JPH053683A - 容量性負荷駆動回路 - Google Patents
容量性負荷駆動回路Info
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- JPH053683A JPH053683A JP3046785A JP4678591A JPH053683A JP H053683 A JPH053683 A JP H053683A JP 3046785 A JP3046785 A JP 3046785A JP 4678591 A JP4678591 A JP 4678591A JP H053683 A JPH053683 A JP H053683A
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- Japan
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- capacitive load
- switch
- inductance
- energy
- switch means
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Links
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【目的】 容量性負荷駆動回路の改良により、容量性負
荷の駆動効率を向上することをその目的としている。 【構成】 直流電流と、スイッチ手段10,30,6
0,65とを具備し、容量性負荷70に対して交番電界
を印加するための電源に於て、負荷70と電源20との
間に設けられ、それら相互のエネルギ転送を行なうため
のインダクタンス40およびスイッチ手段10,30,
60,65と、インダクタンス40の磁気エネルギを保
持するためのエネルギ保持手段とを具備している。
荷の駆動効率を向上することをその目的としている。 【構成】 直流電流と、スイッチ手段10,30,6
0,65とを具備し、容量性負荷70に対して交番電界
を印加するための電源に於て、負荷70と電源20との
間に設けられ、それら相互のエネルギ転送を行なうため
のインダクタンス40およびスイッチ手段10,30,
60,65と、インダクタンス40の磁気エネルギを保
持するためのエネルギ保持手段とを具備している。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、容量性負荷駆動回路に
係り、特に積層型圧電アクチュエータに対して交番電界
を印加する容量性負荷駆動回路の改良に関する。
係り、特に積層型圧電アクチュエータに対して交番電界
を印加する容量性負荷駆動回路の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、積層型圧電素子を用いたアクチュ
エータが各種提案され、プリンタの印字ヘッドの駆動部
材等に使用されている。この積層型圧電素子を駆動する
交番電界の周波数は、1kHz〜数10kHzの高周波
数が必要とされるタイプのものが多い。ここに、積層型
圧電素子は、電気的には大容量の容量性負荷であるの
で、その駆動時には、積層型圧電素子(圧電素子)の伸
縮振動に伴い、前記容量性負荷の充放電が繰り返され
る。
エータが各種提案され、プリンタの印字ヘッドの駆動部
材等に使用されている。この積層型圧電素子を駆動する
交番電界の周波数は、1kHz〜数10kHzの高周波
数が必要とされるタイプのものが多い。ここに、積層型
圧電素子は、電気的には大容量の容量性負荷であるの
で、その駆動時には、積層型圧電素子(圧電素子)の伸
縮振動に伴い、前記容量性負荷の充放電が繰り返され
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記容
量性負荷に帯電した電荷の放電の際の放電エネルギにつ
いては、従来、エネルギ回収手段の検討が十分ではなか
った。例えば、積層型圧電素子に並列接続されたエネル
ギ消費用抵抗により発熱消費するようにされており、前
記放電エネルギは、全て駆動損失になっていた。そのた
め、容量性負荷(積層型圧電素子)の駆動効率は非常に
低く、駆動周波数が高い場合は、前記エネルギ消費用抵
抗において発熱消費される電力が、数10Wに達するこ
とがあり、周囲に配置された電子部品等の機器の温度上
昇の原因になるという問題点があった。
量性負荷に帯電した電荷の放電の際の放電エネルギにつ
いては、従来、エネルギ回収手段の検討が十分ではなか
った。例えば、積層型圧電素子に並列接続されたエネル
ギ消費用抵抗により発熱消費するようにされており、前
記放電エネルギは、全て駆動損失になっていた。そのた
め、容量性負荷(積層型圧電素子)の駆動効率は非常に
低く、駆動周波数が高い場合は、前記エネルギ消費用抵
抗において発熱消費される電力が、数10Wに達するこ
とがあり、周囲に配置された電子部品等の機器の温度上
昇の原因になるという問題点があった。
【0004】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたものであり、容量性負荷、特に、積層型圧電アク
チュエータの駆動効率を向上せしめる容量性負荷駆動回
路を提供することを目的とする。
されたものであり、容量性負荷、特に、積層型圧電アク
チュエータの駆動効率を向上せしめる容量性負荷駆動回
路を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、電源と、スイッチ手段とを具備し、容量性
負荷に対して電界を印加するための電源において、負荷
の静電エネルギを回収保持するためのインダクタンスお
よびスイッチ手段と、前記インダクタンスと電源との間
に設けられたスイッチ手段およびエネルギ保持手段と、
各スイッチのON・OFFタイミングを制御するための
制御手段と、を備えて構成した。
するために、電源と、スイッチ手段とを具備し、容量性
負荷に対して電界を印加するための電源において、負荷
の静電エネルギを回収保持するためのインダクタンスお
よびスイッチ手段と、前記インダクタンスと電源との間
に設けられたスイッチ手段およびエネルギ保持手段と、
各スイッチのON・OFFタイミングを制御するための
制御手段と、を備えて構成した。
【0006】また、電源に第1スイッチ手段を介して接
続されたインダクタンスと、このインダクタンスに並列
接続された第2スイッチ手段と、前記インダクタンスに
容量性負荷を接続せしめる第3スイッチ手段とを備え、
前記電源から供給されるエネルギを前記第1スイッチ手
段を介して前記インダクタンスに磁気エネルギとして保
持し、しかる後、この磁気エネルギを前記第3スイッチ
手段を介して前記容量性負荷に充電した後、前記磁気エ
ネルギを前記インダクタンスに戻して保持し、更に、第
2スイッチ手段を介して前記インダクタンスに保持され
た磁気エネルギを前記電源に戻すように制御する制御部
と、を備えて構成した。
続されたインダクタンスと、このインダクタンスに並列
接続された第2スイッチ手段と、前記インダクタンスに
容量性負荷を接続せしめる第3スイッチ手段とを備え、
前記電源から供給されるエネルギを前記第1スイッチ手
段を介して前記インダクタンスに磁気エネルギとして保
持し、しかる後、この磁気エネルギを前記第3スイッチ
手段を介して前記容量性負荷に充電した後、前記磁気エ
ネルギを前記インダクタンスに戻して保持し、更に、第
2スイッチ手段を介して前記インダクタンスに保持され
た磁気エネルギを前記電源に戻すように制御する制御部
と、を備えて構成した。
【0007】
【作用】本発明によれば、例えば、電源からのエネルギ
を、第1スイッチ手段を介してインダクタンスに磁気エ
ネルギとして一旦保持する。この磁気エネルギを第3ス
イッチ手段を介して容量性負荷(例えば、積層型圧電素
子)の容量成分に供給・充電し、容量性負荷を駆動す
る。前記容量成分に充電されたエネルギの内、残りのエ
ネルギは、前記3スイッチ手段を介して前記インダクタ
ンスに戻され磁気エネルギとして保持される。更に、前
記インダクタンスに保持された磁気エネルギは、第2ス
イッチ手段を介して前記電源に戻される。従って、前記
電源から供給されるエネルギは、前記容量性負荷の内部
損失による電力消費分だけで済み、前記電源から供給さ
れるエネルギを低く抑えることができる。
を、第1スイッチ手段を介してインダクタンスに磁気エ
ネルギとして一旦保持する。この磁気エネルギを第3ス
イッチ手段を介して容量性負荷(例えば、積層型圧電素
子)の容量成分に供給・充電し、容量性負荷を駆動す
る。前記容量成分に充電されたエネルギの内、残りのエ
ネルギは、前記3スイッチ手段を介して前記インダクタ
ンスに戻され磁気エネルギとして保持される。更に、前
記インダクタンスに保持された磁気エネルギは、第2ス
イッチ手段を介して前記電源に戻される。従って、前記
電源から供給されるエネルギは、前記容量性負荷の内部
損失による電力消費分だけで済み、前記電源から供給さ
れるエネルギを低く抑えることができる。
【0008】
【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明
する。図1に本発明の容量性負荷駆動回路1の実施例の
等価回路を示し、図2(A)〜(E)に前記容量性負荷
駆動回路の動作波形等を示す。図1に示すように、直流
電源20の正極は、第1スイッチ10の第1端子10a
と第2端子10bを介して第2スイッチ30の第1端子
30aに接続されている。第2スイッチ30の第2端子
30bは、短絡線11と、放電時間調節用抵抗50とイ
ンダクタ51とを介して直流電源20の負極に接続され
ている。第2スイッチ30の第1端子30aは、電流計
110とインダクタ40とからなる直列回路を介して抵
抗50の一端に接続されている。インダクタ40は、イ
ンダクタンス41と内部抵抗42とならなり、インダク
タンス41の値は、次に説明する容量性負荷70との直
列共振周波数が、容量性負荷70の駆動周波数と等しく
なるように選択されている。内部抵抗42の抵抗値は、
インダクタ40の線径を太くすることにより小さくでき
るので、抵抗分による電流損失は非常に小さい。
する。図1に本発明の容量性負荷駆動回路1の実施例の
等価回路を示し、図2(A)〜(E)に前記容量性負荷
駆動回路の動作波形等を示す。図1に示すように、直流
電源20の正極は、第1スイッチ10の第1端子10a
と第2端子10bを介して第2スイッチ30の第1端子
30aに接続されている。第2スイッチ30の第2端子
30bは、短絡線11と、放電時間調節用抵抗50とイ
ンダクタ51とを介して直流電源20の負極に接続され
ている。第2スイッチ30の第1端子30aは、電流計
110とインダクタ40とからなる直列回路を介して抵
抗50の一端に接続されている。インダクタ40は、イ
ンダクタンス41と内部抵抗42とならなり、インダク
タンス41の値は、次に説明する容量性負荷70との直
列共振周波数が、容量性負荷70の駆動周波数と等しく
なるように選択されている。内部抵抗42の抵抗値は、
インダクタ40の線径を太くすることにより小さくでき
るので、抵抗分による電流損失は非常に小さい。
【0009】第2スイッチ30の第1端子30aは、第
3スイッチ60の第2端子60bに接続されると共に、
第4スイッチ65の第3端子65cに接続されている。
抵抗50の一端は、第3スイッチ60の第3端子60c
に接続されると共に、第4スイッチ65の第2端子65
bに接続されている。第3スイッチ60と第4スイッチ
65とは、連動スイッチである。第3スイッチ60の第
1端子60aと第4スイッチ65の第1端子65aとの
間には、積層型圧電素子等の容量性負荷70と、電圧計
100とが接続されている。容量性負荷70は、静電容
量71と絶縁抵抗72とからなる並列回路に、内部抵抗
(内部損失)73が直列接続されてなる。絶縁抵抗72
の抵抗値は、一般に非常に大きくMΩオーダーであり、
絶縁抵抗72による電力損失は非常に小さい。
3スイッチ60の第2端子60bに接続されると共に、
第4スイッチ65の第3端子65cに接続されている。
抵抗50の一端は、第3スイッチ60の第3端子60c
に接続されると共に、第4スイッチ65の第2端子65
bに接続されている。第3スイッチ60と第4スイッチ
65とは、連動スイッチである。第3スイッチ60の第
1端子60aと第4スイッチ65の第1端子65aとの
間には、積層型圧電素子等の容量性負荷70と、電圧計
100とが接続されている。容量性負荷70は、静電容
量71と絶縁抵抗72とからなる並列回路に、内部抵抗
(内部損失)73が直列接続されてなる。絶縁抵抗72
の抵抗値は、一般に非常に大きくMΩオーダーであり、
絶縁抵抗72による電力損失は非常に小さい。
【0010】第1〜第4スイッチ10、30、60、6
5としては、それぞれ高速・大容量の半導体素子(例え
ば、電界効果トランジスタ、サイリスタ等)が好適であ
る。第1〜第4スイッチ10、30、60、65は、オ
ン・オフのタイミング調整を行う制御回路80の各端子
に、それぞれ接続されている。制御回路80には、電圧
計100および電流計110からの電圧・電流の測定情
報がそれぞれ入力され、この測定情報に基づいて制御回
路80が、前記オン・オフのタイミング調整を行うよう
になっている。
5としては、それぞれ高速・大容量の半導体素子(例え
ば、電界効果トランジスタ、サイリスタ等)が好適であ
る。第1〜第4スイッチ10、30、60、65は、オ
ン・オフのタイミング調整を行う制御回路80の各端子
に、それぞれ接続されている。制御回路80には、電圧
計100および電流計110からの電圧・電流の測定情
報がそれぞれ入力され、この測定情報に基づいて制御回
路80が、前記オン・オフのタイミング調整を行うよう
になっている。
【0011】次に、容量性負荷駆動回路1の動作を、第
2図(A)〜(E)に基づいて説明する。第2図(A)
〜(E)は、第1〜第4スイッチ10、30、60、6
5のタイミングチャート、および第1図に図示した電圧
V2 ・電流I1 の波形を示している。なお、初期状態に
おいては、第1〜第4スイッチ10、30、60、65
は、全てオフになっている。
2図(A)〜(E)に基づいて説明する。第2図(A)
〜(E)は、第1〜第4スイッチ10、30、60、6
5のタイミングチャート、および第1図に図示した電圧
V2 ・電流I1 の波形を示している。なお、初期状態に
おいては、第1〜第4スイッチ10、30、60、65
は、全てオフになっている。
【0012】容量性負荷駆動回路1の動作を、動作区分
〜に分けて説明する。図2(A)に示すように、
第1スイッチ10がオンにされると、抵抗50およびイ
ンダクタ51によって調節される時定数により、直流電
源20から直流電流I1 がインダクタ40に供給され、
インダクタ40に磁気エネルギが蓄積される。
〜に分けて説明する。図2(A)に示すように、
第1スイッチ10がオンにされると、抵抗50およびイ
ンダクタ51によって調節される時定数により、直流電
源20から直流電流I1 がインダクタ40に供給され、
インダクタ40に磁気エネルギが蓄積される。
【0013】電流計110に流れる直流電流I1 が所
定値(図2(D)のIA 参照)になると、第1スイッチ
10がオフにされ、第3スイッチ60の第2端子60b
がオンにされる(図2(C)参照)。すると、前記イン
ダクタ40に蓄積された磁気エネルギは、経路[インダ
クタ40→第3スイッチの第2端子60b→容量性負荷
70→第4スイッチの第2端子65b→インダクタ4
0]により容量性負荷70に移送され、静電容量71に
静電エネルギとして蓄積された後、前記経路の逆経路
[容量性負荷70→第3スイッチの第2端子60b→イ
ンダクタ40→第4スイッチの第2端子65b→容量性
負荷70]により、インダクタ40にエネルギが戻され
る。この場合の周波数は、前記インダクタンス41と容
量性負荷70との直列共振周波数により決定される。
定値(図2(D)のIA 参照)になると、第1スイッチ
10がオフにされ、第3スイッチ60の第2端子60b
がオンにされる(図2(C)参照)。すると、前記イン
ダクタ40に蓄積された磁気エネルギは、経路[インダ
クタ40→第3スイッチの第2端子60b→容量性負荷
70→第4スイッチの第2端子65b→インダクタ4
0]により容量性負荷70に移送され、静電容量71に
静電エネルギとして蓄積された後、前記経路の逆経路
[容量性負荷70→第3スイッチの第2端子60b→イ
ンダクタ40→第4スイッチの第2端子65b→容量性
負荷70]により、インダクタ40にエネルギが戻され
る。この場合の周波数は、前記インダクタンス41と容
量性負荷70との直列共振周波数により決定される。
【0014】容量性負荷70の両端に接続された電圧
計100の電圧値V2 がほぼゼロになると(図2(E)
参照)、第3スイッチ60の第2端子60bがオフにさ
れ(図2(C)参照)、第2スイッチ30がオンにされ
る(図2(B)参照)。すると、前記静電エネルギが、
経路[インダクタ40→第2スイッチ30→インダクタ
40]により、インダクタ40の磁気エネルギとして蓄
積される。
計100の電圧値V2 がほぼゼロになると(図2(E)
参照)、第3スイッチ60の第2端子60bがオフにさ
れ(図2(C)参照)、第2スイッチ30がオンにされ
る(図2(B)参照)。すると、前記静電エネルギが、
経路[インダクタ40→第2スイッチ30→インダクタ
40]により、インダクタ40の磁気エネルギとして蓄
積される。
【0015】電流計110により測定される電流I1
が所定値(図2(D)のIB 参照)になったなら、第1
スイッチ10がオンにされ、第2スイッチ30がオフに
される。すると、インダクタ40には、前記内部損失7
3で消費された電力が電源20より充電される。このと
き、第1スイッチ10と第2スイッチ30とが同時にオ
フになる瞬間がないように、制御回路80はプログラム
されている。
が所定値(図2(D)のIB 参照)になったなら、第1
スイッチ10がオンにされ、第2スイッチ30がオフに
される。すると、インダクタ40には、前記内部損失7
3で消費された電力が電源20より充電される。このと
き、第1スイッチ10と第2スイッチ30とが同時にオ
フになる瞬間がないように、制御回路80はプログラム
されている。
【0016】この後、上記〜までの動作を1周期と
して繰り返すことにより、容量性負荷70に充放電が繰
り返される。その結果、容量性負荷70において不要と
なった静電エネルギ回生が可能となり、駆動損失がほぼ
負荷の内部損失73のみとなるので、容量性負荷70の
駆動効率を向上することができる。ここに、第3スイッ
チ60と第4スイッチ65とは、それぞれ第2端子と第
3端子とにより、スイッチング毎に接続方向が逆転さ
れ、容量性負荷70に印加される電圧の方向を一定方向
にしている。
して繰り返すことにより、容量性負荷70に充放電が繰
り返される。その結果、容量性負荷70において不要と
なった静電エネルギ回生が可能となり、駆動損失がほぼ
負荷の内部損失73のみとなるので、容量性負荷70の
駆動効率を向上することができる。ここに、第3スイッ
チ60と第4スイッチ65とは、それぞれ第2端子と第
3端子とにより、スイッチング毎に接続方向が逆転さ
れ、容量性負荷70に印加される電圧の方向を一定方向
にしている。
【0017】かかる構成の容量性負荷駆動回路1を使用
すると、例えば、積層型圧電素子を用いたアクチュエー
タを高周波数で駆動する場合にも、その駆動損失を非常
に小さくすることができる。また、容量性負荷の駆動電
圧波形を、スイッチングのタイミングを調整することに
より、変化させることができる。
すると、例えば、積層型圧電素子を用いたアクチュエー
タを高周波数で駆動する場合にも、その駆動損失を非常
に小さくすることができる。また、容量性負荷の駆動電
圧波形を、スイッチングのタイミングを調整することに
より、変化させることができる。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
源からのエネルギをインダクタンスを介して容量性負荷
に供給し、容量性負荷の容量成分に帯電した電荷(エネ
ルギ)を前記インダクタンスに戻し、更に、前記エネル
ギを電源に戻しているので、電源から供給されるエネル
ギを低く抑えることができる。
源からのエネルギをインダクタンスを介して容量性負荷
に供給し、容量性負荷の容量成分に帯電した電荷(エネ
ルギ)を前記インダクタンスに戻し、更に、前記エネル
ギを電源に戻しているので、電源から供給されるエネル
ギを低く抑えることができる。
【図1】容量性負荷駆動回路の等価回路図である。
【図2】(A)〜(E)は、容量性負荷駆動回路に使用
されたスイッチのタイミングチャートおよび電圧と電流
の波形を示す図である。
されたスイッチのタイミングチャートおよび電圧と電流
の波形を示す図である。
1…容量性負荷駆動回路
20…電源
10…第1スイッチ(第1スイッチ手段)
30…第2スイッチ(第2スイッチ手段)
40…インダクタ(インダクタンス)
60…第3スイッチ(第3スイッチ手段)
65…第4スイッチ(第3スイッチ手段)
70…容量性負荷
80…制御回路
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成3年3月27日
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図1】
【図2】
Claims (2)
- 【請求項1】 電源と、スイッチ手段とを具備し、容量
性負荷に対して電界を印加するための電源において、負
荷の静電エネルギを回収保持するためのインダクタンス
およびスイッチ手段と、前記インダクタンスと電源との
間に設けられたスイッチ手段およびエネルギ保持手段
と、各スイッチのON・OFFタイミングを制御するた
めの制御手段と、を具備したことを特徴とする容量性負
荷駆動回路。 - 【請求項2】 電源に第1スイッチ手段を介して接続さ
れたインダクタンスと、このインダクタンスに並列接続
された第2スイッチ手段と、前記インダクタンスに容量
性負荷を接続せしめる第3スイッチ手段とを備え、前記
電源から供給されるエネルギを前記第1スイッチ手段を
介して前記インダクタンスに磁気エネルギとして保持
し、しかる後、この磁気エネルギを前記第3スイッチ手
段を介して前記容量性負荷に充電した後、前記磁気エネ
ルギを前記インダクタンスに戻して保持し、更に、第2
スイッチ手段を介して前記インダクタンスに保持された
磁気エネルギを前記電源に戻すように制御する制御部
と、を備えたことを特徴とする容量性負荷駆動回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3046785A JPH053683A (ja) | 1991-03-12 | 1991-03-12 | 容量性負荷駆動回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3046785A JPH053683A (ja) | 1991-03-12 | 1991-03-12 | 容量性負荷駆動回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH053683A true JPH053683A (ja) | 1993-01-08 |
Family
ID=12756987
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3046785A Pending JPH053683A (ja) | 1991-03-12 | 1991-03-12 | 容量性負荷駆動回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH053683A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6488652B1 (en) | 1998-02-02 | 2002-12-03 | Medtronic, Inc. | Safety valve assembly for implantable benefical agent infusion device |
| US7070577B1 (en) | 1998-02-02 | 2006-07-04 | Medtronic, Inc | Drive circuit having improved energy efficiency for implantable beneficial agent infusion or delivery device |
| JP2008023813A (ja) * | 2006-07-20 | 2008-02-07 | Toshiba Tec Corp | 静電容量性アクチュエータ駆動回路及びインクジェットヘッド |
-
1991
- 1991-03-12 JP JP3046785A patent/JPH053683A/ja active Pending
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