專利名稱：壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源領(lǐng)域，特別涉及一種壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源。
背景技術(shù)：
壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器是新型的微驅(qū)動(dòng)器件，其利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)原理工作， 因具有納米級(jí)分辨率、響應(yīng)速度高、無噪聲、不發(fā)熱、體積小等特點(diǎn)，在微電子技術(shù)、微機(jī)電 系統(tǒng)、光學(xué)精密工程、納米工程等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。在超精密定位中，往往需要達(dá) 到納米級(jí)的定位精度，性能良好的驅(qū)動(dòng)電源是高精度微位移進(jìn)給技術(shù)得以廣泛應(yīng)用的前 提。因此，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源技術(shù)已成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。目前的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源普遍 存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜或者電壓精度較低的不足。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型為了克服現(xiàn)有壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源控制電壓不夠精確的問題，提供一種 精確度高的電壓控制的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為一種壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源，包括邏輯控制模塊、數(shù)據(jù)分發(fā)模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、電壓 和功率放大模塊、電源模塊；所述邏輯控制模塊接收外部控制信號(hào)，還接收電源模塊輸出的 直流電壓信號(hào)，經(jīng)過邏輯變換后輸出至數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊；所述數(shù)據(jù)分發(fā)模塊接收外部數(shù)據(jù)信 號(hào)，經(jīng)過數(shù)據(jù)分發(fā)模塊內(nèi)部數(shù)據(jù)處理后輸出至數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊；所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊將數(shù)據(jù)分 發(fā)模塊的數(shù)據(jù)信號(hào)輸出為模擬控制信號(hào)；所述電壓和功率放大模塊，對(duì)模擬控制信號(hào)進(jìn)行 放大，用來驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷模塊；所述電源模塊包括低壓直流供電單元和高壓直流供電單元， 所述電源模塊與外部電源連接；所述高壓直流供電單元為電壓和功率放大模塊供電，所述 低壓直流供電單元為其他模塊供電。所述邏輯控制模塊接收外部控制信號(hào)經(jīng)過邏輯轉(zhuǎn)換對(duì)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行控制，所 述數(shù)據(jù)分發(fā)模塊接收外部數(shù)據(jù)信號(hào)，將數(shù)據(jù)信號(hào)分發(fā)后輸出至數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊；數(shù)模轉(zhuǎn)換模 塊接受控制信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后輸出模擬控制信號(hào)至電壓和功率放大模塊，模 擬控制信號(hào)經(jīng)過電壓和功率放大模塊放大后控制壓電陶瓷。所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊由第一數(shù)模轉(zhuǎn)換集成電路、第二數(shù)模轉(zhuǎn)換集成電路、第三數(shù)模 轉(zhuǎn)換集成電路、第一運(yùn)算放大器、第二運(yùn)算放大器、第三運(yùn)算放大器組成；所述第一數(shù)模轉(zhuǎn) 換集成電路、第二數(shù)模轉(zhuǎn)換集成電路、第三數(shù)模轉(zhuǎn)換集成電路的EN輸入端與邏輯控制模塊 提供的EN1、EN2、EN3信號(hào)端連接；所述第一數(shù)模轉(zhuǎn)換集成電路、第二數(shù)模轉(zhuǎn)換集成電路、 第三數(shù)模轉(zhuǎn)換集成電路的CLK輸入端與邏輯控制單元提供的時(shí)鐘信號(hào)CLK連接；其DATA輸 入端與數(shù)據(jù)分發(fā)模塊提供的DATA信號(hào)連接；所述第一數(shù)模轉(zhuǎn)換集成電路的VOUT輸出端與 第二數(shù)模轉(zhuǎn)換集成電路的VREF輸入端連接；所述第二數(shù)模轉(zhuǎn)換集成電路的VOUT輸出端與 第二運(yùn)算放大器的反相輸入端連接；所述第三數(shù)模轉(zhuǎn)換集成電路的VOUT輸出端與第一運(yùn) 算放大器的反相輸入端連接；所述第一運(yùn)算放大器、第二運(yùn)算放大器輸出端與第三運(yùn)算放大器的反相輸入端連接；所述第三運(yùn)算放大器的DA_0UT輸出端輸出至電壓和功率放大模 塊。所述電壓和功率放大模塊包括高壓集成運(yùn)算放大器；對(duì)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊輸出的模擬 控制信號(hào)進(jìn)行放大，輸出模擬信號(hào)驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷模塊。所述邏輯控制模塊和數(shù)據(jù)分發(fā)模塊集成于一可編程邏輯器件內(nèi)。本實(shí)用新型具有如下有益效果1. 本實(shí)用新型所述邏輯控制模塊和數(shù)據(jù)分發(fā)模塊均在一片可編程邏輯器件上 實(shí)現(xiàn)，配置更靈活，并且簡化了電路結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了系統(tǒng)穩(wěn)定性。2. 本實(shí)用新型所述壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源可接收外部數(shù)字信號(hào)，對(duì)壓電陶瓷進(jìn)行與 所述數(shù)字信號(hào)對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)。3. 本實(shí)用新型所述的高壓直流供電單元采用多組低壓電源串聯(lián)組成，通過這種 方法比直接輸出高壓得到的電壓更穩(wěn)定，紋波更小，因此對(duì)高壓運(yùn)算放大器的影響更小，得 到的驅(qū)動(dòng)效果更精確。4. 本實(shí)用新型所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊通過分級(jí)輸出，然后再合成的方法，使得輸 出的模擬控制信號(hào)更加精確，誤差更小。5. 本實(shí)用新型采用高壓集成運(yùn)算放大器進(jìn)行電壓和功率放大，相對(duì)于采用分離 元件來說，提高了系統(tǒng)的集成度和可靠性，降低了系統(tǒng)性能的離散型和不確定性。6.本實(shí)用新型是一種結(jié)構(gòu)簡單、高穩(wěn)定性、低紋波的驅(qū)動(dòng)電源。
圖1為一種壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源總體結(jié)構(gòu)圖。圖2為數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊原理圖。圖3為電壓和功率放大模塊原理圖。圖4為高壓直流供電單元電路原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖1-4對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
進(jìn)一步說明。如圖1所示，一種壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源，包括邏輯控制模塊、數(shù)據(jù)分發(fā)模塊、數(shù)模轉(zhuǎn) 換模塊、電壓和功率放大模塊、電源模塊；所述邏輯控制模塊接收外部控制信號(hào)，還接收電 源模塊輸出的直流電壓信號(hào)，經(jīng)過邏輯變換后輸出至數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊；所述數(shù)據(jù)分發(fā)模塊接 收外部數(shù)據(jù)信號(hào)，經(jīng)過數(shù)據(jù)分發(fā)模塊內(nèi)部數(shù)據(jù)處理后輸出至數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊；所述數(shù)模轉(zhuǎn)換 模塊將數(shù)據(jù)分發(fā)模塊的數(shù)據(jù)信號(hào)輸出為模擬控制信號(hào)；所述電壓和功率放大模塊，對(duì)模擬 控制信號(hào)進(jìn)行放大，用來驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷模塊；所述電源模塊包括低壓直流供電單元和高壓 直流供電單元，所述電源模塊與外部電源連接；所述高壓直流供電單元為電壓和功率放大 模塊供電，所述低壓直流供電單元為其他模塊供電。所述邏輯控制模塊接收外部控制信號(hào)經(jīng)過邏輯轉(zhuǎn)換對(duì)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行控制，所 述數(shù)據(jù)分發(fā)模塊接收外部數(shù)據(jù)信號(hào)，將數(shù)據(jù)信號(hào)分發(fā)后輸出至數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊；數(shù)模轉(zhuǎn)換模 塊接受控制信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后輸出模擬控制信號(hào)至電壓和功率放大模塊，模 擬控制信號(hào)經(jīng)過電壓和功率放大模塊放大后控制壓電陶瓷。[0024]所述電壓和功率放大模塊包括高壓集成運(yùn)算放大器；對(duì)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊輸出的模擬 控制信號(hào)進(jìn)行放大，輸出模擬信號(hào)驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷模塊。所述邏輯控制模塊和數(shù)據(jù)分發(fā)模塊集成于一可編程邏輯器件內(nèi)。如圖2所示，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊由第一數(shù)模轉(zhuǎn)換集成電路(DA1)、第二數(shù)模轉(zhuǎn)換 集成電路(DA2)、第三數(shù)模轉(zhuǎn)換集成電路(DA3)，第一運(yùn)算放大器(U1)、第二運(yùn)算放大器 (U2)、第三運(yùn)算放大器(U3)組成；所述第一數(shù)模轉(zhuǎn)換集成電路(DAl)的EN輸入端與邏輯控 制模塊提供的Ml信號(hào)連接；所述第二數(shù)模轉(zhuǎn)換集成電路(DA2)的EN輸入端與邏輯控制模 塊提供的EN2信號(hào)連接；所述第三數(shù)模轉(zhuǎn)換集成電路(DA3)的EN輸入端與邏輯控制模塊提 供的EN3信號(hào)連接；所述第一數(shù)模轉(zhuǎn)換集成電路(DAl)、第二數(shù)模轉(zhuǎn)換集成電路(DA2)、第三 數(shù)模轉(zhuǎn)換集成電路(DA3)的CLK輸入端與邏輯控制單元提供的時(shí)鐘信號(hào)CLK連接；其DATA 輸入端與數(shù)據(jù)分發(fā)模塊提供的DATA信號(hào)連接；所述第一數(shù)模轉(zhuǎn)換集成電路(DAl)的VOUT 輸出端與第二數(shù)模轉(zhuǎn)換集成電路(DA2)的VREF輸入端連接；所述第三數(shù)模轉(zhuǎn)換集成電路 (DA3)的VOUT輸出端與第一運(yùn)算放大器(Ul)的反相輸入端連接；所述第二數(shù)模轉(zhuǎn)換集成電 路(DA2)的VOUT輸出端與第二運(yùn)算放大器(U2)的反相輸入端連接；所述第一運(yùn)算放大器 (U1)、第二運(yùn)算放大器(U2)輸出端與第三運(yùn)算放大器(U3)的反相輸入端連接；所述第三運(yùn) 算放大器(U3)的DA_0UT輸出端輸出至電壓和功率放大模塊。工作原理是將大電壓劃分成整數(shù)值Dl和小數(shù)值D2進(jìn)行分級(jí)輸出，然后疊加。工 作過程如下(1)使能端ENl、EN2使能，第一數(shù)模轉(zhuǎn)換集成電路(DAl)和第二數(shù)模轉(zhuǎn)換集成電 路(DA2)在時(shí)鐘信號(hào)CLK的控制下從DATA線上接收數(shù)據(jù)D1，進(jìn)行第一級(jí)數(shù)模轉(zhuǎn)換，第一數(shù) 模轉(zhuǎn)換集成電路(DAl)和第二數(shù)模轉(zhuǎn)換集成電路(DA2)的輸出引腳上得到整數(shù)值電壓；(2)保持Ml使能，再使能EN3，將第一數(shù)模轉(zhuǎn)換集成電路(DAl)輸出的電壓值作 為第三數(shù)模轉(zhuǎn)換集成電路(DA3)的參考電壓，輸入小數(shù)值D2，進(jìn)行第二級(jí)數(shù)模轉(zhuǎn)換，第三數(shù) 模轉(zhuǎn)換集成電路(DA3)輸出引腳得到小數(shù)值電壓；(3)整數(shù)值和小數(shù)值電壓輸出分別經(jīng)過第一運(yùn)算放大器(Ul)和第二運(yùn)算放大器 (U2)調(diào)理，然后通過第三運(yùn)算放大器(U3)的加法電路，兩者相加得到真實(shí)電壓值DA_0UT。所述邏輯控制模塊和數(shù)據(jù)分發(fā)模塊集成于一可編程邏輯器件內(nèi)。所述電源模塊由 外部電源接口、多抽頭隔離變壓器、整流橋、濾波電路、穩(wěn)壓電路組成。主要功能分兩部分 高壓直流供電單元和低壓直流供電單元，所述高壓直流供電單元為電壓放大模塊中為高壓 集成運(yùn)算放大器供電，所述低壓直流供電單元為電路中其它部分供電。如圖3所示為電壓和功率放大模塊原理圖，采用集成第一運(yùn)算放大器(U1)，第三 數(shù)模轉(zhuǎn)換集成電路(DA3)輸出的電壓值經(jīng)過第一電阻Rl輸入第一運(yùn)算放大器(Ul)的反向 端，第一運(yùn)算放大器(Ul)的正向端接地，第一運(yùn)算放大器(Ul)的輸出端通過第二電阻R2和 第一電容Cl并聯(lián)反饋到反向端，第一運(yùn)算放大器(Ul)的正負(fù)電壓分別接高壓直流供電單 元的正電壓+HV和負(fù)電壓-HV，電壓值DA_0UT經(jīng)過放大以后驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷ΡΙΕΖ0。如圖4所示為高壓直流供電單元，具體工作原理為，端子A和B接220V交流電源， 經(jīng)過多抽頭隔離變壓器得到η個(gè)互相隔離的交流電源，再通過整流橋Dx、濾波電容、線性 穩(wěn)壓器Ux得到η各直流電源，將η個(gè)直流電源首尾串聯(lián)，得到高壓直流電源正極+HV和負(fù) 極-HV，然后從中根據(jù)需要再抽頭得到地。其中x=l…η。[0034] 本實(shí)用新型所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊通過分級(jí)輸出，然后再合成的方法，使得輸出的 模擬控制信號(hào)更加精確，誤差更小。本實(shí)用新型采用高壓集成運(yùn)算放大器進(jìn)行電壓和功率 放大，相對(duì)于采用分離元件來說，提高了系統(tǒng)的集成度和可靠性，降低了系統(tǒng)性能的離散型 和不確定性。本實(shí)用新型是一種結(jié)構(gòu)簡單、高穩(wěn)定性、低紋波的驅(qū)動(dòng)電源。
權(quán)利要求1.一種壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源，其特征在于包括邏輯控制模塊、數(shù)據(jù)分發(fā)模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換 模塊、電壓和功率放大模塊、電源模塊；所述邏輯控制模塊接收外部控制信號(hào)，還接收電源模塊輸出的直流電壓信號(hào)，經(jīng)過邏 輯變換后輸出至數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊；所述數(shù)據(jù)分發(fā)模塊接收外部數(shù)據(jù)信號(hào)，經(jīng)過數(shù)據(jù)分發(fā)模塊內(nèi)部數(shù)據(jù)處理后輸出至數(shù)模 轉(zhuǎn)換模塊；所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊將數(shù)據(jù)分發(fā)模塊的數(shù)據(jù)信號(hào)輸出為模擬控制信號(hào)； 所述電壓和功率放大模塊，對(duì)模擬控制信號(hào)進(jìn)行放大，用來驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷模塊； 所述電源模塊包括低壓直流供電單元和高壓直流供電單元，所述電源模塊與外部電源 連接；所述高壓直流供電單元為電壓和功率放大模塊供電，所述低壓直流供電單元為其他 模塊供電。
2.按權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源，其特征在于所述邏輯控制模塊接收外部 控制信號(hào)經(jīng)過邏輯轉(zhuǎn)換對(duì)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行控制，所述數(shù)據(jù)分發(fā)模塊接收外部數(shù)據(jù)信號(hào)， 將數(shù)據(jù)信號(hào)分發(fā)后輸出至數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊；數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊接受控制信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)，經(jīng)數(shù)模 轉(zhuǎn)換后輸出模擬控制信號(hào)至電壓和功率放大模塊，模擬控制信號(hào)經(jīng)過電壓和功率放大模塊 放大后控制壓電陶瓷。
3.按權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源，其特征在于所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊由第一數(shù) 模轉(zhuǎn)換集成電路、第二數(shù)模轉(zhuǎn)換集成電路、第三數(shù)模轉(zhuǎn)換集成電路、第一運(yùn)算放大器、第二 運(yùn)算放大器、第三運(yùn)算放大器組成；所述第一數(shù)模轉(zhuǎn)換集成電路、第二數(shù)模轉(zhuǎn)換集成電路、第三數(shù)模轉(zhuǎn)換集成電路的EN輸 入端與邏輯控制模塊提供的EN1、EN2、EN3信號(hào)端連接；所述第一數(shù)模轉(zhuǎn)換集成電路、第二數(shù)模轉(zhuǎn)換集成電路、第三數(shù)模轉(zhuǎn)換集成電路的CLK 輸入端與邏輯控制單元提供的時(shí)鐘信號(hào)CLK連接；其DATA輸入端與數(shù)據(jù)分發(fā)模塊提供的 DATA信號(hào)連接；所述第一數(shù)模轉(zhuǎn)換集成電路的VOUT輸出端與第二數(shù)模轉(zhuǎn)換集成電路的VREF輸入端連接；所述第二數(shù)模轉(zhuǎn)換集成電路的VOUT輸出端與第二運(yùn)算放大器的反相輸入端連接； 所述第三數(shù)模轉(zhuǎn)換集成電路的VOUT輸出端與第一運(yùn)算放大器的反相輸入端連接； 所述第一運(yùn)算放大器、第二運(yùn)算放大器輸出端與第三運(yùn)算放大器的反相輸入端連接； 所述第三運(yùn)算放大器的DA_0UT輸出端輸出至電壓和功率放大模塊。
4.按權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源，其特征在于所述電壓和功率放大模塊包 括高壓集成運(yùn)算放大器；對(duì)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊輸出的模擬控制信號(hào)進(jìn)行放大，輸出模擬信號(hào)驅(qū) 動(dòng)壓電陶瓷模塊。
5.按權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源，其特征在于所述邏輯控制模塊和數(shù)據(jù)分 發(fā)模塊集成于一可編程邏輯器件內(nèi)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源，包含邏輯控制模塊、數(shù)據(jù)分發(fā)模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、電壓和功率放大模塊和電源模塊。通過分級(jí)輸出模擬控制電壓，采用多電源串聯(lián)產(chǎn)生高壓直流電源，采用集成高壓運(yùn)算放大器，使得輸出驅(qū)動(dòng)電壓更精確，系統(tǒng)更穩(wěn)定。本實(shí)用新型所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊通過分級(jí)輸出，然后再合成的方法，使得輸出的模擬控制信號(hào)更加精確，誤差更小。本實(shí)用新型采用高壓集成運(yùn)算放大器進(jìn)行電壓和功率放大，相對(duì)于采用分離元件來說，提高了系統(tǒng)的集成度和可靠性，降低了系統(tǒng)性能的離散型和不確定性。提供一種結(jié)構(gòu)簡單、高穩(wěn)定性、低紋波的驅(qū)動(dòng)電源。
文檔編號(hào)H02N2/00GK201878040SQ20102067189
公開日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2010年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月21日
發(fā)明者劉世昌, 徐方, 褚明杰, 賈凱 申請(qǐng)人:沈陽新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司