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一种高稳定性压电驱动电源设计

压电与声光 2020年第1期42卷 104-107页

作者：张玉婷张文涛钱存张紫杨陈云桂林电子科技大学广西光电信息处理重点实验室

作为电压控制型器件,压电陶瓷驱动电源的稳定性受负载电容量变化的影响严重。针对负载等效电容在驱动电压变化下的动态特性,首次提出了一种基于容性负载的压电驱动电源。该电源采用RC前置滤波与电容超前反馈相结合,提高了系统稳定性与... 详细信息

作为电压控制型器件,压电陶瓷驱动电源的稳定性受负载电容量变化的影响严重。针对负载等效电容在驱动电压变化下的动态特性,首次提出了一种基于容性负载的压电驱动电源。该电源采用RC前置滤波与电容超前反馈相结合,提高了系统稳定性与驱动电源的鲁棒性。分析结果表明,额定负载为1.5μF的驱动电源优化后在0~3μF内具有良好的动态性能,且输出电压精度达0.7 mV。

关键词：压电驱动电源动态容性负载超前反馈稳定性分析压电控制

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面向惯性粘滑驱动的高动态压电驱动电源研究

面向惯性粘滑驱动的高动态压电驱动电源研究

作者：张大前苏州大学

学位级别：硕士

惯性粘滑驱动因具有运动速度快、定位精度高等优点,被广泛应用于跨尺度精密定位领域。在惯性粘滑驱动系统中,压电驱动电源输出驱动信号,驱动惯性粘滑平台进行快速运动和精密定位。但是,惯性粘滑驱动越来越需要具备高动态特性和高稳定性... 详细信息

惯性粘滑驱动因具有运动速度快、定位精度高等优点,被广泛应用于跨尺度精密定位领域。在惯性粘滑驱动系统中,压电驱动电源输出驱动信号,驱动惯性粘滑平台进行快速运动和精密定位。但是,惯性粘滑驱动越来越需要具备高动态特性和高稳定性的压电驱动电源。通过分析国内外压电驱动电源的动态特性和稳定性研究现状,发现现阶段压电驱动电源在面向惯性粘滑驱动时,存在阶跃响应慢、稳定性差的问题。本文在这样的研究和应用背景下,针对惯性粘滑驱动对压电驱动电源的动态特性和稳定性的需求,进行高动态压电驱动电源的研究。首先,为了解决阶跃响应慢的问题,进行了高动态功率放大电路研究。根据惯性粘滑的驱动特性,设计了功率放大电路。通过深入研究中间级放大电路的充放电回路对动态性能的影响,提出了动态响应优化方法。该方法是通过优化功率场效应管的充放电回路,提高它的开关速度,进而提升功率放大电路的动态响应性能。然后,为了解决稳定性差的问题,进行高动态功率放大电路稳定性研究。通过分析功率放大电路的环路响应特性,发现功率放大电路易发生自激振荡,进而设计了稳定性补偿电路。该补偿电路包含三个RC支路,其作用是补偿环路响应特性,提高高动态功率放大电路的稳定性。接着,进行了面向惯性粘滑驱动的高动态压电驱动电源的系统实现研究。基于功率放大电路动态特性和稳定性的研究,进行功率放大电路的高动态参数设计和稳定性参数设计,并逐步设计了驱动电源系统原理图和PCB图,并制作了高动态压电驱动电源样机。最后,进行了面向惯性粘滑驱动的高动态压电驱动电源的实验研究,搭建了驱动电源实验系统,测试了驱动电源的动态响应特性和稳定性。在动态特性方面,驱动电源的阶跃响应时间Tup=40μs,具有高动态特性。在稳定性方面,驱动电源能稳定地输出Vp-p=150V的驱动信号,其相位裕度φm=80°,静态纹波电压Vr驱动电源应用于惯性粘滑驱动时,惯性粘滑的运动速度Vs从1mm/s提升到3.75mm/s,位移误差△X从280nm下降到20nm。因此本文研究的高动态压电驱动电源可以提升惯性粘滑驱动的运动速度和定位精度,对促进惯性粘滑驱动的发展具有实际意义。

关键词：惯性粘滑驱动压电驱动电源高动态特性高稳定性

面向压电驱动电源的单端反激供电方法研究和实现

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面向压电驱动电源的单端反激供电方法研究和实现

作者：周啸吟苏州大学

学位级别：硕士

压电驱动技术在精密测量领域中广泛的应用,对压电驱动电源的要求也越来越苛.刻。以往压电驱动电源多工作在实验室等场合,对于电源的体积并没有太多要求。但是随着压电驱动技术的发展,要求其集成度越来越高,目前,线性供电电路已成为制约... 详细信息

压电驱动技术在精密测量领域中广泛的应用,对压电驱动电源的要求也越来越苛.刻。以往压电驱动电源多工作在实验室等场合,对于电源的体积并没有太多要求。但是随着压电驱动技术的发展,要求其集成度越来越高,目前,线性供电电路已成为制约其发展的因素之一。针对现有电源体积过大的缺点,扩展压电驱动电源小型化已成为行业的一个普遍研究方向。就驱动电源自身来说,其显示与控制电路、功率放大电路等都已经实现了电路的集成化,在体积上进一步缩小是十分困难的。而前级供电电路,由于使用了线性变压器,使得自身体积较大,难以实现电路的集成。本文所研究的直流供电电路为压电点胶系统中HPV型压电驱动电源服务。在压电点胶系统中,执行器以压电陶瓷为核心,其结构紧凑,体积较小。反观控制器HPV型压电驱动电源,其体积较大,是执行器体积的数倍甚至是十数倍。本文针对压电点胶系统中HPV型压电驱动电源对直流稳压供电功率和稳定性的要求,通过对不同直流供电系统的分析研究,提出以单端反激供电方式取代传统的工频供电方式。然后进行电路设计,对功率提升和稳定性问题进行分析。最后设计反激电路的PCB图,并完成样机的制作和实验研究。因此,本文将分别从以下四个方面进行展开。第一,探究压电电源体积大的原因。对HPV型压电电源的内部电路结构进行了分析。在深入分析之后,发现压电驱动电源体积较大、难以集成的原因在于直流稳压供电电路。对此,提出了基于单端反激的小体积直流稳压供电方法。第二,为了解决单端反激开关电源输出功率较小的问题,对反激变压器进行了研究。建立了反激变压器的功率传递模型,分析了各种因素对功率传递的影响,提升了反激变压器的功率传递能力。同时,从理论方面对反激变压器的相关参数及外围相关元器件的参数进行了设计与计算,完成了变压器的手工制备。第三,为了解决单端反激开关电源高频尖峰电压与尖峰电流及输出纹波较大的问题,对反激变压器的原、副边电路的波动电压进行了研究。分析了原边寄生参数对电路稳定性的影响,通过建立模型,分析了寄生参数对电路稳定性的影响,并提出了相应的解决方案。为稳定输出电压,设计了双闭环反馈电路与低通滤波电路。最后,设计了单端反激电路原理图和PCB,并制备了样机。在此基础上,对单端反激开关电源进行了实验研究,验证功率优化方法和波动电压抑制电路的可行性。根据供电电路的研究目标,测试了基于单端反激的压电驱动电源的动态特性、稳定性和其他整机性能。

关键词：单端反激小体积供电功率提升滤波压电驱动电源

微型超声手术刀等效电路与压电驱动电源的研究

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微型超声手术刀等效电路与压电驱动电源的研究

2010全国压电和声波理论及器件技术研讨会

作者：武敬郭航厦门大学萨本栋微纳米技术研究中心

本文对一种由PZT振片与硅变幅杆构成的微型超声手术刀的等效电路模型进行了研究。在该模型中,手术刀整体电特性等效为一阻容网络,而机械特性则以RLC串联谐振支路的形式体现,当外界负载条件的变化时,反映至等效电路将引起串联谐振支路中... 详细信息

本文对一种由PZT振片与硅变幅杆构成的微型超声手术刀的等效电路模型进行了研究。在该模型中,手术刀整体电特性等效为一阻容网络,而机械特性则以RLC串联谐振支路的形式体现,当外界负载条件的变化时,反映至等效电路将引起串联谐振支路中元件参数值的变化。在此基础上,设计了一种由高压运放IC、电流功放电路及可调补偿电路构成的双独立电源供电的驱动电源系统,并给出了设计的细节与实际测试的结果。结果表明,该电源具有

关键词： PZT 等效电路压电驱动电源

来源： cnki会议评论

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叠层型压电致动器的驱动电源研究

叠层型压电致动器的驱动电源研究

面向压电陶瓷的直流耦合快速驱动功率放大电路研究

第十三届中国小电机技术研讨会

作者：鲍诗杰徐志科金龙东南大学

文章研究的压电驱动电源基于电压控制型原理,主要由升压调压模块、逆变调频模块和放电回路等几个模块组成。电源输出频率可调、峰值电压可调的方波,并针对容性负载设计了合理的放电回路,保证了压电致动器的动态驱动。

关键词：压电驱动电源升压斩波电路逆变调频模块放电回路

来源： cnki会议评论

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面向压电陶瓷的直流耦合快速驱动功率放大电路研究

作者：张钰涵苏州大学

学位级别：硕士

压电陶瓷作为一种微驱动领域的智能材料,在精密定位、纳米工程、微电子工程等诸多领域都有着越来越广泛的应用。压电致动器就是利用压电陶瓷的逆压电效应来实现精密定位和快速动作。通过分析国内外压电驱动电源的研究现状,随着人们对压... 详细信息

压电陶瓷作为一种微驱动领域的智能材料,在精密定位、纳米工程、微电子工程等诸多领域都有着越来越广泛的应用。压电致动器就是利用压电陶瓷的逆压电效应来实现精密定位和快速动作。通过分析国内外压电驱动电源的研究现状,随着人们对压电陶瓷快速驱动的应用需求越来越高,驱动电源的性能也需要与之匹配。本文在此研究背景下,针对压电陶瓷快速驱动的应用需求,对快速驱动功率放大电路进行研究。首先,为了设计出动态性能快、驱动能力优越的功率放大电路,对现有的压电驱动电源的拓扑结构进行深入了解,分析现有的电路拓扑结构中存在的优缺点,从中优选出动态响应快、驱动性能优越的电路拓扑结构,为接下来的电路阶跃性能的研究与优化作准备。其次,为了提升功率放大电路阶跃响应性能,对直流耦合快速驱动功率放大电路进行了深入研究。将直流耦合快速驱动功率放大电路的实际电路与理论电路模型相结合,对实际电路模型进行数学建模和仿真实验,定性定量地分析了环路补偿电容对直流耦合快速驱动功率放大电路阶跃性能的影响。通过环路优化方法,使得整个功率放大电路的阶跃响应性能得到的提升。然后,为了解决容性负载引起的动态响应问题,对直流耦合快速驱动功率放大电路与负载性能进行深入研究。通过对直流耦合快速驱动功率放大电路功率输出级的设计,提高放大电路在驱动容性负载时的带载能力。通过将容性负载模型与功率放大电路相结合,建立相应的电路负载理论模型,从理论上电容大小对于直流耦合快速驱动功率放大电路阶跃响应时间的影响。最后,设计了直流耦合快速驱动功率放大电路的电路原理图和PCB,制备了直流耦合快速驱动功率放大电路的实验样机。在此基础上,对直流耦合快速驱动功率放大电路进行了整机设计和实验研究,对直流耦合快速驱动功率放大器电路的阶跃响应时间进行了实验研究,验证了直流耦合快速驱动功率放大电路理论模型的准确性;通过优化环路补偿电容,空载下的阶跃响应时间可达1.8μs;对直流耦合快速驱动功率放大器电路在不同电容负载下的阶跃响应性能进行了实验研究,可以通过负载电容大小定量分析,特定电路参数下直流耦合功率放大电路阶跃响应性能,验证了直流耦合快速驱动功率放大电路和电容负载模型的准确性。通过整机性能测试实验表明,直流耦合快速驱动功率放大电路可以无失真地输出0～10kHz、0～150V的信号,驱动0.5μF时的阶跃响应时间为12μs具有良好的动态性能,其输出电压线性度为99.49%、静态纹波小于12mV,具有良好的静态响应性能。

关键词：压电驱动电源快速响应直流耦合容性负载驱动

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压电智能结构控制驱动系统设计

压电智能结构控制驱动系统设计

作者：董淑伟中北大学

学位级别：硕士

捷联惯导系统已经被广泛应用于军事、航空、航天飞行器等不同的领域。振动和冲击可能激发捷联惯导系统产生多峰共振，降低导航精度，且强烈的振动会引起系统性能不稳定或电子元器件损坏，从而影响正常的工作。在捷联惯导系统中引入智能... 详细信息

捷联惯导系统已经被广泛应用于军事、航空、航天飞行器等不同的领域。振动和冲击可能激发捷联惯导系统产生多峰共振，降低导航精度，且强烈的振动会引起系统性能不稳定或电子元器件损坏，从而影响正常的工作。在捷联惯导系统中引入智能结构设计，展开对智能结构振动主动控制技术的研究，减小捷联惯导系统动态误差，对于提高战略性战术武器的打击精度，扩大捷联惯导系统应用领域，降低惯导系统的成本等具有极其重大的意义。本文主要针对压电智能结构控制驱动系统设计要求，通过查阅相关文献，制定了压电智能结构控制驱动系统的设计方案。其中主要包括高压驱动电源系统、微小型控制器的设计以及控制算法研究。微小型控制器将采集到的振动信号通过EMIF模块传至DSP进行算法处理，然后将经过算法处理的信号经过DA转换传至高压驱动电源系统，压电陶瓷片通过压电效应对系统的振动进行抑制，以达到设计目的。首先，根据性能指标要求，确定驱动电源采用电压驱动型直流放大式电路。进行压电驱动电源核心电路的设计、过流保护电路和相位补偿电路等外围电路的设计和电磁兼容性设计。其次，进行数据采集驱动输出单元设计。主要包括AD采集模块、DA转换模块、DDR2-SDRAM缓存模块和FLASH存储模块的硬件设计，FPGA和DSP通讯的软核处理器的定制、DDR2-SDRAM控制器的设计和EMIF接口控制器的设计。然后，进行了PID控制原理研究，搭建了智能结构PID控制算法仿真模型。分别针对以正弦信号、脉冲信号和阶跃信号作为被控信号三种情况进行PID控制仿真。针对仿真中出现的控制信号与被控信号在时间上有滞后的现象，分别提出了相关改进措施。最后，搭建试验系统，进行驱动电源样机性能测试、压电驱动电源系统驱动性能测试和智能结构PID控制算法输出信号测试。经过实验验证，驱动电源样机动静态性能良好，具有很好的驱动能力，控制信号与被控信号无相位滞后，能够实现对被控信号的有效控制。

关键词：智能结构振动主动控制压电驱动电源振动控制算法