KR20140062497A - 용량성 부하의 구동 방법 및 그 구동 회로 - Google Patents

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Abstract

평균 상승 및 하강 슬루 레이트와 피크 전압을 갖는 타겟 전압 파형을 사용하여 용량성 부하를 구동하는 방법으로서, 평균 상승 및 하강 슬루 레이트는 적어도 하나의 전압 스텝을 포함하고, 상기 방법은, 타겟 파형에 응답하여 평균 상승 슬루 레이트와 피크 전압을 얻도록 용량성 부하를 충전하기 위해 입력으로부터 출력으로 전력을 공급하는 단계; 타겟 파형에 응답하여 평균 하강 슬루 레이트를 얻기 위해 용량성 부하를 방전시키는 단계; 및 용량성 부하로부터 입력으로 방전된 전력을 리턴시키는 단계를 포함한다.

Description

용량성 부하의 구동 방법 및 그 구동 회로{METHOD OF DRIVING A CAPACITIVE LOAD AND DRIVE CIRCUIT THEREFOR}
본 발명은 예컨대 프린트 헤드 어레이(print head array)를 위한 압전 액추에이터(piezo-electric actuator)와 같은 용량성 부하의 구동을 위한 방법 및 구동 회로에 관한 것이다.
압전 물질(piezoelectric material)은 용량성 부하로서 작용하고, 커패시턴스는 임의의 시간에 어레이에 있어서의 압전 액추에이터의 수에 비례한다. 프린트 헤드 어레이는 이러한 압전 액추에이터를 포함할 수 있다. 압전 물질은 작은 사이즈, 낮은 전력 소모 및 고속 반응을 포함하는 대체 기계적 액추에이터 이상의 다양하고 뚜렷한 장점을 갖는다.
이러한 압전 액추에이터를 구동하는 다수의 구동 회로가 해당 기술 분야에서 개시되어 있다. 예컨대, 미국 특허 No. 4,749,897에는, 변압기에 저장된 에너지의 양을 제어하여 압전 소자(piezoelectric element)의 기계적 변위를 원하는 타겟값(target value)으로 제어하는데 사용되는 구동 회로가 개시되어 있다. 그러나, 이러한 기능을 제공하는데 사용되는 변압기는, 압전 소자의 변위를 제어하기 위해 고속 응답과 높은 에너지를 필요로하는 경우에, 다량의 에너지를 저장할 수 있도록, 매우 큰 사이즈가 될 필요가 있다. 이러한 대형 변압기는 일상의 회로에서 비현실적이고, 이러한 대형 변압기를 구비한 회로에서의 부하의 제어된 충전/방전은 복잡한 보호 회로(safety circuitry)를 필요로 할 것이다.
정확한 제어를 위해서, 구동 전압 파형은, 어느 정도의 V/㎲의 단위의 고도로 제어되는 일반적인 증감(rise and fall)의 슬루 레이트(slew rate)를 가져야 한다는 것이 분명하게 될 것이다. 미국 특허 No. 5,036,263에는, 충분한 전하로 커패시터를 충전하기 위해 복수의 펄스 신호를 사용하고, 압전 액추에이터를 충전하기 위해 커패시터에 저장된 에너지를 사용하는 압전 물질을 위한 구동 회로가 개시되어 있다. 그러나, 이러한 회로는 압전 액추에이터에 인가되는 전압 파형의 증감 슬루 레이트(rise and fall slew rate)의 정확한 제어를 제공하지 않고, 이에 따라 액추에이터의 제어가 한정될 것이다.
따라서, 제1 양상에서는, 피크 전압(peak voltage)과 평균 전압 상승시간 성분(average voltage risetime component)과 전압 하강시간 성분(voltage falltime component)을 포함하고, 전압 상승시간과 하강시간 성분 각각에서 적어도 하나의 전압 스텝(voltage step)을 포함하는 트레이스(trace)를 구비하는 타겟 전압 파형(target voltage waveform)을 사용하여 용량성 부하를 구동하는 방법에 있어서, 용량성 부하 상의 전압값을 대표하는 전압값을 감지하는 단계; 타겟 전압 파형와 감지된 전압값을 실질적으로 연속해서 비교하는 단계; 타겟 전압 파형과 감지된 전압값의 연속적인 응답으로 피크 전압과 평균 상승 슬루 레이트(average rise slew rate)를 취득하도록 용량성 부하를 충전하기 위해 입력으로부터 출력으로 전력을 공급하는 단계; 타겟 전압 파형과 감지된 전압값의 비교에 연속적인 응답으로 평균 하강 슬루 레이트(average fall slew rate)를 취득하기 위해 용량성 부하는 방전시키는 단계; 및 용량성 부하로부터 입력으로 방전된 전력을 리턴하는(returning) 단계를 포함하는, 용량성 부하의 구동 방법이 제공된다.
이러한 방법의 장점은 용량성 부하가, 제어되고, 조정되고, 미리 결정된 방식으로 구동된다는 것이다. 또한, 평균 상승 하강 레이트를 갖는 미리 결정된 전압 파형에 의한 가변 용량성 부하를 구동하는 것은 불필요한 대형 전원에 대한 필요를 제거한다.
또한, 용량성 부하를 충전하는데 사용되는 전력은 방전 용량성 부하로부터 입력으로 전력을 리턴함으로써 시스템에서 재사용(recycle)된다. 이러한 기능을 사용하는 것은, 전원(power supply)으로부터 인출된(drawn) 평균 전력이 시스템에서의 손실을 공급하기 위해서만 요구되는 것을 보장한다.
바람직하게는, 상기 방법은, 전원으로부터 인덕턴스(inductance)가 충전되도록, 전원과 인덕턴스 사이의 제1 충전 경로와 인덕턴스로부터의 제1 방전 경로를 활성화(enabling)하는 단계; 평균 상승 슬루 레이트를 달성하기 위해 제2 충전 경로를 통해 인덕턴스로부터 용량성 부하로 전류가 흐르도록, 제1 충전 경로를 불능화(disabling) 하고, 선택적으로 제1 방전 경로를 활성화 및 불능화하는 단계; 및 전압이 변압기의 제2 사이드(secondary side) 상에 유도되고 전원을 재충전하는데 사용되게 하는 평균 하강 레이트를 달성하기 위해, 변압기의 제1 사이드(primary side)을 통해 용량성 부하가 방전되도록, 제2 방전 경로를 선택적으로 활성화 및 불능화하는 단계를 더 포함한다.
따라서, 본 발명의 다른 장점은, 상기 구동 회로를 사용함으로써, 평균 전류가 부하에 의해 요구되는 것에 동일시되도록 하기 위해, 고정된 충전/방전 전류를 펄스 폭 변조(PWM: pulse width modulating)함으로써 가변 용량성 부하의 필요에 적응할 수 있다는 것이다.
바람직하게는, 상기 방법은, 인덕턴스 상의 전하의 미리 결정된 레벨을 유지하려고 시도하기 위해, 미리 결정된 설정 전류값(predetermined set current value)과 제1 방전 경로 상의 전류를 비교하고, 제1 충전 경로를 선택적으로 활성화 및 불능화하는 단계; 및 용량성 부하를 충전하기 위해, 타겟 전압 파형과 부하 상의 전하를 비교하고, 선택적으로 제1 방전 경로를 불능화하고 제2 방전 경로를 불능화하는 단계를 더 포함한다.
유리하게도, 인덕턴스는, 결정된 시간 기간 내에 피크 전압과 평균 슬루 레이트를 달성하기 위해 인덕턴스 내에 충분한 전하를 제공하는 전하의 미리 결정된 레벨을 유지한다.
제2 양상에 따르면, 본 발명은, 피크 전압(peak voltage)과 평균 전압 상승시간 성분(average voltage risetime component)과 평균 전압 하강시간 성분(average voltage falltime component)을 포함하고, 전압 상승시간과 하강시간 성분 각각에서 적어도 하나의 전압 스텝(voltage step)을 포함하는 트레이스(trace)를 구비하는 타겟 전압 파형(target voltage waveform)을 사용하여 용량성 부하를 구동하는 구동 회로에 있어서, 전원에 연결하기 위한 입력; 제1 스위칭 디바이스를 포함하는 제1 충전 경로를 통해 입력에 접속되는 제1 전극과, 제2 스위칭 디바이스를 포함하는 제1 방전 경로에 그리고 제2 충전 경로를 통해 용량성 부하를 선택적으로 충전하기 위한 회로의 출력에 접속되는 제2 전극을 구비한 인덕턴스; 용량성 부하를 선택적으로 방전시키기 위한 회로의 출력과 제3 스위칭 디바이스를 포함하는 제2 방전 경로 사이에 접속되는 제1 사이드를 구비하고, 입력에 접속되는 제2 사이드를 더 구비하는 변압기; 및 제1 스위칭 디바이스, 제2 스위칭 디바이스, 및 제3 스위칭 디바이스에 접속되는 컨트롤러를 포함하는, 구동 회로를 제공한다.
이러한 회로의 장점은 용량성 부하가, 제어되고, 조정되고, 미리 결정된 방식으로 구동된다는 것이다. 또한, 평균 상승 하강 레이트를 갖는 미리 결정된 전압 파형에 의한 가변 용량성 부하를 구동하는 것은 대형 전원의 필요를 제거한다. 또한, 용량성 부하로부터 입력으로 방전 경로를 갖는 것은 시스템이 용량성 부하로부터 입력으로 방전된 전력을 리턴시킬 수 있게 한다. 이러한 기능은, 그렇지 않으면 시스템 내에 존재하는 열을 안전하게 제거하기 위한 매우 복잡한 제어 회로에 대한 필요를 무효화한다.
바람직하게는, 타겟 파형에 대한 사용과 응답에 있어서, 컨트롤러는, 전원으로부터 인덕턴스가 충전되도록, 제1 충전 경로와 제1 방전 경로를 활성화하고; 피크 전압과 평균 상승 슬루 레이트를 달성하도록 제2 충전 경로를 통해 용량성 부하를 충전하기 위한 전류가 인덕턴스로부터 출력으로 흐르도록, 제1 충전 경로와 제2 방전 경로를 불능화하고 선택적으로 제1 방전 경로를 활성화 및 불능화하고; 평균 하강 슬루 레이트를 달성하도록 변압기의 제1 사이드와 제2 사이드를 통해 용량성 부하가 입력으로 방전되도록 하기 위해 선택적으로 제2 방전 경로를 활성화 및 불능화한다. 상기 회로는 용량성 부하 상의 전압을 감지하기 위한 분압 회로(voltage divider circuit)를 포함한다.
따라서, 본 발명의 다른 장점은, 상기 구동 회로를 사용함으로써, 평균 전류가 부하에 의해 요구되는 것에 동일시되도록 하기 위해, 고정된 충전/방전 전류를 펄스 폭 변조(PWM: pulse width modulating)함으로써 가변 용량성 부하의 필요에 적응할 수 있다는 것이다.
바람직하게는, 상기 구동 회로는, 제1 방전 경로에 접속되는 제1 입력 및 출력과 컨트롤러로부터 미리 결정된 설정값을 수신하기 위해 컨트롤러에 접속되는 제2 입력을 구비한 제1 차동형 비교기(differential comparator)를 포함하고, 이에 따라 차동형 비교기는 미리 결정된 설정값(predetermined set value)과 제1 방전 경로 상의 전류를 비교하고, 제1 차동형 비교기의 출력으로부터의 신호는 인덕턴스 상의 전하의 미리 결정된 레벨을 유지하려고 시도하기 위해 제1 스위칭 소자(switching element)를 제어할 수 있다.
제1 차동형 비교기는, 회로가 부하의 충전/방전의 프로세스 중에 있는 경우에도, 회로가 인덕터의 설정 전하(set charge)를 유지하려고 시도하는 것을 보장한다.
바람직하게는, 상기 구동 회로는, 분압 회로에 접속되는 제1 입력 및 출력과 컨트롤러로부터 타겟 파형을 수신하기 위해 컨트롤러에 접속되는 제2 입력을 구비한 제2 차동형 비교기를 더 포함하고, 이에 따라 제2 차동형 비교기는 타겟 파형과 용량성 부하 상의 전압을 비교하고, 제2 차동형 비교기의 출력으로부터의 신호는 용량성 부하의 충전 및 방전을 제어하기 위해 스위칭 소자를 제어할 수 있다.
제2 차동형 비교기는 타겟 입력 파형과 감소된 전압(attenuated voltage)를 시스템이 비교하고, 그 출력이 회로의 기능을 결정하기 위해 컨트롤러에 의해 사용되게 한다.
바람직하게는, 구동 회로는, 용량성 부하와 병렬로 커패시터를 더 포함하고, 제1 충전 경로와 접지(ground) 사이에 블록킹 콤포넌트(blocking component)가 접속된다. 블록킹 콤포넌트는, MOSFET 트랜지스터 및/또는 다이오드 등의 반도체 디바이스이고, 스위칭 디바이스는 MOSFET 트랜지스터 등의 반도체 디바이스이다.
용량성 부하와 병렬인 커패시터는 제로(zero) 용량성 부하에서 구동 회로의 동작을 가능하게 한다.
바람직하게는, 분압 회로의 동작을 선택적으로 제어하고, 제4 스위칭 소자는 컨트롤러에 의해 제어 가능하다.
제4 스위칭 소자는 분압 회로의 콤포넌트를 가로질러 배치되어 이 콤포넌트를 방전시킨다. 접지를 나타내는 분압기(voltage divider)는, 부하에 대하여 서로 직렬로 및 병렬로 접속되는 한쌍의 커패시터가 될 수 있다. 따라서, 커패시터를 가로질러 스위칭 소자를 배치함에 있어서, 커패시터를 방전시키는 것이 가능하고 이에 따라 분압기가 리셋된다.
그러나, 분압기는 저항, 커패시터, 또는 인덕터 또는 이것들의 임의의 조합으로 구성될 수 있다.
바람직하게는, 컨트롤러는 외부 디바이스와 통신하고, 컨트롤러는 서로 통신 가능한 복수의 개별 소자(discrete device)를 포함한다.
외부 디바이스와의 통신이 가능하게 됨에 따라, 예컨대 사람, 인터넷, 데이터 라이브러리(data library)와 같은 다양한 리소스로부터 명령들을 수신하는데 컨트롤러가 사용될 수 있다.
바람직하게는, 평균 전압 상승시간 성분은 적어도 하나의 상승 기간(rise period)을 포함하고, 평균 전압 하강시간 성분은 적어도 하나의 하강 기간(fall period)을 포함하고, 상승 기간 및 하강 기간은 각각 적어도 하나의 '온(on)' 기간과 '오프(off)' 기간을 갖는다.
회로에서 규정된 스텝을 갖는 스텝 전압 파형(stepped voltage waveform)을 사용함으로써, 보통의 경우에 달성되는 것보다 더 높은 미리 결정된 부하 전압을 달성하도록, 부하의 충전을 제어하는 것이 가능하게 된다.
이제, 도면을 참조하여 예시에 의해 본 발명의 일실시형태를 더 상세히 설명할 것이다.
도 1은 구동 회로의 개략적 다이어그램을 나타낸다.
도 2a는 도 1의 회로에서의 사용을 위한 타겟 입력 전압 파형의 트레이스(trace)를 나타낸다.
도 2b는 도 1의 회로로부터의 출력 트레이스에 중첩되는(superimposed) 타겟 입력 전압 파형의 복수의 상승 스텝(rising step)을 묘사하는 트레이스를 나타낸다.
도 2c는 도 1의 회로로부터의 출력 트레이스에 중첩되는(superimposed) 타겟 입력 전압 파형의 복수의 하강 스텝(falling step)을 묘사하는 트레이스를 나타낸다.
도 1은 구동 회로의 개략적 다이어그램을 나타낸다. 특히, 도 1은 150V의 미리 결정된 타겟 파형을 사용하여 가변 용량성 부하(2)를 구동할 수 있는 구동 회로(1)를 나타낸다. 타겟 파형은 도 2a, 도 2b, 및 도 2c를 참조하여 이하 상세히 개시된다. 본 실시형태를 위해 사용되는 타겟 파형은 비교적 높은 전압이지만, 임의의 범위의 적합한 전압이 사용될 수 있다.
용량성 부하(2)는 압전 액추에이터 또는 다른 유사한 용량성 부하가 될 수 있다. 본 실시형태를 위해 사용되는 용량성 부하(2)의 커패시턴스는 20nF까지의 범위 내에 있지만, 구동 회로가 사용되기 위한 애플케이션에 따라 이 범위에 한정되지 않는다.
구동 회로(1)는 전원(4)에 접속되는 입력(3), 용량성 부하(2)에 접속되는 출력(5), 입력(3)과 출력(5) 사이에 접속되는 인덕턴스(6), 및 인덕턴스(6)와 병렬로 출력(5)과 입력(3) 사이에서 접속되는 변압기(7)를 포함한다. 변압기(7)가 회로에서 플라이백 변압기(flyback transformer)로서 작동하도록, 변압기는 제2 인덕터, 즉 제2 사이드(9)에 연결되는 제1 인덕터, 즉 제1 사이드(8)를 포함한다. 이러한 플라이백 변압기 어레인지먼트(arrangement)는 통상의 기술자에게 잘 알려져 있다. 본 실시형태를 위해 사용되는 전원(2)은 24V 전원이지만, 애플리케이션에 따라 24V에 한정되지 않는다.
구동 회로(1)는, 입력(3)[따라서, 전원(4)]과 인덕턴스(6) 사이의 제1 충전 경로를 선택적으로 활성화 및 불능화하기 위해 인덕턴스(6)의 제1 전극과 입력(3) 사이에 접속되는 제1 스위칭 소자(10)를 더 포함한다. 구동 회로(1)는, 제1 스위칭 소자(10) 이후와 인덕턴스(6) 전에 제1 충전 경로와 접지 사이에 접속되는 제2 스위칭 소자(30)를 더 포함한다. 제1 스위칭 소자(10)와 제2 스위칭 소자(30)의 동작은 상호 배타적이다. 제1 충전 경로에 접속되는 캐소드(cathode)와 접지에 접속되는 애노드(anode)를 갖는 다이오드에 의해 스위칭 소자(30)가 교체되는 경우에, 구동 회로(1)의 기능은 유지된다.
또한, 출력(5)에 접속되는 캐소드와 인덕턴스(6)의 제2 전극에 접속되는 애노드를 갖는 다이오드(15)를 제2 충전 경로가 포함하면서, 제1 방전 경로를 선택적으로 활성화 및 불능화하기 의해, 저항(24)을 통해 접지와 인덕턴스(6)의 제2 전극 사이에 제3 스위칭 소자(11)가 접속된다.
변압기(7)의 제1 사이드(8)의 제2 전극이 출력(5)에 접속되는 변압기(7)의 제1 사이드(8)를 통해 용량성 부하(2)를 방전시키기 위한 제2 방전 경로를 선택적으로 활성화 및 불능화하기 위해, 제4 스위칭 소자(12)는 변압기(7)의 제1 사이드(8)의 제1 전극과 접지 사이에 접속된다.
스위칭 소자(10, 11, 12, 30)를 제어하기 위한 컨트롤러(13)가 구동 회로 내에 제공된다. 스위칭 소자(10, 11, 12, 30)는, N 채널 MOSFET(예컨대, International Rectifier IRF6785)이 될 수 있는 트랜지스터를 포함하는 회로 소자로서 바람직하게 구현되고, 통상의 기술자에 의해 인식되는, 예컨대 저항, 커패시터, 및/또는 MOSFET 구동을 위한 고속 하프 브릿지 드라이브(high speed half bridge drive)(LTC4444)와 같이, 요구되는 기능에 따라 다른 콤포넌트를 포함할 수 있다. 본 실시형태에서, 컨트롤러(13)는, 스위칭 소자(10, 11, 12, 및 30)를 제어하기 위해 펄스 폭 변조(PWM) 신호를 사용하고, 이러한 기능을 이하에서 설명한다.
제2 방전 경로는, 제4 스위칭 소자(12)에 접속되는 캐소드와 변압기(7)의 제1 사이드(8)의 제1 전극에 접속되는 애노드를 구비하는 다이오드(28)를 포함한다. 입력(3)에 접속되는 캐소드와 변압기(7)의 제2 사이드(9)에 접속되는 애노드를 갖는 다이오드(16)가 변압기(7)의 제2 사이드(9)와 입력(3) 사이에 제공된다. 따라서, 다이오드(16)의 캐소드는 입력(3)에 접속되는 경우에 실제로 전원(4)에 접속될 수 있을 것이다.
또한, 접지와 제2 방전 경로 사이, 출력(5)과 변압기(7)의 제2 사이드(8) 사이에 접속되는 커패시터(32)는 결과적으로 용량성 부하(2)와 병렬로 배치된다. 부하(2)에서의 전체 변화(total variation)를 감소시키기 위해 커패시터(32)는 고정된 커패시턴스를 제공하고, 이에 따라 용량성 부하(2)에 의해 요구되는 전체 전류 범위가 이러한 회로를 위한 실제 한계(practical limits) 내에 있는 것이 보장된다. 본 구동 회로를 위해, 커패시터(32)는 10nF이고, 따라서 20nF 용량성 부하(2)와 함께 10nF 커패시터(32)를 사용하는 것은, 대략 3:1까지부하를 동력 공급(power)하기 위해 요구되는 전류 범위를 감소시킨다. 또한, 커패시터(32)는, 용량성 부하(2)의 커패시턴스가 0F(zero Farads)인 경우에, 구동 회로(1)가 기능할 수 있게 보장한다.
제1 스위칭 소자(10)와 제3 스위칭 소자(11)가 폐쇄되면, 입력(3)과 인덕턴스(6)의 제1 전극 사이의 제1 충전 경로와, 인덕턴스의 제2 전극과 접지 사이의 제1 방전 경로가 활성화되고, 입력(3)을 통해 전원(4)으로부터 인덕턴스(6)가 충전된다. 인덕턴스(6)를 충전하는 중에, 제2 스위칭 소자(30)와 제4 스위칭 소자(12)가 개방되어야 한다. 인덕턴스(6)가 충전되면, 용량성 부하(2)를 충전하기 위해 이것이 사용될 수 있다. 이것은, 제4 스위칭 소자(12)를 개방 위치로 유지하면서, 제1 스위칭 소자(10)와 제3 스위칭 소자(11)를 개방함으로써 발생한다. 따라서, 용량성 부하(2)를 충전하기 위해 출력(5)을 통해 다이오드(15)를 통과하여 인덕터 전류가 흐를 것이다. 용량성 부하(2)의 충전을 중단하기 위해, 제3 스위칭 소자(11)가 폐쇄된다.
용량성 부하(2)를 방전시키기 위해, 제4 스위칭 소자(12)가 폐쇄되고, 이에 따라 접지에 대한 다이오드(28)와 변압기(7)의 제1 사이드(8)를 포함하는 제2 방전 경로를 통해 용량성 부하(2)가 방전되는 것이 허용된다. 변압기(7)의 제1 사이드(8)를 통해 용량성 부하(2)가 방전됨에 따라, 변압기(7)의 제1 사이드(8)에 에너지가 저장된다. 스위치(12)가 폐쇄되면, 다이오드(16)는 역으로 바이어싱될 것이다. 제1 사이드(8)를 통한 용량성 부하의 방전은 제2 사이드(9)에 걸친 전압을 유도할 것이지만, 다이오드(16)가 역으로 바이어싱됨에 따라, 제2 사이드(9)에 전류가 흐르지 않을 것이다. 스위치(12)가 응답되면, 다이오드(16)는 순방향 바이어싱되고, 제1 사이드(8)에 저장된 에너지는 다이오드(16)를 통해 제2 사이드(9)로 전달되고, 입력(3)을 통해 전원(4)으로 되돌아간다(back).
이러한 충전/방전 기능은, 인덕턴스(6)가 요구에 따라 충전/방전되는 것을 보장하고, 용량성 부하(2)가 요구에 따라 충전/방전되는 것을 더 보장하기 의해, 엄격한 규칙을 필요로 하는 것이 분명하다.
따라서, 전원(4)으로부터 인덕턴스(6)의 충전을 제어하기 위해, 컨트롤러(13)에 의해 제공되는 미리 결정된 설정값과 제1 방전 경로에서의 전류를 비교하는데 차동형 전류 비교기(19)가 사용된다. 차동형 전류 비교기(19)의 네거티브 입력은 저항(24)과 제2 스위칭 소자(11) 사이의 제1 방전 경로에 접속되고, 차동형 비교기(19)의 포지티브 입력은 컨트롤러(13)로부터 요구되는 전류의 미리 결정된 설정값을 수신하기 위해 컨트롤러(13)에 접속된다. 차동형 비교기(19)로부터의 출력에 따라 스위칭 소자(10, 11, 12, 30)를 제어할 수 있도록 하기 위해, 컨트롤러(13)에 대한 입력으로서 차동형 비교기(19)의 출력이 사용된다.
스위칭 소자(10 및 11)가 폐쇄되면, 인덕턴스(6)가 충전될 것이고, 충전의 레벨은 저항(24)에 의해 감지될 것이다. 차동형 전류 비교기(19)는, 컨트롤러(13)로부터의 설정 레벨(set level)에 의해 저항(24)에서 감지되는 충전의 레벨을 비교하고, 인덕턴스(6)에서의 전류 레벨이 미리 결정된 레벨에 도달하면, 스위치(10)가 개방되고, 이에 따라 인덕턴스(6)가 더 충전되는 것이 방지된다. 인덕턴스(6)는 전류 흐름을 유지하려고 시도할 것이고, 저항(24)의 저항성 강하(resistive drop)에 따르는 디케이 레이트(decay rate)에 의해 제1 방전 경로를 통해 전류가 계속해서 흐를 것이다. 따라서, 전류 레벨이 필요한 레벨 아래로 떨어지면, 제1 스위칭 소자(10)는 폐쇄될 것이고, 인덕턴스(6)는 설정 레벨 이전과 같이 충전될 것이다.
전류 비교기 회로(19)에는 히스테리시스(hysteresis)의 레벨이 제공되고, 이에 따라 히스테리시스 레벨에 의해 인덕턴스(6)에서의 전하가 쇠퇴(decay)될 때에만 재충전이 재시작될 것이다. 차동형 비교기(19)는 Maxim Ultrahigh speed comparator(MAX961)가 될 수 있고, 예컨대 저항, 커패시터, 전원 용량, 및 접지 포인트 등의 애플리케이션에 따라 정확한 기능을 보장하기 위해 차동형 비교기(19)가 추가 회로를 필요로 한다는 것이 통상의 기술자에게 알려지게 될 것이다.
차동형 비교기(19)로부터의 출력에 기초하여 제1 스위칭 소자(10)와 제2 스위칭 소자(30)의 동작이 상호 배타적이 되도록 제어하기 위해, 제1 스위칭 소자(10)와 제2 스위칭 소자(30) 사이에 NOT 게이트(42)(예컨대, Texas Instruments SN7404N)가 배치된다.
그러나, 스위칭 소자(10, 30)의 동작을 제어하기 위해 다른 구성/소자가 사용될 수 있다. MOSFET 드라이브(예컨대, LTC4444)로의 입력으로서 차동형 비교기(19)의 출력을 사용하는 것 및 차동형 비교기(19)의 출력에 기초하여 스위칭 소자(10, 30)를 제어하기 위해 MOSFET 드라이브를 사용하는 것은 유사한 기능을 제공할 것이다.
또한, 용량성 부하(2)의 충전/방전 기능을 조절하기(regulate) 위해, 제2 방전 경로와 접지 사이에 직렬로 접속되는 2개의 감지 커패시터(34 및 36)는 커패시터와 병렬로 배치되고 이에 따라 분압 회로를 형성한다. 본 실시형태에서, 분압기는 서로 직렬로 접속되는 한쌍의 커패시터를 포함하고, 통상의 기술자에게 잘 알려진 바와 같이, 분압기는 저항, 커패시터나 인덕터, 또는 이것들의 임의의 조합으로 구성될 수 있다.
감소된(attenuated) 부하 출력값은 분압 회로에서 감지되고, 이어서 차동 비교기(40)로의 입력으로서 사용될 수 있을 것이다. 감소(attenuation)의 레벨은, 커패시터(34 및 36)의 커패시턴스값의 비에 의해 결정될 것이다. 예컨대, 커패시터(34 및 36)를 위해 각각 100pF 및 3.3nF의 값이 사용되면, 감소비는 1 : 34가 되고, 이에 따라 용량성 부하(2) 상의 150V를 나타내는 차동형 비교기(40)의 포지티브 입력에서 4.412V가 부여(giving)된다. 용량성 부하 상의 감소된 전압을 감지하기 위해 임의의 분압 회로가 사용될 수 있다.
또한, 컨트롤러(13)에 의해 제어될 수 있는 제5 스위칭 소자(31)는, 커패시터(36) 상의 커패시턴스가 리셋되거나 요구에 따라 제로(zero)로 유지될 수 있도록, 커패시터(36)를 가로질러 배치된다. 또한, 리셋/유지 기능은 적합한 임의의 수단을 이용하여 달성될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같이, 차동형 비교기(40)의 포지티브 입력은 커패시터(34 및 36) 사이에 접속되고, 차동형 비교기(40)의 네거티브 입력은 컨트롤러(13)로부터의 출력에 접속된다. 또한, 차동형 비교기(40)의 출력은 컨트롤러(13)의 입력에 접속된다. 따라서, 커패시터(36) 상의 감소된 출력 부하 전압은 컨트롤러(13)로부터의 신호와 비교될 수 있고, 차동형 비교기(40)의 출력은 스위칭 소자(10, 11, 12, 30, 및 31)를 제어하기 위해 컨트롤러(13)에 의해 사용될 수 있다. 차동형 비교기(40)는 Maxim MAX961 Ultrahigh speed comparator가 될 수 있고, 애플리케이션에 따라 원하는 기능을 달성하기 위해, 예컨대 저항, 커패시터, 전원 용량 및 접지 포인트 등의 추가 회로를 차동형 비교기(40)가 필요로 한다는 것이 통상의 기술자에게 알려질 것이다.
도 2a는 구동 회로(1)에서의 사용을 위한 타겟 입력 전압 파형(50)의 트레이스(trace)를 나타내고, 도 2b는 구동 회로(1)로부터 출력 트레이스 상에 중첩되는 타겟 입력 전압 파형의 복수의 상승 스텝을 나타내는 트레이스를 나타내고, 도 2c는 구동 회로(1)로부터의 출력 트레이스에 중첩되는 타겟 입력 전압 파형의 복수의 하강 스텝을 나타내는 트레이스를 나타낸다. 원하는 기능을 얻기 위해 요구되는 스텝들을 설명하는 경우에, 도 1의 엘리먼트들에 대한 참조가 이루어질 것이다.
입력 전압 파형(50)은 복수의 상승 전압 스텝(54), 하강 전압 스텝(56), 및 피크 전압(52)에 의해 규정되는 평균 상승 및 하강 슬루 레이트(51 및 53)를 포함한다. 본 실시형태에 사용되는 통상적인 평균 상승 및 하강 슬루 레이트(51, 53)는 40~50V/㎲의 범위 내에 있다.
입력 전압 파형(50)의 각각의 전압 스텝(54 및 56)은, 상승 전압 스텝(54)에 대하여, '온(on)' 기간이 급격한 전압 상승에 의해 규정되고, '오프(off)' 기간이 실질적인 제로 전압에 의해 규정되는, '온' 기간과 '오프' 기간을 포함한다. 역으로, 하강 전압 스텝(56)에 대하여, '온' 기간은 급격한 전압 하강에 의해 규정되고, '오프' 기간은 실질적인 제로 전압에 의해 규정된다. 상승 전압 스텝(54)의 각 '온' 기간은 용량성 부하(2)가 충전되는 기간을 규정하고, 하강 전압 스텝(56)의 각 '온' 기간은 용량성 부하(2)가 방전되는 기간을 규정한다.
도 1과 관련하여 상기한 바와 같이, 용량성 부하(2)를 구동하기 위해 유저에 의해 요구되는 바와 같은 타겟 입력 전압 파형(50)은 컨트롤러(13)에 의해 차동형 비교기940)의 네거티브 입력에 인가된다. 입력 전압 파형(50)은 차동형 비교기(40)의 포지티브 입력 상의 감소된 값과 비교될 것이고, 출력은 스위칭 소자(10, 11, 12, 30, 및 31)의 동작을 규정할 것이다.
입력 전압 파형(50)에 의해 규정되는 바와 같이, 용량성 부하(2)를 충전하기 전에, 구동 회로(1)는, 설정 전류가 전체 부하 커패시턴스, 요구되는 전압 슬루 레이트, 및 피크 전압의 함수가 되도록 인덕턴스(6)를 충전할 것이다.
그러나, 인덕턴스(6) 내의 전류에 대한 최소값은 입력 전압 파형(50)의 요구되는 슬루 레이트에 의해 규정된다. 따라서, 본 실시형태에서, 30nF 용량성 부하를 위해 40V/㎲의 슬루 레이트를 달성하기 위해 1.2 암페어의 최소 전류가 요구된다[용량성 부하(2)(20nF) + 커패시터(32)(10nF)].
전압 입력 파형(50)의 제1 스텝의 '온' 기간(54) 동안 용량성 부하(2)가 충전되면, 구동 회로(1)의 제1, 제3, 제4, 및 제5 스위칭 소자(10, 11, 12, 31)는 컨트롤러(13)에 의해 개방으로 유지되고, 이에 따라 제2 충전 경로가 활성화되며, 인덕턴스(6) 내의 전류는 용량성 부하(2)와 커패시터(32)를 충전하는 다이오드(15)를 통해 흐를 것이다. 상기한 바와 같이, 커패시터(34)를 통해 커패시터(34)를 가로질러 감소된 전압이 나타나게 될 것이고, 이에 따라 차동형 비교기(40)의 포지티브 입력에 감소된 전압값(58)이 제공된다. 차동형 비교기(40)는 감소된 값과 전압 입력 파형(50)을 비교할 것이고, 감소된 전압값(58)이 타겟 입력값(60)과 동일하게 되면[즉, 용량성 부하(2)가 충분히 충전되면], 제3 스위칭 소자(11)는 제1 스텝의 '오프' 기간 동안 컨트롤러(13)에 의해 폐쇄된다. 제3 스위칭 소자는 다음 '온' 기간 동안 다시 턴 온(turn on)될 것이고, 평균 상승 슬루 레이트를 규정하는 모든 상승 전압 스텝이 완료될 때까지, 이러한 기능은 반복되고, 이에 따라 전체 평균 상승 슬루 레이트(51) 및 피크 전압(52)을 얻게 된다. 타겟 입력 파형(50)의 피크 전압(52)이 달성되면, 제3 스위칭 소자(11)는 폐쇄되고, 용량성 부하(2)에 의해 전류가 더 인출되지 않을 것이다.
컨트롤러(13)에 의해 규정된 바와 같이, 인덕턴스에서의 전하가 미리 결정된 설정 레벨 보다 낮게 떨어지면, 상승 시간의 '오프' 기간 동안 인덕턴스(6)가 재충전되도록 제1 스위칭 소자(10)가 폐쇄되게 하기 위하여, 스위칭 소자(11)가 폐쇄되면, 저항(24)에서의 전류를 감지하는 차동형 비교기(19)에 의해 인덕턴스(6)에서의 전하가 모니터링될 것이다. 상기한 바와 같이, 인덕턴스의 충전과 타겟 파형의 '온' 기간에 응답하여, 제1 스위칭 소자(10) 및 제3 스위칭 소자(11)가 중단(cease)될 것이다. 대안으로서, 인덕턴스(6)가 '오프' 기간 내에 미리 결정된 설정 레벨로 충전되면, 제1 스위칭 소자(10)는 컨트롤러(13)에 의해 재개방되고, 인덕턴스의 충전이 중단된다.
피크 전압이 달성되면, 다음 스테이지(stage)는 하강 슬루 레이트(53)의 제1 전압 스텝(56)이고, 하강 전압 스텝(56)에 대하여, 차동형 비교기(40)의 포지티브 입력에서의 감소된 전압값(58)은 타겟 입력 전압(60)의 전압보다 높고, 제4 스위칭 소자(12)가 폐쇄되면, 이에 따라 변압기(7)의 제1 사이드(8)를 통해 용량성 부하(3)에 대하여 방전 경로가 제공된다.
상기한 바와 같이, 방전 중에 스위칭 소자(12)가 폐쇄되고, 다이오드(16)는 역으로 바이어싱되고, 에너지는 변압기(7)의 제1 사이드(8)에 저장된다. 차동형 비교기(40)의 포지티브 입력에서 커패시터(36)를 가로질러 감지되는 바와 같이, 감소된 전압값(58)이 타겟 입력 전압(60)의 전압과 동일하면, 제4 스위칭 소자(12)가 재개방되고, 이에 따라 용량성 부하(2)의 방전이 더 방지된다. 스위치(12)가 재개방되면, 다이오드(16)는 순방향 바이어싱되고, 저장된 에너지는 제1 사이드(8)로부터 제2 사이드(9)로 전달되고, 전원(4)으로 리턴되도록 에너지가 입력(3)으로 리턴된다.
모든 하강 전압 스텝이 완료되고 이에 따라 전체 평균 하강 슬루 레이트(53)가 얻어질 때까지 이러한 기능이 반복된다.
이러한 평균 상승 및 하강 슬루 레이트(51, 53) 및 피크 전압(52)은, 용량성 부하(2)가 변동되는지 여부에 무관하게, 용량성 부하(2)에 대하여 요구되는 구동 파형을 제공한다. 따라서, 고정 충전/방전 전류의 펄스 폭 변조(PWM)에 의해, 평균 전류가 요구되는 전류와 동일하게 될 것이다.
감소된 전압값(58)과 타겟 입력값(60) 사이에 오버슈트(overshoot)가 있다는 것이 도 2b 및 도 2c로부터 확인될 것이다. 구동 회로(1)의 콤퍼넌트들이 이상적인 콤포넌트가 아니기 때문에 이러한 오버슈트가 발생하고, 예컨대, 스위칭 소자(10, 11, 12, 30, 31), 차동형 비교기(19, 40), 및 컨트롤러(13)와 같은 구동 회로(1)의 콤포넌트의 동작에서 언제나 지연된다는 것이 통상의 기술자에게 명백하게 될 것이다. 이러한 지연은 구동 회로(1)에서 사용되는 콤포넌트의 선택을 책임진다. 스위칭 소자(10, 11, 12, 및 30)의 오실레이션(ocsillation)을 방지하는 비교기(40) 히스테리시스(hysteresis)에서 오버슈트의 하나의 장점이 발견되지만, 이러한 오버슈트는, 스텝 기간이 오버슈트의 전파 지연보다 현저히 길게 되어야 함에 따라, 타겟 파형에서 사용될 수 있는 스텝의 수에 제한을 설정(set)한다.
적합한 인덕턴스(6) 값을 참조하면, 스텝 시간 내에 최종 전압 스텝을 완료하도록 인덕턴스(6) 내에 충분한 전류가 있도록 하기 위해, 인덕턴스(6)는 충분한 에너지를 저장해야 하고, 타겟 입력 전압 파형에서의 제1 전압 스텝에 대하여 충전하기 위한 시간이 제3 스위칭 소자(11)와 차동형 비교기(40)의 반응 시간보다 더 크도록, 초기 전류가 충분이 낮아야 한다.
또한, 용량성 부하를 충전하는 중에 인덕턴스(6)에서의 전류는 하강할 것이다. 전달될 에너지는 0.5CV2 (0.3375J)이다. 따라서, 인덕턴스는 이러한 양의 에너지를 저장하고, 충전 스텝의 마지막(end)에서 1.2A의 전류를 계속해서 유지해야 한다. 따라서, 인덕턴스(6)에 저장되는 초기 에너지는, 최소 충전 전류를 유지하기 위해 잔여 에너지를 더하여(plus) 에너지가 전달되게 해야 한다는 것이 명백하다. 수학식에서 이러한 기능을 입증하는 것은 초기 전류로서 Ii를 사용하는 것을 일컫는다.
Figure pct00001
초기 전류가 2배의 최소 전류(2.4 암페어)로 설정되면, 인덕터의 값은 아래와 같이 산출될 수 있다.
Figure pct00002
마찬가지로, 변압기(7)의 제1 사이드(8)에 대한 값을 산출하는 것을 참조하면, 차동형 비교기(40), 컨트롤러(13) 및 제4 스위칭 소자(12)의 결합된 스위치 반응 시간은, 변압기(7)에 대한 값의 적합한 범위를 설정한다.
특히, 변압기(7)의 제1 사이드(8)에서의 전류는, 하강 출력 전압 스텝(62)보다 결합된 스위치 반응 시간이 더 낮은 중에 전압이 하강하고, 스텝 시간 내에 하강 출력 전압 스텝(62)을 완료하기 위해 충분히 빠르게 되도록, 충분히 느리게 상승해야 한다. 또한, 제1 사이드(8)는, 통상의 기술자에게 명백한 바와 같이, 플라이백 모드에서 효과적으로 동작하는 연결된 인덕터(coupled inductor)이다. 용량성 부하(2)의 방전의 시작에서, 제1 사이드(8)에서의 전류는 실질적으로 제로(zero)이다. 40V/㎲ 하강 슬루 레이트(53)를 유지하기 위해, 1.2A의 평균으로 상승해야 한다. 따라서, 40V/㎲에서 150V에 대한 상승 시간은 3.75㎲이고, 타겟 파형이 20 스텝을 가지면, 각 스텝은 187.5ns이다. 제1 방전 스텝은 인덕터에 걸쳐 150V를 인가할 것이고, 전류는 스텝의 기간 동안 평균 1.2A를 제공하기 위해 최소 2.4A에 도달해야 한다. 이러한 요건(requirements)은, 수학식
Figure pct00003
을 사용하여 산출될 수 있는 변압기(7)의 인덕턴스에 대한 최대값을 설정한다.
L = 인덕턴스
E = 인덕터에 인가되는 전압 = 150V
di = 인덕터의 DC 전류 = 2.4A
dt = 충전 시간 = 187.5ns
Figure pct00004
에 대한 방정식을 재구성하고 상기 값을 사용하면 아래와 같다.
Figure pct00005
제2 하강 스텝은 2.4A의 방전 전류로 시작할 것이고, 나머지 스텝 시간 동안 스텝 시간의 절반(half)보다 적은 타겟 전압으로 방전시킬 것이며, 인덕터의 연결된 와인딩(coupled winding)은 전원(4)으로 방전될 것이다. 이러한 기능을 사용하는 것은, 전원(4)으로부터 인출된(drawn) 평균 전력이 시스템에서의 손실을 공급하기 위한 것임을 보장한다.
변압기(7)가 정상 상태 연속 전류 모드(steady state continuous current mode)에서 개방되면, 플라이백 컨버터(flyback converter)에 대한 노말 듀티 사이클 방정식이 적용된다.
D = Vo(Vo + Vi)
Vo는 공급 전압 = 24V이다.
Vi는 커패시터 전압 = 150V이다.
D는 듀티 사이클이다.
따라서, D는 초기에 24/174 = 0.14이다.
결합된 커패시터 전압[용량성 부하(2) + 커패시터(32)]이 제로에 근접하면, 듀티 사이클(D)은 대략 1로 상승할 것이다.
요구되는 평균 방전 전류가 1.2A이기 때문에, 0.14 듀티 사이클에서의 피크 전류는 8.6A이다. 그러나, 결합된 커패시터 전압이 하강하고 듀티 사이클이 증가하는 시간 중에 이 레벨까지의 램프(ramp)에 대하여 몇개의 스텝들을 테이크(take)한다.
듀티 사이클이 0.24이고, 전류가 5A인 방전(75V)을 통해 최대 전류가 대략 중간에 발생하고, 이에 따라 변압기(7)는 통상의 기술자에게 알려진 바와 같이, 레이팅(rating)되어야 한다.
컨트롤러(13)가 다양한 외부 회로/디바이스와 통신하여 다양한 외부 회로/디바이스로부터 명령을 수신하고, 다양한 외부 회로/디바이스로 명령을 제공하도록 하기 위해, 컨트롤러(13)는 통신 수단(64)을 구비하는 것이 명백하다. 이러한 외부 회로/디바이스들은, 유저 입력에 응답하여 스위칭 소자(10, 11, 12, 30, 31)를 제어하기 위해, 컴퓨터, 네트워크, 및/또는 모뎀 또는 회로/디바이스들을 제어하기 위한 통상의 기술자에게 알려진 적합한 다른 회로/디바이스들을 포함할 수 있다. 이러한 유저 입력은, 외부 회로/디바이스 또는 컨트롤러(13)에 저장되는 소프트웨어의 형태로 될 수 있는 타겟 파형의 형태로 될 수 있다. 결합된 단일 엔티티(single combined entity)로 도시되었지만, 컨트롤러(13)는 다수의 개별 디바이스(discrete device)를 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명의 장점은, 상기 구동 회로를 사용함으로써, 평균 전류가 부하에 의해 요구되는 것에 동일시되도록 하기 위해, 고정된 충전/방전 전류를 펄스 폭 변조(PWM: pulse width modulating)함으로써 가변 용량성 부하의 필요에 적응할 수 있다는 것이다. 또한, 파형의 미리 결정된 전압과 슬루 레이트는, 다수의 애플리케이션에 대하여 파형을 생성하기 위해 요구되는 바에 따라 다이나믹하게 수정될 수 있다.
또한, 용량성 부하를 충전하기 위해 인덕턴스가 사용되고, 용량성 부하의 방전으로부터 전원으로 에너지를 리턴시킴으로써, 용량성 부하를 충전하기 위해 사용되는 에너지가 시스템에서 재활용된다. 이러한 기능을 사용하는 것은, 전원으로부터 인출되는 평균 에너지가 시스템에서의 손실을 공급하기 위해서만 요구되는 것을 보장한다.
또한, 본 발명을 사용하는 다비이스를 위해 요구되는 전력에 있어서의 감소는, 본 발명을 사용하지 않는 디바이스에 비해, 저전압 전원, 더 작은 방열기(heat dissipater) 및 덜 복잡한 열 제어 회로가 사용될 수 있게 하고, 이에 따라 비용 절감과 공간 절약이 향상된다.
본 발명의 특정한 하나의 실시형태만을 상세히 설명했지만, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않는, 통상의 기술자에 의한 다양한 수정 및 향상이 이루어질 수 있다는 것이 명백할 것이다. 예컨대, 스위칭 소자의 예로서 MOSFET이 사용되었지만, 다른 디바이스가 대신 사용될 수 없는 것을 의미하지 않는다는 것이 명백할 것이다. 또한, 통상의 기술자에 의해 용이한 이해를 위해 회로를 개략적인 형태로 설명하였다. 그럼에도 불구하고, 원한다면, 다른 콤포넌트와 디바이스가 회로에 사용될 수 있는 것이 명백할 것이다.
또한, 입력 전압 파형을 대칭형 사다리꼴로 설명하였지만, 상승 및 하강 레이트를 통해 슬루 레이트가 변동될 수 있는 다양한 파형이 사용될 수 있다는 것이 명백할 것이다.
이러한 구동 제어 회로가 장점을 갖는 하나의 분야는, 고속, 하이 컨트롤(high control), 및 고에너지 효율을 요구하는 잉크젯 프린팅 애플리케이션이다. 이러한 애플리케이션에서, 잉크를 함유하는 단일 노즐 챔버를 변형(deform)/기동(actuate)시키기 위해 압전 물질이 사용된다.
전압 파형이 압전 물질에 인가되면, 압전 물질이 변형되고, 이에 따라 노즐 챔버의 변형이 초래되고, 잉크의 액적이 챔버로부터 기판 상으로 방출된다. 따라서, 노즐 챔버로부터의 잉크 액적의 방출은 압전 물질에 대한 전압 파형의 인가에 의해 규정될 것이다. 이러한 기술을 사용함으로써, 매우 잘 제어된 방식으로 기판의 표면 상에 인쇄되는 문자가 생성될 수 있다.

Claims (24)

  1. 타겟 전압 파형(target voltage waveform)을 사용하여 용량성 부하를 구동하는 방법에 있어서,
    상기 타겟 전압 파형은, 피크 전압과 평균 전압 상승시간 성분(average voltage risetime component)과 평균 전압 하강시간 성분(voltage falltime component)을 포함하는 트레이스(trace)를 갖고, 상기 트레이스는, 평균 전압 상승시간 성분과 평균 전압 하강시간 성분 각각에서 적어도 하나의 전압 스텝(voltage step)을 포함하고,
    상기 용량성 부하의 구동 방법은,
    상기 용량성 부하 상의 전압값을 대표하는 전압값을 감지하는 단계;
    상기 타겟 전압 파형과 상기 감지된 전압값을 실질적으로 연속적으로 비교하는 단계;
    상기 타겟 전압 파형과 상기 감지된 전압값의 비교에 대한 연속적인 응답으로, 평균 상승 슬루 레이트(average rise slew rate)를 얻도록, 용량성 부하를 충전하기 위해, 입력으로부터 출력으로 전력을 공급하는 단계;
    상기 타겟 전압 파형과 상기 감지된 전압값의 비교에 대한 연속적인 응답으로, 평균 하강 슬루 레이트(average fall slew rate)를 얻도록, 상기 용량성 부하를 방전시키는 단계; 및
    상기 용량성 부하로부터 상기 입력으로 상기 방전된 전력을 리턴시키는(returning) 단계
    를 포함하는, 타겟 전압 파형을 사용하는 용량성 부하의 구동 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    인덕턴스가 전원으로부터 충전되도록, 상기 인덕턴스로부터의 제1 방전 경로와, 상기 전원과 상기 인덕턴스 사이의 제1 충전 경로를 활성화(enabling)하는 단계;
    제2 충전 경로를 통해 상기 인덕턴스로부터 상기 용량성 부하로 전류가 흘러서 상기 평균 상승 슬루 레이트를 달성하기 위해, 상기 제1 충전 경로를 활성화하고, 상기 제1 방전 경로를 선택적으로 활성화 및 불능화(disabling)하는 단계; 및
    변압기의 제1 사이드(primary side)를 통해 상기 용량성 부하를 방전시켜서, 평균 하강 슬루 레이트를 달성하고, 이로써 전력이 상기 변압기의 제2 사이드(second side)에 유도되고 상기 전원을 재충전하는데 사용되도록, 제2 방전 경로를 선택적으로 활성화 및 불능화하는 단계
    를 더 포함하는, 타겟 전압 파형을 사용하는 용량성 부하의 구동 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    미리 결정된 설정 전류값(set current value)과 상기 제1 방전 경로 상의 전류를 비교하는 단계; 및
    상기 인덕턴스 상의 전하의 미리 결정된 레벨을 유지하려고 시도하기 위해, 상기 제1 충전 경로를 선택적으로 활성화 및 불능화하는 단계
    를 더 포함하는, 타겟 전압 파형을 사용하는 용량성 부하의 구동 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 타겟 전압 파형과 상기 용량성 부하 상의 전하를 비교하는 단계; 및
    상기 용량성 부하를 충전하기 위해, 상기 제1 방전 경로와 상기 제2 방전 경로를 선택적으로 불능화하는 단계
    를 더 포함하는, 타겟 전압 파형을 사용하는 용량성 부하의 구동 방법.
  5. 타겟 전압 파형을 사용하여 용량성 부하를 구동하는 구동 회로에 있어서,
    타겟 전압 파형은, 피크 전압과 평균 전압 상승시간 성분과 평균 전압 하강시간 성분을 포함하는 트레이스(trace)를 갖고, 상기 트레이스는 평균 전압 상승시간 성분과 평균 전압 하강시간 성분 각각에서 적어도 하나의 전압 스텝을 포함하고,
    상기 구동 회로는,
    전원으로의 연결을 위한 입력;
    제1 스위칭 디바이스를 포함하는 제1 충전 경로를 통해 상기 입력에 접속되는 제1 전극과, 제2 스위칭 디바이스를 포함하는 제1 방전 경로에 접속되고 제2 충전 경로를 통해 용량성 부하를 선택적으로 충전하기 위한 상기 구동 회로의 출력에 접속되는 제2 전극을 구비하는 인덕턴스;
    제3 스위칭 디바이스를 포함하는 제2 방전 경로와 상기 구동 회로의 출력 사이에 접속되는 제1 사이드를 갖고, 상기 입력에 접속되는 제2 사이드를 더 갖는 변압기; 및
    상기 제1 스위칭 디바이스, 상기 제2 스위칭 디바이스, 및 상기 제3 스위칭 디바이스에 접속되는 컨트롤러
    를 포함하는 용량성 부하를 구동하는 구동 회로.
  6. 제5항에 있어서,
    사용시에, 상기 타겟 전압 파형에 응답하여, 상기 컨트롤러는,
    상기 인덕턴스가 상기 전원으로부터 충전되도록 하기 위해, 상기 제1 방전 경로와 상기 제1 충전 경로를 활성화하고;
    상기 제2 충전 경로를 통해 상기 용량성 부하를 충전하기 위해 상기 인덕턴스로부터 상기 출력으로 전류가 흘러서, 피크 전압과 평균 상승 슬루 레이트를 달성하기 위해, 상기 제1 충전 경로와 상기 제2 방전 경로를 불능화하고, 상기 제1 방전 경로를 선택적으로 활성화 및 불능화하고; 그리고
    상기 변압기의 상기 제1 사이드와 상기 제2 사이드를 통해 상기 입력으로 상기 용량성 부하가 방전되어 상기 평균 하상 슬루 레이트를 달성하기 위해, 상기 제2 방전 경로를 선택적으로 활성화 및 불능화하는 것인,
    용량성 부하를 구동하는 구동 회로.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 용량성 부하 상의 전압을 감지하기 위해 분압 회로(voltage divider circiut)를 더 포함하는 용량성 부하를 구동하는 구동 회로.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 방전 경로에 접속되는 제1 입력과, 상기 컨트롤러로부터 미리 결정된 설정값(set value)을 수신하기 위해 상기 컨트롤러에 접속되는 제2 입력과, 출력을 갖는 제1 차동형 비교기(differential comparator)를 더 포함하고,
    상기 제1 차동형 비교기는 상기 미리 결정된 설정값과 상기 제1 방전 경로 상의 전류를 비교하고, 상기 인덕턴스 상의 전하의 미리 결정된 레벨을 유지하려고 시도하기 위해, 상기 제1 차동형 비교기의 출력으로부터의 신호는, 제1 스위칭 엘리먼트(switching element)를 제어할 수 있는 것인,
    용량성 부하를 구동하는 구동 회로.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 분압 회로에 접속되는 제1 입력과, 상기 컨트롤러로부터 상기 타겟 전압 파형을 수신하기 위해 상기 컨트롤러에 접속되는 제2 입력과, 출력을 갖는, 제2 차동형 비교기를 더 포함하고,
    상기 제2 차동형 비교기는, 상기 타겟 파형과 상기 용량성 부하 상의 전압을 비교하고, 상기 제2 차동형 비교기의 출력으로부터의 신호는, 상기 용량성 부하의 충전 및 방전을 제어하기 위한 스위칭 엘리먼트를 제어할 수 있는 것인,
    용량성 부하를 구동하는 구동 회로.
  10. 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용량성 부하와 병렬인 커패시터를 더 포함하는, 용량성 부하를 구동하는 구동 회로.
  11. 제5항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 충전 경로와 접지 사이에 블록킹 콤포넌트(blocking component)가 접속되는 것인, 용량성 부하를 구동하는 구동 회로.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 블록킹 콤포넌트는 반도체 디바이스인 것인, 용량성 부하를 구동하는 구동 회로.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 블록킹 콤포넌트는 MOSFET 트랜지스터인 것인, 용량성 부하를 구동하는 구동 회로.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 블록킹 콤포넌트는 다이오드인 것인, 용량성 부하를 구동하는 구동 회로.
  15. 제5항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스위칭 디바이스들은 반도체 디바이스인 것인, 용량성 부하를 구동하는 구동 회로.
  16. 제5항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스위칭 디바이스들은 MOSFET 트랜지스터인 것인, 용량성 부하를 구동하는 구동 회로.
  17. 제4항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    제4 스위칭 엘리먼트가 상기 분압 회로를 선택적으로 제어하는 것인, 용량성 부하를 구동하는 구동 회로.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제4 스위칭 엘리먼트는 상기 컨트롤러에 의해 제어 가능한 것인, 용량성 부하를 구동하는 구동 회로.
  19. 제5항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 외부 디바이스와 통신 가능한 것인, 용량성 부하를 구동하는 구동 회로.
  20. 제5항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 서로 통신 가능한 복수의 개별 디바이스(discrete device)를 포함하는 것인, 용량성 부하를 구동하는 구동 회로.
  21. 실질적으로 첨부 도면을 참조하여 이상에서 설명한 바와 같은 구동 회로.
  22. 실질적으로 첨부 도면을 참조하여 이상에서 설명한 바와 같은 용량성 부하의 구동 방법.
  23. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 사용하는 프린트 헤드 구동 시스템(print head drive system).
  24. 제5항 내지 제21항 중 어느 한 항에 기재된 구동 회로를 포함하는 프린트 헤드 구동 시스템(print head drive system).
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