基于DSP和ARM的压电陶瓷叠堆数字驱动电源设计

压电陶瓷叠堆是由多个压电陶瓷片组成,具有体积小、出力大、响应快等特点,为提高压电陶瓷叠堆驱动电源的输出性能和响应速度,同时改善驱动电源输出纹波较高的缺点,提出了一种基于ARM和DSP的高压压电陶瓷叠堆数字驱动电源方案,详细的介绍了驱动电源的系统构成、硬件电路、控制策略、仿真和实验结果。该驱动电源通过多路移相并联电路、LC滤波电路和反馈电路调节输出电压电流。在等效电容为5uF的压电陶瓷负载下,输入信号频率为10Hz～300Hz,驱动电源输出的电压峰值最高为1000V,输出电流峰值最高为9A,输出电压的增益最高可达到100倍。实验结果表明,该驱动电源满足压电陶瓷叠堆高压、大电流、低纹波的驱动要求,在ARM和DSP的控制下系统具有很好的动态响应速度和稳定性。     

空间激光通信精跟踪单元的高精度快速PZT驱动技术研究

为保证空间激光通信的顺利进行,精跟踪系统执行机构驱动器设计至关重要.在分析压电陶瓷自身特性的基础上,研制一种基于PA93的高压、大电流、高速率的新型压电陶瓷驱动电源,并对所设计的驱动电源的输出电压稳定性、范围、线性度、静态纹波,带宽等各项性能指标进行测试,得以验证该驱动电源的性能满足了整个精跟踪系统的跟踪精度保持在3μrad左右的前提条件.     

压电驱动无针注射器脉冲电源设计

针对压电驱动无针注射对电源的需求,设计了与压电无针注射器配套的脉冲电源,该脉冲电源的驱动控制系统由电池提供12V的直流电压,通过Buck与推挽电路级联电路升压后整流滤波输出0～400V直流可调电压,由反馈电路对输出电压进行校正,最后全桥逆变电路实现输出频率与占空比可调,且输出电压在0～400V随占空比的改变成线性变化的瞬时高压脉冲信号。实验结果表明,该脉冲信号稳定可靠,输出纹波在范围0.5%以内,满足了压电驱动无针注射电源需求。     

高带宽压电陶瓷驱动电源

压电激振器是超声导波无损检测应用中的关键部件,针对激振器对压电驱动电源高带宽和大功率的要求,设计并研制了一种基于高压运放MP108的压电陶瓷驱动电源。采用直接数字频率合成技术产生信号源,信号经过前级放大和滤波后输入到高压运放电路驱动压电陶瓷。分析了大功率驱动电源的散热问题,指出驱动电源散热片到空气的最大热阻为1.1℃/W。实验结果表明,当负载为10 nf时,驱动电源在10~300 k Hz的频带范围内能够实现100Vp-p的放大输出,基本满足超声导波压电激振器的驱动要求。     

压电陶瓷驱动电源的研究现状及进展

压电陶瓷驱动器在电场作用下存在压电效应,从理论上讲,压电陶瓷器件可以获得无限小的位移分辨率,但是由于电源的稳定性和压电陶瓷本身的特性而产生迟滞和蠕变现象,从而降低其定位精度.采用不同方式的驱动电源和控制模型将直接影响压电陶瓷致动器的输出性能.文中从驱动电源的发展和驱动器模型2个角度,总结了国内外不同的驱动方案,进而提出应该优先选用电流源驱动压电陶瓷,并得出根据应用场合不同选择相应驱动电源和控制模型的结论.     

电流源型高压隔离驱动电源研究

研究了一种应用于高压环境下的隔离驱动电源拓扑结构。采用半桥逆变或全桥逆变拓扑提供高频输入电压,提高对输出要求的适应性; 采用谐振网络获得稳定恒流源; 利用高压电缆线外绝缘材料的绝缘性实现高电压等级的隔离,以串联多输出的方式达到多路输出的目的。给出了电流源型高压隔离驱动电源的结构,并对变换器的组成和工作原理进行分析。根据参数设计要求对电流源型高压隔离驱动电源进行了仿真实验,得到一台单个支路输出10 V/0.5 A的高压隔离驱动电源仿真模型,结果证明具有良好多输出特性,验证了驱动电源结构的有效性。     

多通道高精度压电陶瓷电源的研制

以单片机及控制电路为基础,采用集成电路器件,设计了一种多通道的高精度的压电陶瓷驱动电源.介绍该电源的硬件系统结构和高精度的稳性设计,经测试,纹波电压小于20mV,分辨率为6mV,非线性误差小于0.1%,连续工作8h,电压时漂为6mV,频率响应3kHz以上.     

精密仪表用隔离电源系统设计

介绍了电池供电的高精度仪表中，低纹波多组输出的隔离DC/DC变换电路及其微功耗电池保护电路的设计，为解决普通DC/DC变换电路存在的问题，利用晶体振荡器取得稳定的开关频率，通过开关控制把直流电压转换为驱动隔离压压器的交流方波电压，以变换成所需的多组输出，并通过合理的整流，滤流，稳压电路的设计得到高性能直流电压，以满足精密仪表的电源系统要求，在电荷平衡原理的七位半A/D转换器应用中，此电源系统引入的误差可以忽略。     

微型化低纹波压电陶瓷驱动电源的研制

研制了一种微型化低纹波的压电陶瓷驱动电源,旁路和PCB布局等几方面采取了稳定性设计,可实现8路输出。经测试,所设计电源有驱动能力强,稳定性好,体积小,实用性强,价格低廉等特点,满足纳米测量的要求。     

基于电流控制的压电陶瓷驱动电源及其试验研究

压电陶瓷致动器在电场驱动下会产生迟滞和蠕变现象,降低了定位精度。根据压电陶瓷致动器的位移与电荷量之间具有线性关系,研制了基于电流控制的压电陶瓷驱动电源。通过控制压电陶瓷的充电电流来控制其运动速度,从而控制其位移量。设计特殊电路和有针对性的控制算法,实现对压电陶瓷的快速驱动与高精度定位的结合。试验结果表明,利用该电源可实现对压电陶瓷的线性驱动和快速精密定位。     

一种高精度基准电压源的设计制作

对能引起电源的时间漂移及电源噪声的诸多因素进行了分析,采用了AD581集成三端器件和uA741运算放大器设计了恒温控制电路,并制作了恒温槽,设计制作高精度基准电压源。该基准源被应用于HHSV-1型高压高稳定性直流电源的基准电压,极大的提高了该直流电源的精度,使其高压高稳定性直流电源在输出电压为10000V,负载电流在2mA的工作情况下,输出电压和电流的稳定度、时漂、温漂均达到10—6量级,波纹系数达10—7。该电压源可以用作粒子加速器,质谱计,CT机等高精度医疗仪器的基准源。     

悬臂梁单晶压电发电机的实验研究

建立了悬臂梁单晶压电振子的发电测试系统,对压电晶体与磷青铜基板材料的厚度比对单晶压电振子输出电压的影响进行了有限元分析,得出了压电晶体与磷青铜基板材料的最佳厚度比并进行了实验验证,同时对具有最佳厚度比的单晶压电振子进行了压电发电能力测试。研究结果表明,当压电晶体与磷青铜金属基板的最佳厚度比为0.5,单晶压电振子的输出电压最大,有限元分析与实验结果基本吻合。单晶压电振子输出电压随着负载的增大而随之增大,而输出功率并不随负载的增大而增大。压电振子存在一个最佳负载,当负载与压电振子内阻匹配时,此时的输出功率最大,能量转化效率最高。单晶压电振子在负载为50 时,输出电压最大可达5.4 ;当负载电阻为 时,负载与压电振子内阻匹配较好,输出功率达到最大为1.18 ,产生的能量能满足网络传感器等低耗能电子产品的供能需求。     

A controlled stabilized high-voltage power supply for a photomultiplier tube

A small-size stabilized high-voltage power supply for a photomultiplier tube with remote digital and analog regulation of the output voltage is designed. The output voltage is smoothly regulated from 0.5 to 3 kV, the load current is 0–2 mA, and the ripple factor is 0.008%. The supply voltage is 12–16 V.     

A single-chip event sequencer and related microcontroller instrumentation for atomic physics research

A 16-bit digital event sequencer with 50 ns resolution and 50 ns trigger jitter is implemented by using an internal 32-bit timer on a dsPIC30F4013 microcontroller, controlled by an easily modified program written in standard C. It can accommodate hundreds of output events, and adjacent events can be spaced as closely as 1.5 μs. The microcontroller has robust 5 V inputs and outputs, allowing a direct interface to common laboratory equipment and other electronics. A USB computer interface and a pair of analog ramp outputs can be added with just two additional chips. An optional display/keypad unit allows direct interaction with the sequencer without requiring an external computer. Minor additions also allow simple realizations of other complex instruments, including a precision high-voltage ramp generator for driving spectrum analyzers or piezoelectric positioners, and a low-cost proportional integral differential controller and lock-in amplifier for laser frequency stabilization with about 100 kHz bandwidth.     

A precision high-voltage source

A compact multipurpose regulated stabilized high-voltage (from 0 to ± 10 kV) power source for use in industrial and scientific equipment (mass spectrometers, ion optics, photomultiplier tubes, etc.) has been developed. The maximum load current is 400 μA, the noise and ripple in the output voltage are 50 mV or less, and the drift is no more than 2 × 10^?4 °C^?1. The source is the 95 × 60 × 30 mm module.     

非共振式压电直线电机精密驱动及定位控制

为实现光机结构、集成电路等领域中大行程及高精度的位移控制,利用较为适用的非共振式尺蠖型压电直线电机,基于高压功率运算放大器,设计了非共振式压电直线电机的精密复合放大驱动电路,通过理论分析及实验得到的伯德图验证了驱动电路的分辨率和幅频特性。以现场可编程门阵列(FPGA)为核心处理器,以光栅尺为反馈元件,通过分析非共振式压电直线电机的多种运行模式,根据直线电机的运行时序,设计完成了开环大范围整步运行模式与闭环小范围单步运行模式相结合的控制策略,在单步运行模式中分别设计完成了PID控制算法及PID与压电陶瓷迟滞逆模型前馈相结合的复合控制算法。实验结果表明,该控制策略能够实现大行程内的精密位移控制,复合控制算法具有比PID更加优越的控制效果,能够在21mm大行程内实现1.5nm的闭环定位控制精度,直线电机的最大驱动力可达300N,满足大行程高精度位移控制的应用需求。     

A high-voltage power supply based on a distributed capacitive energy storage

For the corpuscular plasma heating in the MST plasma device (Madison, United States), an injector of hydrogen atoms with 25-keV energy, equivalent at omic current of >45 A, and 20-ms pulse duration was designed and put into operation at the Budker Institute of Nuclear Physics (Novosibirsk, Russia) in 2009. The pulse repetition rate is 5 min. The output current of the ion source in the atomic injector exceeds 50 A. A high-voltage source with a 1.5-MW power was design ed for the high-voltage powering of the atomic injector. The run duration of the power supply with rated characteristics is >20 ms. The power supply is based on a distributed capacitive energy storage, which allows the power consumption from the industrial network to be reduced down to 10 kW at a pulsed load power of 1.5 MW. The high-voltage power supply smoothly regulates the output voltage from 0 to 30 kV and is capable of being quickly deenergized if high-voltage breakdown of the load takes place. The diagram and structural components of the high-voltage power system of the atomic injector are described, and its test results are given.     

有源静电悬浮系统的变预载控制

在基于静电悬浮轴承的惯性仪表中,为了保证系统的承载能力,需要选取很高的预载电压;而为了提高惯性仪表的精度,希望选取较低的预载电压以减小电场干扰力矩。为解决此问题提出了一种固定低预载与连续变预载相结合的控制方案,通过将被控对象精确反馈线性化和增益补偿后,能够保证系统性能基本不受预载电压变化的影响。实验表明,系统的预载电压降低了56.7%,高压放大器的功耗降低了45.3%。