一種矽基微定位平臺驅動電源的製作方法
2023-09-16 16:13:55 2
專利名稱：一種矽基微定位平臺驅動電源的製作方法
技術領域：
本申請涉及驅動電源技術領域，特別是涉及一種矽基微定位平臺驅動電源。
背景技術：
矽基微定位平臺是微定位技術的一種具體應用，微定位平臺的驅動電源系統的性能直接決定微定位平臺的性能，而且，對於不同應用場合，微定位平臺的位移量也有不同的要求，這就需要矽基微定位平臺的驅動電壓可控並且在許可的範圍內可調。但是，傳統的微定位平臺的驅動電源系統採用穩壓直流電源驅動，輸出電壓恆定，不能滿足矽基微定位平臺的不同應用需求。靜電驅動是常用的驅動方式之一，靜電梳齒驅動因其控制簡單、驅動效率高、精確定位等特點得到了廣泛的應用。但是如果加載梳齒上的電壓的紋波過大會導致梳齒驅動失穩，動齒跟定齒會產生側壁黏附效應。傳統的微定位平臺的驅動電源系統的電壓紋波大、穩
定性差。
發明內容
為解決上述技術問題，本申請實施例提供一種矽基微定位平臺驅動電源，以實現矽基微定位平臺的驅動電壓可控、電壓紋波小、精度高，技術方案如下一種矽基微定位平臺驅動電源，包括控制器、功率放大模塊、反饋電路，其中，所述控制器接收預設的目標電壓後，產生相應的控制信號傳輸給所述功率放大模塊；所述功率放大模塊根據接收到的所述控制信號後輸出驅動電壓驅動矽基微定位平臺的經典梳齒驅動器；所述反饋電路採樣所述功率放大模塊的實際輸出電壓信號作為反饋信號，提供給所述控制器；所述控制器根據接收到的所述反饋信號調節輸出的控制信號，使所述功率放大模塊輸出的驅動電壓與所述預設的目標電壓的差值在預設範圍內。優選的，所述控制器包括主控制器，輸入模塊、模數轉換器、數模轉換器，其中所述輸入模塊與所述主控制器連接，用於輸入預設的目標電壓值；所述模數轉換器與所述主控制器連接，用於將所述反饋電路發送的模擬的反饋信號轉換為數字的反饋信號提供給所述主控制器；所述數模轉換器與所述主控制器連接，用於將主控制器發送的數字的控制信號轉換成模擬的控制信號提供給所述功率放大模塊。優選的，所述功率放大電路包括放大電路和升壓模塊，其中，所述放大電路與所述控制器相連，用於根據所述控制器提供的控制信號輸出相應的驅動電壓，驅動所述矽基微定位平臺的靜電梳齒驅動器；所述升壓模塊與所述放大電路相連，用於為所述放大電路提供電源。
優選的，所述放大電路包括第一加減運算電路、第二加減運算電路、電壓放大電路，所述第一加減運算電路，用於將所述預設的目標電壓對應的控制信號與所述反饋電壓信號作減法運算，得到預設的目標電壓與實際輸出電壓的差值對應的電壓信號；所述第二加減運算電路，用於將所述第一加減運算電路輸出的電壓信號與所述預設的目標電壓對應的控制信號作加法運算，得到放大電壓放大電路輸出的電壓達到所述預設的目標電壓所需的控制電壓；所述電壓放大電路，用於將所述第二加減運算電路輸出的所述控制電壓進行放大，以驅動所述矽基微定位平臺的經典梳齒驅動器。優選的，所述升壓模塊包括升壓控制電路、升壓電路，所述升壓控制電路的輸入端與所述數模轉換器連接，輸出端與所述升壓電路連接，用於根據所述控制器輸出的升壓控制信號，控制所述升壓電路的輸出電壓；所述升壓電路用於根據所述升壓控制信號，將輸入的第一電壓升壓為與所述升壓控制信號對應的第二電壓。優選的，所述反饋電路包括分壓電路和電壓跟隨器，所述分壓電路與所述功率放大電路的輸出端相連，用於採樣得到所述功率放大電路輸出電壓的電壓採樣信號；所述電壓跟隨器與所述分壓電路的輸出端相連，用於將所述電壓採樣信號提供給所述模數轉換器。優選的，還包括供電電源，用於為所述控制器及所述功率放大模塊提供電源或基準電壓。優選的，所述輸入模塊為矩陣鍵盤。優選的，所述主控制器為現場可編程門陣列。由以上本申請實施例提供的技術方案可見，所述矽基微定位平臺驅動電源為所述微定位平臺的專用驅動電源，其內部的控制器根據接收到的預設的目標電壓，以及反饋電路採樣得到的所述功率放大模塊實際輸出的驅動電壓的反饋信號，調節所述功率放大模塊輸出電壓，使其達到預設的目標電壓。本申請實施例提供的矽基微定位平臺驅動電源通過閉環控制電路實現，能夠實時根據實際的輸出電壓調節輸出的驅動電壓，使得該驅動電源輸出的驅動電壓可調，精度高，且電壓紋波小。
為了更清楚地說明本申請實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下， 還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為一種矽基微定位平臺的結構圖；圖2為另一種矽基微定位平臺的運動平臺的位移示意圖；圖3為本申請實施例一種矽基微定位平臺驅動電源的結構示意圖；圖4為本申請實施例另一種矽基微定位平臺驅動電源的結構示意圖5為本申請實施例放大電路的結構示意圖；圖6為本申請提供的矽基微定位平臺驅動電源的靜態輸出曲線圖；圖7為本申請提供的矽基微定位平臺驅動電源的階躍響應曲線圖。
具體實施例方式為了使本技術領域的人員更好地理解本申請中的技術方案，下面將結合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本申請中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬於本申請保護的範圍。首先對矽基微定位平臺進行說明，請參見圖1，該微定位平臺主要包括運動平臺 1、摺疊梁(圖中未示出)、柔性彎曲梁2、梳齒靜電驅動器3和檢測梁4，其中，運動平臺1由四對柔性彎曲梁2、摺疊梁和檢測梁4支撐，懸浮在整個堆積微定位平臺的中心位置；梳齒靜電驅動器3位於摺疊梁和檢測梁4之間，檢測梁位於每一組梳齒靜電驅動器3的末端，運動平臺1 一旦有唯一變化，檢測梁4在相應的運動方向上將發生等值形變，矽基微定位平臺通過對四對梳齒靜電驅動器3分別實現運動平臺沿X、-X、Y和-Y四個方向的運動。圖1為矽基微定位平臺在X方向發生位移的示意圖，圖2為矽基微定位平臺在X方向和Y方向上發生位移的示意圖。請參見圖3，示出了本申請實施例提供的一種矽基微定位平臺驅動電源的原理框圖，該驅動電源包括控制器100、功率放大模塊200、反饋電路300，其中所述控制器100的輸出端與所述功率放大模塊200的輸入端相連，功率放大模塊 200的輸出端與所述梳齒靜電驅動器相連，用於驅動梳齒靜電驅動器。所述反饋電路300採樣所述功率放大模塊200輸出的實際電壓作為反饋信號輸送給所述控制器100。控制器100根據接收到的預設的目標電壓，以及所述反饋電路300反饋回來的所述功率放大模塊200輸出的實際電壓的反饋信號，調節所述功率放大模塊200輸出電壓的大小，使驅動所述梳齒靜電驅動器的驅動電壓達到所述預設的目標電壓。本實施例提供的所述矽基微定位平臺驅動電源為所述微定位平臺的專用驅動電源，其內部的控制器根據接收到的預設的目標電壓，以及反饋電路採樣得到的所述功率放大模塊實際輸出的驅動電壓的反饋信號，調節所述功率放大模塊輸出電壓，使其達到預設的目標電壓。本申請實施例提供的矽基微定位平臺驅動電源通過閉環控制電路實現，能夠實時根據實際的輸出電壓調節輸出的驅動電壓，使得該驅動電源輸出的驅動電壓可調，精度高，且電壓紋波小。請參見圖4，示出了另一種矽基微定位平臺驅動電源的結構示意圖，其中控制器包括主控制器101、輸入模塊102、模數轉換器103、數模轉換器104。功率放大模塊包括放大電路201和升壓模塊202。反饋電路包括分壓電路301和電壓跟隨器302。所述輸入模塊102與所述主控制器101相連，模數轉換器103與主控制器101的輸入端相連，數模轉換器104與主控制器101的輸出端相連。放大電路201與所述數模轉換器104相連，升壓模塊202與所述放大電路201相連，用於為該放大電路201提供電源。分壓電路301與功率放大模塊200的輸出端相連，電壓跟隨器302的輸入端與分壓電路301的輸出端相連，電壓跟隨器302的輸出端與所述模數轉換器的輸入端相連。該矽基微定位平臺的工作過程如下通過輸入模塊102為主控制器101輸入預設的目標電壓，主控制器101將接收到的所述預設的目標電壓信號進行處理，產生相應的控制信號經過數模轉換器104進行數模轉換後提供給所述放大電路201，該放大電路將根據數模轉換器104提供的信號，最終輸出的電壓用於驅動所述梳齒靜電驅動器。分壓電路301採樣得到功率放大模塊200提供給梳齒靜電驅動器的驅動電壓的電壓採樣信號，通過電壓跟隨器302將所述電壓採樣信號輸送給模數轉換器103，由該模數轉換器將所述電壓採樣信號轉換為數位訊號後反饋給主控制器101。主控制器101根據接收到的電壓反饋信號調節輸出的控制信號，以使功率放大模塊輸出電壓達到所述預設的目標電壓。採用這種閉環控制系統，使該驅動電源輸出的電壓可控，且控制精度高，電壓紋波小。優選的，參見圖4，所述升壓模塊202包括升壓控制電路203和升壓電路204，其中，升壓控制電路203的輸入端與數模轉換器104連接，輸出端與所述升壓電路204相連。控制器通過所述升壓控制電路203控制該升壓模塊202的輸出的電壓，具體的，所述主控制器產生升壓控制信號，經過所述數模轉換器104進行數模轉換後提供給所述升壓控制電路203，以控制所述升壓電路204的輸出電壓，使升壓電路輸出的電壓滿足放大電路的用電需求。所述升壓電路204具體可以為Boost升壓電路，其基本原理是由於Boost升壓電路中的開關管的開關作用，使電路中的電感儲存能量，並將儲存能量的電感當作電源，與電路中原有的電源串聯，從而提高電路的輸出電壓。為擴大所述升壓電路的輸出電流、提高輸出功率，採用高速功率場效應管 IRF630 進行擴流。而且，由於 Boost 升壓電路中的 MOSFET (Metal-Oxidelemiconductor Field-Effect Transistor，金氧半導體場效應電晶體)管存在寄生電容，在MOSFET管開通和關斷的過程中，驅動電路必須能夠對其寄生電容進行快速充電和放電，故本申請實施例採用電晶體構成的推挽電路作為Boost升壓電路的驅動電路。優選的，參見圖4，該驅動電源還包括供電電源400，該供電電源用於為上述的主控制器101、模數轉換器103、數模轉換器104、升壓控制電路203及升壓電路204提供工作所必需的電源。優選的，請參見圖5，示出了所述放大電路的結構示意圖，該放大電路包括第一加減運算電路205、第二加減運算電路206、電壓放大電路207。所述第一加減運算電路205、第二加減運算電路206均包括第一輸入端、第二輸入端和輸出端。所述第一加減運算電路205的第一輸入端與所述數模轉換電路104的輸出端相連，第二輸入端與所述電壓跟隨器302的另一輸出端相連，輸出端與所述第二加減運算電路206的第一輸入端相連。該第一加減運算電路205用於將所述主控制器101通過數模轉換器104傳輸來的所述預設的目標電壓對應的控制信號，以及所述功率放大模塊實際的輸出電壓的電壓採樣信號，作減法運算，得到預設目標電壓與實際輸出電壓的差值對應的電壓信號，並傳輸給所述第二加減運算電路206。所述第二加減運算電路206的第二輸入端與所述數模轉換電路104的輸出端相連，輸出端與所述電壓放大電路207相連。該第二加減運算電路206用於將所述第一加減運算電路205輸出的電壓信號與所述預設的目標電壓對應的控制信號作加法運算，得到電壓放大電路207輸出的電壓達到所述預設的目標電壓所需的控制電壓，並提供給所述電壓放大電路207。電壓放大電路207用於將所述第二加減運算電路206輸出的電壓進放大到所述預設的目標電壓，用於驅動所述梳齒靜電驅動器。其中所述第一加減運算電路205、第二加減運算電路206及電壓放大電路207均可通過運算放大器實現，屬於本領域公知常識，此處不再贅述。驅動電源的性能測試主要是靜態性能和動態性能，靜態性能主要是對驅動電源的輸出線性度進行測試，動態性能主要是對驅動電源進行階躍響應測試。具體的，如圖6所示，為所述矽基微定位平臺驅動電源的靜態輸出曲線圖，該曲線圖是在0V-40V範圍內每隔5V輸出一個電壓，並測量記錄驅動電源的實際輸出電壓，利用測得的所有電壓值繪製得到所述靜態輸出曲線，由圖6所示的靜態輸出曲線可知，本申請提供的驅動電源的輸出具有良好的線性度、具有較高精度的電壓輸出。如圖7所示為所述矽基微定位平臺驅動電源0V-30V的動態階躍響應測試曲線，上升時間小於20us，紋波小於5mV，故本申請實施例提供的矽基微定位平臺驅動電源具有電壓紋波小、穩定性高的優點，且具有良好的動態性能。需要說明的是，上述實施例中的矽基微定位平臺驅動電源中的功率放大模塊直接驅動運動平臺，實現運動平臺在X、-X、Y和-Y四個方向的運動，需要四路功率放大模塊，每一路控制一個唯一的方向，同樣，所述反饋電路也需要四路，分別採樣四個功率放大模塊輸出的實際電壓。優選的，上述所有實施例中的輸入模塊具體可以為矩陣鍵盤，將所需的信息輸入到主控制器中。所述主控制器具體採用FPGA(Field Programmable Gate Array，現場可編程門陣列)，FPGA具有較高的工作頻率，且具有很強的使用靈活性。FPGA使用非常靈活，同一片 FPGA通過不同的編程數據可以產生不同的電路功能。FPGA內部有豐富的觸發器和I/O引腳，可以連接很多外圍器件，有利於電路的功能擴展。FPGA可以與CMOS、TTL電平兼容，使外圍器件的連接變得簡單。FPGA的現場可編程的特性大大縮短了設計實現周期；FPGA可以提供足夠大的有效邏輯容量密度，不僅大大減少了印刷電路板的使用空間，降低了系統功耗，而且提高了系統的可靠性；FPGA可以反覆編程，重複使用，可以在開發系統中直接進行系統仿真。需要說明的是，上述所有實施例中的主控制器具體由FPGA晶片與必要的外圍器件組成，比如，必要的外圍器件包括配置晶片、SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory，同步動態隨機存儲器)、晶振電路和JTAG(Joint Test Action Group，聯合測試行動小組)接口，其中，所述配置晶片用於當FPGA晶片上電後重新配置該FPGA晶片； 所述晶振電路為FPGA晶片正常工作提供工作頻率。所述JTAG接口用於系統的配置程序與應用程式下載，以及程序的在線調試與設置。需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。以上所述僅是本申請的具體實施方式
，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本申請原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本申請的保護範圍。
權利要求
1.一種矽基微定位平臺驅動電源，其特徵在於，包括控制器、功率放大模塊、反饋電路，其中，所述控制器接收預設的目標電壓後，產生相應的控制信號傳輸給所述功率放大模塊； 所述功率放大模塊根據接收到的所述控制信號後輸出驅動電壓驅動矽基微定位平臺的經典梳齒驅動器；所述反饋電路採樣所述功率放大模塊的實際輸出電壓信號作為反饋信號，提供給所述控制器；所述控制器根據接收到的所述反饋信號調節輸出的控制信號，使所述功率放大模塊輸出的驅動電壓與所述預設的目標電壓的差值在預設範圍內。
2.根據權利要求1所述的矽基微定位平臺驅動電源，其特徵在於，所述控制器包括主控制器，輸入模塊、模數轉換器、數模轉換器，其中所述輸入模塊與所述主控制器連接，用於輸入預設的目標電壓值； 所述模數轉換器與所述主控制器連接，用於將所述反饋電路發送的模擬的反饋信號轉換為數字的反饋信號提供給所述主控制器；所述數模轉換器與所述主控制器連接，用於將主控制器發送的數字的控制信號轉換成模擬的控制信號提供給所述功率放大模塊。
3.根據權利要求1所述的矽基微定位平臺驅動電源，其特徵在於，所述功率放大電路包括放大電路和升壓模塊，其中，所述放大電路與所述控制器相連，用於根據所述控制器提供的控制信號輸出相應的驅動電壓，驅動所述矽基微定位平臺的靜電梳齒驅動器；所述升壓模塊與所述放大電路相連，用於為所述放大電路提供電源。
4.根據權利要求3所述的矽基微定位平臺驅動電源，其特徵在於，所述放大電路包括 第一加減運算電路、第二加減運算電路、電壓放大電路，所述第一加減運算電路，用於將所述預設的目標電壓對應的控制信號與所述反饋電壓信號作減法運算，得到預設的目標電壓與實際輸出電壓的差值對應的電壓信號；所述第二加減運算電路，用於將所述第一加減運算電路輸出的電壓信號與所述預設的目標電壓對應的控制信號作加法運算，得到放大電壓放大電路輸出的電壓達到所述預設的目標電壓所需的控制電壓；所述電壓放大電路，用於將所述第二加減運算電路輸出的所述控制電壓進行放大，以驅動所述矽基微定位平臺的經典梳齒驅動器。
5.根據權利要求3所述的矽基微定位平臺驅動電源，其特徵在於，所述升壓模塊包括 升壓控制電路、升壓電路，所述升壓控制電路的輸入端與所述數模轉換器連接，輸出端與所述升壓電路連接，用於根據所述控制器輸出的升壓控制信號，控制所述升壓電路的輸出電壓；所述升壓電路用於根據所述升壓控制信號，將輸入的第一電壓升壓為與所述升壓控制信號對應的第二電壓。
6.根據權利要求1-5任一項所述的矽基微定位平臺驅動電源，其特徵在於，所述反饋電路包括分壓電路和電壓跟隨器，所述分壓電路與所述功率放大電路的輸出端相連，用於採樣得到所述功率放大電路輸出電壓的電壓採樣信號；所述電壓跟隨器與所述分壓電路的輸出端相連，用於將所述電壓採樣信號提供給所述模數轉換器。
7.根據權利要求1所述的矽基微定位平臺驅動電源，其特徵在於，還包括供電電源， 用於為所述控制器及所述功率放大模塊提供電源或基準電壓。
8.根據權利要求2所述的矽基微定位平臺驅動電源，其特徵在於，所述輸入模塊為矩陣鍵盤。
9.根據權利要求2所述的矽基微定位平臺驅動電源，其特徵在於，所述主控制器為現場可編程門陣列。
全文摘要
本申請公開了一種矽基微定位平臺驅動電源，該矽基微定位平臺驅動電源為所述微定位平臺的專用驅動電源，其內部的控制器根據接收到的預設的目標電壓，以及反饋電路採樣得到的所述功率放大模塊實際輸出的驅動電壓的反饋信號，調節所述功率放大模塊輸出電壓，使其達到預設的目標電壓。本申請實施例提供的矽基微定位平臺驅動電源通過閉環控制電路實現，能夠實時根據實際的輸出電壓調節輸出的驅動電壓，使得該驅動電源輸出的驅動電壓可調，精度高，且電壓紋波小。
文檔編號G05F1/46GK102495653SQ20111042088
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月15日 優先權日2011年12月15日
發明者孫立寧, 房增華, 汝長海, 陳立國, 黃海波 申請人:蘇州大學