CN216252575U - 线性致动器的零相位延迟补偿电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种线性致动器的零相位延迟补偿电路，包括一脉波调变驱动单元、一低通滤波单元、一相位侦测单元及一相位补偿单元，其中脉波调变驱动单元连接至主线圈，用以产生一驱动信号驱动动子线性位移震动，线性致动器的次级线圈连接至低通滤波单元，用以滤除PWM信号产生一干净的反电动势电压信号，再传送至相位侦测单元用以将反电动势电压信号放大，并取得反电动势电压信号中的零交越信号，传送给相位补偿单元依据零交越信号计算出一零相位延迟的补偿信号，与反电动势电压信号合并后回馈给脉波调变驱动单元，使该脉波调变驱动单元能精准地输出与该线性致动器中心频率相同的零相位驱动信号，驱动该动子震动。
Description
技术领域
本实用新型为关于一种线性致动器的零相位延迟补偿电路，特别是关于一种带有次级线圈的线性致动器(Linear Resonant Actuators,LRA)进行零相位延迟补偿的电路。
背景技术
在手机或穿戴式装置中皆配置有微型震动器作为回馈触感之用，而目前的微型震动器大都使用线性致动器，如中国台湾发明第I678880号专利，其线性致动器的基本架构如图1所示，包括一动子为长条状的磁石10，磁石10的外围环有主线圈11，主线圈11相对动子10固定不动视为定子，当驱动主线圈11产生电磁场，与磁石10的极性产生相互的吸斥力，使得磁石10在主线圈11内来回线性位移产生震动。
在动子10的两侧端设置有反馈阻尼器12连接至一固定端，可提供负回授的动能补偿，使动子10的位移产生恢复力或者煞停的阻尼力。另外在动子10的外侧还设有一次级线圈13，次级线圈13相对于动子10固定不动，且次级线圈13对应或部分对应着主线圈11，以取得因动子10位移在主线圈11上所产生的反电动势电压。
在该现有技术中线性致动器的反电动势侦测电路，如图2所示，为获稳定高速的震动频率，驱动器421会使用高频脉波宽度调变(PWM)信号，如频率在30KHz～36KHz，因此电路的感应线圈输出信号会直接到一个放大装置422，如此会直接将高频PWM信号放大，造成无法正确取得反电动势电压信号。另外，此电路的激发装置423所产生的激发信号周期必需与线性致动器的中心频率F0相同，如图3致动器的震动频率与震动强度关系图所示，当激发信号周期与线性致动器的中心频率F0有误差时，将导致震动的动能大幅减少，除了浪费功耗外，更会在驱动时产生电磁噪音。
实用新型内容
有鉴于前述现有技术的问题，本案实用新型以多年从事相关产品研发的经验，并经不断试验改良，终于研发出一种线性致动器的零相位延迟补偿电路，通过准确的驱动电压相位，可以用较低的功耗产生相同的动能，稳定地输出所需的震动动能(加速度)，减少驱动时所产生的电磁噪音。
为达成上述目的，本实用新型主要技术特征在于提供一种线性致动器的零相位延迟补偿电路，包括一脉波调变(PWM)驱动单元、一低通滤波单元、一相位侦测单元及一相位补偿单元，其中脉波调变(PWM)驱动单元连接至主线圈，用以产生一驱动信号驱动动子线性位移震动，低通滤波单元，连接至该次级线圈，用以滤除该驱动信号，产生一反电动势电压信号，线性致动器的次级线圈连接至低通滤波单元，用以滤除PWM信号，产生干净的反电动势电压信号，再传送至相位侦测单元用以将反电动势电压信号放大，并取得反电动势电压信号中的零交越信号传送给相位补偿单元，依据零交越信号计算出一零相位延迟的补偿信号，与反电动势电压信号合并后回馈给脉波调变(PWM)驱动单元，使该脉波调变(PWM)驱动单元能精准地输出与该线性致动器中心频率相同的零相位驱动信号，驱动该动子震动。
在本实用新型一实施例中，其中，该动子为一长条状磁石，该主线圈相对该磁石固定环绕在该磁石外围，通过驱动该主线圈产生电磁场，驱动该动子于该主线圈内来回线性位移产生震动。
在本实用新型一实施例中，其中，该动子的两侧端处各连接有至少一反馈阻尼器，分别连接至一固定端，用以产生该动子位移的恢复力或煞停的阻尼力。
在本实用新型一实施例中，其中，该次级线圈为固定设置于该动子外侧，且对应或部分对应于该主线圈，通过该动子的位移取得一反电动势。
在本实用新型一实施例中，其中，该脉波调变驱动单元所产生的该驱动信号为一正弦波信号。
在本实用新型一实施例中，其中，该低通滤波单元前还并联一负载电容，形成一反电动势电压产生单元，用以产生一参考电位。
为达成上述目的，本实用新型的次一技术特征在于提供上述线性致动器的零相位延迟补偿电路，其中该低通滤波单元由一滤波电阻及一滤波电容串联组成，用以滤除脉波调变(PWM)驱动单元所产生高频的驱动信号，只通过次级线圈上感应到的反电动势形成一反电动势电压信号。
为达成上述目的，本实用新型的再一技术特征在于提供上述线性致动器的零相位延迟补偿电路，其中该相位侦测单元还包括一第一放大器、一第二放大器及一施密特触发器，其中第一放大器用以将反电动势电压信号放大后输出至脉波调变(PWM)驱动单元，用以将动子的线性位移信息反馈给该脉波调变(PWM)驱动单元；第二放大器用以将该反电动势电压信号的正弦波放大成近方波的反电动势信号传送至施密特触发器，取得近方波反电动势的转态信号形成零交越信号，输出给相位补偿单元进行零相位的延迟补偿。
为达成上述目的，本实用新型的又一技术特征在于提供上述线性致动器的零相位延迟补偿电路，其中第一放大器由一第一运算放大器、一第一输入电阻及一第一回授电阻组成，第一输入电阻连接于第一运算放大器的负端及低通滤波单元的参考电位连接端之间，第一回授电阻连接于第一运算放大器的负端及输出端之间，第一运算放大器的正端连接至低通滤波器的输出端。
为达成上述目的，本实用新型的还一技术特征在于提供上述线性致动器的零相位延迟补偿电路，其中该第二放大器由一第二运算放大器、一第二输入电阻及一第二回授电阻组成，第二输入电阻连接于第二运算放大器的负端及低通滤波单元的参考电位连接端之间，第二回授电阻连接于第二运算放大器的负端及输出端之间，第二运算放大器的正端连接至低通滤波器的输出端。
在本实用新型一实施例中，其中，该脉波调变驱动单元由一PWM驱动器及一H桥驱动器所组成，用以将脉波宽度调变信号转换成正弦波的该驱动信号。
在本实用新型一实施例中，其中，该PWM驱动器、该H桥驱动器、该相位侦测单元及该相位补偿单元封装成一集成电路。
在本实用新型一实施例中，其中，该集成电路封装有多组该零相位延迟补偿电路，可并联驱动多组该线性致动器。
为了进一步了解本实用新型的特征及技术内容，请详细参阅以下有关本实用新型的详细说明与附图，然而所附图式仅供参考与说明用，并非用来对本实用新型做任何限制。
附图说明
图1为现有线性致动器的基本架构。
图2为现有线性致动器的反电动势侦测电路。
图3为致动器的震动频率与震动强度关系图。
图4为本实用新型线性致动器的PWM驱动及反电动势侦测的电路示意图。
图5为本实用新型相位侦测单元的实施例电路示意图。
图6为本实用新型进行零相位延迟补偿的前后波形示意图。
图7为本实用新型将相位侦测单元、相位补偿单元及PWM驱动单元封装成集成电路的电路示意图。
图8为两组零相位延迟补偿电路封在一集成电路内并联驱动两组线性致动器的实施例示意图。
附图标记说明：20-线性致动器；21-动子；22-主线圈；23-次级线圈；31-脉波调变(PWM)驱动单元；311-PWM驱动器；312-H桥驱动器；32-反电动势电压产生单元；33-低通滤波单元；34-相位侦测单元；35-相位补偿单元；41-第一放大器；42-第二放大器；43-施密特触发器；OP1-第一运算放大器；R1B-第一输入电阻；R1A-第一回授电阻；OP2-第二运算放大器；R2B-第二输入电阻；R2A-第二回授电阻；PWM+/PWM--驱动信号；F0-中心频率；VREF-参考电位；CB-负载电容；VBEMF-反电动势电压信号；RF-滤波电阻；CF-滤波电容-；Sine-Z-反电动势信号；Z0-零交越信号；10-动子；11-主线圈；12-反馈阻尼器；13-次级线圈；421-驱动器；422-放大装置；423-激发装置。
具体实施方式
请参阅图4所示，为本实用新型线性致动器的PWM驱动及反电动势侦测的电路示意图，本实用新型的线性致动器20包括一动子21、至少一主线圈22及一次级线圈23，该动子21为一磁石，驱动主线圈22可产生电磁场对该动子21产生吸斥力，使动子线性位移产生震动，并利用次级线圈23侦测反电动势。
本实用新型的零相位延迟补偿电路由一脉波调变(PWM)驱动单元31、一反电动势电压产生单元32、一低通滤波单元33、一相位侦测单元34及一相位补偿单元35所组成，其中该脉波调变(PWM)驱动单元31连接至该主线圈22，用以产生高频稳定的正弦波驱动信号PWM+/PWM-，以驱动该动子21位移震动。该反电动势电压产生单元32连接于该次级线圈23，用以将该次级线圈23上所感应到的反电动势转换成一参考电位VREF，在本实施例中该反电动势电压产生单元32可以为一负载电容CB。
该低通滤波单元33连接至该次级线圈23，用以滤除因脉波调变(PWM)驱动单元产生的高频信号，只通过该次级线圈23上感应到的反电动势，取得干净的一反电动势电压信号VBEMF，在本实施例中该低通滤波单元33由一滤波电阻RF及一滤波电容CF串联组成。
请一并参阅图4及图5所示，为本实用新型相位侦测单元的实施例电路示意图。其中该相位侦测单元34连接至该低通滤波单元33，用以将该反电动势电压信号VBEMF放大，并取得该反电动势电压信号中的零交越信号Z0，作为信号的零相位依据，传送给相位补偿单元35进行零相位的延迟补偿。在本实施例中该相位侦测单元34由一第一放大器41、一第二放大器42及一施密特触发器43所组成，其中该第一放大器41连接至该低通滤波单元33及该脉波调变(PWM)驱动单元31，用以将该反电动势电压信号VBEMF放大后输出至该脉波调变(PWM)驱动单元31，用以将该动子的线性位移信息反馈给该脉波调变(PWM)驱动单元31。
其中该第二放大器42连接至该低通滤波单元33，用以将该反电动势电压信号VBEMF的正弦波放大成近方波的反电动势信号Sine-Z，输出至该施密特触发器43，该施密特触发器43连接至该第二放大器42及该相位补偿单元35，该施密特触发器43取得该近方波反电动势信号Sine-Z的转态信号形成零交越信号Z0，输出给该相位补偿单元35，进行零相位的延迟补偿。
在本实施例中该第一放大器41由一第一运算放大器OP1、一第一输入电阻R1B及一第一回授电阻R1A所组成，该第一输入电阻R1B连接于该第一运算放大器OP1的一第一负端(-)及该低通滤波单元33的该参考电位VREF连接端之间，该第一回授电阻R1A连接于该第一运算放大器OP1的该第一负端(-)及一输出端之间，该第一运算放大器OP1的一第一正端(+)连接至该低通滤波器33的输出端。该第一放大器41的输出电压放大率可由该第一输入电阻R1B及该第一回授电阻R1A的阻值进行调整，其公式为：
Vo为输出电压，Vin为输入电压，即为低通滤波单元的输出电压VBEMF。
在本实例中该第二放大器42由一第二运算放大器OP2、一第二输入电阻R2B及一第二回授电阻R2A组成，该第二输入电阻R2B连接于该第二运算放大器OP2的一第二负端(-)及该低通滤波单元33的该参考电位VREF连接端之间，该第二回授电阻R2A连接于该第二运算放大器OP2的该第二负端(-)及一输出端之间，该第二运算放大器OP2的一第二正端(+)连接至该低通滤波器33的输出端。该第一放大器41的输出电压放大率可由该第一输入电阻R2B及该第一回授电阻R2A的阻值进行调整，其公式为：
Vo为输出电压，Vin为输入电压，即为低通滤波单元的输出电压VBEMF。
请再一并参阅图4及图6所示，图6为本实用新型进行零相位延迟补偿的前后波形示意图。该相位补偿单元35连接至该相位侦测单元34及该脉波调变(PWM)驱动单元31，该相位补偿单元35接收该相位侦测单元34输出的该零交越信号Z0计算出一零相位延迟的补偿信号，并与该反电动势电压信号VBEMF合并以进行相补偿后回馈给该脉波调变(PWM)驱动单元31，如图6所示，使该脉波调变(PWM)驱动单元31输出的正弦波驱动信号PWM+/PWM-能精准地与线性致动器20的中心频率F0在相同的相位驱动该动子震动。
请参阅图7所示，为本实用新型将相位侦测单元、相位补偿单元及PWM驱动单元封装成集成电路的电路示意图。在本实用新型实施例中，该脉波调变(PWM)驱动单元31由一PWM驱动器311及一H桥驱动器312所组成，PWM驱动器311可依据相位补偿单元35进行零相位延迟补偿后产生一稳定频率的脉波宽度调变信号，较佳地脉波宽度调变信号的频率在31KHz～36KHz，H桥驱动器312可将脉波宽度调变信号转换成正弦波的驱动信号输出驱动主线圈22，使线性致动器20的动子21其位移震动的中心频率能与脉波宽度调变信号的频率一致。
如图7所示，本实用新型实施例可将该PWM驱动器311、该H桥驱动器312、该相位侦测单元34及该相位补偿单元35封装成一集成电路(IC)以简化零相位延迟补偿电路，缩小线性致动器驱动电路的整体结构。而在另一实施例中，本实用新型可将多组的零相位延迟补偿电路封装在一集成电路中，如图8所示将两组零相位延迟补偿电路封在一集成电路内并联驱动两组线性致动器的实施例示意图。
综上所述，本实用新型将驱动线性致动器震动的脉波宽度调变信号进行零相位延迟补偿后，与线性致动器震动的中心频率的相位相同，能够使线性致动器用较低的功耗产生相同的动能，稳定的输出所需的振动动能(加速度)，减少驱动时所产生的电磁噪音。
虽然本实用新型已以较佳实施例公开如上，然而其并非用于限定本实用新型，任何熟习此技术者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本实用新型的范围当视后权利要求所界定的为准。
Claims (13)
1.一种线性致动器的零相位延迟补偿电路，其特征在于，该线性致动器包含一动子、至少一主线圈及一次级线圈，该电路包括：
一脉波调变驱动单元，连接至该主线圈，用以产生一驱动信号驱动该动子线性位移震动；
一低通滤波单元，连接至该次级线圈，用以滤除该驱动信号，产生一反电动势电压信号；
一相位侦测单元，连接至该低通滤波单元，用以将该反电动势电压信号放大，并取得该反电动势电压信号中的零交越信号；及
一相位补偿单元，连接至该相位侦测单元及该脉波调变驱动单元，用以依据该零交越信号计算出一零相位延迟的补偿信号，与该反电动势电压信号合并回馈给该脉波调变驱动单元，使该脉波调变驱动单元精准地输出与该线性致动器中心频率相同的零相位驱动信号，驱动该动子震动。
2.如权利要求1所述的线性致动器的零相位延迟补偿电路，其特征在于，该动子为一长条状磁石，该主线圈相对该磁石固定环绕在该磁石外围，通过驱动该主线圈产生电磁场，驱动该动子于该主线圈内来回线性位移产生震动。
3.如权利要求1所述的线性致动器的零相位延迟补偿电路，其特征在于，该动子的两侧端处各连接有至少一反馈阻尼器，分别连接至一固定端，用以产生该动子位移的恢复力或煞停的阻尼力。
4.如权利要求1所述的线性致动器的零相位延迟补偿电路，其特征在于，该次级线圈为固定设置于该动子外侧，且对应或部分对应于该主线圈，通过该动子的位移取得一反电动势。
5.如权利要求1所述的线性致动器的零相位延迟补偿电路，其特征在于，该脉波调变驱动单元所产生的该驱动信号为一正弦波信号。
6.如权利要求1所述的线性致动器的零相位延迟补偿电路，其特征在于，该低通滤波单元由一滤波电阻及一滤波电容串联组成，用以滤除该脉波调变驱动单元所产生高频的该驱动信号，只通过该次级线圈上感应到的反电动势形成一反电动势电压信号。
7.如权利要求6所述的线性致动器的零相位延迟补偿电路，其特征在于，该低通滤波单元前还并联一负载电容，形成一反电动势电压产生单元，用以产生一参考电位。
8.如权利要求6所述的线性致动器的零相位延迟补偿电路，其特征在于，该相位侦测单元还包括：
一第一放大器，连接至该低通滤波单元及该脉波调变驱动单元，用以将该反电动势电压信号放大后输出至该脉波调变驱动单元，用以将该动子的线性位移信息反馈给该脉波调变驱动单元；
一第二放大器，连接至该低通滤波单元，用以将该反电动势电压信号的正弦波放大成近方波的反电动势信号；及
一施密特触发器，连接至该第二放大器及该相位补偿单元，取得该近方波反电动势的转态信号形成该零交越信号，输出给该相位补偿单元，进行零相位的延迟补偿。
9.如权利要求8所述的线性致动器的零相位延迟补偿电路，其特征在于，该第一放大器由一第一运算放大器、一第一输入电阻及一第一回授电阻组成，该第一输入电阻连接于该第一运算放大器的一第一负端及该低通滤波单元的该参考电位连接端之间，该第一回授电阻连接于该第一运算放大器的该第一负端及一输出端之间，该第一运算放大器的一第一正端连接至该低通滤波器的输出端。
10.如权利要求8所述的线性致动器的零相位延迟补偿电路，其特征在于，该第二放大器由一第二运算放大器、一第二输入电阻及一第二回授电阻组成，该第二输入电阻连接于该第二运算放大器的一第二负端及该低通滤波单元的该参考电位连接端之间，该第二回授电阻连接于该第二运算放大器的该第二负端及一输出端之间，该第二运算放大器的一第二正端连接至该低通滤波器的输出端。
11.如权利要求5所述的线性致动器的零相位延迟补偿电路，其特征在于，该脉波调变驱动单元由一PWM驱动器及一H桥驱动器所组成，用以将脉波宽度调变信号转换成正弦波的该驱动信号。
12.如权利要求11所述的线性致动器的零相位延迟补偿电路，其特征在于，该PWM驱动器、该H桥驱动器、该相位侦测单元及该相位补偿单元封装成一集成电路。
13.如权利要求12所述的线性致动器的零相位延迟补偿电路，其特征在于，该集成电路封装有多组该零相位延迟补偿电路，并联驱动多组该线性致动器。
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