KR20070056956A - 정전기 액추에이터를 위한 조정되는 저-전력 제어 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가변 전기량(Ccomb)을 형성하는 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 이동할 수 있는 제어 구성요소를 포함하는 서보기구(servomechanism)를 위한 제어 시스템에 관한 것이다. 상기 제 1 위치와 제 2 위치는 각각 최소량(Ccomb_min)과 최대량(Ccomb_max)을 나타낸다. 상기 제어 시스템은, 저전압 공급 수단(UDD)과, 상기 저전압 공급 수단의 단자에 연결되어 있고, 출력에서 고전압(Uh)을 전달하는 전압 증가 수단(L, D, Q1; L, D, Q1, Q2)과, 상기 고전압이 생성되고 있을 때, 상기 저전압 공급 수단에 의해 공급되는 상기 가변 전기량의 값을 측정하기 위한 수단(Ca, Cb, Cref)과, 상기 서보기구에 의해 결정된 상기 가변 전기량의 변화 임계치보다 작게 측정된 값을 변경시키도록 전달되는 고전압을 증가시키기 위해, 그리고 상기 결정된 변화 임계치보다 크게 측정된 값을 변경시키도록 전달되는 고전압을 감소시키기 위해 배열되는 상기 전압 증가 수단을 조정하는 수단(REG)을 포함한다.

Description

정전기 액추에이터를 위한 조정되는 저-전력 제어 시스템{REGULATED LOW POWER CONTROL SYSTEM FOR ELECTROSTATICS ACTUATORS}

도 1은 본 발명의 두 가지 실시예에 따르는 제어 시스템을 도식한 도면이다.

본 발명은 일반적으로, 정전기 액추에이터(electrostatic actuator)를 위한 조정되는 저-전력 제어 시스템과, 상기 제어 시스템에 의해 제어되는 서보기구(servomechanism)와, 상기 서보기구를 탑재하는 휴대용 전자 장치에 관한 것이다.

“액추에이터”는 전력 구성요소, 예를 들어, 서보모터(servomotor), 또는 스테핑 모터(stepping motor), 또는 커플 모터(couple motor), 또는 전자석, 또는 서보기구내의 구성요소를 작동시키는 임의의 다른 장치를 의미한다. “서보기구(servomechanism)”는 기계적 기능을 갖는 하나, 또는 복수의 구성요소를 포함하는 폐쇄 루프 제어 시스템을 의미한다. 기계적 기능을 갖는 구성요소는 액추에이터인 것이 일반적이다.

종래 기술에서, 다양한 전기량을 형성하는 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 이동할 수 있는 제어 구성요소의 사용을 기반으로 하는 서보기구용 제어 시스템이 알려져 있다. 이러한 이동성 제어 구성요소의 한 예로는 코움 드라이브(comb drive)가 있다.

마이크로-전기기계적 MEMS 시스템에서 사용되는 코움 드라이브는, 관심 힘을 얻기 위해, 비교적 높은 동작 전압(40V 내지 600V)을 필요로 한다. 현재 사용 가능한 전자 회로는 임의의 특정 동작 문제점 없이, 이러한 코움 드라이브를 제어할 수 있다. 문제점은 시스템의 전력 소모를 최적화하는 것에 대하여 존재한다. 주요 문제점은 다음과 같다.

- 높은 전압(40V 내지 600V)으로 전력이 공급되도록 전자 시스템을 유지함에 따라, 결과적으로 누출 전류, 또는 이러한 누출 전류를 제한하기 위한 특정 작업이 생성된다.

- 현재의 코움 드라이브 용량이 수 pF 내지 수십 pF이기 때문에, 이러한 높은 전압으로 전력이 공급되는 부유용량이 시스템 손실에 영향을 준다.

- 코움 드라이브의 정전기력은 전극들 사이에 공급되는 전압을 거듭 제곱한 것의 함수이며, 상기 시스템에 의해, 정의된 시간 주기내에서의 이동을 확신하도록 충분한 전압이 보장되어야만 하나, 더 높은 전압은 결국 손실(시스템의 과도한 가속 후에 따르는 정지할 때의 흡수)을 초래한다.

본 발명의 주요 목적 중 하나는 시스템의 전력 소모를 최적화함으로써, 앞서 언급한 단점들을 극복하는 것이며, 그렇게 하기 위해, 이동하는 드라이브 구성요소 를 제어하기에 바람직한 전압, 또는 바람직한 지속 시간을 적용하는 것이 중요하다.

따라서 하나의 실시예에 따라, 본 발명은 가변 전기량(Ccomb)을 형성하는 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 이동할 수 있는 제어 구성요소를 포함하는 서보기구(servomechanism)를 위한 제어 시스템에 관한 것이다. 상기 제 1 위치와 제 2 위치는 각각 최소량(Ccomb_min)과 최대량(Ccomb_max)을 나타낸다. 상기 제어 시스템은, 저전압 공급 수단(UDD)과, 상기 저전압 공급 수단의 단자에 연결되어 있고, 출력에서 고전압(Uh)을 전달하는 전압 증가 수단(L, D, Q1; L, D, Q1, Q2)과, 상기 고전압이 생성되고 있을 때, 상기 저전압 공급 수단에 의해 공급되는 상기 가변 전기량의 값을 측정하기 위한 수단(Ca, Cb, Cref)과, 상기 서보기구에 의해 결정된 상기 가변 전기량의 변화 임계치보다 작게 측정된 값을 변경시키도록 전달되는 고전압을 증가시키기 위해, 그리고 상기 결정된 변화 임계치보다 크게 측정된 값을 변경시키도록 전달되는 고전압을 감소시키기 위해 배열되는 상기 전압 증가 수단을 조정하는 수단(REG)을 포함한다.

제어 시스템의 바람직한 실시예는 종속 청구항을 형성한다.

또 다른 태양에 따라서, 본 발명은 본 발명에 따르는 제어 시스템을 포함하는 서보기구에 관한 것이고, 상기 서보기구는, 서보모터, 스테핑 모터, 커플 모터, 전자석, 숫자판 위의 이동하는 시계 바늘, 광학 디스플레이 중 하나이다.

상기 서보기구는 MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)에 의해 형성되는 정전기 모터인 것이 바람직하다.

또 다른 태양에 따라서, 본 발명은 휴대용 전자 장치에 관한 것이며, 특히 본 발명에 따르는 서보기구를 포함하는 손목시계에 관한 것이다.

도 1에서 나타난 본 발명의 첫 번째 실시예의 경우에서, 점선으로 되어 있는 요소는 고려될 필요가 없고, 최소 전기량 Ccomb_min 내지 최대 전기량 Ccomb_max 사이의 변화하는 전기량 Ccomb를 형성하는 제 1 위치와 제 2 위치 사이를 이동하는 제어 구성요소를 포함하는 서보기구(servomechanism)를 위한 제어 시스템이 도식된다. 도식된 예에서, 변환하는 전기량은 정전기 액추에이터 같은 이동형 제어 구성요소, 예를 들자면 코움 드라이브(comb drive)를 사용함으로써 얻어지는 변화하는 용량인 것이 바람직하다. 상기 제어 시스템은 저전압 (가령 5V 이하의)공급 수단 U_DD와, 상기 저전압 공급 수단의 단자에 연결되어 있고, (예를 들어, 100V 정도의, 더욱 일반적으로는 40V 내지 600V의) 고전압 Uh를 출력으로 전달하는 전압 증가 수단을 더 포함한다.

도 1에서 나타난 첫 번째 실시예에 따라서, 상기 증가 수단은, 차단 수단(uncoupling means) D와, 하나의 제어 단자와 두 개의 전류 단자를 갖는 스위칭 수단 Q1과 직렬로 연결된, 인덕턴스 L을 포함하며, 이때 상기 인덕턴스는 저전압 공급 수단 U_DD의 출력에 연결되어 있고, 스위칭 수단 Q1의 전류 단자에 연결된 출력을 갖는 차단 수단 D에 연결되어 있고, 스위칭 수단 Q1의 나머지 전류 단자는 기준 퍼텐셜, 가령 제어 시스템의 접지에 연결되어 있고, 상기 스위칭 수단의 제어 단자 는 조정 수단 REG의 출력에 연결되어 있다.

본 발명에 따르는 첫 번째 실시예의 전압 증가 수단은 바람직한 변형예를 통해 제공될 수 있다. 그러나 그 밖의 다른 종래의 전압 증가 회로가 대신 제공될 수 있다.

상기 제어 시스템은, 고전압이 생성될 때, 저전압 공급 수단에 의해 공급된 가변 전기량의 값을 측정하기 위한 수단을 더 포함한다. 바람직한 변형예에 따라서, 이러한 측정 수단은 스위칭 수단 Q1에 병렬 연결되어 있고, 제 1 용량 Cref를 직렬로 포함하고 상기 제 1 용량 Cref보다 그 크기가 큰 제 2 용량 Cb를 직렬로 포함하는 제 1 브랜치와, 가변 용량 Ccomb과 기준 퍼텐셜 사이에 연결되어 있고, 상기 가변 용량 Ccomb보다 그 크기가 더 큰 제 3 용량 Ca를 포함하는 제 2 브랜치를 포함한다. 이동 제어 구성요소의 위치에 의해 가변 용량 Ccomb은 형성되고, 전압 증가 수단의 출력과 측정 수단 사이에 연결되어 있다. 예를 들어, 10pF 정도의 Ccomb, 2nF 정도의 Ca, 100pF 정도의 Cb, 0.5pF 정도의 용량 값이 선택될 수 있다.

상기 시스템은, 서보기구에 의해 결정되는 변화 임계치보다 낮은 전기량 Ccomb의 측정된 값의 변화를 위해 전달되는 높은 전압을 증가시키기 위해 배열되는 전압 증가 수단을 조정하기 위한 수단 REG를 더 포함한다.

상기 시스템은, 상기 서보기구에 의해 결정된 변화 임계치보다 작게 측정된 전기량 Ccomb의 값의 변경을 위해 전달된 고전압을 증가시키도록, 그리고 결정된 변화 임계치보다 높게 측정된 전기량 값의 변경을 위해 전달된 고전압을 감소시키도록 배열된 전압 증가 수단을 조정하기 위한 수단 REG를 더 포함한다. 상기 조정 수단 REG는, 스위칭 수단 Q1의 제어 단자를 가로지르는 앞선 펄스보다 더 긴 길이의 펄스를 제공하여, 고전압을 증가시키도록, 그리고 상기 제 1 스위칭 수단 Q1의 제어 단자를 가로지르는 앞선 펄스보다 짧은 길이를 갖는 펄스를 제공하여 상기 고전압을 감소시키도록 배열된다.

첫 번째 실시예의 모든 요소를 포함하는 본 발명의 두 번째 실시예에서, 도 1의 점선으로 나타난 부분이 고려된다. 구조적 관점에서 두 실시예의 차이점은 본질적으로 전압 증가 수단에 있으며, 두 번째 실시예에 따라서는 상기 전압 증가 수단은 인덕턴스 L의 출력과 기준 퍼텐셜 사이에 연결되는 두 번째 스위칭 수단 Q2(제 2 스위칭 수단)를 더 포함한다.

두 번째 실시예에 따라서, 조정 수단 REG는, 상기 제 2 스위칭 수단 Q2의 제어 단자를 가로지르는 앞선 펄스보다 더 긴 주기의 펄스를 제공하여 고전압을 증가시키도록, 그리고 상기 제 2 스위칭 수단 Q2의 제어 단자를 가로지르는 앞선 펄스보다 더 짧은 주기의 펄스를 제공하여 상기 고전압을 감소시키도록 배열된다. 추가로 조정 수단 REG는 제 1 스위칭 수단 Q1의 제어 단자를 가로지르는 펄스를 공급하여 고전압 Uh를 감소시키도록 배열된다.

도 1을 참조하여, 본 발명의 두 개의 실시예가 동작하는 방법이 이해된다. 본원의 서두에서 언급한 바와 같이, 본 발명의 주요 목적은 고전압이 누출 전류를 제한하도록 요구될 때에만 상기 고전압을 유지하여, 고전압에서의 부요 용량을 제한하기 위해, 상기 고전압의 컴포넌트를 최소화할 수 있고, 활성 전압(activation voltage)을, 직접 측정된 시스템이 필요로 하는 것의 함수로서 순응시킬 수 있다.

하나의 가능한 전압 증가 회로로는 하나의 인덕턴스(즉, “고전압” 소스)로부터의 에너지의 전이를 기반으로 하는 것이 있다. 본 발명의 첫 번째 실시예에 따르는 트랜지스터 Q1, 또는 두 번째 실시예에 따르는 Q2가 전도력이 있는 동안의 주기를 적응시킴으로써, 상기 회로가 전이될 에너지를 형성하고, 따라서 간접적으로 공급 전압을 형성할 수 있다는 이점을 갖고 있다.

첫 번째 실시예에 따라, 트랜지스터 Q1은 단락 인덕턴스 L로 전도성이 있도록 만들어지며, 트랜지스터 Q1이 다시 비-전도성이 될 때, 이로 인하여, 용량 네트워크(capacitance network)에서 코일 L을 방전시킴으로써, 전압 소스 U_DD에 의해 전달되는 전압이 증가될 것이며, 다이오드 D가 시스템을 차단하여 두 부분으로 나누고, 따라서 용량 네트워크로 전이되는 에너지가 상기 코일로 다시 돌아오는 것이 방지된다. 이러한 첫 번째 실시예는 두 번째 실시예에 따르는 두 개의 트랜지스터 솔루션을 갖는 경우에서보다, 부유용량이 더욱 더 거의 없다는 이점을 갖는다.

두 번째 실시예에 따라서, 먼저 트랜지스터 Q2가 단락 인덕턴스 L로 전도성이 있도록 만들어지며, 트랜지스터 Q2가 다시 비-전도성이 될 때, 이로 인하여, 용량 네트워크에서 코일 L을 방전시킴으로써, 상기 전압 Uh가 증가된다. 그 후, 코움 드라이브(comb drive)를 가동한 후, 트랜지스터 Q1이 전도성을 띄고 전압 Uh를 감소시킨다.

이러한 회로의 한 가지 특징은, 전압 Uh는 조정 루프(regulating loop)를 사용하지 않고서는 제어되지 않는다는 것이다. 따라서 용량 네트워크 Ca, Cb, Cref를 사용하여, 조정 루프 REG가 제공되어, 코움 드라이버의 구성요소 용량 Ccombs의 값의 변화에 좌우되는 피드백 제어가 실행될 수 있다. 이러한 코움 드라이버 구성요소의 용량은 이동하는 코움의 위치에 대한 함수로서 Com_min과 Com_max 사이에서 변화한다.

이러한 피드백 함수를 실행하기 위해, 고전압이 적용되는 동안 측정 시스템(Ca, Cb, Cref)에 직접 전력이 공급되어, 제어를 최적화할 수 있다. 목적은 Ccom으로 전이되는 에너지를 최대화하는 것이고, 따라서 충분하게 작은 전압 U2(t)를 갖는 것이다. 그러나 단순한 전자 프로세싱, 즉, 0.1 ~ 0.5V 정도의 전압 U2(t)를 이용하는 전자 프로세싱은 허용된다. 예를 들자면, “고전압”Uh는 100V로 정의될 수 있고, Ccomb는 10pF로 정의될 수 있다.

용량 Ca와 Cref가 그들을 포함하고 있는 브랜치에서 고정됨에 따라, 전압 U1(t)은 전압 Uh의 축소된 상이다:

Ca가 알려지고 고정됨에 따라, 전압 U2(t)는 용량 Ccom과 Ca를 포함하는 그 밖의 다른 브랜치로 주입된 부하를 나타낸다.

Ca와 Cb의 값이 정의되어, Uh(t)보다 50 내지 500배 정도 작은 전압 U1(t)과 U2(t)가 획득되고, 따라서 Uh(t)와 관련되어 1차 근사치에서는 무시할 만한 것이 다. Ccom의 단자에서의 전압은 Uh(t)에 근사할 수 있고, 값 Ccom은 다음에서 추론될 수 있다:

방정식[E3]에 의하면, 전압 Uh(t)을 알 필요 없이, Ccom(t)가 임의의 시간에서 측정될 수 있다는 것을 알 수 있다. 이러한 원칙에 따라서, 간접 측정된 Ccom(t)의 값을 간섭하기 않으면서, 시간에 따라 변화하는 임의의 값을 얻을 수 있는 것이 바람직하다.

시간에 따른 코움 드라이브 용량의 값을 알고 있음으로써, 상기 코움 드라이브의 위치가 추정될 수 있고, 이에 따라서 시스템의 요구에 따르는 조정이 가능해진다. 낮은 전력 시스템의 경우에서, 주요한 조정의 두 가지 목적은, 완전한 이동을 확인하는 것(이는 용량의 변화로부터 추정될 수 있다.)과, 전압 Uh를 최적화하는 동안 소모되는 에너지, 즉 전이되는 에너지를 최소화하는 것이다.

용량 Ccom의 변화에 의해, 이동의 변화가 직접적으로 추정될 수 있으며, 따라서 상기 코움 드라이브의 이동 속도가 추정될 수 있다. 그 후, Uh(t)를 통해 공급되는 기계 에너지가 두 부분으로 나눠질 수 있다. 첫째는 마찰력과, 실절적인 힘/연결과, 그 밖의 다른 필수 시스템 스프링으로부터의 힘을 극복하기 위한 에너지, 둘째는 시스템을 가속하기 위한 에너지(가령, 관성 에너지, 운동 에너지)가 있다.

상기 시스템을 가속하는 “힘”은 실질적인 힘과 마찰력과 스프링으로부터 추출되어 코움 드라이버에 의해 제공되는 힘들 간의 차이이다. 이러한 힘은 요망 시간내에 이동을 허용하기에 충분할 것이나, 소모분을 최적화하기 위해 가능한 낮게 유지되어야만 한다. 유효한 시간은 적용예에 따라 정의되고, 시스템의 모드에 따라 변화할 수 있다.

시계, 예를 들어 스테핑 모터(stepping motor)를 포함하는 손목시계의 적용예에 있어서, 보통의 동작 중과 시간이 설정되고 있는 때에는 다를 수 있다. 이동에 사용되는 시간이 너무 길도록 설정된 경우, 다음 스텝은 더 많은 에너지(트랜지스터로부터의 더 긴 제어 펄스)를 이용하여 실행될 것이고, 역으로, 이동에 사용되는 시간이 너무 짧도록 설정된 경우, 다음 스텝이 더 적은 에너지를 갖고 실행될 것이다. 상기 스텝이 이뤄지지 않도록 설정된 경우, 많은 에너지를 이용하여 다시 실행되어, 상기 스텝이 보장되고, 펄스의 길이가 다음 스텝을 위해 연장될 것이다.

힘이 시스템 환경(부하, 또는 마찰력)에 따라 명확하게 변경될 수 있기 때문에, 모든 조건에서 상기 스텝을 보장하는 동일한 전압을 제공하는 시스템과 비교하여, 전압을 적응시키는 것이 전력 소모를 상당히 감소시킨다.

조정 모드, 또는 조정 시스템이 시간에 따라 진행될 경우, 최대 용량을 결정하기 위해, 이러한 원칙을 이용하여, 조정 모드(calibrating mode)가 쉽게 구현될 수 있다. 완전한 이동을 보장하기 위해 충분한 양의 에너지가 간단하게 전이되어야하고, 그로부터 차이 값이 추출된다. 에너지의 관점에서 볼 때 이것이 “경제적”이지 않을지라도, 이것은 사소하게(예를 들어, 1000번에 한 번) 발생하기 때문에, 전력 소모에 미치는 영향은 매우 사소하다.

두 개의 트랜지스터 Q1과 Q2를 사용하는 두 번째 실시예에 따라서, 완전한 이동이 확인되지 않았을 경우, 펄스를 이용하여, 트랜지스터 Q2를 구동함으로써, 추가적인 에너지의 양이 전이될 수 있다. 이러한 원칙에 의해, 에너지 전이와 시스템 재-설정 상태가 독립적으로 관리될 수 있다. 트랜지스터 Q1만을 사용하는 첫 번째 실시예에 따르면, 상기 상태는 종속적으로, 상호 보완적이다. 그러나 두 개의 트랜지스터의 사용이 부유 용량을 증가시킨다.

추가적인 측정 용량이 코움 드라이브로의 에너지 전이에 대해 명확하게 부정적인 것은 아니다.

코움 드라이브 용량의 전기 에너지가 다음의 식에 따라 정의된다.

전압 U2(t)는 관계(a)에 의해 정의된다:

용량 Ca는 관계(b)에 의해 정의된다:

브랜치(Ccom, Ca)의 두 개의 용량에서의 에너지 비는 다음과 같다:

나머지 브랜치에 대해서, 접근법은 동일하고, 최소한의 에너지만 사용될 것이다. 예를 들어, Cref는 0.5pF에서 형성될 수 있고, 전압 U1은 0.5V에서 형성될 수 있다. 동일한 접근법을 적용함으로써, 수식[E5]와 수식[E6]에서, Cb=100.5pF가 된다.

각각의 브랜치에 대한 동치 용량(equivalent capacitance)은 다음과 같다.

동치 용량 Ccom/Ca는

이며, 동치 용량 Cref/Cb는

이다.

두 개의 브랜치를 가로지르는 전압이 동일함에 따라, 2개의 브랜치의 에너지 비는 용량 비 Ccom/(Ccom+Cref)=95%이다.

이러한 에너지 연산에 의해, 모든 에너지가 코움 드라이브(Ccomb)로 전이됨을 알 수 있다. 덧붙이자면, 집적 회로의 연결 패드가 3~5pF 정도의 용량을 가지나, 이러한 제안에서, 이러한 용량은 Ca와 Cb에 병렬로 연결되어 있고, 2nF/100pF 이상이며, 따라서, 용량 값 Ccomb와 Cref가 수 피코패럿, 또는 수십 피코패럿임에도 불구하고, 그 영향은 바람직하지 못한 것은 아니다. 시스템이 완전하게 방전된 경우(또는 지정 값까지로 방전된 경우), 각각의 스텝에서 재-설정이 발생하며, 이에 따라서, 많은 누출 전류에 의해 생성되는 드리프트(drift)에 대해 감응하지 않게 해준다.

또한 이러한 시스템은 측정 전압(U1, U2)을 이용하고, “저전압”(0-1.5V, 또는 3V, 또는 5V)의 제어 전압을 이용한다는 점에서 동작의 이점을 갖고, 따라서 표준 마이크로 전자 프로세스로 통합될 수 있다. “고전압”에 노출되는 반도체 구성요소는 다이오드와, 구성에 따라 필요한 대로 장착되는 트랜지스터(Q1, Q2)이다. 이러한 구성요소는 현재 상업적으로 가용 상태이다. 전력 소모를 최적화하기 위해, 상기 트랜지스터는 가능한 가장 낮은 드레인-벌크-소스 용량을 가져야 한다.

다수의 적용예에서, Ccomb/Ca와 Cref/Cb 비는 매우 작고, 이로 인하여 방정식 [E3]은 어떠한 큰 에러 없이 단순화될 수 있다.

두 개의 브랜치에서의 전류가 간섭되지 않도록, 2개의 전압 U1(t)과 U2(t)를 사용하는 조정 시스템은 매우 높은 입력 임피던스를 가져야 한다. 이러한 임피던스 는 마이크로 전자의 분야에서는 일반적이며, 특히 특정 동작 증폭기에서 그러하다.

본 발명은 다수의 이점을 갖고 있다. 특히, 측정 시스템에 의해, 코움 드라이브의 이동 위치와 속도가 전기적으로 알려질 수 있고, 이는 이동이 실제로는 바람직하지 않고, 에너지 소비는 상기 이동을 실행하기에 유효한 시간의 함수로서 최적화되어야함을 의미한다. 이러한 측정에 의해, 코움 드라이브의 위치에 주어지는 충격의 영향이 측정될 수 있다. 상기 측정 시스템은 공급 전압에 대해 독립적이다. 따라서 이는 실질적으로는 임의의 “고전압” 생성 시스템이 사용될 수 있음을 의미한다. 상기 측정 시스템은 상기 코움 드라이브로 전이되는 에너지에게 딱 적당하도록 영향을 준다. “고전압”을 생성하는 것과는 별도로, 그 제어 회로는 표준 마이크로 전자 프로세스로 통합될 수 있게 해주는 낮은 전압으로 동작한다. “고전압”은 실제로는 스텝의 실행 동안에만 오직 사용가능하고, 나머지 시간에는 상기 시스템이 낮은 전압으로 동작한다.

본 발명은 또한 본원에서 언급되는 실시예들 중 하나에 따르는 제어 시스템을 포함하는 서보기구(servomechanism)에 관한 것이며, 이때 상기 서보 기구는 다음 중에서 선택될 수 있다: 서보모터(servomotor), 스테핑 모터(stepping motor), 커플 모터(couple motor), 전자석, 시계판 위에서 이동하는 시계 바늘, 광학 디스플레이가 있다. 하나의 특정 실시예에 따르면, 서보기구는 마이크로 전기 기계 시스템(MEMS: micro-electro-mechanical system) 기술에 의해 형성된 정전기 모터이다.

본 발명은 다수의 이점을 갖고 있다. 특히, 측정 시스템에 의해, 코움 드라이브의 이동 위치와 속도가 전기적으로 알려질 수 있고, 이는 이동이 실제로는 바람직하지 않고, 에너지 소비는 상기 이동을 실행하기에 유효한 시간의 함수로서 최적화되어야함을 의미한다. 이러한 측정에 의해, 코움 드라이브의 위치에 주어지는 충격의 영향이 측정될 수 있다. 상기 측정 시스템은 공급 전압에 대해 독립적이다. 따라서 이는 실질적으로는 임의의 “고전압” 생성 시스템이 사용될 수 있음을 의미한다. 상기 측정 시스템은 상기 코움 드라이브로 전이되는 에너지에게 딱 적당하도록 영향을 준다. “고전압”을 생성하는 것과는 별도로, 그 제어 회로는 표준 마이크로 전자 프로세스로 통합될 수 있게 해주는 낮은 전압으로 동작한다. “고전압”은 실제로는 스텝의 실행 동안에만 오직 사용가능하고, 나머지 시간에는 상기 시스템이 낮은 전압으로 동작한다.

Claims (14)

1. 가변 전기량(Ccomb)을 정의하며, 최소 전기량(Ccomb_min)과 최대 전기량(Ccomb_max)을 각각 나타내는 제 1 위치와 제 2 위치 사이를 이동하는 제어 구성요소를 포함하는, 서보기구(servomechanism)를 위한 제어 시스템에 있어서, 상기 제어 시스템은

   저전압 공급 수단(U_DD),

   상기 저전압 공급 수단의 단자에 연결되어 있고, 출력에서 고전압(Uh)을 전달하는 전압 증가 수단(L, D, Q1; L, D, Q1, Q2),

   상기 고전압이 생성되고 있을 때, 상기 저전압 공급 수단에 의해 공급되는 상기 가변 전기량의 값을 측정하기 위한 수단(Ca, Cb, Cref), 그리고

   상기 서보기구에 의해 결정된 상기 가변 전기량의 변화 임계치보다 작게 측정된 값을 변경시키도록 전달되는 고전압을 증가시키기 위해, 그리고 상기 결정된 변화 임계치보다 크게 측정된 값을 변경시키도록 전달되는 고전압을 감소시키기 위해 배열되는 상기 전압 증가 수단을 조정하는 수단(REG)

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 이동하는 제어 구성요소는 정전기 액추에이터(electrostatic actuator)임을 특징으로 하는 제어 시스템.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 정전기 액추에이터는 코움 드라이브(comb drive) 구성요소임을 특징으로 하는 제어 시스템.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전압 증가 수단(L, D, Q1)에는, 인덕턴스(L)는 차단 수단(uncoupling means)(D)과 직렬 연결되어 포함되고, 하나의 제어 단자와 두 개의 전류 단자를 갖는 제 1 스위칭 수단(Q1)과 직렬 연결되어 포함되며, 상기 인덕턴스(L)는 상기 저전압 공급 수단(UDD)의 출력에 연결되고, 상기 차단 수단의 출력은 상기 스위칭 수단의 전류 단자 중 하나로 연결되며, 상기 스위칭 수단의 나머지 전류 단자는 기준 퍼텐셜(reference potential)에 연결되고, 상기 스위칭 수단의 상기 제어 단자는 상기 조정 수단의 출력에 연결되는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 전압 증가 수단(L, D, Q1, Q2)은 상기 인덕턴스(L)와 상기 기준 퍼텐셜 사이에 연결되는 제 2 스위칭 수단(Q2)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
6. 제 4 항, 또는 제 5 항에 있어서, 상기 가변 전기량은 상기 이동하는 제어 구성요소의 위치에 따라 정의되며, 상기 전압 증가 수단의 출력과 상기 측정 수단 사이에 연결되는 가변 용량(Ccomb)임을 특징으로 하는 제어 시스템.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 가변 전기량의 값을 측정하기 위한 상기 수단(Ca, Cb, Cref)은

   상기 제 1 스위칭 수단(Q1)에 병렬 연결되어 있고, 제 1 용량(Cref)과 상기 제 1 용량의 크기보다 더 큰 크기를 갖는 제 2 용량(Cb)을 직렬 연결로 포함하는 제 1 브랜치,

   상기 가변 용량(Ccomb)과 상기 기준 퍼텐셜 사이에 연결되어 있고, 상기 제 1 용량의 크기보다 더 큰 크기의 제 3 용량(Ca)을 포함하는 제 2 브랜치

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
8. 제 4 항에 있어서, 상기 조정 수단(REG)은 상기 제 1 스위칭 수단(Q1)의 상기 제어 단자를 가로지르는 앞선 펄스의 길이보다 더 긴 길이의 펄스를 제공하여 상기 고전압을 증가시키도록, 그리고 상기 제 1 스위칭 수단의 상기 제어 단자를 가로지르는 앞선 펄스의 길이보다 더 짧은 길이의 펄스를 제공하여 상기 고전압을 감소시키도록 배열되는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
9. 제 5 항에 있어서, 상기 조정 수단(REG)은 상기 제 2 스위칭 수단(Q2)의 상기 제어 단자를 가로지르는 앞선 펄스의 길이보다 더 긴 길이의 펄스를 제공하여 상기 고전압을 증가시키도록, 그리고 상기 제 2 스위칭 수단의 상기 제어 단자를 가로지르는 앞선 펄스의 길이보다 더 짧은 길이의 펄스를 제공하여 상기 고전압을 감소시키도록 배열되는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 조정 수단(REG)은 상기 제 1 스위칭 수단(Q1)의 제어 단자를 가로지르는 펄스를 제공하여, 상기 고전압을 감소시키도록 배열되는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 앞선 명령 중에 오류가 검출된 경우, 상기 조정 수단은 매우 긴 펄스를 제공하도록 추가로 배열되는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
12. 청구항 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따르는 제어 시스템을 포함하는 서보기구에 있어서, 상기 서보기구는, 서보모터(servomotor), 스테핑 모터(stepping motor), 커플 모터(couple motor), 전자석, 시계판 위에서 이동하는 시계 바늘, 광학 디스플레이 중에서 선택되어짐을 특징으로 하는 서보기구.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 서보기구는 MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)에 의해 형성되는 정전기 모터임을 특징으로 하는 서보기구.
14. 청구항 제 12 항 또는 제 13 항에 따르는 서보기구를 포함하는 휴대용 전자 장치에 있어서, 이때 상기 휴대용 전자 장치는 손목 시계임을 특징으로 하는 휴대 용 전자 장치.

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