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一種新型壓電陶瓷驅動器電源的製作方法

2024-03-25 16:25:05 1


本發明涉及一種新型的壓電陶瓷驅動器電源,屬於驅動電源技術領域。



背景技術:

現有壓電陶瓷驅動電源的設計主要存在以下兩個方面的問題:

1、現有的設計中大多數壓電陶瓷電源採用直流電壓放大式進行設計,存在效率低,功率管或者晶片功耗大,發熱嚴重。

2、現在有的設計中也有採用開關電源控制方式,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,有必要針對現有設計中壓電陶瓷電源存在的適用性不強、功耗大、成本高、電路複雜以及穩定性不高等問題,提出改進方案。



技術實現要素:

本發明要解決的技術問題是:提供一種新型壓電陶瓷驅動器電源,適用性強、功耗小、成本低、電路簡單、穩定性高。

本發明的技術方案如下:

一種新型壓電陶瓷驅動器電源,包括相連接的DC/DC變換電路和串聯型直流穩壓電路。

所述DC/DC變換電路的輸出電壓自動跟隨串聯型直流穩壓電路的輸出電壓變化而變化,始終保持串聯型直流穩壓電路中調整管壓降為5V。

所述DC/DC變換電路的電壓輸出端與通過AD轉換器、單片機控制系統和PWM驅動器構成的閉環控制系統相連。

所述單片機控制系統的PWM控制控制算法為數字式PID算法。

所述串聯型直流穩壓電路與DA轉換器及單片機控制系統相連。

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。

所述串聯型直流穩壓電路的誤差放大三極體的集電極與包括由TL431構成的電流源相連。

本發明中,AC220V電源輸入後經過變壓器、整流以及濾波後得到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備的控制電壓決定,經實驗驗證取比壓電陶瓷設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型直流穩壓電路的輸出電壓的改變而改變,並保持在串聯型直流穩壓電路上的電壓降為5V。串聯型直流穩壓電路的輸出電壓為一定數值範圍的直流電壓,驅動壓電陶瓷設備進行工作,該電壓可通過單片機控制系統和DA轉換器進行調節。

另一方面,串聯型直流穩壓電路的輸入電壓由DC/DC變換電路的輸出電壓提供,在本發明中通過AD轉換器、單片機控制系統、PWM驅動器構成一個閉環控制系統,保證任意時刻DC/DC變換電路的輸出比串聯型直流穩壓電路的輸出高5V,從而實現在串聯型直流穩壓電路的效率得到提高。

為保證電源的動態性能,加入了電容放電迴路,對壓電陶瓷設備的電荷進行有效的放電。

本發明電路方案採用了DC/DC變換電路提高了電路效率,採用了串聯型直流穩壓電路的驅動方式有效的降低了電路的紋波。

進一步,本發明電源系統加入了鍵盤電路、液晶顯示器使得本發的電源系統的人機互動、實用性更強。

進一步,本發明壓電陶瓷驅動器電源中串聯型直流穩壓電路的誤差放大三極體的集電極放大電阻改進為由TL431組成的恆流源,以提高放大倍數,從而改善紋波,另一方面輸入電壓範圍大,使本發明電源應用性能更好。

本發明中壓電陶瓷驅動器電源的設計的電路方案為DC/DC變換電路與串聯型直流穩壓電路相結合,提高效率,降低紋波。

壓電陶瓷驅動器電源的設計DC/DC變換電路輸出由PWM實現,所述單片機控制系統的PWM控制控制算法為「數字式PID」算法。DC/DC變換電路的電壓輸出算法由單片機系統完成的「數字式PID」算法,使得DC/DC變換電路的輸出與串聯型直流穩壓電路輸出始終保持5V的電壓差。

本發明壓電陶瓷驅動器電源的設計所述單片機控制系統為STC12C5A60S2。

1)本發明壓電陶瓷驅動器電源的設計設定輸出電壓範圍0~150V,通過改變反饋電阻很容易實現最高輸出電壓的變化,以適應不同的壓電陶瓷設備;

2)本發明壓電陶瓷驅動器電源的設計經實驗驗證輸出效率達60%以上,現有的設計中效率為30%左右,提高了一倍以上。

3)本發明壓電陶瓷驅動器電源的設計經實驗驗證輸出電源紋波最高為10MV,保證了電源紋波電壓低的特點。

4)本發明壓電陶瓷驅動器電源的設計加入鍵盤電路、液晶顯示器使得本發的電源系統的人機互動界面更友好、實用性更強。

附圖說明

圖1是本發明的組成示意框圖;

圖2是本發明的DC/DC變換電路與PWM驅動電路圖;

圖3是本發明的串聯型直流穩壓電路圖。

具體實施方式

如圖1所示,AC220V電源輸入後經過變壓器、整流以及濾波後得到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備的控制電壓決定。DC/DC變換電路的輸出電壓隨著串聯穩壓直流電路的輸出電壓的改變而改變,並保持在串聯穩壓直流電路上的電壓降為5V。串聯穩壓直流電路的輸出電壓為一定數值範圍的直流電壓,驅動壓電陶瓷設備進行工作,該電壓可通過單片機控制系統和DA轉換器進行調節。另一方面,串聯穩壓直流電路的輸入電壓由DC/DC變換電路的輸出電壓提供,在本發明中通過AD轉換器、單片機控制系統、PWM驅動器構成一個閉環控制系統,保證任意時刻DC/DC變換電路的輸出比串聯穩壓直流電路的輸出高5V,從而實現在串聯穩壓直直流電路的效率得到提高。為保證電源的動態性能,加入了電容放電迴路,對壓電陶瓷器件內的電荷進行有效的放電。

如圖2所示為DC/DC變換與PWM驅動電路圖,VIN為整流濾波後的直流電壓輸入埠,DC/DC電路採用傳統的電路結構,主要由Q5、L1、C5和D3構成。通過PWM波形來調節DC/DC變換電路的輸出電壓V1的大小。PWM驅動電路主要由IR2101晶片、D2、C4和R9組成;來自單片機的PWM信號從IR2101的2腳輸入,經過IR2101後輸出幅度較大的PWM信號,驅動MOS管Q5進行工作。

如圖3所示為串聯型直流穩壓電路,該電路與傳統的串聯型直流穩壓電路區別在於將傳統電路中誤差放大三極體Q4集電極上的電阻改進為由穩壓晶片TL431晶片U2、電阻R1\R2、三極體Q1構成的電流源代替。由於TL431的工作電流範圍寬,因此改進後的串聯型直流穩壓電路的輸入電壓V2範圍寬。同時採用電流源作為三極體Q4的放大電阻,理論上等效電阻為無窮大,因此放大倍數為無窮大,進一步改善電路的輸出紋波。

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