一种用于压电陶瓷执行器的调压驱动电路的制作方法

1.本实用新型涉及精密运动控制领域，尤其是一种用于压电陶瓷执行器的调压驱动电路


背景技术：

2.压电陶瓷执行器是利用压电陶瓷的电致伸缩特性，而发明的一种微量行程输出装置，为了达到设计的行程量，通常使用上百片甚至更多数量的压电陶瓷片堆叠而成。它能在一定的电压范围内产生纳米至微米量级的伸缩行程，且伸缩量与输入的电压呈正比线性变化关系；由压电陶瓷叠堆构成的执行器具有体积小，行程分辨率极高、响应速度快、与电压成线性变化、输出力矩大等的优点。通常应用于微米、亚微米甚至纳米级别精度的精密执行器或位移平台；在光学显微成像、通信光纤耦合、半导体设备精密定位等领域应用广泛。
3.通过调节压电执行器输入电压的高低，可控制压电叠堆的形变量来改变其伸缩行程。压电叠堆的工作电压范围由其材料，叠堆层数，串并联方式不同而不同，常用工作电压范围有低压dc0～75v，中压dc0～150v和高压dc0～500v以上等。
4.目前，压电陶瓷执行器的常用驱动电路有开关信号控制的桥式电路，外部直流电源驱动电路、高压功率放大器驱动电路、pwm调压驱动电路等。这些常用电路比较复杂，器件数量多，针对的压电陶瓷执行器电压范围较窄(通常一个电路只能对应一种工作电压范围)。此类电路输出电压的调节方式主要有通过逻辑器件产生pwm控制信号、使用运算放大器，使用可调电阻和晶体管构建电路等，其中使用放大器的驱动电路，在使用前还需要做基准电压的校准，调节起来比较繁琐；而使用pwm方式的需要编写软件，投入的时间和人力成本相对较大。
5.上述驱动电路的成本和价格都偏高，一定程度上阻碍了压电陶瓷执行器的普及应用。


技术实现要素：

6.本实用新型采用一种较为简单的电路，以较低的成本实现了较高精度的调压控制，而且还可通过更换个别阻值不同的电阻，达到改变输出电流的电压范围，以适配不同工作电压的压电执陶瓷行器的目的。
7.为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：
8.一种用于压电陶瓷执行器的调压驱动电路，其特征在于，包括调压电路、输出稳压电路、放电和防抖动电路；
9.所述所述调压电路、放电和防抖动电路分别与外置稳压直流电源、压电陶瓷执行器相连；
10.其中，所述调压电路包括精密可调电阻、mos管、三极管及输入端子，所述精密可调电阻型号为3590s-2-104l、三极管型号为s8050，输入端子与外置稳压直流电源相连；
11.进一步的，所述一种用于压电执行器的调压驱动电路还包括输出稳压电路；
12.所述稳压输出电路与所述调压电路、控制及防抖动电路相连；
13.其中，所述输出稳压电路包含电容。
14.进一步的，所述一种用于压电执行器的调压驱动电路还包括放电和防抖动电路；
15.所述放电和防抖动电路与输出稳压电路、压电陶瓷执行器相连；
16.其中，所述放电和防抖动电路包含电阻和电容。
17.本实用新型采用上述结构，主要有以下几个优点：
18.1、通过替换个别阻值不同的电阻，即可改变电压输出范围，可适用于多种工作电压范围的压电陶瓷执行器；
19.2、电路结构简单，主要由可调电阻、mos管、三极管等器件组成，具备低成本优势的同时缩小了电路体积，便于在一个pcba上阵列多个此实用新型，以实现多路输出(如图3所示，即为本实用新型三路阵列输出的一个实施例)。另外更少的器件数量也提高了整体系统的稳定性；
20.3、不需要逻辑器件参与调压和控制，仅使用精密可调电阻即可实现精密调压，输出的电压波动范围仅为最高输出电压的0.5％；
21.4、本调压驱动的电流经mos管输出，其电流负载能力和发热量控制均大幅优于三极管，因此本调压驱动电路可适用于中、大功率压电陶瓷执行器。
附图说明
22.图1为本实用新型一种用于压电陶瓷执行器的调压驱动电路一实施例的结构示意图；
23.图2为本实用新型一实施例中电路示意图
24.图3为本实用新型另一实施例中阵列三路输出的电路示意图
25.图4为本实用新型一实施例中调压电路的示意图
26.图5为本实用新型一实施例中输出稳压电路的示意图
27.图6为本实用新型一实例中放电和防抖动电路的示意图
28.图中标号名称为：10-调压电路、20-输出稳压电路、30-放电和防抖动电路。
具体实施方式
29.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
30.一种用于压电陶瓷执行器的调压驱动电路，如图1所示，包括调压电路10，输出稳压电路20，放电和防抖动电路30；
31.调压电路10与外置直流电源相连，放电和防抖动电路30与压电陶瓷执行器相连；
32.调压电路10用于将外部输入的固定电压(如dc110v)，调整至压电陶瓷执行器需要的工作电压范围(如dc 0-75v)等；
33.输出稳压电路将20经调压电路调整10的电压进一步稳定后输出，控制电压的波动范围小于最高输出电压的0.5％；
34.放电和防抖动电路30中的电阻实现对压电陶瓷执行器放电降压，并通过电容c5来抑制手工对精密可调电阻(电位器旋钮)进行操作时可能产生的机械抖动，减少输出电压的波动，使输出电压变化曲线更具平滑性。
35.其中，如图3、图4所示，所述一种用于压电陶瓷执行器的调压驱动电路包括调压电路；
36.调压电路10与外置直流电源、输出稳压电路20相连；
37.进一步的，所述调压电路10包含精密可调电阻、mos管、三极管和输入端子，所述精密可调电阻型号为3590s-2-104l、三极管型号为s8050。所述输入端子与外置直流稳压电源相连接；
38.其中，如图3、图5所示，所述一种用于压电陶瓷执行器的调压驱动电路还包括输出稳压电路；
39.输出稳压电路与调压电路、放电和防抖动电路相连；
40.进一步的，所述输出稳压电路包含电容。
41.其中，如图3、图6所示，所述一种用于压电陶瓷执行器的调压驱动电路还包括放电和防抖动电路；
42.放电和防抖动电路与输出稳压电路、压电陶瓷执行器相连；
43.进一步的，所述放电和防抖动电路包含电阻、电容、输出端子。所述输出端子外接压电陶瓷执行器。
44.在本实用新型的具体应用场景中，所述负载为压电陶瓷执行器；
45.本实用新型在使用之前先在调压电路钱的输入端连接直流稳压电源，并将压电陶瓷执行器连接在本实用新型的输出端；
46.在本实用新型运行时，首先由外部电源提供一个稳定的直流电源，其电压为vin+，系统导通后，输出电压的调节由可调电阻rt1、mos管q1、三极管q2来实现，其中，可调电阻rt1和三极管q2共同影响调压过程，经q2输出的电压为vout+＝vrt1-0.3v,而经过可调电阻调节的电压vrt1在0～vin+之间变化，所以vout+的输出电压范围为0≤vout≤vin+-0.3；通过改变对压电执行器pzt1输出电压的高低，使执行器产生伸展和收缩行程，且行程量根据电压的线性变化而变化。
47.若中途停止对可调电阻rt1的调节，即维持当前输出电压不变时，由输出稳压电路中的c2、c4和同样是容性负载的压电陶瓷促动器pzt1共同作用，稳定输出电压在极小波动范围内，以保证压电陶瓷执行器pzt1处于不发生伸缩形变的稳定状态。
48.当三极管q2管脚电压状态为ve＝vb》vc时，q2切换至截止状态，c2、c4和pzt1通过电阻r4、r5放电，使电压下降直至0v，达到使pzt1放电降压，直至伸展行程收缩至0点(初始状态)。电路中加入电容c5的作用是为了抑制在调整精密可调电阻(电位器)时可能产生的机械抖动，以减小输出电压的波动范围，使得输出的电压曲线更具平滑性。
49.以上结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但本实用新型不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本实用新型的保护范围内。