基于自适应逆控制的压电驱动电源

为了减少压电驱动器迟滞非线性,提高微系统的定位精度,该文设计了基于自适应逆控制的压电驱动电源。选用型号TMSF320F28335的数字信号处理(DSP)芯片,对信号调节器、前级DC-DC的Boost升压电路和后级DC-AC的单相全桥逆变电路进行设计分析。在CCS6.0软件开发环境下进行编程,实现了SPWM驱动信号的生成、对位移信号进行AD采样和Prandtl-Ishlinskii自适应逆模型的功能。为了验证所设计的压电驱动电源的自适应控制性能,采用压电陶瓷驱动器开展了基于自适应逆的驱动控制实验。结果表明,在不采用控制的条件下,1 Hz时压电陶瓷驱动器的输出位移均方根误差(RMSE)为3.239 5μm,绝对值平均误差(MAE)为2.985 1μm;随着频率的增加,20 Hz时RMSE、MAE的最大值分别为21.402 9μm、19.306 2μm。使用基于自适应逆控制的压电驱动电源,1 Hz时RMSE为0.324 9μm, MAE为0.265 6μm; 20 Hz时压电陶瓷驱动器的输出位移RMSE为12.639μm, MAE为11.956 1μm。     

基于MC34063控制的压电陶瓷泵电源研制

针对应用于输出电压较小(12～18 V)的燃料电池系统中压电陶瓷泵的驱动问题,在建立压电陶瓷泵的数学模型的基础上提出并研发了一种新的压电陶瓷泵驱动电源.该电源采用MC34063控制芯片控制Boost变换器升压和全桥变换器功率放大,给压电陶瓷泵提供±150 V方波电压,并使陶瓷泵工作在很宽的频率范围(10～100 Hz).对一压电陶瓷泵的特性实验的研究表明此新型驱动电源输出精度高,响应速度较快,驱动能力强.     

压电陶瓷驱动器线性动态驱动电源的研制

根据压电陶瓷基本物理参数计算出压电驱动电源的最小基本性能参数,并利用高压运放研制了一种新型压电陶瓷驱动器的驱动电源,它具有高的输出电压范围(±200V),高输出电流(200mA,峰值电流300mA)。并且通过对反馈电路的波特图分析,讨论了自激震荡的产生和防止。在试验中通过对压电驱动器的正弦信号激励分析,表明驱动电源在带负载时有良好的输入跟随性能,能够满足复杂压电驱动器控制需要。     

压电陶瓷致动器驱动电源的研究

根据压电陶瓷致动器对其驱动电源的要求,利用高压运放设计研制了一种新型的驱动电源,通过对压电驱动器的实验研究表明,其具有精度高、性能稳定、分辨率高、纹波小和电路结构简单等优点,能够满足微定位系统中压电陶瓷驱动器的控制需要。     

PAM8904：压电声响驱动器

Diodes公司推出压电声响驱动器PAM8904,该产品集成了多模式充电泵升压转换器,可在3V的电源下以高达18Vpp驱动压电声响器。这款驱动器能以较低的工作电流提高音量,并提供从20Hz～300kHz的宽广输入信号范围。     

宏微压电驱动器的电源设计与试验

针对超声电机与压电微驱动器对驱动电源的要求,设计出一种既能驱动超声电机又能驱动压电微驱动器的驱动电源,该驱动电源由可调变压器、半桥模块及以高性能数字信号处理(DSP)芯片TMS320F28335为核心的控制器组成。该电源驱动超声电机时,电源输出相位差、频率均较大范围连续可调的二相超声频率交流电;驱动压电驱动器时,电源输出较大范围连续可调的直流电。对行波型旋转超声电机及钹型压电驱动器的系列驱动试验表明该电源能同时满足超声电机和压电驱动器的驱动要求。     

压电陶瓷驱动器电源温度控制系统研究

性能良好的驱动电源是实现压电陶瓷驱动器高精度定位的关键.基于集成高压运算放大器的直流放大式压电陶瓷驱动电源,具有集成度高,体积小,可靠性好等突出优点;但运放的发热问题,是影响其应用和发展的一个重要因素.对一种基于PA93功率运算放大器的压电陶瓷驱动电源,进行了实验性的研究,采用半导体制冷片和ALT-PT100贴片式温度传感器构成温度闭环控制系统,通过改变制冷片外加电源的极性和电压大小,将集成高压运算放大器的工作温度控制在一定范围内,可有效降低压电陶瓷驱动电源输出电压的纹波到7.8 mV,提高了电源输出电压的精度.找到了温度对电源输出电压精度影响的规律,为如何进一步提高压电陶瓷驱动电源输出电压的精度,实现压电陶瓷驱动器高精度的定位控制,提供了科学的方法和依据.     

一种数控电位器调节的压电陶瓷驱动电源

设计了一种用于驱动数字共焦显微仪压电陶瓷物镜驱动器,实现数控电位器调节的压电陶瓷驱动电源,由单片机系统、前级高压稳压电路、数控电位器、功率放大电路、高压稳压电源和放电回路组成。采用前级高压稳压代替电压放大级作为输入,通过高分辨率的数控电位器调节,经功率放大和放电回路后驱动压电陶瓷驱动器。该驱动电源输出电压稳定,数控可调且随输入电压呈线性变化,可实现对电压精密控制,适用于驱动压电陶瓷等容性负载。     

低波纹度快速响应压电陶瓷驱动电源的研制

压电陶瓷驱动电源是压电陶瓷微位移器应用中的关键部件。文章提出了一种新的压电陶瓷驱动电源结构,并开发研制了新的压电陶瓷驱动电源,该电源采用直接稳压和放大方式,具有输出精度高,响应速度快,波纹度小,驱动能力强,稳定性好,结构简单,调试方便,造价低廉,实用性强等特点,适用于各种电压陶瓷驱动器。     

隔膜式压电驱动器的制备及其在微泵中的应用

利用块材钛酸锆铅(PZT)材料的逆压电效应设计并制备了可用于微泵驱动的压电驱动器,通过5种结构模型的仿真分析确定了压电驱动器的隔膜式结构,在获取较大中心位移的同时有效提高了结构强度,增加了驱动器的适用性。工艺上通过键合、减薄、激光烧蚀及硅的湿法刻蚀工艺完成了器件的制备,施加频率10 Hz和100 Hz的交变信号测出了中心膜片位移与对应电压的关系,施加峰峰值为1 V的信号测得共振频率为70 kHz。基于制备的压电驱动器设计并制备了机械式带止回阀的微泵,经测试泵入、泵出功能正常。当对微泵外加峰峰值为30 V、频率为500 Hz的驱动电压信号时,每分钟能驱动的液体流量为55μL。该驱动器的驱动效果好,可进一步结合不同的微阀设计制备性能更加优良的微泵。     

一种压电材料的新型线性高电压驱动器

提出一种压电材料的新型线性高电压驱动器的研制方案,驱动器包括两大部分,即大功率、可对压电作动器进行正负向电压加载的闭环倍压放大式线性高电压驱动器;基于固态继电器的ON/OFF驱动器,内含压电作动器的电压加载控制模块和快速放电控制模块。该驱动器线性输出电压为直流电压(-220～+220V),输出频率可达3kHz。     

一种微型机器鱼的压电驱动系统设计

压电陶瓷用作微型机器人的致动器具有静音、低功耗等优点,但在悬臂型应用中高位移所需的高驱动电压是其应用难点.该文针对一种双鳍式微型机器鱼的压电致动器,设计了可控制输出频率、幅值的高压正弦信号驱动系统.压电致动器的驱动模块采用PA443高压运放设计外围电路,运放电源基于集成开关芯片设计升压(BOOST)和降压-升压(BUC...     

精密工程中压电作动器两种高压驱动电源的研制

分别介绍了用普通耐压器件直流放大管和MOSFET功率开关管实现的1000V以上输出的压电陶瓷微位移驱动电源和超声振动驱动电源的设计思想、电路原理、设计计算及安装调试等内容,该设计的特点是电路简单、经济实用以及安全可靠。     

针对容性压电负载的桥式功率放大电路的设计

功率放大电路负责驱动容性压电负载,是整个压电执行器的关键部件.根据某驱动电源中的功率放大电路作为设计对象,通过采用桥式电路结构,从而提高了整体性能;通过研究放大器的共模输入电压范围,从而设定了非对称电源;通过分析波形,从而设定了电压增益;通过采用过压保护和限制电流,增强了电路的安全性;通过计算热工,设置了散热方式;通过使用方波测试法,测定了电路的稳定性.实验结果显示,该方法能实现双极性输出,以至于性能上的提高胜过了成本和复杂性的增加.     

用于光刻投影物镜微调的压电陶瓷

为了提高大数值孔径投影物镜成像质量,需对镜片进行高精度微调.压电陶瓷是一种高精度定位的执行元件.根据电压控制型压电陶瓷驱动电源的原理,利用运算放大器PA88和OPA2227构成的高压运放式复合放大电路,设计了一种高精度的压电陶瓷驱动器,用于驱动镜片的精密微调.详细阐述了驱动器和供电电源的设计原理,并运用Multisim10软件对该驱动器的输出电压、线性度、静态纹波及稳定性进行了仿真分析.结果表明,该驱动器具有输出精度高,最大非线性误差为0.0005％,静态纹波小(±100 nV),稳定性强等优点,达到了投影物镜中镜片微调要求.     

应用于快速倾斜镜的压电陶瓷驱动电源

压电陶瓷致动器具有体积小、推力大、高频响和分辨率高等特点,广泛应用于精密制造、光学仪器、振动控制等领域。为提高压电陶瓷型快速倾斜镜的控制精度和稳定性,根据压电陶瓷致动器对其驱动电源的要求,设计了一种基于高压运算放大器PA96的驱动电源。介绍了该电源电路的基本原理,并对放大器的外围电路进行了稳定性设计。最后通过实验测试表明,该电源线性度大于99%、静态纹波小于10mV、动态性能稳定,能够达到自适应光学系统中快速倾斜镜的控制要求。     

An 80-V integrated boost converter for piezoelectric actuators in smartphones

A boost converter for piezoelectric actuator driving system in haptic smartphones is proposed and implemented using a 0.35 μm BCDMOS process. The designed boost converter generates extremely high output voltage from a low-voltage battery supply. The boost converter provides stable power for the piezoelectric actuator with the peak-current control technique. The minimum variation of the output ripple variation can be achieved by the designed current-sensing and peak-current control circuits. The supply voltage of the boost converter is 2.7–4.2 V and the maximum output voltage is up to 80 V. The complete piezoelectric actuator driving system consists of a serial interface, SRAM, and signal-shaping logic as well as the boost converter. It also includes the resistor-string digital-to-analog converter and high voltage piezoelectric actuator driver (PZ driver). The fabricated chip size is 2,100 × 2,200 μm, including bonding pads.     

Self-Powered Piezoelectric Actuation Systems Based on Triboelectric Nanogenerator

Sustainable power supply via triboelectric nanogenerator (TENG) is attractive for self-powered actuation systems in the era of the Internet of Things (IoTs). Herein, a low-power actuation scheme enabled by the multilayered TENG for piezoelectric actuators, including the stack, unimorph, and micro-fiber composite (MFC) actuator, is reported. The working principles of TENG-powered piezoelectric actuators and their displacement characteristics in direct current (DC) and alternating current (AC) modes are theoretically investigated. Compared with conventional high-voltage power sources, the multilayered TENG delivers a maximum power of only 10.17 mW, providing a low-power alternative for piezoelectric actuator with self-powered capability and operational safety. Meanwhile, the hysteresis of the stack actuator that is critical in precise positioning control is reduced by 58.1%. A precise positioning system is demonstrated by utilizing the TENG-powered stack actuator as an object stage for microscope focusing applications. The feasibility of vibration control with a 76.7% reduction in vibration amplitude is also verified via two TENG-powered MFC actuators. A rectifying control circuit comprising the rectifier and gas discharging tube is established to implement AC–DC conversion and discharging control, achieving a larger displacement of the unimorph actuator. The TENG-powered piezoelectric micropump demonstrates its potential application in liquid transport through straightforward operation.     

压电振动能量收集电路的设计与实验研究

压电材料可将机械振动能转换为电能,但其产生的电能较小且具有交流特性,有必要建立储能电路将压电振动产生的电能储存起来并输出稳定的直流电。根据压电构造方程,建立压电振动能量收集系统的耦合场数学模型,对输出电压和最大输出功率进行数值模拟。设计与制作了一种以电容为储能介质的储能电路,通过电压比较器和电压调节器来保证稳定的直流输出。实验结果表明该储能电路能提供稳定的2.24V的直流输出电压,储能效率最高可达66.3%,并分析其能耗及误差产生的原因。