[发明专利]一种实现数控电位器调节的压电陶瓷驱动电源

说明书

一、技术领域

本发明涉及压电陶瓷驱动器的精密控制技术领域，具体是一种实现数控电位器调节的压电陶瓷驱动电源。

二、背景技术

压电陶瓷驱动器是一种体积小、推力大、位移精度高、分辨率高、不发热，不产生噪声的微位移驱动器件，在精密定位、纳米制造技术、纳米生物工程领域中得到了广泛的应用，而压电陶瓷驱动器的驱动离不开压电陶瓷驱动电源，其微位移与驱动电源的输出电压呈近似的线性变化，所以，其微位移驱动是保证压电陶瓷驱动器实现其功能的关键技术。压电陶瓷驱动器等效于一种容性负载，通常具有较大的等效电容，如德国piezosystem jena公司的压电陶瓷驱动器的电容量达7.2uF，此类大容值负载在静态下消耗的功率极小，需要的维持电流也很小，但是在动态情况下，需要的驱动电流与等效电容、驱动电压和驱动频率成正比，所以，压电陶瓷驱动电源应具有较大的峰值输出电流和峰值输出功率，同时，压电陶瓷驱动器应用于精密定位高精度场合时，要求驱动电源的输出电压较高，具有高稳定性和高分辨率，而且能够随着控制信号的幅值变化而变化，实现数控可调。所以，为了能发挥压电陶瓷驱动器的优势，就实现压电陶瓷驱动电源的要求和提升其性能具有重要的理论意义和实用价值。

三、发明内容

本发明的目的在于提供一种实现数控电位器调节的压电陶瓷驱动电源，它能够提高压电陶瓷驱动器的充放电电流，并给出高稳定性、高分辨率、数控可调和良好动态特性的压电陶瓷驱动电源电路。

本发明通过以下技术方案实现上述目的：一种实现数控电位器调节的压电陶瓷驱动电源，它由单片机系统、前级高压稳压电路、数控电位器、功率放大电路、高压稳压电源和放电回路连接组成，前级高压稳压电路从高压稳压电源中分压产生高稳定度的高压电压，输出到数控电位器的正负端，数控电位器受单片机系统控制，调节分压后通过调整端连接功率放大电路的同相输入端，功率放大电路由前级低压功放和后级高压功放组成，采用电压跟随的功率放大形式，通过高压稳压电源供电，其输出端正端连接放电回路的正极，负端接地，放电回路的输出端正端连接压电陶瓷驱动器的正电极，负端接地，压电陶瓷驱动器的负极接地，高压稳压电源的电压输出的正负端分别连接功率放大电路的正负电源输入端。

所述前级高压稳压电路是从高压稳压电源中分压，由多组大电流输出的集成三端稳压器电路串联组成。

所述数控电位器由顺序串联的两组电阻阵列构成，每一组电阻阵列均由12个呈两倍关系依次递增的电阻串联而成，每一个电阻的两端并联了一个电压隔离开关，两组电阻阵列的电压隔离开关的输入端分别采用带非门互补的数字信号并行控制，调整端取自两组电阻阵列的公共端。

所述数控电位器的最大电压和最大电流由电阻阵列中阻值最大的电阻决定，分辨率由电阻阵列中阻值最小的电阻决定，每一组电阻阵列的阻值分别为：R，4R，8R，16R，32R，…，2^n-1R。

所述数控电位器中的电压隔离开关采用光耦式的场效应管驱动器，驱动控制N沟道MOS管导通或开路。

功率放大电路的输出端正端通过接负反馈电阻连接前级低压功放的反相输入端，并在反馈电阻的两端并联一电容，功率放大电路的同相输入端与反相输入端之间连接有二极管，后级高压功放由两组N沟道MOS管单元电路并联组成，每一组MOS管单元电路设有独立的限流保护。

所述的放电回路采用二极管进行电压采样，比较器控制高压三极管并联导通放电的形式来对压电陶瓷驱动器进行放电。放电的形式主要有大电压放电和小电压放电，当采样二极管正端即功率放大电路的输出端电压减少较大，比其负端低0.5V时，采样二极管截止，比较器输出正电压，控制高压三极管并联导通对电压陶瓷驱动器进行快速放电，提高动态特性，当采样二极管正端的电压减少较小时，采样二极管仍然导通，此时压电陶瓷驱动器主要通过采样二极管后端并联的两个电阻构成的回路进行放电，所以这两个电阻不宜取太大，以提高放电特性，同时又不能取太小，以减少驱动电源的静态功耗。

其中，采样二极管对电压采样后，由并联在采样二极管两端的两组电阻分别进行分压，送给比较器的反相输入端，与同相输入端进行比较。放电回路的输入端的正端连接功率放大电路的输出端的正端，放电回路的输入端的负端接地，输出端的正端连接压电陶瓷驱动器的正端，输出端的负端接地。

本发明的突出效果在于：