一种新型压电陶瓷驱动器电源的制作方法

本发明涉及一种新型的压电陶瓷驱动器电源，属于驱动电源技术领域。

背景技术：

现有压电陶瓷驱动电源的设计主要存在以下两个方面的问题：

1、现有的设计中大多数压电陶瓷电源采用直流电压放大式进行设计，存在效率低，功率管或者芯片功耗大，发热严重。

2、现在有的设计中也有采用开关电源控制方式，虽然提高了工作效率，但电源纹波输出大，在精度要求高的场合不适用。

因此，有必要针对现有设计中压电陶瓷电源存在的适用性不强、功耗大、成本高、电路复杂以及稳定性不高等问题，提出改进方案。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种新型压电陶瓷驱动器电源，适用性强、功耗小、成本低、电路简单、稳定性高。

本发明的技术方案如下：

一种新型压电陶瓷驱动器电源，包括相连接的DC/DC变换电路和串联型直流稳压电路。

所述DC/DC变换电路的输出电压自动跟随串联型直流稳压电路的输出电压变化而变化，始终保持串联型直流稳压电路中调整管压降为5V。

所述DC/DC变换电路的电压输出端与通过AD转换器、单片机控制系统和PWM驱动器构成的闭环控制系统相连。

所述单片机控制系统的PWM控制控制算法为数字式PID算法。

所述串联型直流稳压电路与DA转换器及单片机控制系统相连。

所述DC/DC变换电路的输入端与全桥整流及滤波电路、变压器相连。

所述串联型直流稳压电路的误差放大三极管的集电极与包括由TL431构成的电流源相连。

本发明中，AC220V电源输入后经过变压器、整流以及滤波后得到DC/DC变换电路的直流输入电压。该DC/DC变换电路的输入电压值由被控制的压电陶瓷设备的控制电压决定，经实验验证取比压电陶瓷设备的最高控制电压高20V即可。DC/DC变换电路的输出电压随着串联型直流稳压电路的输出电压的改变而改变，并保持在串联型直流稳压电路上的电压降为5V。串联型直流稳压电路的输出电压为一定数值范围的直流电压，驱动压电陶瓷设备进行工作，该电压可通过单片机控制系统和DA转换器进行调节。

另一方面，串联型直流稳压电路的输入电压由DC/DC变换电路的输出电压提供，在本发明中通过AD转换器、单片机控制系统、PWM驱动器构成一个闭环控制系统，保证任意时刻DC/DC变换电路的输出比串联型直流稳压电路的输出高5V，从而实现在串联型直流稳压电路的效率得到提高。

为保证电源的动态性能，加入了电容放电回路，对压电陶瓷设备的电荷进行有效的放电。

本发明电路方案采用了DC/DC变换电路提高了电路效率，采用了串联型直流稳压电路的驱动方式有效的降低了电路的纹波。

进一步，本发明电源系统加入了键盘电路、液晶显示器使得本发的电源系统的人机交互、实用性更强。

进一步，本发明压电陶瓷驱动器电源中串联型直流稳压电路的误差放大三极管的集电极放大电阻改进为由TL431组成的恒流源，以提高放大倍数，从而改善纹波，另一方面输入电压范围大，使本发明电源应用性能更好。

本发明中压电陶瓷驱动器电源的设计的电路方案为DC/DC变换电路与串联型直流稳压电路相结合，提高效率，降低纹波。

压电陶瓷驱动器电源的设计DC/DC变换电路输出由PWM实现，所述单片机控制系统的PWM控制控制算法为“数字式PID”算法。DC/DC变换电路的电压输出算法由单片机系统完成的“数字式PID”算法，使得DC/DC变换电路的输出与串联型直流稳压电路输出始终保持5V的电压差。

本发明压电陶瓷驱动器电源的设计所述单片机控制系统为STC12C5A60S2。

1)本发明压电陶瓷驱动器电源的设计设定输出电压范围0～150V，通过改变反馈电阻很容易实现最高输出电压的变化，以适应不同的压电陶瓷设备；

2)本发明压电陶瓷驱动器电源的设计经实验验证输出效率达60％以上，现有的设计中效率为30％左右，提高了一倍以上。

3)本发明压电陶瓷驱动器电源的设计经实验验证输出电源纹波最高为10MV，保证了电源纹波电压低的特点。

4)本发明压电陶瓷驱动器电源的设计加入键盘电路、液晶显示器使得本发的电源系统的人机交互界面更友好、实用性更强。

附图说明

图1是本发明的组成示意框图；

图2是本发明的DC/DC变换电路与PWM驱动电路图；

图3是本发明的串联型直流稳压电路图。

具体实施方式

如图1所示，AC220V电源输入后经过变压器、整流以及滤波后得到DC/DC变换电路的直流输入电压。该DC/DC变换电路的输入电压值由被控制的压电陶瓷设备的控制电压决定。DC/DC变换电路的输出电压随着串联稳压直流电路的输出电压的改变而改变，并保持在串联稳压直流电路上的电压降为5V。串联稳压直流电路的输出电压为一定数值范围的直流电压，驱动压电陶瓷设备进行工作，该电压可通过单片机控制系统和DA转换器进行调节。另一方面，串联稳压直流电路的输入电压由DC/DC变换电路的输出电压提供，在本发明中通过AD转换器、单片机控制系统、PWM驱动器构成一个闭环控制系统，保证任意时刻DC/DC变换电路的输出比串联稳压直流电路的输出高5V，从而实现在串联稳压直直流电路的效率得到提高。为保证电源的动态性能，加入了电容放电回路，对压电陶瓷器件内的电荷进行有效的放电。

如图2所示为DC/DC变换与PWM驱动电路图，VIN为整流滤波后的直流电压输入端口，DC/DC电路采用传统的电路结构，主要由Q5、L1、C5和D3构成。通过PWM波形来调节DC/DC变换电路的输出电压V1的大小。PWM驱动电路主要由IR2101芯片、D2、C4和R9组成；来自单片机的PWM信号从IR2101的2脚输入，经过IR2101后输出幅度较大的PWM信号，驱动MOS管Q5进行工作。

如图3所示为串联型直流稳压电路，该电路与传统的串联型直流稳压电路区别在于将传统电路中误差放大三极管Q4集电极上的电阻改进为由稳压芯片TL431芯片U2、电阻R1\R2、三极管Q1构成的电流源代替。由于TL431的工作电流范围宽，因此改进后的串联型直流稳压电路的输入电压V2范围宽。同时采用电流源作为三极管Q4的放大电阻，理论上等效电阻为无穷大，因此放大倍数为无穷大，进一步改善电路的输出纹波。