一种压电陶瓷驱动电路的制作方法

本实用新型涉及显示技术领域，特别是涉及一种压电陶瓷驱动电路。

背景技术：

外腔半导体激光器具有结构紧凑、能量转换率高、寿命长、波长可调谐、便携等许多优点，广泛地应用于军事、工业、通信、科研等领域。一般外腔半导体激光器的外腔由激光二极管端面和外置光栅构成，通常利用锆钛酸铅压电陶瓷(piezoelectric ceramic transducer，PZT)调节光栅的衍射角进而调谐激光输出的波长，使用PZT有许多优点，其在外加电压下有超高的位移控制精度，在1e^-8m/V 量级，同时具有频率响应带宽高、性能稳定、不产生噪音等特性。

PZT通常通过驱动电路进行驱动，才能正常工作。然而现有的PZT驱动电路存在高频干扰、输出电压纹波等缺点，且调制频率限制了最终控制PZT工作的带宽，导致PZT的稳定性较差。

因此，有必要提供一种压电陶瓷驱动电路，以解决现有技术所存在的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种压电陶瓷驱动电路，能够提高PZT的稳定性。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种压电陶瓷驱动电路，其包括：

电源转换模块，用于将交流电压转换为直流电压；

电压基准模块，用于提供基准电压；

电压放大模块，用于对所述基准电压进行放大；所述电压放大模块与所述电压基准模块连接；

三角波发生器，用于产生振幅可调和频率可调的三角波；

压电陶瓷，分别与所述电压放大模块、所述三角波发生器连接；

其中所述电源转换模块分别与所述三角波发生器、所述电压基准模块以及所述电压放大模块连接。

本实用新型的压电陶瓷驱动电路，包括电源转换模块、电压基准模块、电压放大模块、三角波发生器以及压电陶瓷，其中所述电源转换模块分别与所述三角波发生器、所述电压基准模块以及所述电压放大模块连接，三角波发生器产生振幅和频率可调的三角波，连接到压电陶瓷，用于连续扫描压电陶瓷的位置，电压基准模块提供可调的高精度基准电压。电压放大模块用于将可调基准电压放大，放大后的电压连接到压电陶瓷，因而通过改变正负极的电压差值扫描压电陶瓷位置，将直流电压偏置和三角波两个功能分开处理，提高了电路稳定性。

【附图说明】

图1为本实用新型压电陶瓷驱动电路的结构示意图；

图2为本实用新型电源转换模块中的第一转换单元的结构示意图；

图3为本实用新型电源转换模块中的第二转换单元的结构示意图；

图4为本实用新型电压基准模块的结构示意图；

图5为本实用新型电压放大模块的结构示意图；

图6为本实用新型三角波发生器的结构示意图；

图7为本实用新型压电陶瓷的结构示意图。

【具体实施方式】

以下各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本实用新型可用以实施的特定实施例。本实用新型所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本实用新型，而非用以限制本实用新型。在图中，结构相似的单元是以相同标号表示。

请参照图1至7，图1为本实用新型压电陶瓷驱动电路的结构示意图。

如图1所示，本实用新型的压电陶瓷驱动电路，包括：电源转换模块10、电压基准模块20、电压放大模块30、三角波发生器40以及压电陶瓷50。

电源转换模块10，用于将交流电压转换为直流电压；

电压基准模块20，用于提供基准电压；

电压放大模块30，用于对所述基准电压进行放大；

三角波发生器40，用于产生振幅可调和频率可调的三角波；

其中所述电源转换模块10分别与所述电压基准模块 20、所述电压放大模块30以及所述三角波发生器40连接；所述电压放大模块30与所述电压基准模块20连接；所述压电陶瓷50分别与所述电压放大模块30、所述三角波发生器40连接。

如图2和3所示，其中，所述电源转换模块10包括第一转换单元101和第二转换单元102。第一转换单元101 用于将交流电压转换为第一直流电压和第二直流电压；第二转换单元102用于将交流电压转换为第三直流电压。在一实施方式中，第一直流电压为+15v和第二直流电压为 -15v；第三直流电压为+300v。

所述第一转换单元101包括变压器T、第一桥式整流器B1，所述变压器T的输入端11接入交流电压，交流电压比如为220V。所述变压器T的输出端12与第一桥式整流器B1的输入端(也即两个交流电压AC输入端)连接，第一桥式整流器B1的第一直流输出端V+与第一稳压器 S1的输入端VIN连接；第一桥式整流器B1的第二直流输出端V-与第二稳压器S2的输入端VIN连接。第一桥式整流器B1为全桥整流器。

其中所述第一转换单元101还包括第一电容C1、第二电容C2；所述第一直流输出端V+与第一电容C1的正极连接，所述第一电容C1的负极和第二电容C2的正极连接，第二电容C2的负极与所述第二直流输出端V-连接，所述第一电容C1的负极接地。

所述第一转换单元101还可包括第三电容C3和第四电容C4；所述第一稳压器S1的输出端VOUT通过第三电容C3接地；所述第二稳压器S2的输出端VOUT通过第四电容C4接地。所述第一稳压器S1的接地端GND和所述第二稳压器S2的接地端GND均接地，所述第一稳压器 S1的输出端VOUT还输出VO1。所述第二稳压器S2的输出端VOUT还输出VO2。

所述第二转换单元102包括第二桥式整流器B2，所述第二桥式整流器B2的输入端(也即两个交流电压AC 输入端)接入交流电压，所述第二桥式整流器B2的第二直流输出端V-接地，所述第二桥式整流器B2的第一直流输出端V+通过第五电容C5接地，所述第二桥式整流器 B2的第一直流输出端V+还与第一电阻R1的一端连接。也即所述第二桥式整流器B2的第一直流输出端V+与第五电容C5的正极连接，第五电容C5的负极接地。

所述第二转换单元102还包括第二电阻R2、第六电容C6以及第七电容C7；所述第二电阻R2的一端与所述第一电阻R1的另一端连接，所述第六电容C6的正极与所述第一电阻R1和所述第二电阻R2之间的节点连接，所述第六电容C6的负极接地；所述第七电容C7的正极与所述第二电阻R2的另一端连接，所述第七电容C7的负极接地。所述第二电阻R2的另一端还输出V11。

在一实施方式中，变压器T将220v交流电转换为双向15V交流电。电容C1、C2构成滤波电容以减小电压纹波，电容C1、C2可以为电解电容。第一稳压器S1、S2 将带纹波的直流电压变换为稳恒直流电压输出。电容C3、 C4可为高频瓷片电容，用以消除高频干扰，输出电压分别为+15v、-15v，作为双向直流电源使用。

在一实施方式中，220v交流电经过全桥整流器B2，将双向交流电转换为单向直流电，电解电容C5、C6、C7 构成滤波电容，电阻R1、R2为限流电阻，其输出为高压单向直流电源，比如+300V。

所述第一电阻R1和所述第二电阻R2的阻值相等，比如为5kΩ。所述第一电容C1和所述第二电容C2的容值都为470uF，耐压值为30V，所述第三电容C3和所述第四电容C4的容值都为0.1uF，所述第五电容C5、所述第六电容C6、所述第七电容C7的容值都为10uF，耐压值为400V。

如图4所示，所述电压基准模块20包括电压基准芯片LM、第六电阻R6以及第三可调电阻RP3，所述电压基准芯片LM还具有第一引脚21、第二引脚22、第三引脚23以及第四引脚24，所述第三引脚23与所述第一稳压器S1的输出端连接，所述第一引脚21通过第六电阻 R6与所述第一稳压器S1的输出端连接，所述第二引脚22 和所述第四引脚24都接地，所述第一引脚21还与所述第三可调电阻阻RP3的一固定端连接，所述第三可调电阻 RP3的另一固定端与第二引脚22连接。

其中所述电压基准模块20还可包括第九电容C9、第十电容C10、第七电阻R7和第八电阻R8，所述第三可调电阻RP3的调节端分与所述第九电容C9的一端和所述第七电阻R7的一端连接，所述第七电阻R7的另一端与所述第八电阻R8的一端连接，所述第十电容C10的一端与所述第七电容R7和第八电容R8之间的节点连接，所述第九电容C9的另一端、所述第十电容C10的另一端均接地。第八电阻R8的另一端输出电压Vref。

也即R7、R8、C9、C10构成滤波电路，调节RP3的电阻可使输出电压Vref在0v-6.95v间连续变化。

所述第七电阻R7和所述第八电阻R8的阻值相等，比如为2kΩ。所述第九电容C9和所述第十电容C10为 22uF，所述第三可调电阻RP3的阻值为10kΩ。

如图5所示，所述电压放大模块30包括第四电压比较器U1D，所述第四电压比较器U1D的电源输入端31与所述第一稳压器S1的输出端连接，也即所述第四电压比较器U1D的电源输入端31接入电压VO1；所述第四电压比较器U1D的接地端32均与所述第二稳压器S2的输出端连接；也即所述第四电压比较器U1D的接地端32接入电压VO2。

所述第四电压比较器U1D的反向输入端33与所述第八电阻R8的另一端连接。

所述第四电压比较器U1D的输出端35与三极管Q1 的基极连接，所述三极管Q1的集电极与所述第二电阻R2 的另一端连接，所述三极管Q1的发射极接地。

所述三极管Q1的集电极与第十一电阻R11的一端连接，所述第十一电阻R11和第十二电阻R12串联，所述第十二电阻R12的另一端接地。

所述第十一电阻R11与所述第十二电阻R12之间的节点与所述第四电压比较器U1D的同向输入端34连接。

所述三极管Q1的集电极还可与第十一电容C11的一端连接，第十一电容C11的另一端接地。

所述三极管Q1为NPN型三极管，所述第九电阻R9 的阻值为100kΩ，所述第十电阻R10的阻值为5kΩ，所述第十一电阻R11的阻值为600kΩ，所述第十二电阻R12 的阻值为20kΩ，第十一电容C11的容值为5nF。

换句话讲，电源转换模块10的第一转换单元101给第四电压比较器U1D供电，第一转换单元102的产生高压直流电压(+300v)经过电阻R9接入三极管Q1的集电极。Q1发射极经过电阻R10后接地，Q1基极连接到U1D 输出端。电压基准模块20输出的可调基准电压Vref连接到U1D的反向输入端，U1D的同向输入端连接到电阻 R11、R12间的节点，其电压为Vs。U1D与三极管Q1构成电压放大器，输出电压VO4为：

VO4＝Vs*(R7/R8)

根据运算放大器的虚短原理，当电路稳定时Vs＝ Vref，可以计算出VO4电压的范围为0-208.5v。电容C11 为滤波电容，目的是消除高频干扰。

如图6所示，所述三角波发生器40包括第一电压比较器U1A、第二电压比较器U1B以及第三电压比较器 U1C。

所述第一电压比较器U1A的电源输入端41、所述第二电压比较器U1B的电源输入端43、所述第三电压比较器U1C的电源输入端45均与所述第一稳压器S1的输出端连接；所述第一电压比较器U1A的接地端42、所述第二电压比较器U1B的接地端44、所述第三电压比较器U1C 的接地端46均与所述第二稳压器S2的输出端连接；所述第一电压比较器U1A的反向输入端、所述第二电压比较器U1B的同向输入端均接地；

所述第一电压比较器U1A的同向输入端通过第三电阻R3与第一节点P连接，所述第一电压比较器U1A的同向输入端通过第四电阻R4与所述第二电压比较器U1B的输出端48连接；

所述第一电压比较器U1A的输出端47与第一节点P 连接；所述第一节点P通过第一可调电阻RP1与所述第二电压比较器U1B的反向输入端连接；所述第二电压比较器U1B的反向输入端通过第八电容C8与所述第二电压比较器U1B的输出端48连接；

所述第二电压比较器U1B的输出端48与第二可调电阻RP2的一固定端连接，所述第二可调电阻RP2的另一固定端接地，所述第二可调电阻RP2的调节端与所述第三电压比较器U1C的同向输入端连接；

所述第三电压比较器U1C的反向输入端与所述第三电压比较器U1C的输出端连接。

如图7所示，所述压电陶瓷50的正极与所述三极管 Q1的集电极连接；也即所述压电陶瓷50的正极接入VO4，所述压电陶瓷50的负极与所述第三电压比较器U1C的输出端连接，也即所述压电陶瓷50的负极接入VO3。

所述第三电阻R3、第四电阻R4的阻值为10kΩ，所述第五电阻R5的阻值为1kΩ，第一可调电阻RP1、第二可调电阻RP2的最大阻值为10KΩ，所述第八电容C8的容值为2.2Uf。

电源转换模块10的第一转换单元101分别给U1A、 U1B、U1C供电，U1A构成迟滞比较器，同向输入端的电压Va由U1A的输出电压V1和U1B的输出电压V2决定，具体如下式：

Va＝R3/(R3+R4)*V2+R4/(R3+R4)*V1，

U1A的反向输入端接地也即Ub＝0v，当Va>0v时， U1A输出饱和正电压，由于稳压二极管D1、D2的存在， V1的电压为+Vz(可根据不同需求选取合适的稳压二极管，当稳压二极管选取1N4740时，Vz约为10.6v)；当 Va<0v时，U1A输出饱和负电压，由于稳压二极管Dz的存在，V1的电压为-Vz。

U1B构成积分器，假设三角波发生器刚开始通电工作时，V1＝-Vz，则V2向正向变化，积分电容C8的充电电流为Vz/RP1；当V2变化到使Ua稍大于0v时，变换电压值为：

V2＝R4/R3*Vz，

则V1电压变为+Vz，然后V2开始向负向变化，当 V2变化到使Ua稍小于0v时，V1电压变为+Vz，循环往复，就可以得到方波输出V1，U1B输出V2，可以计算出三角波的幅值Vs为:

Vs＝R4/R3*Vz，

重复频率为：

f＝R3/(4*R4*RP1*C)。

U1C构成跟随器，输入电压V2经过可调电位器RP2 分压后接到同向输入端，反向输入端与输出端连接，则输出电压为VO3＝V2*cR，cR为分压系数；跟随器的目的是独立地调节三角波的幅值，同时增加电路的抗干扰能力，以电路图中的参数为例，RP2分压系数在0至1间调节时的三角波输出电压值幅值在0v至10.6v间变化，RP1在 100至10k欧姆间调节时，对应的频率范围为7Hz至 700Hz。

由于本实用新型的压电陶瓷驱动电路包括电源转换模块、电压基准模块、电压放大模块、三角波发生器、压电陶瓷，其中所述电源转换模块分别与所述三角波发生器、所述电压基准模块以及所述电压放大模块连接。三角波发生器产生振幅和频率可调的三角波，连接到压电陶瓷负极，用于连续扫描压电陶瓷的位置，电压基准模块提供可调的高精度基准电压。电压放大模块用于将可调基准电压放大，放大后的电压连接到压电陶瓷正极，电压放大电路与三角波发生器共同驱动压电陶瓷，通过改变正负极的电压差值扫描压电陶瓷位置，而不是传统电路压电陶瓷的负极接地，只改变正极的电压扫描压电陶瓷位置，因而将直流电压偏置和三角波两个功能分开处理，极大地简化了电路复杂性，提高了电路稳定性。

此外，本实用新型的驱动电路可以直接用于驱动外腔半导体激光器光栅的压电陶瓷，电压直流偏置范围大、三角波扫描信号频率与幅值可调范围大，且二者独立可调，提高了电路的灵活性。直流偏置电压的精度由电压基准模块决定，三角波扫描电压的精度由运算放大器决定，因而提高了精度。此外不需要复杂的高压供电模块，简化了电路的结构，降低生产成本。

本实用新型的压电陶瓷驱动电路，包括电源转换模块、电压基准模块、电压放大模块、三角波发生器以及压电陶瓷，其中所述电源转换模块分别与所述三角波发生器、所述电压基准模块以及所述电压放大模块连接，三角波发生器产生振幅和频率可调的三角波，连接到压电陶瓷，用于连续扫描压电陶瓷的位置，电压基准模块提供可调的高精度基准电压。电压放大模块用于将可调基准电压放大，放大后的电压连接到压电陶瓷，因而通过改变正负极的电压差值扫描压电陶瓷位置，将直流电压偏置和三角波两个功能分开处理，提高了电路稳定性。

综上所述，虽然本实用新型已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本实用新型，本领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本实用新型的保护范围以权利要求界定的范围为准。