壓電陶瓷的驅(qū)動(dòng)電源技術(shù)已成為非常重要應(yīng)用技術(shù)之一，它除了體積小，分辨率高，響應(yīng)快，推力大等一系列特點(diǎn)，同時(shí)，用它制成的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器廣泛應(yīng)用于微位移輸出裝置、力發(fā)生裝置、機(jī)器人、沖擊電機(jī)、光學(xué)掃描等重要領(lǐng)域。目前，國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的壓電陶瓷件主要基于靜態(tài)特性，因此該類壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源動(dòng)態(tài)特性不理想，交流負(fù)載能力差，不適合應(yīng)用于動(dòng)態(tài)領(lǐng)域。例如，壓電陶瓷管沖擊馬達(dá)，是基于沖擊原理，利用鋸齒波驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷管，使得壓電馬達(dá)產(chǎn)生正反的旋轉(zhuǎn)，頻響范圍寬及具有很高上升和下降速率是該類壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源必須滿足的重要?jiǎng)討B(tài)特性。但現(xiàn)在國(guó)內(nèi)對(duì)此種驅(qū)動(dòng)電源的研究不多，且價(jià)格昂貴，因此有必要設(shè)計(jì)一種滿足上述要求且價(jià)格低廉的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源。
1、高壓驅(qū)動(dòng)電源原理及電路設(shè)計(jì)
該高壓驅(qū)動(dòng)電源主要由高壓直流電源、恒流源及功率放大電路三部分組成。功率放大電路部分將鋸齒波信號(hào)放大，以此驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷管。為了得到快速的電壓下降速率，使壓電陶瓷管形成沖擊，則需使用恒流源幫助容性負(fù)載的壓電陶瓷快速泄放電荷。
?。?）高壓直流電源
高壓直流電源部分，工頻220V交流電經(jīng)變壓器輸出雙130V交流，經(jīng)整流橋整流和電容濾波后，得到180V直流電，作為驅(qū)動(dòng)電路的工作電壓。
解析高速壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源的性能優(yōu)勢(shì)
?。?）恒流源電路
恒流源電路，本設(shè)計(jì)電路的運(yùn)放選擇OP467，其上升速率可達(dá)到170V/μs，且具有極寬的響應(yīng)頻率，*能滿足要求。當(dāng)A點(diǎn)的輸入電壓為VA時(shí)，根據(jù)虛短原則，VA=VB，放大器同向輸入端與反向輸入端的輸入電流均為0，則VB=VC，所以流經(jīng)場(chǎng)效應(yīng)管的電流恒為I=VA/R3，此時(shí)VGS≥3.5V，場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通。假若輸入電壓VA有電壓波動(dòng)+△V，放大器的差模增益接近無(wú)窮大，所以VG增大，VGS增大，流經(jīng)場(chǎng)效應(yīng)管的電流增大，則VC增加；又因VB=VC，故VB也增大，且最終與VA相等，保證恒流源正常工作，反之當(dāng)△V為負(fù)時(shí)，同理。此恒流源電路的電流I=50mA，即電壓VA=7.5V，此恒流源電路的目的主要是幫助容性負(fù)載壓電陶瓷泄放電荷，使驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷管的鋸齒波具有快功率放大電路的D點(diǎn)連接在一起。
解析高速壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源的性能優(yōu)勢(shì)的驅(qū)動(dòng)電源技術(shù)已成為非常重要應(yīng)用技術(shù)之一，它除了體積小，分辨率高，響應(yīng)快，推力大等一系列特點(diǎn)，同時(shí)，用它制成的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器廣泛應(yīng)用于微位移輸出裝置、力發(fā)生裝置、機(jī)器人、沖擊電機(jī)、光學(xué)掃描等重要領(lǐng)域。目前，國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的壓電陶瓷器件主要基于靜態(tài)特性，因此該類壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源動(dòng)態(tài)特性不理想，交流負(fù)載能力差，不適合應(yīng)用于動(dòng)態(tài)領(lǐng)域。例如，壓電陶瓷管沖擊馬達(dá)，是基于沖擊原理，利用鋸齒波驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷管，使得壓電馬達(dá)產(chǎn)生正反的旋轉(zhuǎn)，頻響范圍寬及具有很高上升和下降速率是該類壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源必須滿足的重要?jiǎng)討B(tài)特性。但現(xiàn)在國(guó)內(nèi)對(duì)此種驅(qū)動(dòng)電源的研究不多，且價(jià)格昂貴，因此有必要設(shè)計(jì)一種滿足上述要求且價(jià)格低廉的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源。
1、高壓驅(qū)動(dòng)電源原理及電路設(shè)計(jì)
該高壓驅(qū)動(dòng)電源主要由高壓直流電源、恒流源及功率放大電路三部分組成。功率放大電路部分將鋸齒波信號(hào)放大，以此驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷管。為了得到快速的電壓下降速率，使壓電陶瓷管形成沖擊，則需使用恒流源幫助容性負(fù)載的壓電陶瓷快速泄放電荷。
?。?）高壓直流電源
高壓直流電源部分如所示，工頻220V交流電經(jīng)變壓器輸出雙130V交流，經(jīng)整流橋整流和電容濾波后，得到180V直流電，作為驅(qū)動(dòng)電路的工作電壓
?。?）恒流源電路
本設(shè)計(jì)電路的運(yùn)放選擇OP467，其上升速率可達(dá)到170V/μs，且具有極寬的響應(yīng)頻率，*能滿足要求。當(dāng)A點(diǎn)的輸入電壓為VA時(shí)，根據(jù)虛短原則，VA=VB，放大器同向輸入端與反向輸入端的輸入電流均為0，則VB=VC，所以流經(jīng)場(chǎng)效應(yīng)管的電流恒為I=VA/R3，此時(shí)VGS≥3.5V，場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通。假若輸入電壓VA有電壓波動(dòng)+△V，放大器的差模增益接近無(wú)窮大，所以VG增大，VGS增大，流經(jīng)場(chǎng)效應(yīng)管的電流增大，則VC增加；又因VB=VC，故VB也增大，且最終與VA相等，保證恒流源正常工作，反之當(dāng)△V為負(fù)時(shí)，同理。此恒流源電路的電流I=50mA，即電壓VA=7.5V，此恒流源電路的目的主要是幫助容性負(fù)載壓電陶瓷泄放電荷，使驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷管的鋸齒波具有快速的下降速率，當(dāng)與功率放大電路連接時(shí)，將恒流源場(chǎng)效應(yīng)管的漏極與功率放大電路的D點(diǎn)連接在一起。
解析高速壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源的性能優(yōu)勢(shì)
