Q10:ピエゾドライバの選定方法について

2020年8月24日

A10:ピエゾドライバの選定ですが、下記の3点の仕様条件が分かることでピエゾドライバを選ぶことができます。

(1)ピエゾアクチュエータ(ピエゾステージ)の静電容量値
(2)駆動電圧
(3)駆動周波数(応答速度)

当社では当社ピエゾドライバの最大電流値もしくは平均電流値、ピーク電流値から
下記計算式を用いてご希望の仕様条件に対応できる製品を選定しております。
ただし、あくまでも目安程度の数値となり、ピエゾの静電容量値誤差や発熱による静電容量値の増加を
考慮していない数値の為、様々な条件を考慮し、余力を持った製品を選定させて頂きます。

1.正弦波駆動をする場合のピエゾドライバの選定
【希望駆動周波数から電流を求める場合】
単位表記 I:電流値(A) C:ピエゾ静電容量値(F) f:周波数(Hz) Vpp:駆動電圧(V) π(パイ)=約3.14
最大電流値の求め方 I=π×C×f×Vpp
平均電流値の求め方 Iavg=(π×C×f×Vpp×(2/π))

「例題」
当社MPA-UA6(静電容量値9.6μF)を正弦波100Hz、駆動電圧150Vで使用したい場合の
必要な電流値を計算式に当てはめて求めますと
必要最大電流値 π×9.6E-6(F)×100(Hz)×150(V)=0.450(A)
必要平均電流値 π×9.6E-6(F)×100(Hz)×150(V)×(2/π)=0.288(A)
となります。
当社ピエゾドライバの最大電流値もしくは平均電流値の大きな方を使用の目安とし、
ピエゾの静電容量値誤差や発熱による静電容量値の増加などの様々な条件を考慮し、
今回の駆動条件のみで製品を選定しますと当社「M-26110-1」となります。

2.パルス波形(矩形波)の場合からピエゾドライバを選定するための計算式
図の様にパルス波形(矩形波)を使用する場合の立上がり、立下り(t)の際に必要な電流は下記の計算式から求められます。

【希望応答速度から電流を求める場合】
単位表記 t:応答速度(sec)  C:静電容量値(F) I:電流値(A) V:電圧(V)π(パイ)=約3.14
最大電流値、ピーク電流値の求め方 I=(C×V)/t

「例題」
当社MPA-UA6(静電容量値9.6μF)を矩形波1msec、駆動電圧150Vで使用したい場合の
必要な電流値を計算式に当てはめて求めますと
必要最大電流もしくはピーク電流は (9.6E-6(F)×150(V))/0.001(sec)=1.44(A)
となります。
当社ピエゾドライバの最大電流値もしくはピーク電流値の大きな方を使用の目安とし、
ピエゾの静電容量値誤差や発熱による静電容量値の増加などの様々な条件を考慮し、
今回の駆動条件のみで製品を選定しますと当社「M-26107」となります。

3.注意点
各ピエゾドライバには周波数特性(-3db点)が定められており、上記計算式から希望の周波数での駆動が可能でも
ピエゾアクチュエータの静電容量値とピエゾドライバの出力電流によっては周波数特性が低下し、
波形が歪む可能性が出てきます。

4.その他
最大電流や平均電流、ピーク電流について説明しています「Q11:当社出力電流の定義について」もございますので、
ご参考になれば幸いです。

他にも詳細な説明が記載されている資料「トータル技術資料」や「ピエゾドライバ技術資料」がございますので、
ご興味がございましたらご覧ください。

ご使用方法についてご検討されていましたら、お気軽にご相談ください。
ご質問をお待ちしております。

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