用于操作压电MEMS声换能器的方法和电路以及具有此类电路的集成电路技术

本发明专利技术涉及一种用于操作压电MEMS声换能器(4)、特别是在可听波长谱和/或超声范围中工作的MEMS扬声器和/或MEMS麦克风的方法，其中电能存储在至少一个储能器(2)中，并且该电能经由至少一个传输单元(3，13)在该储能器(2)和压电MEMS声换能器(4)之间间接传送。根据本发明专利技术，至少一个传输单元(3，13)和压电MEMS声换能器(4)被布置在并联连接(5)中并且被切换，使得为了操作压电MEMS声换能器(4)，在第一切换状态下首先由储能器(2)对该至少一个传输单元(3)进行充电，并且随后在第二切换状态下，该传输单元(3)再次放电并且向该压电MEMS声换能器(4)进行充电，和/或为了电能回收，在第三切换状态下，压电MEMS声换能器(4)再次放电并且该至少一个传输单元(3，13)被充电，以及随后在第四切换状态下，该传输单元(3，13)再次放电并且储能器(2)被充电。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于操作压电MEMS声换能器的方法和电路以及具有此类电路的集成电路本专利技术涉及一种用于操作被构造为MEMS声换能器的压电组件的方法，其中将电能储存在至少一个储能器中。压电MEMS声换能器尤其是在可听波长谱和/或超声范围内操作的MEMS扬声器和/或在可听波长谱和/或超声范围内操作的MEMS麦克风。因此，MEMS声换能器尤其可以被用于声音应用和/或超声应用。MEMS声换能器例如可用于医疗技术。然而，MEMS声换能器也可以用作扬声器和/或麦克风，特别是在诸如耳机，移动电话或平板电脑之类的移动设备中。在该方法中，电能通过至少一个传输单元在储能器和被构造为MEMS声换能器的压电组件之间作间接传送。此外，本专利技术涉及一种具有储能器的用于操作压电MEMS声换能器的电路，在该储能器中可以储存电能。电能借助在储能器和压电MEMS声换能器之间的至少一个传输单元来传送。此外，本专利技术涉及具有这种电路的集成电路。在DE102013109098A1中揭示出了一种压电驱动器，其被配置为向压电组件提供电荷，并且被配置为在压电驱动器的各种操作状态期间将电荷从压电组件转移到无源储能组件。压电驱动器还包括被配置用于压电组件与第一无源电能储存部件和第二无源电能储存部件之间的电连接的电压转换器。电压转换器被配置为从第一无源电能储存部件以及从第二无源电能储存部件向压电组件提供电荷，反之亦然。该压电驱动器的缺点在于电压转换器的低操作效能。这导致高功率损耗，其作为热量必须从电路或压电驱动器排出。因此，本专利技术的目的是提供一种用于操作被构造为压电MEMS声换能器的压电组件的方法和电路，借助该方法和电路，压电MEMS声换能器可以低功率损耗来操作。该目的通过根据独立权利要求的特征来操作被构造为压电MEMS声换能器的压电组件的方法和电路来实现。提议了一种用于操作压电组件的方法，其中电能储存在至少一个储能器中。特别是在全部以下描述中，压电组件被构造为压电MEMS声换能器。此类MEMS声换能器优选地基本上包括压电致动器和可由该致动器偏转的薄膜。MEMS声换能器优选地是在可听波长谱和/或超声范围内操作的MEMS扬声器和/或在可听波长谱和/或超声范围内操作的MEMS麦克风。MEMS声换能器优选地用于声音应用和/或超声应用，例如在医疗技术中。然而，MEMS声换能器也可以用作MEMS扬声器和/或MEMS麦克风。电能经由至少一个传输单元在储能器和被构造为MEMS声换能器的压电组件之间作间接传送。根据本专利技术，至少一个传输单元和被构造为压电MEMS声换能器的压电组件彼此并联布置。在这种情况下，其切换方式为：为了操作被构造为压电MEMS声换能器的压电组件，在第一切换状态下首先从储能器向至少一个传输单元充电。随后，在第二切换状态下，传输单元再次放电并且向被构造为压电MEMS声换能器的压电组件充电。当被构造为压电MEMS声换能器的压电组件被电能充电时会产生偏转-即发生被构造为压电MEMS声换能器的压电组件的形变。通过这种偏转或形变，例如可以产生声波。因此，被构造为压电MEMS声换能器的压电组件借助于第二切换状态被偏转。另外或替代地，在第三切换状态下，被构造为压电MEMS声换能器的压电组件再次放电以进行电能回收，从而使至少一个传输单元充电。随后，在第四切换状态下，传输单元再次放电，并且使储能器充电。被构造为压电MEMS声换能器的压电组件在放电期间返回初始状态。通过电能回收，可以更有效地操作被构造为压电MEMS声换能器的压电组件。有利地，在至少一个传输单元中，可以至少暂时地储存电能。在本专利技术的有利的进一步改进中，电能在储能器和被构造为压电MEMS声换能器的压电组件之间逐步转移，使得电能被部分地转移。被构造为压电MEMS声换能器的压电组件可以具有通过该方法被充电到一定的最终电压的电容。通过用电能对被构造为压电MEMS声换能器的压电组件进行逐步充电也可以将电压逐渐增加到最终电压。通过逐步充电降低了被构造为压电MEMS声换能器的压电组件工作时的功率损耗。这同样适用于被构造为压电MEMS声换能器的压电元件的放电和/或电能回收。逐步充电是以始终重复第一切换状态和第二切换状态的方式进行的，使得电能部分地在每个循环期间被充电到被构造为压电MEMS声换能器的压电组件。被构造为压电MEMS声换能器的压电组件的充电是以在每个充电步骤期间，被构造为压电MEMS声换能器的压电组件处的电压被增加终端电压的恒定分数的方式来执行的。另外或替代地，电压也可以在不同的电压下增加直到最终电压。例如，被构造为压电MEMS声换能器的压电组件处的电压可以增加最终电压的1/1000，从而进行1000个充电步骤以达到被构造为压电MEMS声换能器的压电组件的最终电压。然后，也可以用最终电压来实现被构造为压电MEMS声换能器的压电组件的预定偏转。通过逐步充电，也可以达到比例如在储能器处提供的电压更高的电压。由于被构造为压电MEMS声换能器的压电组件处的电压与压电MEMS声换能器上的电荷成比例，并且通过充电步骤将电荷充电到被构造为压电MEMS声换能器的压电组件，所以可进一步提高电压。例如，如果储能器供应的电压小于被构造为压电MEMS声换能器的压电组件处的瞬时电压，则也可以进行这种操作。因此，该方法也可以用于例如由储能器提供的较低电压产生被构造为压电MEMS声换能器的压电组件处的更高电压。在本专利技术的有利的进一步改进中，为了操作被构造为压电MEMS声换能器的压电组件，在第一切换状态中，来自储能器的电能首先在第一电流路径上至少部分地传输到第一传输单元。在随后的步骤中，在第二切换状态中，电能在第一电流回路中至少部分地传送到被构造为压电MEMS声换能器的压电组件。由此，由于只有第一电流路径或第一电流回路加载有电流，所以电路加载有较低的电流。在这种情况下，为了例如在1000次充电步骤中实现最终电压，相应地频繁地重复该过程。为了执行1000次充电步骤，执行1000次对至少一个传输单元充电并且随后再充电到被构造为压电MEMS声换能器的压电组件的循环。在这种情况下，例如，在每个充电步骤期间，被构造为压电MEMS声换能器的压电组件的电压增加了最终电压的1/1000。此外，在每个充电步骤期间，相应的小电能由此通过第一传输单元从储能器传送到被构造为压电MEMS声换能器的压电组件，使得所涉及的电气部件(例如导线)可以保持得较小，因为相应地充电较小的电能。此外，这种充电具有高效率，使得在完全充电过程期间几乎没有电能损失或转换成热量。另外或替代地，为了电能回收，在第三切换状态中，被构造为压电MEMS声换能器的压电组件的电能首先在第一电流回路中从被构造为压电MEMS声换能器的压电组件传送到第一传输单元，然后在第四切换状态中在第一电流路径上转移到储能器。电能回收也可以逐步进行，从而当被构造为压电MEMS声换能器的压电组件放电时，功率损耗也会降低，因为在每个放电步骤中只有少量的电能被储存回储能器。例如，这也可以在1000个步骤中执行。在本专利技术的另外的改进中，通过第二传输单元在储能器和被构造为压电MEMS声换能器的压电组件之间传送电能是有利的，使得被构造为压电MEMS声换能器的压电组件被充电以进行操作和/或被放电以进行电能回收。为了操作被构造为压电MEMS声换能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于操作压电MEMS声换能器(4)、特别是在可听波长谱和/或超声范围中工作的MEMS扬声器和/或MEMS麦克风的方法，其中电能被储存在至少一个储能器(2)中，并且电能经由至少一个传输单元(3，13)在所述储能器(2)和所述压电MEMS声换能器(4)之间间接传送，其特征在于，所述至少一个传输单元(3，13)和所述压电MEMS声换能器(4)彼此布置在并联连接(5)中并且被切换成：为了操作所述压电MEMS声换能器(4)，在第一切换状态下，首先由所述储能器(2)对所述至少一个传输单元(3)进行充电，并且随后在第二切换状态下，所述传输单元(3)再次放电并且所述压电MEMS声换能器(4)被充电，和/或为了电能回收，在第三切换状态下，所述压电MEMS声换能器(4)再次放电并且所述至少一个传输单元(3，13)被充电，并且随后在第四切换状态下，所述传输单元(3，13)再次放电并且所述储能器(2)被充电。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.14 DE 102016117239.11.一种用于操作压电MEMS声换能器(4)、特别是在可听波长谱和/或超声范围中工作的MEMS扬声器和/或MEMS麦克风的方法，其中电能被储存在至少一个储能器(2)中，并且电能经由至少一个传输单元(3，13)在所述储能器(2)和所述压电MEMS声换能器(4)之间间接传送，其特征在于，所述至少一个传输单元(3，13)和所述压电MEMS声换能器(4)彼此布置在并联连接(5)中并且被切换成：为了操作所述压电MEMS声换能器(4)，在第一切换状态下，首先由所述储能器(2)对所述至少一个传输单元(3)进行充电，并且随后在第二切换状态下，所述传输单元(3)再次放电并且所述压电MEMS声换能器(4)被充电，和/或为了电能回收，在第三切换状态下，所述压电MEMS声换能器(4)再次放电并且所述至少一个传输单元(3，13)被充电，并且随后在第四切换状态下，所述传输单元(3，13)再次放电并且所述储能器(2)被充电。2.如前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述电能在所述储能器(2)和所述压电MEMS声换能器(4)之间逐步转移，使得该电能的一部分被转移。3.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，为了操作所述压电MEMS声换能器(4)，在第一切换状态下首先在第一电流路径(6)上将电能从所述储能器(2)至少部分地充电到所述第一传输单元(3)，并且随后在第二切换状态下在第一电流回路(8)中将电能至少部分地传送到所述压电MEMS声换能器(4)，和/或为了电能回收，在第三切换状态下首先在所述第一电流回路(8)中将所述压电MEMS声换能器(4)的电能从所述压电MEMS声换能器(4)充电到所述第一传输单元(3)，并且随后在第四切换状态下在所述第一电流路径(6)上将该电能传送到所述储能器(2)。4.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在所述方法中借助第二传输单元(13)来在所述储能器(2)与所述压电MEMS声换能器(4)之间传送电能，为了操作所述压电MEMS声换能器(4)，在第五切换状态下首先在至少一个第二电流路径(14)上将电能从所述储能器(2)至少部分地传送到所述第二传输单元(13)，并且随后在第六切换状态下在第二电流回路(15)中将电能从所述第二传输单元(13)至少部分地传送到所述压电MEMS声换能器(4)，和/或为了电能回收，在第七切换状态下首先在所述第二电流回路(15)中将所述压电MEMS声换能器(4)的电能从所述压电MEMS声换能器(4)传送到所述第二传输单元(13)，并且随后在第八切换状态下在所述第二电流路径(14)上将该电能传送到所述储能器(2)。5.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在所述第一电流回路(8)中将电能从所述第一传输单元(3)传送到所述压电MEMS声换能器(4)期间，在所述第二电流路径(14)上将电能从所述储能器(2)传送到所述第二传输单元(13)，和/或在所述第二电流回路(8)中将电能从所述第二传输单元(13)传送到所述压电MEMS声换能器(4)期间，在所述第一电流路径(6)上将电能从所述储能器(2)传送到所述第一传输单元(3)。6.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述电路(1)包括多个切换单元(10)和/或开关(9)和/或多个二极管(16)，所述切换单元(10)和/或开关(9)被断开和/或闭合并且所述二极管(16)被布置成使得能够形成不同的切换状态，其中所述第一电流路径(6)、所述第二电流路径(14)、所述第一电流回路(8)和/或所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德里亚·韦斯高尼·克莱里西·贝尔特拉米，费鲁乔·博托尼，马库斯·汉斯勒，
申请(专利权)人：悠声股份有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利,AT