压电陶瓷驱动电源技术研究
多层压电陶瓷变压器及其应用技术
多层压电陶瓷变压器及其应用技术
关键词： 压电变压器 陶瓷 长度 谐振 工艺 电极 单层 机械能
摘 要：压电陶瓷变压器是一种新型的压电换能器件，它在结构与特性上和传统的线绕铁芯电磁变压器有很大的区别，本文对压电陶瓷变压器（多层）的发展历史、主要制造工艺、工作原理及应用技术作简要的讨论。
1引言
压电陶瓷变压器最早于1956年由美国人C.A.Rosen提出，他根据压电理论及压电方程对压电变压器的基本工作原理进行了阐述，并制成单层压电陶瓷变压器；之后数年，人们对压电变压器理论及其应用进行了广泛的研究，得到一些实际应用，但因特性欠佳，制造工艺不完善，成本较高等，未获得广泛的应用。因此，20世纪60年代到70年代初可以看成压电变压器发展的初级阶段，仅限于单层压电陶瓷变压器。
1980年，中国科学家首先提出采用多层技术制造压电陶瓷变压器，并且制作出第一支多层压电陶瓷变压器，可简称MPT（MultilayerPiezoelectricTransformer）。由于多层压电变压器具有独特的优点，更适合实际应用，因而引起各国科研人员的广泛关注。随着电子陶瓷元器件制造技术的发展，尤其是多层陶瓷器件工艺技术的出现和日趋成熟，进入20世纪90年代，电子产品要求小型化、薄型化、高效化，多层压电变压器用于液晶显示器背光电源刚好满足了这些要求，并克服了传统电磁变压器的一些缺点，因此，以日本NEC，TDK，村田，日立金属等公司为代表的电子元器件厂家在该领域开展了大量研究，20世纪90年代末将压电变压器大量用于液晶显示器背光电源，标志着压电变压器制造技术及产业化已经成熟。从20世纪80年代到90年代单层压电变压器技术进一步成熟，在一些小型高压电源中得到实际应用，如负离子发生器、臭氧发生器、静电喷涂等。
在我国，以清华大学材料系为代表的科研院所在20世纪70年代开始压电变压器的研究与开发，在压电变压器材料、结构、理论及制造工艺上取得一定的成果。清华大学材料系作为在国际上最早从事多层压电变压器研究开发的机构，积极推动了我国多层压电陶瓷变压器的产业化进程。
便携式压电微型泵驱动电源的研制
第２８卷第３期
２００ ６年６月 压电与声光
ＰＩＥＺＯＥＩ ＥＣＴＥＣＴＲＩＣＳ ８ ＡＣ（）ＵＳＴＯＯＰＴＩＣＳ ＶｏＩ｜２８ Ｎｏ．３
Ｊｕｎ．２００６
文章编号：１００４—２４７４（２００６）０３—０３０３—０２
便携式压电微型泵驱动电源的研制
姚立强，刘 收，王益红，陈志同
（北京航空航天大学机械制造及自动化系．北京１０００８３） 摘 要：根据用于烈性药物输注的便携式压电微型泵的使用要求，研制了压电陶瓷驱动器的驱动电源。驱动
电源以３ Ｖ锂离子钮扣电池供电，通过ＤＣ／ＤＣ电路和逆变电路为压电陶瓷驱动器提供高的输出电压（２００ Ｖ，峰一
峰值），具有频率可调，体积小，质量轻，功耗低，安全可靠，便于控制的特点。实验表明，驱动电源能满足压电微型
泵的使用要求，也适用于以逆压电效应为基本原理的微小压电器件的动态应用。
关键词：微型泵；压电陶瓷驱动器；驱动电源
中图分类号：ＴＮ７２１．２ 文献标识码：Ａ
Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ ｆｏｒ Ｐｏｒｔａｂｌｅ Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｍｉｒｏｐｕｍｐ
ＹＡｏ Ｌｉ－ｑｉａｎｇ，ＬＩＵ Ｓｈｏｕ，ＷＡＮＧ Ｙｉ—ｈｏｎｇ，ＣＨＥＮ Ｚｈｉ。ｔｏｎｇ
（Ｄｅｐｔ．ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ＆ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｂｅｉｈａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｒｔａｂｌｅ ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｍｉｒｏｐｕｍｐ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｄｒａｓｔｉｃ ｄｒｕｇ ｄｅｌｉｖｅｒｙ，ａ ｄｒｉｖｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ｆｏｒ ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｃｔｕａｔｏｒ ｉｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｔｈｅ ｄｒｉｖｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｉｅｄ ｂｙ ａ ３ Ｖ ｌｉｔｈｉｕｍ ｂａｔｔｅｒｙ ｐｒｏｖｉｄｅｓ
驱动芯片 压电陶瓷
驱动芯片 压电陶瓷
压电陶瓷是一种能够将电能转化成机械能或者将机械能转化成电能的材料，常用于制作驱动芯片。它具有压电效应，即在施加电场的情况下会产生形状改变，同时也具有反压电效应，即在施加力或形变的情况下会产生电势差。这些性质，使得压电陶瓷在电子与机械结合的制造领域有着广泛的应用。
驱动芯片同样是一种能够将电信号转化为机械运动的元器件。常见的驱动芯片种类有PWM驱动芯片、直流电机驱动芯片、步进电机驱动芯片等。其中，步进电机驱动芯片中采用的便是压电陶瓷材料。步进电机是一种转动一定角度的电机，具有精度高、控制方便等优点，因此在一些数码设备、医疗设备等领域得到了广泛应用。
步进电机驱动芯片中的压电陶瓷，主要用于控制电机的步进角度，其原理为：施加电压后，压电陶瓷会产生形状改变，导致机械运动。当电场施加方向发生改变时，压电陶瓷会产生方向相反的形状改变，此时电机也会产生相反方向的运动。通过控制施加在压电陶瓷上的电场方向和大小，就能够控制电机的步进角度和运动方向。 压电陶瓷的制作材料主要是铅锆钛（PZT），其具有高稳定性、高压电系数、高灵敏度、高电机械耦合系数等优点。而压电陶瓷的加工工艺比较复杂，需要经过锻模、干燥、烧结等多个步骤。在干燥和烧结过程中，需要控制温度、密封度、气氛等因素，以保证压电陶瓷的质量和性能。
在驱动芯片的应用中，压电陶瓷不仅具有控制电机步进角度的作用，还常常被用于精密位置调整、振动控制、精密定位等需要精确控制机械运动的场合。压电陶瓷的性质使得它在机械工业、生物医学、空间技术等领域都有着广泛的应用前景。
总之，压电陶瓷是一种重要的驱动芯片材料，其具有压电效应和反压电效应等优良性质，可以将电能与机械能充分结合。它在制造行业的应用越来越广泛，为机械运动控制、精密定位等领域带来了便利与提升。
压电陶瓷的基本原理和应用
压电陶瓷的基本原理和应用
1. 压电陶瓷的定义
压电陶瓷是一种具有压电效应的陶瓷材料，能够在受到力或压力作用下产生电荷并反之也能将电荷转换为力或位移。它是一种特殊的功能陶瓷材料，具有压电效应、热释电效应和压阻效应等特性。
2. 压电陶瓷的基本原理
压电效应是压电陶瓷的基本原理，它是指在某些特殊的材料中，当受到力或压力作用时，内部原子或分子发生畸变，产生极化，并形成正负电荷的分离。当压力消失时，电荷又会聚集在一起。
压电陶瓷的基本原理可以用以下几个方面来解释：
• 压电效应：当施加压力时，陶瓷会产生电荷，并导致其内部结构的畸变。
• 电压效应：当施加电压时，陶瓷会发生形变。
• 应变效应：当施加外力时，陶瓷会产生与力大小相等的位移。
3. 压电陶瓷的结构和组成
压电陶瓷通常由钛酸锆、铅锆酸钛、硅酸铅和双碱玻璃等高温烧结材料制成。它的结构可以分为两个部分：
• 基体：主要由粒子组成的陶瓷基底，具有良好的断裂性能和机械强度。
• 极化层：位于基体表面的极化层，负责传递外界压力或电场对陶瓷的刺激。
4. 压电陶瓷的应用领域
由于其特殊的物理性质和压电效应，压电陶瓷在许多领域都有广泛的应用。
4.1 声学器件
压电陶瓷广泛应用于声学器件中，如扬声器、听筒、麦克风等。压电陶瓷的压电效应可以将电能转换成声能，可以将声音信号转化为电信号，实现声音的放大、传输和感应。 4.2 传感器
压电陶瓷的应变效应使其成为理想的传感器材料。压电传感器可以用于测量压力、力、加速度、形变等物理量，并将其转化为电信号进行采集和分析。
4.3 振动与控制
压电陶瓷的振动和控制特性使其在仪器仪表、振动传感器和控制系统中有广泛应用。它可以用于实现精确的振动控制，如减震、精密定位和振动补偿等。
4.4 超声波技术
压电陶瓷的超声波性质使其在医疗、材料研究和工业领域中得到广泛应用。压电陶瓷可以用于制造超声波发生器和传感器，实现超声波的产生、检测和测量。
压电陶瓷的生产与应用研究
压电陶瓷的生产与应用研究
一、引言
压电陶瓷是指通过压力作用下会产生电荷分布的功能性陶瓷材料。其具有压电效应、声表面波效应、频率稳定性等特点，广泛应用于声电子、精密仪器等领域。本文主要介绍压电陶瓷的生产工艺和应用研究。
二、压电陶瓷的生产工艺
压电陶瓷的生产工艺主要包括材料制备、成型、烧结等环节。
1．材料制备
常用的材料有钛酸钡、铅锆钛酸钡、铅硅酸钡、铁酸锆等。首先将这些材料按一定比例混合，经过球磨或搅拌等步骤均匀混合，再经过筛选去除杂质。然后将混合材料在加热条件下进行干燥处理，以去除其中的水分和挥发性有机物，得到均匀的粉末。
2．成型
常见的成型方式有干压成型、注塑成型、压注成型等。其中，干压成型是最常见的一种方式。将混合后的粉末通过模具压制成所需的形状，压制后会留下一定的压力，使得陶瓷材料具有压电效应。
3．烧结 将成型的陶瓷材料放入烧结炉中，在一定的温度下进行烧结处理。这个过程中，材料会发生一系列化学反应，使得材料的密度和强度逐渐提高，从而获得压电陶瓷材料。
三、压电陶瓷的应用研究
压电陶瓷的应用主要集中在声电子领域和精密仪器领域。
1．声电子领域
在声电子领域，压电陶瓷主要应用于扬声器、麦克风等设备。薄膜压电陶瓷作为扬声器的振动板材料，具有机械刚性好、振动频率稳定等优点，被广泛应用于手机、汽车音响等场合。而声圈压电陶瓷广泛用于麦克风等设备中，具有电荷稳定、压电系数高等特点，能够提高设备音质、稳定性等。
2．精密仪器领域
在精密仪器领域，压电陶瓷主要应用于陀螺仪、压力传感器等设备中。前者是指利用压电陶瓷材料的压电效应对转动角度进行检测，并结合信号处理与控制器处理后得到最终数据，广泛应用于航空航天领域等。后者则是指压电陶瓷作为灵敏元件，利用其高灵敏度、快速响应等特点，可用于测量大气压力、流体压力等参数，被广泛应用于工业自动化、医疗卫生等领域。
四、现状和发展趋势 压电陶瓷的应用范围越来越广泛，并且有不断的技术创新。其中，薄膜压电陶瓷材料、高温压电陶瓷材料等就是近年来的创新方向。随着电子科技的迅速发展，尤其是5G、人工智能等技术的逐步普及和应用，压电陶瓷的市场需求将会不断提升。同时，对其性能、质量、环保等方面还需要进一步的研究和改进，以满足市场需求和发展趋势。
单片机压电陶瓷
单片机压电陶瓷
压电陶瓷是一种具有压电效应的陶瓷材料，可以将机械能与电能进行转换。在现代电子领域中，压电陶瓷被广泛应用于传感器、马达控制、换能器等领域。而单片机作为一种集成电路芯片，在控制系统中扮演着至关重要的角色。单片机通过内部的逻辑控制和运算功能，可以实现对各种设备的控制和管理。本文将深入探讨单片机在压电陶瓷应用中的研究与发展。
首先，压电陶瓷具有压电效应，即在受到机械应力作用时，会产生电荷的分布变化，从而产生电势差。这一特性使得压电陶瓷在传感器领域有着广泛的应用。通过将压电陶瓷与单片机相连，可以实时监测到物体的压力、振动等信息，实现对物体的非接触式测量。例如，在汽车领域中，通过将压电陶瓷传感器与单片机相连，可以实时监测车辆的胎压情况，提高行车安全性。
其次，压电陶瓷还可以用于马达控制领域。通过利用压电效应，可以实现对马达的精准控制。单片机在马达控制中的应用也十分广泛，可以通过控制马达的转速、转向等参数，实现对马达的精准控制。将压电陶瓷与单片机相结合，不仅可以实现对马达控制的精准度提升，还可以减小系统的体积和功耗，提高系统的性能和稳定性。
此外，压电陶瓷还可以作为换能器来进行能量的转换。通过将压电陶瓷与单片机相连接，可以实现能量的高效转换。例如在声波传感器中，压电陶瓷可以将声波信号转换为电信号，通过单片机的处理，可以实现对声音的采集和处理。这种应用在声音识别、语音控制等领域有着广泛的应用前景。
让我们总结一下本文的重点，我们可以发现，单片机在压电陶瓷应用中有着重要的作用。通过将单片机与压电陶瓷相结合，可以实现对各种设备的精准控制和管理；此外，还可以提高系统的性能和稳定性，拓展了压电陶瓷在电子领域中的应用范围。相信随着技术的不断发展和创新，单片机与压电陶瓷的结合将会有更广阔的发展前景。
一种压电陶瓷蜂鸣片升压驱动电路
一种压电陶瓷蜂鸣片升压驱动电路
压电陶瓷蜂鸣片是一种常用于警报和发声设备的器件。它基于压电效应，可以将电能转化为机械振动，从而发出声音。然而，这种器件需要一定的驱动电压才能正常工作。一种常见的驱动方案是通过升压电路将低电压信号转换为高电压信号，以驱动蜂鸣片工作。
这种压电陶瓷蜂鸣片升压驱动电路（Piezoelectric Ceramic
Buzzer Boost Drive Circuit）由一个小型电路板组成，主要包括一个限流二极管（Limiting Diode）、一个升压变压器（Boost
Transformer）、一个输出整流滤波电路（Output Rectification and
Filtering Circuit）和若干电容器和电阻器。
当输入电压低于蜂鸣片的驱动电压时，通过限流二极管输入到升压变压器的低电压端。在变压器的滤波作用下，交流信号被变换为高电压脉冲信号，经过输出整流滤波电路的处理后，脉冲信号被变成直流电压。输出电压可通过调整变压器的匝数比例和电容器和电阻器的数值来控制。
将输出电压接到压电陶瓷蜂鸣片上，电能将被转换为机械振动，发出清晰的声音。这种驱动电路不仅简单、经济，而且效果不错，可以满足大多数应用需求。它可用于电子时钟、电子秤、电子温度计和安全系统等设备中，也可用于玩具和游戏机中。
需要注意的是，由于压电陶瓷蜂鸣片需要高电压才能工作，因此在设计和选择驱动电路时要注意保证安全。同时，为了确保蜂鸣片的寿命和稳定性，还需要注意音频频率、电流和温度等因素的影响。
压电陶瓷扬声器的技术原理_概述及解释说明
压电陶瓷扬声器的技术原理 概述及解释说明
1. 引言
1.1 概述
压电陶瓷扬声器是一种利用压电效应将电能转换为声音能量的装置。它通过施加电场或机械力来改变陶瓷材料的形状，从而使其产生声波。该技术具有许多优点，例如高效率、宽频响范围和低失真等，因此在各个领域得到了广泛的应用。
1.2 文章结构
本文将首先介绍压电效应的基本原理和压电陶瓷材料的特点，然后详细阐述压电陶瓷扬声器的工作原理。接下来，我们将探讨扬声器的组成部分，包括振膜和压电片以及驱动系统等重要组件。随后，我们将探讨压电陶瓷扬声器在不同领域的应用情况，并列举消费类电子产品、工业设备和医疗器械等常见应用领域。最后，在结论部分，我们将总结技术原理并对其优势与局限性进行分析，并展望未来该技术发展的趋势。
1.3 目的
本文旨在提供关于压电陶瓷扬声器技术原理的全面概述和解释说明，帮助读者了解该技术的基本原理、工作方式以及应用领域。通过阅读本文，读者将能够深入了解压电陶瓷扬声器的技术特点，并对其在各个领域中的实际应用有更清晰的认识。
2. 压电陶瓷扬声器的技术原理：
2.1 压电效应简介
压电效应是指某些材料在受到外力作用时会发生形变，并产生电荷分布不平衡，从而产生了极化现象。这种材料被称为压电材料。压电效应具有正向和逆向两种形式，其中正向压电效应指的是当施加力或压力时，压电材料会在其晶格结构中形成一个由电离子组成的微小偏移。逆向压电效应则是指当在压电材料上施加外部电场时，使得该材料发生形变。
2.2 压电陶瓷材料特点
压电陶瓷是一种常用的压电材料，具有以下几个特点：
- 高度机械耦合性：压电陶瓷能将输入的机械能转换为声波能量，并实现优秀的机械信号与声学信号之间的转换。
- 宽频响特性：对于不同频率的输入信号，压电陶瓷扬声器都能展现出良好的传递特性。
- 高精密控制：通过改变驱动电压的大小和频率，可以实现对压电陶瓷的精密控制，从而达到对声波的精确生成。
一种压电陶瓷执行器动态驱动电源
第３０卷第３期 ２００８年６月 压电与声光 ＰＩＥＺ０ＥＬＥＣＴＥＣＴＲＩＣＳ＆ＡＣＯＵＳＴＯＯＰＴＩＣＳ Ｖｏ１．３Ｏ Ｎｏ．３ Ｊｕｎ．２００８ 文章编号：１Ｏ０４—２４７４（２ＯＯ８）０３—０２９７－０４
一种压电陶瓷执行器动态驱动电源 丁文明 。，王代华ｈ。 （１．重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室，重庆４０００４４；２．重庆大学光电工程学院精密与智能实验室，重庆４０００４４） 摘要：针对压电陶瓷执行器呈现强容性负载的特性，该文研究了基于误差放大原理的压电陶瓷执行器动态 驱动电源，提出采用高压运算放大器结合准互补对称功率放大电路构成的输出级以提高驱动电源的输出电压范围 的方法和采用多组准互补对称功率放大电路构成的输出级并联以提高输出峰值功率的方法。通过对实际电路的 测试表明，采用上述方法开发的压电陶瓷执行器动态驱动电源不仅输出功率达２７０ Ｗ，且具有良好的静态性能。 关键词：压电陶瓷执行器；驱动电源；动态性能；高压运放 中图分类号：ＴＭ９１０ 文献标识码：Ａ Ａ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ ｆｏｒ Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ ＤＩＮＧ Ｗｅｎ－ｒｕｉｎｇ ～．ＷＡＮＧ Ｄａｉ－ｈｕａ ’ （１．Ｋｅｙ Ｌａｂ．ｏｆ Ｏｐｔ０ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｉｎａ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００４４， Ｃｈｉｎａ；２．Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ａｎｄ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ Ｌａｂ．，Ｄｅｐｔ．ｏｆ Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００４４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｃｔｕａｔｏｒｓ ｗｉｔｈ ｌａｒｇｅ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｏｕｔｐｕｔ ａｌｗａｙｓ ｐｏｓｓｅｓｓ ｈｉｇｈ ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ａ ｄｙｎａｍｉｃ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｆｏｒ ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｃｔｕａｔｏｒｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｅｒｒｏｒ－ａｍｐｌｉｆｉｅｄ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｉｓ ｅｘｐｌｏｒｅｄ ｒｅ— ｇａｒｄｉｎｇ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ．Ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｔｈａｔ ｅｎｌａｒｇｅｓ ｔｈｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｏｕｔｐｕｔ ｏｆ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｔｈｒｏｕｇｈ ａ ｈｉｇｈ—ｖｏｌｔａｇｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ｉｎ ｓｅｒｉｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｂｏｏｓｔｅｒ ｕｎｉｔ，ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｔｈａｔ ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ ｐｅａｋ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｏｕｔｐｕｔ ｔｈｒｏｕｇｈ ｐａｒａｌｌｅｌｉｎｇ ｍｕｌｔｉ ｐｏｗｅｒ ｂｏｏｓｔｅｒ ｕｎｉｔｓ，ａｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｔｅｓｔｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｃｔｕａｔｏｒｓ，ｉｔ ｃａｎ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｄｅｌｉｖｅｒ ｔｈｅ ｄｙ－ ｎａｍｉｃ ｐｏｗｅｒ ｏｆ ２７０Ｗ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｐｏｓｓｅｓｓｅｓ ｇｏｏｄ ｓｔａｔｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｃｔｕａｔｏｒ；ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ；ｄｙｎａｍｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；ｈｉｇｈ－ｖｏｌｔａｇｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ 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［Ｉ 得到广 泛应用。大位移量压电陶瓷执行器通常呈现强容性 的特点ｎ］，高效大功率压电陶瓷执行器驱动电源在 一定程度上决定压电陶瓷执行器使用时的性能。 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 ］。电流／电荷控制型压电陶 瓷执行器驱动电源源于Ｃｏｍｓｔｏｃｋ［３ 和Ｎｅｗｃｏｍｂ 与Ｆｌｉｎｎ［４ 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，低频特性较差，限制了其应用。 电压控制型压电陶瓷执行器驱动电源方式有： （１）直接采用高压运算放大器的线性直流放大 式驱动电源［５＿８］。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２００ ｍＡ［９］，因此其动态性能受到限制。 （２）电压跟随式驱动电源［１ ｕ］。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，前后级会 产生跟随误差，精度不可能很高；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）误差放大式驱动电源［Ｉ ”］。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。 （４）开关式驱动电源ｎ ＂］。基于直流变化器原 理，由于输出级（通常是ＭＯＳＦＥＴ）只工作在开和关 两种状态，效率高，发热小，但目前基于这种原理研 制的驱动电源输出电压纹波较大，频率特性较差，电 路实现也较复杂。 针对压电陶瓷执行器呈强容性负载的特性，本 文研究了基于误差放大原理的压电陶瓷执行器的动 态驱动电源，采用了高压运算放大器结合准互补对 称结构构成的输出级提高驱动电源的输出电压范围 和多组准互补对称结构构成的输出级并联提高峰值 输出功率 。介绍了采用上述方法开发的压电陶 瓷执行器动态驱动电源及其特性测试结果。 １ 动态驱动电源的工作原理及电路组成 １．１ 动态驱动电源的工作原理 本文提出并研究的一种压电陶瓷执行器动态驱 收稿日期：２００７—０１—２６ 基金项目：新世纪优秀人才支持计划基金资助项目（ＮＣＥＴ－０５—０７６５）；全国优秀博士学位论文作者专项基金资助项目（２００１３２） 作者简介：丁文明（１９８０一），男，江苏扬州人，硕士生，研究方向为微驱动与微执行器。
基于FPGA和DDS的压电陶瓷驱动器驱动电源设计
潼用 Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｉｔｓ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
基于ＦＰＧＡ和ＤＤＳ的
压电陶瓷驱动器驱动电源设计术
余凌，李威，杨雪锋，叶果
（中国矿业大学机电工程学院，江苏徐州２２１００８）
摘要：针对压电驱动微动平台开发了一种快响应动态电源。以ＦＰＧＡ内建ＤＤＳ作为驱动电源控
制器及信号发生器，基于集成高压运放设计了带补偿校正网络的桥式功率放大器，并进行了理论分
析、仿真与实验研究。测试结果表明，该设计满足了精密定位系统稳定性、快速性及高精密的驱动要求。
关键词：ＦＰＧＡ；ＤＤＳ；压电陶瓷；桥式驱动电源；补偿校正
中图分类号：ＴＮ７２１ 文献标识码：Ａ 文章编号：０２５８—７９９８（２０１０）１２—００６５—０４
Ｄｒｉｖｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｅｒａｍｉｃ ａｃｔｕａｔｏｒ
ｂａｓｅｄ ｏｎ ＦＰＧＡ ａｎｄ ＤＤＳ
ＹＵ Ｌｉｎｇ，ＬＩ Ｗｅｉ，ＹＡＮＧ Ｘｕｅ Ｆｅｎｇ，ＹＥ Ｇｕｏ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｕｚｈｏｕ ２２１００８，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｆａｓｔ—ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｐｏｗｅｒ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔｏ ｄｒｉｖｅ ｔｈｅ ｐｉｅｚｏ－ｄｒｉｖｅｎ ｍｉｃｒｏｍｏｔｉｏｎ ｓｔａｇｅ．Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ ＤＤＳ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＦＰＧＡ ａｓ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ａｎｄ ｓｉｇｎａｌ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ．ａ ｂｒｉｄｇｅ－ｔｙｐｅ ｐｏｗｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ｗｉｔｈ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ＆ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｈｉｇｈ—ｖｏｌｔａｇｅ ０ｐ ａｍｐ．Ｂｙ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ ａｎｄ ｃａｌｉｂｒａｔｉｎｇ，ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｍａｒｇｉｎ ｉｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｄｒｉｖｉｎｇ ｒｅｑｕｉｒｅ—