高带宽压电陶瓷驱动电源_王彭

• 134•压电陶瓷(PZT)作为原子力显微镜(AFM)控制结构中微驱动定位的关键器件，能够用于快速跟踪测量样品表面的形貌变化，而其驱动电源是决定压电陶瓷微驱动性能的核心部分。

本文采用线性放大式驱动电源原理，设计了一种以AD8572+PA85A为核心的高精度压电陶瓷驱动电源。

主要介绍了驱动电源的工作原理、两级运放的特点和影响运放稳定性的关键因素。

实验结果表明设计的驱动电源线性度高、响应速度快、性能稳定，能有效应用于AFM的微驱动定位系统中。

引言：随着生物医学、微细加工和精密制造工艺等领域的不断发展，纳米级定位技术得到广泛关注，压电陶瓷微位移驱动平台作为理想的定位系统，它在体积、响应速度、分辨率等方面优点突出（李龙江，压电陶瓷驱动电源及其控制系统的研究：哈尔滨工业大学，2012；徐辽，基于PA85A的高精度动态压电陶瓷驱动电源设计：压电与声光，2018）。

而压电陶瓷驱动电源作为微位移驱动平台的核心部分，其线性度、电压分辨率、响应速度和稳定性都决定着AFM的扫描成像能力，所以对驱动电源输出电压的稳定性、分辨率和响应速度等性能提出了更高的要求（刘振明，压电陶瓷驱动器动态驱动电源设计：电源技术，2011）。

目前，国内外的专家学者对压电陶瓷驱动电源的研究多集中在电源的谐波失真、频响范围、输出的功率等方面（王彭，宋克非，高带宽压电陶瓷驱动电源：仪表技术与传感器，2016；钟文斌，一种误差放大式压电陶瓷驱动电源的研制：压电与声光，2014；滕旭东，高精度数字跟踪式压电陶瓷驱动电源设计：电源技术与应用，2013）。

然而面对目前仍存在的驱动电源输入失调电压高、精度不够、非线性失真大、稳定性差等影响压电陶瓷驱动电源性能的关键因素，提出行之有效的解决方案仍然是其在AFM应用中至关重要的技术之一。

1 驱动电源工作原理和技术指标压电陶瓷驱动电源分为电荷控制型和电压控制型两种（赵雅彬，一种压电陶瓷致动器直流可调稳压驱动电源设计：北方工业大学学报，2015；金学健，曹龙轩，冯志华，基于恒流源的改进型压电陶瓷高压驱动电源：压电与声光，2017）。

基于ARM的高分辨率压电陶瓷驱动电源佚名【摘要】根据压电陶瓷微位移器对驱动电源的需求，设计了压电驱动电源系统。

详细介绍了电源系统中的数字电路部分和模拟电路部分，并对驱动电源的精度与稳定性进行了分析与改进。

最后对驱动电源的性能进行了实验验证，实验结果表明：所设计的电源输出电压噪声低于0.43 mV、输出最大非线性误差低于0.024%、分辨率可达1.44 mV，能够满足高分辨率微位移定位系统中静态定位控制的需求。

%According to the requirement of the micro piezoelectric actuator for driving power supply,a piezoelectric actua⁃tor power supply system was designed. In this paper,the digital circuit and analog circuit in the power supply system were de⁃scribed in detail. The accuracy and the stability of the actuator power supply were analyzed and improved. Finally,the perfor⁃mance of the power supply was verified in experiment. The experimental results indicate that the output voltage noise of thede⁃signed power supply is lower than 0.43 mV,the maximum nonlinear output error is less than 0.024%,and the resolution can reach 1.44mV,which can meet the requirement of static positioning control in the high resolution micro⁃displacement system.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2013(000)014【总页数】5页(P166-170)【关键词】ARM;压电陶瓷;驱动电源;PI控制器【正文语种】中文【中图分类】TN911-34;TP368.1压电陶瓷驱动器（PZT）是微位移平台的核心，其主要原理是利用压电陶瓷的逆压电效应产生形变，从而驱动执行元件发生微位移。

一种高输出电压的压电陶瓷驱动电源的研究作者：张会连胡文霞来源：《科技创新导报》2011年第12期摘要:压电陶瓷驱动电源是压电陶瓷微位移器应用中的关键部件。

PA85A是一种高压、高精度的MOSFET运算放大器。

本文提出了一种基于PA85A的单端供电的新型压电陶瓷驱动电源,介绍了该电源设计原理并对其性能进行了分析和测试。

该电源具有集成度高,响应速度快,驱动力强,稳定性好,输出电压高达(396.8V)的特性,能有效用于光纤光栅传感系统中。

关键词:压电陶瓷单端供电驱动电源中图分类号:T721 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)04(c)-0002-01压电陶瓷具有体积小、分辨率高、响应快、推力大等一系列优点,用它制成的压电驱动器广泛应用于微位移输出装置、力发生装置、微型机器人、光学扫描器等领域。

压电陶瓷的使用要有好的相应驱动电源,因此,压电陶瓷的驱动电源技术已成为当前的研究热点[1]。

1 驱动电源组成从原理上讲,主要有电压驱动型和电荷驱动型两种。

其中电压控制型驱动电源主要有基于直流变换器原理的开关式驱动电源和直流放大式电源两种形式,一种是基于直流变换原理开关式驱动电源,这种方法的功率损耗小、效率高、体积小,但高频干扰较大,电源输出纹波较大,频响范围较窄。

另一种是直流放大式驱动电源。

这种电源输出纹波小,频响范围较宽,目前高压运放技术日趋完善。

本文电源采用直流放大式电路。

微处理器通过数模转换器(DAC) 产生波形信号,经运算放大电路和由PA85A组成的功率放大电路实现信号的放大。

驱动电源具体要求为:(1)输出电压0～396.8V连续可调。

(2)频率为0～1kHz。

(3)分辨率(4)根据最高频率和最大电压波动范围计算所需的转换速率S.R=1.9V/μs。

2 驱动电源的设计与实现2.1 PA85A简介PA85A是APEX公司生产的一种高压、大带宽的MOSFET运算放大器,最大输出电流达到200 mA,具有很高的电源电压抑制比。

电荷驱动型压电陶瓷驱动电源能很好的改善压电陶瓷的迟滞和蠕变，所以理想情况下一般采用电荷控制方式。

但电荷驱动法电路比较复杂，实现起来比较困难，而且响应时间比较长，动态特性较差，所以实际中应用该方法的驱动电源不多。

１．３．３压电陶瓷驱动电源的研究现状
随着压电陶瓷驱动器在纳米技术、精密测量、微细加工、微电子、机器人等领域得到广泛应用，近几年世界各国对压电陶瓷驱动电源技术的研究也取得了很大的进展。

１．ＨＰＶ系列压电陶瓷驱动电源
图卜２是哈尔滨工业大学研制的ＨＶＰ系列压电陶瓷驱动电源，它具有如下主要特点：
·输出电压高稳定性、高分辨率
·高频率响应和极低的静态纹波
·输出电压可实时监控
·具有模拟、手动控制、ＳＰＰ口控制三种
控制方式
·液晶汉字显示及薄膜按键输入，提供了良好的
人机界面图１．２ＨＰＶ驱动电源·具有过流、短路保护等功能
·单极性电源输出电压为０．３００Ｖ可选
ＨＰＶ系列压电陶瓷驱动电源的技术指标如下：
电压稳定性：１％ｏ／８ｈｏｕｒｓ
·输出电压分辨率：３０ｐｐｍ
一一静态电压纹波：３０ｐｐｍ
２．Ｅ．６１２．ＣＯ高速压电陶瓷驱动电源
幽１．３Ｅ．６１２，ＣＯ驱动电源
图７－２电源误差曲线
７．３输出电压静态纹波的测量
利用计算机ＲＳ．２３２接口给出ＯＶ，１００Ｖ，２００Ｖ，３００Ｖ的电压输出指令，每隔３０秒钏一测量输出的电压交流纹波，共测１００个点，绘制电压交流纹波曲线，测量结果如图７－３至７－６所示：
隆ｌ７－３ｏｖ时输山电压静态纹波。

高带宽压电陶瓷驱动电源王彭;宋克非【摘要】Piezoelectric actuator is the critical component in ultrasonic guided wave detection .As the piezoelectric actuator de-mands high power and high bandwidth driving power ,a piezoelectric driving power based on high-voltage amplifier MP 108 was de-signed and developed .The signal source was generated by direct digital frequency synthesis technique then amplified and filtered before sent to the high-voltage amplifier .Thermal dissipation of the driving power was analyzed and the maximum thermal resistance from the heat sink to air is 1.1℃/W.The experiment verifies that the driving power can output 100 Vp-p in bandwidth from 10 kHz to 300 kHz when the load is 10 nf,which can satisfy the request of the ultrasonic guided wave piezoelectric actuator .%压电激振器是超声导波无损检测应用中的关键部件，针对激振器对压电驱动电源高带宽和大功率的要求，设计并研制了一种基于高压运放MP108的压电陶瓷驱动电源。

专利名称：级联式功率放大压电陶瓷驱动电源专利类型：发明专利
发明人：卢倩,邵立,赵博文,王成阳,王鹏举
申请号：CN202210058009.2
申请日：20220119
公开号：CN114614696A
公开日：
20220610
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种级联式功率放大压电陶瓷驱动电源，包括稳压电源模块、控制信号发生模块、线性放大电路模块、功率放大模块和负载模块；控制信号发生模块的输入端接输入信号，控制信号发生模块的输出端与线性放大电路模块的同相输入端连接，线性放大电路模块输出电压经过功率放大模块进行功率放大，输出电压驱动负载模块，负载模块的输出端与地连接；稳压电源模块包括正负低压直流电源、正负高压直流电源；线性放大电路模块包括第一级运放和第二级运放；在第二级运放的添加相位补偿和隔离电阻、反馈电容进行稳定性补偿。

本发明是一种高效率、结构简单、大功率、低纹波的驱动电源。

申请人：盐城工学院
地址：224051 江苏省盐城市希望大道中路1号
国籍：CN
代理机构：南京苏高专利商标事务所(普通合伙)
代理人：柏尚春
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