CN1677830A - 压电执行器驱动电源 - Google Patents

压电执行器驱动电源 Download PDF

Info

Publication number
CN1677830A
CN1677830A CNA2004100319475A CN200410031947A CN1677830A CN 1677830 A CN1677830 A CN 1677830A CN A2004100319475 A CNA2004100319475 A CN A2004100319475A CN 200410031947 A CN200410031947 A CN 200410031947A CN 1677830 A CN1677830 A CN 1677830A
Authority
CN
China
Prior art keywords
circuit
output
amplification
power
driving power
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2004100319475A
Other languages
English (en)
Other versions
CN100468943C (zh
Inventor
崔大付
许立宁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Electronics of CAS
Original Assignee
Institute of Electronics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Electronics of CAS filed Critical Institute of Electronics of CAS
Priority to CNB2004100319475A priority Critical patent/CN100468943C/zh
Publication of CN1677830A publication Critical patent/CN1677830A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100468943C publication Critical patent/CN100468943C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Amplifiers (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

本发明涉及电源技术领域，特别是一种关于压电执行器的驱动电源。该驱动电源由控制电路部分和放大电路部分组成，控制电路部分能够产生n路相互间满足特定时序关系的脉冲波形，放大电路部分是由多个相同的放大子路构成，放大子路的数量与放大电路部分输入信号的数量相等；其中，控制电路部分输出为放大电路部分的输入，放大电路部分的输出驱动m个负载。它可以对执行器的运动部件(负载)进行正、反双方向充电，并能实现双向快速放电。输出电压高，电流负载能力大，控制信号的脉冲频率和脉宽可调，可以实现多个运动部件的并行驱动。

Description

压电执行器驱动电源
技术领域
本发明涉及电源技术领域，特别是一种关于压电执行器的驱动电源。
背景技术
利用压电陶瓷的逆压电效应，可以制成各种压电执行器。大多数压电执行器的运动部件既可以正向运动，也可以反向运动。即施加+c伏电压，在某点处可产生+x的位移量；若施加-c伏电压，在同一点处则产生-x的位移量。这就要求压电执行器的驱动电源既能对运动部件进行正向充电，又能进行反向充电。而传统的压电陶瓷驱动电源，只具有单向充、放电的功能，不能满足大多数压电执行器的需要。
发明内容
本发明的目的是克服现有压电陶瓷驱动电源的不足，设计一种用于压电执行器的双向并行驱动电源。
为达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种压电执行器驱动电源，是用于压电执行器的双向并行驱动电源，该驱动电源由控制电路部分和放大电路部分组成，控制电路部分能够产生n路相互间满足特定时序关系的脉冲波形，放大电路部分是由多个相同的放大子路构成，放大子路的数量与放大电路部分输入信号的数量相等；其中，控制电路部分输出为放大电路部分的输入，放大电路部分的输出驱动m个负载。
所述的驱动电源，其所述产生n路脉冲波形，其n≥2；驱动m个负载，其m≥1，且m＜n。
所述的驱动电源，其所述控制电路部分，由时序电路和并行驱动电路两部分组成；时序电路的输出作为并行驱动电路的输入；时序电路是由一个定时器及两个单稳态触发器组成，并行驱动电路，是由复杂可编程逻辑控制器件(CPLD)实现，将时序电路的输出转换成多路并行输出。
所述的驱动电源，其所述放大电路部分的放大子路包括：光耦隔离电路、电平转换电路、功率放大电路，光耦隔离电路的输出作为电平转换电路的输入，电平转换电路的输出作为功率放大电路的输入。
所述的驱动电源，其所述功率放大电路，由两个功率场效应晶体管(VMOS)组成半桥输出，并工作在互补状态下。
所述的驱动电源，其所述功率放大电路，包含由电容和二极管组成的自举电路，自举电路提高了功率场效应晶体管的栅极电压，保证输出电压的幅值不受VMOS源极电压变化的影响。
所述的驱动电源，其所述放大电路部分，两个相邻的放大子路各有一个功率场效应晶体管组成的半桥，这两个半桥在一起构成了负载的全桥输出，可以实现执行器运动部件的正、反双向驱动。
所述的驱动电源，其所述放大电路部分，两个相邻的放大子路中，二极管与功率场效应晶体管组成双向放电回路，可以实现执行器运动部件的正、反双向放电。
本发明的电源具有以下优点：
1可以进行正、反双方向充电，使执行器的运动部件能做正、反两个方向的运动；
2能够进行双向快速放电，频率响应范围宽；
3输出电压高(几百伏)，非线性失真小，能够驱动运动部件短时间内连续往复运动；
4输出阻抗很小，电流负载能力大，响应速度快；
5控制信号的脉冲频率和脉宽可调；
6能够实现多个运动部件并行驱动，各部件驱动信号之间的时序关系可通过计算机编程控制。
此外，该电源还具有成本低，元件易选择，调试方便等优点。
本发明的电源可以用作压电开关、压电泵、压电喷墨打印机、压电摆动式摄像器、压电光束扫描器等压电执行器的驱动电源。
附图说明
图1为本发明压电执行器驱动电源的整体结构方框示意图；
图2为本发明压电执行器驱动电源的实施例的电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合图1和图2详细介绍本发明的一个实施例。
如图1所示，本发明的驱动电源是由控制电路和放大电路两部分组成的，控制电路的n路输出(n≥2)做为放大电路的输入，放大电路的n路输出连接n-1个负载。放大电路是由多个相同的放大子路构成，放大子路的数量与放大电路输入信号的数量相等。
控制电路能够产生n路(n≥2)相互间满足特定时序关系的脉冲波形。经过放大电路放大后，可以并行驱动n-1个负载。
图2为本发明的一个实施例，它可以并行驱动2个负载。该实施例的控制电路是由时序电路和并行驱动电路两部分组成，时序电路的输出作为并行驱动电路的输入。
时序电路包括一个555定时器和两个单稳态触发器(74LS123)，555定时器电路负责产生触发器的输入脉冲及调节控制信号的脉冲频率f，由公式f＝1.44/(2R41+R42+2RPOT1)C11得出。555定时器电路的输出作为第一触发器的输入，采用下降沿触发产生一路输出。第一触发器的输出又作为第二触发器的输入，下降沿触发产生第二路输出。74LS123单稳输出脉冲宽度为t，由公式t＝0.45RC决定，通过调节电位器RPOT2、RPOT3可改变脉冲宽度。两个触发器的输出作为并行驱动电路的输入。并行驱动电路由复杂可编程逻辑控制器件(CPLD)实现，将时序电路的两路输入转换成三路并行输出。用硬件描述语言Verilog编程，可实现波形的延时、边沿触发和电平控制，得到三路时序波形，再将这些波形分配至三个输出端口，实现了两个运动部件并行驱动。复杂可编程逻辑控制器件(CPLD)的管脚配置采用MAX plus II软件，芯片烧写采用自制编程器。
该实施例的放大电路包括三个相同的放大子路，每个放大子路是由光耦隔离电路、电平转换电路、功率放大电路三部分组成的。在功率放大电路中，两个功率场效应晶体管(VMOS)组成半桥输出，并工作在互补状态下。功率放大电路还包括用于提高栅极电压的自举电路。整个放大电路设有用于泻放滞留电荷的双向放电回路。
下面根据放大子路1和放大子路2，介绍该实施例对负载1的驱动：
光耦隔离电路的输入为控制电路的输出。光耦隔离电路由光耦H1、H2，电阻R15、R16、R17、R18组成，作用是将高压部分与低压控制部分隔离开。电平转换电路的输入为光耦隔离电路的输出。电平转换电路由NPN型三极管T1、T2以及电阻R11、R12、R13、R14组成，光耦隔离电路的输出信号不能很好的驱动功率放大电路的VMOS管，必须经过电平转换电路的T1、T2放大。
功率放大电路的输入为电平转换电路的输出。功率放大电路由VMOS管V1～V6，电阻R1～R10，二极管D1～D4，电容C1、C2组成。VMOS管使用高耐压N沟道增强型功率MOSFET。压电陶瓷在电学上等效为电容，因此压电执行器为容性负载。VMOS输出阻抗小(通态电阻仅数欧姆)，开关速度快(纳秒级)，电流负载能力大，适合于驱动容性负载。
电容C1、C2和二极管D1、D3，电阻R1、R3组成自举电路，用于提高V1、V3栅极电压，保证V1、V3导通。VMOSFET的绝缘栅很薄，能够承受的最高电压有限，仅为20伏左右。对于V1而言，如果不接C1、D1，若输入U1为低电平，V1导通后，源极电压将升高，当VGS＜UGS(Th)(门极开启电压)时，V1将关断。加在压电执行器上的电压远小于VCC1，无法驱动执行器。D1、D3应使用开关速度快的肖特基二极管。
V1、V2、V3、V4组成全桥输出，可以对压电执行器作正、反双向驱动。同时V1和V2，V3和V4又分别工作在互补的状态下。电阻R1、R3的阻值不应过大，原因是V5与V6的源、漏之间存在寄生电容，阻值过大会降低V5、V6输出方波上升沿和下降沿的陡直度。R2、R4的作用是限制电流，保护高压电源VCC1。V5、V6的作用是将输入反相，以便V1和V2，V3和V4交替工作。V2和D4，V4和D2分别组成放电回路，负责对执行器作正、反向放电。在V5、V6的栅极串接电阻R5、R8，目的是消除寄生振荡对电平转换电路的影响。
下面举例说明，当放大子路1的输入U1，放大子路2的输入U2满足不同的时序关系时，负载1(压电执行器)的运动情况：
1当U1的上升沿到来且U2为低电平时，V1、V4导通，V2、V3关断，高压电源经V1、V4对运动部件正向充电，执行器正向运动时间由U1脉宽控制。
2当U1的下降沿到来且U2为低电平时，V2、V4导通，V1、V3关断，运动部件经过V2和D4组成的回路正向放电。
3当U1为低电平且U2的上升沿到来时，V2、V3导通，V1、V4关断，高压电源经V2、V3对运动部件反向充电，执行器反向运动时间由U2脉宽控制。
4当U1为低电平且U2的下降沿到来时，V2、V4导通，V1、V3关断，运动部件经过D2和V4组成的回路反向放电。
因此，该电源就实现了正、反双方向充电，同时又能双向快速放电，使执行器的运动部件能沿正、反两个方向快速运动。

Claims (8)

1.一种压电执行器驱动电源，是用于压电执行器的双向并行驱动电源，其特征在于，该驱动电源由控制电路部分和放大电路部分组成，控制电路部分能够产生n路相互间满足特定时序关系的脉冲波形，放大电路部分是由多个相同的放大子路构成，放大子路的数量与放大电路部分输入信号的数量相等；其中，控制电路部分输出为放大电路部分的输入，放大电路部分的输出驱动m个负载。
2.如权利要求1所述的驱动电源，其特征在于，所述产生n路脉冲波形，其n≥2；驱动m个负载，其m≥1，且m＜n。
3.如权利要求1所述的驱动电源，其特征在于，所述控制电路部分，由时序电路和并行驱动电路两部分组成；时序电路的输出作为并行驱动电路的输入；时序电路是由一个定时器及两个单稳态触发器组成，并行驱动电路，是由复杂可编程逻辑控制器件(CPLD)实现，将时序电路的输出转换成x路并行输出，其x≥2。
4.如权利要求1所述的驱动电源，其特征在于，所述放大电路部分的放大子路包括：光耦隔离电路、电平转换电路、功率放大电路，光耦隔离电路的输出作为电平转换电路的输入，电平转换电路的输出作为功率放大电路的输入。
5.如权利要求4所述的驱动电源，其特征在于，所述功率放大电路，由两个功率场效应晶体管(VMOS)组成半桥输出，并工作在互补状态下。
6.如权利要求4所述的驱动电源，其特征在于，所述功率放大电路，包含由电容和二极管组成的自举电路，自举电路提高了功率场效应晶体管的栅极电压，保证输出电压的幅值不受VMOS源极电压变化的影响。
7.如权利要求1或4所述的驱动电源，其特征在于，所述放大电路部分，两个相邻的放大子路各有一个功率场效应晶体管组成的半桥，这两个半桥在一起构成了负载的全桥输出，可以实现执行器运动部件的正、反双向驱动。
8.如权利要求1或4所述的驱动电源，其特征在于，所述放大电路部分，两个相邻的放大子路中，二极管与功率场效应晶体管组成双向放电回路，可以实现执行器运动部件的正、反双向放电。
CNB2004100319475A 2004-03-31 2004-03-31 压电执行器驱动电源 Expired - Fee Related CN100468943C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2004100319475A CN100468943C (zh) 2004-03-31 2004-03-31 压电执行器驱动电源

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2004100319475A CN100468943C (zh) 2004-03-31 2004-03-31 压电执行器驱动电源

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1677830A true CN1677830A (zh) 2005-10-05
CN100468943C CN100468943C (zh) 2009-03-11

Family

ID=35050186

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2004100319475A Expired - Fee Related CN100468943C (zh) 2004-03-31 2004-03-31 压电执行器驱动电源

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN100468943C (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013110221A1 (zh) * 2012-01-29 2013-08-01 Hu Zhangru 通过二极管抵消失真和温漂的vmos功放
CN106549600A (zh) * 2016-10-27 2017-03-29 深圳市汉拓数码有限公司 驱动电路
CN107479446A (zh) * 2017-09-11 2017-12-15 深圳市景新浩科技有限公司 一种新型安全稳定压电泵接入电源控制器
CN108448928A (zh) * 2018-05-07 2018-08-24 合肥工业大学 一种多叠层压电致动器独立分时驱动装置及方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN87211459U (zh) * 1987-08-25 1988-05-25 徐剑石 一种高输入电阻高压双向电子开关
CN1050244C (zh) * 1998-05-29 2000-03-08 清华大学 用于压电器件激振的新型驱动电源
JP2000203014A (ja) * 1999-01-08 2000-07-25 Fujitsu Ltd ヘッド駆動回路とそれを備えたインクジェットプリンタ
DE10008937A1 (de) * 2000-02-25 2001-08-30 Philips Corp Intellectual Pty Elektrischer Schaltkreis zur Ansteuerung von piezoelektrischen Antrieben
CN1258865C (zh) * 2002-03-15 2006-06-07 清华大学 柱状超声波马达驱动电源
KR20040008069A (ko) * 2002-07-15 2004-01-28 삼성전자주식회사 대기소비전력 저감용 전원공급장치

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013110221A1 (zh) * 2012-01-29 2013-08-01 Hu Zhangru 通过二极管抵消失真和温漂的vmos功放
CN106549600A (zh) * 2016-10-27 2017-03-29 深圳市汉拓数码有限公司 驱动电路
CN107479446A (zh) * 2017-09-11 2017-12-15 深圳市景新浩科技有限公司 一种新型安全稳定压电泵接入电源控制器
CN108448928A (zh) * 2018-05-07 2018-08-24 合肥工业大学 一种多叠层压电致动器独立分时驱动装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN100468943C (zh) 2009-03-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102243505B (zh) 一种低失调、快速响应的电压控制电流源、控制方法以及应用其的电源电路
CN104898891B (zh) 一种触控驱动电路、触控驱动方法及触控屏
US6747391B1 (en) Driver for piezoelectric motors
JP6451890B1 (ja) 駆動装置およびスイッチング装置
JP6031532B2 (ja) 電圧交番パルスの出力に用いられるデバイス及び方法
CN1317501C (zh) 一种发动机用电磁阀驱动电路
CN1866742A (zh) 负载驱动电路、集成电路和等离子显示器
CN113098241B (zh) 一种闭环有源驱动电路、驱动方法及开关电源
CN2854916Y (zh) 功率场效应晶体管驱动加速电路
CN110098724A (zh) 驱动装置和开关装置
CN1097344C (zh) Cmos驱动电路
CN1719712A (zh) 功率变换装置
CN100468943C (zh) 压电执行器驱动电源
US8258823B2 (en) Method of and driver circuit for operating a semiconductor power switch
CN1761135A (zh) 避免直流对直流升压转换器的前沿消隐限制的电流复制
CN1185781C (zh) 减少开关损耗的前置转换电路
CN217616214U (zh) 一种mos结构的功率晶体管
CN106775116B (zh) 一种触控显示面板、触控显示装置和触控驱动方法
CN101739937B (zh) 栅极驱动电路
CN113702797A (zh) 一种半导体器件驱动器的测试电路及其控制方法
KR960006507A (ko) 용량성 부하의 구동 회로
CN108429547B (zh) 一种产生负高压脉冲的装置
CN111355474B (zh) 固态调制器的控制方法
CN2650385Y (zh) 软切换箝制器
CN101241355A (zh) 便携式逆变手工焊机中具有单片机控制电路

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20090311

Termination date: 20130331