压电陶瓷驱动电源国内外研究现状综述

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随着高新技术在各前沿科学技术领域中应用的不断深入，微定位技术的不断发展，压电陶瓷执行器越来越多的被用作驱动纳米位移台。微定位技术要求纳米级工作台系统具有高的驱动精度和响应特性。压电陶瓷驱动系统作为理想的纳米位移元件，具有体积小、位移分辨率高、频响高、承载力大、无噪声、不发热等特点，获得了广泛应用。63608

近年来，随着各种需求的增加，压电陶瓷的应用越来越广泛，对其要求也越来越苛刻，频带宽度、非线性失真、抗自激能力等动态性能要求很高，目前国内关于压电陶瓷器件的应用很多限于静态特性，对于动态扫描有很多困难亟待解决，其中最迫切的就是驱动电源的动态特性，电源的不成熟严重地制约了压电陶瓷在动态方面的基础研究与应用。因此研究压电陶瓷驱动电源，尤其偏重于其动态特性的研究，对于传感器动态校准的平台及压电陶瓷在其他方面的动态应用场合都很有实际意义。

1.1.1 压电陶瓷驱动电源的类型

压电陶瓷执行器驱动电源主要有电压控制型和电流/电荷控制型两种。压电控制型是比较成熟的驱动器方案。目前，电压控制型压电微位移器的驱动电源方式主要有一下几种类型：1）直接采用高压运算放大器的线性直流放大式驱动电源。该方式具有静态性能好，集成度高，结构简单等优点，但由于高压运算放大器的输出电流一般都小于200mA，因此动态性能受到限制；2）误差放大式驱动电源。它一般由误差放大器和功率放大器两部分组成，直接从输出电压取得反馈论文网，可以对电压进行实时监控。该电源的特点是频响范围较宽，应用广泛；3）开关式驱动电源。开关驱动电源输出级只工作在开和关两种状态，效率高，发热小，体积小，但目前基于这种原理研制的驱动电源输出波纹较大，频率特性较差，电路实现也较复杂。

1.1.2 压电陶瓷驱动电源的特点

压电陶瓷驱动电源的特点：在外加电场作用下,具有逆压电效应或电致伸缩效应的压电陶瓷材料将发生变形。压电陶瓷微位移器就是利用这一原理,将多个压电陶瓷片粘叠起来使用的压电叠堆。对外加电压而言,每个压电陶瓷片相当于一只平行板电容器。因此,压电陶瓷驱动电源的负载为容性,通常其电容量可达几微法。

压电陶瓷微位移器的微位移发生原理、结构形式决定了驱动电源应具有如下特点：1）驱动电源的输出控制电压连续可调；2）驱动电源应具有很强的驱动能力；3）驱动电源中应有供容性负载快速放电的放电回路；4）驱动电源应具有良好的稳定性,其输出纹波电压也应控制在很小的范围内。

1.1.3 压电陶瓷驱动器的广泛应用

压电陶瓷驱动器是一种利用压电陶瓷逆压电效应制作的微位移器,广泛应用在微机电系统、超精密加工、微电子、光电子和生物工程等前沿学科领域。但是,由于压电陶瓷自身电压与伸缩量间的非线性,给驱动器精确定位带来误差,使驱动器转换信号失真,降低了其控制精度。因此必须采取适当措施,控制其非线性。由于现在各种牌号的压电陶瓷特性曲线各不相同,快速方便地对其进行线性化校正非常必要。用传统的方式制作的驱动电源,由于数据存储在E2PROM中,特定的数据只能针对特定的压电陶瓷,针对性强,不能满足频繁更换压电陶瓷样品的要求。

为了获得高速压电陶瓷驱动器驱动电源，可以利用转移和压缩控制信号的方法寻求放大器件最佳线性放大区域来设计一种高速的压电陶瓷驱动电源。由于电压放大部分不含比较以及反馈成分,减少了容性结构,从而提高了整体响应时间。