本實(shí)用新型提出一種驅(qū)動(dòng)電路，特別是一種壓電元件的驅(qū)動(dòng)電路。

背景技術(shù)：

壓電效應(yīng)為電介質(zhì)材料中一種機(jī)械能與電能相互轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象。其中，可產(chǎn)生壓電效應(yīng)的電介質(zhì)材料一般可稱為壓電材料。習(xí)知，壓電材料會(huì)有壓電效應(yīng)是因?yàn)槠渚Ц駜?nèi)的原子間的特殊排列方式所造成，而可有應(yīng)力場與電場耦合的效應(yīng)。因此，透過壓電材料制成的壓電元件可運(yùn)用壓電效應(yīng)而廣泛應(yīng)用于諸多領(lǐng)域中。

一般而言，壓電效應(yīng)可分為將機(jī)械能轉(zhuǎn)電能的正壓電效應(yīng)以及將電能轉(zhuǎn)機(jī)械能的逆壓電效應(yīng)。于壓電效應(yīng)的逆壓電效應(yīng)中，壓電元件可在一特定頻率下以最大振幅做振動(dòng)，進(jìn)而達(dá)到最大的機(jī)械能輸出。其中，此特定頻率一般乃為壓電元件的串聯(lián)諧振頻率。

然而，壓電元件的串聯(lián)諧振頻率會(huì)隨著溫度改變而變動(dòng)，且各壓電元件更因制程變異的影響，而使得彼此的串聯(lián)諧振頻率亦略微不同。因此，用以驅(qū)動(dòng)壓電元件的驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)如何驅(qū)動(dòng)壓電元件以鎖定于串聯(lián)諧振頻率上作動(dòng)來輸出最大的機(jī)械能就顯得相當(dāng)重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實(shí)用新型提供一種壓電元件的驅(qū)動(dòng)電路，其可自動(dòng)調(diào)整壓電元件工作于其串聯(lián)諧振頻率上，以使壓電元件具有最佳工作效率。

在一實(shí)施例中，一種壓電元件的驅(qū)動(dòng)電路，包含電流取樣單元以及調(diào)控單元。電流取樣單元可依序根據(jù)多個(gè)控制碼取樣模擬信號以產(chǎn)生取樣信號。調(diào)控單元可依序產(chǎn)生多個(gè)控制碼，根據(jù)取樣信號的轉(zhuǎn)態(tài)來調(diào)整脈沖調(diào)制信號的頻率，且輸出脈沖調(diào)制信號以控制壓電元件的工作電流。其中，模擬信號的大小相關(guān)于壓電元件的阻抗大小。

該電流取樣單元包含：

一根據(jù)該多個(gè)控制碼產(chǎn)生多個(gè)參考信號的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換單元；及

一根據(jù)各該參考信號與該模擬信號產(chǎn)生該取樣信號的比較單元。

所述的壓電元件的驅(qū)動(dòng)電路還包含：

根據(jù)該壓電元件的該工作電流產(chǎn)生對應(yīng)的該模擬信號的電流轉(zhuǎn)電壓單元。

所述的壓電元件的驅(qū)動(dòng)電路，還包含：

一用于放大該模擬信號的放大單元，其中該電流取樣單元依序根據(jù)該多個(gè)控制碼取樣放大后的該模擬信號以產(chǎn)生該取樣信號。

所述的壓電元件的驅(qū)動(dòng)電路還包含：

一用于消除該模擬信號上的噪聲的噪聲消除單元，其中該放大單元放大經(jīng)由該噪聲消除單元消除該模擬信號上的該噪聲后的該模擬信號。

該調(diào)控單元根據(jù)該取樣信號的轉(zhuǎn)態(tài)與前次該取樣信號的轉(zhuǎn)態(tài)來調(diào)整該脈沖調(diào)制信號的該頻率。

所述的壓電元件的驅(qū)動(dòng)電路，當(dāng)該取樣信號發(fā)生轉(zhuǎn)態(tài)時(shí)的該參考信號的電位具有最大值時(shí)，該調(diào)控單元還鎖定該脈沖調(diào)制信號的該頻率。

所述的壓電元件的驅(qū)動(dòng)電路還包含：一根據(jù)該脈沖調(diào)制信號的該頻率控制該壓電元件的該工作電流的諧振電路。

該諧振電路包含：

一電容元件，一端耦接至該壓電元件的一端；

一開關(guān)模塊，耦接于該電容元件的另一端與該電流取樣單元之間，且根據(jù)該脈沖調(diào)制信號控制該電容元件與該電流取樣單元的電性連結(jié)；以及

一電感元件，耦接于該電容元件的該另一端與一電源電位之間。

該壓電元件的另一端耦接至一地電位。

該壓電元件的另一端耦接至該電流取樣單元。

該調(diào)控單元以升序方式或以降序方式依序產(chǎn)生該多個(gè)控制碼。

綜上所述，根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的壓電元件的驅(qū)動(dòng)電路，其藉由取樣壓電元件在當(dāng)前脈沖調(diào)制信號的頻率的控制下所對應(yīng)的工作電流，并據(jù)以調(diào)整脈沖調(diào)制信號的頻率以調(diào)控壓電元件的工作電流量。如此一來，無論壓電元件的工作時(shí)間的長短、壓電元件工作的溫度的高低或脈沖調(diào)制信號的初始頻率為何，驅(qū)動(dòng)電路皆能透過前述動(dòng)作來精準(zhǔn)地追頻，而驅(qū)使壓電元件工作于串聯(lián)諧振頻率，以輸出最大機(jī)械能來達(dá)到最佳工作效率，并且可快速反應(yīng)以避避免壓電元件因工作電流過大而燒毀。此外，更可因減少電子元件的使用數(shù)量而降低驅(qū)動(dòng)電路的整體成本。

以下在實(shí)施方式中詳細(xì)敘述本實(shí)用新型的詳細(xì)特征及優(yōu)點(diǎn)，其內(nèi)容足以使任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員了解本實(shí)用新型的技術(shù)內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，且根據(jù)本說明書所公開的內(nèi)容、權(quán)利要求保護(hù)范圍及附圖，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員可輕易地理解本實(shí)用新型相關(guān)的目的及優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1為壓電元件的概要等效電路圖。

圖2為壓電元件的阻抗對頻率的概要關(guān)系圖。

圖3為本實(shí)用新型一實(shí)施例的壓電元件的驅(qū)動(dòng)電路的概要示意圖。

圖4為利用多個(gè)參考信號比對模擬信號的概要關(guān)系圖。

圖5為頻率對壓電元件的工作電流的概要關(guān)系圖。

圖6為本實(shí)用新型另一實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)壓電元件的概要示意圖。

圖7為本實(shí)用新型一實(shí)施例的壓電元件的驅(qū)動(dòng)方法的概要示意圖。

其中，附圖標(biāo)記：

100 壓電元件 110 第一驅(qū)動(dòng)電極

120 第二驅(qū)動(dòng)電極 200 驅(qū)動(dòng)電路

210 電流取樣單元 211 數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換單元

212 比較單元 220 調(diào)控單元

240 電流轉(zhuǎn)電壓單元 250 噪聲消除單元

260 放大單元 270 諧振電路

271 電容元件 272 開關(guān)模塊

273 電感元件 A1 模擬信號

C0 靜態(tài)電容 C1 動(dòng)態(tài)電容

D1-Dn 控制碼 F1 串聯(lián)諧振頻率

F2 并聯(lián)諧振頻率 Fa 第一頻率

Fa’ 第一頻率 Fb 第二頻率

Fb’ 第二頻率 I1 工作電流

L1 動(dòng)態(tài)電感 R1 動(dòng)態(tài)電阻

R2 電阻 Sr1-Srn,Srx 參考信號

Ss 取樣信號 Sp 脈沖調(diào)制信號

Vcc 電源電位 Gnd 地電位

Z_max 最大阻抗值 Z_min 最小阻抗值

步驟S10a 根據(jù)工作電流產(chǎn)生模擬信號

步驟S10b 消除模擬信號上的噪聲

步驟S10c 放大模擬信號

步驟S11 接收模擬信號

步驟S12 依序產(chǎn)生多個(gè)控制碼

步驟S13 依序根據(jù)控制碼取樣模擬信號以產(chǎn)生取樣信號

步驟S13a 依序根據(jù)控制碼產(chǎn)生多個(gè)參考信號

步驟S13b 根據(jù)各控制碼與模擬信號產(chǎn)生取樣信號

步驟S14 根據(jù)取樣信號的轉(zhuǎn)態(tài)調(diào)整脈沖調(diào)制信號的頻率

步驟S14a 鎖定脈沖調(diào)制信號的頻率

步驟S15 輸出脈沖調(diào)制信號以控制壓電元件的工作電流

具體實(shí)施方式

一般而言，壓電元件100應(yīng)用壓電材料所制成，并藉由壓電效應(yīng)來達(dá)到機(jī)械能與電能的相互轉(zhuǎn)換。于此，一般將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的效應(yīng)稱為正壓電效應(yīng)，且將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的效應(yīng)稱為逆壓電效應(yīng)。

在一些實(shí)施態(tài)樣中，壓電元件100所應(yīng)用的壓電材料可為但不限于壓電單晶體，例如石英、鈮酸鋰(LiNbO₃)、鉭酸鋰(LiTaO₃)等、壓電多晶體(壓電陶瓷)，例如鈦酸鋇(BT)、鋯鈦酸鉛(PZT)等、壓電聚合物，例如PVDF及其共聚物、聚氟乙烯等或壓電復(fù)合材料，例如壓電陶瓷與聚合物的兩相復(fù)合材料。

圖1為壓電元件的概要等效電路圖。請參閱圖1，壓電元件100具有第一驅(qū)動(dòng)電極110與第二驅(qū)動(dòng)電極120。于此，壓電元件100可等效成由靜態(tài)電容C0、動(dòng)態(tài)電容C1、動(dòng)態(tài)電感L1與動(dòng)態(tài)電阻R1所組成的諧振電路。其中，動(dòng)態(tài)電容C1、動(dòng)態(tài)電感L1與動(dòng)態(tài)電阻R1彼此相互串聯(lián)于第一驅(qū)動(dòng)電極110與第二驅(qū)動(dòng)電極120之間，且靜態(tài)電容C0的二端分別耦接至第一驅(qū)動(dòng)電極110與第二驅(qū)動(dòng)電極120，而可并聯(lián)于相互串聯(lián)的動(dòng)態(tài)電容C1、動(dòng)態(tài)電感L1與動(dòng)態(tài)電阻R1。

圖2為壓電元件的阻抗對頻率的概要關(guān)系圖。請參閱圖1與圖2，由于壓電元件100為一種頻率控制元件，故當(dāng)壓電元件100工作于不同頻率時(shí)，其阻抗將隨之變動(dòng)。于此，當(dāng)壓電元件100工作于串聯(lián)諧振頻率F1時(shí)，壓電元件100的等效電路呈電阻性，且壓電元件100的阻抗大小約略等同于動(dòng)態(tài)電阻R1的大小而可具有最小阻抗值Z_min；而當(dāng)壓電元件100工作于并聯(lián)諧振頻率F2時(shí)，壓電元件100的等效電路呈電感性，且壓電元件100的阻抗可具有最大阻抗值Z_max。

因此，當(dāng)壓電元件100工作于串聯(lián)諧振頻率F1時(shí)，壓電元件100的阻抗可變動(dòng)至最小阻抗值Z_min，而使得流經(jīng)壓電元件100的工作電流I1具有最大值，進(jìn)而可輸出最大機(jī)械能并達(dá)到最佳工作效率。

圖3為本實(shí)用新型一實(shí)施例的壓電元件的驅(qū)動(dòng)電路的概要示意圖。請參閱圖1至圖3，驅(qū)動(dòng)電路200耦接至壓電元件100，以根據(jù)流經(jīng)壓電元件100的工作電流I1來調(diào)整其輸出的脈沖調(diào)制信號Sp的頻率。于此，脈沖調(diào)制信號Sp可用以操控壓電元件100，以使壓電元件100根據(jù)脈沖調(diào)制信號Sp的頻率變動(dòng)其阻抗。

驅(qū)動(dòng)電路200包含電流取樣單元210以及調(diào)控單元220。電流取樣單元210耦接至壓電元件100，且調(diào)控單元220耦接至電流取樣單元210以及壓電元件100。電流取樣單元210可執(zhí)行多次取樣程序，并且在每一次取樣程序中依據(jù)調(diào)控單元220所產(chǎn)生的多個(gè)控制碼D1-Dn取樣壓電元件100的工作電流I1，以根據(jù)取樣的結(jié)果輸出取樣信號Ss。調(diào)控單元220可根據(jù)取樣信號Ss的轉(zhuǎn)態(tài)來調(diào)整其輸出的脈沖調(diào)制信號Sp的頻率，并且于電流取樣單元210的每一個(gè)取樣程序完成后，再將調(diào)整好的脈沖調(diào)制信號Sp輸出，以調(diào)控壓電元件100的工作電流I1。其中，取樣信號Ss的轉(zhuǎn)態(tài)是指取樣信號Ss的準(zhǔn)位由邏輯“0”轉(zhuǎn)變至邏輯“1”，或由邏輯“1”轉(zhuǎn)變至邏輯“0”的期間。

在一些實(shí)施例中，電流取樣單元210可包含數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換單元211以及比較單元212。數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換單元211的輸入端耦接至調(diào)控單元220。比較單元212的二輸入端分別耦接至壓電元件100與數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換單元211的輸出端。

數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換單元211可用以根據(jù)數(shù)字式信號的數(shù)值轉(zhuǎn)換出對應(yīng)的模擬式信號輸出。于此，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換單元211可根據(jù)多個(gè)控制碼D1-Dn產(chǎn)生多個(gè)參考信號Sr1-Srn。

在一實(shí)施態(tài)樣中，多個(gè)控制碼D1-Dn可由調(diào)控單元220以降序方式依序產(chǎn)生，亦即，調(diào)控單元220所產(chǎn)生的第一個(gè)控制碼D1將具有最大數(shù)值，且調(diào)控單元220所產(chǎn)生的最后一個(gè)控制碼Dn將具有最小數(shù)值。但本實(shí)用新型并非以此為限，多個(gè)控制碼D1-Dn亦可由調(diào)控單元220以升序方式依序產(chǎn)生，或者由調(diào)控單元220以使用者所定義的順序依序產(chǎn)生亦可。

以降序方式依序產(chǎn)生的多個(gè)控制碼D1-Dn為例，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換單元211依據(jù)第一個(gè)控制碼D1所轉(zhuǎn)換出的第一個(gè)參考信號Sr1是大于依據(jù)第二個(gè)控制碼D2所轉(zhuǎn)換出的第二個(gè)參考信號Sr2，且數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換單元211依據(jù)第二個(gè)控制碼D2所轉(zhuǎn)換出的第二個(gè)參考信號Sr2是大于依據(jù)第三個(gè)控制碼D3所轉(zhuǎn)換出的第三個(gè)參考信號Sr3，以此類推至最后一個(gè)參考信號Srn。

在一些實(shí)施態(tài)樣中，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換單元211可為主要由被動(dòng)元件所構(gòu)成的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(Digital to Analog Converter，DAC)，例如，電阻式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器或切換電容式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，或主要由主動(dòng)元件所構(gòu)成的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，例如加權(quán)電流源式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器或矩陣電流源式數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器。然而，本實(shí)用新型并不以此為限。于此，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換單元211可以具有簡單架構(gòu)的R-2R型數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)，以降低驅(qū)動(dòng)電路200的整體成本耗費(fèi)。

比較單元212具有二輸入端，此二輸入端可分別稱的為反相輸入端與非反相輸入端。其中，比較單元212的反相輸入端耦接至數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換單元211，且比較單元212的非反相輸入端耦接至壓電元件100。

在一些實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)電路200更可包含電流轉(zhuǎn)電壓單元240，且電流轉(zhuǎn)電壓單元240耦接于壓電元件100與比較單元212的非反相輸入端間。電流轉(zhuǎn)電壓單元240可將工作電流I1轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的模擬信號A1后再輸出至比較單元212。其中，電流轉(zhuǎn)電壓單元240所產(chǎn)生的模擬信號A1的大小是相關(guān)于壓電元件100的工作電流I1的大小。于此，模擬信號A1是正相關(guān)于工作電流I1。換言之，壓電元件100的工作電流I1越大，則電流轉(zhuǎn)電壓單元240所產(chǎn)生的模擬信號A1亦越大。

此外，壓電元件100的工作電流I1的大小亦相關(guān)于壓電元件100的阻抗大小，且工作電流I1是負(fù)相關(guān)于壓電元件100的阻抗。因此，電流轉(zhuǎn)電壓單元240所產(chǎn)生的模擬信號A1的大小亦相關(guān)于壓電元件100的阻抗大小，且模擬信號A1是負(fù)相關(guān)于壓電元件100的阻抗。換言之，電流轉(zhuǎn)電壓單元240所產(chǎn)生的模擬信號A1越大，則代表壓電元件100的阻抗越小。

在一些實(shí)施態(tài)樣中，電流轉(zhuǎn)電壓單元240可為電阻R2。電阻R2一端耦接至地電位Gnd，例如零電位，且電阻R2的另一端耦接至壓電元件100與比較單元212的非反相輸入端，以使工作電流I1于電阻R2上形成相應(yīng)的跨壓，而可轉(zhuǎn)換出對應(yīng)的模擬信號A1至比較單元212。其中，模擬信號A1為一種電壓信號，且電阻R2可為定電阻。

于此，比較單元212是將電流轉(zhuǎn)電壓單元240所轉(zhuǎn)換出的模擬信號A1與多個(gè)參考信號Sr1-Srn依序逐一比對來產(chǎn)生取樣信號Ss。

在一些實(shí)施態(tài)中，比較單元212可為由運(yùn)算放大器(operational amplifier)所構(gòu)成的比較電路，但本實(shí)用新型并非以此為限。

在一些實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)電路200更包含噪聲消除單元250，且噪聲消除單元250耦接于壓電元件100與比較單元212之間。于此，噪聲消除單元250可耦接于電壓轉(zhuǎn)換單元240與比較單元212之間，以消除經(jīng)由電壓轉(zhuǎn)換單元240所產(chǎn)生的模擬信號A1上的噪聲后，再輸出至比較單元212進(jìn)行比較。

在一些實(shí)施態(tài)樣中，噪聲消除單元250可為由電容所組成的濾波器，以濾除模擬信號A1上的噪聲，但本實(shí)用新型并非以此為限。

在一些實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)電路200更包含放大單元260，且放大單元260耦接于壓電元件100與比較單元212之間。于此，放大單元260可耦接于電壓轉(zhuǎn)換單元240與比較單元212之間，以放大電壓轉(zhuǎn)換單元240所產(chǎn)生的模擬信號A1后，再輸出至比較單元212進(jìn)行比較。此外，放大單元260亦可耦接于噪聲消除單元250與比較單元212之間，以使模擬信號A1可先經(jīng)由噪聲消除單元250消除噪聲后再經(jīng)由放大單元260放大，之后才輸出至比較單元212進(jìn)行比較。

因此，驅(qū)動(dòng)電路200的調(diào)控單元220可依序產(chǎn)生控制碼D1-Dn至數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換單元211，以使比較單元212可將模擬信號A1與數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換單元211根據(jù)控制碼D1-Dn所產(chǎn)生的參考信號Sr1-Srn依序進(jìn)行比較，并產(chǎn)生取樣信號Ss至調(diào)控單元220，進(jìn)而使得調(diào)控單元220可根據(jù)取樣信號Ss是否發(fā)生轉(zhuǎn)態(tài)來決定是否繼續(xù)依序輸出控制碼D1-Dn。

在調(diào)控單元220以降序方式產(chǎn)生控制碼D1-Dn的一實(shí)施態(tài)樣中，如圖4所示，于每一取樣程序中，首先，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換單元211依據(jù)第一個(gè)控制碼D1產(chǎn)生第一個(gè)參考信號Sr1，且比較單元212可將第一個(gè)參考信號Sr1與模擬信號A1 進(jìn)行比較。由于此時(shí)第一個(gè)參考信號Sr1的電位大于模擬信號A1的電位，因此，比較單元212所產(chǎn)生的取樣信號Ss的準(zhǔn)位可為邏輯“0”。直至數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換單元211依據(jù)第x個(gè)控制碼Dx產(chǎn)生第x個(gè)參考信號Srx，且比較單元212將第x個(gè)參考信號Srx與模擬信號A1進(jìn)行比較后，比較單元212可因判斷第x個(gè)參考信號Srx的電位小于模擬信號A1的電位而使得取樣信號Ss的準(zhǔn)位由邏輯“0”轉(zhuǎn)態(tài)至邏輯“1”。而當(dāng)取樣信號Ss發(fā)生轉(zhuǎn)態(tài)時(shí)，調(diào)控單元220便可停止輸出下一個(gè)控制碼，并且可將當(dāng)前的控制碼Dx經(jīng)由數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換單元211對應(yīng)產(chǎn)生的參考信號Srx的電位作為壓電元件100在脈沖調(diào)制信號Sp的當(dāng)前的頻率調(diào)控下，電流轉(zhuǎn)電壓單元240根據(jù)壓電元件100的工作電流I1所能轉(zhuǎn)換出的模擬信號A1的最大電位。

而在調(diào)控單元220以升序方式產(chǎn)生控制碼D1-Dn的一實(shí)施態(tài)樣中，于每一取樣程序中，當(dāng)取樣信號Ss發(fā)生轉(zhuǎn)態(tài)時(shí)，調(diào)控單元220便可停止輸出下一個(gè)控制碼，并且可將當(dāng)前的控制碼經(jīng)由數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換單元211對應(yīng)產(chǎn)生的參考信號的電位作為壓電元件100在脈沖調(diào)制信號Sp當(dāng)前的頻率調(diào)控下，電流轉(zhuǎn)電壓單元240根據(jù)壓電元件100的工作電流I1所能轉(zhuǎn)換出的轉(zhuǎn)換出的模擬信號A1的最小電位。

而在調(diào)控單元220以使用者所定義的順序的一實(shí)施態(tài)樣中，于每一取樣程序中，調(diào)控單元220則可依據(jù)取樣信號Ss的轉(zhuǎn)態(tài)，將所有對應(yīng)于樣信號Ss的轉(zhuǎn)態(tài)的各參考信號的電位進(jìn)行均值運(yùn)算，并以此得到的平均值作為壓電元件100在脈沖調(diào)制信號Sp當(dāng)前的頻率調(diào)控下，電流轉(zhuǎn)電壓單元240根據(jù)壓電元件100的工作電流I1所能轉(zhuǎn)換出的轉(zhuǎn)換出的模擬信號A1的平均電位。

因此，調(diào)控單元220可將于此次取樣程序中依據(jù)取樣信號Ss的轉(zhuǎn)態(tài)所得的取樣結(jié)果與前次取樣程序中依據(jù)取樣信號Ss的轉(zhuǎn)態(tài)所得的取樣結(jié)果進(jìn)行比較，進(jìn)而可根據(jù)此比較的結(jié)果來決定脈沖調(diào)制信號Sp的頻率的調(diào)整方向。

舉例而言，假設(shè)調(diào)控單元220于前次取樣程序中且脈沖調(diào)制信號Sp的頻率為第一頻率Fa時(shí)，所得到的參考信號的電位為第一值，而調(diào)控單元220于此次取樣程序中且脈沖調(diào)制信號Sp的頻率為第二頻率Fb時(shí)，所得到的參考信號的電位為第二值，且第二值大于第一值時(shí)，則脈沖調(diào)制信號Sp的頻率的調(diào)整方向即為朝靠近第二頻率Fb的方向進(jìn)行調(diào)整。其中，所得到的參考信號的電位越大代表壓電元件100的工作電流I1越大。例如，如圖5所示，當(dāng)?shù)诙l率Fb大于第一頻率Fa且第二值大于第一值時(shí)，表示此時(shí)壓電元件100于頻率相對較大的第二頻率Fb時(shí)，其工作電流I1是大于壓電元件100于頻率相對較小的第一頻率Fa時(shí)的工作電流I1，且亦表示此時(shí)模擬信號A1的大小與脈沖調(diào)制信號Sp的頻率的大小呈正相關(guān)，因此，調(diào)控單元220可調(diào)大脈沖調(diào)制信號Sp的頻率(即，使得脈沖調(diào)制信號Sp的頻率大于第二頻率Fb)，以期于下次取樣程序中所取得的參考信號的電位可大于此次取樣程序中所取得的參考信號的電位。而當(dāng)?shù)诙l率Fb’小于第一頻率Fa’且其第二值大于第一值時(shí)，表示此時(shí)壓電元件100于頻率相對較小的第二頻率Fb’時(shí)，其工作電流I1是大于壓電元件100于頻率相對較大的第一頻率Fa’時(shí)的工作電流I1，且亦表示此時(shí)模擬信號A1的大小與脈沖調(diào)制信號Sp的頻率的大小呈負(fù)相關(guān)，因此，調(diào)控單元220則可調(diào)小脈沖調(diào)制信號Sp的頻率(即，使得脈沖調(diào)制信號Sp的頻率小于第二頻率Fb)，以期于下次取樣程序中所取得的參考信號的電位可大于此次取樣程序中所取得的參考信號的電位。

在一些實(shí)施例中，調(diào)控單元220可根據(jù)第一頻率Fa與第二頻率Fb之間(或第一頻率Fa’與第二頻率Fb’之間)的差值大小來作為其調(diào)整脈沖調(diào)制信號Sp的幅度大小，但本實(shí)用新型并非僅限于此。

在一些實(shí)施例中，當(dāng)調(diào)控單元220根據(jù)電流取樣單元210的多次取樣程序所輸出的取樣結(jié)果重復(fù)多次比對的動(dòng)作而判定發(fā)生轉(zhuǎn)態(tài)時(shí)的參考信號的電位已逐步趨于定值，且此定值為最大值時(shí)，調(diào)控單元220更可鎖定住其輸出的脈沖調(diào)制信號Sp的頻率。然而，本實(shí)用新型并非以此為限，于判定所計(jì)算出的平均值已逐步趨于定值時(shí)，調(diào)控單元220亦可再調(diào)整脈沖調(diào)制信號Sp的頻率，以持續(xù)追蹤壓電元件100。

因此，驅(qū)動(dòng)電路200可透過多次重復(fù)的取樣程序以及比對動(dòng)作，而逐步驅(qū)使壓電元件100工作于其串聯(lián)諧振頻率F1上，以使壓電元件100可達(dá)到最佳工作效率。此外，驅(qū)動(dòng)電路200更可藉由重復(fù)執(zhí)行的取樣程序來持續(xù)追蹤壓電元件100的工作電流I1大小，并且于壓電元件100因發(fā)生異常狀態(tài)而致使工作電流I1過大時(shí)可快速反應(yīng)，藉由調(diào)整脈沖調(diào)制信號Sp的頻率來調(diào)降工作電流I1，以避免壓電元件100燒毀。

在一些實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)電路200更可包含諧振電路270，并且此諧振電路270耦接于壓電元件100、調(diào)控單元220以及電流取樣單元210之間。諧振電路270可用以根據(jù)調(diào)控單元220所輸出的脈沖調(diào)制信號Sp作動(dòng)，進(jìn)而控制壓電元件100 的工作電流I1。

在一些實(shí)施態(tài)樣中，諧振電路270可包含電容元件271、開關(guān)模塊272以及電感元件273。其中，電容元件271的一端可耦接至壓電元件的第一驅(qū)動(dòng)電極110。電感元件273可耦接于電容元件271的另一端與一電源電位Vcc之間。開關(guān)模塊272的一端可耦接至比較單元212的非反相輸入端，開關(guān)模塊272的另一端可耦接至電容元件271的另一端與電感元件的一端，且開關(guān)模塊272的控制端耦接至調(diào)控單元220的輸出端。因此，開關(guān)模塊272可根據(jù)脈沖調(diào)制信號Sp來控制電容元件271與比較單元212之間的電性連結(jié)。

在一實(shí)施態(tài)樣中，壓電元件100的第二驅(qū)動(dòng)電極120可耦接至比較單元212的非反相輸入端。然而本實(shí)用新型并非以此為限，在另一實(shí)施態(tài)樣中，如圖6所示，壓電元件100的第二驅(qū)動(dòng)電極120則可耦接至地電位Gnd。

在一些實(shí)態(tài)樣中，驅(qū)動(dòng)電路200的電流取樣單元210與調(diào)控單元220可以集成電路制作于同一芯片(IC)中，且其余的電流轉(zhuǎn)電壓單元240、噪聲消除單元250、放大單元260及/或諧振電路270則可為外部設(shè)置的電子零件。然而本實(shí)用新型并非以此為限，電流轉(zhuǎn)電壓單元240、噪聲消除單元250、放大單元260及/或諧振電路270亦可與電流取樣單元210與調(diào)控單元220以集成電路制作于同一芯片之中。

圖7為本實(shí)用新型一實(shí)施例的壓電元件的驅(qū)動(dòng)方法的概要示意圖。請參閱圖3與圖7，壓電元件100的驅(qū)動(dòng)方法包含接收模擬信號A1(步驟S11)、依序產(chǎn)生多個(gè)控制碼D1-Dn(步驟S12)、依序根據(jù)多個(gè)控制碼D1-Dn取樣模擬信號A1以產(chǎn)生取樣信號Ss(步驟S13)、根據(jù)取樣信號Ss的轉(zhuǎn)態(tài)調(diào)整脈沖調(diào)制信號Sp的頻率(步驟S14)，以及輸出脈沖調(diào)制信號Sp以控制壓電元件100的工作電流I1(步驟S15)。其中，模擬信號A1的大小相關(guān)于壓電元件100的阻抗大小。于此，模擬信號A1是負(fù)相關(guān)于壓電元件100的阻抗，且正相關(guān)于壓電元件100的工作電流I1。

在一些實(shí)施例中，于步驟S11前，驅(qū)動(dòng)方法更可包含根據(jù)工作電流I1產(chǎn)生模擬信號A1(步驟S10a)。于此，驅(qū)動(dòng)電路200可藉由電流轉(zhuǎn)電壓單元240根據(jù)壓電元件100的工作電流I1的大小轉(zhuǎn)換出對應(yīng)的模擬信號A1。換言之，模擬信號A1的大小是正相關(guān)于工作電流I1。

在步驟S10a之后，驅(qū)動(dòng)方法更可包含藉由噪聲消除單元250來消除模擬信號A1上的噪聲(步驟S10b)。此外，驅(qū)動(dòng)方法更可包含藉由放大單元260放大模擬信號A1(步驟S10c)。于此，步驟S10b與步驟S10c可依序執(zhí)行，以先消除模擬信號A1上的噪聲后，再放大模擬信號A1。然而，本實(shí)用新型并非以此為限，驅(qū)動(dòng)方法亦可僅執(zhí)行步驟S10b或步驟S10c。

在步驟S11的一實(shí)施態(tài)樣中，驅(qū)動(dòng)電路200可藉由電流取樣單元210的比較單元212接收模擬信號A1。于此，比較單元212是以其非反相輸入端接收模擬信號A1。

在步驟S12的一實(shí)施態(tài)樣中，驅(qū)動(dòng)電路200的調(diào)控單元220可采用降序方式、升序方式或是使用者自定義的順序來依序產(chǎn)生多個(gè)控制碼D1-Dn。

在步驟S13的一實(shí)施態(tài)樣中，可藉由電流取樣單元210的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換單元211依序根據(jù)多個(gè)控制碼D1-Dn產(chǎn)生多個(gè)參考信號Sr1-Srn(步驟S13a)，且藉由電流取樣單元210的比較單元212根據(jù)各參考信號Sr1-Srn與模擬信號A1產(chǎn)生取樣信號Ss(步驟S13b)。

于此，當(dāng)比較單元212判定模擬信號A1大于與之相比的參考信號)時(shí)，比較單元212所產(chǎn)生的取樣信號Ss的位準(zhǔn)可為邏輯“1”。而當(dāng)比較單元212判定模擬信號A1小于與之相比的參考信號時(shí)，比較單元212所產(chǎn)生的取樣信號Ss的位準(zhǔn)則可為邏輯“0”。此外，步驟S11到步驟S13可稱為一個(gè)取樣程序。

在步驟S14的一實(shí)施態(tài)樣中，驅(qū)動(dòng)電路200的調(diào)控單元220可根據(jù)此次取樣程序中對應(yīng)于取樣信號Ss的轉(zhuǎn)態(tài)的參考信號的電位，并且將此參考信號的電位與在前次取樣程序中對應(yīng)于取樣信號Ss的轉(zhuǎn)態(tài)的參考信號的電位進(jìn)行比較，以根據(jù)此比較結(jié)果來調(diào)整脈沖調(diào)制信號Sp的頻率。

于調(diào)整完后，接續(xù)執(zhí)行步驟S15，以藉由調(diào)控單元230輸出調(diào)整后的脈沖調(diào)制信號Sp至諧振電路270，且諧振電路270可根據(jù)脈沖調(diào)制信號Sp的頻率來控制壓電元件100的工作電流I1的大小。

在一些實(shí)施例中，于步驟S14之前，驅(qū)動(dòng)電路200更可藉由調(diào)控單元230判斷取樣信號Ss發(fā)生轉(zhuǎn)態(tài)時(shí)的參考信號的電位是否具有最大值。當(dāng)判斷于取樣信號Ss發(fā)生轉(zhuǎn)態(tài)時(shí)的參考信號的電位具有最大值時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路200可藉由調(diào)控單元230鎖定脈沖調(diào)制信號Sp的頻率(步驟S14a)，之后再接續(xù)執(zhí)行步驟S15，以使得壓電元件100可具有最大工作效率。而當(dāng)判斷于取樣信號Ss發(fā)生轉(zhuǎn)態(tài)時(shí)的參考信號的電位并非為最大值時(shí)，則接續(xù)執(zhí)行步驟S14，以根據(jù)二次取樣程序中對應(yīng)于取樣信號Ss的轉(zhuǎn)態(tài)的參考信號的電位來決定脈沖調(diào)制信號Sp的頻率的調(diào)整趨勢后，再接續(xù)執(zhí)行步驟S15。

綜上所述，根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的壓電元件的驅(qū)動(dòng)電路，其藉由取樣壓電元件在當(dāng)前脈沖調(diào)制信號的頻率的控制下所對應(yīng)的工作電流的大小，并據(jù)以調(diào)整脈沖調(diào)制信號的頻率以調(diào)控壓電元件的工作電流量。如此一來，無論壓電元件的工作時(shí)間的長短、壓電元件工作的溫度的高低或脈沖調(diào)制信號的初始頻率為何，驅(qū)動(dòng)電路皆能透過前述動(dòng)作來精準(zhǔn)地追頻，而驅(qū)使壓電元件工作于串聯(lián)諧振頻率，以輸出最大機(jī)械能來達(dá)到最佳工作效率，并且可快速反應(yīng)以避避免壓電元件因工作電流過大而燒毀。此外，更可因減少電子元件的使用數(shù)量而降低驅(qū)動(dòng)電路的整體成本。

本實(shí)用新型的技術(shù)內(nèi)容已以較佳實(shí)施例公開如上述，但其并非用以限定本實(shí)用新型，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的精神所做些許的更動(dòng)與修改，皆應(yīng)涵蓋于本實(shí)用新型的范疇內(nèi)，因此本實(shí)用新型的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。