高效率低纹波压电陶瓷驱动电源的研究

发布时间：2017-07-05 03:07

  本文关键词：高效率低纹波压电陶瓷驱动电源的研究

  更多相关文章： 压电陶瓷 驱动电源 高效率 低输出电压纹波

【摘要】：压电陶瓷驱动器是利用逆压电效应的原理,在外电场的作用下产生系统所需微位移的设备。随着微定位技术的迅速发展,其应用范围已广泛深入到人类生活中的各个领域。而压电陶瓷执行器以其位移分辨率高、频响快、无噪声、抗干扰强等优点成为理想的微位移执行器件而受到国内外学者的广泛关注。近年来,些应用场合不仅要求压电陶瓷驱动电源具有较高的效率,在一些超精密微位移场合,对电源的输出纹波也提出了更高的要求,因此研究具有高效率低纹波的压电陶瓷驱动电源具有重要意义。本文研究了加入限流电阻后的新型压电陶瓷驱动电源,相比于传统压电陶瓷驱动电源,当输出电压为梯形波时,新型压电陶瓷驱动电源主功率管具有更低的功率损耗,所需散热器体积更小。本文详细分析了直流放大式压电陶瓷驱动电源的工作原理,推导了主要功率器件的损耗表达式,验证了新型压电陶瓷驱动电源相比于传统的线性电源具有功率管损耗低的特性。由于直流放大式压电陶瓷驱动电源主功率管工作在线性放大状态,且无法回收容性负载中的能量,该能量完全损耗在主功率管上,其高导通损耗引起的发热问题非常严重。本文研究分析了开关式压电陶瓷驱动电源,结果表明,当功率管工作在开关状态时,其导通损耗很低,且容性负载能量得到有效回收。相比于直流放大式压电陶瓷驱动电源,开关式压电陶瓷驱动电源效率更高,但非线性元件的引入,增加了输出电压的纹波。针对直流放大式压电陶瓷驱动电源效率低下以及开关式压电陶瓷驱动电源输出电压纹波较大的缺点,本文提出了混合式压电陶瓷驱动电源。研究结果表明,通过合理结合直流放大式与开关式驱动电源的优点,有效提高了压电陶瓷驱动电源的工作效率并降低了电源的输出电压纹波,实现了驱动电源工作效率高与输出纹波低的特性。
【关键词】：压电陶瓷 驱动电源 高效率 低输出电压纹波
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 压电陶瓷概述11-14
• 1.2.1 压电效应与电致伸缩效应11-12
• 1.2.2 压电陶瓷驱动器特性12-13
• 1.2.3 压电陶瓷驱动器等效电路图13-14
• 1.3 压电陶瓷驱动电源的现状14-17
• 1.3.1 压电陶瓷驱动方法14-15
• 1.3.2 传统压电陶瓷驱动电源技术面临的问题15-17
• 1.4 本文研究意义和内容17-20
• 第2章 直流放大式压电陶瓷驱动电源的研究20-39
• 2.1 传统直流放大式压电陶瓷驱动电源20-24
• 2.1.1 工作原理分析20-21
• 2.1.2 功率管等效电阻分析21-23
• 2.1.3 功耗分析23-24
• 2.2 新型直流放大式压电陶瓷驱动电源24-30
• 2.2.1 反馈点选择24-25
• 2.2.2 工作原理分析25-28
• 2.2.3 功耗分析28-30
• 2.3 新型直流放大式压电陶瓷驱动电源电路设计30-34
• 2.3.1 电阻的选择31-32
• 2.3.2 功率管的选择32-33
• 2.3.3 补偿网络设计33-34
• 2.4 直流放大式压电陶瓷驱动电源仿真与实验34-38
• 2.5 本章小结38-39
• 第3章 开关式压电陶瓷驱动电源的研究39-50
• 3.1 主电路拓扑39
• 3.2 工作原理分析39-43
• 3.3 功耗分析43-44
• 3.3.1 通态损耗43
• 3.3.2 开关损耗43
• 3.3.3 驱动损耗43-44
• 3.4 硬件电路设计44-48
• 3.4.1 电感设计45
• 3.4.2 开关管的选择45-46
• 3.4.3 补偿环路设计46-48
• 3.5 仿真结果分析48-49
• 3.6 本章小结49-50
• 第4章 混合式压电陶瓷驱动电源50-61
• 4.1 组合策略分析50-52
• 4.2 工作原理分析52-55
• 4.3 功耗分析55-56
• 4.4 数字控制器设计56-59
• 4.5 实验结果分析59-60
• 4.6 本章小结60-61
• 结论61-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-69
• 攻读硕士期间发表的论文及科研成果69

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本文编号：520267