高壓驅(qū)動(dòng)電源原理

　　組成：高壓直流電源+恒流源+功率放大電路。

　　功率放大電路：將鋸齒波信號(hào)放大，以此驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷管。

　　為了得到快速的電壓下降速率，使壓電陶瓷管形成沖擊，則需使用恒流源幫助容性負(fù)載的壓電陶瓷快速泄放電荷。

　　高壓直流電源

　　如下電路圖

　　工頻220V交流電經(jīng)變壓器輸出雙130V交流，經(jīng)整流橋整流和電容濾波后，得到180V直流電，作為驅(qū)動(dòng)電路的工作電壓。

　　恒流源電路

　　如下電路

　　設(shè)計(jì)電路的運(yùn)放選擇OP467，其上升速率可達(dá)到170V/μs，且具有極寬的響應(yīng)頻率，完全能滿足要求。

　　當(dāng)A點(diǎn)的輸入電壓為VA時(shí)，根據(jù)虛短原則，VA=VB，放大器同向輸入端與反向輸入端的輸入電流均為0，則VB=VC，所以流經(jīng)場(chǎng)效應(yīng)管的電流恒為

　　I=VA/R3，此時(shí)VGS≥3.5V，場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通。

　　若輸入電壓VA有電壓波動(dòng)+△V，放大器的差模增益接近無(wú)窮大，所以VG增大，VGS增大，流經(jīng)場(chǎng)效應(yīng)管的電流增大，則VC增加；

　　又因VB=VC，故VB也增大，且最終與VA相等，保證恒流源正常工作，反之當(dāng)△V為負(fù)時(shí)，同理。此恒流源電路的電流I=50mA，即電壓VA=7.5V。

　　此恒流源電路的目的主要是幫助容性負(fù)載壓電陶瓷泄放電荷，使驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷管的鋸齒波具有快速的下降速率，當(dāng)與功率放大電路連接時(shí)，將恒流源場(chǎng)效應(yīng)管的漏極與功率放大電路的D點(diǎn)連接在一起。

　　如下電路：

　　功率放大電路

　　當(dāng)電路工作在線性區(qū)域內(nèi)時(shí)，若輸入信號(hào)Uin的電壓范圍為-10～0V，則與F點(diǎn)的電壓相等，在通道DF上產(chǎn)生電流，R6與R7為分壓電阻，R6與R7的比例決定了放大電壓的倍數(shù)，則驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷的電壓Uout=（Uin/R6）（R6+R7）。

　　因電流I恒定不變，故R6與R7阻值不能過(guò)小，以保證其具有足夠的電流負(fù)載能力來(lái)驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷。

　　結(jié)果

　　輸入信號(hào)幅值范圍為-10～0V，輸出范圍為0～350V，泄放電流為50mA。

　　實(shí)驗(yàn)測(cè)試時(shí)：以容性負(fù)載230×（1±0.1）pF為標(biāo)準(zhǔn)，在100Hz～100kHz的頻率范圍內(nèi)。

　　當(dāng)以VPP=6V偏置為-3V的方波信號(hào)輸入時(shí)，測(cè)得其不同的放大倍數(shù)與頻率的關(guān)系如上所示。

　　得出

　　在60kHz以后，波形已經(jīng)嚴(yán)重失真，所以應(yīng)避免在高于60kHz的情況下使用高壓電源驅(qū)動(dòng)器。

　　在不加負(fù)載，以VPP=6V，偏置為-3V，f=50kHz的方波輸入時(shí)。

　　電源輸出結(jié)果如上圖。

　　輸出方波為示波器衰減10倍的波形。

　　輸出的方波峰峰值為240V，且上升速率高于下降速率。

　　數(shù)據(jù)可計(jì)算出下降速率約為48V/μs，上升速率約為80V/μs，這相對(duì)于其他動(dòng)態(tài)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源具有明顯的優(yōu)勢(shì)，該參數(shù)已能夠滿足壓電陶瓷管沖擊電機(jī)定子形成扭轉(zhuǎn)所需要的條件。

　　即得出，這種高速壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源在動(dòng)態(tài)性能上較其他電路有明顯優(yōu)勢(shì)，它的工作頻率高，電壓跟隨性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，并且對(duì)一些需要利用沖擊原理的壓電陶瓷器件可以提供很好的驅(qū)動(dòng)效果。

圖：ATA-2048高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

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