KR20060027043A - 압전 액츄에이터 구동 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 카메라 모듈에 적용되는 줌 조절 및/또는 포커스 조절 등을 위한 액츄에이터를 정방향 또는 역방향으로 구동시킬 수 있는 압전 액츄에이터 구동 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 압전 액츄에이터 구동 시스템은, 동작전압(V1,V2)을 공급하는 전원부(100); 동작온선택 및 정방향/역방향 구동선택에 따라, 압전 액츄에이터에 대한 정방향/역방향 구동신호의 생성을 제어하는 구동제어부(201); 상기 전원부(100)의 동작전압(V1) 입력시, 제1 클럭신호를 생성하는 클럭생성부(300); 및 상기 구동제어부(201)의 정방향/역방향 구동신호의 생성 제어에 따라, 상기 제1 클럭신호 및 동작전압(V2)을 이용하여 정방향 또는 역방향 구동신호를 생성하여 상기 압전 액츄에이터에 공급하는 구동신호 생성부(400)를 포함한다.
휴대폰, 카메라 모듈, 줌, 포커스, 압전 액츄에이터, 구동
Description
도 1은 종래의 압전 액츄에이터 구동회로도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 압전 액츄에이터의 구동 시스템의 구성도이다.
도 3은 도 2의 구동제어부의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 압전 액츄에이터의 구동 시스템의 구성도이다.
도 5는 도 4의 구동제어부의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 전원부의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 클럭생성부의 구성도이다.
도 8은 도 7의 제2 분주부의 구성도이다.
도 9는 본 발명의 클럭생성부의 중요 신호 파형도이다.
도 10은 본 발명의 구동신호 생성부의 구성도이다.
도 11은 본 발명의 구동신호 생성부에서의 파형 생성 원리도이다.
도 12는 본 발명의 구동신호 생성부의 중요신호 파형도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 전원부 110 : 승압회로부
120 : 피드백 제어부 130 : PWM 제어부
201,202 : 구동제어부 210 : 동작 제어부
230 : 스위칭 제어부 300 : 클럭생성부
310 : 기본클럭 생성부 320 : 제1 분주부
330 : 제2 분주부 400 : 구동신호 생성부
410 : 시프터 레지스터 420 : 파형생성 제어부
430 : 구동파형 생성부 500 : 압전 액츄에이터 선택부
V1,V2 : 동작전압 ACT1,ACT2 : 제1,제2 압전 액츄에이터
CLK : 기본 클럭신호 CLK1 : 제1 클럭신호
CLK2 : 제2 클럭신호 Sen : 인에이블 신호
Sds : 정방향/역방향 선택신호 S1-S4 : 스위칭 신호
Sd : 구동신호 W1,W2 : 제1,제2 정형파
본 발명은 휴대폰(HHP) 등의 카메라 모듈(Camera Module)에 적용되어 포커스 및/또는 줌조절을 위한 압전 액츄에이터(Piezo Actuator) 구동 시스템에 관한 것으 로, 특히 구동신호를 형성하는 두 정현파의 위상변환을 이용하여, 카메라 모듈에 적용되는 줌 조절 및/또는 포커스 조절 등을 위한 액츄에이터를 정방향 또는 역방향으로 구동시킬 수 있고, 또한 2개의 압전 액츄에이터를 선택적으로 구동시킬 수 있으며, 이에 따라 소비전력 및 효율을 향상시킬 수 있는 압전 액츄에이터 구동 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 압전 액츄에이터는 압전 방식을 이용하여 가동에너지(전기에너지)를 기계적인 변위 또는 응력으로 변환하는 트랜듀서로서, 이러한 압전 액츄에이터를 예를 들면, 휴대폰 등의 카메라 모듈에서, 줌과 포커스를 조절하기 위한 모터나, 그 외 실린더 등이 있다.
이러한 압전 액츄에이터(Piezo Actuator)의 구동방식은 적용 시스템의 사용방법 및 용도에 따라 여러 형태가 있다.
최근에는, 휴대폰 등의 소형 카메라 모듈에서, 줌과 포커스 조절을 위해서 압전 액츄에이터가 적용됨에 따라서, 이러한 압전 액츄에이터를 구동시킬 수 있는 구동시스템이 요구되어 지고 있다.
도 1은 종래의 압전 액츄에이터 구동회로도이다.
도 1에 도시된 종래의 압전 액츄에이터 구동회로(2)에서, 20은 초기 축적부로서, 인덕터로 구성되어 있고, 압전 액츄에이터(3)를 구동하는 각 에너지를 축적한다. 4는 전압검출부로서, 에너지 이행후의 소정 시점에서 압전 액츄에이터(3)의 양단 전압을 검출한다. 5는 축적량 제어부로서, 검출되는 전압과 압전 액츄에이터(3)에 필요한 소정 인가전압을 비교한다. 다음 회 구동시에 검출되는 전압과 소정 인가전압이 일치하도록, 다음의 구동시에 초기 축적부(20)에 축적하는 에너지량을 제어한다.
도 1에서, 스위치(SW1)를 온하면, 초기 축적부(20)에서는, 트랜스의 1차 코일(L1)에 에너지가 축적된다. 어떤 시간경과에 SW1을 오프하면, 초기 축적부(20)에 축적되는 에너지가 트랜스의 2차 코일(L2), 다이오드(D2)를 통해 압전 액츄에이터(3)를 구동하고, 용량성인 압전 액츄에이터(3)의 양단전압(Vp)이 발생되어 소정시간후에 전압(Vp)은 일정해진다.
그리고, 소정시간후 SW2가 온되면, 압전 액츄에이터(3)에 축적되는 전하가 방전되고 전압(Vp)은 0이 된다. 이 전압(Vp)이 일정한 기간동안에, 전압검출부(4)는 압전 액츄에이터(3)의 양단전압(Vp)을 검출하고, 축적량 제어부(5)는 상기 전압(Vp)과 압전 액츄에이터(3)에 필요로 하는 소정 인가 전압(Va)을 비교한다. 다음 번 구동시에 대해 에너지량, 도 1의 회로에서의 SW1의 온시간을 전회시보다 증대시킬지 감소시킬지를 설정한다. 이에 의해, 적어도 복수 회 구동을 반복하는 것에 의해, 신속히 소정 인가전압(Va)이 압전 액츄에이터(3)에 인가된다.
이에 따라, 소정 간격으로 구동되는 압전 액츄에이터(3)의 양단 전압을 검출하고, 다음회 에너지 축적량을 결정하는 것에 의해, 압전 액츄에이터(3)에 인가하는 전압을 일정하게 유지시킬 수 있고, 압전 액츄에이터(3)의 용량변화에 대처할 수 있다.
이와 같은 압전 액츄에이터 구동회로에 대한 구체적인 설명은 일본 특허공개공보 평06-62585호에 개시되어 있다.
그런데, 이와 같은 압전 액츄에이터의 구동회로는, 압전 액츄에이터의 정방향 또는 역방향 구동을 수행하기 위해서 적용될 수 없고, 뿐만 아니라 2개의 압전 액츄에이터에 대해서 선택적으로 구동할 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 그 목적은 구동신호를 형성하는 두 정현파의 위상변환을 이용하여, 카메라 모듈에 적용되는 줌 조절 및/또는 포커스 조절 등을 위한 액츄에이터를 정방향 또는 역방향으로 구동시킬 수 있고, 또한 2개의 압전 액츄에이터를 선택적으로 구동시킬 수 있으며, 이에 따라 소비전력 및 효율을 향상시킬 수 있는 압전 액츄에이터 구동 시스템을 제공하는데 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 압전 액츄에이터 구동 시스템은,
동작전압을 공급하는 전원부;
동작온선택 및 정방향/역방향 구동선택에 따라, 압전 액츄에이터에 대한 정 방향/역방향 구동신호의 생성을 제어하는 구동제어부;
상기 전원부의 동작전압 입력시, 제1 클럭신호를 생성하는 클럭생성부; 및
상기 구동제어부의 정방향/역방향 구동신호의 생성 제어에 따라, 상기 제1 클럭신호 및 동작전압을 이용하여 정방향 또는 역방향 구동신호를 생성하여 상기 압전 액츄에이터에 공급하는 구동신호 생성부
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구동제어부는
동작온선택시, 상기 전원부로부터 동작전압이 공급되면 동작 인에이블 신호를 출력하는 동작 제어부; 및
정방향/역방향 선택시, 상기 구동파형 생성부로 정방향/역방향 선택신호를 출력하는 버퍼부
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 압전 액츄에이터 구동 시스템은,
동작전압을 공급하는 전원부;
동작온선택, 압전 액츄에이터 선택 및 정방향/역방향 구동선택에 따라, 제1,제2 압전 액츄에이터중의 하나의 선택을 제어하고, 선택된 압전 액츄에이터에 대한 정방향/역방향 구동신호의 생성을 제어하는 구동제어부;
상기 전원부의 동작전압 입력시, 제1 클럭신호를 생성하는 클럭생성부;
상기 구동제어부의 정방향/역방향 구동신호의 생성 제어에 따라, 상기 제1 클럭신호 및 동작전압을 이용하여 정방향 또는 역방향 구동신호를 생성하는 구동신호 생성부; 및
상기 구동제어부의 압전 액츄에이터의 선택 제어에 따라, 상기 제1,제2 압전 액츄에이터중 하나를 선택하여, 상기 선택된 압전 액츄에이터에 상기 구동신호 생성부에서 생성된 정방향 또는 역방향 구동신호를 공급하는 압전 액츄에이터 선택부;
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구동제어부는
동작온선택시, 상기 전원부로부터 동작전압이 공급되면 동작 인에이블 신호를 출력하는 동작 제어부;
압전 액츄에이터 선택시, 상기 동작 제어부의 동작 인에이블 신호에 따라 제1,제2 압전 액츄에이터중 하나를 선택하는 스위칭 신호를 상기 압전 액츄에이터 선택부에 공급하는 스위칭 제어부; 및
정방향/역방향 선택시, 상기 구동파형 생성부로 정방향/역방향 선택신호를 출력하는 버퍼부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명의 제1 및 제2 실시예에서, 상기 구동신호 생성부는
n개의 플립플롭이 링구조의 시프터로 구현되어, 상기 각 플립플롭이 상기 클럭생성부로부터의 제1 클럭신호에 따라 순차적으로 하이신호를 출력하는 시프터 레지스터;
상기 구동제어부로부터의 동작 인에이블 신호 입력동안, 상기 구동제어부로부터의 정방향/역방향 선택신호에 따라, 상기 시프터 레지스터로부터의 순차적인 하이신호를 이용하여 정방향 또는 역방향 구동신호의 생성을 제어하는 파형생성 제어부; 및
상기 파형생성 제어부의 제어에 따라 전원부의 동작전압을 이용하여 대략 90°의 위상차를 갖는 2개의 정형파로 이루어지는 상기 제1 클럭신호 및 동작전압(V2)을 이용하여 정방향 또는 역방향 구동신호를 생성하는 구동파형 생성부
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 압전 액츄에이터의 구동 시스템의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 압전 액츄에이터의 구동 시 스템은 동작전압(V1,V2)을 공급하는 전원부(100)와, 동작온선택 및 정방향/역방향 구동선택에 따라, 압전 액츄에이터에 대한 정방향/역방향 구동신호의 생성을 제어하는 구동제어부(201)와, 상기 전원부(100)의 동작전압(V1) 입력시, 제1 클럭신호를 생성하는 클럭생성부(300)와, 상기 구동제어부(201)의 정방향/역방향 구동신호의 생성 제어에 따라, 상기 제1 클럭신호 및 동작전압(V2)을 이용하여 정방향 또는 역방향 구동신호를 생성하여 상기 압전 액츄에이터에 공급하는 구동신호 생성부(400)를 포함한다.
도 3은 도 2의 구동제어부의 구성도이다.
도 3을 참조하면, 상기 구동제어부(202)는 동작온선택(OE)시, 상기 전원부(100)로부터 동작전압(V1)이 공급되면 동작 인에이블 신호(Sen)를 출력하는 동작 제어부(210)와, 정방향/역방향 선택(POL-S)시, 상기 구동파형 생성부(400)로 정방향/역방향 선택신호(Sds)를 출력하는 버퍼부(220)를 포함한다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 압전 액츄에이터의 구동 시스템의 구성도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 압전 액츄에이터의 구성시스템은 동작전압(V1,V2)을 공급하는 전원부(100)와, 동작온선택, 압전 액츄에이터 선택 및 정방향/역방향 구동선택에 따라, 제1,제2 압전 액츄에이터(ACT1,ACT2)중의 하나의 선택을 제어하고, 선택된 압전 액츄에이터에 대한 정방향/역방향 구동신호의 생성을 제어 하는 구동제어부(202)와, 상기 전원부(100)의 동작전압(V1) 입력시, 제1 클럭신호를 생성하는 클럭생성부(300)와, 상기 구동제어부(202)의 정방향/역방향 구동신호의 생성 제어에 따라, 상기 제1 클럭신호(CLK1) 및 동작전압(V2)을 이용하여 정방향 또는 역방향 구동신호를 생성하는 구동신호 생성부(400)와, 상기 구동제어부(202)의 압전 액츄에이터의 선택 제어에 따라, 상기 제1,제2 압전 액츄에이터(ACT1,ACT2)중 하나를 선택하여, 상기 선택된 압전 액츄에이터에 상기 구동신호 생성부(400)에서 생성된 정방향 또는 역방향 구동신호를 공급하는 압전 액츄에이터 선택부(500)를 포함한다.
도 5는 도 4의 구동제어부의 구성도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 구동제어부(202)는 동작온선택(OE)시, 상기 전원부(100)로부터 동작전압(V1)이 공급되면 동작 인에이블 신호(Sen)를 출력하는 동작 제어부(210)와, 정방향/역방향 선택(POL-S)시, 상기 구동파형 생성부(400)로 정방향/역방향 선택신호(Sds)를 출력하는 버퍼부(220)와, 압전 액츄에이터 선택(ACT-S)시, 상기 동작 제어부(210)의 동작 인에이블 신호(Sen)에 따라 제1,제2 압전 액츄에이터(ACT1,ACT2)중 하나를 선택하는 스위칭 신호(S1-S4)를 상기 압전 액츄에이터 선택부(500)에 공급하는 스위칭 제어부(230)를 포함한다.
본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예의 압전 액츄에이터의 구동 시스템에 동일하게 적용되는 전원부(100), 클럭 생성부(300) 및 구동신호 생성부(400)에 대해 구체적으로 설명한다.
도 6은 본 발명의 전원부의 구성도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 전원부(100)는 입력 커패시터(Cin)를 통한 입력전압(Vin)을 PWM신호에 따라 사전에 설정된 전압으로 승압하는 승압회로부(110)와, 상기 승압회로부(110)의 출력전압을 검출하여 피드백전압을 출력하는 피드백 제어부(120)와, 상기 피드백 제어부(120)로부터의 피드백 전압에 따라 상기 클럭생성부(300)로부터의 클럭신호의 듀티비를 변환하여 상기 승압회로부(110)로 PWM신호를 제공하는 PWM 제어부(130)를 포함할 수 있다.
도 7은 본 발명의 클럭생성부의 구성도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 클럭생성부(300)는 기본 클럭신호(CLK)를 생성하는 기본클럭 생성부(310)와, 상기 기본 클럭신호(CLK)를 사전에 설정된 제1 분주비로 분주하여 제1 클럭신호(CLK1)를 상기 구동신호 생성부(400)에 제공하는 제1 분주부(320)와, 상기 기본 클럭신호(CLK)를 사전에 설정된 제2 분주비로 분주하고, 상기 전원부(100)의 동작전압(V1)의 크기에 따라 서로 다른 듀티비를 갖는 두 개의 클럭신호(CLK21,CLK22)중 하나를 제2 클럭신호(CLK2)로 상기 전원부(100)에 제공하는 제2 분주부(330)를 포함한다.
도 8은 도 7의 제2 분주부의 구성도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제2 분주부(330)는 상기 전원부(100)로부터의 동작전압(V1)을 사전에 설정된 검출전압(Va)으로 분배하는 전압분배부(331)와, 상기 전압분배부(331)에 의한 검출전압(Va)과 사전에 설정된 기준전압(Vb)을 비교하여 비교결과에 따른 스위칭신호를 출력하는 비교부(332)와, 상기 기본 클럭신호(CLK)를 사전에 설정된 제2 분주비로 분주한후 서로 다른 듀티비를 갖는 두 개의 클럭신호(CLK21,CLK22)를 생성하는 듀티 조절부(333)와, 상기 비교부(332)의 스위칭신호에 따라 상기 듀티 조정부(333)로부터의 2개의 클럭신호(CLK21,CLK22)중 하나를 선택하여 상기 전원부(100)에 제2 클럭신호(CLK2)로 출력하는 스위칭부(334)를 포함한다.
도 9는 본 발명의 클럭생성부의 중요 신호 파형도이다.
도 9에서, CLK, CLK1, 및 CLK2는 상기 클럭생성부에서 발생되는 기본 클럭신호 및 제1,제2 클럭신호이고, CLK21,CLK22는 듀티비가 서로 다른 클럭신호로 상기 제2 클럭신호로 선택되는 클럭신호이다.
도 10은 본 발명의 구동신호 생성부의 구성도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 구동신호 생성부(400)는 n개의 플립플롭이 링구조의 시프터로 구현되어, 상기 각 플립플롭이 상기 클럭생성부(300)로부터의 제1 클럭신호(CLK1)에 따라 순차적으로 하이신호를 출력하는 시프터 레지스터(410)와, 상기 구동제어부(202)로부터의 동작 인에이블 신호(Sen) 입력동안, 상기 구동제어 부(202)로부터의 정방향/역방향 선택신호(Sds)에 따라, 상기 시프터 레지스터(410)로부터의 순차적인 하이신호를 이용하여 정방향 또는 역방향 구동신호의 생성을 제어하는 파형생성 제어부(420)와, 상기 파형생성 제어부(420)의 제어에 따라 전원부(100)의 동작전압(V2)을 이용하여 대략 90°의 위상차를 갖는 제1,제2 정형파(W1,W2)로 이루어지는 정방향 또는 역방향 구동신호(Sd)를 생성하는 구동파형 생성부(430)를 포함한다.
예를 들면, 상기 제1 정형파(W1)와 제2 정형파(W2) 각각 사인파 및 코사인파인 경우를 정방향 구동신호로 설정하면, 상기 제1 정형파(W1)와 제2 정형파(W2) 각각을 코사인파 및 사인파인 경우를 역방향 구동신호로 설정할 수 있고, 그 반대로도 가능하다.
상기 압전 액츄에이터 선택부(500)는 상기 구동제어부(202)의 스위칭 신호(S1-S4)에 따라, 상기 제1,제2 압전 액츄에이터(ACT1,ACT2)중 하나를 선택하고, 선택된 압전 액츄에이터에 상기 구동신호 생성부(400)로부터의 정방향 또는 역방향 구동신호(Sd)를 공급하도록 이루어진다.
예를 들면, 정방향 신호로 상기 제1 정형파(W1)와 제2 정형파(W2) 각각이 사인파 및 코사인파인 경우, 상기 제1 압전 액츄에이터(ACT1)의 일단 및 타단을 각각 선택하여, 상기 제1 액츄에이터(ACT1)의 일단에는 사인파인 제1 정현파(W1)를 공급하고, 그 타단에는 코사인파인 제2 정현파(W2)를 공급하여 상기 제1 액츄에이터(ACT1)를 정방향으로 구동시킬 수 있다.
도 11은 본 발명의 구동신호 생성부에서의 파형 생성 원리도이다.
도 11에서, 본 발명의 구동신호 생성부에서 생성되는 정현파 예시도로서, 상기 전원부(100)의 동작전압(V2)을 이용하여 1주기의 정현파 형태에 해당되는 복수의 전압(예,32개의 전압)을 순차적으로 생성하는데, 이때, 정현파의 생성시점을 위상 0° 또는 위상 90°로 제어하면 사인파 또는 코사인파를 생성할 수 있다. 이에 따라, 제1 정현파(W1)를 사인파로 생성하고, 제2 정현파(W2)를 코사인파로 생성하 수 있고, 이와 달리, 제1 정현파(W1)를 코사인파로 생성하고, 제2 정현파(W2)를 사인파로 생성하 수 있다.
도 12는 본 발명의 구동신호 생성부의 중요신호 파형도이다.
도 12에서, CLK1은 클럭생성부에서 생성되는 제1 클럭신호이고, Sds는 정방향 또는 역방향 구동 선택신호이고, Sen은 동작 인에이블 신호이며, Sd는 압전 액츄에이터 정방향 또는 역방향 구동신호이다.
이하, 본 발명의 작용 및 효과를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
본 발명의 제1,제2 실시예에 따른 압전 액츄에이터 구동 시스템은 휴대폰 등의 카메라 모듈에 적용되어, 줌 및/또는 포커스 조절을 위한 하나의 압전 액츄에이터, 또는 2개의 제1,제2 압전 액츄에이터중에서 선택된 압전 액츄에이터를 정방향 구동 또는 역방향으로 구동시킬 수 있는데, 이에 대해서 상술한다.
먼저, 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 압전 액츄에이터의 구성시스템에서, 본 발명의 전원부(100)는 입력전압(Vin)을 동작전압(V1,V2)으로 변환하고, 이 동작전압중 전압(V1)을 구동제어부(201)에 공급하고, 전압(V2)을 구동신호 생성부(400)에 공급한다.
이때, 상기 구동제어부(201)는 동작온선택(OE) 및 정방향/역방향 구동선택(POL-S)에 따라, 압전 액츄에이터(ACT)에 대한 정방향/역방향 구동신호의 생성을 제어한다.
또한, 본 발명의 클럭생성부(300)는 상기 전원부(100)의 동작전압(V1) 입력시, 제1 클럭신호(CLK1)를 생성하여 구동신호 생성부(400)로 출력한다.
본 발명의 실시예에서는, 상기 전원부(100)의 동작전압(V1) 입력시, 기본 클럭신호(CLK)를 생성하여 서로 다른 주파수를 갖는 제1,제2 클럭신호(CLK1,CLK2)로 분주하여 상기 제1 클럭신호(CLK1)를 구동신호 생성부(400)로 출력하고, 상기 제2 클럭신호(CLK2)를 전원부(100)로 출력할 수 있다.
상기 구동신호 생성부(400)는 상기 구동제어부(202)의 정방향/역방향 구동신호의 생성 제어에 따라, 정방향 또는 역방향 구동신호(Sd)를 생성하여 압전 액츄에이터에 공급한다. 이에 따라, 상기 압전 액츄에이터는 정방향으로 구동하거나 역방향으로 구동하게 된다.
여기서, 제1 정형파(W1)가 사인파이고, 제2 정형파(W2)가 코사인파인 경우를 정방향 구동신호로 설정하면, 제1 정형파(W1)가 코사인파이고, 제2 정형파(W2)가 사인파인 경우는 역방향 구동신호가 된다. 이와 반대로 설정될 수도 있다. 이는 본 발명의 제2 실시예에도 그대로 적용될 수 있다.
다음, 도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 압전 액츄에이터의 구성시스템에서, 본 발명의 전원부(100)는 입력전압(Vin)을 동작전압(V1,V2)으로 변환하고, 이 동작전압중 전압(V1)을 구동제어부(202)에 공급하고, 전압(V2)을 구동신호 생성부(400)에 공급한다.
이때, 상기 구동제어부(202)는 동작온선택(OE), 상기 압전 액츄에이터 선택(ACT-S) 및 정방향/역방향 구동선택(POL-S)에 따라, 제1,제2 압전 액츄에이터(ACT1,ACT2)중의 하나의 선택을 제어하고, 선택된 압전 액츄에이터에 대한 정방향/역방향 구동신호의 생성을 제어한다.
또한, 본 발명의 클럭생성부(300)는 상기 전원부(100)의 동작전압(V1) 입력시, 제1 클럭신호(CLK1)를 생성하여 구동신호 생성부(400)로 출력한다.
본 발명의 실시예에서는, 상기 전원부(100)의 동작전압(V1) 입력시, 기본 클럭신호(CLK)를 생성하여 서로 다른 주파수를 갖는 제1,제2 클럭신호(CLK1,CLK2)로 분주하여 상기 제1 클럭신호(CLK1)를 구동신호 생성부(400)로 출력하고, 상기 제2 클럭신호(CLK2)를 전원부(100)로 출력할 수 있다.
상기 구동신호 생성부(400)는 상기 구동제어부(202)의 정방향/역방향 구동신호의 생성 제어에 따라, 정방향 또는 역방향 구동신호(Sd)를 생성한다. 여기서, 제 1 정형파(W1)가 사인파이고, 제2 정형파(W2)가 코사인파인 경우를 정방향 구동신호로 설정하면, 제1 정형파(W1)가 코사인파이고, 제2 정형파(W2)가 사인파인 경우는 역방향 구동신호가 된다. 이와 반대로 설정될 수도 있다.
그리고, 본 발명의 압전 액츄에이터 선택부(500)는 상기 구동제어부(202)의 압전 액츄에이터의 선택 제어에 따라, 상기 제1,제2 압전 액츄에이터(ACT1,ACT2)중 하나를 선택하여, 상기 선택된 압전 액츄에이터에 상기 구동신호 생성부(400)에서 생성된 정방향 또는 역방향 구동신호(Sd)를 공급한다.
이에 따라, 상기 선택된 압전 액츄에이터는 정방향으로 구동하거나 역방향으로 구동하게 된다.
도 6 및 도 12를 참조하여 본 발명의 제1,제2 실시예에 따른 압전 액츄에이터 구동 시스템에 대해서 상세히 설명한다.
먼저, 도 6을 참조하면, 상기 전원부(100)의 승압회로부(110)는 입력전압(Vin)을 PWM신호에 따라 사전에 설정된 전압으로 승압하여 동작전압을 출력하는데, 이때, 피드백 제어부(120)는 상기 승압회로부(110)의 출력전압을 검출하여 피드백전압을 출력한다. 그리고, PWM 제어부(130)는 상기 피드백 제어부(120)로부터의 피드백 전압에 따라 상기 클럭생성부(300)로부터 클럭신호의 듀티비를 제어하여 상기 승압회로부(110)로 PWM신호를 제공한다. 이와 같이, 본 발명의 전원부(100)는 PWM 제어 및 피드백 제어로 인해 보다 안정된 동작전압을 공급할 수 있다.
도 3 및 도 5를 참조하면, 먼저, 상기 구동제어부(201,202)의 동작 제어부(210)는 동작온선택(OE)시, 상기 전원부(100)로부터 동작전압(V1)이 공급되면 동작 인에이블 신호(Sen)를 출력한다.
예를 들어 도 5의 동작 제어부(210)의 로직에 따라 설명하면, 동작온선택(OE)시에 "0"인 경우, 동작온선택(OE)신호는 인버터(IN1)에 의해 인버팅되어 "1"이 되고, 이 인버팅된 동작온선택(OE)신호 "1"과 상기 동작전압(V1) "1"은 논리곱 연산기(AND1)에서 논리곱되어 동작 인에이블 신호(Sen)를 "1"로 출력되는데, 이는 하기 표1과 같다.
| 입력 | IN1출력 | AND1 출력 | |
| OE | V1 | ||
| 0 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 0 |
상기 표1에 보인 바와 같이, 동작온선택됨과 동시에, 전원부에서 동작전압을 공급되는 경우에 동작 인에이블 신호(Sen)를 출력하는 것이다.
다음, 상기 구동제어부(201,202)의 버퍼부(220)는 정방향/역방향 선택(POL- S)시, 이 정방향/역방향 선택신호(Sds)를 상기 구동파형 생성부(400)로 출력한다. 예를 들면, 정방향/역방향 선택(POL-S)신호를 2개의 인버터(IN6,IN7)를 통해 버퍼링하여 정방향/역방향 선택신호(Sds)를 상기 구동파형 생성부(400)로 출력한다.
도 7을 참조하면, 상기 클럭 생성부(300)의 기본클럭 생성부(310)는 기본 클럭신호(CLK)를 생성하고, 상기 클럭 생성부(300)의 제1 분주부(320)는 상기 기본 클럭신호(CLK)를 사전에 설정된 제1 분주비로 분주하여 제1 클럭신호(CLK1)를 제공한다. 상기 클럭 생성부(300)의 제2 분주부(330)는 상기 기본 클럭신호(CLK)를 사전에 설정된 제2 분주비로 분주하고, 상기 전원부(100)의 동작전압(V1)의 크기에 따라 서로 다른 듀티비를 갖는 두 개의 클럭신호(CLK21,CLK22)중 하나를 제2 클럭신호(CLK2)로 제공한다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 상기 제2 분주부(330)의 전압분배부(331)는 상기 전원부(100)로부터의 동작전압(V1)을 사전에 설정된 검출전압(Va)으로 분배한다.
상기 제2 분주부(330)의 비교부(332)는 상기 전압분배부(331)에 의한 검출전압(Va)과 사전에 설정된 기준전압(Vb)을 비교하여 비교결과에 따른 스위칭신호를 출력한다. 예를 들어, 상기 검출전압(Va)이 기준전압(Vb)보다 높으면 하이레벨을 그 반대이면 로우레벨을 출력한다.
상기 제2 분주부(330)의 듀티 조절부(333)는 상기 기본 클럭신호(CLK)를 사전에 설정된 제2 분주비로 분주한후 서로 다른 듀티비를 갖는 두 개의 클럭신호 (CLK21,CLK22)를 생성한다. 예를 들어, 상기 클럭신호(CLK21)는 50%듀티비를, 상기 클럭신호(CLK22)는 80%듀티비를 갖도록 생성할 수 있다.
상기 제2 분주부(330)의 스위칭부(334)는 상기 비교부(332)의 스위칭신호에 따라 상기 듀티 조정부(333)로부터의 2개의 클럭신호(CLK21,CLK22)중 하나를 선택하여 상기 전원부(100)로 출력한다. 이에 따라, 상기 전원부(100)의 동작전압의 크기에 따라, 동작전압이 기준전압보다 낮을 경우에는 상대적으로 낮은 듀티비를 갖는 클럭신호를, 동작전압이 기준전압보다 높을 경우에는 생대적으로 높은 듀티비를 갖는 클럭신호를 각각 PWM 제어를 위해 공급하여, 상기 전원부(100)의 안정된 동작이 이루어질 수 있다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 상기 구동신호 생성부(400)의 시프터 레지스터(410)는 n개의 플립플롭이 링구조의 시프터로 구현되어, 상기 각 플립플롭이 상기 클럭생성부(300)로부터의 제1 클럭신호(CLK1)에 따라 순차적으로 하이신호를 출력한다.
상기 구동신호 생성부(400)의 파형생성 제어부(420)는 상기 구동제어부(201,202)로부터의 동작 인에이블 신호(Sen) 입력동안, 상기 구동제어부(201,202)로부터의 정방향/역방향 선택신호(Sds)에 따라, 상기 시프터 레지스터(410)로부터의 순차적인 하이신호를 이용하여 정방향 또는 역방향 구동신호의 생성을 제어한다.
상기 구동신호 생성부(400)의 구동파형 생성부(430)는 상기 파형생성 제어부 (420)의 제어에 따라 전원부(100)의 동작전압(V2)을 이용하여 대략 90°의 위상차를 갖는 제1,제2 정형파(W1,W2)로 이루어지는 정방향 또는 역방향 구동신호(Sd)를 도 12에 도시한 바와 같이 생성한다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 구동신호 생성부에서 생성되는 정현파 예시도로서, 정현파 형태에 해당되는 복수의 전압을 순차적으로 생성하는데, 이때, 정현파의 생성시점을 제어하면 사인파 또는 코사인파를 생성할 수 있다.
한편, 도 5를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 압전 액츄에이터 구동 시스템의 구동제어부(202)에 대해서 상세히 설명한다.
도 5를 참조하면, 상기 구동제어부(202)의 스위칭 제어부(230)는 압전 액츄에이터 선택(ACT-S)시, 상기 동작 제어부(210)의 동작 인에이블 신호(Sen)에 따라 제1,제2 압전 액츄에이터(ACT1,ACT2)중 하나를 선택하는 스위칭 신호(S1-S4)를 상기 압전 액츄에이터 선택부(500)에 공급한다.
예를 들어 도 5의 스위칭 제어부(230)의 로직에 따라 설명하면, 상기 동작 인에이블 신호(Sen)는 "1"이고, 동작 선택이 없는 동작 디스에이블인 경우에는 "0"이고, 제1 압전 액츄에이터(ACT1) 선택시는 압전 액츄에이터 선택(ACT-S)신호가 "1"이고, 제2 압전 액츄에이터(ACT2) 선택시에는 상기 압전 액츄에이터 선택(ACT-S)신호가 "0"인 경우에, 압전 액츄에이터 선택(ACT-S)신호가 "1"이면, 이는 1개의 인버터(IN2)를 통하여 "0"이 되어 제2 낸드게이트(NA2)로 출력하고, 2개의 인버터 (IN2,IN3)를 차례로 통하여 "1"이 되어 제1 낸드게이트(NA1)로 출력된다. 상기 제1 낸드게이트(NA1)는 인버터(IN3)의 출력 "1"과 상기 동작 인에이블 신호(Sen) "1"을 부정 논리곱하여 "0"을 출력하여 S3으로 "0"을, 인버터(IN4)를 통해 S1로 "1"을 각각 출력한다. 또한, 상기 제2 낸드게이트(NA1)는 인버터(IN2)의 출력 "0"과 상기 동작 인에이블 신호(Sen) "1"을 부정 논리곱하여 "1"을 출력하여 S4로 "1"을, 인버터(IN5)를 통해 S2로 "0"을 각각 출력한다.
이 경우, S1에 의해 상기 제1 액츄에이터(ACT1)의 일단에 제1 정현파(W1)가 공급되고, S4에 의해 상기 제1 액츄에이터(ACT2)의 타단에 제2 정현파(W2)가 공급된다.
그리고, 압전 액츄에이터 선택(ACT-S)신호가 "0"이면, 이는 1개의 인버터(IN2)를 통하여 "1"이 되어 제2 낸드게이트(NA2)로 출력하고, 2개의 인버터(IN2,IN3)를 차례로 통하여 "0"이 되어 제1 낸드게이트(NA1)로 출력된다. 상기 제1 낸드게이트(NA1)는 인버터(IN3)의 출력 "0"과 상기 동작 인에이블 신호(Sen) "1"을 부정 논리곱하여 "1"을 출력하여 S3으로 "1"을, 인버터(IN4)를 통해 S1로 "0"을 각각 출력한다. 또한, 상기 제2 낸드게이트(NA1)는 인버터(IN2)의 출력 "1"과 상기 동작 인에이블 신호(Sen) "1"을 부정 논리곱하여 "0"을 출력하여 S4로 "0"을, 인버터(IN5)를 통해 S2로 "1"을 각각 출력한다.
이 경우, S2에 의해 상기 제2 액츄에이터(ACT2)의 일단에 제1 정현파(W1)가 공급되고, S3에 의해 상기 제2 액츄에이터(ACT2)의 타단에 제2 정현파(W2)가 공급 된다.
이와 같이, 도 5의 스위칭 제어부(230)의 로직은 하기 표2와 같은 스위칭 신호(S1-S4)를 출력하여 제1 압전 액츄에이터(ACT1) 또는 제2 압전 액츄에이터(ACT2)중 하나를 선택할 수 있게 된다.
| Sen | ACT-S | ACT1 선택 | ACT2 선택 | 선택 | ||
| S1 | S4 | S2 | S3 | |||
| 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 선택없음 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 선택없음 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | ACT2 선택 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | ACT1 선택 |
상기 표2에 보인 바와 같이, 상기 동작 인에이블 신호(Sen)("1")가 입력되는 상태에서, 상기 압전 액츄에이터 선택(ACT-S)신호가 "1"이면, S1,S4 스위치가 온되어 제1 액츄에이터(ACT1)가 선택되고, 상기 압전 액츄에이터 선택(ACT-S)신호가 "0"이면, S2,S3 스위치가 온되어 제2 액츄에이터(ACT2)가 선택되는 것을 알 수 있다.
이에 반해, 상기 동작 인에이블 신호(Sen)("1")가 없고, 동작 디스에이블 신호("0")인 경우에는 상기 압전 액츄에이터 선택(ACT-S)신호의 상태에 관계없이 제1,제2 액츄에이터(ACT1,ACT2)중 어느 하나도 선택되지 않음을 알 수 있다.
이때, 상기 압전 액츄에이터 선택부(500)는 상기 구동제어부(202)의 스위칭 신호(S1-S4)에 따라, 상기 제1,제2 압전 액츄에이터(ACT1,ACT2)중 하나를 선택하고, 선택된 압전 액츄에이터에 상기 구동신호 생성부(400)로부터의 정방향 또는 역방향 구동신호(Sd)를 공급한다.
전술한 바에 따르면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 압전 액츄에이터 구동 시스템은 압전 액츄에이터를 정방향 구동 또는 역방향 구동을 수행할 수 있다. 그리고, 본 발명의 제2 실시예에서는 2개의 액츄에이터중에서 하나를 선택하여 이 선택된 압전 액츄에이터를 정방향 구동 또는 역방향 구동을 수행할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 휴대폰(HHP) 등의 카메라 모듈(Camera Module)에 적용되어 포커스 및/또는 줌조절을 위한 압전 액츄에이터(Piezo Actuator) 구동 시스템에서, 구동신호를 형성하는 두 정현파의 위상변환을 이용하여, 카메라 모듈에 적용되는 줌 조절 및/또는 포커스 조절 등을 위한 액츄에이터를 정방향 또는 역방향으로 구동시킬 수 있고, 또한 2개의 압전 액츄에이터를 선택적으로 구동시킬 수 있으며, 이에 따라 소비전력 및 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
Claims (13)
- 동작전압을 공급하는 전원부;동작온선택 및 정방향/역방향 구동선택에 따라, 압전 액츄에이터에 대한 정방향/역방향 구동신호의 생성을 제어하는 구동제어부;상기 전원부의 동작전압 입력시, 제1 클럭신호를 생성하는 클럭생성부; 및상기 구동제어부의 정방향/역방향 구동신호의 생성 제어에 따라, 상기 제1 클럭신호 및 동작전압을 이용하여 정방향 또는 역방향 구동신호를 생성하여 상기 압전 액츄에이터에 공급하는 구동신호 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터 구동 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 구동제어부는동작온선택시, 상기 전원부로부터 동작전압이 공급되면 동작 인에이블 신호를 출력하는 동작 제어부; 및정방향/역방향 선택시, 상기 구동파형 생성부로 정방향/역방향 선택신호를 출력하는 버퍼부를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터 구동 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 전원부는입력전압을 PWM신호에 따라 사전에 설정된 전압으로 승압하는 승압회로부;상기 승압회로부의 출력전압을 검출하여 피드백전압을 출력하는 피드백 제어부; 및상기 피드백 제어부로부터의 피드백 전압에 따라 클럭신호의 듀티비를 제어하여 상기 승압회로부로 PWM신호를 제공하는 PWM 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터 구동 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 클럭생성부는기본 클럭신호를 생성하는 기본클럭 생성부;상기 기본 클럭신호를 사전에 설정된 제1 분주비로 분주하여 제1 클럭신호를 제공하는 제1 분주부; 및상기 기본 클럭신호를 사전에 설정된 제2 분주비로 분주하고, 상기 전원부의 동작전압의 크기에 따라 서로 다른 듀티비를 갖는 두 개의 클럭신호중 하나를 제2 클럭신호로 제공하는 제2 분주부를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터 구동 시스템.
- 제4항에 있어서, 상기 제2 분주부는상기 전원부로부터의 동작전압을 사전에 설정된 검출전압으로 분배하는 전압 분배부;상기 전압분배부에 의한 검출전압과 사전에 설정된 기준전압을 비교하여 비교결과에 따른 스위칭신호를 출력하는 비교부;상기 기본 클럭신호를 사전에 설정된 제2 분주비로 분주한후 서로 다른 듀티비를 갖는 두 개의 클럭신호를 생성하는 듀티 조절부; 및상기 비교부의 스위칭신호에 따라 상기 듀티 조정부로부터의 2개의 클럭신호중 하나를 선택하여 상기 전원부에 제2 클럭신호로 출력하는 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터 구동 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 구동신호 생성부는n개의 플립플롭이 링구조의 시프터로 구현되어, 상기 각 플립플롭이 상기 클럭생성부로부터의 제1 클럭신호에 따라 순차적으로 하이신호를 출력하는 시프터 레지스터;상기 구동제어부로부터의 동작 인에이블 신호 입력동안, 상기 구동제어부로부터의 정방향/역방향 선택신호에 따라, 상기 시프터 레지스터로부터의 순차적인 하이신호를 이용하여 정방향 또는 역방향 구동신호의 생성을 제어하는 파형생성 제어부; 및상기 파형생성 제어부의 제어에 따라 전원부의 동작전압을 이용하여 대략 90°의 위상차를 갖는 제1,제2 정형파로 이루어지는 정방향 또는 역방향 구동신호를 생성하는 구동파형 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터 구동 시스템.
- 동작전압을 공급하는 전원부;동작온선택, 압전 액츄에이터 선택 및 정방향/역방향 구동선택에 따라, 제1,제2 압전 액츄에이터중의 하나의 선택을 제어하고, 선택된 압전 액츄에이터에 대한 정방향/역방향 구동신호의 생성을 제어하는 구동제어부;상기 전원부의 동작전압 입력시, 제1 클럭신호를 생성하는 클럭생성부;상기 구동제어부의 정방향/역방향 구동신호의 생성 제어에 따라, 상기 제1 클럭신호 및 동작전압을 이용하여 정방향 또는 역방향 구동신호를 생성하는 구동신호 생성부; 및상기 구동제어부의 압전 액츄에이터의 선택 제어에 따라, 상기 제1,제2 압전 액츄에이터중 하나를 선택하여, 상기 선택된 압전 액츄에이터에 상기 구동신호 생성부에서 생성된 정방향 또는 역방향 구동신호를 공급하는 압전 액츄에이터 선택부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터 구동 시스템.
- 제7항에 있어서, 상기 구동제어부는동작온선택시, 상기 전원부로부터 동작전압이 공급되면 동작 인에이블 신호를 출력하는 동작 제어부;정방향/역방향 선택시, 상기 구동파형 생성부로 정방향/역방향 선택신호를 출력하는 버퍼부; 및압전 액츄에이터 선택시, 상기 동작 제어부의 동작 인에이블 신호에 따라 제1,제2 압전 액츄에이터중 하나를 선택하는 스위칭 신호를 상기 압전 액츄에이터 선택부에 공급하는 스위칭 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터 구동 시스템.
- 제7항에 있어서, 상기 전원부는입력전압을 PWM신호에 따라 사전에 설정된 전압으로 승압하는 승압회로부;상기 승압회로부의 출력전압을 검출하여 피드백전압을 출력하는 피드백 제어부; 및상기 피드백 제어부로부터의 피드백 전압에 따라 클럭신호의 듀티비를 제어하여 상기 승압회로부로 PWM신호를 제공하는 PWM 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터 구동 시스템.
- 제7항에 있어서, 상기 클럭생성부는기본 클럭신호를 생성하는 기본클럭 생성부;상기 기본 클럭신호를 사전에 설정된 제1 분주비로 분주하여 제1 클럭신호를 제공하는 제1 분주부; 및상기 기본 클럭신호를 사전에 설정된 제2 분주비로 분주하고, 상기 전원부의 동작전압의 크기에 따라 서로 다른 듀티비를 갖는 두 개의 클럭신호중 하나를 제2 클럭신호로 제공하는 제2 분주부를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터 구동 시스템.
- 제10항에 있어서, 상기 제2 분주부는상기 전원부로부터의 동작전압을 사전에 설정된 검출전압으로 분배하는 전압분배부;상기 전압분배부에 의한 검출전압과 사전에 설정된 기준전압을 비교하여 비교결과에 따른 스위칭신호를 출력하는 비교부;상기 기본 클럭신호를 사전에 설정된 제2 분주비로 분주한후 서로 다른 듀티비를 갖는 두 개의 클럭신호를 생성하는 듀티 조절부; 및상기 비교부의 스위칭신호에 따라 상기 듀티 조정부로부터의 2개의 클럭신호중 하나를 선택하여 상기 전원부에 제2 클럭신호로 출력하는 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터 구동 시스템.
- 제7항에 있어서, 상기 구동신호 생성부는n개의 플립플롭이 링구조의 시프터로 구현되어, 상기 각 플립플롭이 상기 클럭생성부로부터의 제1 클럭신호에 따라 순차적으로 하이신호를 출력하는 시프터 레지스터;상기 구동제어부로부터의 동작 인에이블 신호 입력동안, 상기 구동제어부로부터의 정방향/역방향 선택신호에 따라, 상기 시프터 레지스터로부터의 순차적인 하이신호를 이용하여 정방향 또는 역방향 구동신호의 생성을 제어하는 파형생성 제어부; 및상기 파형생성 제어부의 제어에 따라 전원부의 동작전압을 이용하여 대략 90°의 위상차를 갖는 제1,제2 정형파로 이루어지는 정방향 또는 역방향 구동신호를 생성하는 구동파형 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터 구동 시스템.
- 제7항에 있어서, 상기 압전 액츄에이터 선택부는상기 구동제어부의 스위칭 신호에 따라, 상기 제1,제2 압전 액츄에이터중 하나를 선택하고, 선택된 압전 액츄에이터에 상기 구동신호 생성부로부터의 정방향 또는 역방향 구동신호를 공급하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터 구동 시스템.
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