Hocheffizienter Auf-/Abwärtswandler für eine piezoelektrisch angetriebene Linse

Abstract:
In diesem Beitrag wird eine integrierte (ASIC) Treiber-Schaltung für einen piezoelektrischen Aktor vorgestellt. Dieser stellt den Fokus einer Linse auf Basis einer Steuerspannung ein, welche von der Treiber-Schaltung generiert wird. Zwecks Einstellung der gewünschten Foki werden Steuerspannungen von bis zu +/- 100 V aus einer 5 V-Versorgungsspannung mittels isolierter Auf-Abwärtswandler (Flyback Konverter) generiert. Die Energieübertragung im Bereich weniger Mikrowatt bis hin zu wenigen Milliwatt erfolgt mittels miniaturisierter Transformatoren mit einer Primärseite und zwei Sekundärseiten. Da die Linse eine kapazitive Last darstellt, kann durch Verringern der Ausgangsspannung Energie von der Last bzw. Linse zurück in die Quelle übertragen werden, um den Energieverbrauch des Systems zu senken. Der Treiber wechselt dabei automatisch zwischen kontinuierlichem und diskontinuierlichem Leitungsmodus, wodurch sowohl Steuerspannungen mit hoher Genauigkeit im Bereich unter einem Volt als auch schnelle Lade- und Entladezeiten von wenigen Millisekunden erzielt werden. Die Funktionalität des Systems wird mittels Simulationen validiert.