新型误差放大式压电陶瓷驱动电路的制作方法

文档序号:9329994阅读:720来源:国知局
新型误差放大式压电陶瓷驱动电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及 APT 系统(AcquisitioruPointing and Tracking,APT)中的精目苗技术 领域,具体涉及精瞄技术中的核心一一精瞄微定位系统领域。
【背景技术】
[0002] 压电/电致伸缩驱动器已成功地应用在精密定位、精密加工、智能结构、生物工 程、航空航天、电子通讯、汽车工业、机器人关节、医疗器械等众多技术领域,并正在形成一 个潜力巨大的产业。性能良好的驱动电源是高精度微位移进给技术得以广泛应用的前提。 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。
[0003] 电压控制型压电陶瓷执行器驱动电源有以下几种方式:
[0004] ①直接采用高压运算放大器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。
[0005] 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。
[0006] ③误差放大式电源,误差放大式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。
[0007] 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 M0SFET)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。
[0008] 传统的直流放大式驱动电路采用误差放大器加高压放大器的结构,由于采用误差 放大器对误差进行了放大,当输入电压Vin变化时,势必导致误差放大器的输出产生较大 幅度的波动,开环形式的误差放大器输出甚至带有开关性质,这将导致高压放大器的输出 电压也有较大幅度的波动,为了使最终加到压电陶瓷上的电压波动幅度不致太大,高压放 大器输出电阻不能太小,即压电陶瓷的充放电电流不可能太大,因此这种方法虽然最终能 输出较稳定的放大电压,但在到达稳态之前往往存在一个时间较长的过渡过程,因此这种 高压放大器只适用于输出电压很少变化或变化很慢的静态应用场合,高压放大器是精瞄偏 转镜驱动电源的关键组成部分,从前级放大经过D/A转换或直接从模拟信号接口得到的模 拟信号要经过高压放大器后才能够驱动压电陶瓷,其性能直接影响到整个驱动电源的性 能。现有的驱动电路由于稳态过渡时间长不适用于驱动精瞄偏转镜,而且上行电压和下行 电压的线性度不好,控制精度不高。

【发明内容】

[0009] 本发明是为了解决现有的驱动电路稳态过渡时间长,上行电压和下行电压的线性 度不好,控制精度低的问题,从而提供新型误差放大式压电陶瓷驱动电路。
[0010] 本发明所述的新型误差放大式压电陶瓷驱动电路包括前级驱动电路、积分电路、 电平转换电路、信号放大级、过流保护电路和功率放大级;
[0011] 积分电路的输出端连接前级驱动电路的输出端,积分电路和前级驱动电路的公共 端连接电平转换电路的输入端,电平转换电路的输出端连接信号放大级的输入端,信号放 大级的输出端同时连接过流保护电路的输入端和功率放大级的输入端,过流保护电路的输 出端连接功率放大级的过流信号输入端,积分电路的反馈端连接过流保护电路;
[0012] 功率放大级的输出端连接压电陶瓷。
[0013] 前级驱动电路包括电阻Rl-电阻R8、电位器DR1、电容Cl-电容C5和运算放大器;
[0014] 运算放大器包括两对输入端,分别为:一号正输入端、一号负输入端、二号正输入 端和二号负输入端;
[0015] 电阻Rl的一端连接直流电源的正极,电阻Rl的另一端连接电位器DRl的一端,电 位器DRl的另一端连接电阻R2的一端,电阻R2的另一端连接直流电源的负极,电位器DRl 的电刷端连接运算放大器的二号正输入端;
[0016] 电阻R3的一端作为控制信号输入端,电阻R3的另一端、电阻R4的一端和二号负 输入端相连,电阻R4的另一端连接运算放大器第二输出端,电阻R4和运算放大器第二输出 端的公共端作为输出端,即前级驱动电路的输出端;
[0017] 电容C2的一端接地,电容C2的另一端连接电容C3的一端,电容C3的另一端连接 运算放大器的正直流电源端;电阻R5的一端接地,电阻R5的另一端连接一号正输入端;一 号负输入端连接电阻R6的一端,电阻R6的另一端连接电容Cl的一端,电容Cl的另一端连 接电阻R7的一端,电阻R7的另一端连接电阻R8的一端,电阻R8的另一端连接运算放大器 第一输出端;运算放大器的负直流电源端连接电容C4的一端,电容C4的另一端连接电容 C5的一端,电容C5的另一端接地。
[0018] 积分电路包括电阻R9、电阻RlO和电容C6 ;
[0019] 电容C6的一端连接电阻R9的一端,电容C6和电阻R9的公共端作为反馈输出端 即积分电路的输出端,电容C6的另一端连接电阻RlO的一端,电阻RlO的另一端连接电阻 R9的另一端。
[0020] 电平转换电路包括二极管Dl、三极管VI、电阻Rll、电阻R12和电位器DR2 ;
[0021] 二极管Dl的阳极连接三极管Vl的基极,二极管Dl和三极管Vl的公共端作为输 入信号的输入端即电平转换电路的输入端,三极管Vl的集电极、电阻Rll的一端和电阻R12 的一端连接,三极管Vl的发射极、电位器DR2的一端和电位器DR2的电刷端连接,电位器 DR2的另一端和二极管Dl的阴极连接;
[0022] 信号放大级包括电阻R13-电阻R16、场效应管Q1、场效应管Q2、电位器DR3、电位 器DR4、电容C7、稳压二极管V4和稳压二极管V5 ;
[0023] 电阻R13的一端连接场效应管Ql的源极,电位器DR3的一端和场效应管Ql的栅 极相连,电位器DR3的另一端、电位器DR3的电刷端和电容C7的一端连接,电容C7的另一 端连接稳压二极管V5的阳极,电容C7和稳压二极管V5的公共端连接场效应管Ql的漏极, 稳压二极管V5的阴极连接场效应管Q2的漏极,场效应管Q2的栅极连接电阻R14的一端, 电阻R14的另一端连接电位器DR4的电刷端,电位器DR4的一端、电阻R16的一端和稳压二 极管V4的阳极连接,电位器DR4的另一端、稳压二极管V4的阴极和电阻R15的一端连接, 电位器DR4、稳压二极管V4和电阻R15的公共端连接高压直流电源的正极,电阻R14的另一 端连接场效应管Q2的源极;
[0024] 功率放大级包括电阻R17-电阻R20、电容C8-电容C12、场效应管Q3和场效应管 Q4 ;
[0025] 电阻R20的一端连接场效应管Q4的栅极,场效应管Q4的源极连接高压直流电源 的负极,电阻R19的一端连接电阻R18的一端,电容ClO与电容Cll串联,构成串联支路,该 串联支路与电容C8、电容C9及电容C12并联,构成并联支路,该并联支路的一端与电阻R18 的另一端连接,且连接点作为功率放大级输出信号OUT的输出端,并联支路的另一端接地。
[0026] 过流保护电路包括三极管V2、三极管V3、电阻21和电阻22 ;
[0027] 三极管V2的基极、三极管V3的基极和电阻R21的一端相连,电阻R21的另一端连 接电阻R22的一端,三极管V2的发射极和三极管V3的发射极的公共端连接电阻R22的另 一端;
[0028] 上述电阻R9和电阻RlO的公共端连接三极管V2的发射极;
[0029] 电位器DR2和二极管Dl的公共端连接电阻R16的另一端,电阻Rll的另一端连接 电阻R13的另一端,电阻R12的另一端连接电位器DR3和场效应管Ql的公共端;
[0030] 电位器DR4、稳压二极管V4和电阻R15的公共端连接场效应管Q3的漏极,稳压二 极管V5和场效应管Q2的公共端同时连接电阻R17的另一端和三极管V2的集电极,电容 C7、稳压二极管V5和场效应管Ql的公共端连接电阻R20的另一端和三极管V3的集电极, 电阻Rll和电阻R13的公共端连接场效应管Q4的源极;
[0031] 场效应管Q3的源极连接电阻21和电阻22的公共端、以及效应管Q4的漏极,电阻 R22的另一端连接电阻R19的另一端。
[0032] 上述运算放大器的型号为LM124AJRQMLV。
[0033] 本发明所述的新型误差放大式压电陶瓷驱动电路,控制信号IN经低压运算放大 器经过反向变成back',然后叠加驱动电路反馈back变成ini接入Vl的基极,当ini为正 时,三极管Vl截止;当ini为负时,三极管Vl导通,通过调节发射极电阻即电位器DR2可 调节三极管Vl的导通电流,从面实现Ul电压可调。调节Ul电压使MOS管Ql工作在线性 放大
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