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CN101324823B - 可动元件的驱动装置、其控制电路以及触摸屏装置 - Google Patents

可动元件的驱动装置、其控制电路以及触摸屏装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种可动元件的驱动装置、其控制电路以及触摸屏装置。不使用商用交流电压地驱动可动元件。驱动装置(110)对被设置用于触摸屏(2)的力反馈的可动元件(4)进行驱动。基准电压生成部(20)生成具有应施加于可动元件的信号波形的基准电压(Vref)。脉冲调制器(10)生成占空比被反馈控制的PWM信号(Spwm)，使得与被施加于可动元件的驱动电压(Vdrv)相应的反馈电压(Vfb)趋近于基准电压。根据来自脉冲调制器(10)的PWM信号使DC/DC转换器的开关元件(SW1)接通、断开，由此控制DC/DC转换器的输出电压(Vout)，将与输出电压相应的驱动电压(Vdrv)施加于可动元件(4)。

Description

可动元件的驱动装置、其控制电路以及触摸屏装置
技术领域
本发明涉及被设置用于触摸屏的力反馈(force feedback)的可动元件的驱动技术。
背景技术
在液晶显示器等薄型显示装置中，用户能够通过按压其表面而进行输入操作的触摸屏正在普及。为了使用户能够感知按压了触摸屏，利用对按压起反应地使触摸屏的表面振动的力反馈技术。
为了进行力反馈，设置用于使触摸屏的表面振动的可动元件。通过根据用户的按压对可动元件施加电压，可动元件发生振动，能够给予用户与输入操作相应的按压感。例如在专利文献1中公开了这样的具有力反馈机构(按压感发生装置)的触摸屏。
专利文献1：特开2001-350592号公报
发明内容
〔发明所要解决的课题〕
专利文献1所公开的按压感发生装置利用商用交流电压生成施加于可动元件的电压。因此，存在无法适用于不被提供商用交流电压的便携式设备这样的问题。
本发明是鉴于这样的课题而设计的，其目的在于提供一种简单容易地驱动触摸屏的力反馈用的可动元件的技术。
〔用于解决课题的手段〕
本发明的一个方案涉及一种对被设置用于触摸屏的力反馈的可动元件进行驱动的驱动装置的控制电路。该控制电路包括：基准电压生成部，生成具有应施加于可动元件的信号波形(时间波形)的基准电压；脉冲调制器，生成占空比被反馈控制的脉冲信号，使得与施加于可动元件的驱动电压相应的反馈电压趋近于基准电压。根据来自脉冲调制器的脉冲信号使DC/DC转换器的开关元件接通、断开，由此控制DC/DC转换器的输出电压，将与输出电压相应的驱动电压施加给可动元件。
根据该方案，能够不使用商用交流电压地生成可动元件的驱动电压。另外，由于不在控制电路的内部产生高电压，所以与使用商用交流电压时相比，能够采用低耐压的元件，能够使电路小型化、低成本化。
基准电压生成部包括：表，保存预定的信号波形；数字模拟转换器，在收到相应于触摸屏的按压而从触摸屏输出的检测信号后，从表中读出周期波形，进行数字模拟转换；并且，将数字模拟转换器的输出作为基准电压来输出。
此时，能够根据表的信号波形对可动元件提供各种各样的任意的驱动电压。
本发明的另一方案涉及一种可动元件的驱动装置。该驱动装置包括两个上述的控制电路，和由来自两个控制电路的脉冲信号控制的两个DC/DC转换器。在各个控制电路中生成彼此反相的基准电压，并进行控制使得各个DC/DC转换器的输出电压彼此成为反相，将两个DC/DC转换器的输出电压施加于可动元件的两端。
本发明的再一个方案是一种触摸屏装置。该触摸屏装置包括：触摸屏；设置于触摸屏的可动元件；上述的控制电路；由从控制电路输出的脉冲信号所控制的DC/DC转换器；并且，将DC/DC转换器的输出电压施加于可动元件。
另外，将以上结构要件的任意组合、本发明的结构要件以及表达方式在方法、装置、系统等之间相互转变的方案，作为本发明的实施方式也是有效的。
〔发明效果〕
通过本发明的驱动技术，能够不使用商用交流电压地驱动可动元件。
附图说明
图1是表示实施方式的具有可动元件的驱动装置的触摸屏装置的结构的电路图。
图2是图1的驱动装置的动作波形图。
图3是表示变形例的驱动装置的结构的电路图。
图4是图3的驱动装置的动作波形图。
〔标号说明〕
1...触摸屏装置、2...触摸屏、4...可动元件、6...输入检测部、8...变压器、9...整流平滑电路、10...脉冲调制器、12...振荡器、14...逻辑部、16...比较器、18...预驱动器、20...基准电压生成部、22...判定部、24...表、26...D/A转换器、28...低通滤波器、SW1...开关元件、L1...一次线圈、L2...二次线圈、L3...二次线圈、R1...输出电阻、R2...反馈电阻、R3...反馈电阻、R4...检测电阻、100...控制电路、102...开关端子、104...反馈端子、106...检测端子、110...驱动装置。
具体实施方式
图1是表示实施方式的具有可动元件的驱动装置110的触摸屏装置1的结构的电路图。触摸屏装置1具有触摸屏2和驱动装置110。
触摸屏2具有可动元件4、输入检测部6。输入检测部6判定触摸屏2的用户是否对屏幕进行了输入、即是否按压了屏幕，将判定结果作为检测信号S1输出。驱动装置110接收检测信号S1，当用户按压触摸屏时，对可动元件4输出驱动电压Vdrv。可动元件4被施加驱动电压Vdrv后使触摸屏2振动，给予用户按压感。
驱动装置110具有控制电路100、变压器8、整流平滑电路9、反馈电阻R2和R3。驱动装置110从电池电压或电源电路接收直流的输入电压Vin，将输入电压Vin转换成驱动电压Vdrv后输出。
变压器8、整流平滑电路9构成所谓DC/DC转换器。变压器8具有一次线圈L1、二次线圈L2和L3。变压器8的一次线圈L1的一端被施加输入电压Vin，另一端与控制电路100的开关端子102相连接。开关端子102被施加开关电压Vsw时，设置于变压器8的二次线圈侧的二次线圈L2和二次线圈L3中产生电流。
整流平滑电路9包括二极管D1、D2、电容器C1、C2、C3、输出电阻R1。二极管D1、电容器C1对二次线圈L2中流过的电流(或者所感应起的电压)进行整流和平滑，输出输出电压Vout1。同样地，二极管D2、电容器C2、C3对二次线圈L3中流过的电流(或者所感应起的电压)进行整流和平滑，输出输出电压Vout2。由电容器C2、C3对输出电压Vout1、Vout2进行分压后的驱动电压Vdrv被提供给可动元件4。由于二极管D1、D2被设置成阳极和阴极彼此相反，所以输出电压Vout1成为被正方向偏置的电压，输出电压Vout2成为被负方向偏置的电压。
控制电路100具有输出开关电压Vsw的开关端子102、被输入与输出电压Vout1相应的反馈电压Vfb的反馈端子104、以及被输入检测信号S1的检测端子106，基于反馈电压Vfb对输出电压Vout1进行反馈控制。
控制电路100具有基准电压生成部20、脉冲调制器10、预驱动器18、开关元件SW1、检测电阻R4。
开关元件SW1、检测电阻R4被串联设置在开关端子102与接地端子之间、即一次线圈L1的电流路径上。检测电阻R4将流过一次线圈L1的电流I1变换成电压，输出到预驱动器18。
基准电压生成部20生成具有应施加给可动元件4的信号波形的基准电压Vref。基准电压Vref例如是正弦波。在本实施方式中，基准电压生成部20包括判定部22、表(table)24、D/A转换器26、低通滤波器28。
表24由ROM(Read Only Memory：只读存储器)或RAM(Random AccessMemory：随机存取存储器)、寄存器、或其他存储装置构成，保存预定的信号波形。信号波形可以准备数种模式，优选构成为可切换各模式的结构。
判定部22接收根据对触摸屏2的按压而从触摸屏2输出的检测信号S1，判定按压的有无。D/A转换器26在由判定部22检测到按压时，从表24中读出周期波形，进行数字模拟转换。低通滤波器28对从D/A转换器26输出的电压进行滤波，作为基准电压Vref输出。
从整流平滑电路9输出的输出电压Vout1被反馈电阻R2、反馈电阻R3分压，作为反馈电压Vfb输入到控制电路100的反馈端子104。脉冲调制器10接收与施加到可动元件4的驱动电压Vdrv相应的反馈电压Vfb和基准电压Vref。脉冲调制器10生成占空比被反馈控制的脉冲宽度调制信号Spwm(以下称PWM信号)，使得反馈电压Vfb趋近于基准电压Vref。脉冲调制器10可以使用公知的脉冲宽度调制器、脉冲频率调制器等。
例如，在图1的电路中，脉冲调制器10包括振荡器12、逻辑部14、比较器16。振荡器12生成时钟信号CK。比较器16将反馈电压Vfb与基准电压Vref进行比较，输出与其大小关系相应的信号。逻辑部14根据时钟信号CK和比较器16的输出信号S2，控制正沿或负沿的定时(timing)。
预驱动器18基于PWM信号Spwm控制使开关元件SW1接通的定时。另外，预驱动器18将检测电阻R4所产生的电压降与阈值电压进行比较，当电压降达到阈值电压时，即一次线圈L1的电流达到预定的峰值电流时，使开关元件SW1断开。
结果，被反馈控制使得DC/DC转换器的输出电压Vout1与基准电压Vref相一致，所希望的电压被施加到可动元件4。另外，脉冲调制的方式并不限定于实施方式所记述的方式，也可以利用误差放大器来取代比较器，将误差放大器的输出电压用三角波或锯齿波限幅，来生成PWM信号Spwm。其方式是任意的。
下面说明如上那样构成的驱动装置110的动作。图2是图1的驱动装置110的动作波形图。
当在时刻t0用户按压触摸屏2时，检测信号S1变成高电平。接收该信号后，基准电压生成部20从表24中读出波形数据，对所读出的波形数据进行D/A转换，生成基准电压Vref。
基准电压Vref表示为如下波形：先上升，之后进行一周期量的正弦波振动，然后下降。本发明并不限定于基准电压Vref的波形，可以使用任意的波形。在利用图2的波形时，能够不给用户带来冲击地力反馈适度的按压感。
控制电路100通过反馈控制使输出电压Vout1追踪基准电压Vref地变化。同时输出电压Vout2在被负方向偏置的状态下追踪基准电压Vref地变动。结果，作为输出电压Vout1、Vout2的中点电压的驱动电压Vdrv被生成。驱动电压Vdrv成为以接地电压0V为中心的正弦波。
通过本实施方式的控制电路100，能够不利用商用交流电压地生成可动元件4的驱动电压Vdrv。因此，能够很好地适用于电池驱动的便携式电话终端、PDA(Personal Digital Assistant：个人数字助理)、笔记本型PC等。
另外，在变压器8的一次线圈侧，各节点的电压成为小于等于输入电压Vin的电压。因此，无需使用高耐压元件，因而能够使用廉价地低耐压元件，能够实现低成本化。
进而如实施方式那样通过在表24中保存信号波形，能够任意地设定驱动电压Vdrv的波形。在如以往那样使用商用交流电压时，可动元件的振动数被固定，且波形也被限定为正弦波，相对于此，本发明具有很大优点。例如作为信号波形如果事先存储有包含高频分量的信号，则在用户进行被禁止的动作时，能够以尖锐的驱动电压驱动可动元件4，能够给予用户的手指以冲击。
另外，表24中也可以事先存储多个波形数据。此时，通过根据用户对触摸屏的输入动作的种类来读出不同的波形数据，能够给用户提供与输入动作相应的不同的按压感。
图3是表示变形例的驱动装置110c的结构的电路图。图3的控制电路100c中内置有两通道的图1的控制电路100。第1通道的控制电路100a包括脉冲调制器10a、预驱动器18a、基准电压生成部20c，第2通道的控制电路100b包括脉冲调制器10b、预驱动器18b、基准电压生成部20c。两个控制电路的结构与图1的控制电路100是相同的。基准电压生成部20c可以是其一部分或整体为两个通道所共用，也可以分别单独地设置。
对第1、第2通道的控制电路分别设有DC/DC转换器。第1通道的DC/DC转换器具有第1变压器8a、第1整流平滑电路9a，第2通道的DC/DC转换器具有第2变压器8b、第2整流平滑电路9b。第1、第2通道各自的DC/DC转换器的输出电压Vout1、Vout2被施加在可动元件4的两端，两个输出电压Vout1、Vout2的差电压成为驱动电压Vdrv。
第1通道的控制电路100a对输出电压Vout1进行反馈控制，使得与电压Vout1相应的反馈电压Vfb1与基准电压Vref1相一致。第2通道的控制电路100b对输出电压Vout2进行反馈控制，使得基准电压Vref2与反馈电压Vfb2相一致。基准电压生成部20c生成基准电压Vref1、Vref2，使之以相同的偏置电平为中心彼此反相。
图4是图3的驱动装置110c的动作波形图。通过图3的驱动装置110c，能够生成如图所示以共同的偏置电平为中心彼此反相地变化的输出电压Vout1、Vout2，通过将其施加于可动元件4的两端，能够施加以接地电压为中心的驱动电压Vdrv。
上述实施方式是个例示，可以对各结构要件和各处理过程的组合进行各种变形，本领域技术人员能够理解这些变形例也包含于本发明的范围内。下面进行例示。
在实施方式中说明了采用基于变压器和整流平滑电路的DC/DC转换器的情况，但变压器的绕组、二极管、电容器的配置是任意的，可以使用各种各样的布局结构。另外，也可以使用非绝缘型的开关调节器来取代绝缘型的DC/DC转换器。
在实施方式中说明了使用表(存储器)和D/A转换器来构成基准电压生成部20的情况，但本发明不限于此。例如也可以生成矩形波电压、三角波电压或锯齿波电压等周期电压，对其进行滤波来生成基准电压Vref。
另外，在实施方式中高电平、低电平的逻辑值的设定仅是一例，可以通过用反相器等使之适当反转而自由改变。
基于实施方式对本发明进行了说明，但显然实施方式仅是表示本发明的原理、应用，在不脱离权利要求书所规定的本发明的思想的范围内，可以对实施方式进行很多变形以及配置的变更。

Claims (7)

1.一种对被设置用于触摸屏的力反馈的可动元件进行驱动的驱动装置的控制电路，其特征在于，包括：
基准电压生成部，生成具有应施加于上述可动元件的信号波形的基准电压，和
脉冲调制器，生成占空比被反馈控制的脉冲信号，使得与施加于上述可动元件的驱动电压相应的反馈电压趋近于上述基准电压；
并且，根据来自上述脉冲调制器的上述脉冲信号使直流/直流转换器的开关元件接通、断开，由此控制从上述直流/直流转换器输出的、被正方向偏置的第一输出电压和被负方向偏置的第二输出电压，
由电容器对上述第一输出电压和上述第二输出电压进行分压，将分压后的电压施加于上述可动元件的一端，将接地电压施加于上述可动元件的另一端。
2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于：基准电压具有如下波形：先上升，之后进行一周期量的正弦波振动，然后下降。
3.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于：
上述基准电压生成部包括
存储器，保存预定的信号波形，和
数字模拟转换器，在收到相应于上述触摸屏的按压而从上述触摸屏输出的检测信号后，从上述存储器中读出上述信号波形，进行数字模拟转换，
并且，将上述数字模拟转换器的输出作为上述基准电压来输出。
4.一种驱动装置，对被设置用于触摸屏的力反馈的可动元件进行驱动，其特征在于，包括：
两个控制电路，和
由来自上述两个控制电路的脉冲信号控制的两个直流/直流转换器；
上述控制电路分别包括：
基准电压生成部，生成具有应施加于上述可动元件的信号波形的基准电压，和
脉冲调制器，生成占空比被反馈控制的脉冲信号，使得与施加于上述可动元件的驱动电压相应的反馈电压趋近于上述基准电压；
在一个控制电路中生成如下的基准电压：随时间上升，之后进行一周期量的正弦波振动，然后下降；
在另一个控制电路中生成如下的基准电压：随时间上升，之后进行一周期量的与上述一个控制电路反相的正弦波振动，然后下降，
将两个直流/直流转换器的输出电压施加于可动元件的两端。
5.根据权利要求4所述的驱动装置，其特征在于：
上述基准电压生成部包括
存储器，保存预定的信号波形，和
数字模拟转换器，在收到相应于上述触摸屏的按压而从上述触摸屏输出的检测信号后，从上述存储器中读出上述信号波形，进行数字模拟转换，
并且，将上述数字模拟转换器的输出作为上述基准电压来输出。
6.一种触摸屏装置，其特征在于，包括：
触摸屏，
被设置于上述触摸屏的可动元件，
权利要求1至3的任一项所述的控制电路，以及
由从上述控制电路输出的脉冲信号控制的直流/直流转换器；
将上述直流/直流转换器的输出电压施加于上述可动元件。
7.一种触摸屏装置，其特征在于，包括：
触摸屏，
被设置于上述触摸屏的可动元件，以及
用于驱动上述可动元件的权利要求4所述的驱动装置。
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