本發(fā)明涉及一種新型的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器電源，屬于驅(qū)動(dòng)電源技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)主要存在以下兩個(gè)方面的問題：

1、現(xiàn)有的設(shè)計(jì)中大多數(shù)壓電陶瓷電源采用直流電壓放大式進(jìn)行設(shè)計(jì)，存在效率低，功率管或者芯片功耗大，發(fā)熱嚴(yán)重。

2、現(xiàn)在有的設(shè)計(jì)中也有采用開關(guān)電源控制方式，雖然提高了工作效率，但電源紋波輸出大，在精度要求高的場合不適用。

因此，有必要針對(duì)現(xiàn)有設(shè)計(jì)中壓電陶瓷電源存在的適用性不強(qiáng)、功耗大、成本高、電路復(fù)雜以及穩(wěn)定性不高等問題，提出改進(jìn)方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種新型壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器電源，適用性強(qiáng)、功耗小、成本低、電路簡單、穩(wěn)定性高。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種新型壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器電源，包括相連接的DC/DC變換電路和串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路。

所述DC/DC變換電路的輸出電壓自動(dòng)跟隨串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路的輸出電壓變化而變化，始終保持串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路中調(diào)整管壓降為5V。

所述DC/DC變換電路的電壓輸出端與通過AD轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)控制系統(tǒng)和PWM驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng)相連。

所述單片機(jī)控制系統(tǒng)的PWM控制控制算法為數(shù)字式PID算法。

所述串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路與DA轉(zhuǎn)換器及單片機(jī)控制系統(tǒng)相連。

所述DC/DC變換電路的輸入端與全橋整流及濾波電路、變壓器相連。

所述串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路的誤差放大三極管的集電極與包括由TL431構(gòu)成的電流源相連。

本發(fā)明中，AC220V電源輸入后經(jīng)過變壓器、整流以及濾波后得到DC/DC變換電路的直流輸入電壓。該DC/DC變換電路的輸入電壓值由被控制的壓電陶瓷設(shè)備的控制電壓決定，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證取比壓電陶瓷設(shè)備的最高控制電壓高20V即可。DC/DC變換電路的輸出電壓隨著串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路的輸出電壓的改變而改變，并保持在串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路上的電壓降為5V。串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路的輸出電壓為一定數(shù)值范圍的直流電壓，驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷設(shè)備進(jìn)行工作，該電壓可通過單片機(jī)控制系統(tǒng)和DA轉(zhuǎn)換器進(jìn)行調(diào)節(jié)。

另一方面，串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路的輸入電壓由DC/DC變換電路的輸出電壓提供，在本發(fā)明中通過AD轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)控制系統(tǒng)、PWM驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，保證任意時(shí)刻DC/DC變換電路的輸出比串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路的輸出高5V，從而實(shí)現(xiàn)在串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路的效率得到提高。

為保證電源的動(dòng)態(tài)性能，加入了電容放電回路，對(duì)壓電陶瓷設(shè)備的電荷進(jìn)行有效的放電。

本發(fā)明電路方案采用了DC/DC變換電路提高了電路效率，采用了串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路的驅(qū)動(dòng)方式有效的降低了電路的紋波。

進(jìn)一步，本發(fā)明電源系統(tǒng)加入了鍵盤電路、液晶顯示器使得本發(fā)的電源系統(tǒng)的人機(jī)交互、實(shí)用性更強(qiáng)。

進(jìn)一步，本發(fā)明壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器電源中串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路的誤差放大三極管的集電極放大電阻改進(jìn)為由TL431組成的恒流源，以提高放大倍數(shù)，從而改善紋波，另一方面輸入電壓范圍大，使本發(fā)明電源應(yīng)用性能更好。

本發(fā)明中壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器電源的設(shè)計(jì)的電路方案為DC/DC變換電路與串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路相結(jié)合，提高效率，降低紋波。

壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器電源的設(shè)計(jì)DC/DC變換電路輸出由PWM實(shí)現(xiàn)，所述單片機(jī)控制系統(tǒng)的PWM控制控制算法為“數(shù)字式PID”算法。DC/DC變換電路的電壓輸出算法由單片機(jī)系統(tǒng)完成的“數(shù)字式PID”算法，使得DC/DC變換電路的輸出與串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路輸出始終保持5V的電壓差。

本發(fā)明壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器電源的設(shè)計(jì)所述單片機(jī)控制系統(tǒng)為STC12C5A60S2。

1)本發(fā)明壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器電源的設(shè)計(jì)設(shè)定輸出電壓范圍0～150V，通過改變反饋電阻很容易實(shí)現(xiàn)最高輸出電壓的變化，以適應(yīng)不同的壓電陶瓷設(shè)備；

2)本發(fā)明壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器電源的設(shè)計(jì)經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證輸出效率達(dá)60％以上，現(xiàn)有的設(shè)計(jì)中效率為30％左右，提高了一倍以上。

3)本發(fā)明壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器電源的設(shè)計(jì)經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證輸出電源紋波最高為10MV，保證了電源紋波電壓低的特點(diǎn)。

4)本發(fā)明壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器電源的設(shè)計(jì)加入鍵盤電路、液晶顯示器使得本發(fā)的電源系統(tǒng)的人機(jī)交互界面更友好、實(shí)用性更強(qiáng)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的組成示意框圖；

圖2是本發(fā)明的DC/DC變換電路與PWM驅(qū)動(dòng)電路圖；

圖3是本發(fā)明的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，AC220V電源輸入后經(jīng)過變壓器、整流以及濾波后得到DC/DC變換電路的直流輸入電壓。該DC/DC變換電路的輸入電壓值由被控制的壓電陶瓷設(shè)備的控制電壓決定。DC/DC變換電路的輸出電壓隨著串聯(lián)穩(wěn)壓直流電路的輸出電壓的改變而改變，并保持在串聯(lián)穩(wěn)壓直流電路上的電壓降為5V。串聯(lián)穩(wěn)壓直流電路的輸出電壓為一定數(shù)值范圍的直流電壓，驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷設(shè)備進(jìn)行工作，該電壓可通過單片機(jī)控制系統(tǒng)和DA轉(zhuǎn)換器進(jìn)行調(diào)節(jié)。另一方面，串聯(lián)穩(wěn)壓直流電路的輸入電壓由DC/DC變換電路的輸出電壓提供，在本發(fā)明中通過AD轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)控制系統(tǒng)、PWM驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，保證任意時(shí)刻DC/DC變換電路的輸出比串聯(lián)穩(wěn)壓直流電路的輸出高5V，從而實(shí)現(xiàn)在串聯(lián)穩(wěn)壓直直流電路的效率得到提高。為保證電源的動(dòng)態(tài)性能，加入了電容放電回路，對(duì)壓電陶瓷器件內(nèi)的電荷進(jìn)行有效的放電。

如圖2所示為DC/DC變換與PWM驅(qū)動(dòng)電路圖，VIN為整流濾波后的直流電壓輸入端口，DC/DC電路采用傳統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)，主要由Q5、L1、C5和D3構(gòu)成。通過PWM波形來調(diào)節(jié)DC/DC變換電路的輸出電壓V1的大小。PWM驅(qū)動(dòng)電路主要由IR2101芯片、D2、C4和R9組成；來自單片機(jī)的PWM信號(hào)從IR2101的2腳輸入，經(jīng)過IR2101后輸出幅度較大的PWM信號(hào)，驅(qū)動(dòng)MOS管Q5進(jìn)行工作。

如圖3所示為串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路，該電路與傳統(tǒng)的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路區(qū)別在于將傳統(tǒng)電路中誤差放大三極管Q4集電極上的電阻改進(jìn)為由穩(wěn)壓芯片TL431芯片U2、電阻R1\R2、三極管Q1構(gòu)成的電流源代替。由于TL431的工作電流范圍寬，因此改進(jìn)后的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路的輸入電壓V2范圍寬。同時(shí)采用電流源作為三極管Q4的放大電阻，理論上等效電阻為無窮大，因此放大倍數(shù)為無窮大，進(jìn)一步改善電路的輸出紋波。