超磁致伸缩执行器线性驱动电源设计

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1、学兔兔www.xuetutu.com超磁致伸缩执行器线性驱动电源的设计★口王琦口李宝福口徐青青上海大学机电工程与自动化学院上海200072摘要：针对当前超磁致伸缩执行器驱动电源效率不高问题，采用连续调整型恒流源的原理，并选用功率MOSFET作为功率放大元件，研制出具有“轨一轨”输出特性的线性电流源型GMA驱动电源。实际测试的结果表明，其性能良好，可以满足驱动超磁致伸缩材料的要求。关键词：超磁致伸缩执行器驱动电源恒流源中图分类号：TH703文献标识码：A文章编号：1000—4998(20o9)O8—0025—03Abstract：Lowerpowerefficie

2、ncyistheweaknessofthedrivingpowerforgiaIltmagnetostrictiveactuatorscurrently．BasedontheprincipleofthecontinuouslyadjustableconstantcurrentsourceandusingpowerMOSFETasthepoweramplifier．alineardrivingpowerforgiantmagnetostrictiveactuatorhasbeendeveloped．Thetestresultsshowthatthedrivingp

3、owerhasexcellentperformanceandcanmeettherequirementfordrivingthegiantmagnetostrictivematerials．KeyWords：GiantMagnetostrictiveAcma~rDrivingPowerConstantCurrentSource超磁致伸缩材料(简称GMM)具有磁致伸缩应变具有大功率输出的超磁致伸缩执行器驱动源，并通过大、机电耦合系数高、响应速度快、输出功率大等特点。实际测试表明其性能良好。用这种材料制作的执行机构(简称GMA)在超精密加1漏极输出线性电流源的设计原

4、理工、精密定位、机器人以及微型机电系统等领域具有广阔的应用前景。在实际应用中发现，GMA的性能在很1．1基本原理大程度上取决于驱动电源的性能。驱动电源技术已成MOSFET饱和导通后，漏极与源极之间的压降非为超磁致伸缩执行器应用研究中的关键技术之一。常小，因此只要控制电路能让MOSFET达到或接近饱连续可调的直流线性电流源是GMA的首选驱动和状态，就有可能最大限度地提高电压范围。常用的方电源，文献【1】【2】设计了结构相似的线性电流源驱动法是将MOSFET驱动电路的供电电压高于推挽放大器电路，他们均选用对称互补的功率MOSFET作为功率的供电电压。但需要两组正负电

5、源，或用电荷泵之类的放大元件，采用乙类推挽放大器原理设计直流电流源，升压电路。另外，如果控制电路的电压超过运算放大器漏极为输出端。由于MOSFET具有比较高的门槛电压的工作电压范围，还需要采用浮动电源技术，增加电路(如常用的IRF620的栅极门槛电压为2～5V)，再加上的复杂性。控制电路的压降，所以文献【1】【2】中的电流源最大输图l是乙类推挽放大器的变化用法。调整管采用互出电压比供电电压低6V左右，大量的功耗消耗在功补对称的功率MOSFET，其中N沟道MOSFET的源极率管上。在低电压大电流应用时，电流源的效率非常接负电源、P沟道MOSFET的源极接正电源，漏

6、极输低，也严重制约了GMA的动态特性。出。当运放输出要使GMA具有良好的动态特性，必须使驱动电源的电压为正时，具有足够高的电压输出能力。文献【3】采用运算放大器NPN管Q3工浮动电源技术将恒流源电源电压扩大到±30V，在一作，驱动P沟道定程度上改善了动态响应特性。但是电源效率还是很MOSFET的Q1，低。输出正电流。此本文提出一种结构简单的、具有“轨一轨”输出特时，Q4和Q2截性的线性电流源型GMA驱动电源。该驱动器根据连续止。增大可以增调整型压控恒流源的原理，采用通用运放作为主转换大Q3的集电极元件，选用功率MOSFET作为功率放大元件，研制出电流，降低Q1★

7、国家自然科学基金资助项目(编号：50675129)的栅电压，从而收稿日期：2009年1月增大电流输出。机械制造47卷第540期2009／8国学兔兔www.xuetutu.com2009／8学兔兔www.xuetutu.com＼出}开簿《＼蜒．串丑簿率达到99．3％。以上实验结果表明，研制的超磁致伸缩执行器驱动源的效率高，线性度高，电压调整率低，负载调整率和时漂小，输出功率大，可以满足驱动超磁致伸缩材料的要求。3结论GND时间／s针对现有GMA驱动电源▲图4带校正网络的漏极输出推挽型电流源的原理图▲图5带D—E反馈电路的谐波响应＼出神习簿＼'审丑解效率低的现象，设

8、计研制了一40＼脚器辑2