CN107508489B - 一种压电陶瓷驱动装置及驱动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压电陶瓷驱动装置，包含低压放大电路和四个反向高压运算放大电路，低压放大电路的输出接第一、二反向高压放大电路的输入端，第一、二反向高压放大电路的输出端接压电陶瓷正极以及第三、四反向高压放大电路的输入端。第三、四反向高压放大电路的输出端接压电陶瓷的负极。输入信号经过低压放大电路放大后流出，分别输入第一、二反向高压放大电路，进行反向高压放大后分别流出至压电陶瓷的正极和第三、四反向高压放大电路的输入端，进行反向高压放大后流出至压电陶瓷的负极，从而在压电陶瓷两侧形成高达上百倍的放大信号。本发明采用多片高压运算放大器并联输出，可以提高输出电流，降低每片高压运算放大器的发热量。
Description
技术领域
本发明属于主动锁模光纤激光器领域，尤其涉及一种能够提高输出电压、增大输出电流、降低热功耗的压电陶瓷驱动装置。
背景技术
压电陶瓷作为一种电压控制器件，在精密仪器设备中有着广泛的应用。由于晶体的特性，压电陶瓷会在外部驱动电压下产生伸缩形变，形变量正比于驱动电压。如果驱动电压高达上千伏，则需要很高的驱动电源，动态工作时输出电流大，并且工作时热功耗较大。
发明内容
针对现有技术中存在的压电陶瓷驱动装置输出电压低、输出电流小和热功耗大的缺陷，本发明提供一种能够输出高电压、大电流和散热性能好的压电陶瓷驱动装置。
为了解决上述技术问题，本发明提出的一种压电陶瓷驱动装置，包括一个低压放大电路和四个反向高压放大电路，四个反向高压放大电路分别记作第一反向高压放大电路、第二反向高压放大电路、第三反向高压放大电路和第四反向高压放大电路；所述低压放大电路包括电阻R1、电阻R2和运算放大器U5，所述电阻R1的一端连接至输入信号，所述电阻R2的一端和所述运算放大器U5的2脚并联至所述电阻R1的另一端，所述运算放大器U5的7脚接+12V的电源，所述运算放大器U5的4脚接-12V的电源，所述运算放大器U5的3脚接地，所述运算放大器U5的8脚分别连接至所述电阻R2的另一端、所述第一反向高压放大电路的输入端和所述第二反向高压放大电路的输入端；所述第一反向高压放大电路包括电阻R3、电阻R5和运算放大器U1，所述电阻R3的一端为所述第一反向高压放大电路的输入端，所述电阻R3的另一端分别与所述运算放大器U1的11脚和所述电阻R5的一端相连，所述电阻R5的另一端与所述运算放大器U1的7脚相连后作为所述第一反向高压放大电路的输出端；所述运算放大器U1的10脚接+1000V高压电源，所述运算放大器U1的4脚接-1000V高压电源；所述第二反向高压放大电路包括电阻R9、电阻R7和运算放大器U2，所述电阻R9的一端为所述第二反向高压放大电路的输入端，所述电阻R9的另一端分别与所述运算放大器U2的11脚和所述电阻R7的一端相连，所述电阻R7的另一端与所述运算放大器U2的7脚相连后作为所述第二反向高压放大电路的输出端；所述运算放大器U2的10脚接+1000V高压电源，所述运算放大器U2的4脚接-1000V高压电源；所述第三反向高压放大电路包括电阻R4、电阻R6和运算放大器U3，所述电阻R4的一端为所述第三反向高压放大电路的输入端，所述电阻R4的另一端分别与所述运算放大器U3的11脚和所述电阻R6的一端相连，所述电阻R6的另一端与所述运算放大器U3的7脚相连后作为所述第三反向高压放大电路的输出端；所述运算放大器U3的10脚接+1000V高压电源，所述运算放大器U3的4脚接-1000V高压电源；所述第四反向高压放大电路包括电阻R10、电阻R8和运算放大器U4，所述电阻R10的一端为所述第四反向高压放大电路的输入端，所述电阻R10的另一端分别与所述运算放大器U4的11脚和所述电阻R8的一端相连，所述电阻R8的另一端与所述运算放大器U4的7脚相连后作为所述第四反向高压放大电路的输出端；所述运算放大器U4的10脚接+1000V高压电源，所述运算放大器U4的4脚接-1000V高压电源。
进一步讲，本发明中，所述第一反向高压放大电路的输出端和所述第二反向高压放大电路的输出端并联后连接至所述第三反向高压放大电路的输入端、所述第四反向高压放大电路的输入端和压电陶瓷的正极，所述第三反向高压放大电路的输出端和所述第四反向高压放大电路的输出端并联至所述压电陶瓷的负极。
所述运算放大器U1、所述运算放大器U2、所述运算放大器U3和所述运算放大器U4均为型号是PA99的集成运算放大器。
所述运算放大器U5为型号是OP07的运算放大器。
本发明中，各电阻的阻值如下：R1＝100Ω，R2＝1kΩ，R3＝25kΩ，R4＝25kΩ，R5＝500kΩ，R6＝25kΩ，R7＝500kΩ，R8＝25kΩ，R9＝25kΩ，R10＝25kΩ。
利用本发明压电陶瓷驱动装置实现压电陶瓷的驱动是，输入信号流入所述低压放大电路的输入端，经过所述低压放大电路10倍放大后流出，分别流入第一反向高压放大电路的输入端和第二反向高压放大电路的输入端，在所述第一反向高压放大电路和第二反向高压放大电路的内部进行20倍反向高压放大后分别流出至所述压电陶瓷的正极和所述第三反向高压放大电路和第四反向高压放大电路的输入端，信号在所述第三反向高压放大电路和第四反向高压放大电路的内部进行1倍反向高压放大后流出至压电陶瓷的负极，从而在压电陶瓷两侧形成400倍的放大信号。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明中通过将两个反向高压放大电路的输出端并联提高总的输出电流，降低每一路反向高压放大电路的热功耗。将四个反向高压放大电路的输出电压接到了压电陶瓷两端形成了桥式连接方式，可以有效提高增大压电陶瓷的输入电流和其输出电压。
附图说明
图1是本发明中压电陶瓷驱动装置的框图；
图2为如图1所示的压电陶瓷驱动装置的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。
如图1所示，本发明提出的一种压电陶瓷驱动装置，包括一个低压放大电路和四个反向高压放大电路，四个反向高压放大电路分别记作第一反向高压放大电路、第二反向高压放大电路、第三反向高压放大电路和第四反向高压放大电路。所述低压放大电路的输入端接输入信号，所述低压放大电路的输出端接所述第一反向高压放大电路的输入端和所述第二反向高压放大电路的输入端；所述第一反向高压放大电路的输出端和所述第二反向高压放大电路的输出端并联后连接至所述第三反向高压放大电路的输入端和所述第四反向高压放大电路的输入端和压电陶瓷的正极，所述第三反向高压放大电路的输出端和所述第四反向高压放大电路的输出端并联至所述压电陶瓷的负极。
所述低压放大电路的内部电路连接如图2所示，包括电阻R1、电阻R2和运算放大器U5，所述电阻R1的一端连接至输入信号，所述电阻R2的一端和所述运算放大器U5的2脚并联至所述电阻R1的另一端，所述运算放大器U5的7脚接+12V的电源，所述运算放大器U5的4脚接-12V的电源，所述运算放大器U5的3脚接地，所述运算放大器U5的8脚分别连接至所述电阻R2的另一端、所述第一反向高压放大电路的输入端和所述第二反向高压放大电路的输入端；其中，R1＝100Ω，R2＝1kΩ，所述运算放大器U5为型号是OP07的运算放大器。
本发明中，所述第一反向高压放大电路、第二反向高压放大电路、第三反向高压放大电路和第四反向高压放大电路的内部电路连接完全一致，只是其中的电阻的阻值不同。下面分别说明各反向高压放大电路的内部结构。
如图2所示，所述第一反向高压放大电路包括电阻R3、电阻R5和运算放大器U1，所述电阻R3的一端为所述第一反向高压放大电路的输入端，所述电阻R3的另一端分别与所述运算放大器U1的11脚和所述电阻R5的一端相连，所述电阻R5的另一端与所述运算放大器U1的7脚相连后作为所述第一反向高压放大电路的输出端；所述运算放大器U1的10脚接+1000V高压电源，所述运算放大器U1的4脚接-1000V高压电源。其中，R3＝25kΩ、R5＝500kΩ，所述运算放大器U1为型号是PA99的集成运算放大器。
所述第二反向高压放大电路包括电阻R9、电阻R7和运算放大器U2，所述电阻R9的一端为所述第二反向高压放大电路的输入端，所述电阻R9的另一端分别与所述运算放大器U2的11脚和所述电阻R7的一端相连，所述电阻R7的另一端与所述运算放大器U2的7脚相连后作为所述第二反向高压放大电路的输出端；所述运算放大器U2的10脚接+1000V高压电源，所述运算放大器U2的4脚接-1000V高压电源。其中，R7＝500kΩ，R9＝25kΩ，所述运算放大器U2与所述运算放大器U1型号相同。
所述第三反向高压放大电路包括电阻R4、电阻R6和运算放大器U3，所述电阻R4的一端为所述第三反向高压放大电路的输入端，所述电阻R4的另一端分别与所述运算放大器U3的11脚和所述电阻R6的一端相连，所述电阻R6的另一端与所述运算放大器U3的7脚相连后作为所述第三反向高压放大电路的输出端；所述运算放大器U3的10脚接+1000V高压电源，所述运算放大器U3的4脚接-1000V高压电源。其中，R4＝25kΩ，R6＝25kΩ，所述运算放大器U3与所述运算放大器U1型号相同。
所述第四反向高压放大电路包括电阻R10、电阻R8和运算放大器U4，所述电阻R10的一端为所述第四反向高压放大电路的输入端，所述电阻R10的另一端分别与所述运算放大器U4的11脚和所述电阻R8的一端相连，所述电阻R8的另一端与所述运算放大器U4的7脚相连后作为所述第四反向高压放大电路的输出端；所述运算放大器U4的10脚接+1000V高压电源，所述运算放大器U4的4脚接-1000V高压电源。其中，R10-＝25kΩ，R8＝25kΩ，所述运算放大器U4与所述运算放大器U1型号相同。
电路的信号流动和工作过程为，如图1所示，输入信号流入所述低压放大电路的输入端，经过所述低压放大电路10倍放大后流出，分别流入第一反向高压放大电路的输入端和第二反向高压放大电路的输入端，在所述第一反向高压放大电路和第二反向高压放大电路的内部进行20倍反向高压放大后分别流出至所述压电陶瓷的正极和所述第三反向高压放大电路和第四反向高压放大电路的输入端，信号在所述第三反向高压放大电路和第四反向高压放大电路的内部进行1倍反向高压放大后流出至压电陶瓷的负极，从而在压电陶瓷两侧形成400倍的放大信号。
综上，本发明驱动装置中，由于所述第一反向高压放大电路、第二反向放大电路的输出电压和所述第三反向放大电路、第四反向放大电路的输出电压接到了压电陶瓷两端形成了桥式连接方式，可以有效提高输出电压。同时，由于所述第一反向放大电路、第二反向放大电路形成并联输出，增大了输出电流，降低了每片高压运放的热功耗。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (5)
1.一种压电陶瓷驱动装置，其特征在于：包括一个低压放大电路和四个反向高压放大电路，四个反向高压放大电路分别记作第一反向高压放大电路、第二反向高压放大电路、第三反向高压放大电路和第四反向高压放大电路；
所述低压放大电路包括电阻R1、电阻R2和运算放大器U5，所述电阻R1的一端连接至输入信号，所述电阻R2的一端和所述运算放大器U5的2脚并联至所述电阻R1的另一端，所述运算放大器U5的7脚接+12V的电源，所述运算放大器U5的4脚接-12V的电源，所述运算放大器U5的3脚接地，所述运算放大器U5的8脚分别连接至所述电阻R2的另一端、所述第一反向高压放大电路的输入端和所述第二反向高压放大电路的输入端；
所述第一反向高压放大电路包括电阻R3、电阻R5和运算放大器U1，所述电阻R3的一端为所述第一反向高压放大电路的输入端，所述电阻R3的另一端分别与所述运算放大器U1的11脚和所述电阻R5的一端相连，所述电阻R5的另一端与所述运算放大器U1的7脚相连后作为所述第一反向高压放大电路的输出端；所述运算放大器U1的10脚接+1000V高压电源，所述运算放大器U1的4脚接-1000V高压电源；
所述第二反向高压放大电路包括电阻R9、电阻R7和运算放大器U2，所述电阻R9的一端为所述第二反向高压放大电路的输入端，所述电阻R9的另一端分别与所述运算放大器U2的11脚和所述电阻R7的一端相连，所述电阻R7的另一端与所述运算放大器U2的7脚相连后作为所述第二反向高压放大电路的输出端；所述运算放大器U2的10脚接+1000V高压电源，所述运算放大器U2的4脚接-1000V高压电源；
所述第三反向高压放大电路包括电阻R4、电阻R6和运算放大器U3，所述电阻R4的一端为所述第三反向高压放大电路的输入端，所述电阻R4的另一端分别与所述运算放大器U3的11脚和所述电阻R6的一端相连，所述电阻R6的另一端与所述运算放大器U3的7脚相连后作为所述第三反向高压放大电路的输出端；所述运算放大器U3的10脚接+1000V高压电源，所述运算放大器U3的4脚接-1000V高压电源；
所述第四反向高压放大电路包括电阻R10、电阻R8和运算放大器U4，所述电阻R10的一端为所述第四反向高压放大电路的输入端，所述电阻R10的另一端分别与所述运算放大器U4的11脚和所述电阻R8的一端相连，所述电阻R8的另一端与所述运算放大器U4的7脚相连后作为所述第四反向高压放大电路的输出端；所述运算放大器U4的10脚接+1000V高压电源，所述运算放大器U4的4脚接-1000V高压电源；
所述第一反向高压放大电路的输出端和所述第二反向高压放大电路的输出端并联后连接至所述第三反向高压放大电路的输入端、所述第四反向高压放大电路的输入端和压电陶瓷的正极，所述第三反向高压放大电路的输出端和所述第四反向高压放大电路的输出端并联至所述压电陶瓷的负极。
2.根据权利要求1所述压电陶瓷驱动装置，其特征在于，所述运算放大器U1、所述运算放大器U2、所述运算放大器U3和所述运算放大器U4均为型号是PA99的集成运算放大器。
3.根据权利要求1所述压电陶瓷驱动装置，其特征在于，所述运算放大器U5为型号是OP07的运算放大器。
4.根据权利要求1所述压电陶瓷驱动装置，其特征在于，各电阻的阻值如下：
R1＝100Ω，R2＝1kΩ，R3＝25kΩ，R4＝25kΩ，R5＝500kΩ，R6＝25kΩ，R7＝500kΩ，R8＝25kΩ，R9＝25kΩ，R10＝25kΩ。
5.一种利用如权利要求1至4任一所述压电陶瓷驱动装置的方法，其特征在于，输入信号流入所述低压放大电路的输入端，经过所述低压放大电路10倍放大后流出，分别流入第一反向高压放大电路的输入端和第二反向高压放大电路的输入端，在所述第一反向高压放大电路和第二反向高压放大电路的内部进行20倍反向高压放大后分别流出至所述压电陶瓷的正极和所述第三反向高压放大电路和第四反向高压放大电路的输入端，信号在所述第三反向高压放大电路和第四反向高压放大电路的内部进行1倍反向高压放大后流出至压电陶瓷的负极，从而在压电陶瓷两侧形成400倍的放大信号。
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