疊層型壓電致動器的驅動電源研究
摘要：文章研究的壓電驅動電源基于電壓控制型原理，主要由升壓調壓模塊、逆變調頻模塊和放電回路等幾個模塊組成。電源輸出頻率可調、峰值電1卡可調的方波，并針對容性負載設計了合理的放電回路，保證了壓電致動器的動態驅動。
關鍵詞：壓電驅動電源；升壓斬波電路：逆變調頻模塊；放電回路
O前言
根據原理的不同，壓電驅動電源可分為電壓控制型和電荷控制型兩種。采用電壓控制的驅動電源主要是指基于Dc—Dc變換器原理的開關式驅動電源，體積小、效率高，但電源輸出紋波較大，頻響范圍也較窄。本文旨在前人的壓電致動器驅動電源研究的基礎上，采用一種應用較少的、原理列電路進行了一些設計，驗證了基于Dc—Dc變換器原理的可行性及其優缺點。
1壓電致動器驅動電源的特點
壓電致動器相當于一個電容器件，它的電容量通常很大，能達到十幾微法左右。為了使壓電致動器反應迅速，必須有一個很高的有效電荷轉移速率，同時要考慮的是，當壓電致動器承擔外
部機械負載時，會產生正壓電效應，產生電能。特別是在動態工作時，以電容為代表的各參數隨致動器工作而變化的特性以及頻率相關的一些特性決定了其驅動電源具有以下特點：
(1)在實際應用中，壓電陶瓷致動器輸出位移應是連續的，這就要求驅動電源的輸出控制電壓連續可調，對國產壓電陶瓷微位移器而言，要求驅動電源的輸出電壓為直流O～2()(]v連續可調：
(2)壓電陶瓷致動器位移輸出對外加驅動控制電壓的響應速度，主要取決于驅動電源驅動電流的大小，因此，驅動電源應具有很強的驅動能力；
(3)為了適應高頻響的要求，驅動電源中應有供容性負載快速放電的放電回路：
(4)由于壓電陶瓷微位移器主要應用于微米納米技術領域，所以，驅動電源應具有良好的穩定性，其輸出紋波電壓也應控制在很小的范圍內。
圖1開關式壓電驅動電源
本文采用Dc／Dc變換的開關電源的原理，采用開環控制的方式，研制了結構簡單，調節方便，低成本的電路。總體壓電驅動電源的結構如圖1所示。
選用中國電子科技集團第二十六研究所生產的WTYI)0808045壓電陶瓷微位移致動器，它具有高壓應變常數的壓電陶瓷材料，經疊層工藝制作的壓電疊層器件。在彈性限度內，其形變與外加電場近似成線性關系，電場極性改變，形變性質發生改變(伸長或縮短)。一般可以認為S=dF。
它具有低壓靈敏度高，滯后小，老化小等優點。其外型尺寸為8×8×45mm，驅動電壓O～200V，允許施加負電壓的********值為正常工作****電壓的40％。****輸出力為500N，電容5500nF。
在施加200~電壓的情況下，****位移量為45um。
選用EAST公司生產的WYK3003型高精度穩壓穩流電源作為高電壓基礎電源，其輸出電壓為0～3【】(】V，輸出電流為O～3A。同時選用該公司的wYK3叭0型高精度穩壓穩流電源作為低電
壓基礎電源，其輸出電壓為O～30~，輸出電流為O～10A。這兩種穩壓電源的技術指標為電源效應：蘭5×10。+10mv，電流效應：曼5×10。+15mv，紋波電壓：V p曼10mV。
升壓電路采用Boost原理將低壓直流電
壓(24v)轉化為高電壓(2(】(】v以上)，并且輸出電壓可以通過電位器的調節實現連續調節。
逆變電路用于將直流電壓轉變為單向方波電壓，利用開關管元件實現斬波逆變變換。為了搭配實驗研究，逆變后的方波頻率可以通過電位器的調節實現一定范圍內的頻率調節。
放電回路是專門用于驅動容性負載所設計的，可以保證輸出電壓的波形，提高壓電致動器的響應速度，系統總體結構如圖2所示。
|
