KR102028707B1 - 유전탄성체구동기의 고속 구동을 위한 고전압 및 고전류 스위칭 회로 장치 - Google Patents

유전탄성체구동기의 고속 구동을 위한 고전압 및 고전류 스위칭 회로 장치 Download PDF

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정호상
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성균관대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 유전탄성체구동기의 고속 구동을 위한 고전압 및 고전류 스위칭 회로 장치에 관한 것으로, 유전탄성체(dielectric elastomers)구동기의 동작을 위한 고전압 및 고전류를 생성하여 공급하는 고전압 공급부 및 유전탄성체구동기의 상부 전극 및 하부 전극에 연결되어, 유전탄성체구동기로의 고전압 및 고전류 공급과 차단을 제어하되, 적어도 하나 이상 구비되는 스위칭 유닛부를 포함하되, 상기 스위칭 유닛부는, 유탄성체구동기의 상부 전극에 연결되어, 옵토커플러(opto-coupler) 및 다수개의 모스펫(MOSFET:Metal Oxide Semiconductor Field Effect Trasnsistor)을 이용하여 상기 고전압 공급부로부터 공급되는 고전압 및 고전류를 충전(charging) 또는 방전(discharging)시키는 고전압 구동부 및 유전탄성체구동기의 하부 전극에 연결되어, 그라운드 신호를 인가시키는 그라운드 구동부를 포함한다.

Description

유전탄성체구동기의 고속 구동을 위한 고전압 및 고전류 스위칭 회로 장치{HIGH-VOLTAGE AND HIGH-CURRENT SWITCHING CIRCUIT DEVICES FOR HIGH SPEED DRIVING OF DIELECTRIC ELASTOMER ACTUATORS}
본 발명은 유전탄성체구동기의 고속 구동을 위한 고전압 및 고전류 스위칭 회로 장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 유전탄성체구동기를 높은 주파수 및 고속으로 구동시키기 위해 고전압 및 고전류를 빠르게 충전(charging) 또는 방전(discharging)시키는 유전탄성체구동기의 고속 구동을 위한 고전압 및 고전류 스위칭 회로 장치에 관한 것이다.
불휘발성 메모리 장치, 특히 전기적으로 소거 및 프로그램이 가능한 플래시 메모리 소자의 경우 메모리 셀에 저장된 데이터를 소거하기 위한 소거동작과 상기 메모리 셀에 데이터를 저장하기 위한 프로그램 동작을 수행하는데 있어서, F-N 터널링(Fowler-Nordheim tunneling)과 핫 일렉트론 인젝션(hot electron injection) 방식을 사용하고 있다.
일반적으로 저 전원 및 전압 하에서 동작하는 불휘발성 메모리 소자는 고전압을 칩 내부에서 자체 발생시키는 전압 제공 회로를 포함한다. 전압 제공회로는 일반적으로 전압 펌프 회로 등을 이용하여 입력되는 저전압을 고전압으로 펌핑하여 출력하도록 구성된다.
상기와 같이 펌프 회로 등에서 생성되는 고전압을 필요한 타이밍에 제공하기 위해서는 고전압을 스위칭하여 출력하는 고전압 스위치 회로가 필요하다.
따라서, 일반적으로 고전압 스위치 회로는 주로 저항을 이용하여 파워를 소모하거나 전류 스펙이 낮은 스위칭 소자를 이용하여 구성되는데, 이는 굉장히 느린 방전 속도를 가지고 있다는 문제점이 있다. 또한, 주로 전류스펙이 낮은 상용 고전압 증폭기를 이용하기 때문에 충전 속도가 느리다는 문제점이 있다.
이와 관련하여, 한국공개특허 제2017-0070010호는 "고전압 스위칭 회로"에 관하여 개시하고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 유전탄성체구동기의 동작을 위해 공급되는 고전압 및 고전류를 빠르게 충전(charging) 및 방전(discharging) 시키기 위하여 옵토 커플러(opto-coupler)와 모스펫(MOSFET)을 구비하는 유전탄성체구동기의 고속 구동을 위한 고전압 및 고전류 스위칭 회로 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유전탄성체구동기의 고속 구동을 위한 고전압 및 고전류 스위칭 회로 장치는 유전탄성체(dielectric elastomers)구동기의 동작을 위한 고전압 및 고전류를 생성하여 공급하는 고전압 공급부; 및 유전탄성체구동기의 상부 전극 및 하부 전극에 연결되어, 유전탄성체구동기로의 고전압 및 고전류 공급과 차단을 제어하되, 적어도 하나 이상 구비되는 스위칭 유닛부;를 포함하되, 상기 스위칭 유닛부는, 유전탄성체구동기의 상부 전극에 연결되어, 옵토커플러(opto-coupler) 및 다수개의 모스펫(MOSFET:Metal Oxide Semiconductor Field Effect Trasnsistor)을 이용하여 상기 고전압 공급부로부터 공급되는 고전압 및 고전류를 충전(charging) 또는 방전(discharging)시키는 고전압 구동부; 및 유전탄성체구동기의 하부 전극에 연결되어, 그라운드 신호를 인가시키는 그라운드 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고전압 공급부는 생성되는 고전압 및 고전류로부터 고전압 트리거 전원을 발생시키는 소스와 공급되는 고전압 및 고전류를 통해 유전탄성체구동기의 엑츄에이터가 충전되도록 하는 소스를 제공하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고전압 구동부는, 옵토커플러를 구비하여 상기 고전압 공급부로부터 발생되는 고전압 트리거 전원의 공급 및 차단을 제어하는 트리거 스위치; 상기 고전압 공급부로부터 발생되는 고전압 트리거 전원이 공급되면 유전탄성체구동기의 엑츄에이터에 고전압 및 고전류를 충전시키기 위해 구동되는 제1 모스펫; 및상기 고전압 공급부로부터 발생되는 고전압 트리거 전원이 차단되면 유전탄성체구동기의 엑츄에이터에 고전압 및 고전류를 방전시키기 위해 구동되는 제2 모스펫;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고전압 구동부는 상기 트리거 스위치 및 상기 제1 모스펫 사이에 연결되되, 기 설정된 전압 문턱 값(Voltage Threshold)을 토대로 하여 상기 제1 모스펫의 게이트를 턴 온시키는 제너 다이오드(Zener diode)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제너 다이오드를 통해 상기 제1 모스펫의 게이트가 오픈되면 고전압 공급부로부터 공급되는 고전압 및 고전류가 공급되어 유전탄성체구동기의 엑츄에이터로의 고전압 및 고전류 공급 라인으로 전달되는 고전압 및 고전류 값은 기 설정된 전압 문턱 값이 반영된 값인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 그라운드 구동부는 인가되는 그라운드 신호를 토대로 하는 그라운드에 접지를 위해 구동되는 제3 모스펫을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 트리거 스위치가 온(ON) 상태가 되면, 상기 제1 모스펫으로 고전압 트리거 전원이 공급되어 유전탄성체구동기의 엑츄에이터로의 고전압 및 고전류 공급 라인이 활성화되어 충전이 수행되고, 상기 제2 모스펫은 오프(OFF) 상태, 상기 제3 모스펫은 온(ON) 상태로 제어되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 트리거 스위치가 오프(OFF) 상태가 되면, 상기 제1 모스펫으로 고전압 트리거 전원이 차단되어 유전탄성체구동기의 엑츄에이터로의 고전압 및 고전류 공급 라인이 비활성화되어 방전이 수행되고, 상기 제2 모스펫은 온(ON) 상태, 상기 제3 모스펫은 오프(OFF) 상태로 제어되는 것을 특징으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유전탄성체구동기의 고속 구동을 위한 고전압 및 고전류 스위칭 회로 장치는 유전탄성체구동기의 동작을 위해 공급되는 고전압 및 고전류를빠르게 충전(charging) 및 방전(discharging) 시키기 위하여 옵토 커플러(opto coupler)와 모스펫(MOSFET:Metal Oxide Semiconductor Field Effect Trasnsistor)을 구비함으로써, 로드(load)가 없을 시 최대 300Hz 이상의 고속 구동을 가능하게 하는 효과가 있다.
이에, 본 발명은 촉각 디스플레이 장치에 스위칭 회로 장치를 포함하는 유전탄성체구동기를 적용하면, 100Hz 이상의 고속 구동이 가능하며 빠른 진동에 의해 상당히 감도 높은 촉감출력을 구현해 낼 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 다수개의 스위칭 유닛을 구비하는 경우, 다수개의 유전탄성체구동기 셀 또는 어레이를 동시에 컨트롤 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 유전탄성체구동기의 고속 구동을 위한 고전압 및 고전류 스위칭 회로 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 유전탄성체구동기의 고속 구동을 위한 고전압 및 고전류 스위칭 회로 장치에 채용되는 스위칭 유닛부의 세부 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 스위칭 유닛부의 회로도를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 유전탄성체구동기의 고속 구동을 위한 고전압 및 고전류 스위칭 회로 장치의 회로 제어 구성을 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이하, 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 유전탄성체구동기의 고속 구동을 위한 고전압 및 고전류 스위칭 회로 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 유전탄성체구동기의 고속 구동을 위한 고전압 및 고전류 스위칭 회로 장치(100)는 크게 고전압 공급부(110) 및 적어도 하나 이상 구비되는 스위칭 유닛부(120)를 포함한다.
고전압 공급부(110)는 유전탄성체구동기의 동작을 위한 고스펙의 고전압 및 고전류를 생성하여 공급한다. 즉, 고전압 공급부(110)는 유전체탄성체구동기를 고속 충전용 고주파로 동작시키기 위해 높은 정전 용량을 갖고 있으며 패스트 차징(Fast Charging)을 제공한다. 그리고 유전탄성체(dielectric elastomers)구동기는 각 디스플레이 장치를 구동시키기 위해 구비되는 엑츄에이터를 의미한다.
도면에 도시하지는 않았으나, 외부 전원을 입력받는 전원 입력부, DC 전류를 AC 전류로 변환시키는 전류 변환부와 이 전류 변환부의 출력측에 연결되어 변환된 AC 전류를 증폭시키는 전류 증폭부로 구성되는 DC-AC 변환 인버터 회로부와 증폭된 AC 전압을 승압시키는 전압 증폭부, 이 전압 증폭부의 출력측에 연결되는 전류 증폭기, 전류 증폭된 고전압의 AC 전류를 DC 전류로 변환시키는 AC-DC 변환 인버터 회로부와 인터버 회로부의 출력측에 연결되는 출력회로로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기와 같이 구성된 고전압 공급부(11)는 생성되는 고전압 및 고전류로부터 고전압 트리거 전원을 발생시키는 소스와, 공급되는 고전압 및 고전류를 통해 유전탄성체구동기의 엑츄에이터가 충전 및 방전이 이루어지도록 하는 소스를 제공하며, 이를 위해 하나 또는 별도로 구비될 수 있다.
또한, 상기와 같이 구성된 고전압 공급부(110)는 상용 AC를 이용하여 고전압 DC를 생성하고, 증폭된 고전압 DC를 공급하기 위해 하기의 스위칭 유닛부(120)를 원하는 만큼 연결시켜 다수개의 채널의 컨트로를 가능하게 할 수 있다.
스위칭 유닛부(120)는 유전탄성체구동기의 상부 전극 및 하부 전극에 연결되어, 유전탄성체구동기로의 고전압 및 고전류 공급과 차단을 제어한다.
스위칭 유닛부(120)는 유전탄성체구동기의 동작을 위해 공급되는 고전압 및 고전류를 빠르게 충전(charging) 및 방전(discharging) 시키기 위하여 옵토 커플러(opto-coupler)와 다수개의 모스펫(MOSFET)을 구비하게 되는데, 이에 대해서는 이후 설명되는 도 2 및 도 3에서 자세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 유전탄성체구동기의 고속 구동을 위한 고전압 및 고전류 스위칭 회로 장치에 채용되는 스위칭 유닛부의 세부 구성을 나타내는 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 스위칭 유닛부의 회로도를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 스위칭 유닛부(120)는 유전탄성체구동기의 상부 전극 및 하부 전극에 연결되어, 유전탄성체구동기로의 고전압 및 고전류 공급과 차단을 제어한다.
이를 위해, 스위칭 유닛부(120)는 크게 고전압 구동부(130) 및 그라운드 구동부(140)를 포함한다.
고전압 구동부(130)는 유전탄성체구동기의 상부 전극에 연결되어, 옵토커플러(opto-coupler) 및 다수개의 모스펫(MOSFET:Metal Oxide Semiconductor Field Effect Trasnsistor)을 이용하여 고전압 공급부로부터 공급되는 고전압 및 고전류를 충전(charging) 또는 방전(discharging)시킨다. 여기서, 옵토커플러는 광원(입력)과 광 검출기(출력)로 구성된 고체의 스위칭 소자이고, 모스펫은 금속 산화 막 반도체 전계 효과 트랜지스터로 게이트 부분이 금속 산화 막 반도체로 이루어진 것으로 게이트 전압에 따라 채널의 전류가 변하여 증폭 작용이 일어난다.
이를 위해, 고전압 구동부(130)는 트리거 스위치(131), 제1 모스펫(132), 제너 다이오드(Zener diode, 133) 및 제2 모스펫(134)을 포함한다.
트리거 스위치(131)는 옵토커플러를 구비하여 고전압 공급부로부터 발생되는 고전압 트리거 전원의 공급 및 차단을 제어한다. 즉, 트리서 스위치(131)는 고전압 트리거 전원의 공급과 차단을 제어하는 스위치로 옵토커플러를 이용하여 제1 모스펫(132)의 구동을 제어한다.
제1 모스펫(132)은 고전압 공급부로부터 발생되는 고전압 트리거 전원이 공급되면 유전탄성체구동기의 엑츄에이터에 고전압 및 고전류를 충전시키기 위해 구동된다.
제너 다이오드(133)는 다이오드의 일종으로 정전압 다이오드라고도 하며, 일정한 전압을 얻을 목적으로 사용되는 소자로 트리거 스위치(131) 및 제1 모스펫(132) 사이에 연결되되, 기 설정된 전압 문턱 값(Voltage Threshold)을 토대로 제1 모스펫의 게이트를 턴 온시킨다. 이때, 제너 다이오드(133)를 통해 제1 모스펫(132)의 게이트가 오픈되면 고전압 공급부로부터 공급되는 고전압 및 고전류가 공급되어 유전탄성체구동기의 엑츄에이터로의 고전압 및 고전류 공급 라인으로 전달되는 고전압 및 고전류 값은 기 설정된 전압 문턱 값이 반영된 값인 것을 특징으로 한다.
제2 모스펫(134)은 고전압 공급부로부터 발생되는 고전압 트리거 전원이 차단되면 유전탄성체구동기의 엑츄에이터에 고전압 및 고전류를 방전시키기 위해 구동된다.
그라운드 구동부(140)는 유전탄성체구동기의 하부 전극에 연결되어, 그라운드 신호를 인가시킨다.
그라운드 구동부는 인가되는 그라운드 신호를 토대로 하는 그라운드에 접지를 위해 구동되는 제3 모스펫(141)을 포함한다.
상기와 같이 구성된 스위칭 유닛부의 고전압 및 고전류를 충전 또는 방전하는 운영 순서를 도 3과 같이 설명하면 다음과 같다.
고전압 및 고전류 충전 제어
트리거 스위치(131, O1)가 온(ON) 상태가 되면, 제2 모스펫(134, MOF*2)은 오프(OFF) 상태, 제3 모스펫(141, MOF*3)은 온(ON) 상태가 되며, 제1 모스펫(133,MOF*1)으로 고전압 트리거 전원이 공급되어 유전탄성체구동기의 엑츄에이터로의 고전압 및 고전류 공급 라인(HV_Actuator_Line_1) 및 유전탄성체구동기의 엑츄에이터의 그라운드를 위한 고전압 및 고전류 공급 라인(GROUND__Actuator_Line_1)은 활성화(ON) 되면서 빠르게 충전이 수행된다.
이때, 트리거 스위치(131, O1)가 온(ON) 상태가 되면 제1 모스펫(133, MOF*1)을 향해 흐르는 고전압 트리거 전원(High_Voltage_Trigger)은 트리거 스위치(131, O1) 및 제1 모스펫(133, MOF*1) 사이에 위치한 제너 다이오드(132, D5)가 설정한 전압 문턱 값에 따라 고정되고, 제너 다이오드(132. D5)의 턴 온에 따라 제1 모스펫(133, MOF*1)의 게이트가 열리면 고전압 공급부로부터 공급되는 고전압 및 고전류(High_Voltage_to_Actuator)가 제1 모스펫(133, MOF*1)을 통해 공급되게 된다. 여기서, 제1 모스펫(133, MOF*1)을 통해 유전탄성체구동기의 엑츄에이터로의 고전압 및 고전류 공급 라인(HV_Actuator_Line_1)으로 공급되는 고전압 및 고전류 값은 고전압 공급부로부터 공급되는 고전압 및 고전류 값에서 제너 다이오드(132. D5)가 설정한 전압 문턱 값을 뺀 값으로 이루어진다.
고전압 및 고전류 방전 제어
트리거 스위치(131, O1)가 오프(OFF) 상태가 되면, 제2 모스펫(134, MOF*2)은 온(ON) 상태, 제3 모스펫(141, MOF*3)은 오프(OFF) 상태가 되며, 유전탄성체구동기의 엑츄에이터로의 고전압 및 고전류 공급 라인(HV_Actuator_Line_1)은 빠르게 0으로 드레인되고, 엑츄에이터의 그라운드를 위한 고전압 및 고전류 공급 라인(GROUND__Actuator_Line_1)은 비활성화(OFF)되어 빠르게 방전이 수행된다.
이때, 트리거 스위치(131, O1)가 오프(OFF) 상태가 되면 제2 모스펫(134, MOF*2)은 온(ON) 상태가 되고, 피상 전력은 접지되고, 제1 모스펫(133, MOF*1)은 오프(OFF) 상태가 되어 고전압 트리거 전원(High_Voltage_Trigger) 및 고전압 공급부로부터 공급되는 고전압 및 고전류(High_Voltage_to_Actuator)가 제1 모스펫(133, MOF*1)을 통과할 수가 없다. 따라서, 고전압 공급부로부터 공급되는 고전압 및 고전류의 전하는 온(ON) 상태인 제2 모스펫(134, MOF*2)으로 이동하게 된다.
도 4는 본 발명에 따른 유전탄성체구동기의 고속 구동을 위한 고전압 및 고전류 스위칭 회로 장치의 회로 제어 구성을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 유전탄성체구동기의 고속 구동을 위한 고전압 및 고전류 스위칭 회로 장치의 회로 제어 구성은 크게 유저 인터페이스, 저전압 구동 회로 및 앞서 설명한 본 발명에 따른 유전탄성체구동기의 고속 구동을 위한 고전압 및 고전류 스위칭 회로 장치를 포함한다.
보다 자세하게, 사용자들이 컴퓨터 시스템 또는 프로그램에서 데이터 입력이나 동작을 제어하기 위하여 사용하는 명령어 또는 기법을 제공하는 유저 인터페이스는, 메모리 그리고 프로그램 가능한 입/출력을 가지는 MCU, 충전을 위한 확장회로(GPIOexpander_charge), 방전을 위한 확장회로(GPIOexpander_discharge), 그라운드를 위한 확장회로(GPIOexpander_ground) 등을 포함하여 저전압에서 구동되어 저전압을 공급하는 저전압 구동 회로, 저전압 구동 회로로부터 공급된 저전압 및 고전압 및 고전류를 생성하여 공급하는 고전압 공급 회로와 고전압 공급부로부터 공급되는 고전압 및 고전류를 충전(charging) 또는 방전(discharging)시키기 위해 다수개 구비되는 반도체 소자(모스펫)을 포함하여 유전탄성체구동기의 고속 구동을 위한 고전압 및 고전류 스위칭 회로 장치를 토대로 회로를 제어된다. 이때, 유전탄성체구동기의 고속 구동을 위한 고전압 및 고전류 스위칭 회로 장치는 다수개 구비되어, 다수의 전탄성체구동기 cell 혹은 array를 동시에 컨트롤 할 수 있다.
이를 위해, 본 발명에 따른 유전탄성체구동기의 고속 구동을 위한 고전압 및 고전류 스위칭 회로 장치는 유전탄성체구동기의 동작을 위해 공급되는 고전압 및 고전류를빠르게 충전(charging) 및 방전(discharging) 시키기 위하여 옵토 커플러(opto coupler)와 모스펫(MOSFET:Metal Oxide Semiconductor Field Effect Trasnsistor)을 구비함으로써, 로드(load)가 없을 시 최대 300Hz 이상의 고속 구동을 가능하게 할 수 있다.
이에, 본 발명은 촉각 디스플레이 장치에 스위칭 회로 장치를 포함하는 유전탄성체구동기를 적용하면, 100Hz 이상의 고속 구동이 가능하며 빠른 진동에 의해 상당히 감도 높은 촉감출력을 구현해 낼 수 있다.
또한, 본 발명은 다수개의 스위칭 유닛을 구비하는 경우, 다수개의 유전탄성체구동기 셀 또는 어레이를 동시에 컨트롤 할 수 있다.
이상 본 명세서에서 설명한 기능적 동작과 본 주제에 관한 실시형태들은 본 명세서에서 개시한 구조들 및 그들의 구조적인 등가물을 포함하여 디지털 전자 회로나 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어 또는 하드웨어에서 또는 이들 중 하나 이상이 조합에서 구현 가능하다.
본 명세서에서 기술하는 주제의 실시형태는 하나 이상이 컴퓨터 프로그램 제품, 다시 말해 데이터 처리 장치에 의한 실행을 위하여 또는 그 동작을 제어하기 위하여 유형의 프로그램 매체 상에 인코딩되는 컴퓨터 프로그램 명령에 관한 하나 이상이 모듈로서 구현될 수 있다. 유형의 프로그램 매체는 전파형 신호이거나 컴퓨터로 판독 가능한 매체일 수 있다. 전파형 신호는 컴퓨터에 의한 실행을 위하여 적절한 수신기 장치로 전송하기 위한 정보를 인코딩하기 위하여 생성되는 예컨대 기계가 생성한 전기적, 광학적 또는 전자기 신호와 같은 인공적으로 생성된 신호이다. 컴퓨터로 판독 가능한 매체는 기계로 판독 가능한 저장장치, 기계로 판독 가능한 저장 기판, 메모리 장치, 기계로 판독 가능한 전파형 신호에 영향을 미치는 물질의 조합 또는 이들 중 하나 이상이 조합일 수 있다.
컴퓨터 프로그램(프로그램, 소프트웨어, 소프트웨어 어플리케이션, 스크립트 또는 코드로도 알려져 있음)은 컴파일되거나 해석된 언어나 선험적 또는 절차적 언어를 포함하는 프로그래밍 언어의 어떠한 형태로도 작성될 수 있으며, 독립형 프로그램이나 모듈, 컴포넌트, 서브루틴 또는 컴퓨터 환경에서 사용하기에 적합한 다른 유닛을 포함하여 어떠한 형태로도 전개될 수 있다.
컴퓨터 프로그램은 파일 장치의 파일에 반드시 대응하는 것은 아니다. 프로그램은 요청된 프로그램에 제공되는 단일 파일 내에, 또는 다중의 상호 작용하는 파일(예컨대, 하나 이상이 모듈, 하위 프로그램 또는 코드의 일부를 저장하는 파일) 내에, 또는 다른 프로그램이나 데이터를 보유하는 파일의 일부(예컨대, 마크업 언어 문서 내에 저장되는 하나 이상이 스크립트) 내에 저장될 수 있다.
컴퓨터 프로그램은 하나의 사이트에 위치하거나 복수의 사이트에 걸쳐서 분산되어 통신 네트워크에 의해 상호 접속된 다중 컴퓨터나 하나의 컴퓨터 상에서 실행되도록 전개될 수 있다.
부가적으로, 본 특허문헌에서 기술하는 논리 흐름과 구조적인 블록도는 개시된 구조적인 수단의 지원을 받는 대응하는 기능과 단계의 지원을 받는 대응하는 행위 및/또는 특정한 방법을 기술하는 것으로, 대응하는 소프트웨어 구조와 알고리즘과 그 등가물을 구축하는 데에도 사용 가능하다.
본 명세서에서 기술하는 프로세스와 논리 흐름은 입력 데이터 상에서 동작하고 출력을 생성함으로써 기능을 수행하기 위하여 하나 이상이 컴퓨터 프로그램을 실행하는 하나 이상이 프로그래머블 프로세서에 의하여 수행 가능하다.
컴퓨터 프로그램의 실행에 적합한 프로세서는, 예컨대 범용 및 특수 목적의 마이크로프로세서 양자 및 어떤 형태의 디지털 컴퓨터의 어떠한 하나 이상이 프로세서라도 포함한다. 일반적으로, 프로세서는 읽기 전용 메모리나 랜덤 액세스 메모리 또는 양자로부터 명령어와 데이터를 수신할 것이다.
컴퓨터의 핵심적인 요소는 명령어와 데이터를 저장하기 위한 하나 이상이 메모리 장치 및 명령을 수행하기 위한 프로세서이다. 또한, 컴퓨터는 일반적으로 예컨대 자기, 자기 광학 디스크나 광학 디스크와 같은 데이터를 저장하기 위한 하나 이상이 대량 저장 장치로부터 데이터를 수신하거나 그것으로 데이터를 전송하거나 또는 그러한 동작 둘 다를 수행하기 위하여 동작가능 하도록 결합되거나 이를 포함할 것이다. 그러나, 컴퓨터는 그러한 장치를 가질 필요가 없다.
본 기술한 설명은 본 발명의 최상의 모드를 제시하고 있으며, 본 발명을 설명하기 위하여, 그리고 당업자가 본 발명을 제작 및 이용할 수 있도록 하기 위한 예를 제공하고 있다. 이렇게 작성된 명세서는 그 제시된 구체적인 용어에 본 발명을 제한하는 것이 아니다.
따라서, 상술한 예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하였지만, 당업자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서도 본 예들에 대한 개조, 변경 및 변형을 가할 수 있다. 요컨대 본 발명이 의도하는 효과를 달성하기 위해 도면에 도시된 모든 기능 블록을 별도로 포함하거나 도면에 도시된 모든 순서를 도시된 순서 그대로 따라야만 하는 것은 아니며, 그렇지 않더라도 얼마든지 청구항에 기재된 본 발명의 기술적 범위에 속할 수 있음에 주의한다.
100 : 유전탄성체구동기의 고속 구동을 위한 고전압 및 고전류 스위칭 회로 장치
110 : 고전압 공급부
120 : 스위칭 유닛부
130 : 고전압 구동부
140 : 그라운도 구동부

Claims (8)

  1. 유전탄성체(dielectric elastomers)구동기의 동작을 위한 고전압 및 고전류를 생성하여 공급하는 고전압 공급부; 및
    유전탄성체구동기의 상부 전극 및 하부 전극에 연결되어, 유전탄성체구동기로의 고전압 및 고전류 공급과 차단을 제어하되, 적어도 하나 이상 구비되는 스위칭 유닛부;를 포함하되,
    상기 스위칭 유닛부는,
    유전탄성체구동기의 상부 전극에 연결되어, 옵토커플러(opto-coupler) 및 다수개의 모스펫(MOSFET:Metal Oxide Semiconductor Field Effect Trasnsistor)을 이용하여 상기 고전압 공급부로부터 공급되는 고전압 및 고전류를 충전(charging) 또는 방전(discharging)시키는 고전압 구동부; 및
    유전탄성체구동기의 하부 전극에 연결되어, 그라운드 신호를 인가시키는 그라운드 구동부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 유전탄성체구동기의 고속 구동을 위한 고전압 및 고전류 스위칭 회로 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고전압 공급부는 생성되는 고전압 및 고전류로부터 고전압 트리거 전원을 발생시키는 소스와 공급되는 고전압 및 고전류를 통해 유전탄성체구동기의 엑츄에이터가 충전되도록 하는 소스를 제공하는 것을 특징으로 하는 유전탄성체구동기의 고속 구동을 위한 고전압 및 고전류 스위칭 회로 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고전압 구동부는,
    옵토커플러를 구비하여 상기 고전압 공급부로부터 발생되는 고전압 트리거 전원의 공급 및 차단을 제어하는 트리거 스위치;
    상기 고전압 공급부로부터 발생되는 고전압 트리거 전원이 공급되면 유전탄성체구동기의 엑츄에이터에 고전압 및 고전류를 충전시키기 위해 구동되는 제1 모스펫; 및
    상기 고전압 공급부로부터 발생되는 고전압 트리거 전원이 차단되면 유전탄성체구동기의 엑츄에이터에 고전압 및 고전류를 방전시키기 위해 구동되는 제2 모스펫;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 유전탄성체구동기의 고속 구동을 위한 고전압 및 고전류 스위칭 회로 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 고전압 구동부는 상기 트리거 스위치 및 상기 제1 모스펫 사이에 연결되되, 기 설정된 전압 문턱 값(Voltage Threshold)을 토대로 하여 상기 제1 모스펫의 게이트를 턴 온(turn on)시키는 제너 다이오드(Zener diode)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유전탄성체구동기의 고속 구동을 위한 고전압 및 고전류 스위칭 회로 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제너 다이오드를 통해 상기 제1 모스펫의 게이트가 오픈되면 고전압 공급부로부터 공급되는 고전압 및 고전류가 공급되며, 유전탄성체구동기의 엑츄에이터로의 고전압 및 고전류 공급 라인으로 전달되는 고전압 및 고전류 값은 기 설정된 전압 문턱 값이 반영된 값인 것을 특징으로 하는 유전탄성체구동기의 고속 구동을 위한 고전압 및 고전류 스위칭 회로 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 그라운드 구동부는 인가되는 그라운드 신호를 토대로 하는 그라운드에 접지를 위해 구동되는 제3 모스펫을 포함하는 것을 특징으로 하는 유전탄성체구동기의 고속 구동을 위한 고전압 및 고전류 스위칭 회로 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 트리거 스위치가 온(ON) 상태가 되면, 상기 제1 모스펫으로 고전압 트리거 전원이 공급되어 유전탄성체구동기의 엑츄에이터로의 고전압 및 고전류 공급 라인이 활성화되어 충전이 수행되고, 상기 제2 모스펫은 오프(OFF) 상태, 상기 제3 모스펫은 온(ON) 상태로 제어되는 것을 특징으로 하는 유전탄성체구동기의 고속 구동을 위한 고전압 및 고전류 스위칭 회로 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 트리거 스위치가 오프(OFF) 상태가 되면, 상기 제1 모스펫으로 고전압 트리거 전원이 차단되어 유전탄성체구동기의 엑츄에이터로의 고전압 및 고전류 공급 라인이 비활성화되어 방전이 수행되고, 상기 제2 모스펫은 온(ON) 상태, 상기 제3 모스펫은 오프(OFF) 상태로 제어되는 것을 특징으로 하는 유전탄성체구동기의 고속 구동을 위한 고전압 및 고전류 스위칭 회로 장치.
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