摘要：依据压电陶瓷微位移器对驱动电源的需求，规划了压电驱动电源体系。具体介绍了电源体系中的数字电路部分和模仿电路部分，并对驱动电源的精度与稳定性进行了剖析与改善。最终对驱动电源的功用进行了试验验证，试验结果表明：所规划的电源输出电压噪声低于0．43 mV、输出最大非线性差错低于0．024％、分辨率可达1．44 mV，可以满意高分辨率微位移定位体系中静态定位操控的需求。
关键词：ARM；压电陶瓷；驱动电源；PI操控器
0 导言
压电陶瓷驱动器(PZT)是微位移渠道的中心，其首要原理是使用压电陶瓷的逆压电效应发生形变，然后驱动履行元件发生微位移。压电陶瓷驱动器具有分辨率高、呼应频率快、推力大和体积小等长处，在航空航天、机器人、微机电体系、精细加工以及生物工程等领域中得到了广泛的使用。但是压电陶瓷驱动器的使用离不开功用杰出的压电陶瓷驱动电源。要完成纳米级定位的使用，压电陶瓷驱动电源的输出电压需求在必定规模内接连可调，一起电压分辨率需求到达毫伏级。因而压电陶瓷驱动电源技能已成为压电微位移渠道中的关键技能。
1 压电驱动电源的体系结构
1．1 压电驱动电源的分类
跟着压电陶瓷微位移定位技能的开展，各种专用于压电陶瓷微位移组织的驱动电源应运而生。现在驱动电源的方式首要有电荷操控式和直流扩大式两种。电荷操控式驱动电源存在零点漂移，低频特性差的特色约束其使用。而直流扩大式驱动电源具有静态功用好、集成度高、结构简略等特色，因而本文的规划原理选用直流扩大式压电驱动电源。直流扩大式电源的原理如图1所示。
1．2 直流扩大式压电驱动电源的体系结构
驱动电源电路首要由微处理器、D／A转化电路和线性扩大电路组成。经过微处理器操控D／A发生高精度、接连可调的直流电压(0～10 V)，经过扩大电路对D／A输出的直流电压做线性扩大和功率扩大然后操控PZT驱动精细定位渠道。
该规划中选用LPC2131作为微处理器，用于发生操控信号及波形；选用18位电压输出DA芯片AD5781作为D／A转化电路的主芯片，发生接连可调的直流低压信号；选用APEX公司的功率扩大器PA78作为功率扩大器材，输出0～100 V的高压信号然后驱动PZT。为完成高分辨率压电驱动器的使用，压电驱动电源分辨率的规划目标到达1 mV量级。
2 根据ARM的低压电路规划
2．1 ARM操控器简介
压电陶瓷驱动电源中ARM操控器首要供给两方面功用：作为通讯设备供给通用的输入／输出接口；作为操控器运转相关操控算法以及发生操控信号或波形完成PZT的静态定位操作。针对如上需求，本规划选用LPC2131作为主操控器，LPC2131是Philips公司出产的根据支撑实时仿真和盯梢的32位ARM7TDMI-SCPU的微操控器，主频可到达60MHz；LPC2131内部具有8KB片内静态RAM和32KB嵌入的高速FLASH存储器；具有两个通用UART接口、I2C接口和一个SPI接口。因为LPC2131具有较高的数据处理才能和丰厚的接口资源使其可以作为压电驱动电源的操控芯片。
2．2 D／A电路规划
因为压电驱动电源要求输出电压规模为0～100 V，分辨率到达毫伏级，所以D／A的分辨率需到达亚毫伏级。本规划选用AD5781作为D／A器材。AD5781是一款SPI接口的18位高精度转化器，输出电压规模-10～10 V，供给±0．5 LSB INL，±0．5 LSB DNL和7．5 nV／
噪声频谱密度。别的，AD5781还具有极低的温漂(0．05 ppm／℃)特性。因而，该D／A转化器芯片特别适合于精细模仿数据的获取与操控。D／A电路规划如图2所示。
