[实用新型]基于PSD闭环控制的压电陶瓷微位移驱动电源

说明书

技术领域

本实用新型涉及压电陶瓷驱动电源，具体涉及基于PSD闭环控制的压电陶瓷微位移驱动电源，属于压电陶瓷微位移技术领域。

背景技术

压电陶瓷是一种位移分辨率高、频率高、承载力打、控制简单、没有发热、不易受外界电磁场干扰等优点成为理想的短距离微位移执行器件。压电陶瓷控制系统尤其是电源控制器的研究一直被各国关注。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，从实现方式上主要有线性和开关式两种。电压控制型压电陶瓷执行器驱动电源有以下几种方式：

1.直接采用高压运放的线性直流放大式电源。直接采用高压运算放大器的方式具有静态性能好、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200mA，因此压电陶瓷执行器的动态性能受到限制。

2.电压跟随式电源。此种压电陶瓷执行器驱动电源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，前后级之间会产生跟随误差，精度不可能很高；并且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.误差放大式电源。误差放大式驱动电源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。误差放大式电源是电压控制型压电陶瓷执行器驱动电源的主要形式。

4.开关式电源。开关式驱动电源基于直流变化器原理，由于输出级(通常是 MOSFET)只工作在开、关两种状态，因而提高了效率，发热小。但是，目前基于这种原理研制的驱动电源输出纹波电压较大，频率特性差，电路实现也较复杂。因此，采用开关式电源快速、准确驱动强容性负载仍需要更深入的研究。

电流/电荷控制型压电陶瓷执行器驱动电源源于 Comstock和 Newcomb 与Flinn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。但是电流/电荷控制型压电陶瓷执行器驱动电源存在零点漂移，低频特性差，限制了其应用。

哈尔滨工业大学研制的 HVP 系列压电陶瓷驱动电源，其输出电压-10~150V，输出电压分辨率5mV，正弦波频率响应2.2KHz，输出电压非线性<0.1%F.S，输入功率<100W。

PI (Physic Instrument)公司生产的 E-480 型动态压电陶瓷驱动电源，具有 2000W 峰值输出功率，输出电压范围为 0～1000V，可以配置成双极性输出。

PiezoMechanic 公司生产的 RCV 1000/7 型压电陶瓷驱动电源，输出电压范围为 0～1000V，增益为 200，峰值输出电流达 7A，平均输出电流可达 2.2A，纹波电压小于 2V。

可以看出，国内对压电陶瓷静态电源的研制取得了一定的进展，国内的压电陶瓷驱动功率放大器，如哈尔滨工业大学的 HVP 系列的压电陶瓷驱动电源，其分辨率、纹波都达已到毫伏级。但是，动态压电陶瓷驱动电源的研制与国外仍有较大的差距。国内的压电陶瓷驱动电源的输出功率基本上没有超过 100W，电流不超过 500mA，而德国 PI 公司开发的 E-480 型压电陶瓷执行器驱动电源，峰值输出功率已达2000W，平均输出功率也达630W，PiezoMechanic公司开发RCV 1000/7型压电陶瓷执行器驱动电源，峰值电流达 10A，平均电流达 2.2A。

国内大功率的压电陶瓷驱动电源只能依赖于进口，因此，在国内研制适合压电陶瓷执行器动态应用的驱动电源是一项很有应用价值的研究课题。

发明内容

本实用新型的目的是为了解决现有的微位移驱动电源的精度差，可靠性不足的问题。

本实用新型的技术方案是：基于PSD闭环控制的压电陶瓷微位移驱动电源，包括控制面板、单片机、压电陶瓷驱动器、压电陶瓷和微位移反馈装置，控制面板的输出端连接单片机，单片机的输出端通过压电陶瓷驱动器与压电陶瓷建立连接，微位移反馈装置将压电陶瓷的输出端与单片机建立连接，其特征在于：所述微位移反馈装置包括PSD传感器、信号调理电路、光源、透镜和A/D转换模块，所述光源置于压电陶瓷上，光源的输出端通过透镜射入PSD传感器，PSD传感器的输出端通过依次串联的信号调理电路和A/D转换模块与单片机建立连接。