》兹耦合变压器2的初级侧和次级侧中的哪个。驱动电路3可以被配置有 一个晶体管(和用于防止逆流的二极管)，来代 替双开关配置(每个开关在两个触点之间转换)；或者，用四个晶体管实现双开 关配置的H桥配置。根据使用一个晶体管的配置，因为不执行2相信号驱动， 所以，效率较低，但是，存在的优势在于可以简化驱动电路3。
可以通过根据预定规则周期性地停止控制脉冲，来改变频率。可以使用 控制器5来实现停止控制，或者作为选择，可以通过添加停止控制电路至图 1等中所示的驱动装置1来实现。
当在驱动电路3正在执行开关操作的同时、在特定的时段中停止输入控 制脉冲至驱动电路3时，停止通过由电-兹耦合变压器2的初级侧执行的间歇 电流驱动来补偿由于谐振电路(绕组电路)中的铜损耗等导致的能量损失的操 作。因此，输入电压随着停止操作的时段的增加而减小。因此，压电元件PZ 的振动能量也减小。也就是说，当执行停止控制时，可以通过停止压电元件 PZ的操作(与振动能量或平均振动振幅相关联)，来调节压电元件PZ的操作。
当将图2中所示的驱动电路3配置为具有H桥配置时，组合两个PMOS 晶体管和两个NMOS晶体管以实现桥接。这样的电路不一定必须是其中将分 立的电子组件布置在电路板上的电路，并且，可以以某种类型的IC来形成这 样的电路。
因为流过电磁耦合变压器2的初级绕组Wl的电流是几十毫安量级的， 所以，不必须增加电磁耦合变压器2的绕组的线直径。同样，因为绕组芯的 磁通量密度不高，所以，减小该芯的横截面是可能的。
近年来，片型绕组也是可用的，其中，通过电镀或汽相沉积(vapor deposition)而在薄膜上形成绕组线型；并且，可以堆积这样的片型绕组以形成 较小的多绕组变压器。这样的方法可以实现较小的多绕组变压器。
上述实施例可以实现适于便携式设备的、小尺寸和低功耗压电元件驱动 装置。
虽然已经在第三实施例中描述了将根据本发明的实施例的驱动电路施加 到适于空气冷却的空气压电泵PZP装置的示例，但是，本发明不限于空气冷 却。例如，本发明还可以适用于这样的压电泵PZP装置，其向通道中的液体 冷却介质(例如，水)提供特定的流量。本发明还可以被应用于用于通过振动图 像捕获装置等来除尘的除尘装置、或者产生振动的另一致动器。
根据本发明的实施例的压电元件驱动装置还适用于提供在例如液晶显示装置的显示装置的屏幕的触摸传感器上点击的感觉的装置。此外，因为将电 磁耦合变压器2的次级绕组电路的数目增加至两个使得同时提供反相驱动输 出与同相驱动输出而不增加驱动电路3的数目成为可能，所以，根据本发明 的实施例的驱动电路还适用于执行反相驱动的压电电机。
本领域的技术人员应当理解，当各种修改、组合、子组合和变更在所附 权利要求或其等价物的范围内时，所述各种修改、组合、子组合和变更可以 取决于设计需求而发生。
权利要求
1. 一种用于压电元件的驱动装置，包括变压器，其具有初级侧和次级侧；驱动电路，其被配置以使得所述次级侧产生频率根据输入至所述初级侧的控制信号而变化的驱动信号，并将所产生的驱动信号提供至所述压电元件；以及控制电路，其被配置以在预定频率范围中多次改变所述控制信号的频率，在每次改变所述控制信号的频率时，检测所述压电元件的阻抗变化，基于该阻抗变化的转变而确定所述压电元件的谐振频率，并且，控制所述控制信号的频率，以获得所确定的谐振频率。
2. 根据权利要求1所述的驱动装置，其中，当通过在所述预定频率范围 中多次改变所述控制信号的频率而获得的检测值的最大值与最小值之间的差 大于或等于预定参考值时，所述控制电路基于所述检测值的转变而确定所述 压电元件的谐振频率，并且，当所述差小于所述参考值时，所述控制电路使 所述检测值无效。
3. 根据权利要求2所述的驱动装置，其中，当所述差大于或等于所述参 考值、并且所述最小值大于或等于预定阈值时，所述控制电路估计获得所述 最小值的所述控制信号的频率是所述谐振频率。
4. 根据权利要求3所述的驱动装置，其中，当所述差大于或等于所述参 考值、并且所述最小值小于所述预定阈值时，所迷控制电路通过用直线或近其中，当所述轨迹与指示所述阈值的恒定级别的直线相交的交点的数目 是两个时，所述控制电路估计对应于两个交点的两个频率的平均值是所述谐 振频率，以及，当交点的数目是三个或更多时，所述控制电路估计对应于所 述相应的三个或更多交点的三个或更多频率之中的最低的频率与第二低的频 率的平均值是所述谐振频率。
5. 根据权利要求3所述的驱动装置，其中，当所述差大于或等于所述参 考值、并且所述最小值包括多个最小值时，所述控制电路估计对应于所述相 应的最小值的频率中的最低频率是所述谐振频率。
6. 根据权利要求1所述的驱动装置，其中，所述控制电路估计所述控制信号的频率是所述谐振频率，其中，在所述控制信号的频率上，获得通过在 所述预定频率范围中多次改变所述控制信号的频率而获得的4全测值之中的最 小值。
7. 根据权利要求6所述的驱动装置，其中，当所述最小值包括多个最小 值时，所述控制电路估计与相应最小值相对应的频率中的最小频率是所述谐 振频率。
8. 根据权利要求1所述的驱动装置，其中，当通过在所述预定频率范围 中多次改变所述控制信号的频率而获得的检测值之中的最小值小于预定阈值 时，所述控制电路通过用直线或近似曲线连接所述检测值中的相邻检测值， 来获得所述检测值的轨迹，以及其中，当所述轨迹与指示所述阈值的恒定级别的直线相交的交点的数目 是两个时，所述控制电路估计对应于两个交点的两个频率的平均值是所述谐 振频率，并且，当交点的数目是三个或更多时，所述控制电路估计与相应的 三个或更多交点相对应的三个或更多频率之中的最低的频率与第二低的频率 的平均值是所述谐振频率。
9. 根据权利要求2所述的驱动装置，其中，当使所述检测值无效时，所 述控制电路通过改变所述频率范围来再次^r测所述阻抗变化，并且重复频率 范围的改变、以及所述阻抗变化的检测，直到获得检测值为止，其中，所述 检测值的最大值与最小值之间的差大于或等于所述预定参考值。
10. 根据权利要求9所述的驱动装置，其中，预定频带，在所述频带中， 所述频率范围是可选择的，以及当改变所述频率范围以选择包含在所述频带中的所有频率、并且完成其 中的阻抗变化的检测时，所述控制电路中止驱动所述压电元件，并且输出异 常警告的指令。
11. 根据权利要求1所述的驱动装置，其中，所述控制电路通过在所述 预定频率范围中多次改变所述控制信号的频率来确定所述谐振频率，并且， 在每次经过了预定时间时、重复控制所述控制信号的频率的操作，以获得所 确定的谐振频率。
12. 根据权利要求11所迷的驱动装置，还包括温度检测元件，其被配置 以才全测温度，以及根据所检测的温度，所述控制电路改变用于重复控制所述控制信号的频率的操作的预定时间。
13. 根据权利要求1所述的驱动装置，其中，所述控制电路检测所述驱 动信号的电压级别的变化，所述电压级别具有与当所述控制信号的振幅恒定 时的所述压电元件的阻抗相对应的值。
14. 一种电子设备，包括 泵，其包括压电元件，其具有压电部件，泵室，其具有被覆盖有所述压电部件、或以与所述压电部件一起振 动的振动部件的面，以及吸入口和排出口，其净皮配置以与所述泵室相通，其中，通过所述吸 入口吸入流体，并且通过所述排出口排出所述流体； 变压器，其具有初级侧和次级侧，所述压电元件被连接至所述次级侧； 驱动电路，其被配置以使得所述次级侧产生具有根据输入至所述初级侧 的控制信号而变化的频率的驱动信号，并将所产生的驱动信号提供至所述压 电元ff;以及控制电路，其被配置以在预定频率范围中多次改变所述控制信号的频率， 在每次改变所述控制信号的频率时、检测所述压电元件中的阻抗变化，基于 所迷阻抗变化的转变而确定所述压电元件的谐振频率，并且控制所述控制信 号的频率，从而获得所确定的谐振频率。
15. —种方法，用于控制用以驱动包括在谐振电路中的压电元件的驱动 信号的频率，使得所述驱动信号的频率基本上匹配所述谐振电路的谐振频率， 所述方法包括步骤在预定频率范围中多次改变所述驱动信号的频率； 在每次改变所述驱动信号的频率时，；险测所述压电元件中的阻抗变化； 基于检测值的转变而确定所述谐振频率；以及 确定所述驱动信号的频率，以获得所确定的谐振频率。
16. 根据权利要求15所述的方法，其中，在确定所迷谐振频率的步骤中， 确定所述检测值之中的最大值与最小值之间的差，并且将所述差与预定参考 值相比举交，以及当所述比较显示所述差大于或等于所述预定参考值时，基于所述检测值 的转变来确定所述压电元件的谐振频率，并且，当所述比较显示所述差小于所述预定参考值时，使所述检测值无效。
17. 根据权利要求15所述的方法，其中，在确定所述谐振频率的步骤中， 估计所述驱动信号的频率是所述谐振频率，其中，在所述驱动信号的频率上， 获得通过在所述预定频率范围中多次改变所述驱动信号的频率而获得的检测 值之中的最小值。
18. 根据权利要求15所述的方法，其中，在所述确定谐振频率的步骤中， 当通过在所述预定频率范围中多次改变所述驱动信号的频率而获得的所述枱r 测值之中的最小值小于预定阈值时，通过用直线或近似曲线连接所述检测值 中的相邻检测值，来获得所述检测值的轨迹，以及其中，当所述轨迹与指示所述阈值的恒定级别的直线相交的交点的数目 是两个时，估计对应于两个交点的两个频率的平均值为所述谐振频率，并且， 当交点的数目是三个或更多时，估计对应于相应的三个或更多交点的三个或 更多频率之中的最低的频率与第二低的频率的平均值为所述谐振频率。
19. 根据权利要求15所述的方法，其中，在所述驱动信号的频率变化的 期间，向连接至所述变压器的次级侧的所述压电元件提供所述驱动信号，并 且，经由控制信号改变所述驱动信号的频率，其中，当向变压器的初级侧提 供所述控制信号时，所述驱动信号的频率和振幅根据所述控制信号而变化； 以及检测所述驱动信号的电压级别的变化，所述电压级别具有与当所述控制 信号的振幅恒定时的所述压电元件的阻抗相对应的值。
全文摘要
本发明公开了一种电子设备、控制压电元件驱动频率的驱动装置和方法。一种用于压电元件的驱动装置，包括变压器、驱动电路以及控制电路。变压器具有初级侧和次级侧。驱动电路使得次级侧产生频率根据输入至初级侧的控制信号而变化的驱动信号，并且使得所述次级侧向压电元件提供产生的驱动信号。控制电路在预定频率范围中多次改变控制信号的频率，每次改变控制信号的频率时、检测压电元件中的阻抗变化，基于阻抗变化的转变而确定压电元件的谐振频率，并且控制控制信号的频率，从而获得所确定的谐振频率。
文档编号H02N2/06GK101546966SQ20091012984
公开日2009年9月30日 申请日期2009年3月26日 优先权日2008年3月26日
发明者大泽孝夫 申请人:索尼株式会社
技术领域：
本发明涉及可以改变驱动频率的压电元件驱动装置、具有使用压电元件 的流体泵(fluid pump)的电子设备、以及控制压电元件的驱动频率的方法。
背景技术：
已经提出了优选用于液体喷雾器和各种致动器的压电元件驱动电路(例 如，参考日本专利No. 2618685和No. 3115618)。
在这样的驱动电路中，将用于开关的晶体管连接至变压器的初级绕组， 并且，将压电元件连接至所述变压器的次级绕组。驱动电路通过执行晶体管 的开关4喿作，产生和控制用于压电元件的驱动电压。
作为用于使用压电元件的超声波电机的驱动电路，已经提出了这样的驱 动电路，其具有与压电元件并行谐振的谐振频率，以便即使当在初级侧执行 使用晶体管等的开关时，在次级侧也产生正弦驱动电压(例如，参考日本专利 No. 2976489)。
日本专利No. 2618685、 No. 3115618和No. 2976489公开了这样的技术,
其中在变压器的次级侧形成包括压电元件的谐振电路，并且，在谐振电路
的谐振频率附近驱动压电元件。
由于高效率和低功耗，在谐振频率附近的驱动是优选的。
然而，压电元件(压电振动器)具有取决于温度等而变化的谐振点，例如，
如曰本专利No. 2618685中7>开的，并且A/v而，其通常涉及才艮据温度等的变
化来调节谐振点。
因此，在日本专利No. 2618685和No. 3115618中，执行在变压器的次级 侧的电压和电流的相位比较，以便对应于谐振点的改变而控制驱动频率。
发明内容
然而，使用相位比较的驱动频率控制通常涉及用于相位比较的大的电路 规模，其导致成本的增加。
因此，期望提供这样的压电元件驱动装置，其即使使用小的电路规模， 也能够在谐振频率上、且以实际上足够的准确度，可靠地驱动压电元件。还 期望提供这样的电子设备，其利用压电元件驱动来驱动流体泵。另外，期望 提供用于控制压电元件驱动的频率的方法，即使使用筒单的操作程序，也可 以以实际上足够的准确度执行所述方法。
根据本发明的 一个实施例(第 一 实施例)，提供了用于压电元件的驱动装
置。驱动装置包括变压器，其具有初级侧和次级侧；驱动电路，其^^皮配置 以使得次级侧产生频率根据输入至初级侧的控制信号而变化的驱动信号，并 将产生的驱动信号提供至压电元件；以及控制电路，其被配置以在预定频率 范围中多次改变控制信号的频率，每次改变控制信号的频率时、检测压电元 件的阻抗变化，基于阻抗变化的转变而确定压电元件的谐振频率，并且控制 控制信号的频率，从而获得所确定的谐振频率。
才艮据本发明的另一实施例(第二实施例)，当通过在预定频率范围中多次改 变控制信号的频率而获得的检测值的最大值与最小值之间的差大于或等于预 定参考值时，控制电路可以基于检测值的转变而确定压电元件的谐振频率， 并且，当所述差小于所述参考值时，控制电路可以使检测值无效。
根据本发明的另一实施例(第三实施例)，当所述差大于或等于所述参考 值、并且所述最小值大于或等于预定阔值时，控制电路可以估计获得最小值 的控制信号的频率是谐振频率。
根据本发明的另 一 实施例(第四实施例)，当所述差大于或等于所迷参考 值、并且所述最小值小于所述预定阈值时，控制电路可以通过用直线或近似 曲线连接检测值中的相邻检测值来获得检测值的轨迹。当轨迹与指示阈值的 恒定级别的直线相交的交点的数目是两个时，控制电路可以估计对应于两个 交点的两个频率的平均值是谐振频率，以及，当交点的数目是三个或更多时， 控制电路可以估计对应于相应的三个或更多的交点的三个或更多频率之中的 最低的频率与第二低的频率的平均值是谐振频率。
根据本发明的另一实施例(第五实施例)，当所述差大于或等于所述参考可以估计对应于相应的最小值的频率 中的最低频率是谐振频率。
根据本发明的另 一实施例(第六实施例)，所述控制电路可估计所述控制信 号的频率是所述谐振频率，其中，在所述控制信号的频率上，获得通过在所 述预定频率范围中多次改变所述控制信号的频率而获得的4企测值之中的最小 值。
根据本发明的另一实施例(第七实施例)，当存在多个最小值时，控制电路 可以估计对应于相应最小值的频率中的最小频率是谐振频率。
根据本发明的另 一 实施例(第八实施例)，当通过在预定频率范围中多次改 变控制信号的频率而获得的检测值之中的最小值小于预定阈值时，控制电路 可以通过用直线或近似曲线连接检测值中的相邻检测值来获得检测值的轨 迹。当轨迹与指示阈值的恒定级别的直线相交的交点的数目是两个时，控制 电路可以估计对应于两个交点的两个频率的平均值是谐振频率，以及，当交 点的数目是三个或更多时，控制电路可以估计对应于相应的三个或更多的交 点的三个或更多频率之中的最低的频率与第二低的频率的平均值是谐振频率。
根据本发明的另一实施例(第九实施例)，当使所述检测值无效时，所述控 制电路通过改变所述频率范围来再次检测所述阻抗变化，并且重复频率范围 的改变、以及所述阻抗变化的检测，直到获得检测值为止，其中，所述检测 值的最大值与最小值之间的差大于或等于所述预定参考值。
根据本发明的另一实施例(第十实施例)，可以预定频带，其中频率范围是 可选择的。当改变频率范围以选择包含在频带中的所有频率、并且完成在其 中的阻抗变化的检测时，控制电路可以中止驱动压电元件，并且可以输出异 常警告的指令。
根据本发明的另 一实施例(第十一实施例)，控制电路可以通过在预定频率 范围中多次改变控制信号的频率来确定谐振频率，并且可以在每次经过了预 定时间时重复控制控制信号的频率的操作，从而获得所确定的谐振频率。
根据本发明的另 一 实施例(第十二实施例)，驱动装置可以还包括温度检测 元件，其被配置以检测温度。根据检测的温度，控制电路可以改变用于重复 控制控制信号的频率的操:作的预定时间。
根据本发明的另 一实施例(第十三实施例)，控制电路可以检测驱动信号的电压级别的变化，所述电压级别具有对应于当控制信号的振幅恒定时的压电 元件的阻抗的值。
根据本发明的另一实施例(第十四实施例)，提供了电子设备。所述电子设
备包括泵，其包括具有压电部件的压电元件、具有以压电部件或以与压电 部件一起振动的振动部件覆盖的面的泵室、以及被配置以与泵室相通的吸入 口和排出口，通过吸入口吸入流体，并且通过排出口排出流体；变压器，其 具有初级侧和次级侧，压电元件一皮连4妄至次级侧；驱动电路，其纟皮配置以佳」 得次级侧产生具有根据输入至初级侧的控制信号而变化的频率的驱动信号， 并将产生的驱动信号提供至压电元件；以及控制电路，其被配置以在预定频 率范围中多次改变控制信号的频率，在每次改变控制信号的频率时、检测压 电元件中的阻抗变化，基于阻抗变化的转变而确定压电元件的谐振频率，并 且控制控制信号的频率，从而获得所确定的谐振频率。
根据本发明的另 一 实施例(第十五实施例)，提供了包括下面的步骤的方 法，其用于控制用以驱动包括在谐振电路中的压电元件的驱动信号的频率， 从而驱动信号的频率基本上匹配谐振电路的谐振频率。所述方法包括步骤 在预定频率范围中多次改变驱动信号的频率；每次改变驱动信号的频率时， 检测压电元件中的阻抗变化；基于4全测值的转变而确定谐振频率；以及，确 定驱动信号的频率，从而获得所确定的谐振频率。
#>据本发明的另一实施例(第十六实施例)，在确定谐振频率的步骤中，确 定检测值之中的最大值与最小值之间的差，并且将所述差与预定参考值相比 较，以及，当比较显示所述差大于或等于预定参考值时，可以基于检测值的 转变来确定压电元件的谐振频率，以及，当比较显示所述差小于预定参考值 时，可以使检测值无效。
#^居本发明的另一实施例(第十七实施例)，在确定谐-振频率的步骤中，可 以估计所述驱动信号的频率是所述谐振频率，其中，在所述驱动信号的频率 上，获得通过在所述预定频率范围中多次改变所述驱动信号的频率而获得的 检测值之中的最小值。
根据本发明的另一实施例(第十八实施例)，在确定谐振频率的步骤中，当 通过在预定频率范围中多次改变驱动信号的频率而获得的检测值之中的最小 值小于预定阈值时，可以通过用直线或近似曲线连接检测值中的相邻检测值 来获得检测值的轨迹。当轨迹与指示阈值的恒定级别的直线相交的交点的数目是两个时，可以估计对应于两个交点的两个频率的平均值为谐振频率，以 及，当交点的数目是三个或更多时，可以估计对应于相应的三个或更多的交 点的三个或更多频率之中的最低的频率与第二低的频率的平均值为谐振频率。
根据本发明的另一实施例(第十九实施例)，在驱动信号的频率的变化期 间，可以向连接至变压器的次级侧的压电元件提供驱动信号，并且，可以经 控制信号改变驱动信号的频率，其中，在向变压器的初级侧提供控制信号时， 所述驱动信号的频率和振幅根据控制信号而变化。可以检测驱动信号的电压 级别的变化，所述电压级别具有对应于当控制信号的振幅恒定时的压电元件 的阻抗的值。
利用该驱动装置，当将控制信号输入至变压器的初级侧时，在变压器的 次级侧产生频率根据控制信号而变化的驱动信号。将压电元件连接至变压器 的次级侧，并且，提供包括该压电元件的谐振电路。当谐振电路的谐振频率 与驱动信号的频率基本上互相匹配时，谐振频率高效操作。
因此，控制电路以下面描述的方式控制控制信号的频率，从而可以根据 用于变压器的次级侧的驱动信号而获得谐振频率。
根据本发明，确定预定频率范围，作为用于控制信号的频率的变化范围， 并且，控制电路在所述范围中改变控制信号的频率。例如，要改变的频率间
隔(pitch)是任意的。也可以改变预定频率范围(参考第九实施例)。
每次在上述范围内改变控制信号的频率时，控制电路检测压电元件的阻 抗变化。控制电路基于该阻抗变化而确定压电元件的谐振频率。控制电路随 后控制控制信号的频率，从而获得所确定的谐振频率。
例如，如第十三实施例中所述，可以从驱动信号的电压级别的变化4全测 压电元件的阻抗变化。就是说，当在控制信号的振幅恒定的同时改变频率时， 驱动信号的电压级别变化，并且此变化指示压电元件的阻抗变化。例如，即 使当由控制信号给出的输入功率相同时，驱动电压的电压级别也当压电元件 的阻抗最小时达到其最大值，并且，最大量的驱动电流流过压电元件。因此， 可以基于驱动电压的电压级别来识别压电元件的阻抗最小的点，并且，当阻 抗最小时，在谐振频率的附近驱动压电元件。
以相对于预定频率范围很小的频率间隔来改变控制信号的频率，这使得 检测基本上匹配谐振频率的频率成为可能。然而，取决于频率范围的大小，这会随着根据频率间隔的减小而耗费更多时间。因此，在本发明的第二和后 续实施例中，通过随后的简单方法来估计谐振频率。
在第二实施例中，首先，基于检测值的最大值和最小值之间的差，来确 定所设置的频率范围是否合适。因为在谐振频率附近的检测值的变化是显著 的，所以，当设置包括谐振频率的频率范围时，所述差具有相对较大的值。 因此，将参考值设置为适于检查频率范围是否包括谐振频率的值。当所述差 大于或等于所述参考值时，确定频率范围是合适的，并且，当所述差小于所
述参考值时，确定频率范围是不合适的，并且，佳:检测值无效。
当当前设置的频率范围中的所述差小于所述参考值、且使当前的检测值 无效时，可以再次改变频率范围以检查阻抗变化(参考第九实施例)。在第九实
施例中，重复频率范围的改变、以及阻抗变化的^r测，直到获得多个检测值 为止，其中，所述多个检测值的最大值和最小值之间的差大于或等于预定参考值。
在此情况下，如在第十实施例中，可以确定频带，其中，频率范围是可 选择的。当不再有可选择的频率范围可用时，会发生故障。因此，控制电路 可以中止驱动，并且可以输出异常警告的指令。
在第一频率估计方案中，在其中第二实施例中的频率范围合适/不合适确 定显示出所述差大于或等于所述参考值(即，所述范围是合适的)的情况下(在 第三实施例中)，或者在不涉及第二实施例中的确定的情况下(在第六实施例 中)，估计控制信号的频率为谐振频率，在该控制信号上获得所获得的^r测值 的最小值。当所述最小值大于或等于所述预定阈值时，第三实施例采用所述 方案。
例如，通常，在谐振频率处的检测值小于或等于特定值，并且从而，可 以使用阈值作为这样的粗略指示。即使当由于粗略检测点而造成所有的检测 值大于所述阈值时，也可以估计最小检测值附近的频率接近谐振频率，并且 因此，在第三实施例中，使用所述最小检测值来估计谐振频率。然而，如在 第六实施例中，可以使用所述最小值而不使用所述阈值，来估计谐振频率。
在所述第一频率估计方案中，当具有相同值的多个最小值存在时，可以 估计对应于相应最小值的频率中的最低频率为谐振频率(在第七实施例中)。
当多个最小值存在时，通常不知道谐振频率最接近于所述最小值中的哪 个。所述频率降低得越多，产生控制信号期间所消耗的功率减小得越多，并且，当压电元件的所述驱动频率从谐振点移位时，只要移位量相同，在主要 由压电元件消耗的功率方面，较小的频率就是有利的。即使不知道所讨论的 频率是否最接近谐振频率，至少考虑到当对于谐振频率的移位量是相同的时、 对于较低的频率来说，功耗较低，第七实施例意图选择功耗更可能较低的频 率。
在第二频率估计方案中，在第二实施例中的频率范围合适/不合适确定显 示出所述差大于或等于所述参考值(即，所述范围是合适的)、以及所述最小值 小于所述阈值的情况下(在第四实施例中)，或者在与所述阈值的比较显示出所 述最小值小于所述阈值、而没有第二实施例中的确定的情况下(在第八实施例 中)，根据所述检测值与所述阈值相同的点的数量，如下估计所述谐振频率。
例如，在此情况下，当4全测点是粗略的时，难以确定所述检测值是否与 所述阈值相同。因此，通过用直线或近似曲线连接所述检测值，获得所述检 测值的轨迹。随后，确定所述轨迹与指示所述阈值的恒定级别的直线相交的 交点。当所述检测值的最小值小于所述阈值时，存在两个或更多交点。当交 点的数目是两个时，估计对应于所述两个交点的两个频率的平均值为谐振频 率。此外，当交点的数目是三个或更多时，估计对应于相应的三个或更多的 交点的三个或更多频率之中的最低的频率与第二低的频率的平均值是谐振频 率。选择最低频率侧处的频率的原因类似于第七实施例中的原因。
谐振频率具有随时间偏移的特性，并且从而，在第十一实施例中，每次 预定的时间经过时，执行谐振频率的确定、以及基于所确定的谐振频率的控 制信号的频率控制。
在第十二实施例中，提供了温度检测元件，并且根据温度而改变预定时 间。例如，温度越增加，预定时间越减少，从而可以频繁地执行对应于谐振 频率的频率控制。
根据本发明，有可能提供这样的压电元件驱动装置，其即使使用小的电 路规模，也能够在谐振频率以实际上足够的准确度，可靠地驱动压电元件。 还可以提供这样的电子设备，其利用压电元件驱动来驱动流体泵。另外，可 以提供控制压电元件驱动的频率的方法，即使使用筒单的操作程序，也可以 以实际上足够的准确度执行所述方法。
图1是示出根据本发明的实施例的驱动电路的配置的电路框图； 图2是示出根据本发明的实施例的电磁耦合变压器、驱动电路等的更详 细的配置的电^^图3是图2中所示的电路的操作的波形图； 图4是压电元件的等效电路图5是示出本发明的实施例中的检测电压的频率依赖性的图； 图6是示出根据本发明的实施例的控制压电元件的驱动频率的方法的流 程图7是图示本发明的实施例中的频率范围的图8是图示根据本发明的实施例的在每个频率范围中确定检测值是有效
还是无效的情况的图9是图示根据本发明的实施例的检测谐振频率的方法的图10是图示根据本发明的实施例的检测谐振频率的另 一方法的图11是图示根据本发明的实施例的噪声影响消除方法的图12是示出根据本发明的第三实施例的电子设备的结构、以及压电泵的
提供的截面图13是根据第三实施例的用作空气冷却装置的空气压电泵装置的分解
图14A和14B是示出根据本发明的第三实施例的压电泵的空气通路的截 面图，并且，图14C是其透视图；以及
图15是详细说明根据本发明的第四实施例的气流量模式、记录模式、以 及回放模式的关系的表。
具体实施例方式
下面将参考附图来描述本发明的实施例。 第一实施例
本发明的第 一 实施例针对用于压电元件的驱动装置。
<装置配置>
图1是用于压电元件PZ的驱动装置的框图。
图1中图示的驱动装置1包括电磁耦合变压器2、驱动电路(DRV.)3、 控制器(CONT.)5、温度检测电路(T—DET.)8、以及显示器9。控制器5包括作为控制电路的微计算机等。
在驱动装置1中，电》兹耦合变压器2、驱动电路3和控制器5是驱动压
电元件PZ的主要组件，并且，温度检测电路8和显示器9是可选的。
在图1中，控制器5具有模数转换端口(显示为"ADP"，并且在下文中 称为"AD端口" )5A、以及定时器脉沖单元(TPU)5B,例如，所述定时器脉 冲单元用于控制产生和停止具有预定占空比、并具有预定频率的控制信号 CS。配置定时器脉冲单元5B,使得其可以控制要输出的控制信号CS的占空 比和频率(周期)，并且，还可以根据外部输入至控制器5的指令，或者根据由 控制器5进行的确定，控制该控制信号CS的停止。
图1示出了可以根据从温度检测电路8输入的检测温度来控制该控制信 号CS的停止、以及控制其频率的配置的示例。
定时器脉沖单元5B可以通过^/f牛实现，或者，可以通过由用于控制控制 器5的程序定义的软件实现。
当通过石更件实现定时器脉冲单元5B时，其可以包括例如，二进制加法 计数器(up counter)、比较器或寄存器。当通过软件实现定时器脉冲单元5B时， 控制器5可以通过要由程序执行和控制的基于计算机的IC器件(例如DSP [数 字信号处理器])实现，以便作为定时器脉冲单元5B工作。
电石兹耦合变压器2具有初级绕组Wl和次级绕组W2(下面描述的、以及 图2中所示的)。将压电元件PZ连接至次级绕组W2。驱动电路3根据控制信 号CS而驱动初级绕组Wl，并且向压电元件PZ才是供驱动信号DS。在下文中 也可以称驱动信号DS为"驱动电压Vd"。例如，取决于驱动频率，驱动信 号DS是具有几十kHz赫频率的交流(AC)信号。AC信号驱动压电元件PZ。
在图1所示的配置中，在经AD端口 5A将驱动信号DS转换为^t拟直流 (DC)电压之后，作为数字数据读取转换后的电压级别。
图2是示出电磁耦合变压器2、驱动电路3等的更详细的配置的示例的 电路图。
现在将参考图l和2，描述每个配置。
如图2中所示，电磁耦合变压器2具有磁性部件2A,在初级绕组W1与 次级绕组W2之间提供所述》兹性部件2A,以将初级绕组Wl与次级绕组W2 电磁耦合。磁性部件2A具有l或更高的相对磁导率。设置电磁耦合变压器2 的初级绕组Wl的匝数对次级绕组W2的匝数的比(即，匝数比)为预定值。将驱动电路3连接至电磁耦合变压器2的初级绕组W1，并且，将压电元 件PZ连接至电磁耦合变压器2的次级绕组W2。
图2中图示的驱动电路3是所谓的"双开关驱动电路"。
也就是说，图示的驱动电路3具有两个开关SW1和SW2，每个所述开 关由晶体管等实现。开关SW1和SW2中的每个将操作片切换到两个触点中 的任一个。将开关SW1的操作片连接至电源电压Vcc，并且将开关SW2的 操作片连接至用于电源电压的参考电压，例如，接地电压GND。
开关SW1和SW2的每一个具有连接至初级绕组Wl的一端的第一触点 Pl、以及连接至初级绕组Wl的另一端的第二触点P2，并且在触点Pl与P2 之间以差动方式切换。如图2中所示，当将开关SW1的才喿作片连接至第一触 点Pl以提供电源电压Vcc时，将开关SW2的操作片连接至第二触点P2以 提供接地电压GND。相反，当将开关SW1的操作片切换至第二触点P2以使 得操作进入提供接地电压GND的状态时，几乎同时将开关SW2的操作片的 连接目标转换至第一触点Pl,以提供电源电压Vcc。
当通过晶体管实现这样的双触点开关时，可以用以所谓的H桥配置连接 的四个晶体管来配置驱动电路3。例如，可以通过用差动操作其通和断状态 的两个PMOS晶体管形成开关SW1、以及用差动操作的两个NMOS晶体管 形成开关SW2，来实现H桥配置。
由/人控制器5输出的、并具有预定占空比的控制信号CS控制开关SW1 和SW2。
当控制信号CS的控制脉沖处在高电平时，例如，连接处于如图2中所 示妁状态。因此，仅在控制脉冲处于高电平的短时段中，电流才通过初级绕 组Wl,,人开关SW1流至开关SW2。此电流在下文中称作"正电流I(+)"。 当控制脉冲的电平降低时，关断开关SW1和SW2两者，并且，使得初级绕 组W1进入高阻抗状态。
当输入了下个控制脉冲时，使驱动电路3进入连接状态，其与图2中所 示的状态相反，并且，反转电流流过初级绕组Wl的方向。在此状态中的电 流在下文中被称作"负电流I(-)"。当关断控制^^冲时，关断开关SW1和SW2 两者，并且，使得初级绕组Wl进入高阻抗状态。
重复上述操作，以由此使得正电流1(+)和负电流I(-)分别仅在预定的短时 段中交替地流过初级绕组Wl。此4喿作引起间歇电流驱动，其在正电流1(+)流动的时,殳与负电流I(-)流动的时,殳之间具有无电流流动的时段。
当使用一个控制信号CS来驱动该驱动电路3时，如图2中所示，可以 以驱动电路3中的电3各的形式，提供4吏两个开关SW1和SW2响应于输入脉 冲而交替操作的功能。当以驱动电路3中的电路的形式提供所述功能时，驱 动电路3的规模增加，并且因此，此方法不那么实用。
因此，图1中所示的控制器5中的定时器脉沖单元5B可以产生具有彼此 有180°差异的相位的两个控制信号，以便控制图2中所示的驱动电路3。
在此情况下，驱动电路3使用第一控制信号(在下文中由CS1表示)，以 便经开关SW1和SW2控制正电流1(+)驱动，并且，使用第二控制信号(在下 文中由CS2表示)，以便经开关SW1和SW2控制负电流I(-)驱动。使用此布 置，可以使用简单的电路来配置驱动电路3,并且，如上所述，可以通过正 电流1(+)和负电流I(-)交替且间歇地驱动初级绕组Wl 。
关于由图1中所示的定时器脉沖单元5B产生的控制信号CS,可以用三 值脉冲取代图2中所示的双值脉冲，以便从而驱动该驱动电路3，其中，所 述三值脉冲具有横跨例如接地电压GND电平的中间电压级别交替且间歇地 出现的正脉冲和负脉冲。
在图2中所示的配置的示例中，通过外部附接于压电元件PZ的检测电路 7来实现图1中所示的AD端口 5A的AC-DC转换功能。
此示例中的检测电路7检测驱动电压Vd，其出现在电磁耦合变压器2中 的次级绕组W2处，并且，其被提供到压电元件PZ。
检测电路7可以具有任何电路配置，并且，例如可以通过图2中所示的 筒单的半波整流器电路实现所述检测电路7。
图2中所示的4全测电路7包括三个电阻器R71至R73、 二极管D7和电 容器C7。
将电阻器R71、 二极管D7和电阻器R72的串联电路与次级绕组W2和 压电元件PZ并联连接，并且，将电容器C7和电阻器R73、与电阻器R72并 联连接。从二极管D7的阴极提取输出(检测电位Vdet)。
当二极管D7的阳极电位比其阴极电位高出某个程度时，正向电流流过 二极管D7。因此，在正向电流流过的时段期间，对电容器C7充电，并且， 在输出处出现检测电位Vdet。当阳极与阴极之间的电位差开始减小时，经具 有大电阻的电阻器R73,非常緩慢地对电容器C7放电，从而平滑检测电位Vdet的波形(即，其变为基本上恒定)。贯穿阳极与阴极之间的电位差减小的 时段，继续平滑，以停止二极管D7中的电流的流动，并且，此外，使阳极 和阴极的电位反相，以使二极管D7被反相偏置。接下来，当再次到达阳极 电位比阴极电位高出某种程度的时段时，重新开始对电容器C7的充电。进行 此第二次和后续的充电，以便仅补偿由于紧接在前的平滑期间的放电所导致 的小量的电位下降。
此后，类似地，重复该平滑、以及小量的充电(其足够补偿平滑期间的电 位下降)，从而获得具有接近于DC波形的、具有基本上恒定波形的电压，作 为4企测电位Vdet。 4企测电位Vdet的大小(DC电压的级别)与出现在次级绕组 W2处的驱动电压的振幅成比例。
将如上所述获得的4企测电位Vdet输入至控制器5,并且，在其内部AD 端口 5A处作为数字值读取所述检测电位Vdet。
在图2中图示的检测电路7中，通过电阻器和平滑电路来划分次级绕组 W2的一端与另一端之间的电压，例如，将电容器C7和电阻器R73与电阻器 R72并联连接。然而，可以通过电阻器来划分次级绕组W2的一端与参考电 压(例如，接地电压GND)之间的电压，从而提供与参考电压端的电阻器并联 的平滑电路。此外，当合适时，可以对该电路进行各种修改，例如，提供与 次级绕组W2串联的电阻器、或者连接次级绕组W2与参考电压之间的电阻 哭
如o
由于温度检测电路8是第一实施例中的可选配置，所以，将在使用温度 检测电路8的第二实施例中描述温度检测电路8的细节。
控制器5具有通过控制控制信号CS的频率而控制驱动电压Vd的频率(驱 动频率)的至少第一功能，其中，从电磁耦合变压器2输出所述驱动电压Vd。 此外，作为选项，控制器5可以具有通过控制控制信号CS的占空比而控制 驱动电压Vd的振幅的第二功能，其中，从电磁耦合变压器2输出所述驱动 电压Vd。
下面描述第一功能的细节。
<驱动电压控制>
使用第二功能(驱动电压控制)，当接收到增力口(或减小)用于压电元件PZ 的驱动功率的外部指令时(或者，当基于检测温度等而作出确定时)，控制器5 将控制信号CS的占空比改变对应于由该指令所指定的控制量的量。因为提供了检测电路7，所以，控制器5可以检查出现在电磁耦合变压器2的次级 绕组W2中的驱动电压Vd中是否准确地反映了控制信号CS的改变的占空比 的结果。作为检查的结果，控制器5确定占空比是否被不足地改变或过度地 改变。因此，基于确定的信息，控制器5可以精细地调节控制信号CS的占 空比，以便达到期望的驱动电压Vd。
与下面描述的操作一起，描述基于占空比的驱动电压变化。
<谐振频率变化>
现在将描述用于改变谐振频率的配置。
对于具有由输入控制信号CS定义的预定频率的初级绕组Wl，由控制信 号CS控制的驱动电路3操作，以重复设置通(ON)状态(其中，电流流过电磁 耦合变压器2的初级绕组Wl)、以及断(OFF)状态(其中，无电流流过初级绕 组Wl)。在此情况下，例如，通状态对应于控制脉沖的高电平，以及断状态 对应于控制脉冲的低电平。
现在，定义电磁耦合变压器2的初级侧电流驱动的频率(周期T)为"电流 驱动频率"。没置电流驱动频率，乂人而，理想地，其匹配在电^f兹耦合变压器2 的次级侧形成的谐振电路(包括压电元件PZ)的谐振频率。即使当电流驱动频 率未精确匹配谐振频率时，操作也是可能的。然而，期望的是，施加到压电 元件PZ的电压的波形为正弦波，以使得电流驱动频率匹配谐振频率，以便实 现有效的驱动。
作为用于实现频率匹配的配置，将电抗元件4与电磁耦合变压器2的次 级绕组W2并联连接，如图2中所示。
当重复上述通状态和断状态以间歇地执行电》兹耦合变压器2的初级侧的 电流驱动时，由驱动电路3在初级侧消耗的功率是以短持续时间脉冲电流消 耗的功率的时间平均，并且因此变得相对较小。
一旦向电磁耦合变压器2的初级侧提供脉冲电流，次级侧处的谐振电路 的谐振现象就使得AC电压(驱动电压Vd)被施加到压电元件PZ。如果在此点 维持断状态不变，则AC电压逐渐衰减。此衰减是由由于谐振电路(绕组电路) 中的铜损耗等导致的能量损耗所引起的。在本实施例中，理想地，仅在衰减 施加到电磁耦合变压器2的次级侧处的压电元件PZ的AC电压的正和负峰值 之前的短时段中，才由来自初级侧的下个脉冲电流补充能量，并且，周期性 地重复此操作。然而，可以在衰减施加到压电元件PZ的AC电压至某种程度之后的短时段中，周期性地补充能量。
在本实施例中，不存在从谐振电路至外部的放电通路(例如，GND线)， 并且，实质上，未向外界放电。完全从初级侧以最小量执行对由于谐振频率 中的铜损耗等导致的能量损耗的上述补偿。
上述配置使得有可能实现低功耗的显著有效的操作。
压电元件PZ具有等效电容值，其中，^J夬于其的利用来确定所述等效电 容值。因此，存在这样的情况可能难以通过仅改变由控制器5产生的控制 信号CS的频率(电流驱动频率)来使得电流驱动频率匹配、或变为基本上等于 谐振电路的谐振频率。
为了实现谐振频率附近的驱动，可以将电抗元件4添加至谐振电路，使 得电流驱动频率匹配、或变为等于每个谐振电路的谐振频率。将电抗元件4 包括在在(电流)驱动频率上谐振的谐振电路中，所述电抗元件4与压电元件 PZ的等效电路的电容成分、以及电磁耦合变压器2的电感成分并联。
可以通过将电容器与压电元件PZ并联连接，来将电抗元件4添加至谐振 电路，如图2中所示。作为选择，可以将电感器与压电元件PZ并联或串联连 接。
取决于压电元件PZ的大小或材料、以及由此确定的等效电路常量值，通 过仅将压电元件PZ连接至电磁耦合变压器2的次级侧、而不需要连接电抗元 件4，也可以实现谐振频率附近的驱动。
图3是图2中所示的电路的操作波形图。图4是压电元件PZ的等效电路图。
如图4中所示，可以通过等效电路来表示压电元件PZ,所述等效电路具 有串联连接的电容器Cl、电感Ll和电阻器Rl、以及与它们并联的电容器co。
在此情况下，可以依据压电元件PZ的等效电容成分(主要是Cl)和电抗 元件4的电容C(图2)的总电容、以及压电元件PZ的等效电感成分(L1)和次 级绕组W2的电感的总电感，来确定谐振电路的谐振频率。
在驱动电路3是2相驱动电路的情况下，当从图1中所示的定时器脉冲 单元5B输出的第一控制信号CS1变高、而第二控制信号CS2为低时，将开 关SW1连接至电源电压Vcc，并且，将开关SW2连4妄至接地电压GND。由 此，正电流1(+)流过初级绕组Wl,如图2中所示。当第二控制信号CS2变高、而第一控制信号CS1为低时，具有相反方向 的负电流I(-)流过初级绕组Wl 。
如图3中的波形(A)处所示，通过在比恒定半周期T/2短的时段(由通(+) 指示)中持续的脉冲，来定义其中第一控制信号CS1(显示为第一驱动脉沖信号 DPS1)为高的时段，并且，以恒定周期T重复此脉沖。
如图3中的波形(B)处所示，通过具有与第一控制信号CS1的脉冲的周期 相同的周期T、且具有与所述第一控制信号CS1的180°差异的相位的脉冲 的短持续时间(由通(-)指示)，定义其中第二控制信号CS2(显示为第二驱动脉 沖信号DPS2)为高的时段。所述两个脉沖的持续时间(所谓的"脉宽")可以彼 此不同，但是在此情况下假设它们相同。
在下文中，将第一控制信号CS1的脉冲持续时间称作"正电流驱动时间 或通(+)时间"，并且，将第二控制信号CS2的脉冲持续时间称作"负电流驱 动时间或通(X)时间"。
其中无电流流过初级绕组Wl的断状态的特定时段出现在通(+)时间与通 (-)时间之间、以及此通(-)时间与下个通(+)时间之间。
因为在断状态的时段期间，关断图2中所示的开关SW1和SW2两者， 所以， -使驱动电^各3进入从初级绕组Wl的两个相对端看上去的高阻抗状态。 结果，因为在断状态的时段期间、仅晶体管的截止泄漏电流(off leak current) 的量流过，所以，功耗实质上等于零。
图3中的波形(C)示出了正电流I(+)和负电流I(-)的大小(绝对值|1|)。
当导通该脉冲时，电流开始流动，并且发生饱和。在波形示例(C)中，预 定通(+)时间和通(-)时间，以^更在饱和时关断该月永冲。在不饱和区域，电流值 减小，并且输入功率减小。另一方面，在饱和之后，在搡作方面，脉宽的进 一步增加并不如此有效，以及相反，其仅导致功耗的增加。因此，理想地， 在电流饱和时间的附近设置通(+)时间的最大时间、以及通(-)时间的最大时 间。
关于控制到图2中的接地电压GND的连接的端，定义跨越初级绕组Wl 的相对端的电压，作为控制电源电压Vcc的连接的端的电压(初级侧电压Vi)。 在图3中的波形(D)中示出了所述波形。
当假设晶体管的通状态的电阻可被忽略时，通(+)时间中的初级侧电压 Vi(+)、以及通(-)时间中的初级侧电压Vi(-)两者基本上均具有与电源电压Vcc的值相同的值(例如，大约5V)。通过初级侧4喿作强制对初级绕组Wl i殳置此 间歇的短持续时间电压。另一方面，虽然在断时段释放施加到初级绕组Wl
的初级侧电压强制力，但是，由于次级侧的影响，在初级侧也出现取决于谐 振电路的谐振频率的电压。
由电磁耦合变压器2的匝数比定义初级侧电压Vi的峰值对次级侧电压 (驱动电压Vd)的峰值的比。
在此才喿作中，如上所述，当当前驱动频率(其中重复"i殳置初级侧电压Vi(+) 和Vi(-)的操作的频率)基本上匹配谐振电路的谐振频率时，初级侧电压Vi的 波形基本上是正弦波，如图3中的波形(D)所示。这是优选的，因为可以平滑 且有效地驱动压电元件PZ。
当当前驱动频率与谐l展频率相互不完全地匹配时，在i殳置间歇的初级侧 电压期间，初级侧电压Vi的波形不连续的点出现。然而，因为由初级侧的当 前驱动频率定义才乘作频率，所以，仍可以在恒定频率驱动压电元件PZ。然而， 在此情况下，牺牲了平滑的驱动，并且，还减小了驱动的效率。
当控制器5改变控制信号CS的占空比时，图3中的波形(C)所示的正电 流I(+)和负电流I(-)的振幅(即，电压的绝对值)也根据该占空比而改变，并且， 图3中的波形(E)所示的驱动电压Vd的峰值也相应地改变。
<谐振频率的偏移>
谐振频率可以取决于例如环境温度的因素而偏移。作为谐振频率的偏移 的结果，电磁耦合变压器2的次级侧谐振电路偏移到低消耗功率驱动的操作 点之外，并且，功耗显著增加。此外，获得占空比控制中预期的振幅变得困 难，并且，控制压电元件PZ的精度降低。
图5示出了温度升高的影响。更具体地，图5是示出从检测电路7(或具 有AC-DC转换功能的AD端口 5A)输出的检测电位Vdet的频率依赖性的图。
当从控制器5输出的控制信号CS的频率f在稳定状态下的温度(例如， 25。C的室温)下增加时，电》兹耦合变压器2的输出电压(驱动电压Vd)的时间平 均的振幅通常趋向于增加，并且随后将较大的驱动功率施加到压电元件PZ， 其中，在检测电位Vdet上监测所述输出电压。然而，在低于特定频率fD的 频率区域中，在电磁耦合变压器2的次级侧谐振电路(包括电抗元件4)中，电 容成分变得比电感成分更占主导。结果，根据频率f的增加，驱动电压Vd的 平均振幅(纟全测电位Vdet)也降低。因此，指示检测电位Vdet的频率依赖特性的曲线展现了在频率f0处的 最小值，如图5中所示。此频率fD对应于谐振电路的谐振频率，并且，驱动 装置1在频率fD执行最有效的节电驱动。
然而，随着温度升高，如由图5中的点线所指示的曲线所示，观察到检 测电位Vdet的最小点(高效率点)向较低频率侧偏移的现象。
因此，以恒定频率fO和恒定占空比来设置控制信号CS(在2相驱动的情 况下的第一控制信号CS1和第二控制信号CS2)。因此，在图5中所示的示例 中，当温度在驱动压电元件PZ的期间升高时，驱动电压Vd的平均振幅级别 升高，并且，将过多的驱动功率施加到压电元件PZ。
<频率搜索控制>
针对于处理由于例如温度的影响而导致的这种谐振频率偏移的现象，在 本实施例中执行频率搜索，并且，基于搜索的结果，执行频率搜索控制，以 控制控制信号CS的频率，以便实现在谐振频率附近的驱动。
由使用检测电位Vdet的控制器5执行频率搜索控制。下面描述用于该控 制的一些具体方法。给出用于该控制的程序作为由控制器5执行的程序序列。
本实施例中的频率搜索控制是控制器5对电磁耦合变压器2和驱动电路 3执行的控制。更具体地，频率搜索控制的特征在于在频率范围FR中多次 改变控制信号CS的频率；在每次改变频率时4全测压电元件PZ中的阻抗变化； 基于阻抗变化的转变来确定压电元件PZ的谐振频率fr;以及控制该控制信号 CS的频率，从而获得所确定的谐振频率fr。
图6是示出频率搜索控制的流程图。
除了上述特征的基本控制操作之外，图6中所示的控制包括但不限于 用于将检测值的最大值和最小值之间的差与预定的参考值相比较、以确定频 率范围FR的设置是否是有效的控制操作；用于基于该比较的结果等而改变 频率范围FR的控制操作；以及用于当由于例如在给定频带中没有余下可选 择的频率范围FR的原因而造成频率范围FR不可改变时、发出指示出现异常 的警告的控制操作。
可以任意组合控制操作。例如，可以将可选的控制操作之一添加到上述 基本控制，或者，可以以组合方式添加控制操作中的任何两个所选择的控制操作。
除非另外具体说明，否则均由图1中所示的控制器5执行图6中所示的控制。
在图6中，当开始处理时，在步骤ST1中，执行对于控制信号CS的频 率范围FR和选择频率fi的初始设置。这里，术语"频率范围FR"是指在频 带中具有特定频宽的任意的部分频率区域，例如，如图7中所示。在频率范 围FR中执行图6中所示的处理。术语"选择频率fi"是指频率范围FR中的 不同频率之一，并且例如，其表示通过从较小频率到较大频率(或者反之亦然)
划分频率范围FR而获得的m-l个频率中的每个。该划分可以是或可以不是
均分。当不均分频率范围FR时，优选地，该划分具有规律，例如，向着频
率范围FR的中心减小划分宽度。
在图6中的步骤ST1中，选择频率fl(^l)作为初始值。
在图6中的步骤ST2中，图1中所示的控制器5输出具有设置频率fl(i-l)
的控制信号CS,以便从而驱动驱动电路3。作为响应，用于压电元件PZ的
驱动信号DS根据控制信号CS的频率fl和预定的占空比(具有固定值)而变
化，以便使压电元件PZ振动。
从控制信号变化时直到压电元件PZ的振动达到其稳定状态为止，压电元
件驱动耗费很长时间。因此，压电元件驱动具有图6中的步骤ST3中所示的
预定等待时间。
当在步骤ST3中、经过了预定等待时间时，处理进行至步骤ST4。在步 骤ST4中，控制器5读取步骤ST4中的、压电元件PZ的当前给出的阻抗变 化的检测值(例如，检测电位Vdet)，作为数字值。将读取的检测值暂时存储 在控制器5中的存储器中(例如，寄存器)。
接下来，在步骤ST5中，将变量i与常量m比较，以便确定i二m是否被 满足。因为当前变量i是l(<m)，所以，比较(确定)的结果是"否"。
在此情况下，在步骤ST6中，将变量i递增l，并且处理流程返回到步骤
ST2。
因此，重复步骤ST2至ST6，直到在步骤ST5中满足i二m为止。由于在 图7的情况下、m=9，所以，也重复循环九次。
当在步骤ST5中、i-m被满足时，处理流程进行至步骤ST7。
在步骤ST7中，控制器5基于在上述重复的循环中检测的、并存储在存 储器中的检测值，来确定设置频率范围FR是否合适。
更具体地，控制器5依据存储的检测值确定最大值Vdet(max)和最小值Vdet(min),并且获得它们之间的差△ Vdet,如图8中所示。控制器5随后将 差△ Vdet与预定的参考值Vref比较。当比较的结果显示差△ Vdet大于或等于 参考值Vref时，控制器5假定当前设置的频率范围FR是有效的、且谐振频 率fr存在于频率范围FR中。另一方面，当差AVdet小于参考值Vref时，步 骤ST7中的结果为"否"，并且，处理流程进行至ST8。
在步骤ST8中，关于在预定的频带中是否可以选择另一频率范围FR而 作出确定。此确定对应于一个示例，即关于是否改变频率范围FR以选择 包含在频带中的所有频率、以及是否完成了其中的阻抗变化(例如，检测电位 Vdet)的检测而作出确定。
当步骤ST8中的确定结果是"否，，时，不执行进一步的选择，并且，处 理流程进行至STIO。在此情况下，因为某种异常可能发生，所以，控制器5 执行处理，例如，在图1中所示的显示屏9上显示"异常警告"。更具体地， 控制器5输出指令，用于中止压电元件PZ的驱动、以及向显示器9的图像控 制器发出异常警告。此布置可以向用户通知所述异常。
另一方面，当步骤ST8中的确定结果为"是"时，在步骤ST9中改变频 率范围FR，并且，处理流程回到步骤ST1。
也就是说，重复步骤ST1至ST9，直到在步骤ST7中发现极有可能包含 谐振频率fr的频率范围FR为止，并且处理流程前进至步骤STll，或者，直 到在步骤ST8中确定选择了所有的频率范围FR为止，并且处理流程进行至 用于异常警告的步骤STIO。在警告之后，图6中所示的处理结束。
另一方面，在步骤ST11中，基于从其中差AVdet大于或等于参考值Vref、 以及其中极有可能包含谐振频率fr的频率范围FR而获得的检测结果，控制 器5估计谐振频率fr。
通过下列方法之一或它们的组合，来执行谐振频率fr的估计。
在此方法中，估计对应于图9中所示的最小值Vdet(min)的控制信号CS 的频率为谐振频率fr。
当多个最小值存在时，可以估计其中频率最低、以及在控制信号CS产 生期间消耗的功率较小的最小值为谐振频率fr。
即使控制信号CS的频率相同，占空比的变化也引起谐振频率fr改变。 这是因为，压电元件PZ的阻抗根据占空比的增加而增加。因此，可以使用前述的最小值和占空比来估计谐振频率fr。 [第二估计方法]
在此方法中，例如，如图IO中所示，设置假设谐振频率fr小于或等于的
阈值Vth,估计对应于两个交点的、控制信号cs的频率的平均值为谐振频率 fr,其中，在所述两个交点处，连接检测点的轨迹与指示阈值Vth级别的直线 相交。因此，由与两个交点的距离A和B彼此相等的频率给出由此方法获得 的谐振频率fr。
在图10的示例中，两个检测点存在于最小值附近。当假设最小值为谐振 频率fr时，其稍微不同于真实的谐振频率fr。然而，此方法具有的优势在于， 可以估计较接近于真实值的频率为谐振频率fr,这是因为，从连接^r测点的 轨迹和阈值Vth的交点来估计谐振频率fr。
例如，当谐振电路重复地显示出容性和感性阻抗时，或当除了压电元件 PZ之外的器件的温度特性等复杂地相关时(虽然，未特别示出这种情况)，上 述的第二估计方法中的交点数量可以是三个或更多。在这样的情况下，可以
与检测值的最小值组合，来识别将要获得频率的平均值的所在的两个交点， 或者可以使用两个最外的交点来获得频率的平均值。
然而，通常，谐振频率fr经常出现在最低频率侧。不同于使用在最低频 率侧的频率，还可以选择对应于最低频率的交点处的频率、以及对应于第二 低频率的交点处的频率。这样的方案还允许获得接近于真实的谐振频率的频 率，并且从而没有显著的缺点。在此情况下，因为在更低的频率执行驱动， 所以，还存在的优势在于，至少可以最小化在控制信号CS的产生期间的功 耗。因此，更加理想的是，采用这样的方法取对应于最低频率的交点处的 频率、与对应于第二低频率的交点处的频率的平均值。
在图6中所示的步骤ST4中，期望在每次获得检测值时、关于检测值是 否时有效^r测值而作出确定。
在此方法中，如图11中所示，当检测到一个检测值时，关于检测值是否 在相邻检测值的(例如，紧接在之前的检测中获得的检测值的)窗W内而作出 确定。例如，将窗W设置为具有在相对于检测点P的阻抗(Vdet)变化的正和 负侧的宽度。
例如，因为接着检测点P3而获得的检测点P4不在检测点P3的窗W3内，所以，确定检测点P4是噪声量等较大的异常点，并且从而，从用于估计
的基本数据移除检测点P4。相反，例如，作为正常检测点的检测点P6在检 测点P5的窗W5内，并且从而使用其作为基本数据。
对每个检测的由噪声等导致的异常、以及消除噪声的影响的这种考虑使 得有可能有效地防止噪声导致对谐振频率fr的错误估计。
在本实施例中，可以周期地执行图6中所示的处理。
根据本实施例，与涉及增加用于相位比较的电路大小的方法不同，从压 电元件中的阻抗变化而容易地估计谐振频率是可能的。因此，本发明提供的 优势在于，可以根据例如温度的环境因素的变化而在连续有效的、低功耗操 作点驱动压电元件。
第二实施例
虽然在上述第一实施例中、周期性地执行图6中的处理循环，但是，根 据温度改变第二实施例中的处理循环的周期。因此，第二实施例中的驱动装 置l具有图1中所示的温度检测电路8(具体地，其中包括的温度^r测元件8A)， 作为基本元件。
提供温度检测电路8以跟踪布置压电元件PZ和驱动装置1的位置处的温 度，例如，将它们合并的电子设备内的温度。包括在温度检测电路8中的温 度检测元件8A是具有根据温度而改变的参数的器件。温度检测元件8A的示 例包括温度传感器和热^:电阻器。除了温度^r测元件8A之外，温度检测电 路8包括用于向温度检测元件8A提供功率、以及用于通过对检测的温度、 或对指示依赖温度的参数的变化的信号执行例如放大的预定处理而产生温度 ;险测信号St的电路。
温度检测电路8输出温度检测信号St至控制器5，并且，其中的AD端 口 5A读取4企测电位为数字值。
在本实施例中，例如，控制器5执行控制，以便随着温度增加而以较短 的周期执行处理循环(在图6中示出)。布置还可以为在假定谐振频率fr罕 有变化的温度范围中，几乎停止处理循环的执行，例如，偶尔执行仅一次处 理循环用于;f全查，并且，当温度超过特定温度时，随着温度增加而更频繁地 -执行处理循环。
本实施例提供的优势在于，通过仅当温度变化发生时执行扫频控制，或 者通过增加扫频控制的执行的频率，可以减小不想要的功耗。第三实施例
第三实施例针对泵装置，其是根据上述的第一或第二实施例的驱动电路 的应用的示例。可以将才艮据本发明的第三实施例的泵装置应用到对于空气、 其它气体和例如液体的流体的各种泵装置。下面具体给出对适用于空气冷却 加热的物体(例如，例如IC的电子器件)的空气冷却装置的空气泵装置、在窄 导管中产生恒定气流的装置等的描述。
空气泵装置作为针对移动设备或固定设备中的内部温度的增加的对策系 统是有益的。具体地，因为移动设备的外壳较小，所以，存在不能在其中布 置传统的扇型空气冷却装置的情况。
基于压电元件的空气泵装置(在下文中，简单称作"压电泵")的特征在于， 以小尺寸获得与扇型泵不能达到的水平一样高的排气压力的能力。因此，基 于压电元件的空气泵装置作为针对移动设备中的内在温度的增加的对策系统 是尤其有益的。
最近几年中，随着例如音频视频记录/回放装置等的电子装置的日益提高 的性能，装置的功耗也趋于增加。此外，装置的小型化也导致小外壳中的较 大热量的产生。如果使产生的热不受控制，则内置的精密装置可能引起热失 控等。因为装置的用户也意识到发热，所以，期望最小化发热。
然而，因为通常将电子装置的外壳密封，所以，除非采取技术上的措施， 否则仅可以通过自发的放热来再释放所产生的热。这对于小型化造成技术挑 战。
扇型空气冷却系统经常用于冷却典型的电气设备，但是不适于小尺寸设 备。因此，使用谐振器件(压电部件单元)的排热泵经常用于小尺寸设备。用于 例如笔记本电脑的相对大尺寸设备的排热的压电部件单元、与用于例如半导
它们的谐振频率相对于温度而有所不同地改变。具体地，小尺寸电子设备经
常采用谐振频率易受温度变化的影响的小尺寸压电部件单元。因为对热的敏 感性与物体自身的表面积成比例，所以，布置在小面积中的压电部件单元的
特性还容易受在电子设备中产生的热量影响。也就是说，因为由尺寸的三次 方表示体积，并且，由尺寸的平方表示面积，所以，物体(体积)越小，其相对 地越易受热影响。因此，在小尺寸电子设备中使用的压电部件单元的谐振频 率很有可能变化。此外，对于小尺寸压电部件单元，制造期间的尺寸变化相对较大，并且，随着老化， 一些器件可能具有非一致的谐振频率。
为了处理这样的问题，可以有利地使用本发明的第一或第二实施例中的 扫频控制。
图12示意性地示出了包括压电泵的电子设备的内部配置。
图12中图示的电子设备可以是任何设备，如用于捕捉静止图像或运动图 像的数码相机、游戏机、移动电话、音频/视频(记录器)播放器、计算机、汽 车导航系统或其它多媒体设备。
图12中图示的此电子设备100在其外壳100A中具有一个(或多个)电路 板101。在电路板101上以高密度布置电路组件102、供电控制组件103、其 它IC(集成电路)等。
本实施例中的电子设备100具有集热部分104，其定义屏蔽至某种程度 的空间。集热部分104具有大小、形状、位置和材料，以便允许从包括电路 组件102和供电控制组件103的所有热产生组件的有效集热。
集热部分104具有用于集热的鳍片(fin,未示出)。鳍片由高热导材料制 成，并且被布置为接触或接近组件的发热部分。集热部分104中的空间中的 空气由经其鳍片或外壁采集的热来被加热。
外壳IOOA的外表面具有与集热部分104中的空间相通的吸入口 IOOB和 排出口 IOOC。吸入口 IOOB和排出口 100C的直径可以相对较小，例如，几 毫米。为了确保吸入口 IOOB和排出口 IOOC未完全被手掌或手指覆盖，以特 殊的布置设计它们，例如，将其布置在凹槽中、或相邻于凸起。
在可以有效地从周围空间吸入空气、并且可以有效地向排出口 1OOC释放 空气的位置，将作为泵装置工作的压电泵PZP固定在集热部分104中。
压电泵PZP在其中具有图1中所示的压电元件PZ，并且，被连接至驱动 装置1。可以将驱动装置1布置在电路板101上。还将温度检测电路8的温 度检测元件8A布置在其可以精确地检测由来自各个组件的热的集合所确定 的设备内温度的位置。例如，可以将温度检测元件8A布置在相邻于图12中 的集热部分104中的排出口 100C的位置。
压电泵PZP与电子设备100的上述结构和其中的压电泵PZP的布置相结 合，作为空气传递驱动源工作，其用于在集热部分104中产生气流，并且用 于使得该气流强制释放由例如IC的发热元件产生的热。
图13是压电泵PZP的分解图。图示的压电泵PZP具有作为压电元件PZ工作的压电部件单元31、保 护环32、隔膜(diaphragm)33、第一垫片(spacer)34、中间板35、第二垫片36、 以及顶^反37。
例如，保护环32包含例如不锈的高抗腐蚀坚硬材料，并且具有定义其中 的空间的环形形状。将压电部件单元31放置在保护环32中，并且将压电部 件单元31的非振动部分固定至其。将第一垫片34放置在保护环32上，并将 隔膜33插入其间。
例如，第一垫片34包含例如不锈的高抗腐蚀坚硬材料，并且具有环形形 状，从而其中的空间作为泵室34A。
隔膜33是结合压电部件单元31的压电部件的振动而振动的一种振动部 件。隔膜33还进行提高其与第一垫片34的接触面的密封性的工作。
中间板35在其中心具有小连通口 35A,并且被放置在第一垫片34的上 表面、且安全地附着于第一垫片34的上表面，从而，它们之间的接触面变得 高度密封。因此，泵室34A仅通过连通口 35A与电子设备100的外界相通。 因此，当压电部件单元31的压电部件振动、以引起隔膜33的上下移动时， 重复泵室34A的内部体积的增加和减少，以便从而使得空气高速通过连通口 35A而进出。
此外，第二垫片36是由例如不锈的高抗腐蚀坚硬材料制成。将第二垫片 36和顶板37安全地附着于中间板35,从而它们的接触面变得非常密封。
第二垫片36可以在其中具有空间(例如，四个通道)以提供用于吸入来自 例如四侧的空气的通路。四个通道中的每个的一端基本上是闭合的，并且， 具有用于吸入口的小开口。顶板37在其中心具有用于空气排出口 37A的开 口。根据此布置，在第二垫片36的中心部分提供与排出口 37A和连通口 35A 相通的文丘里喷嘴(venturi nozzle)部分36A。
图14A和14B是示意性的截面图，其各自示出了压电泵PZP中的空气通 路。更具体地，图14A示出了吸入期间的空气通路，以及图14B示出了排出 期间的空气通路。
当压电部件单元31緩慢地上下移动隔膜33时，通过吸入而增加了泵室 34A的体积，以便使得空气通过图14A中所示的通路进入。通过排出而减小 泵室34A的体积，并且，如图14B中所示，通过连通口 35A和文丘里喷嘴部 分36A从排出口 37A，以高速率排出了泵室34A中的空气。高速率的吸入和排出的重复操作(以20 kHz或更高的频率)产生要从排出 口37A释放的、具有基本上恒定的压力的连续气流。在此高速率操作中，排 出口 37A其自身作为排出口，而不是作为如图14A中的空气吸入口。因此， 通过在第二垫片36处形成的四个吸入通路(图13中示出的)的空间、以及小孔 (吸入口)，吸入空气，其中，在每个吸入通路的一端提供所述小孔的每一个。
图14C是示出优选用作冷却装置的压电泵PZP、并且还示出操作期间的 空气通3各的外部4见图。
可以^使用压电泵PZP，作为具有平面图上大约20x20毫米的大小和大约 1毫米的厚度的小尺寸空气冷却装置。可以使用图2中图示的、以及与第一 实施例结合在上面描述的驱动电路1，用于压电泵PZP。在这样的情况下， 当以20Vp-p和20kHz执行驱动时，对于从排出口 37A释放的连续气流的静 态压力，获得一个到几个帕斯卡(Pa)。
可以代替图1中所示的压电元件PZ而^^用具有上述结构、并且如上所述 操作的压电泵PZP,并且，可以由驱动装置1驱动所述压电泵PZP。
在此情况下，执行参考图6的、以及与第一实施例结合在上面描述的扫 频控制，或者根据温度而改变第二实施例中的扫频控制的周期。
具体地，当所使用的设备的状态取决于环境而变化时，压电泵PZP的负 载也变动。因此，当驱动频率被预先固定时，谐振频率偏移，并且，不仅产 生有效功率，还产生无效功率。结果，压电振动元件的气流产生效率下降， 并且，压电泵PZP还发热。
由于环境温度导致的频率特性变化作为环境变动因素是显著的，并且， 校正变化并执行控制以便以最高的效率恒定地实现最优操作频率对于节电是 有效地。
上述布置可以实现具有根据简单的驱动装置配置的低功耗、同时有效地 防止发热的电子设备。简单的配置还有助于电子设备的功耗的减小。
然而，对于小尺寸电子设备，气流噪声可能成为问题。
更具体地，因为在排出口附近形成相当复杂的气流，所以，优选地，适 当地控制气流量，以便减小从排出口输出的气流噪声。
第四实施例
因此，根据本发明的第四实施例，例如，如图15中所示，关于记录冲莫式 和回放模式，可以确定具有固定气流量的操作、或具有取决于温度的气流量的控制的操作的组合，并且可以设置所述组合为气流量模式1至4。从记录
模式、回放模式、散热、功耗等的观点，控制器5执行综合控制，用于在气
流量模式之间适当地转换，以便从而允许设备麦克风有效地拾取来自排出口 的气流噪声、装置的谐振音等。
接下来，将给出对可以任意地与上述第一至第三实施例组合的修改的描述。
第一修改
可以从压电元件PZ获得除了检测电位Vdet之外的、根据压电元件PZ 中的阻抗变化而变化的参数。 第二修改
在第一实施例中，在频带中设置频率范围FR，并且，在其中改变所述频 率范围FR,以确定谐振频率fr。
然而，例如，在即使当温度等改变直至由规范等定义的保证的温度范围 的界限时、谐振频率fr的变化也相对较小的特殊情形下，可以将频率范围FR 固定在包括谐振频率fr的范围中，从而仅搜索频率范围FR—次。也就是说， 可以删除图6中所示的步骤ST8和ST9，从而，当步骤ST7中的确定的结果 是"否"时，在步骤STIO中发出警告。
第三修改
虽然在图6中所示的控制中通过顺次选择频率范围FR中的频率而获得 检测值，但是，可通过随机频率选择获得多个检测值。还可以如此布置起 初，顺次获得检测值，这样，缩窄谐振频率fr很有可能存在的范围，随后， 顺次或随机地获得更具体的检测值。
当在图6中所示的步骤ST7中的确定中连续获得结果"否"时，或者， 当步骤ST8中的确定的结果是"否"时，例如，可以以例如减小的频率间隔 从一开始重新启动图6中的处理，而不是直接进行至用于发出警告的步骤 STIO。
其它修改
还可以将图2中所示的电抗元件4与电》兹耦合变压器2的初级绕组Wl 并联连接。
可以才艮据电抗元件4的耐压失见范和电抗值，确定电抗单元4将,皮连接至 电》兹耦合变压器2的初级侧和次级侧中的哪个。驱动电路3可以被配置有 一个晶体管(和用于防止逆流的二极管)，来代 替双开关配置(每个开关在两个触点之间转换)；或者，用四个晶体管实现双开 关配置的H桥配置。根据使用一个晶体管的配置，因为不执行2相信号驱动， 所以，效率较低，但是，存在的优势在于可以简化驱动电路3。
可以通过根据预定规则周期性地停止控制脉冲，来改变频率。可以使用 控制器5来实现停止控制，或者作为选择，可以通过添加停止控制电路至图 1等中所示的驱动装置1来实现。
当在驱动电路3正在执行开关操作的同时、在特定的时段中停止输入控 制脉冲至驱动电路3时，停止通过由电-兹耦合变压器2的初级侧执行的间歇 电流驱动来补偿由于谐振电路(绕组电路)中的铜损耗等导致的能量损失的操 作。因此，输入电压随着停止操作的时段的增加而减小。因此，压电元件PZ 的振动能量也减小。也就是说，当执行停止控制时，可以通过停止压电元件 PZ的操作(与振动能量或平均振动振幅相关联)，来调节压电元件PZ的操作。
当将图2中所示的驱动电路3配置为具有H桥配置时，组合两个PMOS 晶体管和两个NMOS晶体管以实现桥接。这样的电路不一定必须是其中将分 立的电子组件布置在电路板上的电路，并且，可以以某种类型的IC来形成这 样的电路。
因为流过电磁耦合变压器2的初级绕组Wl的电流是几十毫安量级的， 所以，不必须增加电磁耦合变压器2的绕组的线直径。同样，因为绕组芯的 磁通量密度不高，所以，减小该芯的横截面是可能的。
近年来，片型绕组也是可用的，其中，通过电镀或汽相沉积(vapor deposition)而在薄膜上形成绕组线型；并且，可以堆积这样的片型绕组以形成 较小的多绕组变压器。这样的方法可以实现较小的多绕组变压器。
上述实施例可以实现适于便携式设备的、小尺寸和低功耗压电元件驱动 装置。
虽然已经在第三实施例中描述了将根据本发明的实施例的驱动电路施加 到适于空气冷却的空气压电泵PZP装置的示例，但是，本发明不限于空气冷 却。例如，本发明还可以适用于这样的压电泵PZP装置，其向通道中的液体 冷却介质(例如，水)提供特定的流量。本发明还可以被应用于用于通过振动图 像捕获装置等来除尘的除尘装置、或者产生振动的另一致动器。
根据本发明的实施例的压电元件驱动装置还适用于提供在例如液晶显示装置的显示装置的屏幕的触摸传感器上点击的感觉的装置。此外，因为将电 磁耦合变压器2的次级绕组电路的数目增加至两个使得同时提供反相驱动输 出与同相驱动输出而不增加驱动电路3的数目成为可能，所以，根据本发明 的实施例的驱动电路还适用于执行反相驱动的压电电机。
本领域的技术人员应当理解，当各种修改、组合、子组合和变更在所附 权利要求或其等价物的范围内时，所述各种修改、组合、子组合和变更可以 取决于设计需求而发生。
权利要求
1. 一种用于压电元件的驱动装置，包括变压器，其具有初级侧和次级侧；驱动电路，其被配置以使得所述次级侧产生频率根据输入至所述初级侧的控制信号而变化的驱动信号，并将所产生的驱动信号提供至所述压电元件；以及控制电路，其被配置以在预定频率范围中多次改变所述控制信号的频率，在每次改变所述控制信号的频率时，检测所述压电元件的阻抗变化，基于该阻抗变化的转变而确定所述压电元件的谐振频率，并且，控制所述控制信号的频率，以获得所确定的谐振频率。
2. 根据权利要求1所述的驱动装置，其中，当通过在所述预定频率范围 中多次改变所述控制信号的频率而获得的检测值的最大值与最小值之间的差 大于或等于预定参考值时，所述控制电路基于所述检测值的转变而确定所述 压电元件的谐振频率，并且，当所述差小于所述参考值时，所述控制电路使 所述检测值无效。
3. 根据权利要求2所述的驱动装置，其中，当所述差大于或等于所述参 考值、并且所述最小值大于或等于预定阈值时，所述控制电路估计获得所述 最小值的所述控制信号的频率是所述谐振频率。
4. 根据权利要求3所述的驱动装置，其中，当所述差大于或等于所述参 考值、并且所述最小值小于所述预定阈值时，所迷控制电路通过用直线或近其中，当所述轨迹与指示所述阈值的恒定级别的直线相交的交点的数目 是两个时，所述控制电路估计对应于两个交点的两个频率的平均值是所述谐 振频率，以及，当交点的数目是三个或更多时，所述控制电路估计对应于所 述相应的三个或更多交点的三个或更多频率之中的最低的频率与第二低的频 率的平均值是所述谐振频率。
5. 根据权利要求3所述的驱动装置，其中，当所述差大于或等于所述参 考值、并且所述最小值包括多个最小值时，所述控制电路估计对应于所述相 应的最小值的频率中的最低频率是所述谐振频率。
6. 根据权利要求1所述的驱动装置，其中，所述控制电路估计所述控制信号的频率是所述谐振频率，其中，在所述控制信号的频率上，获得通过在 所述预定频率范围中多次改变所述控制信号的频率而获得的4全测值之中的最 小值。
7. 根据权利要求6所述的驱动装置，其中，当所述最小值包括多个最小 值时，所述控制电路估计与相应最小值相对应的频率中的最小频率是所述谐 振频率。
8. 根据权利要求1所述的驱动装置，其中，当通过在所述预定频率范围 中多次改变所述控制信号的频率而获得的检测值之中的最小值小于预定阈值 时，所述控制电路通过用直线或近似曲线连接所述检测值中的相邻检测值， 来获得所述检测值的轨迹，以及其中，当所述轨迹与指示所述阈值的恒定级别的直线相交的交点的数目 是两个时，所述控制电路估计对应于两个交点的两个频率的平均值是所述谐 振频率，并且，当交点的数目是三个或更多时，所述控制电路估计与相应的 三个或更多交点相对应的三个或更多频率之中的最低的频率与第二低的频率 的平均值是所述谐振频率。
9. 根据权利要求2所述的驱动装置，其中，当使所述检测值无效时，所 述控制电路通过改变所述频率范围来再次^r测所述阻抗变化，并且重复频率 范围的改变、以及所述阻抗变化的检测，直到获得检测值为止，其中，所述 检测值的最大值与最小值之间的差大于或等于所述预定参考值。
10. 根据权利要求9所述的驱动装置，其中，预定频带，在所述频带中， 所述频率范围是可选择的，以及当改变所述频率范围以选择包含在所述频带中的所有频率、并且完成其 中的阻抗变化的检测时，所述控制电路中止驱动所述压电元件，并且输出异 常警告的指令。
11. 根据权利要求1所述的驱动装置，其中，所述控制电路通过在所述 预定频率范围中多次改变所述控制信号的频率来确定所述谐振频率，并且， 在每次经过了预定时间时、重复控制所述控制信号的频率的操作，以获得所 确定的谐振频率。
12. 根据权利要求11所迷的驱动装置，还包括温度检测元件，其被配置 以才全测温度，以及根据所检测的温度，所述控制电路改变用于重复控制所述控制信号的频率的操作的预定时间。
13. 根据权利要求1所述的驱动装置，其中，所述控制电路检测所述驱 动信号的电压级别的变化，所述电压级别具有与当所述控制信号的振幅恒定 时的所述压电元件的阻抗相对应的值。
14. 一种电子设备，包括 泵，其包括压电元件，其具有压电部件，泵室，其具有被覆盖有所述压电部件、或以与所述压电部件一起振 动的振动部件的面，以及吸入口和排出口，其净皮配置以与所述泵室相通，其中，通过所述吸 入口吸入流体，并且通过所述排出口排出所述流体； 变压器，其具有初级侧和次级侧，所述压电元件被连接至所述次级侧； 驱动电路，其被配置以使得所述次级侧产生具有根据输入至所述初级侧 的控制信号而变化的频率的驱动信号，并将所产生的驱动信号提供至所述压 电元ff;以及控制电路，其被配置以在预定频率范围中多次改变所述控制信号的频率， 在每次改变所述控制信号的频率时、检测所述压电元件中的阻抗变化，基于 所迷阻抗变化的转变而确定所述压电元件的谐振频率，并且控制所述控制信 号的频率，从而获得所确定的谐振频率。
15. —种方法，用于控制用以驱动包括在谐振电路中的压电元件的驱动 信号的频率，使得所述驱动信号的频率基本上匹配所述谐振电路的谐振频率， 所述方法包括步骤在预定频率范围中多次改变所述驱动信号的频率； 在每次改变所述驱动信号的频率时，；险测所述压电元件中的阻抗变化； 基于检测值的转变而确定所述谐振频率；以及 确定所述驱动信号的频率，以获得所确定的谐振频率。
16. 根据权利要求15所述的方法，其中，在确定所迷谐振频率的步骤中， 确定所述检测值之中的最大值与最小值之间的差，并且将所述差与预定参考 值相比举交，以及当所述比较显示所述差大于或等于所述预定参考值时，基于所述检测值 的转变来确定所述压电元件的谐振频率，并且，当所述比较显示所述差小于所述预定参考值时，使所述检测值无效。
17. 根据权利要求15所述的方法，其中，在确定所述谐振频率的步骤中， 估计所述驱动信号的频率是所述谐振频率，其中，在所述驱动信号的频率上， 获得通过在所述预定频率范围中多次改变所述驱动信号的频率而获得的检测 值之中的最小值。
18. 根据权利要求15所述的方法，其中，在所述确定谐振频率的步骤中， 当通过在所述预定频率范围中多次改变所述驱动信号的频率而获得的所述枱r 测值之中的最小值小于预定阈值时，通过用直线或近似曲线连接所述检测值 中的相邻检测值，来获得所述检测值的轨迹，以及其中，当所述轨迹与指示所述阈值的恒定级别的直线相交的交点的数目 是两个时，估计对应于两个交点的两个频率的平均值为所述谐振频率，并且， 当交点的数目是三个或更多时，估计对应于相应的三个或更多交点的三个或 更多频率之中的最低的频率与第二低的频率的平均值为所述谐振频率。
19. 根据权利要求15所述的方法，其中，在所述驱动信号的频率变化的 期间，向连接至所述变压器的次级侧的所述压电元件提供所述驱动信号，并 且，经由控制信号改变所述驱动信号的频率，其中，当向变压器的初级侧提 供所述控制信号时，所述驱动信号的频率和振幅根据所述控制信号而变化； 以及检测所述驱动信号的电压级别的变化，所述电压级别具有与当所述控制 信号的振幅恒定时的所述压电元件的阻抗相对应的值。
全文摘要
本发明公开了一种电子设备、控制压电元件驱动频率的驱动装置和方法。一种用于压电元件的驱动装置，包括变压器、驱动电路以及控制电路。变压器具有初级侧和次级侧。驱动电路使得次级侧产生频率根据输入至初级侧的控制信号而变化的驱动信号，并且使得所述次级侧向压电元件提供产生的驱动信号。控制电路在预定频率范围中多次改变控制信号的频率，每次改变控制信号的频率时、检测压电元件中的阻抗变化，基于阻抗变化的转变而确定压电元件的谐振频率，并且控制控制信号的频率，从而获得所确定的谐振频率。
文档编号H02N2/06GK101546966SQ20091012984
公开日2009年9月30日 申请日期2009年3月26日 优先权日2008年3月26日
发明者大泽孝夫 申请人:索尼株式会社
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