KR20240063463A - 피에죠 액츄에이터 구동 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피에죠 액츄에이터 구동 방법 및 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 피에죠 액츄에이터의 펄스폭변조 구동 방법은, 피에죠 액츄에이터에 대한 제1 구동 신호로서, 구동 주파수의 한 주기에 단일 펄스가 포함되는 단일 펄스 구동 신호를 생성하는 단계, 피에죠 액츄에이터에 대한 제2 구동 신호로서, 상기 구동 주파수의 한 주기에 다중 펄스가 포함되는 다중 펄스 구동 신호를 생성하는 단계, 및 상기 단일 펄스 구동 신호 또는 상기 다중 펄스 구동 신호 중 어느 하나를 선택적으로 발생시키기 위한 선택값을 출력하는 단계를 포함하되, 소정의 시간 동안의 콘트롤 펄스수를 제어하여 상기 피에죠 액츄에이터 진동의 속도를 제어함에 있어서, 상기 구동 주파수를 갖는 상기 콘트롤 펄스의 수의 감소에 따른 주파수 감소에 대해 상기 다중 펄스 구동 신호에 의한 주파수 증가 효과를 이용한다.

Description

피에죠 액츄에이터 구동 방법 및 장치 {Piezo actuator drive method and apparatus}

본 발명은 피에죠 액츄에이터의 진동 주파수가 가청 주파수 대역을 회피하도록 구동하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

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. 이러한 다양한 응용 분야에 따라 피에죠 액츄에이터에 결합되어 좌우 직선 운동하는 진동자가 미리 설계된 대로 소정의 진동 속도를 갖도록 요구되고 있다. 이와 같은 피에죠 액츄에이터에 결합된 진동자를 PWM(pulse width modulation) 구동하는 경우, 진동자의 변위는 구동 신호의 전압에 따라 커지는 관계, 즉, 구동 신호의 전압이 커지면 속도가 커지는 관계를 이용한다.

그러나, 이와 같은 피에죠 액츄에이터의 PWM 구동 시에, 구동 속도를 맞추기 위해 구동 신호의 전압의 크기만을 조절한다면, 구동 신호의 주파수가 낮게 설정된 경우에, 가청 주파수 대역에서 소음이 심해지는 문제점이 있다. 예를 들어, 주파수가 가청 주파수 대역까지 내려온 경우 전압이 커지면 소음이 커지는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 피에죠 액츄에이터의 PWM 구동 시에, 구동 속도를 맞추기 위해 구동 신호의 전압의 크기만을 조절하는 것이 아니라, 진동 주파수가 낮은 주파수 대역에서도 소음 없이 구동하는 피에죠 액츄에이터 구동 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.

먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 피에죠 액츄에이터의 펄스폭변조 구동 방법은, 피에죠 액츄에이터에 대한 제1 구동 신호로서, 구동 주파수의 한 주기에 단일 펄스가 포함되는 단일 펄스 구동 신호를 생성하는 단계; 피에죠 액츄에이터에 대한 제2 구동 신호로서, 상기 구동 주파수의 한 주기에 다중 펄스가 포함되는 다중 펄스 구동 신호를 생성하는 단계; 및 상기 단일 펄스 구동 신호 또는 상기 다중 펄스 구동 신호 중 어느 하나를 선택적으로 발생시키기 위한 선택값을 출력하는 단계를 포함하되, 소정의 시간 동안의 콘트롤 펄스수를 제어하여 상기 피에죠 액츄에이터 진동의 속도를 제어함에 있어서, 상기 구동 주파수를 갖는 상기 콘트롤 펄스의 수의 감소에 따른 주파수 감소에 대해 상기 다중 펄스 구동 신호에 의한 주파수 증가 효과를 이용하기 위한 구동 방법을 제공한다.

상기 주파수 증가 효과에 따라 가청 주파수 대역의 소음 발생을 억제하기 위한 것이다.

상기 단일 펄스 구동 신호는, 상기 구동 주파수의 미리 정해진 이너 듀티비를 가지되, 상기 콘트롤 펄스의 수의 감소에 따른 무펄스 구간을 제거하고 주파수 증가 효과를 이용하기 위해 대응되는 구간에 삽입되는, 50% 듀티비를 갖는 하나 이상의 펄스를 포함할 수 있다.

소자에 결합된 구동 로드와 상기 구동 로드에 삽입되는 슬라이더를 포함하며, 상기 구동 신호에 의해 상기 피에죠 소자를 구동하여 상기 구동 로드의 진동을 구동함으로써, 상기 슬라이더의 스틱-슬립 구동에 따른 전진과 후진을 통해 상기 슬라이더의 위치 변위를 제어할 수 있다.

상기 다중 펄스 구동 신호는, 상기 구동 주파수의 한 주기 내의 하이 구간의 합 및 상기 구동 주파수의 한 주기 내의 로우 구간의 합의 크기에 따라 상기 피에죠 액츄에이터 진동의 전진 또는 후진을 결정하기 위한 이너 듀티비를 갖는다.

상기 다중 펄스 구동 신호는, 상기 구동 주파수의 미리 정해진 이너 듀티비를 만족하도록, 한 주기 내에, 콘트롤 듀티비에 따라 하이 구간 동안에 제1 복수의 펄스 및 로우 구간에 제2 복수의 펄스를 포함하며, 상기 콘트롤 듀티비는 상기 구동 주파수의 상기 하이 구간 동안에 대한 상기 제1 복수의 펄스의 하이 구간들의 합의 비율이고, 상기 제1 복수의 펄스에 대한 제1 평균 전압과 상기 제2 복수의 펄스의 제2 평균 전압에 따라 상기 피에죠 액츄에이터 진동의 속도 변경을 제어할 수 있다.

그리고, 본 발명의 다른 일면에 따른 피에죠 액츄에이터의 펄스폭변조 구동 장치는, 피에죠 액츄에이터에 대한 제1 구동 신호로서, 구동 주파수의 한 주기에 단일 펄스가 포함되는 단일 펄스 구동 신호를 생성하는 단일 펄스 구동부; 피에죠 액츄에이터에 대한 제2 구동 신호로서, 상기 구동 주파수의 한 주기에 다중 펄스가 포함되는 다중 펄스 구동 신호를 생성하는 다중 펄스 구동부; 및 상기 단일 펄스 구동부 또는 상기 다중 펄스 구동부 중 어느 하나의 동작을 선택하기 위한 선택값을 출력하는 선택값 출력 수단을 포함하되, 소정의 시간 동안의 콘트롤 펄스수를 제어하여 상기 피에죠 액츄에이터 진동의 속도를 제어함에 있어서, 상기 구동 주파수를 갖는 상기 콘트롤 펄스의 수의 감소에 따른 주파수 감소에 대해 상기 다중 펄스 구동 신호에 의한 주파수 증가 효과를 이용하기 위한 구동 장치를 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 피에죠 액츄에이터 구동 방법 및 장치에 따르면, 피에죠 액츄에이터의 PWM 구동 시에, 낮은 주파수 대역에서 구동 속도를 맞추기 위해 구동 신호의 전압의 크기만을 조절하는 것이 아니라, 파형 분할을 통해 주파수 상승 효과를 이용함으로써 가청 주파수 대역의 소음 없이 구동할 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 피에죠 액츄에이터의 구성 요소에 대한 예시다.
도 2는 피에죠 액츄에이터에 대한 PWM 구동을 위한 100kHz 구동 신호와 20kHz 구동 신호를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 피에죠 액츄에이터에 대한 전압 크기별 구동 시간과 진동 변위 간의 특성 곡선의 예이다.
도 4는 피에죠 액츄에이터에 대한 구동 전압과 진동 속도 간의 특성 곡선의 예이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에죠 액츄에이터 구동 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 피에죠 액츄에이터에 대한 단일 펄스 구동 신호를 설명하기 위한 펄스의 예시이다.
도 7은 본 발명의 피에죠 액츄에이터에 대한 다중 펄스 구동 신호를 설명하기 위한 펄스의 예시이다.
도 8은 본 발명의 이너 듀티비의 7:3 및 3:7를 갖는 단일 펄스 구동 신호에 의해 피에죠 액츄에이터를 구동하는 방식을 설명하기 위한 PWM 펄스의 예시이다.
도 9는 본 발명의 다중 펄스 구동 신호에 의해 피에죠 액츄에이터를 구동하는 방식을 설명하기 위한 PWM 펄스의 예시이다.
도 10은 도 9의 910의 한 주기에서의 콘트롤 듀티비 100%를 예시한다.
도 11은 도 9의 920의 한 주기에서의 콘트롤 듀티비 0%를 나타낸다.
도 12는 도 9의 930의 한 주기에서의 콘트롤 듀티비 70%를 예시한다.
도 13은 도 9의 940의 한 주기에서의 콘트롤 듀티비 30%를 예시한다.
도 14는 도 9의 950의 한 주기에서의 콘트롤 듀티비 50%를 예시한다.

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 용어들로서 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 제한적이어서는 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 1은 피에죠 액츄에이터(50)의 구성 요소에 대한 예시다.

도 1을 참조하면, 피에죠 액츄에이터(50)는 피에죠 소자(10), 피에죠 소자(10)에 결합된 구동 로드(20), 및 구동 로드(20)에 삽입된 슬라이더(30)를 포함할 수 있다. 이와 같은 피에죠 액츄에이터(50)는 구동 신호에 의해 구동 로드(20)를 진동시켜 슬라이더(30)의 위치 변위가 이루어지도록 제어 가능한 소자로서, 카메라 모듈의 초점 조절, 자동차 연료 분사 등 정밀 모션 제어를 위해 다양한 분야에서 응용되고 있다.

예를 들어, PWM 구동 신호를 피에죠 소자(10)에 인가하면, 피에죠 소자(10)는 상기 구동 신호에 의해 구동 로드(20)를 전진 방향 또는 후진 방향으로 진동시킬 수 있다. 이때, 슬라이더(30)는 구동 로드(20)에 끼워져 미끄럼 운동하도록 결합되어 있되, 구동 로드(20)의 전진 방향 또는 후진 방향으로의 이동이 천천히 이루어지도록 제어하면 구동 로드(20)와 슬라이더(30) 사이의 마찰력이 슬라이더(30)의 관성력 보다 커서 구동 로드(20)와 슬라이더(30)가 하나되어 같이 이동하도록 구성되며(스틱 상태라고 함), 구동 로드(20)의 전진 방향 또는 후진 방향으로의 이동이 임계값 보다 빠르도록 제어하면 구동 로드(20)와 슬라이더(30) 사이의 마찰력이 슬라이더(30)의 관성력 보다 작아 슬라이더(30)는 제자리에 있고 구동 로드(20)는 미끄러지듯이 이동(슬립 상태라고 함)하도록 구성될 수 있다. 이와 같은 방법으로 구동 로드(20)의 전진 방향 또는 후진 방향으로 진동 속도를 적절히 제어하여 슬라이더(30)의 상대적인 위치 변위를 제어할 수 있게 된다.

도 2는 피에죠 액츄에이터(50)에 대한 PWM 구동을 위한 100kHz 구동 신호와 20kHz 구동 신호를 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하면, 예를 들어, 구동 신호의 로직 하이(high) 부분에서 피에죠 액츄에이터(50)의 구동 로드(20)가 전진하고 구동 신호의 로직 로우(low) 부분에서 피에죠 액츄에이터(50)의 구동 로드(20)가 후진할 수 있다. 이때 슬라이더(30)의 위치 변위는 구동 신호의 듀티비에 의해 결정되며, 로직 하이 부분이 로직 로우 부분 보다 길면 슬라이더(30)의 전진 방향의 위치 변위를 일으킬 수 있고, 반대로 로직 하이 부분이 로직 로우 부분 보다 짧으면 슬라이더(30)의 후진 방향의 위치 변위를 일으킬 수 있다.

이 경우, 도 2의 예에서, 로직 하이 부분이 로직 로우 부분 보다 길때, PWM 구동 신호가 100kHz 인 경우는, 20kHz 인 경우 보다, 하나의 펄스로 이동량이 같다고 가정하면 같은 시간에 슬라이더(30)의 위치 변위를 더 크게 제어할 수 있다.

도 3은 피에죠 액츄에이터(50)에 대한 전압 크기별 구동 시간과 진동 변위 간의 특성 곡선의 예이다.

도 3을 참조하면, 도 2의 예에서와 같이 피에죠 액츄에이터(50)의 PWM 구동 신호의 구동 시간이 길어질때, 슬라이더(30)의 위치 변위는 더 진다. 이때, PWM 구동 신호의 전압 크기가 커질수록 슬라이더(30)의 더 많은 위치 변위가 일어난다.

도 4는 피에죠 액츄에이터(50)에 대한 구동 전압과 진동 속도 간의 특성 곡선의 예이다.

도 4와 같이, PWM 구동 신호의 전압 크기가 커질수록 구동 로드(20) 또는 슬라이더(30)의 진동 속도는 증가하며, 이에 따라 구동 로드(20) 또는 슬라이더(30)를 동일한 거리를 이동키시기 위하여 더 짧은 시간에 이루어지도로 할 수 있다.

이와 같은 피에죠 액츄에이터(50)의 특성들을 이용할 때, 액츄에이터의 구동 속도, 즉, 구동 로드(20) 또는 슬라이더(30)의 이동 속도를 맞추기 위해 구동 신호의 전압의 크기를 조절할 수 있다. 그러나, PWM 구동 신호의 주파수가 낮게 설정된 피에죠 액츄에이터(50)를 구동함에 있어서는, 20kHz 이하의 가청 주파수 대역에서 구동 신호의 전압의 크기를 증가시키는 경우 소음이 더욱 더 심해지게 된다.

본 발명에서는, 다음과 같이, 피에죠 액츄에이터(50)의 PWM 구동 시에, 20kHz 이하의 가청 주파수 대역 등 낮은 주파수 대역에서 구동 속도를 맞추기 위해 구동 신호의 전압의 크기만을 조절하는 것이 아니라, 파형 분할을 통해 주파수 상승 효과를 이용함으로써 가청 주파수 대역의 소음 없이 구동할 수 있도록 하였다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에죠 액츄에이터 구동 장치(100)를 설명하기 위한 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 피에죠 액츄에이터 구동 장치(100)는, 단일 펄스 구동부(110), 다중 펄스 구동부(120), 및 선택값 출력 수단(130)을 포함할 수 있다.

본 발명의 피에죠 액츄에이터 구동 장치(100)의 구성 요소들은 수동 소자와 능동 소자를 포함하는 디스크리트 소자로 구현되는 것이 가능하지만, 이와 같은 소자들을 집적화한 상용 또는 ASIC 반도체 집적회로(IC)로 구현될 수도 있다.

선택값 출력 수단(130)은 피에죠 액츄에이터(50)의 펄스폭변조(PWM) 구동을 위하여, 단일 펄스 구동부(110) 또는 다중 펄스 구동부(120) 중 어느 하나의 동작을 선택하기 위한 선택값을 출력한다. 예를 들어, 선택값은 디지털 값일 수 있으며, 메모리 또는 레지스터 등에 저장될 수 있다. 선택값 출력 수단(130)을 제어하는 프로세서의 신호 또는 사용자의 조작에 따라, 선택값 출력 수단(130)은 단일 펄스 구동부(110)의 단일 펄스 구동 신호의 발생, 또는 다중 펄스 구동부(120)의 다중 펄스 구동 신호의 발생 중 어느 하나를 선택적으로 발생시키고 다른 하나는 발생시키지 않도록 하기 위한 선택값을 출력할 수 있다.

단일 펄스 구동부(110)는 피에죠 액츄에이터(50)가 높은 구동 주파수, 즉, 예를 들어, 가청주파수 대역 보다 높은 주파수로서 20kHz 이상으로 구동되도록 설계된 경우에, 해당 피에죠 액츄에이터(50)에 대한 단일 펄스 구동 신호를 생성한다. 단일 펄스 구동 신호는 상기 구동 주파수의 한 주기에 단일 펄스가 포함되는 PWM 신호이다.

도 6은 본 발명의 피에죠 액츄에이터(50)에 대한 단일 펄스 구동 신호를 설명하기 위한 펄스의 예시이다.

도 6을 참조하면, 단일 펄스 구동 신호는, 상기 구동 주파수의 한 주기(AA) 내에 1개의 (로직) 하이 구간과 로우 구간을 포함하는 PWM 신호일 수 있다. 단일 펄스 구동 신호의 적절한 설계에 따라 피에죠 액츄에이터(50)의 구동 로드(20)의 이동 속도를 제어해 슬라이더(30)의 위치 변위를 일으킬 수 있다.

예를 들어, 도 6과 같이, 단일 펄스 구동 신호는, 한 주기(AA) 내에 하이 구간(A1)과 로우 구간(B1)의 길이에 따라 슬라이더(30)의 위치 변위가 전진 또는 후진 위치가 되도록 제어될 수 있다. 도 6의 예에서, 하이 구간(A1)과 로우 구간(B1)의 길이가 7:3(이너 듀티비)인 경우에 슬라이더(30)의 위치 변위가 소정의 변위만큼 전진 방향으로 위치 변위될 수 있고, 하이 구간(A1)과 로우 구간(B1)의 길이가 3:7(이너 듀티비)인 경우에 슬라이더(30)의 위치 변위가 소정의 변위만큼 후진 방향으로 위치 변위될 수 있다.

이와 같은 슬라이더(30)의 위치 변위가 소정의 변위만큼 전진(또는 후진) 방향으로 변위되도록 하기 위하여, 하이 구간(A1)과 로우 구간(B1)의 길이의 비인 이너 듀티비(inner duty ratio)는 7:3(또는 3:7) 이외에도 6:4(또는 4:6) 등 적절한 값들로 미리 정해질 수 있다.

다시 말하여, 피에죠 액츄에이터(50)가 상기 구동 주파수(예, 20kHz 이상)로 구동되도록 설계된 경우에, 본 발명의 피에죠 액츄에이터 구동 장치(100)에 따라, 단일 펄스 구동부(110)가 작동하여, 상기 단일 펄스 구동 신호에 의해 피에죠 소자(10)를 구동하여 구동 로드(20)의 진동을 구동함으로써, 슬라이더(30)의 스틱-슬립 구동에 따른 전진과 후진을 통해 슬라이더(30)의 위치 변위를 제어할 수 있다.

한편, 다중 펄스 구동부(120)는 피에죠 액츄에이터(50)가 낮은 구동 주파수, 예를 들어, 가청주파수 대역의 주파수로서 20kHz 미만까지 내려가 구동되도록 설계되는 경우에, 해당 피에죠 액츄에이터(50)에 대한 다중 펄스 구동 신호를 생성한다. 다중 펄스 구동 신호는 상기 구동 주파수의 한 주기(AA)에 다중 펄스가 포함되는 PWM 신호이다.

도 7은 본 발명의 피에죠 액츄에이터(50)에 대한 다중 펄스 구동 신호를 설명하기 위한 펄스의 예시이다.

도 7을 참조하면, 다중 펄스 구동 신호는, 한 주기(AA) 내에 2개 이상의 (로직) 하이 구간과 로우 구간을 포함하는 PWM 신호일 수 있다. 다중 펄스 구동 신호의 적절한 설계에 따라 피에죠 액츄에이터(50)의 구동 로드(20)의 이동 속도를 제어해 슬라이더(30)의 위치 변위를 일으길 수 있다.

예를 들어, 도 7과 같이, 다중 펄스 구동 신호는, 한 주기(AA) 내에 하이 구간(A2)의 합과 로우 구간(B2)의 합의 길이에 따라 슬라이더(30)의 위치 변위가 전진 또는 후진 위치가 되도록 제어될 수 있다. 도 7의 예에서, 하이 구간(A2)의 합과 로우 구간(B2)의 합의 길이가 7:3(이너 듀티비)인 경우에 슬라이더(30)의 위치 변위가 소정의 변위만큼 전진 방향으로 위치 변위될 수 있고, 하이 구간(A2)의 합과 로우 구간(B2)의 합의 길이가 3:7(이너 듀티비)인 경우에 슬라이더(30)의 위치 변위가 소정의 변위만큼 후진 방향으로 위치 변위될 수 있다. 이와 같은 슬라이더(30)의 위치 변위가 소정의 변위만큼 전진(또는 후진) 방향으로 변위되도록 하기 위하여, 하이 구간(A2)의 합과 로우 구간(B2)의 합의 길이의 비(이너 듀티비)는 7:3(또는 3:7) 이외에도 6:4(또는 4:6) 등 적절한 값들로 미리 정해질 수 있다.

이와 같이 상기 다중 펄스 구동 신호에서, 상기 구동 주파수의 한 주기(AA) 내의 하이 구간(A2)의 합 및 상기 구동 주파수의 한 주기(AA) 내의 로우 구간(B2)의 합 중에서 큰쪽에 따라 피에죠 액츄에이터(50) 진동, 즉, 슬라이더(30)의 위치의 전진 또는 후진이 결정될 수 있다. 즉, 로우 구간(B2)의 합 보다 하이 구간(A2)의 합이 더크면 슬라이더(30)의 위치는 전진될 수 있으며, 하이 구간(A2)의 합 보다 로우 구간(B2)의 합이 더크면 슬라이더(30)의 위치는 후진될 수 있다.

이와 같은 방법에 따라 피에죠 액츄에이터(50)가 상기 구동 주파수가 가청주파수 대역의 주파수까지 내려와 구동되도록 설계된 경우에도, 상기 구동 주파수의 주파수 증가 효과를 위한 상기 다중 펄스 구동 신호에 의해 가청 주파수 대역의 소음 발생을 억제시킬 수 있게 된다.

다시 말하여, 본 발명의 피에죠 액츄에이터 구동 장치(100)에 따라, 다중 펄스 구동부(120)가 작동하여, 상기 다중 펄스 구동 신호에 의해 피에죠 소자(10)를 구동하여 구동 로드(20)의 진동을 구동함으로써, 슬라이더(30)의 스틱-슬립 구동에 따른 전진과 후진을 통해 슬라이더(30)의 위치 변위를 제어하는 동안, 가청 주파수 대역의 소음 발생을 제거할 수 있다.

도 8은 본 발명의 이너 듀티비의 7:3 및 3:7를 갖는 단일 펄스 구동 신호에 의해 피에죠 액츄에이터(50)를 구동하는 방식을 설명하기 위한 PWM 펄스의 예시이다.

도 8을 참조하면, 단일 펄스 구동부(110)가 작동하여 피에죠 액츄에이터(50)를 구동하는 경우에, 단일 펄스 구동 신호의 소정의 시간 동안의 콘트롤 펄스수를 제어하여 피에죠 액츄에이터(50) 진동의 속도를 제어할 수 있다. 도 8에서, 소정의 시간 동안의 콘트롤 펄스수가 7개, 6개,,,,1개로 제어되면, 그에 따른 평균 전압이 달라짐에 따라 피에죠 액츄에이터(50) 진동의 속도가 달라짐을 이용하여 슬라이더(30)의 변위가 달라짐을 활용할 수 있다.

그러나, 이와 같은 구동에서, 상기 콘트롤 펄스의 수를 변화시킴에 따라 전체적인 주파수 감소를 일으킬 수 있고, 주파수 감소는 가청 주파수 대역까지 다다르게 될 수 있다. 이때 가청 주파수 대역의 소음이 발생할 수 있는데, 본 발명에서는 상기와 같은 주파수 감소에 대해 상술한 다중 펄스 구동 신호에 의한 주파수 증가 효과를 이용함으로써 상기 주파수 증가 효과에 따라 가청 주파수 대역의 소음 발생을 억제할 수 있도록 한 것이다.

또한, 본 발명에서는, 도 8과 같이, 단일 펄스 구동부(110)가 상기 콘트롤 펄스의 수의 감소에 따른 무펄스 구간(810, 820)에 50% 듀티비를 갖는 하나 이상의 펄스(850)를 생성하도록 함으로써, 무펄스 구간(810, 820)을 제거 및 그 구간을 활용하여 주파수 증가 효과를 얻을 수 있다. 이때 50% 듀티비를 갖는 펄스(850)는 슬라이더(30)의 전진과 후진 등 변위를 일으키지 않음을 이용한 것이고 가청 주파수 대역의 소음 발생을 억제할 수 있도록 한 것이다.

도 9는 본 발명의 다중 펄스 구동 신호에 의해 피에죠 액츄에이터(50)를 구동하는 방식을 설명하기 위한 PWM 펄스의 예시이다.

도 9를 참조하면, 도 8과 같은 예에서 상기 콘트롤 펄스의 수의 감소에 따라 전체적인 주파수가 가청 주파수 대역까지 내려오게 되는 경우에, 자동 또는 수동으로, 다중 펄스 구동부(120)가 작동하여 도 9와 같이 다중 펄스 구동 신호를 발생하여 피에죠 액츄에이터(50)를 구동할 수 있다. 상기 다중 펄스 구동 신호는, 해당 구동 주파수의 미리 정해진 이너 듀티비(전진 7:3, 후진 3:7 등)를 만족하도록, 한 주기 내에, 콘트롤 듀티비에 따라 하이 구간 동안에 제1 복수의 펄스 및 로우 구간에 제2 복수의 펄스를 포함할 수 있다. 상기 콘트롤 듀티비는 상기 구동 주파수의 상기 하이 구간 동안에 대한 상기 제1 복수의 펄스의 하이 구간들의 합의 비율이다.

도 10은 도 9의 910의 한 주기에서의 콘트롤 듀티비 100%를 예시한다.

도 10과 같이, 콘트롤 듀티비 100%는 도 8의 이너 듀티비 7:3의 각각의 펄스와 같은 경우이다.

도 11은 도 9의 920의 한 주기에서의 콘트롤 듀티비 0%를 나타낸다.

도 11과 같이, 콘트롤 듀티비 0%는 도 8의 이너 듀티비 3:7의 각각의 펄스와 같은 경우이다.

도 12는 도 9의 930의 한 주기에서의 콘트롤 듀티비 70%를 예시한다.

도 12와 같이, 콘트롤 듀티비 70%는 도 8의 이너 듀티비 7:3의 각각의 펄스에 대해 한 주기 내에 하이 구간 동안에 제1 복수의 펄스(예, 7개) 및 로우 구간에 제2 복수의 펄스(예, 3개)를 포함하며, 이너 듀티비 7:3 (도 7 참조)를 만족하도록 생성된다.

도 13은 도 9의 940의 한 주기에서의 콘트롤 듀티비 30%를 예시한다.

도 13과 같이, 콘트롤 듀티비 30%는 도 8의 이너 듀티비 3:7의 각각의 펄스에 대해 한 주기 내에 하이 구간 동안에 제1 복수의 펄스(예, 7개) 및 로우 구간에 제2 복수의 펄스(예, 3개)를 포함하며, 이너 듀티비 3:7 (도 7 참조)를 만족하도록 생성된다.

도 14는 도 9의 950의 한 주기에서의 콘트롤 듀티비 50%를 예시한다.

도 14와 같이, 콘트롤 듀티비 50%는 도 8과 같은 제어 과정에서 한 주기 내에 50% 듀티비를 갖는 펄스들로만 이루어지도록 한 경우로서, 이때에도 상기 50% 듀티비를 갖는 펄스들은 슬라이더(30)의 전진과 후진 등 변위를 일으키지 않으며 이는 제어상에서 적절히 활용될 수 있다.

도 9 내지 도 14와 같은 다중 펄스 구동 신호에 따르면, 상기 콘트롤 듀티비에 따른 하이 구간 동안의 제1 복수의 펄스에 대한 제1 평균 전압과 및 로우 구간에 제2 복수의 펄스에 대한 제2 평균 전압에 따라 낮은 주파수에서 동작되는 피에죠 액츄에이터(50) 진동의 속도 변경을 제어할 수 있게 된다.

도 10 내지 도 14에는 하이 구간 동안의 제1 복수의 펄스에 대한 제1 평균 전압 및 로우 구간에 제2 복수의 펄스에 대한 제2 평균 전압이, 굵은 실선으로 각각 표시되어 있다. 특히, 도 14에서 하이 구간 동안의 제1 복수의 펄스에 대한 제1 평균 전압 및 로우 구간에 제2 복수의 펄스에 대한 제2 평균 전압 간의 차이가 없음은 슬라이더(30)의 전진과 후진 등 변위를 일으키지 않는 것을 의미한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 피에죠 액츄에이터(50) 구동 방식은, 피에죠 액츄에이터(50)의 PWM 구동 시에, 낮은 주파수 대역에서 구동 속도를 맞추기 위해 구동 신호의 전압의 크기만을 조절하는 것이 아니라, 파형 분할을 통해 주파수 상승 효과를 이용함으로써 가청 주파수 대역의 소음 없이 구동할 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 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

단일 펄스 구동부(110)
다중 펄스 구동부(120)
선택값 출력 수단(130)

Claims (7)

1. 피에죠 액츄에이터의 펄스폭변조 구동 방법에 있어서,
   피에죠 액츄에이터에 대한 제1 구동 신호로서, 구동 주파수의 한 주기에 단일 펄스가 포함되는 단일 펄스 구동 신호를 생성하는 단계;
   피에죠 액츄에이터에 대한 제2 구동 신호로서, 상기 구동 주파수의 한 주기에 다중 펄스가 포함되는 다중 펄스 구동 신호를 생성하는 단계; 및
   상기 단일 펄스 구동 신호 또는 상기 다중 펄스 구동 신호 중 어느 하나를 선택적으로 발생시키기 위한 선택값을 출력하는 단계를 포함하되,
   소정의 시간 동안의 콘트롤 펄스수를 제어하여 상기 피에죠 액츄에이터 진동의 속도를 제어함에 있어서, 상기 구동 주파수를 갖는 상기 콘트롤 펄스의 수의 감소에 따른 주파수 감소에 대해 상기 다중 펄스 구동 신호에 의한 주파수 증가 효과를 이용하기 위한 구동 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 주파수 증가 효과에 따라 가청 주파수 대역의 소음 발생을 억제하기 위한 구동 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 단일 펄스 구동 신호는, 상기 구동 주파수의 미리 정해진 이너 듀티비를 가지되,
   상기 콘트롤 펄스의 수의 감소에 따른 무펄스 구간을 제거하고 주파수 증가 효과를 이용하기 위해 대응되는 구간에 삽입되는, 50% 듀티비를 갖는 하나 이상의 펄스를 포함하는 구동 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 피에죠 액츄에이터는 피에죠 소자에 결합된 구동 로드와 상기 구동 로드에 삽입되는 슬라이더를 포함하며, 상기 구동 신호에 의해 상기 피에죠 소자를 구동하여 상기 구동 로드의 진동을 구동함으로써, 상기 슬라이더의 스틱-슬립 구동에 따른 전진과 후진을 통해 상기 슬라이더의 위치 변위를 제어하기 위한 구동 방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 다중 펄스 구동 신호는, 상기 구동 주파수의 한 주기 내의 하이 구간의 합 및 상기 구동 주파수의 한 주기 내의 로우 구간의 합의 크기에 따라 상기 피에죠 액츄에이터 진동의 전진 또는 후진을 결정하기 위한 이너 듀티비를 갖는 구동 방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 다중 펄스 구동 신호는, 상기 구동 주파수의 미리 정해진 이너 듀티비를 만족하도록, 한 주기 내에, 콘트롤 듀티비에 따라 하이 구간 동안에 제1 복수의 펄스 및 로우 구간에 제2 복수의 펄스를 포함하며,
   상기 콘트롤 듀티비는 상기 구동 주파수의 상기 하이 구간 동안에 대한 상기 제1 복수의 펄스의 하이 구간들의 합의 비율이고,
   상기 제1 복수의 펄스에 대한 제1 평균 전압과 상기 제2 복수의 펄스의 제2 평균 전압에 따라 상기 피에죠 액츄에이터 진동의 속도 변경을 제어하는 구동 방법.
7. 피에죠 액츄에이터의 펄스폭변조 구동 장치에 있어서,
   피에죠 액츄에이터에 대한 제1 구동 신호로서, 구동 주파수의 한 주기에 단일 펄스가 포함되는 단일 펄스 구동 신호를 생성하는 단일 펄스 구동부;
   피에죠 액츄에이터에 대한 제2 구동 신호로서, 상기 구동 주파수의 한 주기에 다중 펄스가 포함되는 다중 펄스 구동 신호를 생성하는 다중 펄스 구동부; 및
   상기 단일 펄스 구동부 또는 상기 다중 펄스 구동부 중 어느 하나의 동작을 선택하기 위한 선택값을 출력하는 선택값 출력 수단을 포함하되,
   소정의 시간 동안의 콘트롤 펄스수를 제어하여 상기 피에죠 액츄에이터 진동의 속도를 제어함에 있어서, 상기 구동 주파수를 갖는 상기 콘트롤 펄스의 수의 감소에 따른 주파수 감소에 대해 상기 다중 펄스 구동 신호에 의한 주파수 증가 효과를 이용하기 위한 구동 장치.