JP4861216B2 - Drive power circuit - Google Patents
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Description
本発明は、容量性負荷としてみなすことができるデバイスの駆動電源回路に関するものである。 The present invention relates to a drive power supply circuit for a device that can be regarded as a capacitive load.
この種の容量性負荷としては、例えば、MEMS(MicroElectro Mechanical System、即ち微小電気機械システム)がある。このMEMSを駆動する駆動電源回路としては、チャージポンプ型の電圧コンバータが知られている(例えば、特許文献1参照)。
ところで、MEMSなどの容量性負荷を電圧で駆動する駆動装置には、速い周波数での高電圧駆動や応答改善のために、駆動能力の高い大電力の駆動電源回路が必要である。 By the way, a drive device that drives a capacitive load such as MEMS with a voltage requires a high-power drive power supply circuit with high drive capability for high-voltage drive at a high frequency and response improvement.
しかしながら、従来の高電圧回路において使用されるチャージポンプ型の電圧コンバータは、コイル、スイッチ、ダイオード、コンデンサの順番で接続されているため、低い電圧から高い電圧へは制御できるが、高い電圧から低い電圧に下げるためには放電を待つ必要があるため、高速制御に対応できないという問題があった。 However, since the charge pump type voltage converter used in the conventional high voltage circuit is connected in the order of coils, switches, diodes, and capacitors, it can be controlled from a low voltage to a high voltage, but from a high voltage to a low voltage. In order to lower the voltage, it is necessary to wait for the discharge, and thus there is a problem that high-speed control cannot be supported.
そこで、本発明では、小さなエネルギーで高電圧を高速に得ることが可能な駆動電源回路を実現することができる駆動電源回路を提供することを課題とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a drive power supply circuit capable of realizing a drive power supply circuit capable of obtaining a high voltage at a high speed with small energy.
上記課題を解決するため、本発明は、容量性負荷としてみなすことができるデバイスに電源回路からの電圧を印加して、前記デバイスを前記電圧で駆動する駆動電源回路において、前記電源回路からの電圧をコイル,ダイオードを介して前記デバイスに印加可能に設け、前記ダイオードと前記デバイスとの間を1つのスイッチング素子を介して接地すると共に、前記スイッチング素子をON・OFF制御する制御手段を設けた駆動電源回路としたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, the present invention provides a drive power supply circuit that drives a device with the voltage by applying a voltage from a power supply circuit to a device that can be regarded as a capacitive load. Is provided so that it can be applied to the device via a coil and a diode, and the diode and the device are grounded via a single switching element, and a control means for controlling ON / OFF of the switching element is provided. A power supply circuit is provided.
本発明の構成によれば、小さなエネルギーで高電圧を高速に得ることが可能な駆動電源回路を実現することができる。 According to the configuration of the present invention, it is possible to realize a drive power supply circuit capable of obtaining a high voltage at a high speed with small energy.
以下、この発明の実施の形態にかかる容量性負荷としてみなすことができるデバイスの駆動電圧制御回路を図面に基づいて説明する。
[構成]
図1は、MEMSである平行平面型の静電アクチュエータ1を容量性負荷の一例として概略的に示したものである。この静電アクチュエータ1は、間隔をおいて設けられた導電性の固定部2,2と、この固定部2,2間に配設された方形状で導電性の平面鏡(ミラー)3と、この平面鏡3を固定部2,2に取り付けている軸状で導電性のねじりばね4,4を有する。尚、この固定部2,2の少なくとも一方はアースされている。また、平面鏡3の下方には平面状の下部電極5,6が配設されている。
A device drive voltage control circuit that can be regarded as a capacitive load according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[Constitution]
FIG. 1 schematically shows a parallel plane type
ここで、図2に示したように、ねじりばね4,4にトルクが作用していないときには平面鏡3が破線で示した状態となっている。この状態におけるねじりばね4,4の中心線(軸線)Oを通り且つ破線で示した平面鏡3に垂直となる仮想平面7を想定すると、下部電極5,6は仮想平面7の左右に位置させられている。即ち、下部電極5,6は、ねじりばね4,4の中心線の下方の部分を中心に左右に分けて平面鏡3の下方に配設されている。
Here, as shown in FIG. 2, when no torque acts on the torsion springs 4 and 4, the
この初期状態(VR=VL)では、平面鏡3と下部電極5,6は平行になっており、VR<VLの場合はA1の方向に、VR>VLの場合はその逆に平面鏡3が傾くことになる。
In this initial state (VR = VL), the
また、下部電極5,6と平面鏡3は図3に示したように、容量性負荷としてみなすことができるため、コンデンサCL,CRを構成し、このコンデンサCL,CRには図3に示した駆動電源回路8,8′からの駆動電圧が印加されるようになっている。
Since the
この駆動電源回路8は、電圧を増幅する増幅器9と、この増幅器9の出力側に一端が接続されたコイル10と、コイル10の他端にアノード側が接続されたダイオード11と、ダイオード11のカソード側にドレインが接続された1つのFET(スイッチング素子)12を有する。また、このダイオード11のカソード側はコンデンサCLを構成する下部電極5に接続され、1つのFET12のソースはアース(接地)されている。
The drive
また、駆動電源回路8′は、駆動電源回路8のダイオード11と同様なダイオード11′を有する。このダイオード11′のカソード側はコンデンサCRを構成する下部電極6に接続されている。尚、駆動電源回路8′は駆動電源回路8と同様に構成されているので、駆動電源回路8に付した符号に「′」を付した符号を付してその説明は省略する。
Further, the drive
そして、この駆動電源回路8,8′は制御回路(制御手段)13により動作制御されるようになっている。
The drive
この制御回路13は、負荷制御プログラムがインストールされたパソコン14と、パソコン14の制御プログラムにより制御内容が書き込まれるFPGA(Field Programable Gate Array)15と、FPGA15からの制御内容により動作制御されるゲートドライバ16を有する。このゲートドライバ16は、FPGA15からの制御内容に基づいて、駆動電源回路8,8′の1つのFET12,12′のゲートに制御電圧(制御信号)を印加するようになっている。
The
また、制御回路13は、FPGA15からのデジタルの制御内容をアナログ信号に変換するデジタル/アナログ変換回路17と、デジタル/アナログ変換回路17からの制御内容に基づいて制御電圧を出力するレベル変換回路18を有する。このレベル変換回路18は、駆動電源回路8,8′の増幅器9,9′に制御電圧を入力する。
[作用]
次に、このような構成の駆動電圧制御回路の作用を説明する。
The
[Action]
Next, the operation of the drive voltage control circuit having such a configuration will be described.
パソコン14からは、FPGA15に平面鏡3を制御したい角度に応じた電圧データを入力する。このデータはそのままD/A17に伝えられても良いし、またある規則に従った形に変換されてD/A17に伝えられても良い。
From the
FPGA15はパソコン14からのデータを受け取ったあとに、又は変換開始の命令を受けたあとに、図4にあるt1のタイミングでD/A17のデータをデータCD1に更新し、t2−t3のタイミングで書き込み命令を出力する。
After receiving the data from the
レベル変換回路18では、D/A17の出力に従いあるBias Levelに対して対称となる信号V1とV2を生成する。
The
FPGA15は、レベル変換回路18の変換時間を考慮したt4−t6のスイッチタイミング信号をゲートドライバ16に出力する。
The
これはt5の状態がt4−t6の間の前半部分に来るようにすることで、チャージアップで作られる電圧値の安定度を上げることが出来る。 This is because the stability of the voltage value created by the charge-up can be increased by setting the state of t5 to be in the first half between t4 and t6.
このt4−t6の間に負荷としてのコンデンサCL,CRのクリアと、コイル10,10’へのエネルギーチャージが行われる。
During the period from t4 to t6, the capacitors CL and CR as loads are cleared and the
実験機では350nsec程度の時間を必要としているが、コイルやコンデンサの容量の関係で変化する。 The experimental machine requires a time of about 350 nsec, but varies depending on the capacity of the coil and capacitor.
スイッチングの終了したt6からt7にかけて、コイルにチャージされたエネルギーがコンデンサCL,CRに移動し、出力電圧VL,VRが発生する。 From t6 to t7 when switching ends, the energy charged in the coil moves to the capacitors CL and CR, and output voltages VL and VR are generated.
さらに、図4の波形では、CD2としてt8以後は平面鏡3を平行状態にする場合を示しているので、V1,V2が共にBias Levelになり、出力電圧VL,VRもBias Levelになっている。
Furthermore, since the waveform of FIG. 4 shows a case where the
このCD2ではVR=VLになるので平面鏡3は破線位置に復帰し、平行状態となる。
(変形例)
また、図5に示したように、駆動電源回路8のFET12のドレインとコンデンサCLの下部電極5との間にバッファー回路20を介装し、駆動電源回路8′のFET12′のドレインとコンデンサCRの下部電極6との間にバッファー回路20′を介装した構成としてもよい。
In this CD2, VR = VL, so that the
(Modification)
Further, as shown in FIG. 5, a
このバッファー回路20,20′は、コンデンサC1,C1′に入力された電圧がそのまま出力されるプッシュプル型のアンプとみなすことが出来る。このため、コンデンサC1,C1′を負荷とみなすことで図3の構成と同じ効果を得ることが出来る。
The
以上説明したように、この発明の実施の形態の駆動電源回路(8,8′)は、容量性負荷としてみなすことができるデバイス(コンデンサCL,CR)に電源回路からの電圧を印加して、前記デバイス(コンデンサCL,CR)を前記電圧で駆動するようになっている。しかも、前記電源回路からの電圧をコイル(10,10′),ダイオード(11,11′)を介して前記デバイス(コンデンサCL,CR)に印加可能に設け、前記ダイオード(11,11′)と前記デバイス(コンデンサCL,CR)との間を1つのスイッチング素子(FET12,12′)を介して接地すると共に、前記スイッチング素子(FET12,12′)をON・OFF制御する制御手段(制御回路13)を設けている。 As described above, the drive power supply circuit (8, 8 ') according to the embodiment of the present invention applies the voltage from the power supply circuit to the devices (capacitors CL, CR) that can be regarded as capacitive loads, The device (capacitors CL and CR) is driven by the voltage. In addition, the voltage from the power supply circuit can be applied to the devices (capacitors CL, CR) via the coils (10, 10 ') and diodes (11, 11'), and the diodes (11, 11 ') The device (capacitors CL, CR) is grounded via one switching element (FET12, 12 '), and control means (control circuit 13) controls the switching element (FET12, 12') ON / OFF. ).
この構成によれば、小さなエネルギーで高電圧を高速に得ることができる。 According to this configuration, a high voltage can be obtained at high speed with small energy.
以上、MEMSである静電アクチュエータ1を容量性負荷の一例として説明したが、上述した駆動電源回路で制御される容量性負荷はこれに限定されるものではない。例えば、上述した駆動電源回路は、その他ピエゾ駆動装置、電気光学変調器などの容量性負荷を電圧で駆動する駆動装置にも適用することができる。
The
8,8′・・・駆動電源回路
VL,VR・・・コンデンサ(容量性負荷、デバイス)
10,10′・・・コイル
11,11′・・・ダイオード
12,12′・・・FET(スイッチング素子)
13・・・制御回路(制御手段)
8, 8 '... drive power supply circuit VL, VR ... capacitor (capacitive load, device)
10, 10 '...
13 ... Control circuit (control means)
Claims (1)
前記電源回路からの電圧をコイル,ダイオードを介して前記デバイスに印加可能に設け、前記ダイオードと前記デバイスとの間を1つのスイッチング素子を介して接地すると共に、前記スイッチング素子をON・OFF制御する制御手段を設けたことを特徴とする駆動電源回路。 In a drive power supply circuit that applies a voltage from a power supply circuit to a device that can be regarded as a capacitive load, and drives the device with the voltage,
A voltage from the power supply circuit is provided to be able to be applied to the device via a coil and a diode, and the diode and the device are grounded via a single switching element, and the switching element is ON / OFF controlled. A drive power supply circuit comprising a control means.
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