基于PWM開關(guān)控制的能量回收式壓電陶瓷驅(qū)動電源的研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和研究領(lǐng)域的不斷擴展，許多領(lǐng)域越來越需要納米定位系統(tǒng)，如微型機電系統(tǒng)的制造與檢測、超精密機械加工、微外科手術(shù)、掃描探針顯微鏡系統(tǒng)、光纖對接，以及半導(dǎo)體制板的精密定位等領(lǐng)域。作為納米級定位領(lǐng)域的一種新型材料，壓電陶瓷微位移器具有體積小、位移分辨率高、頻響高、無噪聲、不發(fā)熱等特點，是一種理想的微位移元件。壓電陶瓷驅(qū)動電源作為壓電陶瓷的驅(qū)動部分，越來越受到國內(nèi)外研究機構(gòu)的關(guān)注。但目前應(yīng)用的線性驅(qū)動電源普遍存在功耗大、效率低的

2、問題，這種缺陷對電源本身是一種損害，同時也限制了陶瓷定位系統(tǒng)在微觀領(lǐng)域的應(yīng)用。 論文針對壓電陶瓷驅(qū)動電源存在的上述問題，提出基于PWM脈寬調(diào)制的開關(guān)式壓電陶瓷驅(qū)動電源，其輸入信號由直接數(shù)字頻率合成信號發(fā)生器(DDS)給出。 論文首先根據(jù)壓電陶瓷的壓電效應(yīng)和結(jié)構(gòu)特性，針對PWM驅(qū)動原理和能量回收方式進行了理論分析，然后設(shè)計了相應(yīng)的驅(qū)動電路，主要包括兩種：一種是基于PWM的電壓反饋方式驅(qū)動電源，采用二階有源低通濾波器對輸出的

3、驅(qū)動信號進行電壓反饋；另一種是基于PWM電流和電壓雙閉環(huán)電路，采用電流環(huán)消除陶瓷的遲滯現(xiàn)象。 其次，針對電源控制的需要，設(shè)計并制作了基于AVR單片機的控制電路板，實現(xiàn)液晶鍵盤人機交互接口，監(jiān)測驅(qū)動電路的供電電壓，完成同上位機的通信，同時采用Altera公司的FPGA實現(xiàn)DDS波形發(fā)生器，提高了電源的集成度和便攜性。 最后，結(jié)合壓電陶瓷微動工作臺，建立了實驗測試系統(tǒng)。通過理論研究和實驗驗證可知，本文的研究工作比較明顯的提高