[发明专利]惯性冲击电机驱动电源

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于压电陶瓷的驱动电源，特别涉及用于驱动惯性冲击电机的电源。

背景技术

通常，压电电机在精密定位系统上的有两种用途，一种是利用其静态位移，另一种是利用其被激发的动态位移。前者之主要特征在于可获得理论上无限解析度的驱动能力，且可平顺的控制位移的变化，因此超精密定位系统的设计大多使用静态位移的特性。但这种方式的主要缺点是位移量仅有数十微米，通常必须配合其他位移放大机构方能使用。后者之主要特征在于构造简单且可获得理论上无限行程的自走功能，但主要缺点为无法平顺的控制纳米尺度的位移，且驱动压电致动器的电压波形复杂。惯性冲击电机(Impact Drive Mechanism，简称IDM)利用的就是动态位移。惯性冲击电机是利用压电陶瓷元件的快速变形而产生的惯性冲击来实现微位移的一种驱动机构。其基本结构包括三个部分：主体、压电元件和配重。当压电元件快速伸长或缩短时，将会产生一个较大的惯性力(力矩)，带动主体运动；当压电元件缓慢恢复原状时，主体静止不动，从而在一个信号周期内获得一定的位移。可见，驱动惯性冲击电机需要不对称的信号波形。目前国内外对于压电陶瓷驱动电源的研究大多局限于静态应用，针对压电陶瓷动态应用的驱动电源的研究开展很少。模拟产生信号的方法使得信号波形单一，无法灵活的改变波形的形状，难以实现信号波形的优化，在压电陶瓷动态应用中受到了很大的局限。

发明内容

本发明的目的是针对现有压电陶瓷驱动电源不适用于惯性冲击电机驱动，无法灵活产生符合要求的信号波形的缺点，提供一种操作方便，具有高稳定性、安全性的惯性冲击电机大功率驱动电源。

本发明采用的技术方案如下：

本发明主要由信号发生单元、直流电源单元以及高压放大单元组成。信号发生单元用于生成各种信号波形，以适应不同负载的需求。高压放大单元完成对前级产生的信号波形进行电压和电流的放大，以达到驱动惯性冲击电机的要求。直流电源单元为信号发生单元和高压放大单元提供直流电压。

信号发生单元由单片机、D/A转换器及前级放大器构成。单片机由程序控制生成锯齿波信号，并且由单片机P0口及P1口输出，分别送到两个D/A转换器AD558的信号输入端。数模转换器AD558将数字信号转变为模拟信号后输出至模拟开关ADG734，单片机通过扫描前面板上波形选择开关的键值来决定模拟开关的通断。然后再将信号通过前级放大器，实现信号的前级放大和隔离。

高压放大单元分为电压放大级和电流扩展级。电压放大级采用高压集成放大器PA85，电流扩展级采用功率MOS管构成互补输出级，电压增益通过反馈电阻的比值来决定。由于压电陶瓷在低频的情况下，其电气特性等效于电容，因此直接对压电陶瓷充放电，会产生很大的冲击电流，不加以限制势必会对功率器件产生不良影响，严重时会烧毁器件。在互补输出级设计有电流限制电路，它由限流三极管、限流采样电阻、二极管等构成。

直流电源单元由低压直流电源和高压直流电源构成。低压直流电源采用集成稳压电源芯片组成，为信号发生单元提供电源支持。高压直流电源利用串联稳压电路实现。采用集成运放器作为调整管，以获得高品质输出电压。

本发明设计的驱动电源装置能够产生频率范围0-3000Hz，电压幅值范围0-150V，四路同时输出峰值500mA的任意波形驱动信号。单路输出时最大电流可达2A。

附图说明

图1驱动电源原理框图；

图2信号发生单元结构图；

图3高压放大单元电路原理图；

图4直流电源单元结构图；

图5过流保护电路原理图；

图6信号发生单元生成的锯齿波及类锯齿波信号图；

表1三种信号波形实验数据表。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式详细说明本发明。