KR20230171795A - 피에조 액츄에이터 구동 회로 - Google Patents

피에조 액츄에이터 구동 회로 Download PDF

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KR20230171795A
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주성준
오창준
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호서대학교 산학협력단
주식회사 크레파스테크놀러지스
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Abstract

본 발명은 피에죠 액츄에이터 구동 회로에 관한 것으로서, 본 발명의 피에죠 액츄에이터 구동 회로는, 피에죠 액츄에이터에 의한 돌입 전류를 저감하여 열 발생과 전력 소모를 줄이기 위하여, 메인 스위치에 의한 피에죠 액츄에이터로의 신호 인가 전에 메인스위치들 중 일부를 공진 스위치들로 활용하여 피에죠 액츄에이터에 해당 극성의 충전 상태를 미리 형성할 수 있다.

Description

피에죠 액츄에이터 구동 회로 {Piezo actuator drive circuit}
본 발명은 피에죠 액츄에이터 구동 회로에 관한 것으로서, 특히, 피에죠 액츄에이터에 의한 돌입 전류를 저감을 위한 피에죠 액츄에이터 구동 회로에 관한 것이다.
도 1은 일반적인 피에죠 액츄에이터의 심벌(a)과 등가 회로(b)를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 피에죠 액츄에이터는 양단 전극에 구동 신호를 인가하면, 구동 신호에 의해 진동하는 소자로서, 카메라 모듈의 초점 조절, 자동차 연료 분사 등 정밀 모션 제어를 위해 다양한 분야에서 응용되고 있다. 피에죠 액츄에이터는 기계적 구조에 의해 결정되는 고유한 인덕턴스(Lp)와 전하용량(Cp), 기계적 부하에 대응된 저항(Rp), 및 전극이나 주위 도선 등의 영향에 의한 부유용량(Cs)을 포함하는 전기적 등가회로로 해석될 수 있다. 예를 들어, 인덕턴스(Lp)와 커패시턴스(C=Cp+Cs)에 의해 공진 주파수가 결정되며, 기계적 부하가 작으면 저항(R)이 감소하고 기계적 부하가 크면 저항(Rp)이 증가한다.
피에죠 액츄에이터의 이와 같은 커패시턴스는 수십 나노 패럿을 가지며, 이는 도 2와 같이 구형파 입력(v)을 가할 경우 전류(i)는 (C dv/dt)에 의한 큰 돌입 전류를 유발한다. 이와 같은 돌입 전류(i)는 (dv/dt)가 클수록 커지게 되고, 특히 도 3과 같이 피에죠 액츄에이터에 반대 극성의 신호가 인가되는 순간에 더 크게 나타난다. 이와 같은 돌입 전류는 구동회로의 저항 등을 통해 억제되므로 열발생과 함께 전력이 소모되는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 피에죠 액츄에이터에 의한 돌입 전류를 저감하여 열 발생과 전력 소모를 줄이기 위하여, 메인 스위치에 의한 피에죠 액츄에이터로의 신호 인가 전에 메인스위치들 중 일부를 공진 스위치들로 활용하여 피에죠 액츄에이터에 해당 극성의 충전 상태를 미리 형성하는 피에죠 액츄에이터 구동 회로를 제공하는 데 있다.
먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 피에죠 액츄에이터의 정방향 구동 및 부방향 구동을 위한 피에죠 액츄에이터 구동 회로는, 피에죠 액츄에이터의 제1전극에 연결된 제1메인스위치 및 제2메인스위치; 및 피에죠 액츄에이터의 제2전극에 연결된 제3메인스위치 및 제4메인스위치를 포함하고, 상기 제1메인스위치와 제4메인스위치를 턴온시켜 정방향 구동하고, 상기 제2메인스위치와 제3메인스위치를 턴온시켜 부방향 구동하되, 상기 정방향 구동과 상기 부방향 구동 사이에, 상기 제1메인스위치 내지 상기 제4메인스위치 중 어느 두개의 스위치를 공진 스위치들로 활용하여 턴온시킬 때, 상기 피에죠 액츄에이터와 공진 루프를 형성하기 위한 인덕터; 및 상기 공진 스위치들을 턴온시킬 때, 전원전압과 상기 인덕터의 양단 간의 연결을 차단하기 위한 공진 보조 회로를 더 포함한다.
상기 공진 보조 회로는, 상기 인덕터의 양단 및 상기 전원전압 중 낮은 제2전압 사이에 연결된 각각의 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 공진 보조 회로는, 상기 인덕터의 양단 및 상기 전원전압 중 높은 제1전압 사이에 연결된 각각의 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 공진 보조 회로는, 상기 인덕터의 양단 및 상기 전원전압 중 낮은 제2전압 사이에 연결된 각각의 스위치를 포함할 수 있다.
상기 공진 보조 회로는, 상기 인덕터의 양단 및 상기 전원전압 중 높은 제1전압 사이에 연결된 각각의 스위치를 포함할 수 있다.
상기 정방향 구동과 상기 부방향 구동 사이에서, 상기 공진 스위치들의 턴온 시간은, 상기 피에죠 액츄에이터와 상기 인덕터에 의해 형성된 공진 주기보다 작은 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 피에죠 액츄에이터 구동 회로에 따르면, 메인 스위치에 의한 피에죠 액츄에이터로의 신호 인가 전에 메인스위치들 중 일부를 공진 스위치들로 활용하여 액츄에이터에 해당 극성의 충전 상태를 미리 형성함으로써, 스위칭 시의 돌입 전류를 저감하여 열 발생과 전력 소모를 줄일 수 있다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는 첨부도면은, 본 발명에 대한 실시예를 제공하고 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 일반적인 피에죠 액츄에이터의 심벌(a)과 등가 회로(b)를 나타낸다.
도 2는 일반적인 피에죠 액츄에이터에 인가되는 구형파 입력(v)과 출력 전류에 대한 파형도에 대한 예시이다.
도 3은 일반적인 피에죠 액츄에이터에 반대 극성의 신호가 인가되는 상태를 보여준다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 피에죠 액츄에이터 구동 회로이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 피에죠 액츄에이터 구동 회로이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 피에죠 액츄에이터 구동 회로이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 피에죠 액츄에이터 구동 회로이다.
도 8은 도 4 및 도 6의 구동 회로의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대해서 자세히 설명한다. 이때, 각각의 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타낸다. 또한, 이미 공지된 기능 및/또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이하에 개시된 내용은, 다양한 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분을 중점적으로 설명하며, 그 설명의 요지를 흐릴 수 있는 요소들에 대한 설명은 생략한다. 또한 도면의 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니며, 따라서 각각의 도면에 그려진 구성요소들의 상대적인 크기나 간격에 의해 여기에 기재되는 내용들이 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어 들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시 예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적 이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 피에죠 액츄에이터 구동 회로(100)이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 피에죠 액츄에이터 구동 회로(100)는, 피에죠 액츄에이터(150)를 구동하기 위하여, 제1메인스위치(MT1), 제2메인스위치(MT2), 제3메인스위치(MT3), 제4메인스위치(MT4), 인덕터(LR) 및 공진 보조 회로로서 제1 다이오드(D1) 및 제2 다이오드(D2)를 포함한다.
다시 말하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 피에죠 액츄에이터 구동 회로(100)는, 인덕터(LR)의 양단과 제2전압(120) 사이에 연결된 각각의 정방향 다이오드(D1, D2), 제1전압(110)과 인덕터(LR)의 일단 사이에 직렬 연결되고, 접점이 피에죠 액츄에이터(150)의 제1전극에 연결된 제1메인스위치(MT1) 및 제2메인스위치(MT2), 및 제1전압(110)과 인덕터(LR)의 타단 사이에 직렬 연결되고, 접점이 피에죠 액츄에이터(150)의 제2전극에 연결된 제3메인스위치(MT3) 및 제4메인스위치(MT4)를 포함한다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 피에죠 액츄에이터 구동 회로(200)이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 피에죠 액츄에이터 구동 회로(200)는, 피에죠 액츄에이터(150)를 구동하기 위하여, 제1메인스위치(MT1), 제2메인스위치(MT2), 제3메인스위치(MT3), 제4메인스위치(MT4), 인덕터(LR) 및 공진 보조 회로로서 제1 다이오드(D1) 및 제2 다이오드(D2)를 포함한다.
다시 말하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 피에죠 액츄에이터 구동 회로(200)는, 인덕터(LR)의 양단과 제1전압(110) 사이에 연결된 각각의 정방향 다이오드(D1, D2), 인덕터(LR)의 일단과 제2전압(120) 사이에 직렬 연결되고, 접점이 피에죠 액츄에이터(150)의 제1전극에 연결된 제1메인스위치(MT1) 및 제2메인스위치(MT2), 및 인덕터(LR)의 타단과 제2전압(120)과 사이에 직렬 연결되고, 접점이 액츄에이터(150)의 제2전극에 연결된 제3메인스위치(MT3) 및 제4메인스위치(MT4)를 포함한다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 피에죠 액츄에이터 구동 회로(300)이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 피에죠 액츄에이터 구동 회로(300)는, 피에죠 액츄에이터(150)를 구동하기 위하여, 제1메인스위치(MT1), 제2메인스위치(MT2), 제3메인스위치(MT3), 제4메인스위치(MT4), 인덕터(LR) 및 공진 보조 회로로서 제1 보조스위치(BT1) 및 제2 보조스위치(BT2)를 포함한다.
다시 말하여, 본 발명의 제3 실시예에 따른 피에죠 액츄에이터 구동 회로(300)는, 인덕터(LR)의 양단과 제2전압(120) 사이에 연결된 각각의 보조스위치(BT1, BT2), 제1전압(110)과 인덕터(LR)의 일단 사이에 직렬 연결되고, 접점이 피에죠 액츄에이터(150)의 제1전극에 연결된 제1메인스위치(MT1) 및 제2메인스위치(MT2), 및 제1전압(110)과 인덕터(LR)의 타단 사이에 직렬 연결되고, 접점이 피에죠 액츄에이터(150)의 제2전극에 연결된 제3메인스위치(MT3) 및 제4메인스위치(MT4)를 포함한다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 피에죠 액츄에이터 구동 회로(400)이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 피에죠 액츄에이터 구동 회로(400)는, 피에죠 액츄에이터(150)를 구동하기 위하여, 제1메인스위치(MT1), 제2메인스위치(MT2), 제3메인스위치(MT3), 제4메인스위치(MT4), 인덕터(LR) 및 공진 보조 회로로서 제1 보조스위치(BT1) 및 제2 보조스위치(BT2)를 포함한다.
다시 말하여, 본 발명의 제4 실시예에 따른 피에죠 액츄에이터 구동 회로(400)는, 인덕터(LR)의 양단과 제1전압(110) 사이에 연결된 각각의 보조스위치(BT1, BT2), 인덕터(LR)의 일단과 제2전압(120) 사이에 직렬 연결되고, 접점이 피에죠 액츄에이터(150)의 제1전극에 연결된 제1메인스위치(MT1) 및 제2메인스위치(MT2), 및 인덕터(LR)의 타단과 제2전압(120)과 사이에 직렬 연결되고, 접점이 액츄에이터(150)의 제2전극에 연결된 제3메인스위치(MT3) 및 제4메인스위치(MT4)를 포함한다.
도 4 내지 도 7에서, 상기 스위치들, 즉, 제1메인스위치(MT1), 제2메인스위치(MT2), 제3메인스위치(MT3), 제4메인스위치(MT4), 제1 보조스위치(BT1) 및 제2 보조스위치(BT2)는, IGBT(Insulated Gate Transistor), MOSFET(Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor) (특별한 언급이 없는 한 N형 MOSFET 기준으로 설명함) 등의 소자일 수 있으며, 이 경우에 도면에 도시한 바와 제조 상에서 형성되는, 제1메인스위치(MT1), 제2메인스위치(MT2), 제3메인스위치(MT3), 제4메인스위치(MT4), 제1 보조스위치(BT1) 및 제2 보조스위치(BT2) 각각의 기생 다이오드(D)가 포함될 수 있다.
또한, 상기 스위치들은, BJT(Bipolar Junction Transistor) 소자로 구성될 수 있으며, 이 경우에 제1메인스위치(MT1), 제2메인스위치(MT2), 제3메인스위치(MT3), 제4메인스위치(MT4) 각각의 기생 다이오드(D)는 포함되지 않는다. 이하에서 설명하는 바와 같이, 특별한 언급이 없는 한, 상기 스위치들이 BJT 소자로 구성되는 경우에 위와 같이 기생 다이오드 D 없이 구동될 수 있다(다만, 기생 다이오드 D 대신 각 위치에 다이오드 구비 가능). 나아가, 특별한 언급이 없는 한, 상기 스위치들이 IGBT, MOSFET, BJT 등의 조합으로 구성될 수 있음은 당연하다.
위와 같이 상기 스위치들의 소자 구조에 따라, IGBT/MOSFET 소자의 게이트, 드레인/소스 단자는, BJT 소자의 베이스, 이미터/콜렉터(또는 콜렉터/이미터) 단자와 대응될 수 있다.
피에죠 액츄에이터(150)는, 도 1과 같이, 양단 전극에 구동 신호를 인가하면, 구동 신호에 의해 진동하는 압전 소자로서, 카메라 모듈의 초점 조절, 자동차 연료 분사 등 정밀 모션 제어를 위해 다양한 분야에서 응용되고 있다. 피에죠 액츄에이터(150)는 기계적 구조에 의해 결정되는 고유한 기생 인덕턴스(Lp)와 전하용량(Cp), 기계적 부하에 대응된 기생 저항(Rp), 및 전극이나 주위 도선 등의 영향에 의한 기생 부유용량(Cs)을 포함하는 전기적 등가회로로 해석될 수 있다. 예를 들어, 인덕턴스(Lp)와 커패시턴스(C=Cp+Cs)에 의해 공진 주파수가 결정되며, 기계적 부하가 작으면 저항(R)이 감소하고 기계적 부하가 크면 저항(Rp)이 증가한다.
이하에서, 피에죠 액츄에이터(150)의 양단 전극, 즉, 제1전극(예, 도면에서 좌측 전극)과 제2전극(예, 도면에서 우측 전극)에 제1전압(110, 예를 들어, 12Volt)과 제2전압(120, 예, 접지 전압)을 각각 인가할 때, 정방향 구동(예, 우측으로 진동하는 구동)이라 하기로 한다. 또한, 피에죠 액츄에이터(150)의 양단 전극, 즉, 제1전극(예, 도면에서 좌측 전극)과 제2전극(예, 도면에서 우측 전극)에 반대 전압, 즉, 제2전압(120, 예, 접지 전압)과 제1전압(110, 예를 들어, 12Volt)을 각각 인가할 때, 부방향 구동(예, 좌측으로 진동하는 구동)이라 하기로 한다.
도 4 내지 도 7에서, 제1메인스위치(MT1)와 제2메인스위치(MT2)는, 피에죠 액츄에이터(150)의 제1전극에 연결된다. 제3메인스위치(MT3)와 제4메인스위치(MT4)는, 피에죠 액츄에이터(150)의 제2전극에 연결된다.
도 4 내지 도 7에서, 공통적으로 제1메인스위치(MT1)와 제4메인스위치(MT4)를 턴온시켜 정방향 구동하고, 제2메인스위치(MT2)와 제3메인스위치(MT3)를 턴온시켜 부방향 구동시킬 수 있다.
도 8은 도 4 및 도 6의 구동 회로의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다. 도 5의 구동 회로의 동작은 도 4와 유사하고, 도 7의 구동 회로의 동작은 도 6와 유사하므로, 도 5와 도 7의 구동 회로의 동작은 도 8을 참조하여 충분히 이해할 수 있다.
도 8과 같이, 각각의 게이트 단자에 로직 하이(logical high voltage)로 인가되는 제어장치(미도시)의 제어신호 S(MT1)과 S(MT4)에 의해, 제1메인스위치(MT1)와 제4메인스위치(MT4)를 턴온시켜서(BT1/BT2는 정방향구간과 부방향구간 사이 AA/BB에서만 제어장치(미도시)의 제어신호 S(BT1)과 S(BT2)에 의해 턴오프), 피에죠 액츄에이터(150)의 정방향 구동(예, 우측으로 진동하는 구동)이 수행될 수 있다.
또한, 각각의 게이트 단자에 로직 하이로 인가되는 제어장치의 제어신호 S(MT3)과 S(MT2)에 의해, 제3메인스위치(MT3)와 제2메인스위치(MT2)를 턴온시켜서(BT1/BT2는 정방향구간과 부방향구간 사이 AA/BB에서만 제어장치(미도시)의 제어신호 S(BT1)과 S(BT2)에 의해 턴오프), 피에죠 액츄에이터(150)의 부방향 구동(예, 좌측으로 진동하는 구동)이 수행될 수 있다.
본 발명에서는, 이와 같은 상기 정방향 구동(MT1/MT4/BT1/BT2 턴온(단, BT1 오프가능))(이하 마찬가지)과 상기 부방향 구동(MT3/MT2/BT1/BT2 턴온(단, BT2 오프가능)) (이하 마찬가지) 사이(AA/BB 구간)에 제1메인스위치(MT1) 내지 제4메인스위치(MT4), 중 어느 두개의 스위치를 공진 스위치들로 활용하여 턴온시킨다. 즉, 제1메인스위치(MT1) 내지 제4메인스위치(MT4), 중 어느 두개의 스위치를 공진 스위치들로 활용하여 턴온시킬 때, 피에죠 액츄에이터(150)와 인덕터(LR)는 공진 루프를 형성한다. 이때, 공진 보조 회로는 전원전압(제1전압 또는 제2전압)과 인덕터(LR)의 양단 간의 연결을 차단할 수 있다.
즉, 도 4에서, 공진 보조 회로(D1, D2)는 인덕터(LR)의 양단 및 전원전압 중 낮은 제2전압(120) 사이에 연결된 각각의 다이오드(D1, D2)를 포함하며, 상기 정방향 구동(MT1/MT4 턴온) (나머지는 턴오프, 이하 마찬가지)과 상기 부방향 구동(MT3/MT2 턴온) (나머지는 턴오프, 이하 마찬가지) 사이(AA/BB 구간)에 제1메인스위치(MT1) 내지 제4메인스위치(MT4), 중 MT2와 MT4 두개의 스위치를 공진 스위치들로 활용하여 턴온시킬 때, 전원전압(제2전압 120)과 인덕터(LR)의 양단 간의 연결을 차단할 수 있다.
또한, 도 5에서, 공진 보조 회로(D1, D2)는 인덕터(LR)의 양단 및 전원전압 중 높은 제1전압(110) 사이에 연결된 각각의 다이오드(D1, D2)를 포함하며, 상기 정방향 구동(MT1/MT4 턴온) 과 상기 부방향 구동(MT3/MT2 턴온) 사이(AA/BB 구간)에 제1메인스위치(MT1) 내지 제4메인스위치(MT4), 중 MT1와 MT3 두개의 스위치를 공진 스위치들로 활용하여 턴온시킬 때, 전원전압(제1전압 110)과 인덕터(LR)의 양단 간의 연결을 차단할 수 있다.
또한, 도 6에서, 공진 보조 회로(BT1, BT2)는 인덕터(LR)의 양단 및 전원전압 중 낮은 제2전압(120) 사이에 연결된 각각의 스위치(BT1, BT2)를 포함하며, 상기 정방향 구동(MT1/MT4/BT1/BT2 턴온) (나머지는 턴오프, 이하 마찬가지)과 상기 부방향 구동(MT3/MT2/BT1/BT2 턴온) (나머지는 턴오프, 이하 마찬가지) 사이(AA/BB 구간)에 제1메인스위치(MT1) 내지 제4메인스위치(MT4), 중 MT2와 MT4 두개의 스위치를 공진 스위치들로 활용하여 턴온시킬 때, 전원전압(제1전압 120)과 인덕터(LR)의 양단 간의 연결을 차단할 수 있다.
또한, 도 7에서, 공진 보조 회로(BT1, BT2)는 인덕터(LR)의 양단 및 전원전압 중 높은 제1전압 사이에 연결된 각각의 스위치(BT1, BT2)를 포함하며, 상기 정방향 구동(MT1/MT4/BT1/BT2 턴온)과 상기 부방향 구동(MT3/MT2/BT1/BT2 턴온) 사이(AA/BB 구간)에 제1메인스위치(MT1) 내지 제4메인스위치(MT4), 중 MT1와 MT3 두개의 스위치를 공진 스위치들로 활용하여 턴온시킬 때, 전원전압(제1전압 110)과 인덕터(LR)의 양단 간의 연결을 차단할 수 있다.
본 발명에서 이와 같이 상기 정방향 구동(MT1/MT4/BT1/BT2 턴온)과 상기 부방향 구동(MT3/MT2/BT1/BT2 턴온) 사이(AA/BB 구간)에 상기 해당 공진스위치들(MT2와 MT4, 또는 MT1와 MT3)를 턴온시키는 이유는, 상기 정방향 구동(MT1/MT4/BT1/BT2 턴온 (단, BT1 오프가능)) 전, 및 상기 부방향 구동(MT3/MT2/BT1/BT2 턴온(단, BT2 오프가능)) 전에 미리, 폐회로가 이루어지는 공진 루프 회로(LR, 150, 및 상기 해당 공진스위치들)에서 공진이 발생하는 공진 루프가 형성되도록 하여, 피에죠 액츄에이터(150) 양단의 커패시턴스의 극성 방향(도 3 참조)을 해당 구동 방향으로 미리 충전시키기 위한 것이다.
즉, 상기 부방향 구동(MT3/MT2/BT1/BT2 턴온) 후 상기 정방향 구동(MT1/MT4/BT1/BT2 턴온) 전에, 상기 해당 공진스위치들(MT2와 MT4)를 턴온시키면, 피에죠 액츄에이터(150)와 인덕터(LR)에 의한 공진 루프를 형성하여, 피에죠 액츄에이터(150)의 커패시턴스(C)와 인덕터(LR)의 인덕턴스(L) 간에 발생하는 공진(공진주기 T= )을 통해, 피에죠 액츄에이터(150) 양단의 커패시턴스의 극성 방향을 정방향 구동 방향(예, + -)으로 미리 충전시킬 수 있다.
또한, 상기 정방향 구동(MT1/MT4/BT1/BT2 턴온) 후 상기 부방향 구동(MT3/MT2/BT1/BT2 턴온) 전에, 상기 해당 공진스위치들(MT1와 MT3)를 턴온시키면, 피에죠 액츄에이터(150)와 인덕터(LR)에 의한 공진 루프를 형성하여, 피에죠 액츄에이터(150)의 커패시턴스(C)와 인덕터(LR)의 인덕턴스(L) 간에 발생하는 공진(공진주기 T= )을 통해, 피에죠 액츄에이터(150) 양단의 커패시턴스의 극성 방향을 정방향 구동 방향(예, - +)으로 미리 충전시킬 수 있다.
따라서, 상기 정방향 구동(MT1/MT4/BT1/BT2 턴온)과 상기 부방향 구동(MT3/MT2/BT1/BT2 턴온) 사이(AA/BB 구간)에서, 상기 공진 스위치들(도 4/6에서 MT2와 MT4, 또는 도 5/7에서 MT1와 MT3)의 턴온 시간은, 피에죠 액츄에이터(150)와 인덕터(LR)에 의해 형성된 공진주기 T= 보다 작은 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 T/2인 것이 최적이다. 왜냐하면, AA/BB 구간에서 피에죠 액츄에이터(150) 양단의 기생 커패시턴스(C)의 전압(v)이 해당 구동 방향으로 미리 최대 전압으로 완충되고, 인덕터(LR)에 흐르는 전류(i)가 0이 될 때, 반대 구동 방향(정방향<->부방향)으로의 해당 트랜지스터들의 스위칭에서 돌입 전류가 최소화되도록 하기 위한 것이며, 인덕터(LR)의 인덕턴스(L)에 의한 Ldi/dt 만큼의 써지가 발생하지 않도록 하여 상기 스위치들의 수명과 동작의 안정성을 보장하기 위함이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 피에죠 액츄에이터 구동 회로(100/200/300/400)에 따르면, 메인 스위치(MT1, MT4/ MT2, MT3)에 의한 피에죠 액츄에이터로(150)의 신호 인가 전에 메인스위치들 중 일부(MT2와 MT4, 또는 MT1와 MT3)를 공진 스위치들로 활용하여 액츄에이터(150)에 해당 극성의 충전 상태를 미리 형성함으로써, 스위칭 시의 돌입 전류를 저감하여 열 발생과 전력 소모를 줄일 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허 청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
메인스위치(MT1, MT2, MT3, MT4)
인덕터(LR)
공진 보조 회로(D1, D2, BT1, BT2)

Claims (6)

  1. 피에죠 액츄에이터의 정방향 구동 및 부방향 구동을 위한 피에죠 액츄에이터 구동 회로에 있어서,
    피에죠 액츄에이터의 제1전극에 연결된 제1메인스위치 및 제2메인스위치; 및 피에죠 액츄에이터의 제2전극에 연결된 제3메인스위치 및 제4메인스위치를 포함하고, 상기 제1메인스위치와 제4메인스위치를 턴온시켜 정방향 구동하고, 상기 제2메인스위치와 제3메인스위치를 턴온시켜 부방향 구동하되,
    상기 정방향 구동과 상기 부방향 구동 사이에, 상기 제1메인스위치 내지 상기 제4메인스위치 중 어느 두개의 스위치를 공진 스위치들로 활용하여 턴온시킬 때, 상기 피에죠 액츄에이터와 공진 루프를 형성하기 위한 인덕터; 및
    상기 공진 스위치들을 턴온시킬 때, 전원전압과 상기 인덕터의 양단 간의 연결을 차단하기 위한 공진 보조 회로를 더 포함하는 피에죠 액츄에이터 구동 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공진 보조 회로는,
    상기 인덕터의 양단 및 상기 전원전압 중 낮은 제2전압 사이에 연결된 각각의 다이오드를 포함하는 피에죠 액츄에이터 구동 회로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 공진 보조 회로는,
    상기 인덕터의 양단 및 상기 전원전압 중 높은 제1전압 사이에 연결된 각각의 다이오드를 포함하는 피에죠 액츄에이터 구동 회로.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 공진 보조 회로는,
    상기 인덕터의 양단 및 상기 전원전압 중 낮은 제2전압 사이에 연결된 각각의 스위치를 포함하는 피에죠 액츄에이터 구동 회로.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 공진 보조 회로는,
    상기 인덕터의 양단 및 상기 전원전압 중 높은 제1전압 사이에 연결된 각각의 스위치를 포함하는 피에죠 액츄에이터 구동 회로.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 정방향 구동과 상기 부방향 구동 사이에서, 상기 공진 스위치들의 턴온 시간은, 상기 피에죠 액츄에이터와 상기 인덕터에 의해 형성된 공진 주기보다 작은 피에죠 액츄에이터 구동 회로.
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