压电陶瓷驱动电源毕业设计说明书

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1、第 1 页 共 34 页 1. 绪论绪论 1.1 引言引言 压电陶瓷执行器因其体积小、位移分辨率高、响应速度快、输出力大、换能效 益高等优点，广泛应用于扫描探针显微镜、自适应/主动光学元件、纳米定位、振 动控制、声学、声纳、微流体输送等领域中1。 对于压电陶瓷稳定工作很多困难亟待解决，其中最迫切的就是驱动电源，压电 陶瓷驱动电源技术己成为目前压电陶瓷执行器应用中的关键技术之一2。 1.2 国内外研究现状国内外研究现状 压电陶瓷执行器驱动电源主要有电压控制型和电流/电荷控制型两种3，从实 现方式上主要有线性和开关式两种4。电压控制型压电陶瓷执行器驱动电源有以下 几种方式： 1）线性直流放大式电源

2、 直接采用高压运算放大器的方式具有静态性能好、 集成度高、 结构简单等优点， 但由于高压运算放大器的输出电流一般都小于200mA， 因此压电陶瓷执行器的动态性能受到限制。 2）电压跟随式电源 此种压电陶瓷执行器驱动电源将电压放大和功率放大分 离，驱动级可以提供较高的驱动电流；由于没有直接从输出的电压信号取得采样， 前后级之间会产生跟随误差，精度不可能很高；并且在静态时驱动电源仍有较大的 功率输出，效率不高，发热严重。 3）误差放大式电源 误差放大式驱动电源直接从输出电压取得反馈，可以对 电压进行实时监控，同时对电路中的电流进行监控，以保证电路工作在正常的范围 之内。误差放大式电源是电压控制型压

3、电陶瓷执行器驱动电源的主要形式。 4）开关式电源 开关式驱动电源基于直流变化器原理，由于输出级(通常是 MOSFET)只工作在开、关两种状态，因而提高了效率，发热小。但是，目前基于 这种原理研制的驱动电源输出纹波电压较大，频率特性差，电路实现也较复杂。因 此，采用开关式电源快速、准确驱动强容性负载仍需要更深入的研究5。 电流/电荷控制型压电陶瓷执行器驱动电源源于Comstock和Newcomb与Flinn 的研究工作，由于能降低叠堆型压电陶瓷执行器的滞后现象，实现线性驱动，得到 深入研究。但是电流/电荷控制型压电陶瓷执行器驱动电源存在零点漂移，低频特 第 2 页 共 34 页 性差，限制了其应

4、用6。 图 1.1 电压控制型压电陶瓷执行器驱动电源的原理：(a)直接采用高压运放,(b)跟随式,(c)误差放大式,(d)开关式 1.2.1 HPV 压电陶瓷驱动电源 哈尔滨工业大学研制的 HVP 系列压电陶瓷驱动电源，如图 1.2(a)所示，它的 第 3 页 共 34 页 主要性能指标如表 1.2（b）所示7： 图 a 图 b 图 1.2 （a）HPV驱动电源性能参数(b) HVP 压电陶瓷驱动电源 1.2.2 PI E-480 型压电陶瓷驱动电源 图 1.3 是 PI(Physic Instrument)公司生产的 E-480 型动态压电陶瓷驱动电源，具 有 2000W 峰值输出功率，输出电压范围为 01000V，可以配置成双极性输出7。 1.3 PiezoMechanic RCV 1000/7 型压电陶瓷驱动电源: 第 4 页 共 34 页 图 1.3 E-480 型压电陶瓷执行器驱动电源 图 1.4 是 PiezoMechanic 公司生产的 RCV 1000/7 型压电陶瓷驱动电源， 输出电 压范围为 01000V，增益为 200，峰值输出