高壓驅動電源原理

　　組成：高壓直流電源+恒流源+功率放大電路。

　　功率放大電路：將鋸齒波信號放大，以此驅動壓電陶瓷管。

　　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交流電經變壓器輸出雙130V交流，經整流橋整流和電容濾波后，得到180V直流電，作為驅動電路的工作電壓。

　　恒流源電路

　　如下電路

　　設計電路的運放選擇OP467，其上升速率可達到170V/μs，且具有極寬的響應頻率，完全能滿足要求。

　　當A點的輸入電壓為VA時，根據虛短原則，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，所以流經場效應管的電流恒為

　　I=VA/R3，此時VGS≥3.5V，場效應管導通。

　　若輸入電壓VA有電壓波動+△V，放大器的差模增益接近無窮大，所以VG增大，VGS增大，流經場效應管的電流增大，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△V為負時，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載壓電陶瓷泄放電荷，使驅動壓電陶瓷管的鋸齒波具有快速的下降速率，當與功率放大電路連接時，將恒流源場效應管的漏極與功率放大電路的D點連接在一起。

　　如下電路：

　　功率放大電路

　　當電路工作在線性區域內時，若輸入信號Uin的電壓范圍為-10～0V，則與F點的電壓相等，在通道DF上產生電流，R6與R7為分壓電阻，R6與R7的比例決定了放大電壓的倍數，則驅動壓電陶瓷的電壓Uout=（Uin/R6）（R6+R7）。

　　因電流I恒定不變，故R6與R7阻值不能過小，以保證其具有足夠的電流負載能力來驅動壓電陶瓷。

　　結果

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

　　實驗測試時：以容性負載230×（1±0.1）pF為標準，在100Hz～100kHz的頻率范圍內。

　　當以VPP=6V偏置為-3V的方波信號輸入時，測得其不同的放大倍數與頻率的關系如上所示。

　　得出

　　在60kHz以后，波形已經嚴重失真，所以應避免在高于60kHz的情況下使用高壓電源驅動器。

　　在不加負載，以VPP=6V，偏置為-3V，f=50kHz的方波輸入時。

　　電源輸出結果如上圖。

　　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。

　　數據可計算出下降速率約為48V/μs，上升速率約為80V/μs，這相對于其他動態壓電陶瓷驅動電源具有明顯的優勢，該參數已能夠滿足壓電陶瓷管沖擊電機定子形成扭轉所需要的條件。

　　即得出，這種高速壓電陶瓷驅動電源在動態性能上較其他電路有明顯優勢，它的工作頻率高，電壓跟隨性好，結構簡單，成本低，并且對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動效果。

圖：ATA-2048高壓放大器指標參數

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