一种压电陶瓷驱动电源限流电路、系统及方法与流程

1.本发明涉及压电陶瓷技术领域，尤其是一种压电陶瓷驱动电源限流电路、系统及方法。


背景技术：

2.利用压电陶瓷的逆变效应，通过对压电陶瓷进行充放电，以达到微小位移的精确控制。目前压电陶瓷的驱动电源有多种方式，这里针对开关式压电陶瓷驱动电源。该类电源损耗小，效率高，体积小，是目前相对先进的一种压电陶瓷驱动电源。
3.在对压电陶瓷进行充电时，为防止瞬时电流过大，通常会在输出回路上串联一个毫欧级的功率电阻，用于电流采样，然后根据该电阻上电压去比较判断是否超过限流值。此种限流方式存在两个缺陷。
4.一，此种限流方式必然是实际电流已经到达以后才可以判断出已超过限流值，故存在一定的滞后性，对后端的处理电路的时效性要求很高。特别是运用在压电陶瓷驱动电源上，要求电路的频响较高，因此瞬时电流很大，限流不及时，很容易损坏器件；
5.二，由于电流检测电阻串联在输出回路上，导致高压输出回路和低压控制模块的隔离不太容易实现，给电路的稳定性带来隐患。


技术实现要素：

6.本发明解决了串联功率电阻限流出现限流不及时，很容易损坏器件以及难以实现高压输出回路和低压控制模块的隔离的问题，提出一种压电陶瓷驱动电源限流电路、系统及方法，在控制电压输出时，通过算法预判出电流变化范围，从而无需串联电流检测电阻，即不存在滞后性以及很容易将高压输出回路与低压模块电路进行隔离。
7.为实现上述目的，提出以下技术方案：
8.一种压电陶瓷驱动电源限流电路，包括mos管m1和mos管m2，所述mos管m1的栅极与主控mcu的第一输出端连接，所述mos管m2的栅极与主控mcu的第二输出端连接，所述mos管m1的漏极作为电压输入端，所述mos管m1的源极与mos管m2的漏极并接与电感l的一端，所述mos管m2的源极接地，所述电感l的另一端接于压电陶瓷q的一端，所述压电陶瓷q的另一端接地，所述主控mcu用于输出一对互补的pwm波到mos管m1和mos管m2。
9.本发明采用pwm驱动mos管的自举式电路给压电陶瓷充放电，pwm波的占空比的大小和输出电压呈线性关系。在改变pwm波的占空比时，即改变压电陶瓷电压，本发明设计的一种压电陶瓷驱动电源限流电路为后续调压提供硬件基础。本发明的压电陶瓷驱动电源限流电路较传统高压运放驱动电路，减少了功率电阻以及反馈回路，更加高效，小型化。
10.一种压电陶瓷驱动电源限流系统，采用上述的一种压电陶瓷驱动电源限流电路，还包括电压检测模块，所述电压检测模块与主控mcu电连接，所述电压检测模块用于实时检测压电陶瓷充放电电路的实时电压，并反馈到主控mcu，所述主控mcu接收实时电压，调节pwm波的占空比。
11.本发明结合上述的一种压电陶瓷驱动电源限流电路，通过算法计算出不超过限流值的最大可调占空比，然后在此范围内去改变占空比。每次占空比改变后，当前电压也随之改变，依次计算出的最大可调占空比也跟着改变。当前输出电压越高，计算出的最大可调占空比越大。通过多次计算调节，最终达到设定的压电陶瓷驱动电压。
12.作为优选，输出电压等于从电压输入端输入的输入电压与pwm波的占空比的乘积。
13.一种压电陶瓷驱动电源限流方法，采用上述的一种压电陶瓷驱动电源限流系统，包括以下步骤：
14.s1，设置目标占空比；
15.s2，获取当前输出占空比；
16.s3，计算最大可调占空比；
17.s4，判断是否达到目标占空比，若是，结束调控，若否，调节占空比，再返回s2。
18.本发明预先计算最大可调占空比，对驱动电源的限流不存在滞后，提前做出限制，避免峰值电流超过器件承受门限。
19.作为优选，所述s4中调节占空比的具体步骤如下：
20.s401，计算所需调节的占空比；
21.s402，判断所需调节的占空比是否大于最大可调占空比，若否，调节占空比为所需调节的占空比，再返回s2，若是进入s403；
22.s403，调节占空比为最大可调占空比，再返回s2。
23.作为优选，所述计算最大可调占空比的公式为：
[0024][0025]
其中：domax为最大可调占空比，imax为压电陶瓷的最大驱动电流，fs为pwm波的开关频率，vbus为输入电压，vo为压电陶瓷的实时电压。
[0026]
本发明的有益效果是：
[0027]
1、对驱动电源的限流不存在滞后，提前做出限制，避免峰值电流超过器件承受门限。
[0028]
2、本发明无需反馈回路，可以有效降低系统噪声；
[0029]
3、本发明的压电陶瓷驱动电源限流电路较传统高压运放驱动电路，减少了功率电阻以及反馈回路，更加高效，小型化。
附图说明
[0030]
图1是实施例的电路结构图；
[0031]
图2是实施例方法的流程图。
具体实施方式
[0032]
实施例：
[0033]
本实施例提出一种压电陶瓷驱动电源限流系统，包括电压检测模块和压电陶瓷驱动电源限流电路，所述电压检测模块与主控mcu电连接，所述电压检测模块用于实时检测压电陶瓷充放电电路的实时电压，并反馈到主控mcu，所述主控mcu接收实时电压，调节pwm波
的占空比。参考图1，压电陶瓷驱动电源限流电路包括mos管m1和mos管m2，所述mos管m1的栅极与主控mcu的第一输出端连接，所述mos管m2的栅极与主控mcu的第二输出端连接，所述mos管m1的漏极作为电压输入端，所述mos管m1的源极与mos管m2的漏极并接与电感l的一端，所述mos管m2的源极接地，所述电感l的另一端接于压电陶瓷q的一端，所述压电陶瓷q的另一端接地，所述主控mcu用于输出一对互补的pwm波到mos管m1和mos管m2。作为优选，输出电压等于从电压输入端输入的输入电压与pwm波的占空比的乘积。本发明采用pwm驱动mos管的自举式电路给压电陶瓷充放电，pwm波的占空比的大小和输出电压呈线性关系。在改变pwm波的占空比时，即改变压电陶瓷电压，本发明设计的一种压电陶瓷驱动电源限流电路为后续调压提供硬件基础。本发明的压电陶瓷驱动电源限流电路较传统高压运放驱动电路，减少了功率电阻以及反馈回路，更加高效，小型化。
[0034]
本发明结合上述的一种压电陶瓷驱动电源限流电路，通过算法计算出不超过限流值的最大可调占空比，然后在此范围内去改变占空比。每次占空比改变后，当前电压也随之改变，依次计算出的最大可调占空比也跟着改变。当前输出电压越高，计算出的最大可调占空比越大。通过多次计算调节，最终达到设定的压电陶瓷驱动电压。
[0035]
本实施例还提出一种压电陶瓷驱动电源限流方法，采用上述的一种压电陶瓷驱动电源限流系统，参考图2，包括以下步骤：
[0036]
s1，设置目标占空比；
[0037]
s2，获取当前输出占空比；
[0038]
s3，计算最大可调占空比domax，其公式为：
[0039][0040]
其中：domax为最大可调占空比，imax为压电陶瓷的最大驱动电流，fs为pwm波的开关频率，vbus为输入电压，vo为压电陶瓷的实时电压。
[0041]
s4，判断是否达到目标占空比，若是，结束调控，若否，具体步骤如下：
[0042]
s401，计算所需调节的占空比；
[0043]
s402，判断所需调节的占空比是否大于最大可调占空比，若否，调节占空比为所需调节的占空比，再返回s2，若是进入s403；
[0044]
s403，调节占空比为最大可调占空比，再返回s2。
[0045]
本发明预先计算最大可调占空比，对驱动电源的限流不存在滞后，提前做出限制，避免峰值电流超过器件承受门限。
[0046]
本实施例还提供一个具体的算例，vbus为150v，imax为2a，电感l为47u，fs为50khz-200khz，本实施例选取fs＝100khz，实际控制过程中vo的范围为0v-150v，由电压检测模块实时测得，因此最大可调占空比计算如下：
[0047][0048]
s1，设置目标占空比do1；
[0049]
s2，获取当前输出占空比do2，主控mcu自身可以获得当前输出占空比do2；
[0050]
s3，计算最大可调占空比domax，其公式为：
[0051][0052]
s4，判断是否达到目标占空比，即判断do1是否等于do2，若是，结束调控，若否，具体步骤如下：
[0053]
s401，计算所需调节的占空比，即do1与do2的差值；
[0054]
s402，判断所需调节的占空比是否大于最大可调占空比，即判断do1与do2的差值是否大于domax，若否，调节占空比为所需调节的占空比，再返回s2，若是进入s403；
[0055]
s403，调节占空比为最大可调占空比，再返回s2。
[0056]
最终使得占空比为目标占空比或最大可调占空比，对驱动电源的限流不存在滞后，提前做出限制，避免峰值电流超过器件承受门限。