壓電陶瓷的驅動(dòng)電源技術(shù)已成為非常重要應用技術(shù)之一,它除了體積小,分辨率高,響應快,推力大等一系列特點(diǎn),同時(shí),用它制成的壓電陶瓷驅動(dòng)器廣泛應用于微位移輸出裝置、力發(fā)生裝置、機器人、沖擊電機、光學(xué)掃描等重要領(lǐng)域。目前,國內常見(jiàn)的壓電陶瓷件主要基于靜態(tài)特性,因此該類(lèi)壓電陶瓷驅動(dòng)電源動(dòng)態(tài)特性不理想,交流負載能力差,不適合應用于動(dòng)態(tài)領(lǐng)域。例如,壓電陶瓷管沖擊馬達,是基于沖擊原理,利用鋸齒波驅動(dòng)壓電陶瓷管,使得壓電馬達產(chǎn)生正反的旋轉,頻響范圍寬及具有很高上升和下降速率是該類(lèi)壓電陶瓷驅動(dòng)電源必須滿(mǎn)足的重要動(dòng)態(tài)特性。但現在國內對此種驅動(dòng)電源的研究不多,且價(jià)格昂貴,因此有必要設計一種滿(mǎn)足上述要求且價(jià)格低廉的壓電陶瓷驅動(dòng)電源。
1、高壓驅動(dòng)電源原理及電路設計
該高壓驅動(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放大,以此驅動(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,作為驅動(dòng)電路的工作電壓。
解析高速壓電陶瓷驅動(dòng)電源的性能優(yōu)勢
?。?)恒流源電路
恒流源電路,本設計電路的運放選擇OP467,其上升速率可達到170V/μs,且具有極寬的響應頻率,*能滿(mǎn)足要求。當A點(diǎn)的輸入電壓為VA時(shí),根據虛短原則,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)效應管的電流恒為I=VA/R3,此時(shí)VGS≥3.5V,場(chǎng)效應管導通。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△V為負時(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載壓電陶瓷泄放電荷,使驅動(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動(dòng)電源的性能優(yōu)勢的驅動(dòng)電源技術(shù)已成為非常重要應用技術(shù)之一,它除了體積小,分辨率高,響應快,推力大等一系列特點(diǎn),同時(shí),用它制成的壓電陶瓷驅動(dòng)器廣泛應用于微位移輸出裝置、力發(fā)生裝置、機器人、沖擊電機、光學(xué)掃描等重要領(lǐng)域。目前,國內常見(jiàn)的壓電陶瓷器件主要基于靜態(tài)特性,因此該類(lèi)壓電陶瓷驅動(dòng)電源動(dòng)態(tài)特性不理想,交流負載能力差,不適合應用于動(dòng)態(tài)領(lǐng)域。例如,壓電陶瓷管沖擊馬達,是基于沖擊原理,利用鋸齒波驅動(dòng)壓電陶瓷管,使得壓電馬達產(chǎn)生正反的旋轉,頻響范圍寬及具有很高上升和下降速率是該類(lèi)壓電陶瓷驅動(dòng)電源必須滿(mǎn)足的重要動(dòng)態(tài)特性。但現在國內對此種驅動(dòng)電源的研究不多,且價(jià)格昂貴,因此有必要設計一種滿(mǎn)足上述要求且價(jià)格低廉的壓電陶瓷驅動(dòng)電源。
1、高壓驅動(dòng)電源原理及電路設計
該高壓驅動(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放大,以此驅動(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,作為驅動(dòng)電路的工作電壓
?。?)恒流源電路
本設計電路的運放選擇OP467,其上升速率可達到170V/μs,且具有極寬的響應頻率,*能滿(mǎn)足要求。當A點(diǎn)的輸入電壓為VA時(shí),根據虛短原則,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)效應管的電流恒為I=VA/R3,此時(shí)VGS≥3.5V,場(chǎng)效應管導通。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△V為負時(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載壓電陶瓷泄放電荷,使驅動(dòng)壓電陶瓷管的鋸齒波具有快速的下降速率,當與功率放大電路連接時(shí),將恒流源場(chǎng)效應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動(dòng)電源的性能優(yōu)勢