CN1897443A - 压电致动器驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种压电致动器驱动电路。该压电致动器驱动电路包括：脉冲发生器，产生具有恒定周期的第一电压脉冲；第一激励级，接收脉冲发生器的第一电压脉冲，并缓冲该第一电压脉冲以便输出；第二激励级，将在第一激励级中缓冲并输出的第一电压脉冲转换为第一电流脉冲以便输出；驱动电压保持部分，连接至脉冲发生器和第二激励级，以便输出用于保持等幅驱动电压脉冲的第二电流脉冲；以及压电致动器，连接至第二激励级和驱动电压保持部分，以便通过第一和第二电流脉冲进行充电和放电，并且被等幅驱动电压脉冲驱动。

Description

压电致动器驱动电路
相关申请交叉引用
本申请要求于2005年7月11日向韩国工业产权局提交的韩国专利申请第2005-0062052号的优先权，其披露的内容结合于此以供参考。
技术领域
本发明涉及压电致动器驱动电路，更具体地，涉及一种压电致动器驱动电路，该电路不仅能够防止由制造压电致动器时的加工偏差或温度变化所导致的信号失真，而且能够通过附加将电流脉冲传送至压电致动器的驱动电压保持部分来保持驱动电压，以防止压电致动器工作不正常或停止工作。
背景技术
目前移动电话市场每年以超过20％的速度快速增长。最近，需要开发一种除具有传送话音功能之外还附加有各种功能的移动电话。
因此，附加了诸如照相机、PDA、MP3播放器、媒体播放器等的功能，相当于全部移动电话的40％的移动电话支持照相机功能。目前，移动电话主要采用35万像素照相机，但是越来越多的移动电话在其上装有百万像素的照相机。最近，随着5百万和7百万像素照相机的相继上市，移动电话的照相机模块的功能也在提高。尤其，当预期(移动电话的照相机)直接和数码相机竞争，就要求其具有自动对焦功能和自动光学变焦功能。为了满足这种需求，迫切需要实现具有低耗电量并且尺寸较小的镜头驱动致动器和驱动器LSI。最近，诸如使用压电元件的镜头驱动方法的技术引起了人们的关注。
与使用电动机的传统驱动方法相比，在使用压电元件的驱动方法中，根本不产生噪音和振动，而且耗电量可以显著降至1/3。
为了驱动这种压电元件，需要设定精确的共振频率，保持等幅的驱动电压。然而，通常，压电元件的负载电容高达数百pF，而且加工偏差也很大，这会导致信号失真和致动器工作不正常。
图1为示出根据现有技术的压电致动器驱动电路100的电路图。如图1所示，传统的压电致动器电路100包括：脉冲发生器101，产生具有恒定周期的脉冲电压VPULSE；第一激励级102，接收脉冲发生器101的电压脉冲VPULSE，并缓冲该电压脉冲VPULSE以便输出；第二激励级103，将在第一激励级102中缓冲并输出的电压脉冲VPULSE转换成电流脉冲以便输出；压电致动器104，连接到第二激励级103上以便通过第二激励级103充电和放电(charged anddischarged)，并由等幅驱动电压脉冲VACT驱动。
这里，第一激励级102由缓冲反相器组成，用来缓冲由脉冲发生器101产生的电压脉冲VPULSE。
第二激励级103包括：第一电流源103a，其发送(或传送)电流脉冲以使压电致动器104充电；第一开关元件103b，接收脉冲发生器101的电压脉冲VPULSE，并连接到电源电压VDD和第一电流源103a；第二电流源103c，其发送电流脉冲以使压电致动器104放电；以及第二开关元件103d，接收脉冲发生器101的电压脉冲VPULSE，并连接到接地电压和第二电流源103c。
这里，第一开关元件103b为PMOS晶体管，第二开关元件103d为NMOS晶体管。第一和第二开关元件103b和103d根据由脉冲发生器101施加的电压脉冲VPULSE而接通或断开，以产生用于驱动压电致动器的电流脉冲。
压电致动器104可以通过电阻、电感线圈、电容器元件来模拟。压电致动器104包括：感应级，由串联连接的电感线圈104a、第一电容器104b和电阻104c组成；以及第二电容器，其与感应级并联连接以便共振，并且通过第二激励级103产生的电流脉冲来充电和放电，以保持等幅驱动电压脉冲VACT。
图1所示的传统压电致动器驱动电路100的操作如下。
首先，如果脉冲发生器101产生具有压电致动器共振频率的电压脉冲VPULSE，则通过第一激励级102缓冲所产生的电压脉冲VPULSE从而将其传送至第二激励级103。
当脉冲发生器101产生的电压脉冲VPULSE较低时，接通第二激励级103的第一开关元件103b，以将电流信号传送至压电致动器104。然后，使压电致动器104的第二电容器104d充电，以提高能够驱动压电致动器104的电压VACT。
相反，当脉冲发生器101产生的电压脉冲VPULSE较高时，接通第二激励级103的第二开关元件103d，以将电流信号传送至压电致动器104。然后，使压电致动器104的第二电容器104d放电，以降低能够驱动压电致动器104的电压VACT。
然而，在传统压电致动器驱动电路中，在传统照相机模块中使用的压电元件的批量生产时的电阻、电感线圈和电容器有较大的偏差，由温度产生的变化也很大。因此，负载阻抗(或具体地，负载电容)容易发生变化。
图2为示出传统压电致动器驱动电路的输出信号波形的简图。如图2所示，当由于加工偏差或温度变化负载电容改变时，压电致动器的共振频率也改变。因此，通过在初始设定的共振频率下产生的电流信号不能获得用户期望的信号波形。
由于加工偏差或温度变化，在初始设定的共振频率下产生的电流量变得不足，驱动电压VACT降低(至7.5V)，如图2所示。因此，压电致动器不能被驱动，或不能正常工作。
发明内容
本发明的优点在于本发明提供了一种压电致动器驱动电路，其不仅能够防止由在制造压电致动器时的加工偏差或温度变化所导致的信号失真，而且能够通过附加将电流脉冲传送至压电致动器的驱动电压保持部分来保持驱动电压(或激励电压)，以防止压电致动器工作不正常或停止工作。
本发明总的发明构思的其他方面和优点将在下面的说明中部分地阐述，并且部分地通过这些说明而显而易见，或通过总的发明构思的实施而被理解。
根据本发明的一个方面，压电致动器驱动电路包括：脉冲发生器，产生具有恒定周期的第一电压脉冲；第一激励级，接收脉冲发生器的第一电压脉冲，并缓冲该第一电压脉冲以便输出；第二激励级，将在第一激励级中缓冲并输出的第一电压脉冲转换为第一电流脉冲以便输出；驱动电压保持部分，该部件连接到脉冲发生器和第二激励级，以便输出用于保持等幅的驱动电压脉冲的第二电流脉冲；以及压电致动器，其连接到第二激励级和驱动电压保持部分，从而被第一和第二电流脉冲充电和放电，并被等幅的驱动电压脉冲驱动。
第一激励级为缓冲反相器。
第二激励级包括：第一电流源，其发送第一电流脉冲以使压电致动器充电；第一开关元件，该开关元件接收脉冲发生器的第一电压脉冲，并连接到电源电压和第一电流源；第二电流源，其发送第一电流脉冲以使压电致动器放电；以及第二开关元件，其接收脉冲发生器的第一电压脉冲，并连接到接地电压和第二电流源。
第一开关元件为PMOS晶体管，第二开关元件为NMOS晶体管。
PMOS晶体管的栅极接收脉冲发生器的第一电压脉冲，其源极接收电源电压，其漏极连接至第一电流源。
NMOS晶体管的栅极接收脉冲发生器的第一电压脉冲，其源极连接至接地电压，其漏极连接至第二电流源。
当脉冲发生器的第一电压脉冲较低时，接通PMOS晶体管以使压电致动器充电。
当脉冲发生器的第一电压脉冲较高时，接通PMOS晶体管以使压电致动器放电。
驱动电压保持部分包括：控制信号发生器，其连接至脉冲发生器，并且输出与脉冲发生器的第一电压脉冲同步的第二和第三电压脉冲；第三开关元件，其接收控制信号发生器的第二电压脉冲，并连接到电源电压；以及第四开关元件，其接收控制信号发生器的第三电压脉冲，并连接到接地电压和第三开关元件。
第三开关元件为PMOS晶体管，第四开关元件为NMOS晶体管。
PMOS晶体管的栅极接收控制信号发生器的第二电压脉冲，其源极接收电源电压，其漏极连接至第四开关元件。
NMOS晶体管的栅极接收控制信号发生器的第三电压脉冲，其源极连接到接地电压，其漏极连接到第三开关元件。
当不能保持驱动电压脉冲等幅时，在第一电压脉冲处于较高的状态时，控制信号发生器产生低状态(low-state)的第二电压脉冲。
当保持驱动电压脉冲等幅时，在第一电压脉冲处于较低的状态时，控制信号发生器产生高状态(high-state)的第三电压脉冲。
当控制信号发生器的第二电压脉冲较低时，接通PMOS晶体管以使压电致动器充电。
当控制信号发生器的第三电压脉冲较高时，接通PMOS晶体管以使压电致动器放电。
压电致动器包括：感应级(inductor stage)，由串联连接的电感线圈、第一电容器和电阻组成；第二电容器，并联连接到感应级以便共振，并且通过第一和第二电流脉冲来充电和放电以保持等幅的驱动电压脉冲。
驱动电压脉冲的振幅等于或大于10V的峰值电压。
附图说明
本发明总的发明构思的这些和/或其他方面及优势将通过以下结合附图对实施例的描述而变得显而易见并更易于理解，附图中：
图1为示出根据相关技术的压电致动器驱动电路的电路图。
图2为示出根据相关技术的压电致动器驱动电路的输出信号波形的简图。
图3为示出根据本发明的压电致动器驱动电路的电路图。
图4A为示出根据本发明的由控制信号发生器产生的第一、第二、和第三电压脉冲的波形、以及驱动电压脉冲的波形的简图。
图4B为示出根据本发明的控制信号发生器的内部结构的逻辑电路图。
图4C为示出在逻辑电路图中产生的信号波形的简图。
图5为比较地示出根据相关技术的压电致动器驱动电路的输出信号波形和根据本发明的压电致动器驱动电路的输出信号波形的简图。
具体实施方式.
以下将详细参照本发明总的发明构思的实施例，其实例在附图中阐明，其中，在文中相同的附图标号表示相同的元件。通过参照附图如下描述实施例以说明本发明总的发明构思。
在下文中，将参照附图对本发明的优选实施例进行详细描述。
图3为电路图，示出根据本发明的压电致动器驱动电路300。如图3所示，压电致动器驱动电路300包括：脉冲发生器310，产生具有恒定周期的第一电压脉冲VPULSE；第一激励级302，接收脉冲发生器301的第一脉冲VPULSE，并缓冲该第一电压脉冲VPULSE以便输出；第二激励级303，把由第一激励级缓冲并输出的第一脉冲VPULSE转换为第一电流脉冲以便输出；驱动电压保持部分305，连接至脉冲发生器301及第二激励级303，以输出用于保持等幅驱动电压脉冲的第二电流脉冲；压电致动器304，连接至第二激励级303和驱动电压保持部分305，以通过第一和第二电流脉冲充电和放电，并且被等幅驱动电压脉冲驱动。
这里，第一激励级302由缓冲反相器组成，用以缓冲脉冲发生器301产生的电压脉冲VPULSE。
第二激励级303包括：第一电流源303a，其发送第一电流脉冲以使压电致动器304充电；第一开关元件303b，接收脉冲发生器301的第一电压脉冲VPULSE，并且连接至电源电压VDD和第一电流源303a；第二电流源303c，其发送第一电流源以使压电致动器304放电；以及第二开关元件303d，接收脉冲发生器301的电压脉冲VPULSE，并且连接至接地电压和第二电流源303c。
这里，第一开关元件303b为PMOS晶体管，第二开关元件303d为NMOS晶体管。第一和第二开关元件303b和303d根据由脉冲发生器301施加的第一电压脉冲VPULSE而接通或断开，以产生用于驱动压电致动器304的第一电流脉冲。
PMOS晶体管303b的栅极接收脉冲发生器301的第一电压脉冲VPULSE，其源极接收电源电压VDD，其漏极连接至第一电流源303a。
NMOS晶体管303d的栅极接收脉冲发生器301的第一电压脉冲VPULSE，其源极连接至接地电压，其漏极连接至第二电流源303c。
压电致动器304可以由电阻、电感线圈、电容无源元件来模拟，其包括：感应级，由串联连接的电感线圈304a、第一电容器304b和电阻304c组成；以及第二电容器304d，并联连接至感应级以便共振，并且通过第二激励级303和驱动电压保持部分305产生的电流脉冲进行充电和放电以保持驱动电压脉冲VACT等幅。
驱动电压保持部分305包括：控制信号发生器305a，连接至脉冲发生器301，以产生与脉冲发生器301的第一电压脉冲VPULSE同步的第二和第三电压脉冲B和C；第三开关元件305b，接收控制信号发生器305a的第二电压脉冲B，并且连接至电源电压；以及第四开关元件305c，接收控制信号发生器305a的第三电压脉冲C，并且连接至接地电压和开关元件305b。
第三开关元件305b为PMOS晶体管，第四开关元件305c为NMOS晶体管。
PMOS晶体管305b的栅极接收控制信号发生器305a的第二脉冲B，其源极接收电源电压VDD，其漏极连接至第四开关元件305c。NMOS晶体管305c的栅极接收控制信号发生器305a的第三电压脉冲C，其源极连接至接地电压，其漏极连接至第三开关元件305b。
控制信号发生器305a产生与由脉冲发生器301产生的第一电压脉冲VPULSE同步的低状态第二电压脉冲B或高状态第三电压脉冲C。
图4A为示出根据本发明由控制信号发生器产生的第一、第二和第三电压脉冲A、B和C的波形以及驱动电压脉冲VACT的波形的简图。如图4A所示，如果驱动电压脉冲VACT不能保持能够驱动压电致动器的振幅，在第一电压脉冲A处于较高的状态时，控制信号发生器305a产生低状态的第二电压脉冲B。
此外，如果驱动电压脉冲VACT保持能够驱动压电致动器的振幅，在第一电压脉冲A处于较低的状态时，控制信号发生器305a产生高状态的第三电压脉冲B。
如上所述，第一、第二和第三电压脉冲A、B和C彼此同步，通过下述的操作可以保证具有图4A所示波形的驱动电压脉冲VACT，从而驱动压电致动器。
这里，能够驱动压电致动器的驱动电压脉冲VACT的振幅应该至少为10V峰值电压(10peak voltage)。当不能保证10V峰值电压的振幅时，压电致动器不能工作或工作不正常。
图4B为示出根据本发明的控制信号发生器305a的内部结构的逻辑电路，图4C为示出图4B所示的逻辑电路图中产生的信号波形的简图。
如图4B所示，控制信号发生器由触发器401、402及NAND门(gate)组成。当脉冲发生器产生的第一电压脉冲施加于触发器401和402时，触发器401和402把第一电压脉冲转换为如图4C所示的信号波形，以产生施加到第三和第四开关元件上的第二和第三电压脉冲B和C。
图5为比较地示出根据本发明的压电致动器驱动电路300的输出信号波形和传统压电致动器驱动电路的输出信号波形的简图。如图5所示，根据本发明的压电致动器驱动电路300的输出信号502的失真不如传统压电致动器驱动电路的输出信号501的失真严重。另外，根据本发明的压电致动器驱动电路的输出信号电压为约15V，这意味着也保证了用于驱动致动器的振幅。
如图3所示，根据本发明的压电致动器驱动电路300的操作如下。
首先，当脉冲发生器301产生具有压电致动器304的共振频率的第一电压脉冲VPULSE时，所产生的第一电压脉冲VPULSE通过第一激励级302缓冲，以传送至第二激励级303。
当脉冲发生器301产生的第一电压脉冲VPULSE较低时，接通第二激励级303的第一开关元件303b以便将电流信号传送至压电致动器304。然后，压电致动器304的第二电容器304d被充电以提高能够驱动压电致动器304电压VACT。此时，如果这样的能驱动压电致动器的振幅得到保持，驱动电压保持部分305的控制信号发生器305a产生与第一电压脉冲VPULSE同步的高状态第三电压脉冲C。然后，接通第四开关元件305c以使压电致动器304的第二电容器304d放电，以便保证图4A所示的驱动电压脉冲VACT。
相反，当脉冲发生器301产生的第一电压脉冲VPULSE较高时，接通第二激励级303的第二开关元件303d以传送电流信号至压电致动器304。然后，使压电致动器304的第二电容器304d放电以降低能够驱动压电致动器304的电压VACT。此时，如果能够驱动压电致动器304的振幅不能保持，驱动电压保持部分305的控制信号发生器305a产生与第一电压脉冲VPULSE同步的低状态第二电压脉冲B。然后，接通第三开关元件305d以使压电致动器304的第二电容器304d充电，从而保证了能够驱动压电致动器304的恒定振幅。
如上所述，根据本发明，将电流脉冲传送至压电致动器的驱动电压保持部分附加到压电致动器驱动电路，这使得可以防止在制造压电致动器时的加工偏差或温度变化所导致的信号失真。
另外，保持能够驱动压电致动器的最小驱动电压，从而防止压电致动器工作不正常或停止工作。
尽管已经示出和描述了本发明总的发明构思的一些实施例，但是本领域的技术人员应该理解：在不背离本发明总的发明构思的原则和精神的条件下可以在这些实施例中作些变化，本发明总的发明构思的范围由所附的权利要求书及其等同物所限定。

Claims (18)

1.一种压电致动器驱动电路，包括：
脉冲发生器，产生具有恒定周期的第一电压脉冲；
第一激励级，接收所述脉冲发生器的第一电压脉冲，并缓冲所述第一电压脉冲以便输出；
第二激励级，将由所述第一激励级缓冲并输出的第一电压脉冲转换为第一电流脉冲以便输出；
驱动电压保持部分，连接至所述脉冲发生器和所述第二激励级，以便输出用于保持等幅的驱动电压脉冲的第二电流脉冲；
压电致动器，连接至所述第二激励级和所述驱动电压保持部分，以便通过所述第一和第二电流脉冲进行充电和放电，并且被等幅的驱动电压脉冲驱动。
2.根据权利要求1所述的压电致动器驱动电路，其中，所述第一激励级为缓冲反相器。
3.根据权利要求1所述的压电致动器驱动电路，其中，所述第二激励级包括：
第一电流源，其发送所述第一电流脉冲以使所述压电致动器充电；
第一开关元件，接收所述脉冲发生器的第一电压脉冲，并且连接至电源电压和所述第一电流源；
第二电流源，其发送所述第一电流脉冲以使所述压电致动器放电；以及
第二开关元件，接收所述脉冲发生器的第一电压脉冲，并且连接到接地电压和所述第二电流源。
4.根据权利要求3所述的压电致动器驱动电路，其中，所述第一开关元件为PMOS晶体管，所述第二开关元件为NMOS晶体管。
5.根据权利要求4所述的压电致动器驱动电路，其中，所述PMOS晶体管的栅极接收所述脉冲发生器的第一电压脉冲，其源极接收电源电压，其漏极连接至所述第一电流源。
6.根据权利要求4所述的压电致动器驱动电路，其中，所述NMOS晶体管的栅极接收所述脉冲发生器的第一电压脉冲，其源极连接至接地电压，其漏极连接至所述第二电流源。
7.根据权利要求4所述的压电致动器驱动电路，其中，当所述脉冲发生器的第一电压脉冲较低时，接通所述PMOS晶体管以使所述压电致动器充电。
8.根据权利要求4所述的压电致动器驱动电路，其中，当所述脉冲发生器的第一电压脉冲较高时，接通所述NMOS晶体管以使压电致动器放电。
9.根据权利要求1所述的压电致动器驱动电路，其中，所述驱动电压保持部分包括：
控制信号发生器，连接至所述脉冲发生器，并输出与所述脉冲发生器的第一电压脉冲同步的第二和第三电压脉冲；
第三开关元件，接收所述控制信号发生器的第二电压脉冲，并且连接至电源电压；以及
第四开关元件，接收所述控制信号发生器的第三电压脉冲，并且连接至接地电压和所述第三开关元件。
10.根据权利要求9所述的压电致动器驱动电路，其中，所述第三开关元件为PMOS晶体管，所述第四开关元件为NMOS晶体管。
11.根据权利要求10所述的压电致动器驱动电路，其中，所述PMOS晶体管的栅极接收所述控制信号发生器的第二电压脉冲，其源极接收电源电压，其漏极连接至所述第四开关元件。
12.根据权利要求10所述的压电致动器驱动电路，其中，所述NMOS晶体管的栅极接收所述控制信号发生器的第三电压脉冲，其源极连接至接地电压，其漏极连接至所述第三开关元件。
13.根据权利要求9所述的压电致动器驱动电路，其中，当不能保持等幅的驱动电压脉冲时，在所述第一电压脉冲处于较高的状态时，所述控制信号发生器产生低状态的第二电压脉冲。
14.根据权利要求9所述的压电致动器驱动电路，其中，当保持等幅的驱动电压脉冲时，在所述第一电压脉冲处于较低的状态时，所述控制信号发生器产生高状态的第三电压脉冲。
15.根据权利要求13所述的压电致动器驱动电路，其中，当所述控制信号发生器的第二电压脉冲较低时，接通所述PMOS晶体管以使所述压电致动器充电。
16.根据权利要求13所述的压电致动器驱动电路，其中，当所述控制信号发生器的第三电压脉冲较高时，接通所述NMOS晶体管以使所述压电致动器放电。
17.根据权利要求1所述的压电致动器驱动电路，其中，所述压电致动器包括：
感应级，由串联连接的电感线圈、第一电容器和电阻组成；以及
第二电容器，并联连接到所述感应级以便共振，并且通过所述第一和第二电流脉冲进行充电和放电以保持等幅的所述驱动电压脉冲。
18.根据权利要求1、13、14和17任一项所述的压电致动器驱动电路，其中，所述驱动电压脉冲的振幅等于或大于10V峰值电压。
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