專利名稱：一種壓電陶瓷驅(qū)動電源的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及壓電陶瓷驅(qū)動電源領域，特別涉及一種壓電陶瓷驅(qū)動電源。
背景技術：
壓電陶瓷驅(qū)動器是新型的微驅(qū)動器件，其利用壓電陶瓷的逆壓電效應原理工作， 因具有納米級分辨率、響應速度高、無噪聲、不發(fā)熱、體積小等特點，在微電子技術、微機電系統(tǒng)、光學精密工程、納米工程等領域具有廣泛的應用前景。在超精密定位中，往往需要達到納米級的定位精度，性能良好的驅(qū)動電源是高精度微位移進給技術得以廣泛應用的前提。因此，壓電陶瓷驅(qū)動電源技術已成為當前的研究熱點。目前的壓電陶瓷驅(qū)動電源普遍存在結構復雜或者電壓精度較低的不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服現(xiàn)有壓電陶瓷驅(qū)動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)動電源。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為
一種壓電陶瓷驅(qū)動電源，包括邏輯控制模塊、數(shù)據(jù)分發(fā)模塊、數(shù)模轉換模塊、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，還接收電源模塊輸出的直流電壓信號，經(jīng)過邏輯變換后輸出至數(shù)模轉換模塊；所述數(shù)據(jù)分發(fā)模塊接收外部數(shù)據(jù)信號，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)模轉換模塊；所述數(shù)模轉換模塊將數(shù)據(jù)分發(fā)模塊的數(shù)據(jù)信號輸出為模擬控制信號；所述電壓和功率放大模塊，對模擬控制信號進行放大，用來驅(qū)動壓電陶瓷模塊；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經(jīng)過邏輯轉換對數(shù)模轉換模塊進行控制，所述數(shù)據(jù)分發(fā)模塊接收外部數(shù)據(jù)信號，將數(shù)據(jù)信號分發(fā)后輸出至數(shù)模轉換模塊；數(shù)模轉換模塊接受控制信號和數(shù)據(jù)信號，經(jīng)數(shù)模轉換后輸出模擬控制信號至電壓和功率放大模塊，模擬控制信號經(jīng)過電壓和功率放大模塊放大后控制壓電陶瓷。所述數(shù)模轉換模塊由第一數(shù)模轉換集成電路、第二數(shù)模轉換集成電路、第三數(shù)模轉換集成電路、第一運算放大器、第二運算放大器、第三運算放大器組成；所述第一數(shù)模轉換集成電路、第二數(shù)模轉換集成電路、第三數(shù)模轉換集成電路的EN輸入端與邏輯控制模塊提供的EN1、EN2、EN3信號端連接；所述第一數(shù)模轉換集成電路、第二數(shù)模轉換集成電路、 第三數(shù)模轉換集成電路的CLK輸入端與邏輯控制單元提供的時鐘信號CLK連接；其DATA輸入端與數(shù)據(jù)分發(fā)模塊提供的DATA信號連接；所述第一數(shù)模轉換集成電路的VOUT輸出端與第二數(shù)模轉換集成電路的VREF輸入端連接；所述第二數(shù)模轉換集成電路的VOUT輸出端與第二運算放大器的反相輸入端連接；所述第三數(shù)模轉換集成電路的VOUT輸出端與第一運算放大器的反相輸入端連接；所述第一運算放大器、第二運算放大器輸出端與第三運算放大器的反相輸入端連接；所述第三運算放大器的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算放大器；對數(shù)模轉換模塊輸出的模擬控制信號進行放大，輸出模擬信號驅(qū)動壓電陶瓷模塊。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)。本發(fā)明的優(yōu)點是
1.本發(fā)明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現(xiàn)，配置更靈活，并且簡化了電路結構，增強了系統(tǒng)穩(wěn)定性。2.本發(fā)明所述壓電陶瓷驅(qū)動電源可接收外部數(shù)字信號，對壓電陶瓷進行與所述數(shù)字信號對應的驅(qū)動。3.本發(fā)明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，因此對高壓運算放大器的影響更小，得到的驅(qū)動效果更精確。4.本發(fā)明所述的數(shù)模轉換模塊通過分級輸出，然后再合成的方法，使得輸出的模擬控制信號更加精確，誤差更小。5.本發(fā)明采用高壓集成運算放大器進行電壓和功率放大，相對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.本發(fā)明是一種結構簡單、高穩(wěn)定性、低紋波的驅(qū)動電源。


圖1為一種壓電陶瓷驅(qū)動電源總體結構圖。圖2為數(shù)模轉換模塊原理圖。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。
具體實施例方式下面結合附圖1-4對本發(fā)明的具體實施方式
進一步說明。如圖1所示，一種壓電陶瓷驅(qū)動電源，包括邏輯控制模塊、數(shù)據(jù)分發(fā)模塊、數(shù)模轉換模塊、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，還接收電源模塊輸出的直流電壓信號，經(jīng)過邏輯變換后輸出至數(shù)模轉換模塊；所述數(shù)據(jù)分發(fā)模塊接收外部數(shù)據(jù)信號，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)模轉換模塊；所述數(shù)模轉換模塊將數(shù)據(jù)分發(fā)模塊的數(shù)據(jù)信號輸出為模擬控制信號；所述電壓和功率放大模塊，對模擬控制信號進行放大，用來驅(qū)動壓電陶瓷模塊；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經(jīng)過邏輯轉換對數(shù)模轉換模塊進行控制，所述數(shù)據(jù)分發(fā)模塊接收外部數(shù)據(jù)信號，將數(shù)據(jù)信號分發(fā)后輸出至數(shù)模轉換模塊；數(shù)模轉換模塊接受控制信號和數(shù)據(jù)信號，經(jīng)數(shù)模轉換后輸出模擬控制信號至電壓和功率放大模塊，模擬控制信號經(jīng)過電壓和功率放大模塊放大后控制壓電陶瓷。
所述電壓和功率放大模塊包括高壓集成運算放大器；對數(shù)模轉換模塊輸出的模擬控制信號進行放大，輸出模擬信號驅(qū)動壓電陶瓷模塊。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)模轉換模塊由第一數(shù)模轉換集成電路(DA1)、第二數(shù)模轉換集成電路(DA》、第三數(shù)模轉換集成電路(DA!3)，第一運算放大器(U1)、第二運算放大器 (U2)、第三運算放大器(U3)組成；所述第一數(shù)模轉換集成電路(DAl)的EN輸入端與邏輯控制模塊提供的Ml信號連接；所述第二數(shù)模轉換集成電路(DA2)的EN輸入端與邏輯控制模塊提供的EN2信號連接；所述第三數(shù)模轉換集成電路(DA!3)的EN輸入端與邏輯控制模塊提供的EN3信號連接；所述第一數(shù)模轉換集成電路(DAl)、第二數(shù)模轉換集成電路(DA》、第三數(shù)模轉換集成電路(DA!3)的CLK輸入端與邏輯控制單元提供的時鐘信號CLK連接；其DATA 輸入端與數(shù)據(jù)分發(fā)模塊提供的DATA信號連接；所述第一數(shù)模轉換集成電路(DAl)的VOUT 輸出端與第二數(shù)模轉換集成電路(DA2)的VREF輸入端連接；所述第三數(shù)模轉換集成電路 (DA3)的VOUT輸出端與第一運算放大器(Ul)的反相輸入端連接；所述第二數(shù)模轉換集成電路(DA2)的VOUT輸出端與第二運算放大器(U2)的反相輸入端連接；所述第一運算放大器 (U1)、第二運算放大器(U2)輸出端與第三運算放大器(U3)的反相輸入端連接；所述第三運算放大器(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進行分級輸出，然后疊加。工作過程如下
(1)使能端EN1、EN2使能，第一數(shù)模轉換集成電路(DAl)和第二數(shù)模轉換集成電路 (DA2)在時鐘信號CLK的控制下從DATA線上接收數(shù)據(jù)D1，進行第一級數(shù)模轉換，第一數(shù)模轉換集成電路(DAl)和第二數(shù)模轉換集成電路(DA》的輸出引腳上得到整數(shù)值電壓；
(2)保持Em使能，再使能EN3，將第一數(shù)模轉換集成電路(DAl)輸出的電壓值作為第三數(shù)模轉換集成電路(DA!3)的參考電壓，輸入小數(shù)值D2，進行第二級數(shù)模轉換，第三數(shù)模轉換集成電路(DA!3)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)過第一運算放大器(Ul)和第二運算放大器(U2) 調(diào)理，然后通過第三運算放大器(U3)的加法電路，兩者相加得到真實電壓值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，采用集成第一運算放大器(U1)，第三數(shù)模轉換集成電路(DA3)輸出的電壓值經(jīng)過第一電阻Rl輸入第一運算放大器(Ul)的反向端，第一運算放大器(Ul)的正向端接地，第一運算放大器(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，第一運算放大器(Ul)的正負電壓分別接高壓直流供電單元的正電壓+HV和負電壓-HV，電壓值DA_0UT經(jīng)過放大以后驅(qū)動壓電陶瓷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個直流電源首尾串聯(lián)，得到高壓直流電源正極+HV和負極-HV，然后從中根據(jù)需要再抽頭得到地。其中x=l…η。
本發(fā)明所述的數(shù)模轉換模塊通過分級輸出，然后再合成的方法，使得輸出的模擬控制信號更加精確，誤差更小。本發(fā)明采用高壓集成運算放大器進行電壓和功率放大，相對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。本發(fā)明是一種結構簡單、高穩(wěn)定性、低紋波的驅(qū)動電源。
權利要求
1.一種壓電陶瓷驅(qū)動電源，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，還接收電源模塊輸出的直流電壓信號，經(jīng)過邏輯變換后輸出至數(shù)模轉換模塊；所述數(shù)據(jù)分發(fā)模塊接收外部數(shù)據(jù)信號，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)模轉換模塊；所述數(shù)模轉換模塊將數(shù)據(jù)分發(fā)模塊的數(shù)據(jù)信號輸出為模擬控制信號； 所述電壓和功率放大模塊，對模擬控制信號進行放大，用來驅(qū)動壓電陶瓷模塊； 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.按權利要求1所述的壓電陶瓷驅(qū)動電源，其特征在于所述邏輯控制模塊接收外部控制信號經(jīng)過邏輯轉換對數(shù)模轉換模塊進行控制，所述數(shù)據(jù)分發(fā)模塊接收外部數(shù)據(jù)信號， 將數(shù)據(jù)信號分發(fā)后輸出至數(shù)模轉換模塊；數(shù)模轉換模塊接受控制信號和數(shù)據(jù)信號，經(jīng)數(shù)模轉換后輸出模擬控制信號至電壓和功率放大模塊，模擬控制信號經(jīng)過電壓和功率放大模塊放大后控制壓電陶瓷。
3.按權利要求1所述的壓電陶瓷驅(qū)動電源，其特征在于所述數(shù)模轉換模塊由第一數(shù)模轉換集成電路、第二數(shù)模轉換集成電路、第三數(shù)模轉換集成電路、第一運算放大器、第二運算放大器、第三運算放大器組成；所述第一數(shù)模轉換集成電路、第二數(shù)模轉換集成電路、第三數(shù)模轉換集成電路的EN輸入端與邏輯控制模塊提供的EN1、EN2、EN3信號端連接；所述第一數(shù)模轉換集成電路、第二數(shù)模轉換集成電路、第三數(shù)模轉換集成電路的CLK 輸入端與邏輯控制單元提供的時鐘信號CLK連接；其DATA輸入端與數(shù)據(jù)分發(fā)模塊提供的 DATA信號連接；所述第一數(shù)模轉換集成電路的VOUT輸出端與第二數(shù)模轉換集成電路的VREF輸入端連接；所述第二數(shù)模轉換集成電路的VOUT輸出端與第二運算放大器的反相輸入端連接； 所述第三數(shù)模轉換集成電路的VOUT輸出端與第一運算放大器的反相輸入端連接； 所述第一運算放大器、第二運算放大器輸出端與第三運算放大器的反相輸入端連接； 所述第三運算放大器的DA_0UT輸出端輸出至電壓和功率放大模塊。
4.按權利要求1所述的壓電陶瓷驅(qū)動電源，其特征在于所述電壓和功率放大模塊包括高壓集成運算放大器；對數(shù)模轉換模塊輸出的模擬控制信號進行放大，輸出模擬信號驅(qū)動壓電陶瓷模塊。
5.按權利要求1所述的壓電陶瓷驅(qū)動電源，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)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種壓電陶瓷驅(qū)動電源，包含邏輯控制模塊、數(shù)據(jù)分發(fā)模塊、數(shù)模轉換模塊、電壓和功率放大模塊和電源模塊。通過分級輸出模擬控制電壓，采用多電源串聯(lián)產(chǎn)生高壓直流電源，采用集成高壓運算放大器，使得輸出驅(qū)動電壓更精確，系統(tǒng)更穩(wěn)定。本發(fā)明所述的數(shù)模轉換模塊通過分級輸出，然后再合成的方法，使得輸出的模擬控制信號更加精確，誤差更小。本發(fā)明采用高壓集成運算放大器進行電壓和功率放大，相對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。提供一種結構簡單、高穩(wěn)定性、低紋波的驅(qū)動電源。
文檔編號H02N2/00GK102570895SQ20101059849
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月21日 優(yōu)先權日2010年12月21日
發(fā)明者劉世昌, 徐方, 褚明杰, 賈凱 申請人:沈陽新松機器人自動化股份有限公司