新型压电作动器驱动的直线电机驱动电源研究.pdf

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1、新型压电作动器驱动的直线电机驱动电源研究潘松，黄卫清(南京航空航天大学精密驱动研究所，江苏南京210016)ResearchonDrivingPowerforNewTypePiezoLinearMotorDrivenbyPiezoelectricActuatorPANSong，HUANGWei—qing(PrecisionDrivingLaboratory，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China)摘要：基于压电作动器的大容性负载特性，通过大、响应快、位移可重复性好、体积效率高以及控制电路匹配分析提出

2、了基于直流升压变换器和谐振驱相对简单等优点[1]，被广泛应用于制作压电电动控制电路；根据压电作动器驱动偏压要求，设计偏机[2]。压电作动器是由多层压电陶瓷在机械上串压电路使输出电压在一20～100V之间；采用微处联而成，在电特性上变现为并联形式，因此具有比较理器和D触发器设计驱动信号产生电路；将设计的大的电容，一般几百nF以上。驱动过程中，对电源驱动电源用于双作动器驱动的压电直线电机，电机的带负载能力要求较高，需要优化驱动电源与作动运转平稳，电路功耗小，通过匹配不同的电感实现了器负载的匹配，以便提高驱动效率，减小驱动过程中宽频范围驱动。的无功功率损失。在低频(<1kHz)工作时，一般关键词

3、：压电作动器；直流升压变换；LC振荡；采用专用的集成电路E或分立元件r设计所需要偏置电压的驱动器。采用专用集成电路价格昂贵，用于多作中图分类号：TP274动器驱动的电机时成本较高，采用分立元件设计的文献标识码：A电路比较复杂，效率比较低，不便于小型化。本文提文章编号：1001—2257(2O1O)O8—0024—03出了基于LC振荡和DC偏置的驱动形式，并取得Abstract：Accordingtothelargecapacitive了较好的驱动效果，所用元器件数量比较少，适合于characteristicofmuhilayerpiezoactuator，adrive小型化。circuit

4、formultilayerpiezoactuatorbasedondirectcurrentboosterconverterandcircuitresonantis1驱动要求proposedbasedoncircuitanalysis，andtheoutput本研究所研制了一种新型基于压电作动器的非voltagewaskeptbetween一2OVand100V共振型直线电机，其结构原理如图1所示。采用2throughaoffsetvoltage．Itisprovedthatthiscir—个压电作动器驱动定子，在2个压电作动器上施加cuitisreliableforthedriveofa

5、newtypeofnon—相位差9O。正弦电压信号，使定子驱动足形成近似resonantpiezoelectricmotorwithalowerpower椭圆运动驱动负载。压电作动器驱动时应注意：loss，andwidefrequencydrivebrandwasgeta．压电作动器只能串联使用，不能并联使用，串throughdifferentinductor．联使用时，串联的压电元件应在一条直线上。Keywords：piezoactuator；directcurrentb．工作电压在其允许的范围之内，正电压峰值booster；LCresonant；offsetvoltage较大，负电压峰

6、值较小，否则易引起压电陶瓷的退极化。0引言c．避免在直流高压状态下长时间工作，以防止极化损坏。压电作动器具有输入电压低、变形大、输出力d．避免在强电场甚至接近击穿电场状态下工收稿日期：2010一O4—12基金项目：国家自然科学基金重点项目(50735002)作，否则可能引起电极损坏。·24·《机械与电子}2010(8)定子用。直流升压变换电路中PWM控制部分选择SG3525芯片，该芯片的PWM信号输出级使用了图腾柱结构，可以直接驱动高频功率MOSFET，省略了驱动电路，使电路得到了简化。图3中，反馈电路的输出接到一个2型误差放大器的反相输入端。压电陶莒邑A压电陶瓷B图1电机原理SG3525

7、内置的精密电压源经一个分压电阻接入误差放大器的正相输入端，作为误差比较电压。2信号产生电路根据双作动器驱动的压电直线电机的驱动要求，需要产生相位差9O。的驱动电压信号。本文采用微处理器MC9S08QD4作为信号源产生脉宽调制信号，采用双D触发器实现分频分相，产生两路路相位差90。的方波信号，该信号通过功率放大电图3DC—DC升压电路原理路后，经匹配电路形成正弦电压信号驱动压电作动3．2功率放大设计及分析器。信号产生和分频