用于分析和控制压电器件的驱动器电路，具有触觉反馈的按钮和运行方法技术

说明一种用于具有触觉反馈的按钮的驱动器电路。该驱动器电路具有信号端口、比较器和运算放大器。

Driver circuit for analysis and control of piezoelectric devices, buttons with tactile feedback and operation method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于分析和控制压电器件的驱动器电路，具有触觉反馈的按钮和运行方法
本专利技术涉及用于分析和控制压电器件的驱动器电路。压电器件可以与按钮连接或作为按钮的一部分而向用户提供触觉反馈。此外，本申请涉及这样的按钮和用于运行具有触觉反馈的这种按钮的方法。
技术介绍
小行程按钮支持小型化趋势。按钮的行程越小，按钮的结构高度的量值或其中安装有按钮的电设备的厚度就越小。随着行程减小，操作按钮时的触觉感受也发送变化。为了在操作按钮时给用户提供熟悉的感受，可以给按钮配备致动器，该致动器与按钮表面机械连接并引起按钮表面的运动。由此也可以向用户显示按钮的操作已经在例如相对光滑的摸着均匀的表面上发生了。被设置用于对用户的输入进行反应的电路例如从US8,605,053B2已知。从EP3,018,824A1已知具有压电器件的传感器电路。从EP3,065,029A1和EP2,600,224A1以及EP2,472,365B1同样已知具有压电元件的电路。期望的是具有触觉反馈的按钮，其可以提供附加的信息，具有较低的能量消耗并且不易受到缺陷的影响。为此需要用于触发激活状态和用于控制这种开关的新型电路以及用于控制开关的机械元件的方法。
技术实现思路
为此目的，在独立权利要求中说明了一种用于控制的驱动器电路，一种按钮或一种用于运行按钮的方法。从属权利要求说明有利设计方案。驱动器电路包括具有第一端子和第二端子的信号端口。该电路还具有第一节点和第二节点。此外，驱动器电路具有带反相输入端、非反相输入端和输出端的比较器。此外，驱动器电路具有运算放大器，其具有反相输入端，非反相输入端和输出端。第一端子与运算放大器的反相输入端导电连接。第二端子与比较器的非反相输入端导电连接。比较器的反相输入端与运算放大器的输出端导电连接。第一节点与运算放大器的输出端导电连接。比较器的反相输入端与运算放大器的反相输入端导电连接。第二节点与运算放大器的非反相输入端导电连接。信号端口在此被设置用于与压电器件导电连接。为此目的，信号端口的第一端子可以与压电器件的第一电极连接。信号端口的第二端子可以与压电器件的第二电极连接。压电器件可以具有堆叠结构，该堆叠结构具有由压电材料构成的基体和金属化层中的结构化的电极面。在此，压电材料层和电极面层交替布置。电极面在此分别与两个外部电极中的一个导电连接。在堆叠的上侧和/或下侧，堆叠可具有“顶盖”。根据布置在压电器件的外部电极上的电压，层堆叠具有不同的高度和不同的宽度。也就是说，随着施加电压的变化，引起纵向变化，该纵向变化通过具有杠杆结构的顶盖来加强。如果压电器件沿着堆叠方向经受压力（通过按压按钮，在该按钮的内侧固定有层堆叠），则通过层堆叠的相关纵向变化引起的在电极上的电压变化是用来按压按钮的力的度量。如果压电器件通过顶盖经受压力，则器件被拉伸。由堆叠的相关拉伸引起的电压变化是用来按压按钮的力的度量。在主动或被动操作按钮时的行程在此可以是几百微米的数量级，例如最多几百微米，并且对于按钮行程来说是相对小的。可以读出感应电压变化，其是作用到按钮上的力的度量。作为对此的响应，电压脉冲或电压信号又可以输出到压电元件以引起按钮的机械运动。通过这种触觉反馈，用户得知他已成功操作该按钮。上述驱动器电路的优点在于，一方面它以相对少的电路组件来实现。同时，所说明的驱动器电路使得能够读出作用到按钮的压力和压电器件的驱动器侧的激活，以便引起触觉反馈。因此，压电器件上所施加的电压变化同时既可以被读出又可以被控制或调节。由于可以在驱动器电路中连接的电路组件的数量相对少，降低了驱动器电路失效的风险。因此提高了驱动器电路的寿命。此外，驱动器电路使得能够重新利用被提供用于激活压电器件的电能。由此，相较于迄今已知并且例如出现在具有线性控制器的驱动器输出级的电路，减少能量消耗。驱动器电路使得可以在信号形状、即传递到器件的电压的时间变化方面以及在对器件的输出电压的大小方面控制或调节压电器件，使得一旦压电器件通过压力产生输出电压，器件就可靠地提供反馈信号。信号形状在遵守确定的边沿时间的情况下可自由配置。在按压或释放压电器件时产生的电压信号或电压变化被输送给运算放大器并由其相应地处理，以便可以由例如微控制器分析该信号。此外，运算放大器预处理微控制器的信号规定（目标规定），使得可以将其输送给比较器。对于从运算放大器到微控制器的信号，运算放大器可以通过模数转换器（ADC：模拟/数字转换器）连接。对于从微控制器到运算放大器的信号，微控制器或微控制器的输出端可以通过数模转换器（DAC：数字/模拟转换器）连接。电信号、例如电流信号可以在压电器件上例如通过低欧姆电阻测量并输送给比较器。该信号与运算放大器的信号输出进行比较。如果低于通向压电器件的部件电流和因此低于压电器件上的电压，则通过可以控制其他电路元件、例如半桥的比较器进行反控制。半桥在此可以控制其他电路元件、例如晶体管。因此，如果压电器件上所施加的电压相对于额定值太低，则可以提高压电器件上所施加的电压。相反，如果电压相对于当前设定的比较值太低，则可以降低电压。为此，运算放大器可以具有反馈回路。当检测到按钮按压时，可以将压电器件上的信号输出。替代地或附加地，对此，对压电器件的按压也可以切换微控制器上的自由输出端。因此，驱动器电路可以附加地包括半桥。另外，驱动器电路可以具有第三节点，第四节点和第五节点。另外，驱动器电路可以具有第一晶体管和第二晶体管，第一二极管和第二二极管以及电容器。半桥与第一端子、第一晶体管、第二晶体管和比较器的输出端以及第四节点和第五节点导电连接。第一二极管与第一端子和电容器导电连接。第二二极管与第一端子导电连接。第一晶体管与第一端子和第三节点导电连接。第二晶体管与第一端子和第三端子导电连接。第三节点可以是驱动器电路的供电端子或者与驱动器电路的供电电路导电连接。电容器用于暂存电能。第一晶体管和第二晶体管或第一二极管和第二二极管用于控制信号端口，压电器件可以连接到该信号端口上。如果低于压电器件的部件电流并因此低于压电器件上的电压，则通过比较器控制半桥，该半桥又控制第一晶体管和第二晶体管。如果第一晶体管闭合而第二晶体管断开，则输送电压，当压电器件上的电压太低时如此。如果第一晶体管断开而第二晶体管闭合，则为信号端口供应电功率，例如当信号端口上的电压不太低时如此。对信号端口SP的能量供应可以通过线圈传导，以便平滑电流或电压曲线。线圈在此可以串联连接在半桥和信号端口的第一端子之间。包含半桥实现了开关调节器，该开关调节器由比较器控制，并且通过该开关调节器向压电器件或信号端口供应所期望的电压。开关调节器还确保在压电器件放电时、即在信号端口上所施加的电压减小时（下降沿），将能量输送给电容器。在压电器件的下一个充电周期期间（上升沿：信号端口处的电压增加）重新提取所述能量。驱动器电路可以附加地包括微控制器，A/D转换器，D/A转换器，电压转换器和压电器件。第一节点通过A/D转换器与微控制器导电连接。第二节点通过D/A转换器与微控制器导电连接。第四节点与微控制器导电连接。第五节点与微控制器导电连接。第三节点经由电压转换器与供电端子导电连接。信号端口与压电器件导电连接。运算放大器的一个任务是预处理来自微控制器的信号规定（目标规定），该信号规定通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种驱动器电路，包括：‑ 信号端口，其具有第一端子和第二端子，‑ 第一节点和第二节点，‑ 比较器，其具有反相输入端、非反相输入端和输出端，‑ 运算放大器，其具有反相输入端、非反相输入端和输出端，其中‑ 第一端子与运算放大器的反相输入端导电连接，‑ 第二端子与比较器的非反相输入端导电连接，‑ 比较器的反相输入端与运算放大器的输出端导电连接，‑ 第一节点与运算放大器的输出端导电连接，‑ 比较器的反相输入端与运算放大器的反相输入端导电连接，以及‑ 第二节点与运算放大器的非反相输入端导电连接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.03.22 DE 102017106188.61.一种驱动器电路，包括：-信号端口，其具有第一端子和第二端子，-第一节点和第二节点，-比较器，其具有反相输入端、非反相输入端和输出端，-运算放大器，其具有反相输入端、非反相输入端和输出端，其中-第一端子与运算放大器的反相输入端导电连接，-第二端子与比较器的非反相输入端导电连接，-比较器的反相输入端与运算放大器的输出端导电连接，-第一节点与运算放大器的输出端导电连接，-比较器的反相输入端与运算放大器的反相输入端导电连接，以及-第二节点与运算放大器的非反相输入端导电连接。2.根据权利要求1所述的驱动器电路，包括：-半桥，-第三节点、第四节点和第五节点，-第一晶体管和第二晶体管，-第一二极管和第二二极管，和-电容器，其中-半桥与第一端子、第一晶体管、第二晶体管、比较器的输出端、第四节点和第五节点导电连接，-第一二极管与第一端子和电容器导电连接，-第二二极管与第一端子导电连接，-第一晶体管与第一端子和第三节点导电连接，-第二晶体管与第一端子和第三端子导电连接。3.根据权利要求2所述的驱动器电路，还包括：-微控制器，A/D转换器，D/A转换器，电压转换器和压电器件，其中-第一节点通过A/D转换器与微控制器导电连接，-第二节点通过D/A转换器与微控制器导电连接，-第四节点与微控制器导电连接，-第五节点与微控制器导电连接，-第三节点通过电压转换器与供电端子导电连接，以及-信号端口与压电器件导电连接。4.根据权利要求3所述的驱动器电路，其中-压电器件是具有触觉反馈的开关的一部分，-能够通过分析压电器件上所施加的电压来记录按钮按压，以及-能够通过向压电器件施加电压来产生触觉反馈和/或能够切换微控制器的一个或多个输出端。5.根据前述权利要求之一所述的驱动器电路，还包括：在信号端口和比较器之间的分压器和/或在信号端口和运算放大器之间的分压器。6.根据前述权利要求之一所述的驱动器电路，...

【专利技术属性】
技术研发人员：R普希莱特纳，H卡斯特尔，A拉雅普卡尔，D诺伊维特，
申请(专利权)人：TDK电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE