CN102361428A - 用于压电作动器的驱动器的可控电感装置 - Google Patents

用于压电作动器的驱动器的可控电感装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种用于压电作动器的驱动器的可控电感装置，所述压电作动器与压电驱动器相连接；所述可控电感装置包括电感本体、信号处理电路、可控交流电源和相位检测电路，电感本体的磁心由非硅钢片制成，其副边绕组与压电作动器连接，输出可调控的电感值，原边绕组连接可控交流电源的一端，而可控交流电压源的另一端连接信号处理电路，所述信号处理电路的另一端与相位检测电路相连接，所述相位检测电路检测压电驱动器的输出相位或感兴趣点的相位，通过信号处理电路改变可控交流电源的输出电压幅值或相位，进而改变电感本体的感抗大小。此装置可使得驱动器负载在压电作动器负载变化时实现动态匹配。

Description

用于压电作动器的驱动器的可控电感装置
技术领域
 本发明属于电磁学和电力电子领域，涉及一种压电作动器驱动控制器，特别是指一种适用于单相和多相压电作动器的驱动器的可控电感技术。
背景技术
 压电作动器是利用压电功能材料构成的一类作动器，包括压电换能器、压电焊接机、超声电机等，已在多个领域展现出巨大的应用潜力和优势。
压电作动器工作时必须配备驱动器。由于压电作动器一般为容性作动器，因此必须用电感进行阻抗匹配，以提高驱动器效率。但压电作动器的容抗大小随负载、驱动频率和温度等影响较大，固定电感无法做到动态匹配，因此如能使电感大小随容抗改变而变化，则可提高驱动器效率。
由于压电作动器的工作频率一般为超声频率，因此传统的用于工频领域的可控电抗器在此无法使用，主要障碍是使用的变压器材料不能是硅钢片，并且用于控制变压器磁通的控制器如使用PWM技术，则由于开关管开关频率过高，使得该部分电路的损耗增加。
基于以上分析，本发明人对现有的压电作动器驱动器中的可控电感技术进行深入研究，并经多次改进，本案由此产生。
发明内容
 本发明的主要目的，在于提供一种用于压电作动器的驱动器的可控电感装置，其可使得驱动器负载在压电作动器负载变化时实现动态匹配。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种用于压电作动器的驱动器的可控电感装置，所述压电作动器与压电驱动器相连接；所述可控电感装置包括电感本体、信号处理电路、可控交流电源和相位检测电路，电感本体的磁心由非硅钢片制成，其副边绕组与压电作动器连接，输出可调控的电感值，原边绕组连接可控交流电源的一端，而可控交流电源的另一端连接信号处理电路，所述信号处理电路的另一端与相位检测电路相连接，所述相位检测电路检测压电驱动器的输出相位或感兴趣点的相位，通过信号处理电路改变可控交流电源的输出电压幅值或相位，进而改变电感本体的感抗大小。
上述可控交流电源为可控交流电压源或可控交流电流源。
采用上述方案后，本发明利用影响电感本体感抗的因素，利用相位检测电路实时检测压电驱动器的相位情况，并据此改变可控交流电源的输出电压相位或幅值，进而改变电感本体的感抗，从而实现压电驱动器的负载匹配。本发明可将压电驱动器的压电作动器进行动态补偿，在不同驱动频率和负载条件下都能获得完全匹配，提高驱动器效率。
附图说明
 图1是本发明中电感可控的原理图；
其中图中标号：L—可控电感，L1—变压器原边主电感，L2—变压器副边主电感，M—变压器原副边互感，u—变压器原边电压，i1—变压器原边电流，i2—变压器副边电流，U—可控电压源；
图2是本发明用于压电作动器驱动控制器的示意图。
具体实施方式
 以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
如图2所述，本发明提供一种用于压电作动器的驱动器的可控电感装置，所述的压电作动器与压电驱动器相互连接，在压电驱动器的驱动下实现压电作动器的工作；所述的可控电感装置包括电感本体L、相位检测电路G、信号处理电路S和可控交流电源，此处的可控交流电源可采用可控交流电压源或可控交流电流源，本实施例中以可控交流电压源U为例进行说明，下面将对本发明中各部件的连接与工作关系进行介绍。
配合图1所示，所述的电感本体L实际上是个四端口变压器，设其原边主电感为L1，副边主电感为L2，原副边互感为M，变压器原边电压为u，变压器原边产生的电流为i1。将变压器的副边连接可控交流电压源U，控制可控交流电压源U，使变压器副边电流i2与i1满足下式：
Figure 836621DEST_PATH_IMAGE001
则对变压器原边而言，等效电感为：
Figure 65345DEST_PATH_IMAGE002
即电感受副边电流大小和相位控制。
再参考图2，电感本体L的磁心选用非硅钢片材料制作，可用于高频领域，其副边绕组为工作绕组，用来与压电作动器并联，输出可调控的电感值；该电感本体L的原边绕组为控制绕组，通过磁心与工作绕组相连。可控交流电压源U的一端与电感本体L的原边绕组连接，另一侧与信号处理电路S连接，而信号处理电路S的另一端与相位检测电路G相连接。相位检测电路G可检测压电驱动器的输出相位，也可检测压电驱动器内部感兴趣点的相位。可控交流电压源U输出电压幅值或相位均可改变的交流信号。电感本体L并联在压电作动器两端，相位检测电路G检测压电驱动器负载性质或感兴趣点的相位，通过信号处理电路S改变可控交流电压源U输出的电压幅值或相位，从而改变电感本体L的感抗大小，以实现压电驱动器的负载匹配。
在本实施例中，信号处理电路S可由MCU或DSP构成，它输出幅值大小和相位差可调的交流信号；可控交流电压源U可由高压功率放大电路构成，这两部分内容为本领域技术人员所公知的常识，在此不作说明。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (2)

1.一种用于压电作动器的驱动器的可控电感装置，包括压电作动器、压电驱动器和可控电感装置，所述压电作动器与压电驱动器相连接；其特征在于：所述可控电感装置包括电感本体、信号处理电路、可控交流电源和相位检测电路，电感本体的磁心由非硅钢片制成，其副边绕组与压电作动器连接，输出可调控的电感值，原边绕组连接可控交流电源的一端，而可控交流电源的另一端连接信号处理电路，所述信号处理电路的另一端与相位检测电路相连接，所述相位检测电路检测压电驱动器的输出相位或感兴趣点的相位，通过信号处理电路改变可控交流电源的输出电压幅值或相位，进而改变电感本体的感抗大小。
2.如权利要求1所述的用于压电作动器的驱动器的可控电感装置，其特征在于：所述可控交流电源为可控交流电压源或可控交流电流源。
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