KR0157567B1

KR0157567B1 - 초음파모터 구동신호발생장치

Info

Publication number: KR0157567B1
Application number: KR1019950033959A
Authority: KR
Inventors: 류영수
Original assignee: 김광호; 삼성전자주식회사
Priority date: 1995-09-30
Filing date: 1995-09-30
Publication date: 1998-12-15
Also published as: KR970018958A

Abstract

본 발명은 주파수, 듀티비, 위상차 등의 구동변수를 갖는 초음파모터의 정확한 구동을 위해 구동변수들을 디지탈처리하여 구동신호를 발생하는 초음파모터 구동신호발생장치에 관한 것이다. 본 발명의 장치는 일정주파수의 클럭신호를 발생하는 수정발진기와, 클럭신호를 정해진 구동주파수, 듀티비, 위상차에 상응하여 카운트하는 카운터수단과, 카운트신호의 상승에지에서 트리거동작하며, 정출력신호와 사인(sine)형태의 구동파를 만들기 위해 상태반전한 부출력신호를 발생하는 필립플롭수단과, 인접한 두 플립플롭 사이에서 발생되는 상반된 출력신호를 논리곱연산하여 원하는 듀티비와 위상차를 가지며 동일한 주파수의 신호를 발생하는 논리곱연산수단, 및 논리곱연산수단에서 출력되는 4개의 신호를 조합, 증폭하여 초음파모터를 구동시키는 파워-전계효과트랜지스터와 변압기로 된 증폭수단으로 구성된다. 따라서, 본 발명은 초음파모터 구동변수들을 디지탈처리하여 원하는 듀티비와 위상차를 가지는 동일한 주파수의 구동신호를 발생하여 정확한 모터구동이 가능한 효과를 제공한다.

Description

초음파모터 구동신호발생장치

제1도는 종래의 초음파모터 구동신호발생장치를 나타낸 구성도.

제2도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초음파모터 구동신호발생 장치를 나타내는 구성도.

제3도는 제2도 장치의 동작을 나타내는 파형도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

21 : 수정발진기 22 : 버퍼

23 : 카운터수단 24 : 플립플롭수단

25 : 논리곱연산수단 26 : 증폭수단

본 발명은 초음파모터를 제어하기 위한 구동신호 발생장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 모터의 특성을 가변시키는 변수들인 인가주파수, 2개의 구동신호 사이의 위상차, 및 구동신호의 듀티비(Duty Ratio) 등을 디지탈로 처리하여 정확한 구동이 이루어질 수 있도록 한 초음파모터 구동신호 발생장치에 관한 것이다.

초음파모터는 압전세라믹(PZT)에 교류전압을 인가하였을 때 발생되는 초음파진동에 의한 고정자와 회전자 사이의 마찰력을 이용하여 구동력을 얻는 모터이다. 이는 기존의 전자식모터와는 달리 코일이 없어 구조가 간단하고, 정지시 홀딩토오크(Holding Torque)가 크고, 정·역회전이 자유로우며, 응답성이 10㎳정도로 빠르다는 장점이외에도 저속에서 높은 토오크를 낼 수 있고, 기어와 같은 감속기구 없이 직접 구동이 가능하기 때문에 차세대 모터로 주목을 받고 있다. 이와 같은 초음파모터의 종래 구동장치는 전압제어발진기(VCO; Voltage Controlled Oscillator)에서 발진되는 주파수로 초음파모터를 구동하였다. 그 구성예를 제1도에 도시하였다.

제1도에서, 전압제어발진기(11)는 소정의 제어전압에 따라 초음파모터를 구동하기 위한 구동주파수보다 2배가 큰 주파수의 펄스파형을 발생한다.

여기에서 전압제어발진기(11)는 듀티비 50%의 펄스파를 발생하며, 듀티비를 조절하기 위해 단안정 멀티바이브레이터를 연결하여 사용하기도 한다. 상승에지트리거플립플롭(Positive-Edge-Triggered Flip-Flop)(12)과 하강에지트리거플립플롭(Negative-Edge-Triggered Flip-Flop)(13)은 전압제어발진기(11)로부터 인가되는 신호의 상승에지 및 하강에지에서 트리거동작하여 위상차가 90°인 2개의 구동신호를 출력한다. 이 구동신호는 미도시된 증폭수단에서 일정크기로 증폭된 후 초음파모터(14)에 인가되어, 초음파모터(14)를 구동시킨다.

그러나, 초음파모터는 그 구동특성이 구동주파수, 2개의 구동신호사이의 위상차, 및 구동신호의 듀티비에 따라서 변한다. 특히, 구동주파수가 대략 40∼70㎑정도가 필요하며, 속도제어를 위해서 약 50㎐이하의 주파수변화가 필요하다. 하지만, 전압제어발진기(VCO)를 이용하는 경우 50㎐정도의 주파수변화를 위해서는 전압제어발진기에 인가되는 직류전압이 약 0.02[V] 정도의 변화가 요구되며 이 경우 노이즈로 인해 안정된 주파수를 얻기가 어려워 정확한 구동이 어려운 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결할 수 있도록 전압제어발진기 대신에 안정된 주파수신호를 발진하는 수정발진기를 이용하며, 수정발진기에서 발생되는 고주파로부터 모터 구동변수에 해당하는 주파수, 위상차, 듀티비 등을 디지탈처리하여 원하는 구동신호를 생성할 수 있는 초음파모터 구동신호발생장치를 제공함에 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 초음파모터 구동신호발생장치는 초음파모터의 구동신호를 발생하기 위한 장치에 있어서, 안정된 특정주파수를 갖는 클럭펄스파를 발생하는 수정발진기와, 상기 수정발진기에서 발생되는 클럭신호를 카운트하여 원하는 구동주파수의 일정배의 주파수에 상응하는 카운트신호와, 2개의 구동신호 사이의 위상차에 상응하는 카운트신호, 및 2개의 구동신호의 듀티비에 상응하는 카운트신호를 각각 출력하는 카운터수단과, 상기 카운터수단으로부터 인가되는 카운트신호들의 소정에지에서 트리거동작하여 제1신호를 출력하고, 제1신호를 상태반전한 제2신호를 출력하는 4개의 플립플롭으로 된 플립플롭수단과, 상기 플립플롭수단의 두 플립플롭들 사이의 제1신호와 제2신호를 교차하여 논리곱연산하여 원하는 구동주파수를 갖는 제1펄스신호와, 제1펄스에 대한 원하는 듀티비를 갖는 제2펄스신호와, 제1펄스에 대한 동일 주파수를 갖으며 서로 다른 원하는 위상차를 갖는 제3펄스신호, 및 제3펄스신호에 대한 원하는 듀티비를 갖는 제4펄스신호를 출력하는 4개의 논리곱소자로 된 논리곱연산수단, 및 상기 논리곱연산수단으로부터 인가되는 4개의 펄스신호를 조합하고 증폭하여 2개의 구동신호를 상기 초음파모터에 인가하는 증폭수단을 포함한다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 기술하기로 한다.

제2도는 본 발명에 따른 초음파모터 구동신호발생장치를 나타내는 구성도이다. 도시한 바와 같이, 본 발명의 장치는 안정된 특정주파수의 클럭을 발생하는 수정발진기(X-tal; Crystal Oscillator)(21)와, 수정발진기(21)에서 발생되는 클럭을 입력받아 완충시켜 출력하는 버퍼(22), 및 버퍼(22)를 통해 입력되는 클럭을 정해진 구동변수들에 적합하도록 카운트하는 카운터수단(23)을 구비하고 있다. 카운터수단(23)은 입력되는 클럭을 모터의 구동주파수의 2배의 주파수에 상응하여 카운트하는 주카운터(231)와, 입력되는 클럭을 주카운터(231)의 제어하에 펄스의 듀티비에 상응하여 카운트하는 제1듀티카운터(232)와, 입력되는 클럭을 주카운터(231)의 제어하에 2개의 구동신호 사이의 위상차에 상응하여 카운트하는 위상카운터(233), 및 입력되는 클럭을 위상카운터(233)의 제어하에 펄스의 듀티비에 상응하여 카운트하는 제2듀티카운터(234)로 이루어진다. 카운터수단(23)에는 각 카운트신호의 상승에지에서 정출력단(Q)을 통해 트리거출력을 하고, 부출력단()을 통해 반전된 트리거출력을 하는 4개의 플립플롭(FF1∼FF4)으로 된 플립플롭수단(24)이 연결된다. 플립플롭수단(24)에는 두 플립플롭(FF1, FF2)(FF3, FF4)들 사이의 정출력단(Q)과 부출력단()을 통해 출력되는 신호를 교차하여 논리곱연산하는 4개의 논리곱소자(AND1∼AND4)로 된 논리곱연산수단(25)이 연결된다. 논리곱연산수단(25)에는 파워-전계효과트랜지스터(Field Effect Power Transistor)(FET1∼FET4)와 변압기(Transformer)(261, 262)로 구성되고, 입력되는 4개의 펄스신호를 조합, 증폭하여 설정한 듀티비와 위상차를 가지는 동일한 주파수인 2상의 구동신호를 압전체로 인가하여 초음파모터를 구동시키는 증폭수단(26)이 연결되도록 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 초음파모터 구동신호발생장치에 대한 동작을 제3도를 참조하여 좀더 구체적으로 설명한다.

제3도는 제2도 장치의 동작을 나타내는 파형도이다.

먼저, 수정발진기(21)는 초음파모터의 구동을 위한 일정주파수의 클럭을 발생한다. 이 클럭신호는 버퍼(22)를 통해 버퍼링된 후 카운터수단(23)으로 입력된다. 카운터수단(23)의 주카운터(231)는 입력되는 클럭을 카운트하여 카운트값이 'n'개가 될 때마다 제3도 A-A와 같은 펄스파를 발생한다.

여기서, 'n'은 수정발진기(21)에서 발생된 클럭으로부터 초음파모터의 구동주파수의 2배가 되는 주파수펄스를 얻을 수 있는 값이다. 주카운터(231)는 카운트 개시로부터 일정시간 경과한 후 제1듀티카운터(232)와 위상카운터(233)를 동작시킨다. 주카운터(231)에 의해 동작하는 제1듀티카운터(232)는 입력되는 클럭을 카운트하여 초음파모터의 구동신호의 듀티비에 상응하는 제3도 A-B와 같은 펄스파를 발생한다. 주카운터(231)에 의해 동작하는 위상카운터(233)는 입력되는 클럭을 카운트하여 2개의 구동신호 사이의 위상차에 상응하는 제3도 A-C와 같은 펄스파를 발생한다. 위상카운터(233)는 카운트 개시로부터 일정시간 경과한 후 제2듀티카운터(234)를 동작시킨다. 위상카운터(233)에 의해 동작하는 제2듀티카운터(234)는 입력되는 클럭을 카운트하여 초음파모터의 구동신호의 듀티비에 상응하는 제3도 A-D와 같은 펄스파를 발생한다. 플립플롭수단(24)의 제1플립플롭(FF1)은 주카운터(231)로부터 구동주파수의 2배에 상응하는 제3도 A-A와 같은 카운트신호를 입력받고, 그 카운트신호의 상승에지에서 트리거동작하여 반으로 분주된 제3도 B-A와 같은 신호를 정출력단(Q)을 통해 출력하며, 부출력단()을 통해 제3도 B-A의 신호를 반전한 제3도 C-A와 같은 신호를 출력한다.

제2플립플롭(FF2)은 제1듀티카운터(232)로부터 제3도 A-B와 같은 카운트신호를 입력받고, 그 카운트신호의 상승에지에서 트리거동작하여 정출력단(Q)을 통해 제3도 B-B와 같은 신호를 출력하며, 부출력단()을 통해 제3도 B-B의 신호를 반전한 제3도 C-B와 같은 신호를 출력한다. 제3플립플롭(FF3)은 위상카운터(233)로부터 제3도 A-C와 같은 카운트신호를 입력받고, 그 카운트신호의 상승에지에서 트리거동작하여 정출력단(Q)을 통해 제3도 B-C와 같은 신호를 출력하며, 부출력단()을 통해 제3도 B-C의 신호를 반전한 제3도 C-C와 같은 신호를 출력한다. 제4플립플롭(FF4)은 제2듀티카운터(234)로부터 제3도 A-D와 같은 카운트신호를 입력받고, 그 카운트신호의 상승에지에서 트리거동작하여 정출력단(Q)을 통해 제3도 B-D와 같은 신호를 출력하며, 부출력단()을 통해 제3도 B-D의 신호를 반전한 제3도 C-D와 같은 신호를 출력한다. 논리곱연산수단(25)의 제1논리곱소자(AND1)는 제1플립플롭(FF1)의 정출력단(Q)을 통해 출력되는 제3도 B-A와 같은 신호와 제2플립플롭(FF2)의 부출력단()을 통해 출력되는 제3도 C-B와 같은 신호를 논리곱연산하여 두 신호 모두 고전위레벨일 경우에만 고전위레벨인 제3도 D-A와 같은 신호를 출력한다. 제2논리곱소자(AND2)는 제1플립플롭(FF1)의 부출력단()을 통해 출력되는 제3도 C-A와 같은 신호와 제2플립플롭(FF2)의 정출력단(Q)을 통해 출력되는 제3도 B-B와 같은 신호를 논리곱연산하여 두 신호 모두 고전위레벨일 경우에만 고전위레벨인 제3도 D-B와 같은 신호를 출력한다. 제3논리곱소자(AND3)는 제3플립플롭(FF3)의 정출력단(Q)을 통해 출력되는 제3도 B-C와 같은 신호와 제4플립플롭(FF4)의 부출력단()을 통해 출력되는 제3도 C-D와 같은 신호를 논리곱연산하여 두 신호 모두 고전위레벨일 경우에만 고전위레벨인 제3도 D-C와 같은 신호를 출력한다. 제4논리곱소자(AND4)는 제3플립플롭(FF3)의 부출력단()을 통해 출력되는 제3도 C-C와 같은 신호와 제 4플립플롭(FF4)의 정출력단(Q)을 통해 출력되는 제3도 B-D와 같은 신호를 논리곱연산하여 두 신호 모두 고전위레벨일 경우에만 고전위레벨인 제3도 D-D와 같은 신호를 출력한다. 플립플롭수단(24)의 플립플롭(FF1∼FF4)들에서 반전출력을 하고, 논리곱연산수단(25)의 논리곱소자(AND1∼AND4)에서 교차적으로 논리곱연산하는 것은 초음파모터를 구동하기 위한 진행파가 사인(sine)형태이므로 이와 유사한 펄스전압을 구하기 위함이다. 여기에서 논리곱연산수단(25)의 4개의 논리곱소자(AND1∼AND4)들을 통해 출력되는 제3도 D-A 내지 D-D와 같은 신호는 설정된 듀티비와 위상차를 가지는 동일한 주파수의 구동신호로서, 증폭수단(26)으로 입력된다. 증폭수단(26)은 논리곱연산수단(25)으로부터 입력되는 4개의 신호를 파워-전계효과트랜지스터(FET1∼FET4)로 입력받아 변압기(261, 262)의 1차측 양단으로 전달된다. 여기에서 변압기(261, 262)의 1차 및 2차측의 권선비는 1:10이다. 2개의 변압기(261, 262)는 2차측에 생기는 제3도 E-A 및 E-B와 같은 사인(sine)와 형태의 전압을 압전체로 인가하여 초음파모터를 구동시킨다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 초음파모터 구동신호발생장치에 관한 것으로 전압제어발진기(VCO)를 이용하여 구동신호를 발생하므로 작은 전압변화에 대해 큰 주파수변화를 일으켜 안정된 주파수를 얻기 어려운 종래에 비해서 수정발진기를 이용하고 원하는 구동주파수와 위상차 및 듀티비를 갖는 구동신호를 디지탈처리하여 발생하므로 정확한 모터구동을 할 수 있는 효과를 갖는다.

Claims

초음파모터의 구동신호를 발생하기 위한 장치에 있어서, 안정된 특정주파수를 갖는 클럭펄스파를 발생하는 수정발진기; 상기 수정발진기에서 발생되는 클럭신호를 카운트하여 원하는 구동주파수의 일정배의 주파수에 상응하는 카운트신호와, 2개의 구동신호 사이의 위상차에 상응하는 카운트신호, 및 2개의 구동신호의 듀티비에 상응하는 카운트신호들을 각각 출력하는 카운터수단; 상기 카운터수단으로부터 인가되는 카운트신호들의 소정에지에서 트리거동작하여 제1신호를 출력하고, 제1신호를 상태반전한 제2신호를 출력하는 4개의 플립플롭으로 된 플립플롭수단; 상기 플립플롭수단의 두 플립플롭 사이의 제1신호와 제2신호를 교차하여 논리곱연산하여 원하는 구동주파수를 갖는 제1펄스신호와, 제1펄스에 대한 원하는 듀티비를 갖는 제2펄스신호와, 제1펄스에 대한 동일 주파수를 갖으며 서로 다른 원하는 위상차를 갖는 제3펄스신호 및 제3펄스신호에 대한 원하는 듀티비를 갖는 제4펄스신호를 출력하는 4개의 논리곱소자로 된 논리곱연산수단; 및 상기 논리곱연산수단으로부터 인가되는 4개의 펄스신호를 조합하고 증폭하여 2개의 구동신호를 상기 초음파모터에 인가하는 증폭수단을 포함하는 초음파모터 구동신호발생장치.
제1항에 있어서, 상기 수정발진기와 상기 카운터수단 사이에는 클럭신호를 입력받아 완충시켜 출력하는 버퍼가 연결되는 것을 특징으로 하는 초음파모터 구동신호발생장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 카운터수단은 입력되는 클럭신호를 카운트하여 원하는 구동주파수의 2배의 주파수에 상응하는 카운트신호를 출력하고, 카운트 개시로부터 일정시간 후에 제1듀티카운터와 위상카운터를 동작시키는 주카운터; 상기 주카운터에 의해 동작하며, 입력되는 클럭신호를 카운트하여 2개의 구동신호중 원하는 하나의 구동신호의 듀티비에 상응하는 카운트신호를 출력하는 제1듀티카운터; 상기 주카운터에 의해 동작하며, 입력되는 클럭신호를 카운트하여 2개의 구동신호 사이의 원하는 위상차에 상응하는 카운트신호를 출력하고, 카운트 개시로부터 일정시간 후에 제2듀티카운터를 동작시키는 위상카운터; 및 상기 위상카운터에 의해 동작하며, 입력되는 클럭신호를 카운트하여 2개의 구동신호중 원하는 다른 하나의 구동신호의 듀티비에 상응하는 카운트 신호를 출력하는 제2듀티카운터로 이루어진 것을 특징으로 하는 초음파모터 구동신호발생장치.
제3항에 있어서, 상기 플립플롭수단은 상기 주카운터의 카운트신호의 상승에지에서 정출력단을 통해 트리거출력을 하고, 부출력단을 통해 반전된 트리거출력을 하는 제1플립플롭; 상기 제1듀티카운터의 카운트신호의 상승에지에서 정출력단을 통해 트리거출력을 하고, 부출력단을 통해 반전된 트리거출력을 하는 제2플립플롭; 상기 위상카운터의 카운트신호의 상승에지에서 정출력단을 통해 트리거출력을 하고, 부출력단을 통해 반전된 트리거출력을 하는 제3플립플롭; 및 상기 제2듀티카운터의 카운트신호의 상승에지에서 정출력단을 통해 트리거출력을 하고, 부출력단을 통해 반전된 트리거출력을 하는 제4플립플롭으로 이루어진 것을 특징으로 하는 초음파모터 구동신호발생장치.
제4항에 있어서, 상기 논리곱연산수단은 상기 제1플립플롭의 정출력단과 상기 제2플립플롭의 부출력단 사이에 연결되어 두 출력신호를 논리곱연산하여 원하는 구동주파수와 듀티비로 분주된 형태의 제1펄스신호를 출력하는 제1논리곱소자; 상기 제1플립플롭의 부출력단과 상기 제2플립플롭의 정출력단 사이에 연결되어 두 출력신호를 논리곱연산하여 상기 제1논리곱소자에서 출력되는 제1펄스신호에 대해 위상차가 180°형태인 제2펄스신호를 출력하는 제2논리곱소자; 상기 제3플립플롭의 정출력단과 상기 제 4플립플롭의 부출력단 사이에 연결되어 두 출력신호를 논리곱연산하여 상기 제1논리곱소자에서 출력되는 제1펄스신호에 대해 원하는 위상차를 가지는 형태의 제3펄스신호를 출력하는 제3논리곱소자; 및 상기 제3플립플롭의 부출력단과 상기 제4플립플롭의 정출력단 사이에 연결되어 두 출력신호를 논리곱연산하여 상기 제3논리곱소자에서 출력되는 제3펄스신호에 대해 위상차가 180°형태인 제4펄스신호를 출력하는 제4논리곱소자로 이루어진 것을 특징으로 하는 초음파모터 구동신호발생장치.