[发明专利]一种压电陶瓷促动器线性位移驱动电路及其实现方法

说明书

本申请公开了一种压电陶瓷促动器线性位移驱动电路及其实现方法，该方法包括获取初始电压和方波驱动信号；基于方波驱动信号驱动一对开关交替动作，以控制由压电陶瓷促动器构成的压电陶瓷等效电路以初始电压为基准进行充电和放电；在充电和放电过程中所述压电陶瓷等效电路的端电压均随充放电时间呈线性变化，所述压电陶瓷等效电路充电和放电交替进行以实现对压电陶瓷促动器的线性位移驱动。该方案相对于相关技术，省去了高压运算放大器，减少了电路器件数量和体积，大大降低了成本且提高了运算和设备的可靠性。

技术领域

本申请涉及应用于光学仪器的精密微动位移技术领域，尤其是涉及一种压电陶瓷促动器线性位移驱动电路及其实现方法。

背景技术

在光学、激光领域经常使用压电陶瓷促动器实现连接部件高分辨率的精密线性微小位移。压电陶瓷促动器内部是由若干压电陶瓷片串联或者并联堆叠而成的圆形管状电压驱动形变器件，在压电陶瓷促动器正负两端施加直流电压，内部堆叠的若干陶瓷片产生微小的形变位移和输出力矩，位移大小与加载在陶瓷两端的电压呈正比关系。如图1、图2所示，在压电陶瓷正负端加载的电压V越大产生的形变位移△P也越大。

一般压电陶瓷促动器使用MCU输出三角波或者锯齿波，将三角波或者锯齿波通过高压运算放大器进行信号幅值放大后驱动压电陶瓷促动器，使压电陶瓷促动器产生与驱动电压呈正比的线性位移和收缩。

高压运算放大器对信号幅值进行放大时工作在线性调整区，输出驱动压电陶瓷促动器时内部压降损耗大，容易导致放大器芯片过热损坏器件，而且高压运算放大器正常工作时需要对称的正、负双电源供电，实现正负高压电源输出的电路复杂、器件数量多，体积庞大，成本高且可靠性较低。

发明内容

为了降低压电陶瓷促动器线性位移电路的成本，并提高其可靠性，本申请提出一种低成本、高可靠性的压电陶瓷促动器线性位移驱动电路和实现方法。

本申请的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种压电陶瓷促动器线性位移驱动实现方法，包括：

获取初始电压和方波驱动信号；

基于方波驱动信号驱动一对开关交替动作，以控制由压电陶瓷促动器构成的压电陶瓷等效电路以初始电压为基准进行充电和放电；

在充电和放电过程中所述压电陶瓷等效电路的端电压均随充放电时间呈线性变化，所述压电陶瓷等效电路充电和放电交替进行以实现对压电陶瓷促动器的线性位移驱动。

通过采用上述技术方案，通过方波驱动信号驱动一对开关器件交替动作，实现由压电陶瓷促动器构成的压电陶瓷等效电路（以下称等效电路）进行充电和放电操作，初始电压用于为等效电路提供充电电压，在充放电过程中，通过方波驱动信号的占空比调整与等效电路的参数以及初始电压的结合控制等效电路的端电压，即施加在压电陶瓷促动器两端的电压呈三角波形或锯齿波形线性变化，从而实现压电陶瓷促动器的线性位移驱动。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述压电陶瓷等效电路为RC等效电路；获取初始电压和方波驱动信号的步骤包括：

根据压电陶瓷促动器的位移驱动周期，确定所述RC等效电路的充放电周期；

根据所述RC等效电路的充放电周期，确定方波驱动信号的占空比；

根据压电陶瓷促动器的位移行程，确定初始电压值；

根据初始电压值、充放电周期以及RC等效电路的物理特性获得RC等效电路的电容容量和等效电阻；