[发明专利]一种压电双晶片电荷驱动电路

说明书

本发明公开了一种压电双晶片电荷驱动电路，涉及压电精密驱动控制领域，压电双晶片的上层和下层电压片分别与传感电容串联设置在高压直流正负电源之间，高压放大器的输出端连接压电双晶片的中间公共电极，传感电容精确感知上层和下层压电片的电荷，并通过隔离放大器和差动放大器处理后与控制信号源比较，反馈控制压电双晶片的电荷差值。本发明简化压电双晶片的驱动电路，降低控制系统成本，避免反向电压驱动，利用电荷驱动方法极大提高了压电双晶片弯曲位移的控制精度。

技术领域

本发明涉及压电精密驱动控制领域，具体涉及一种压电双晶片电荷驱动电路。

背景技术

压电驱动器利用压电材料的逆压电效应，通过施加在材料内部的电场引起材料内部的应变或应力，从而形成压电驱动器宏观的形变位移或驱动力。压电驱动器具有位移分辨率高、驱动力大、响应速度快、不受电磁干扰等优点，广泛应用于生物医疗、材料化学、物理电子等领域纳米定位操作的应用场合。

压电双晶片是最常见的压电驱动结构，利用上层和下层压电片的非平衡伸缩应变(如上层压电片伸长，下层压电片缩短)，形成压电双晶片的弯曲形变位移，具有结构简单、形变位移大等特点。由于压电双晶片至少包含两个压电片，且施加的内部电场强度不同，上层和下层压电片需要两个高压放大器分别驱动，控制难度和系统成本较高。为了降低驱动电路的复杂度，专利号US5233256提出通过优化电极连接实现单个高压放大器共同驱动，但由于压电驱动器需避免过大的反向驱动电压，该方法的有效驱动电压范围受到限制。为了扩大驱动电压的范围，专利号CN108258931A提出通过二极管和并联电阻改变上层和下层压电片的驱动电压比例，但由于并联电阻和电容的阻抗特性，该方法的有效驱动频率范围受到限制。

此外，压电驱动器的驱动电压与形变位移之间存在迟滞、蠕变等非线性关系，压电驱动器的位移控制精度受到电压控制方法的制约。由于压电驱动器的电荷与形变位移之间存在较好的线性关系，使用电荷驱动电路替代电压驱动电路可大大提高压电驱动器的位移控制精度。然而，由于电压驱动电路和电荷驱动电路存在结构和特性差异，适用于压电双晶片的电压驱动电路不能简单地转换为电荷驱动电路，且现有电压驱动电路也存在诸多问题。因此，需要进一步结合压电双晶片和电荷驱动电路的特点，提出更加简单、精密、有效的压电双晶片电荷驱动电路和控制方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种压电双晶片电荷驱动电路，以解决现有技术中压电双晶片驱动电路结构复杂、精度差等技术问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种压电双晶片电荷驱动电路，包括压电双晶片、传感电容A、传感电容B、高压直流正电源、高压直流负电源、高压放大器、隔离放大器A、隔离放大器B、差动放大器和控制信号源；

所述压电双晶片的上层压电片通过其上电极与传感电容A串联后连接高压直流正电源，所述压电双晶片的下层压电片通过其下电极与传感电容B串联后连接高压直流负电源，上层压电片和下层压电片的中间公共电极连接高压放大器的输出端；

所述隔离放大器A的输入端与传感电容A连接，所述隔离放大器B的输入端与传感电容B连接；

所述差动放大器的输入端分别与隔离放大器A和隔离放大器B的输出端连接；

所述高压放大器的输入端分别与控制信号源和差动放大器的输出端连接。

进一步：所述压电双晶片采用从上向下的极化方向。

进一步：所述传感电容A和传感电容B分别采用高精度高线性的聚苯乙烯电容器，二者其电容量为压电双晶片电容量的10～100倍。

本发明相比现有技术具有以下优点：