專利名稱：用于壓電陶瓷設備的驅(qū)動電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及壓電陶瓷設備，更特別地，本發(fā)明涉及一種用于這種設備的驅(qū)動電路。
壓電陶瓷設備現(xiàn)在已為人們所公知，但這種設備的特點是，為了以較低的成本實現(xiàn)較高的性能水平，必須要工作在高場強下。在這種工作條件下，非線性和磁滯現(xiàn)象就變成是很重要的因素，并且為得到最大的性能，它們的有效的設置是很必要的。
本發(fā)明的一個目的是提供一種減小非線性效應的驅(qū)動電路。
為了更容易地理解本發(fā)明，現(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明的實施例，附圖中

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動電路的完整電路圖；圖2示出了圖1中所示驅(qū)動電路的一部分的示意圖；圖3示出了在圖2所示的電路部分中有用的開關的電路圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動電路的進一步的實施例；圖5示出了在圖4的電路中，在充電正/逆循環(huán)過程中的波形圖；和圖6示出的曲線圖示出了應用圖4中電路的執(zhí)行元件的正向和逆向位置隨溫度的變化。
圖1中示出了根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動電路的優(yōu)選實施例，其中壓電陶瓷設備，在這種情況下是平面雙壓電晶片執(zhí)行元件10，是經(jīng)由充電控制電路12由微控制器11進行驅(qū)動的。經(jīng)由升壓轉(zhuǎn)換器14從12伏的直流電源給充電控制電路提供功率，該升壓轉(zhuǎn)換器14提供高電壓給充電控制電路。從升壓轉(zhuǎn)換器輸出的電壓約為100到600伏，優(yōu)選在20到400伏的范圍內(nèi)。
圖2中更詳細地示出了充電控制電路12，其中將看到，主要的是，H橋利用四個開關20a、20b、20c、20d，這四個開關通常成對地工作以對壓電陶瓷設備10進行充電和放電。
我們優(yōu)選地利用構成為作為電流源工作的晶體管開關來用于每個開關20，并且在圖3中更詳細地示出了這種結構。使用這種開關可允許對壓電陶瓷設備10提供線性充電，這樣，當考慮該壓電陶瓷設備的位移與所提供的充電進行比較時，可得到線性特性。使用這種開關還允許提供反向偏壓。
在本發(fā)明進一步的實施例中，在反饋環(huán)中提供溫度傳感器16給驅(qū)動電路，并且這樣進行設置，使得微控制器單元11還包含H橋控制電路，該H橋控制電路連接到H橋12，并響應來自于該溫度傳感器16的與執(zhí)行元件10緊密有關的信號。
在這個實施例中，單元14優(yōu)選地是一種利用控制器單元11由低電壓電源如12伏電源驅(qū)動的可變高電壓電源。這些示出在圖4中。
溫度傳感器16感應壓電陶瓷執(zhí)行元件10的溫度變化，并提供感應到的數(shù)據(jù)給微控制器11，該微控制器11調(diào)整壓電執(zhí)行元件10的控制狀態(tài)，以使得可減小任何溫度變化所帶來的非線性效應。
H橋12以恒定電流提供反向電壓給壓電陶瓷執(zhí)行元件10。反向電壓的值通過控制器單元11中的控制電路響應來自于溫度傳感器16的信號進行控制。平均充電電流也由控制電路進行控制。
當矯頑電壓從270伏下降到80伏時，在材料的矯頑電壓和-25℃到+25℃范圍內(nèi)的溫度之間存在非常接近于線性的關系。利用這一點對反向電壓的控制提供非常簡單的算法。設定界限，用以確保正好工作在矯頑電壓以下。在整個溫度范圍內(nèi)將正向電壓保持在400伏和500伏之間。這些示出在圖5中。
由于具有上面的設置，可在大多數(shù)充電/放電工作過程中得到幾乎恒定的線性充電速率。從圖6中可以很明顯地看到該控制系統(tǒng)的好處，圖6示出了不同工作條件下執(zhí)行元件的位置隨溫度的變化。圖6還示出了從正向位置以及從逆向位置開始的該循環(huán)中放電部分過程中的執(zhí)行元件的位置。從正向位置開始的放電基本上對應于在沒有提供反向偏壓的情況下所達到的位置，即在“單極”模式下。很清楚的是，在沒有反向偏壓的情況下，兼顧了在整個溫度范圍內(nèi)的性能。通過箭頭a和b之間的不同表示出了這一點。
該H橋開關構成為提供反向偏壓給壓電陶瓷執(zhí)行元件。通過打開開關20a和20b或者20c和20d使該執(zhí)行元件保持在靜態(tài)情況下。當需要反向偏壓時，閉合開關20b和20c，同時打開剩下的開關。
應理解的是，當將上面的控制設置應用到執(zhí)行元件中時，可以得到很多的優(yōu)點，其中，為了提供最優(yōu)的機械熱膨脹特性，已選擇了上述執(zhí)行元件的材料和制造方法。
權利要求
1.一種用于控制壓電陶瓷執(zhí)行元件工作的控制電路，包括用于提供電壓給該壓電陶瓷執(zhí)行元件的裝置，這樣設置該裝置，使得給壓電陶瓷設備(10)提供線性充電，從而得到該壓電陶瓷設備的線性位移。
2.根據(jù)權利要求1的控制電路，其中該用于提供電壓的裝置包括H橋。
3.根據(jù)權利要求2的控制電路，其中該H橋具有設置成對該壓電陶瓷設備進行充電和放電的多個開關。
4.根據(jù)權利要求3的控制電路，其中該多個開關是晶體管開關。
5.根據(jù)權利要求2、3或4的控制電路，其中該H橋構成為提供反向偏壓給該執(zhí)行元件。
6.根據(jù)前述權利要求中的任一個的控制電路，進一步包括用于產(chǎn)生表示該執(zhí)行元件溫度的控制信號的裝置，和用于以該控制信號的函數(shù)改變電壓值的裝置。
7.一種壓電陶瓷執(zhí)行元件裝置，包括壓電陶瓷執(zhí)行元件，和根據(jù)前述權利要求中的任一個的控制電路。
全文摘要
一種用于控制壓電陶瓷執(zhí)行元件工作的控制電路包括用于提供電壓給該壓電陶瓷執(zhí)行元件的裝置，這樣設置該裝置，使得給壓電陶瓷設備(10)提供線性充電，從而得到該壓電陶瓷設備的線性位移。該控制電路優(yōu)選地包括采用H橋結構的四個晶體管開關(20)。
文檔編號H02N2/02GK1647289SQ03808549
公開日2005年7月27日 申請日期2003年4月15日 優(yōu)先權日2002年4月15日
發(fā)明者保羅·韋弗, 西蒙·鮑威爾 申請人:Pbt(Ip)有限公司