一种压电陶瓷驱动电源的制作方法

本发明涉及驱动电源，尤其涉及一种压电陶瓷驱动电源。

背景技术：

压电陶瓷促动器以其精度高、尺寸小、抗电磁干扰能力强的优点在微位移促动领域得到了广泛的应用。

随着高压运放技术的日益完善，集成高压运算放大器芯片（如pa78、pa85）以电路结构简单，频率响应范围宽等优势，被越来越多地用作压电陶瓷驱动电源的核心芯片。但是高压运放芯片抗辐照能力弱，辐射环境会对其性能产生不同程度的影响，甚至使其失效，同时价格昂贵在一定程度上限制了其使用范围，

利用分立器件搭建功率放大器可克服以上问题，若端电压超调量、充电电流过大则会引起压电陶瓷迟滞环效应，在电路中进行充电电流限幅可减缓迟滞环效应。

在现存驱动电源中，在辅助电源的品质对压电陶瓷输出电压稳态纹波噪声方面的研究较少，有的驱动电源为了得到低纹波噪声辅助源，采用多个线性稳压器串联的形式，该方法虽然能够得到低纹波噪声，但是大大增大了功耗，所以设计并不合理。

因此，如何提供一种低功耗低噪声的压电陶瓷驱动电源是本领域技术人员所亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种低功耗低噪声的压电陶瓷驱动电源。

本发明提供了一种压电陶瓷驱动电源，采用开关线性复合架构，包括数字电源控制器、高品质输出电压的反激式变换器开关电源模块和高压运放模块，所述数字电源控制器的输出端与所述反激式变换器开关电源模块连接，所述数字电源控制器的输出端通过dac电路与所述高压运放模块连接，所述反激式变换器开关电源模块与所述高压运放模块连接。

作为本发明的进一步改进，所述高压运放模块主要由低压精密运放、有源负载、共射放大电路构成，所述低压精密运放的输入端通过dac电路与所述数字电源控制器连接，所述低压精密运放的输出端与所述共射放大电路的输入端连接，所述共射放大电路的输出端与所述有源负载连接，所述有源负载与所述反激式变换器开关电源模块输出的高电位端连接。

作为本发明的进一步改进，所述低压精密运放包括运放op07、电阻r6、电阻r7、电阻rf、电容cf，所述电阻r6的一端与所述运放op07的反向输入端相连，所述电阻r6的另一端与所述dac电路的输出端相连；所述电阻r7的一端与所述运放op07的同向输入端相连，所述电阻r7的另一端与地相连；所述电阻rf的一端与所述运放op07的同向输入端相连，所述电阻rf的另一端与压电陶瓷驱动电源的高电位端相连；所述电容cf的一端与所述运放op07的同向输入端相连，所述电容cf的另一端与压电陶瓷驱动电源的高电位端相连，所述运放op07的输出端与所述共射放大电路连接。

作为本发明的进一步改进，所述共射放大电路包括电阻r4、电阻r5、晶体三极管t1，所述电阻r4的一端与晶体三极管t1的基极相连，所述电阻r4的另一端与所述低压精密运放的运放op07的输出端相连；所述电阻r5的一端与所述晶体三极管t1的发射极相连，所述电阻r5的另一端与地相连；所述晶体三极管t1的集电极与压电陶瓷驱动电源的高电位端相连。

作为本发明的进一步改进，所述有源负载为比例电流源，所述比例电流源包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、晶体三极管t2、晶体三极管t3，所述电阻r1的一端与所述晶体三极管t2、晶体三极管t3的基极相连，所述电阻r1的另一端与地相连；所述电阻r2的一端与所述反激式变换器开关电源模块输出的高电位端相连，所述电阻r2的另一端与所述晶体三极管t2的发射极相连；所述电阻r3的一端与所述反激式变换器开关电源模块输出的高电位相连，所述电阻r3的另一端与所述晶体三极管t3的发射极相连；所述晶体三极管t2的集电极与所述晶体三极管t1的集电极相连。

作为本发明的进一步改进，所述反激式变换器开关电源模块通过共摸滤波器与所述高压运放模块连接。

作为本发明的进一步改进，所述反激式变换器开关电源模块包括mos管m1、反激变换器变压器t、功率二极管d2、输出电容cout、吸收二极管d1、吸收电容cclam、吸收电阻rclam、吸收电容cd、、吸收电阻rd，所述mos管m1的漏极与反激变换器变压器t原边电感的异名端相连，所述mos管m1的源极与地相连；所述功率二极管d2的阳极与所述反激变换器变压器t副边电感的异名端相连，所述功率二极管d2的阴极与输出电容cout的高电位端相连；所述输出电容cout的高电位端与共摸滤波器高电位端相连，所述输出电容cout的低电位端与地相连；所述吸收二极管d1的阳极与所述mos管m1的漏极相连，所述吸收电容cclam，吸收电阻rclam的一端与所述吸收二极管d1的阴极相连，所述吸收电容cclam，吸收电阻rclam的另一端与输入电压的高电位相连；所述反激变换器变压器t的原边电感的同名端与输入电压的高电位相连，所述吸收电容cd、，吸收电阻rd相互串联后，与所述功率二极管d2并联。

作为本发明的进一步改进，所述反激式变换器开关电源模块还包括电阻rs和mosfet驱动电路，所述mos管m1的栅极串联电阻rs后与所述mosfet驱动电路的输出端连接，所述mosfet驱动电路的输入端与所述数字电源控制器的输出端连接。

作为本发明的进一步改进，所述共摸滤波器包括共摸电感l10、共摸电容c1、共摸电容c2，所述共模电感l10的一侧电感与所述反激式变换器开关电源模块输出的高电位端相连，所述共模电感l10的另一侧电感与所述反激式变换器开关电源模块输出的低电位端相连；所述共摸电容c1一端与共摸电感l10高电位端相连，一端与大地相连；所述共摸电容c2一端与共摸电感l10低电位端相连，一端与大地相连，所述电阻r2、电阻r3分别连接于共摸电感l10高电位端。

本发明的有益效果是：通过上述方案，实现了压电陶瓷驱动电源输出电压的低纹波噪声，并采用开关线性复合架构解决了纹波噪声与效率之间的矛盾，改善了压电陶瓷的迟滞环效应，在线性电源部分配置了比例电流源，对压电陶瓷充电电流起到了很好的限幅作用，使得驱动电源输出电压零超调。

附图说明

图1是本发明一种压电陶瓷驱动电源的整体示意图。

图2是本发明一种压电陶瓷驱动电源的电路图。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图1至图2所示，本发明基于压电陶瓷负载对其驱动电源的要求，设计了一款由分立器件搭建的带有电流限幅功能的高压运算放大器，为了解决效率与纹波噪声间的矛盾，本发明采用了开关线性复合型构架，为高压运算放大器配置了开关电源辅助源。

如图1至图2所示，一种压电陶瓷驱动电源，采用开关线性复合架构，包括数字电源控制器100、高品质输出电压的反激式变换器开关电源模块200和高压运放模块400，所述数字电源控制器100的输出端与所述反激式变换器开关电源模块200连接，所述数字电源控制器100的输出端通过dac电路500与所述高压运放模块400连接，所述反激式变换器开关电源模块200与所述高压运放模块400连接。

如图1至图2所示，所述高压运放模块400主要由低压精密运放、有源负载、共射放大电路构成，所述低压精密运放的输入端通过dac电路与所述数字电源控制器连接，所述低压精密运放的输出端与所述共射放大电路的输入端连接，所述共射放大电路的输出端与所述有源负载连接，所述有源负载与所述反激式变换器开关电源模块200输出的高电位端连接。

如图1至图2所示，所述低压精密运放包括运放（运算放大器）op07、电阻r6、电阻r7、电阻rf、电容cf，所述电阻r6的一端与所述运放op07的反向输入端相连，所述电阻r6的另一端与所述dac电路的输出端相连；所述电阻r7的一端与所述运放op07的同向输入端相连，所述电阻r7的另一端与地相连；所述电阻rf的一端与所述运放op07的同向输入端相连，所述电阻rf的另一端与压电陶瓷驱动电源的高电位端相连；所述电容cf的一端与所述运放op07的同向输入端相连，所述电容cf的另一端与压电陶瓷驱动电源的高电位端相连，所述运放op07的输出端与所述共射放大电路连接。

如图1至图2所示，所述共射放大电路包括电阻r4、电阻r5、晶体三极管t1，所述电阻r4的一端与晶体三极管t1的基极相连，所述电阻r4的另一端与所述低压精密运放的运放op07的输出端相连；所述电阻r5的一端与所述晶体三极管t1的发射极相连，所述电阻r5的另一端与地相连；所述晶体三极管t1的集电极与压电陶瓷驱动电源的高电位端相连。

如图1至图2所示，所述有源负载为比例电流源，所述比例电流源包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、晶体三极管t2、晶体三极管t3，所述电阻r1的一端与所述晶体三极管t2、晶体三极管t3的基极相连，所述电阻r1的另一端与地相连；所述电阻r2的一端与所述反激式变换器开关电源模块200输出的高电位端相连，所述电阻r2的另一端与所述晶体三极管t2的发射极相连；所述电阻r3的一端与所述反激式变换器开关电源模块200输出的高电位相连，所述电阻r3的另一端与所述晶体三极管t3的发射极相连；所述晶体三极管t2的集电极与所述晶体三极管t1的集电极相连，用以提供静态电流。

如图1至图2所示，所述比例电流源电路中电阻r1，电阻r2，电阻r3及反激变换器的输出电压决定了压电陶瓷的最大充电电流。所述共射放大电路中晶体三极管t1的基极电流控制了其集电极电流，从而控制给压电陶瓷的充电电流，进而控制了压电陶瓷的端电压。。

如图1至图2所示，所述反激式变换器开关电源模块200通过共摸滤波器300与所述高压运放模块400连接。

如图1至图2所示，所述反激式变换器开关电源模块200包括隔离开关变换器，该隔离开关变换器包括mos管m1、反激变换器变压器t、功率二极管d2、输出电容cout、吸收二极管d1、吸收电容cclam、吸收电阻rclam、吸收电容cd、、吸收电阻rd，所述mos管m1的漏极与反激变换器变压器t原边电感的异名端相连，所述mos管m1的源极与地相连；所述功率二极管d2的阳极与所述反激变换器变压器t副边电感的异名端相连，所述功率二极管d2的阴极与输出电容cout的高电位端相连；所述输出电容cout的高电位端与共摸滤波器300高电位端相连，所述输出电容cout的低电位端与地相连；所述吸收二极管d1的阳极与所述mos管m1的漏极相连，所述吸收电容cclam，吸收电阻rclam的一端与所述吸收二极管d1的阴极相连，所述吸收电容cclam，吸收电阻rclam的另一端与输入电压的高电位相连；所述反激变换器变压器t的原边电感的同名端与输入电压的高电位相连，所述吸收电容cd、，吸收电阻rd相互串联后，与所述功率二极管d2并联。

如图1至图2所示，所述反激式变换器开关电源模块200还包括电阻rs和mosfet驱动电路，所述mos管m1的栅极串联电阻rs后与所述mosfet驱动电路的输出端连接，所述mosfet驱动电路的输入端与所述数字电源控制器100的输出端连接。

如图1至图2所示，所述共摸滤波器300包括共摸电感l10、共摸电容c1、共摸电容c2，所述共模电感l10的一侧电感与所述反激式变换器开关电源模块200输出的高电位端相连，所述共模电感l10的另一侧电感与所述反激式变换器开关电源模块200输出的低电位端相连；所述共摸电容c1一端与共摸电感l10高电位端相连，一端与大地相连；所述共摸电容c2一端与共摸电感l10低电位端相连，一端与大地相连，所述电阻r2、电阻r3分别连接于共摸电感l10高电位端。

搭建了实验样机进行验证，样机输入电压48v，输出电压0~120v全范围可调，稳态纹波噪声小于7mv，输出电压一小时电压稳定度为21mv，最大非线性误差为0.115%，从0v上升至120v的响应时间为85ms，超调量为0%，达到预期实验指标。

针对传统反激式变换器输出纹波噪声大的问题，本发明从噪声源与噪声传播路径两个维度，采取了多项措施对其进行抑制，以达到输出高品质稳态电压的目的；所述高压运放模块400包括低压精密运放op07和以有源电路为负载构成的共射放大电路，针对压电陶瓷的迟滞环效应，有源电路采用的是比例电流源电路，进而限制压电陶瓷的充电电流，以达到输出电压零超调，减小压电陶瓷迟滞环效应的目的。

本发明提供的一种压电陶瓷驱动电源，开关电源模块采用了反激变换器，实现了辅助线性电源升降压的功能，达到了减小功耗的目的。在反激变换器中添加了rcd吸收电路、rc吸收电路、共摸滤波器电路，从噪声源及噪声传导途径两个维度对开关电源的纹波噪声进行抑制，达到了输出高品质电压辅助源的目的。

本发明提供的一种压电陶瓷驱动电源，针对传统压电陶瓷驱动电源纹波噪声与效率间的矛盾，主功率部分采用了开关线性复合架构，其包括高品质输出电压的反激式变换器开关电源模块200和主要由低压精密运放与功率放大电路组成的高压运放模块400。针对压电陶瓷的迟滞环特性，线性电源功率拓展部分采用了有源电路为负载构成的共射放大电路，有源电路采用的是比例电流源电路，进而对压电陶瓷的充电电流幅值进行了限制，改善了压电陶瓷的迟滞环特性。针对纹波噪声问题，从噪声源与噪声传播路径两个维度，采取了多项措施对其进行抑制，以达到反激变换器输出高品质低噪声稳态电压的目的，具有较强的实用性。

本发明提供的一种压电陶瓷驱动电源，实现了压电陶瓷驱动电源输出电压的低纹波噪声，并采用开关线性复合架构解决了纹波噪声与效率之间的矛盾，改善了压电陶瓷的迟滞环效应，在线性电源部分配置了比例电流源，对压电陶瓷充电电流起到了很好的限幅作用，使得驱动电源输出电压零超调。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。