CN114356007B - 一种高压大功率压电陶瓷驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压大功率压电陶瓷驱动电路，由运算放大器A1，电阻R1～R13，电容C1～C3以及MOS管Q1～Q4组成；运算放大器A1的输出通过电阻连接到运算放大器A1的供电端，通过修改其中的电阻值调整输出级MOS管的栅级偏置电压，进而控制静态功耗和输出压摆率；输出级为PMOS和NMOS组成的推挽放大电路，提供驱动电路输出给压电陶瓷的驱动电流；最后在输出级通过电阻连接到运算放大器A1的反馈端，形成驱动电压的闭环控制；本发明电路输出电压高，功率大；可调节驱动电压的驱动能力和静态功耗，适应性强；成本低，输出电压纹波小，放大倍数精准可调，提高了压电陶瓷驱动电路的可靠性和适应性。
Description
技术领域
本发明属于光电设备驱动技术领域，具体涉及一种高压大功率压电陶瓷驱动电路。
背景技术
在光电设备及空间光通信系统中，一级稳定执行机构为电机，二级稳定执行机构之一为压电陶瓷快反镜，具有分辨率高、体积小、输出力大、频响高、谐振频率高、发热小、抗电磁干扰能力强和响应速度快等优点。
压电陶瓷致动器必须使用大功率的高压直流驱动电源才能驱动,且其位移精度、响应速度和频响特性直接受驱动电源性能的影响。
因此设计出大功率高精度的优良压电陶瓷驱动电源已成为目前压电陶瓷应用的关键技术之一。
发明内容
为了改善光电设备及空间光通信系统的二级伺服性能，本发明提出了一种适用于压电陶瓷快反镜的驱动电路，能够满足较大电压和功率的压电陶瓷驱动需求，同时可根据需要调整静态功耗及输出压摆率，相对大多数的模块设计降低了热损耗和成本。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高压大功率压电陶瓷驱动电路，基于误差放大型电路拓扑，控制输出级的电压，线性放大驱动压电陶瓷，电路采用运算放大器A1做输出电压值的闭环，放大倍数根据需要进行设定，包括高压小功率运算放大器A1，电阻R1～R13，电容C1～C3，MOS管Q1～Q4；运算放大器A1的正向输入端连接电阻R6，输入信号经过电阻R6进入运算放大器A1，电阻R6同时通过电阻R13接地，运算放大器A1的反向输入端连接并联的电阻R2和电容电容C1，同时通过电阻R1接地；运算放大器A1的正供电端连接电阻R7的一端，同时通过电容C2并联到地，电阻R7的另一端连接供电电源轨V+，运算放大器A1的负供电端通过电容C3连接到地，同时通过电阻R8连接到供电电源轨V-；运算放大器A1的输出端分别连接电阻R3和电阻R4的公共连接端，电阻R3的另一端通过电阻R9连接到供电电源轨V+，电阻R4的另一端通过电阻R10连接到供电电源轨V-，同时滑动变阻器R5连接到电阻R3和电阻R4的非公共端；电阻R3和滑动变阻器R5的公共连接端连接到MOS管Q1的栅极，同时通过电阻R11连接到MOS管Q3的栅极，电阻R4和滑动变阻器R5的公共连接端连接到MOS管Q2的栅极，同时通过电阻R12连接到MOS管Q4的栅极；MOS管Q1和MOS管Q3的漏极连接到供电电源轨V+，MOS管Q2和MOS管Q4的漏极连接到供电电源轨V-，MOS管Q1～Q4的源极连接到输出线上，同时电阻R2和电容C1连接到输出端，另一端连接到运算放大器A1的反向输入端。
所述的一种高压大功率压电陶瓷驱动电路，基于需求选择V+和V-的电压轨，当压电陶瓷的驱动电压范围为V1～V2时，应保证V-＜V1＜V2＜V+。
本发明的有益效果是：运算放大器A1的输出通过电阻连接到运算放大器A1的供电端，通过修改其中的电阻值调整输出级MOS管的栅级偏置电压，进而控制静态功耗和输出压摆率；输出级为PMOS和NMOS组成的推挽放大电路，提供驱动电路输出给压电陶瓷的驱动电流；最后在输出级通过电阻连接到运算放大器A1的反馈端，形成驱动电压的闭环控制。
本发明可为压电陶瓷执行器提供可靠的驱动能力，可依据不同的场景需要提供驱动电压范围、静态功耗和压摆率，降低驱动电路成本，具有较高的推广应用价值。
附图说明
图1是本发明的电路拓扑图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方法对此发明作进一步说明。
参照图1所示，本发明公开的一种高压大功率压电陶瓷驱动电路，基于误差放大型电路拓扑，控制输出级的电压，线性放大驱动压电陶瓷，电路采用运算放大器A1 （供电电压耐压范围大于输出电压范围）做输出电压值的闭环，放大倍数根据需要进行设定，包括高压小功率运算放大器A1，电阻R1～R13，电容C1～C3，MOS管Q1～Q4。
运算放大器A1的正向输入端连接电阻R6，输入信号经过电阻R6进入运算放大器A1，电阻R6同时通过电阻R13接地，运算放大器A1的反向输入端连接并联的电阻R2和电容电容C1，同时通过电阻R1接地。
运算放大器A1的正供电端连接电阻R7的一端，同时通过电容C2并联到地，电阻R7的另一端连接供电电源轨V+，运算放大器A1的负供电端通过电容C3连接到地，同时通过电阻R8连接到供电电源轨V-。
运算放大器A1的输出端分别连接电阻R3和电阻R4的公共连接端，电阻R3的另一端通过电阻R9连接到供电电源轨V+，电阻R4的另一端通过电阻R10连接到供电电源轨V-，同时滑动变阻器R5连接到电阻R3和电阻R4的非公共端。
电阻R3和滑动变阻器R5的公共连接端连接到MOS管Q1的栅极，同时通过电阻R11连接到MOS管Q3的栅极，电阻R4和滑动变阻器R5的公共连接端连接到MOS管Q2的栅极，同时通过电阻R12连接到MOS管Q4的栅极。
MOS管Q1和MOS管Q3的漏极连接到供电电源轨V+，MOS管Q2和MOS管Q4的漏极连接到供电电源轨V-，MOS管Q1～Q4的源极连接到输出线上，同时电阻R2和电容C1连接到输出端，另一端连接到运算放大器A1的反向输入端。
基于需求选择V+和V-的电压轨，当压电陶瓷的驱动电压范围为V1～V2时，应保证V-＜V1＜V2＜V+。
电路中的运算放大器A1作为驱动电路的核心器件，提供驱动电路的电压放大功能，由外围供电电路和电阻R1～R13组成电压负反馈放大网络，运算放大器A1总体的放大倍数由R1和R2决定，遵循虚短虚断特性。
运算放大器A1输出端通过电阻连接到上下供电电压轨，先不焊接R3和R4，通过焊接的滑动变阻器R5来设置静态功耗和压摆率，待依据实际需要确定阻值后通过固定电阻R3和R4进行替换。
输出级的推挽MOS管Q1和MOS管Q2完成驱动电流的供给，驱动电流直接取自电源轨；当单支推挽电路不满足电流需求时可通过并联推挽输出电路增强电流输出能力。
由于压电陶瓷表现为容性负载，因此在驱动压电陶瓷时需要考虑负反馈驱动电路稳定性问题，通过反馈电阻R2上并联反馈电容C1增加驱动电路相位裕度，保证驱动电路的稳定性，具体电容值依据具体条件选取。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种高压大功率压电陶瓷驱动电路，其特征在于：由运算放大器A1，电阻R1～R13，电容C1～C3以及MOS管Q1～Q4组成；
运算放大器A1的正向输入端连接电阻R6，输入信号经过电阻R6进入运算放大器A1，电阻R6同时通过电阻R13接地，运算放大器A1的反向输入端连接并联的电阻R2和电容电容C1，同时通过电阻R1接地；
运算放大器A1的正供电端连接电阻R7，同时通过电容C2并联到地，电阻R7的另一端连接供电电源轨V+，运算放大器A1的负供电端通过电容C3连接到地，同时通过电阻R8连接到供电电源轨V-；
运算放大器A1的输出端分别连接电阻R3和电阻R4的公共连接端，电阻R3的另一端通过电阻R9连接到供电电源轨V+，电阻R4的另一端通过电阻R10连接到供电电源轨V-，同时滑动变阻器R5连接到电阻R3和电阻R4的非公共端；
电阻R3和滑动变阻器R5的公共连接端连接到MOS管Q1的栅极，同时通过电阻R11连接到MOS管Q3的栅极，电阻R4和滑动变阻器R5的公共连接端连接到MOS管Q2的栅极，同时通过电阻R12连接到MOS管Q4的栅极；
MOS管Q1和MOS管Q3的漏极连接到供电电源轨V+，MOS管Q2和MOS管Q4的漏极连接到供电电源轨V-，MOS管Q1～Q4的源极连接到输出线上，同时电阻R2和电容C1连接到输出端。
2.根据权利要求1所述的一种高压大功率压电陶瓷驱动电路，其特征在于，当压电陶瓷的驱动电压范围为V1～V2时，V-＜V1＜V2＜V+。
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