WO2009155891A1 - Circuit and method for controlling a trimorphemic piezoelectric actuator - Google Patents

Circuit and method for controlling a trimorphemic piezoelectric actuator Download PDF

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WO2009155891A1
WO2009155891A1 PCT/DE2009/000363 DE2009000363W WO2009155891A1 WO 2009155891 A1 WO2009155891 A1 WO 2009155891A1 DE 2009000363 W DE2009000363 W DE 2009000363W WO 2009155891 A1 WO2009155891 A1 WO 2009155891A1
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piezoelectric
voltage divider
drive
piezoelectric layer
common electrode
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Inventor
Carsten Sensche
Stefan Beck
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Conti Temic Microelectronic Gmbh
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/802—Drive or control circuitry or methods for piezoelectric or electrostrictive devices not otherwise provided for

Definitions

  • the present invention relates to a drive circuit or a method for controlling piezo units, in particular a trimorphic piezoelectric actuator, according to the preamble of independent claims 1 and 11.
  • Piezo units in particular trimorphic piezoelectric actuators z. B. used as actuators in valves for pneumatic and hydraulic systems. They usually consist of several stacked piezoelectric layers, these piezoelectric layers are each provided with a pair of electrodes and are supplied by these pairs of electrodes with voltage. Piezo actuators with two piezo layers are referred to as bimorph piezo actuators, or piezo actuators with more than two piezo layers as multimorph piezo actuators. Piezo actuators with two active piezo layers and a passive intermediate layer are called trimorphic piezoactuators. All of these different piezo actuators use the reciprocal piezoelectric effect of the piezo layers.
  • the control of the piezo actuators is often bipolar.
  • the electrode pair of a first piezoelectric layer (or the electrode pairs of a first group of piezoelectric layers) is connected to a first voltage source.
  • the electrode pair of a second piezoelectric layer (or the electrode pairs of a second group of piezoelectric layers) is connected to a second voltage source.
  • a drive voltage lies between a pair of electrodes in accordance with the direction of polarization of the piezo layer lying therebetween, then it expands. If the applied voltage acts against the polarization of the intervening piezoelectric layer, it contracts.
  • the power requirement and thus also the power losses in active operation of the piezoelectric actuator due to the cross-flow through the resistance circuit become correspondingly large. It should also be mentioned that the switching voltages in piezo actuators can often amount to several hundred volts.
  • the present invention is therefore based on the object to provide a drive circuit or a method for controlling piezo units, in particular trimorphic piezo actuators, which / has none of the above-mentioned disadvantages.
  • This object is achieved by generating the drive voltages for the two piezoelectric layers (or the groups of piezoelectric layers) with a capacitive voltage divider.
  • the invention is based on the consideration that adjusts the voltages of the partial capacitances according to the ratios of the capacitive voltage divider.
  • the two drive voltages of the piezoelectric layers are generated according to the invention by a capacitive voltage divider.
  • a capacitive voltage divider For this purpose, two opposite electrodes of two piezoelectric layers are short-circuited, so that these two electrodes form a common electrode for the two opposite sides of the two piezoelectric layers.
  • This common electrode simultaneously corresponds to the center tap of the capacitive voltage divider.
  • the drive circuits according to the invention offer in comparison to the known drive circuits of piezo units shorter positioning times while minimizing power loss when controlling the piezo units.
  • the capacitive voltage divider preferably consists of a first capacitor arranged between the common electrode and the drive reference potential and the two self-capacitances of the piezoelectric layers with the common electrode.
  • the capacitive voltage divider is provided with two further capacitors, wherein a first of these two capacitors parallel to the first piezoelectric layer thus parallel to the self-capacitance of this first piezoelectric layer and a second of these two capacitors parallel to the second piezoelectric layer is arranged to the self-capacitance of this second piezoelectric layer.
  • the self-capacitances of the piezoelectric layers can be increased by these two further capacitors. This can have a positive effect on the dimensioning of the drive voltages of the piezoelectric layers.
  • a resistance voltage divider can advantageously be connected in parallel with the capacitive voltage divider.
  • This resistance voltage divider can be designed correspondingly high impedance and preferably consists of a first resistor and two other resistors.
  • the first resistor is arranged in parallel with the first capacitor and thus between the common electrode and the drive reference potential.
  • the two further resistors are thus arranged parallel to one of the two piezoelectric layers thus one of the two self-capacitances of the piezoelectric layers.
  • the voltages set by the resistance voltage divider should correspond to the capacitive voltage divider.
  • a circuit unit for limiting the voltage is arranged parallel to the first capacitor and thus likewise between the common electrode and the drive reference potential.
  • this voltage limiting circuit consists of a Zener diode. Due to the arrangement and corresponding dimensioning of the Zener diode, the height of the second drive voltage generated by the first capacitor can be limited to a desired voltage value during the charging process of this capacitor.
  • the second drive voltage is held at the drive reference potential, so that the second piezo unit supplied with the second drive voltage does not generate any undesired counterforce.
  • combinations of the circuit expansions described above can also be arranged for the capacitive voltage divider.
  • FIG. 1 shows a first drive circuit according to the invention
  • FIG. 6 shows a second drive circuit according to the invention with an extended capacitive voltage divider
  • FIG. 7 shows a third drive circuit according to the invention with a
  • FIG. 8 shows a fourth drive circuit according to the invention with a Zener diode as
  • the trimorphic piezoelectric actuator consists of two active piezoelectric layers 110, 120 and a passive intermediate layer 200.
  • the two piezoelectric layers 110, 120 are each connected to a pair of electrodes 311, 312 and 321, 322 with electrical supply lines 510, 520, 530 thus also electrically connected to connection points 1, 2, 3.
  • the electrodes 312, 321 are electrically short-circuited and thus form a common electrode 400 for the two piezoelectric layers 110, 120.
  • a capacitor C1 is arranged according to the invention.
  • This capacitor C1 forms with the self-capacitances C10, C20 of the piezoelectric layers 110, 120 a capacitive voltage divider.
  • the control of the piezoelectric actuator according to Figure 1 is explained in more detail in Figures 2 and 4.
  • the activation of the piezoelectric actuator can be done in two directions.
  • FIGS. 2, 4 illustrate the two piezoelectric layers 110, 120 are polarized in mutually opposite directions P110, P120, the polarizations P110, P120 being applied perpendicular to the longitudinal direction of the piezoelectric layer 110, 120.
  • the piezoelectric layer 110 or 120 expands upon application of a positive voltage (ie, the voltage direction also the direction of the electric field is equal to the polarization of the piezoelectric layer) at the piezoelectric layer 110, 120 or when applying a negative voltage (ie the direction of the electric field is opposite to the polarization of the piezoelectric layer).
  • a positive voltage ie, the voltage direction also the direction of the electric field is equal to the polarization of the piezoelectric layer
  • a negative voltage ie the direction of the electric field is opposite to the polarization of the piezoelectric layer.
  • connection point 1 a drive voltage UB is applied at connection point 1.
  • connection points 2 and 3 are held at the ground potential at the same voltage reference potential, for example.
  • the capacitor C1 with the self-capacitance C20 of the piezoelectric layer 120 forms a parallel circuit.
  • This parallel circuit again forms a series circuit with the self-capacitance C10 of the piezoelectric layer 110 and is fed by the drive voltage UB, as illustrated by the equivalent circuit in FIG.
  • the two piezo layers are polarized in mutually opposite directions P110, P120.
  • the two voltages U11, U12 are rectified relative to each other or the first piezoelectric layer 110, however, directed counter to the second piezoelectric layer 120.
  • the two voltages U11, U12 in the two piezoelectric layers 110, 120 act differently.
  • the voltage U11 has a positive change in length 510 or expansion of the piezoelectric layer 110 in the longitudinal direction
  • the voltage U12 has a negative change in length 520 or contraction of the piezoelectric layer 120 in the longitudinal direction.
  • connection point 3 In the second case, the control voltage UB is applied at connection point 3.
  • the connection point 1 is held in this step with the connection point 2 at the ground potential.
  • the capacitor C1 forms a parallel circuit in this step with the self-capacitance C10 of the piezoelectric layer 110.
  • This parallel circuit in turn forms a series circuit with the self-capacitance C20 of the piezoelectric layer 120 and is fed by the drive voltage UB, as illustrated by the equivalent circuit in FIG.
  • the two voltages U11, U12 on the two piezoelectric layers 110, 120 cause a negative change in length 540 in the piezoelectric layer 110 and a positive change in length 550 in the piezoelectric layer 120 in contrast to the first step.
  • These length changes 540, 550 in turn lead to a bend the passive intermediate layer 200 together with the two piezo layers 110, 120 in the direction of arrow 560.
  • another capacitor C2, C3 is arranged parallel to the self-capacitances C10, C20 of the piezoelectric layers 110, 120, as illustrated in FIG.
  • a first capacitor C2 parallel to the first piezoelectric layer 110 is thus also arranged parallel to the self-capacitance C10 of this first piezoelectric layer 110 and another capacitor C3 parallel to the second piezoelectric layer 120 is also arranged parallel to the self-capacitance C20 of this second piezoelectric layer 120.
  • the self-capacitances C10, C20 of the piezoelectric layers 110, 120 can be increased by these two further capacitors C2, C3.
  • the desired operating point of the piezoelectric actuator is set.
  • FIG. 7 shows a further embodiment of the drive circuit 30 according to the invention with a resistance voltage divider for reducing or avoiding the voltage drift with long turn-on times of the drive voltages.
  • the resistance voltage divider consists of a first and two further resistors R1, R2, and R3.
  • the first resistor R1 is arranged parallel to the first capacitor C1 and thus likewise between the common electrode 400 and the drive reference potential Uo.
  • One of the two further resistors R2 is thus arranged in parallel to the first piezoelectric layer 110 and thus between the connection point 1 and the common electrode 400 or the second of these two resistors R3 parallel to the second piezoelectric layer 120 between the connection point 2 and the common electrode 400.
  • FIG. 8 shows a further embodiment of the drive circuit 40 according to the invention with a circuit unit for limiting the voltage, wherein this circuit unit is preferably a Zener diode Z arranged parallel to the capacitor C1 and thus also between the common electrode 400 and the drive reference potential Uo.
  • this circuit unit is preferably a Zener diode Z arranged parallel to the capacitor C1 and thus also between the common electrode 400 and the drive reference potential Uo.
  • the Zener diode Z By appropriate dimensioning of the Zener diode Z, the maximum height of the second drive voltage U400 generated by the capacitor C1 can thus be limited to the common electrode 400 during the charging process to a desired voltage value.
  • the second drive voltage U400 is limited to the drive reference potential (more precisely the flow voltage of the Zener diode), so that the second piezo unit supplied with the second drive voltage does not generate any undesired counterforce.

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

The aim of the invention is to create a control circuit or a method for controlling a piezoelectric unit, especially a trimorphemic piezoelectric actuator, which enables a control with shorter adjustment times than the known control circuits or control methods, and the same minimum power loss during the control. According to the invention, the two control voltages of the piezoelectric layers (110, 120) are produced by a capacitive voltage divider (C10, C20, C1). To this end, two opposite electrodes (312, 321) of two piezoelectric layers are short-circuited so that said two electrodes form a common electrode (400) for the two opposite sides of the two piezoelectric layers. Said common electrode is connected to the control voltage produced by the capacitive voltage divider. During charging, the capacitive voltage divider acts as a voltage divider for a first of the two piezoelectric layers with the common electrode. The dimensioning of the capacitance relations of the capacitive voltage divider enables the intensity of the control voltages to be adjusted for both piezoelectric layers.

Description

SCHALTUNG SOWIE VERFAHREN ZUR ANSTEUERUNG EINES TRIMORPHEN PIEZOAKTORS CIRCUIT AND METHOD FOR CONTROLLING A TRIMORPHIC PIEZOACTOR
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ansteuerschaltung bzw. ein Verfahren zur Ansteuerung von Piezoeinheiten, insbesondere eines trimorphen Piezoaktors, nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 und 11.The present invention relates to a drive circuit or a method for controlling piezo units, in particular a trimorphic piezoelectric actuator, according to the preamble of independent claims 1 and 11.
Piezoeinheiten, insbesondere trimorphe Piezoaktoren werden z. B. als Stellglieder in Ventilen für pneumatische und hydraulische Systeme eingesetzt. Sie bestehen in der Regel aus mehreren übereinander gestapelten Piezoschichten, wobei diese Piezoschichten jeweils mit einem Elektrodenpaar versehen sind und durch diese Elektrodenpaare mit Spannung versorgt werden. Piezoaktoren mit zwei Piezoschichten bezeichnet man als bimorpher Piezoaktor, bzw. Piezoaktoren mit mehr als zwei Piezoschichten als multimorpher Piezoaktor. Piezoaktoren mit zwei aktiven Piezoschichten und einer passiven Zwischenschicht bezeichnet man als trimorpher Piezoaktor. Bei allen dieser verschiedenen Piezoaktoren wird der reziproke piezoelektrische Effekt der Piezoschichten genutzt.Piezo units, in particular trimorphic piezoelectric actuators z. B. used as actuators in valves for pneumatic and hydraulic systems. They usually consist of several stacked piezoelectric layers, these piezoelectric layers are each provided with a pair of electrodes and are supplied by these pairs of electrodes with voltage. Piezo actuators with two piezo layers are referred to as bimorph piezo actuators, or piezo actuators with more than two piezo layers as multimorph piezo actuators. Piezo actuators with two active piezo layers and a passive intermediate layer are called trimorphic piezoactuators. All of these different piezo actuators use the reciprocal piezoelectric effect of the piezo layers.
Die Ansteuerung der Piezoaktoren erfolgt häufig bipolar. Das Elektrodenpaar einer ersten Piezoschicht (bzw. die Elektrodenpaare einer ersten Gruppe von Piezoschichten) wird an einer ersten Spannungsquelle angeschlossen. Analog wird das Elektrodenpaar einer zweiten Piezoschicht (bzw. die Elektrodenpaare einer zweiten Gruppe von Piezoschichten) an einer zweiten Spannungsquelle angeschlossen.The control of the piezo actuators is often bipolar. The electrode pair of a first piezoelectric layer (or the electrode pairs of a first group of piezoelectric layers) is connected to a first voltage source. Similarly, the electrode pair of a second piezoelectric layer (or the electrode pairs of a second group of piezoelectric layers) is connected to a second voltage source.
Liegt zwischen einem Elektrodenpaar eine Ansteuerspannung gemäß der Polarisationsrichtung der dazwischen liegenden Piezoschicht, so expandiert diese. Wirkt die angelegte Spannung entgegen der Polarisation der dazwischen liegenden Piezoschicht so kontrahiert diese.If a drive voltage lies between a pair of electrodes in accordance with the direction of polarization of the piezo layer lying therebetween, then it expands. If the applied voltage acts against the polarization of the intervening piezoelectric layer, it contracts.
Bei Absinken der äußeren Spannung stellt sich die Expansion/Kontraktion der Piezoschicht wieder entsprechend zurück. Die Längenänderungen der Piezoschichten führen dazu, dass der Piezoaktor in beiden Richtungen senkrecht zur Piezoschichtfläche hin und her biegt. Die notwendigen Ansteuerspannungen beider Spannungsquellen werden häufig durch eine zusätzliche, externe Widerstandsbeschaltung aus einer gemeinsamen Spannungsquelle erzeugt. Derartige Widerstandsbeschaltung hat jedoch folgende Nachteile: Bei einer hochohmigen Dimensionierung der Widerstandsbeschaltung werden die Stellzeiten τ für den Piezoaktor in Abhängigkeit der Widerstandsgröße R groß bei einer gleichbleibenden Eigenkapazität Cp1EZo der Piezoschicht, da für die Stellzeit τ gilt: τ = R *CPIEZO . Bei einer entsprechend niederohmigen Dimensionierung der Widerstandsbeschaltung werden dagegen der Strombedarf und somit auch die Verlustleistungen im aktiven Betrieb des Piezoaktors aufgrund des Querstromes durch die Widerstandsbeschaltung entsprechend groß. Hierbei ist noch zu erwähnen, dass die Schaltspannungen bei Piezoaktoren oft mehrere hundert Volt betragen können.When the external voltage drops, the expansion / contraction of the piezoelectric layer returns accordingly. The changes in length of the piezoelectric layers cause the piezoelectric actuator to bend back and forth in both directions perpendicular to the piezoelectric layer surface. The necessary drive voltages of both voltage sources are often generated by an additional, external resistor circuit from a common voltage source. However, such resistance circuit has the following disadvantages: In a high-impedance dimensioning of the resistance circuit, the positioning times τ for the piezoelectric actuator as a function of the resistance R large at a constant self-capacitance Cp 1EZ o the piezoelectric layer , since for the positioning time τ applies: τ = R * C PIEZO . With a correspondingly low-impedance dimensioning of the resistance circuit, on the other hand, the power requirement and thus also the power losses in active operation of the piezoelectric actuator due to the cross-flow through the resistance circuit become correspondingly large. It should also be mentioned that the switching voltages in piezo actuators can often amount to several hundred volts.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Ansteuerschaltung bzw. ein Verfahren zur Ansteuerung von Piezoeinheiten, insbesondere trimorphem Piezoaktoren, zu schaffen, welche/welches keinen der oben genannten Nachteile aufweist. Diese Aufgabe wird gelöst, indem die Ansteuerspannungen für die beiden Piezoschichten (bzw. die Gruppen von Piezoschichten) mit einem kapazitiven Spannungsteiler erzeugt wird.The present invention is therefore based on the object to provide a drive circuit or a method for controlling piezo units, in particular trimorphic piezo actuators, which / has none of the above-mentioned disadvantages. This object is achieved by generating the drive voltages for the two piezoelectric layers (or the groups of piezoelectric layers) with a capacitive voltage divider.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass sich beim kapazitiven Spannungsteiler die Spannungen an den Teilkapazitäten entsprechend der Verhältnisse der Kapazitäten einstellt. So werden die beiden Ansteuerspannungen der Piezoschichten erfindungsgemäß von einem kapazitiven Spannungsteiler erzeugt. Hierzu werden zwei gegenüberliegenden Elektroden zweier Piezoschichten kurzgeschlossen, sodass diese beiden Elektroden eine gemeinsame Elektrode für die zwei gegenüberliegenden Seiten der beiden Piezoschichten bilden. Diese gemeinsame Elektrode entspricht gleichzeitig dem Mittenabgriff des kapazitiven Spannungsteilers. Durch Dimensionierung der Kapazitätsverhältnisse des kapazitiven Spannungsteilers kann die Höhe der Ansteuerspannungen für die beiden Piezoschichten eingestellt werden.The invention is based on the consideration that adjusts the voltages of the partial capacitances according to the ratios of the capacitive voltage divider. Thus, the two drive voltages of the piezoelectric layers are generated according to the invention by a capacitive voltage divider. For this purpose, two opposite electrodes of two piezoelectric layers are short-circuited, so that these two electrodes form a common electrode for the two opposite sides of the two piezoelectric layers. This common electrode simultaneously corresponds to the center tap of the capacitive voltage divider. By dimensioning the capacitance ratios of the capacitive voltage divider, the height of the drive voltages for the two piezoelectric layers can be adjusted.
Die erfindungsgemäßen Ansteuerschaltungen bieten im Vergleich zu den bekannten Ansteuerschaltungen von Piezoeinheiten kürzere Stellzeiten bei gleichzeitig minimaler Verlustleistung bei Ansteuerung der Piezoeinheiten.The drive circuits according to the invention offer in comparison to the known drive circuits of piezo units shorter positioning times while minimizing power loss when controlling the piezo units.
Vorzugsweise besteht der kapazitive Spannungsteiler aus einem zwischen der gemeinsamen Elektrode und dem Ansteuerbezugspotential angeordneten ersten Kondensator und den beiden Eigenkapazitäten der Piezoschichten mit der gemeinsamen Elektrode. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der kapazitive Spannungsteiler aber mit zwei weiteren Kondensatoren versehen, wobei ein erster dieser beiden Kondensatoren parallel zu der ersten Piezoschicht somit auch parallel zu der Eigenkapazität dieser ersten Piezoschicht und ein zweiter dieser beiden Kondensatoren parallel zu der zweiten Piezoschicht somit auch parallel zu der Eigenkapazität dieser zweiten Piezoschicht angeordnet wird. Die Eigenkapazitäten der Piezoschichten können durch diese zwei weiteren Kondensatoren vergrößert werden. Dies kann sich positiv auf die Dimensionierung der Ansteuerspannungen der Piezoschichten auswirken.The capacitive voltage divider preferably consists of a first capacitor arranged between the common electrode and the drive reference potential and the two self-capacitances of the piezoelectric layers with the common electrode. In a further preferred embodiment, however, the capacitive voltage divider is provided with two further capacitors, wherein a first of these two capacitors parallel to the first piezoelectric layer thus parallel to the self-capacitance of this first piezoelectric layer and a second of these two capacitors parallel to the second piezoelectric layer is arranged to the self-capacitance of this second piezoelectric layer. The self-capacitances of the piezoelectric layers can be increased by these two further capacitors. This can have a positive effect on the dimensioning of the drive voltages of the piezoelectric layers.
Zur Reduzierung bzw. Vermeidung einer Spannungsdrift bei langen Einschaltzeiten der Ansteuerspannungen kann dem kapazitiven Spannungsteiler vorteilhafterweise ein Widerstandsspannungsteiler parallel geschaltet werden. Dieser Widerstandsspannungsteiler kann entsprechend hochohmig ausgelegt werden und besteht vorzugsweise aus einem ersten Widerstand und zwei weiteren Widerständen. Der erste Widerstand wird parallel zu dem ersten Kondensator und somit zwischen der gemeinsamen Elektrode und dem Ansteuerbezugspotential angeordnet. Die zwei weiteren Widerstände werden jeweils parallel zu einer der beiden Piezoschichten somit einer der beiden Eigenkapazitäten der Piezoschichten angeordnet. Die durch den Widerstandsspannungsteiler eingestellten Spannungen sollen dabei dem kapazitiven Spannungsteiler entsprechen.In order to reduce or avoid a voltage drift in the case of long turn-on times of the drive voltages, a resistance voltage divider can advantageously be connected in parallel with the capacitive voltage divider. This resistance voltage divider can be designed correspondingly high impedance and preferably consists of a first resistor and two other resistors. The first resistor is arranged in parallel with the first capacitor and thus between the common electrode and the drive reference potential. The two further resistors are thus arranged parallel to one of the two piezoelectric layers thus one of the two self-capacitances of the piezoelectric layers. The voltages set by the resistance voltage divider should correspond to the capacitive voltage divider.
Ferner wird in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eine Schaltungseinheit zur Spannungsbegrenzung parallel zu dem ersten Kondensator und somit ebenfalls zwischen der gemeinsamen Elektrode und dem Ansteuerbezugspotential angeordnet. Vorzugsweise besteht diese Spannungsbegrenzungsschaltung aus einer Z-Diode. Durch die Anordnung und entsprechende Dimensionierung der Z-Diode kann die Höhe der vom ersten Kondensator erzeugten zweiten Ansteuerspannung beim Ladevorgang dieses Kondensators auf einen gewünschten Spannungswert begrenzt werden. Zusätzlich wird beim Entladevorgang des Kondensators die zweite Ansteuerspannung auf das Ansteuerbezugspotential gehalten, sodass die zweite mit der zweiten Ansteuerspannung versorgte Piezoeinheit keine unerwünschte Gegenkraft erzeugt.Furthermore, in a further preferred embodiment, a circuit unit for limiting the voltage is arranged parallel to the first capacitor and thus likewise between the common electrode and the drive reference potential. Preferably, this voltage limiting circuit consists of a Zener diode. Due to the arrangement and corresponding dimensioning of the Zener diode, the height of the second drive voltage generated by the first capacitor can be limited to a desired voltage value during the charging process of this capacitor. In addition, during the discharging process of the capacitor, the second drive voltage is held at the drive reference potential, so that the second piezo unit supplied with the second drive voltage does not generate any undesired counterforce.
In einer weiterführenden Ausführungsform können dem kapazitiven Spannungsteiler auch Kombinationen der oben beschriebenen Schaltungserweiterungen angeordnet werden.In a further embodiment, combinations of the circuit expansions described above can also be arranged for the capacitive voltage divider.
Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Ansteuerschaltung für Piezoeinheiten anhand einiger Ausführungsbeispiele unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutet. Als Beispiel dient dabei eine Ansteuerschaltung für einen trimorphen Piezoaktor. Dabei zeigt in schematischer Darstellung,In the following, the drive circuit for piezo units according to the invention is explained in more detail with reference to some embodiments with the aid of figures. As an an example serves a drive circuit for a trimorphic piezoelectric actuator. It shows in a schematic representation,
Figur 1 eine erste erfindungsgemäße Ansteuerschaltung,FIG. 1 shows a first drive circuit according to the invention,
Figur 2, 4 erfindungsgemäße Ansteuerung des Piezoaktors mithilfe der ersten erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung,2, 4 control according to the invention of the piezoelectric actuator using the first drive circuit according to the invention,
Figur 3, 5 Ersatzschaltbild der ersten erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung samt dem Piezoaktor bei erfindungsgemäßer Ansteuerung des Piezoaktors nach Figuren 2, 4.Figure 3, 5 equivalent circuit diagram of the first drive circuit according to the invention together with the piezoelectric actuator in the inventive control of the piezoelectric actuator according to figures 2, 4th
Figur 6 eine zweite erfindungsgemäße Ansteuerschaltung mit einem erweiterten kapazitiven Spannungsteiler,FIG. 6 shows a second drive circuit according to the invention with an extended capacitive voltage divider,
Figur 7 eine dritte erfindungsgemäße Ansteuerschaltung mit einem7 shows a third drive circuit according to the invention with a
Widerstandsspannungsteiler, undResistance voltage divider, and
Figur 8 eine vierte erfindungsgemäße Ansteuerschaltung mit einem Z-Diode als8 shows a fourth drive circuit according to the invention with a Zener diode as
Spannungsbegrenzung.Voltage limitation.
Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung eine erste erfindungsgemäße Ansteuerschaltung für einen trimorphen Piezoaktor 10. Demnach besteht der trimorphe Piezoaktor aus zwei aktiven Piezoschichten 110, 120 und einer passiven Zwischenschicht 200. Die beiden Piezoschichten 110, 120 sind jeweils mit einem Elektrodenpaar 311, 312 bzw. 321, 322 mit elektrischen Versorgungsleitungen 510, 520, 530 somit auch mit Anschlusspunkten 1, 2, 3 elektrisch verbunden. Erfindungsgemäß sind die Elektroden 312, 321 elektrisch kurzgeschlossen und bilden so eine gemeinsame Elektrode 400 für die beiden Piezoschichten 110, 120. Zwischen dieser gemeinsamen Elektrode 400 und dem Ansteuerbezugspotential Uo (Anschlusspunkt 2) ist erfindungsgemäß ein Kondensator C1 angeordnet. Dieser Kondensator C1 bildet mit den Eigenkapazitäten C10, C20 der Piezoschichten 110, 120 einen kapazitiven Spannungsteiler. Die Ansteuerung des Piezoaktors gemäß Figur 1 wird in Figuren 2 und 4 näher erläutert. Die Ansteuerung des Piezoaktors kann in zwei Richtungen erfolgen..1 shows a schematic representation of a first drive circuit according to the invention for a trimorphic piezoelectric actuator 10. Accordingly, the trimorphic piezoelectric actuator consists of two active piezoelectric layers 110, 120 and a passive intermediate layer 200. The two piezoelectric layers 110, 120 are each connected to a pair of electrodes 311, 312 and 321, 322 with electrical supply lines 510, 520, 530 thus also electrically connected to connection points 1, 2, 3. According to the invention, the electrodes 312, 321 are electrically short-circuited and thus form a common electrode 400 for the two piezoelectric layers 110, 120. Between this common electrode 400 and the drive reference potential Uo (connection point 2), a capacitor C1 is arranged according to the invention. This capacitor C1 forms with the self-capacitances C10, C20 of the piezoelectric layers 110, 120 a capacitive voltage divider. The control of the piezoelectric actuator according to Figure 1 is explained in more detail in Figures 2 and 4. The activation of the piezoelectric actuator can be done in two directions.
Die Ansteuerung für die erste Richtung ist in Figur 2 und für die zweite Richtung in Figur 4 dargestellt. Wie die Figuren 2, 4 veranschaulichen, sind die beiden Piezoschichten 110, 120 in zueinander entgegen gesetzten Richtungen polarisiert P110, P120, wobei die Polarisationen P110, P120 senkrecht zur Längsrichtung der Piezoschicht 110, 120 aufgebracht sind.The control for the first direction is shown in Figure 2 and for the second direction in Figure 4. As FIGS. 2, 4 illustrate, the two piezoelectric layers 110, 120 are polarized in mutually opposite directions P110, P120, the polarizations P110, P120 being applied perpendicular to the longitudinal direction of the piezoelectric layer 110, 120.
Demzufolge expandiert die Piezoschicht 110 bzw. 120 bei Anlegen einer positiven Spannung (d. h. die Spannungssrichtung somit auch die Richtung des elektrischen Felds ist gleich der Polarisation der Piezoschicht) an der Piezoschicht 110, 120 bzw. kontrahiert bei Anlegen einer negativen Spannung (d. h. die Richtung des elektrischen Felds ist entgegengesetzt zu der Polarisation der Piezoschicht).Consequently, the piezoelectric layer 110 or 120 expands upon application of a positive voltage (ie, the voltage direction also the direction of the electric field is equal to the polarization of the piezoelectric layer) at the piezoelectric layer 110, 120 or when applying a negative voltage (ie the direction of the electric field is opposite to the polarization of the piezoelectric layer).
Im ersten Fall wird am Anschlusspunkt 1 eine Ansteuerspannung UB angelegt. Die Anschlusspunkte 2 und 3 werden in diesem Arbeitsschritt auf demselben Spannungsbezugspotential bspw. auf dem Massepotential gehalten. So bildet der Kondensator C1 mit der Eigenkapazität C20 der Piezoschicht 120 eine Parallelschaltung. Diese Parallelschaltung bildet wiederum mit der Eigenkapazität C10 der Piezoschicht 110 eine Reihenschaltung und wird von der Ansteuerspannung UB gespeist, wie es die Ersatzschaltung in der Figur 3 veranschaulicht.In the first case, a drive voltage UB is applied at connection point 1. In this step, the connection points 2 and 3 are held at the ground potential at the same voltage reference potential, for example. Thus, the capacitor C1 with the self-capacitance C20 of the piezoelectric layer 120 forms a parallel circuit. This parallel circuit again forms a series circuit with the self-capacitance C10 of the piezoelectric layer 110 and is fed by the drive voltage UB, as illustrated by the equivalent circuit in FIG.
Das Spannungspotential U400 an der gemeinsamen Elektrode 400 stellt sich entsprechend dem Verhältnis der Kapazitäten C10 und (C1 + C20) ein. Damit ergeben sich die resultierenden Spannungen U11 = UB - U400 an der Eigenkapazität C10 und U12 = U400 an der Eigenkapazität C20.The voltage potential U400 at the common electrode 400 adjusts according to the ratio of the capacitances C10 and (C1 + C20). This results in the resulting voltages U11 = UB - U400 at the self-capacitance C10 and U12 = U400 at the self-capacitance C20.
Wie oben bereits erwähnt, sind die beiden Piezoschichten in zueinander entgegen gesetzten Richtungen polarisiert P110, P120. Die beiden Spannungen U11 , U12 sind zueinander bzw. der ersten Piezoschicht 110 gleichgerichtet jedoch der zweiten Piezoschicht 120 entgegen gerichtet. Damit wirken die beiden Spannungen U11, U12 in den beiden Piezoschichten 110, 120 anders. In der ersten Piezoschicht 110 wirkt die Spannung U11 eine positive Längenänderung 510 bzw. Expansion der Piezoschicht 110 in der Längsrichtung und in der zweiten Piezoschicht 120 wirkt die Spannung U12 eine negative Längenänderung 520 bzw. Kontraktion der Piezoschicht 120 in der Längsrichtung. Diese Längenänderungen 510, 520 führen ihrerseits zu einer Biegung der passiven Zwischenschicht 200 samt den beiden Piezoschichten 110, 120 in die Pfeilsrichtung 530.As already mentioned above, the two piezo layers are polarized in mutually opposite directions P110, P120. However, the two voltages U11, U12 are rectified relative to each other or the first piezoelectric layer 110, however, directed counter to the second piezoelectric layer 120. Thus, the two voltages U11, U12 in the two piezoelectric layers 110, 120 act differently. In the first piezoelectric layer 110, the voltage U11 has a positive change in length 510 or expansion of the piezoelectric layer 110 in the longitudinal direction and in the second piezoelectric layer 120 the voltage U12 has a negative change in length 520 or contraction of the piezoelectric layer 120 in the longitudinal direction. These length changes 510, 520 in turn lead to a bending of the passive intermediate layer 200 together with the two piezoelectric layers 110, 120 in the direction of the arrow 530.
Im zweiten Fall wird am Anschlusspunkt 3 die Ansteuerspannung UB angelegt. Der Anschlusspunkt 1 wird in diesem Arbeitsschritt mit dem Anschlusspunkt 2 auf dem Massepotential gehalten. So bildet der Kondensator C1 in diesem Arbeitsschritt mit der Eigenkapazität C10 der Piezoschicht 110 eine Parallelschaltung. Diese Parallelschaltung bildet wiederum mit der Eigenkapazität C20 der Piezoschicht 120 eine Reihenschaltung und wird von der Ansteuerspannung UB gespeist, wie es die Ersatzschaltung in der Figur 5 veranschaulicht.In the second case, the control voltage UB is applied at connection point 3. The connection point 1 is held in this step with the connection point 2 at the ground potential. Thus, the capacitor C1 forms a parallel circuit in this step with the self-capacitance C10 of the piezoelectric layer 110. This parallel circuit in turn forms a series circuit with the self-capacitance C20 of the piezoelectric layer 120 and is fed by the drive voltage UB, as illustrated by the equivalent circuit in FIG.
In diesem Ansteuerfall bewirken die beiden Spannungen U11, U12 an den beiden Piezoschichten 110, 120 im Gegensatz zum ersten Arbeitsschritt eine negative Längenänderung 540 in der Piezoschicht 110 und eine positive Längenänderung 550 in der Piezoschicht 120. Diese Längenänderungen 540, 550 führen ihrerseits zu einer Biegung der passiven Zwischenschicht 200 samt den beiden Piezoschichten 110, 120 in die Pfeilsrichtung 560.In this drive case, the two voltages U11, U12 on the two piezoelectric layers 110, 120 cause a negative change in length 540 in the piezoelectric layer 110 and a positive change in length 550 in the piezoelectric layer 120 in contrast to the first step. These length changes 540, 550 in turn lead to a bend the passive intermediate layer 200 together with the two piezo layers 110, 120 in the direction of arrow 560.
Vorzugsweise ist parallel zu den Eigenkapazitäten C10, C20 der Piezoschichten 110, 120 jeweils ein weiterer Kondensator C2, C3 angeordnet, wie es Figur 6 veranschaulicht. Dabei ist ein erster Kondensator C2 parallel zu der ersten Piezoschicht 110 somit auch parallel zu der Eigenkapazität C10 dieser ersten Piezoschicht 110 und ein weiterer Kondensator C3 parallel zu der zweiten Piezoschicht 120 somit auch parallel zu der Eigenkapazität C20 dieser zweiten Piezoschicht 120 angeordnet. Die Eigenkapazitäten C10, C20 der Piezoschichten 110, 120 können durch diese zwei weiteren Kondensatoren C2, C3 vergrößert werden. Durch entsprechende Dimensionierung der beiden weiteren Kondensatoren C2, C3 wird der gewünschte Arbeitspunkt des Piezoaktors eingestellt.Preferably, another capacitor C2, C3 is arranged parallel to the self-capacitances C10, C20 of the piezoelectric layers 110, 120, as illustrated in FIG. In this case, a first capacitor C2 parallel to the first piezoelectric layer 110 is thus also arranged parallel to the self-capacitance C10 of this first piezoelectric layer 110 and another capacitor C3 parallel to the second piezoelectric layer 120 is also arranged parallel to the self-capacitance C20 of this second piezoelectric layer 120. The self-capacitances C10, C20 of the piezoelectric layers 110, 120 can be increased by these two further capacitors C2, C3. By appropriate dimensioning of the two further capacitors C2, C3, the desired operating point of the piezoelectric actuator is set.
Figur 7 zeigt eine weiterführende Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung 30 mit einem Widerstandsspannungsteiler zur Reduzierung bzw. Vermeidung der Spannungsdrift bei langen Einschaltzeiten der Ansteuerspannungen. Der Widerstandsspannungsteiler besteht aus einem ersten und zwei weiteren Widerständen R1 , R2, und R3. Dabei ist der erste Widerstand R1 parallel zu dem ersten Kondensator C1 und somit ebenfalls zwischen der gemeinsamen Elektrode 400 und dem Ansteuerbezugspotential Uo angeordnet. Einer der zwei weiteren Widerstände R2 wird parallel zu der ersten Piezoschicht 110 und somit zwischen dem Anschlusspunkt 1 und der gemeinsamen Elektrode 400 bzw. der zweite dieser beiden Widerstände R3 parallel zu der zweiten Piezoschicht 120 somit zwischen dem Anschlusspunkt 2 und der gemeinsamen Elektrode 400 angeordnet.FIG. 7 shows a further embodiment of the drive circuit 30 according to the invention with a resistance voltage divider for reducing or avoiding the voltage drift with long turn-on times of the drive voltages. The resistance voltage divider consists of a first and two further resistors R1, R2, and R3. In this case, the first resistor R1 is arranged parallel to the first capacitor C1 and thus likewise between the common electrode 400 and the drive reference potential Uo. One of the two further resistors R2 is thus arranged in parallel to the first piezoelectric layer 110 and thus between the connection point 1 and the common electrode 400 or the second of these two resistors R3 parallel to the second piezoelectric layer 120 between the connection point 2 and the common electrode 400.
Figur 8 zeigt eine weiterführende Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung 40 mit einer Schaltungseinheit zur Spannungsbegrenzung, wobei diese Schaltungseinheit vorzugsweise eine parallel zu dem Kondensator C1 und somit ebenfalls zwischen der gemeinsamen Elektrode 400 und dem Ansteuerbezugspotential Uo angeordnete Z-Diode Z ist. Durch entsprechende Dimensionierung der Z-Diode Z kann somit die maximale Höhe der vom Kondensator C1 erzeugten zweiten Ansteuerspannung U400an der gemeinsamen Elektrode 400 beim Ladevorgang auf einen gewünschten Spannungswert begrenzt werden. Zusätzlich wird beim Entladevorgang des Kondensators C1 die zweite Ansteuerspannung U400 auf das Ansteuerbezugspotential (genauer Durchflusspannung der Z-Diode) begrenzt, sodass die zweite mit der zweiten Ansteuerspannung versorgte Piezoeinheit keine unerwünschte Gegenkraft erzeugt. FIG. 8 shows a further embodiment of the drive circuit 40 according to the invention with a circuit unit for limiting the voltage, wherein this circuit unit is preferably a Zener diode Z arranged parallel to the capacitor C1 and thus also between the common electrode 400 and the drive reference potential Uo. By appropriate dimensioning of the Zener diode Z, the maximum height of the second drive voltage U400 generated by the capacitor C1 can thus be limited to the common electrode 400 during the charging process to a desired voltage value. In addition, during the discharging process of the capacitor C1, the second drive voltage U400 is limited to the drive reference potential (more precisely the flow voltage of the Zener diode), so that the second piezo unit supplied with the second drive voltage does not generate any undesired counterforce.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
10, 20, 30, 40 Erfindungsgemäße Ansteuerschaltung in verschiedenen10, 20, 30, 40 inventive drive circuit in different
Ausführungsformenembodiments
1, 2, 3 Spannungsanschlusspunkte1, 2, 3 voltage connection points
110 Erste Piezoschicht110 First Piezo Layer
120 Zweite Piezoschicht120 Second piezo layer
200 Passive Zwischenschicht200 passive intermediate layer
311, 312 Elektrodenpaar für erste Piezoschicht 110311, 312 electrode pair for first piezoelectric layer 110
321 , 322 Elektrodenpaar für zweite Piezoschicht 120321, 322 electrode pair for second piezoelectric layer 120
400 Gemeinsame Elektrode für beide Piezoschichten 110, 120, durch400 common electrode for both piezo layers 110, 120, through
Kurzschließen zweier Elektroden 312, 321 entstandenShorting two electrodes 312, 321 emerged
510, 520, 530 Anschlussleitung für Ansteuerpotentiale U1 , Uo, U2510, 520, 530 Connection cable for control potentials U1, Uo, U2
610 Expansion der ersten Piezoschicht 110 im ersten Ansteuerfall610 expansion of the first piezoelectric layer 110 in the first drive case
620 Kontraktion der zweiten Piezoschicht 120 im ersten Ansteuerfall620 contraction of the second piezoelectric layer 120 in the first drive case
630 Biegrichtung des Piezoaktors im ersten Ansteuerfall630 Biegrichtung of the piezo actuator in the first drive case
640 Kontraktion der ersten Piezoschicht 110 im zweiten Ansteuerfall640 contraction of the first piezoelectric layer 110 in the second drive case
650 Expansion der zweiten Piezoschicht 120 im zweiten Ansteuerfall650 expansion of the second piezoelectric layer 120 in the second drive case
660 Biegrichtung des Piezoaktors im zweiten Ansteuerfall660 Biegrichtung of the piezoelectric actuator in the second drive case
C1 Externer Kondensator als Bestandteil des kapazitiver SpannungsteilersC1 External capacitor as part of the capacitive voltage divider
C2, C3 Zusätzliche externe Kondensatoren als Bestandteil des kapazitivenC2, C3 Additional external capacitors as part of the capacitive
Spannungsteilersvoltage divider
C10 Eigenkapazität der ersten Piezoschicht 110C10 intrinsic capacity of the first piezoelectric layer 110
C20 Eigenkapazität der zweiten Piezoschicht 120C20 own capacity of the second piezoelectric layer 120
R1 , R2, R3 Widerstände eines WiderstandsspannungsteilersR1, R2, R3 resistors of a resistance voltage divider
Z Z-Diode als SpannungsbegrenzerZ Z diode as voltage limiter
P110, P120 Polarisation der Piezoschicht 110 bzw. 120 P110, P120 Polarization of the piezoelectric layer 110 or 120

Claims

Patentansprüche claims
1. Ansteuerschaltung für eine Piezoeinheit, insbesondere eines trimorphen Piezoaktors,1. A drive circuit for a piezo unit, in particular a trimorphic piezoelectric actuator,
- wobei diese Piezoeinheit (10) zumindest zwei Piezoschichten (110, 120) aufweist,- Wherein this piezo unit (10) has at least two piezo layers (110, 120),
- wobei zumindest zwei Piezoschichten (110, 120) jeweils mit einem Elektrodenpaar (311, 312 bzw. 321, 322) versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass- Wherein at least two piezoelectric layers (110, 120) are each provided with a pair of electrodes (311, 312 or 321, 322), characterized in that
- diese Ansteuerschaltung zumindest einen kapazitiven Spannungsteiler (C1 , bzw. C1 , C2 und C3) zur Erzeugung einer Ansteuerspannung (U_c1) aufweist, und- This drive circuit has at least one capacitive voltage divider (C1, or C1, C2 and C3) for generating a drive voltage (U_c1), and
- zumindest eine Elektrode (312) einer ersten Piezoschicht (110) und eine Elektrode (321) einer zweiten Piezoschicht (120) miteinander elektrisch verbunden sind und somit eine gemeinsame Elektrode (400) für diese beiden Piezoschichten (110, 120) bilden,at least one electrode (312) of a first piezoelectric layer (110) and one electrode (321) of a second piezoelectric layer (120) are electrically connected to one another and thus form a common electrode (400) for these two piezoelectric layers (110, 120),
- wobei die gemeinsame Elektrode (400) mit der vom kapazitiven Spannungsteiler (C1 , bzw. C1, C2 und C3) erzeugten Ansteuerspannung (U_c1) beaufschlagt ist.- Wherein the common electrode (400) is acted upon by the capacitive voltage divider (C1, or C1, C2 and C3) generated drive voltage (U_c1).
2. Ansteuerschaltung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der kapazitive Spannungsteiler (C1, bzw. C1, C2 und C3) einen ersten Kondensator (C1) zwischen der gemeinsamen Elektrode (400) und dem Ansteuerbezugspotential (Uo) aufweist.2. Control circuit according to claim 1, characterized in that the capacitive voltage divider (C1, or C1, C2 and C3) has a first capacitor (C1) between the common electrode (400) and the Ansteuerbezugspotential (Uo).
3. Ansteuerschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der kapazitive Spannungsteiler (C1, bzw. C1, C2 und C3) unter anderem aus Eigenkapazitäten (C10, C20) der Piezoschichten (110, 120) und dem ersten Kondensator (C1) besteht.3. Drive circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the capacitive voltage divider (C1, or C1, C2 and C3), among other things, from self-capacitances (C10, C20) of the piezoelectric layers (110, 120) and the first capacitor (C1) consists.
4. Ansteuerschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der kapazitive Spannungsteiler (C1, bzw. C1, C2 und C3) eine Schaltungseinheit (R1 , bzw. R1 , R2 und R3) zur Reduzierung bzw. Vermeidung von Spannungsdrift aufweist.4. Control circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the capacitive voltage divider (C1, or C1, C2 and C3) has a circuit unit (R1, or R1, R2 and R3) for reducing or avoiding voltage drift.
5. Ansteuerschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass diese Schaltungseinheit (R1 , bzw. R1 , R2 und R3) zur Reduzierung bzw. Vermeidung von Spannungsdrift ein Widerstandsspannungsteiler (R1 , bzw. R1 , R2 und R3) ist. 5. Control circuit according to claim 4, characterized in that this circuit unit (R1, or R1, R2 and R3) to reduce or avoid voltage drift is a resistance voltage divider (R1, or R1, R2 and R3).
6. Ansteuerschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstandsspannungsteiler (R1, bzw. R1 , R2 und R3) einen ersten Widerstand (R1) aufweist, wobei dieser erste Widerstand (R1) parallel zu dem ersten Kondensator (C1) und somit ebenfalls zwischen der gemeinsamen Elektrode (400) und dem Ansteuerbezugspotential (Uo) angeordnet ist.6. Control circuit according to claim 5, characterized in that the resistance voltage divider (R1, or R1, R2 and R3) has a first resistor (R1), said first resistor (R1) parallel to the first capacitor (C1) and thus also is arranged between the common electrode (400) and the drive reference potential (Uo).
7. Ansteuerschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstandsspannungsteiler (R1 , bzw. R1 , R2 und R3) zwei weitere Widerstände (R2, R3) aufweist, wobei ein erster dieser zwei weiteren Widerstände (R2) parallel zu der ersten Piezoschicht (110) angeordnet ist, und ein zweiter dieser zwei weiteren Widerstände (R3) parallel zu der zweiten Piezoschicht (120) angeordnet ist.7. Control circuit according to claim 6, characterized in that the resistance voltage divider (R1, or R1, R2 and R3) has two further resistors (R2, R3), wherein a first of these two further resistors (R2) parallel to the first piezoelectric layer ( 110) is arranged, and a second of these two further resistors (R3) is arranged parallel to the second piezoelectric layer (120).
8. Ansteuerschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der kapazitive Spannungsteiler (C1, bzw. C1 , C2 und C3) zwei weitere Kondensatoren (C2, C3) aufweist, wobei ein erster dieser zwei weiteren Kondensatoren (C2) parallel zu der ersten Piezoschicht (110) angeordnet ist, und ein zweiter dieser zwei weiteren Kondensatoren (C3) parallel zu der zweiten Piezoschicht (120) angeordnet ist.8. A drive circuit according to claim 3, characterized in that the capacitive voltage divider (C1, or C1, C2 and C3) comprises two further capacitors (C2, C3), wherein a first of these two further capacitors (C2) parallel to the first piezoelectric layer (110) is arranged, and a second of these two further capacitors (C3) is arranged parallel to the second piezoelectric layer (120).
9. Ansteuerschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der kapazitive Spannungsteiler (C1, bzw. C1, C2 und C3) eine Schaltungseinheit (Z) zur Spannungsbegrenzung aufweist, wobei diese Schaltungseinheit (Z) parallel zu dem ersten Kondensator (C1) und somit ebenfalls zwischen der gemeinsamen Elektrode (400) und dem Ansteuerbezugspotential (Uo) angeordnet ist.9. Control circuit according to claim 3, characterized in that the capacitive voltage divider (C1, or C1, C2 and C3) comprises a circuit unit (Z) for limiting the voltage, said circuit unit (Z) parallel to the first capacitor (C1) and thus is also disposed between the common electrode (400) and the drive reference potential (Uo).
10. Ansteuerschaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungseinheit (Z) zur Spannungsbegrenzung eine Z-Diode (Z) ist.10. Control circuit according to claim 9, characterized in that the circuit unit (Z) for limiting the voltage is a Zener diode (Z).
11. Verfahren zur Ansteuerung einer Piezoeinheit, insbesondere eines trimorphen Piezoaktors,11. Method for controlling a piezo unit, in particular a trimorphic piezo actuator,
- wobei diese Piezoeinheit (10) zumindest zwei Piezoschichten (110, 120) aufweist,- Wherein this piezo unit (10) has at least two piezo layers (110, 120),
- wobei zumindest zwei Piezoschichten (110, 120) jeweils mit einem Elektrodenpaar (311 , 312 bzw. 321, 322) versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass- Wherein at least two piezoelectric layers (110, 120) are each provided with a pair of electrodes (311, 312 or 321, 322), characterized in that
- zumindest eine Elektrode (312) einer ersten Piezoschicht (110) und eine Elektrode (321) einer zweiten Piezoschicht (120) miteinander elektrisch kurzgeschlossen werden und somit eine gemeinsame Elektrode (400) für diese beiden Piezoschichten (110, 120) gebildet wird, und- At least one electrode (312) of a first piezoelectric layer (110) and an electrode (321) of a second piezoelectric layer (120) electrically shorted together and thus a common electrode (400) for these two piezoelectric layers (110, 120) is formed, and
- dieser gemeinsamen Elektrode (400) eine von einem kapazitiven Spannungsteiler (C1 , bzw. C1 , C2 und C3) erzeugte Ansteuerspannung (U_c1) angelegt wird, sodass- This common electrode (400) is generated by a capacitive voltage divider (C1, or C1, C2 and C3) generated driving voltage (U_c1), so that
- eine der beiden Piezoschichten (110 oder 120) mit dieser Ansteuerspannung (U_c1) angesteuert wird. - One of the two piezoelectric layers (110 or 120) is driven with this drive voltage (U_c1).
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