摘要：压电陶瓷(PZT)驱动电源是微位移器运用中的要害部件，针对PZT的容性负载特性，本文选用高压高带宽的MOSFET功放管和集成运放规划并完成了一种高压快速驱动电源的规划方案，合作相位补偿网络和维护电路，改进了PA78驱动容性负载电路的安稳性。试验标明，该PZT驱动电源带宽可达60 kHz，输出电压规模是-100～100 V，具有好的动态功能-从0-50 V所用时刻为7μs，最大非线性相对差错为0.52%，且能长时刻安稳作业，处理了PZT驱动电路中的不能长期安稳作业的问题。
要害词：PZT;驱动电源;快速呼应;PA78
压电陶瓷(PZT)技能归于精细定位与丈量领域中非常先进的技能之一。PZT微位移用具有体积小，位移分辨率高，频响高，无噪声，不发热等特色，是一种抱负的微位移元件，广泛运用于各种精细仪器和机电一体化设备中。任何PZT微位移器材的运用都需求驱动电源，而关于外加PZT驱动电源而言，PZT相当于容性负载，其能否正常、有用的作业，首要取决于其驱动电源的功能，所以驱动电源的功能直接关系着高精度微位移的完成。
1 驱动电源的规划方案
1.1 驱动电源全体规划
驱动电源规划的全体框图如图1所示。全体包含驱动电源供电、扩大电路两个重要部分。驱动电源的供电用两个稳压电源：±15 V稳压电源和±175 V稳压电源为扩大电路中的芯片供给安稳的直流电压。扩大电路完成电压的扩大，输出具有必定的驱动才能的安稳电压，该部分决议着驱动电压的输出功能，是电源规划的中心部分。
1.2 驱动电源中心电路规划
本文规划的驱动电源首要是依据电压驱动型。以高压运放PA78为扩大电路的中心，驱动电源中扩大电路的框图如图2所示。一般扩大电路由输入级，中心扩大级和输出级3
部分构成，而高压运放PA78将3部分集成在一个芯片内，使电路集成度大大进步，减小了体积，简化了规划。
由上面的剖析规划扩大电路的电路图，如图3所示。本规划的扩大电路是一个两级扩大，其间扩大倍数是可调的。电路的扩大倍数等于前级扩大倍数乘以高压扩大电路的扩大倍数，因而调理电阻R9可改动整个扩大电路的扩大倍数。
1.3 维护电路及相位补偿
对PA78驱动压电陶瓷的扩大电路，因为压电陶瓷有正压电效应和逆压电效应，在电路作业时压电陶瓷会胀大变形发生正压电效应，使变形发生的机械能转化为电能，这些电
能会进入扩大器的输出端然后对运放有损坏效果，许多压电陶瓷驱动源不能长时刻安稳作业，这是很重要的一个原因。所以阻挠这些电能进入运放是很有必要的。如图4所示，在运放输出端到正负电源问经过衔接快速恢复性二极管D1、D2能够起到维护运放的效果。
集成运放的运用电路开环增益为必定值时，若相移过大，电路将发生高端进步及振动现象。为了防止此类情况，需求对集成运放电路进行相位补偿来进步扩大电路的安稳性。因为PA78内部的规划，需求两个补偿网络，而且补偿元件的值是相同的以便供给对称的转化速率。如图4所示，补偿元件Rc+=Rc+=3 kΩ，Cc+=Cc-=6.8 pF，且Cc+、Cc-是NPO电容，耐压值为500 V。这两个补偿网络能够防止运放发生寄生振动。此外在PA78的Cc-和-Vs引脚还需求33 pF的电容C5，它能够阻挠输出端下降沿发生的振动。一般来说补偿电容的容值挑选在1 pF到22 pF规模内比较好，跟着电容值的添加，安稳性越好，但会丢失带宽，所以在规划中依据规划需求，挑选6.8 pF。
2 试验成果剖析
2.1 输出电压的测验
扩大倍数为20，频率为1 kHz时，输入峰峰值不一起输出的波形如图5所示。跟着输入峰峰值的添加，输出波形峰峰值跟着添加，当输出电压的峰峰值为220 V时，波形呈现失真，所以驱动电源输出电压的规模可达-100～100 V，能满意绝大多数PZT位移量的驱动需求。
2.2 输出频率测验
扩大倍数为20，峰峰值为1 V时，输入频率不一起输出的波形如图6所示。跟着频率的增大，输出波形的跟着改变。当输入频率为60 kHz时输出波形有所变形，而且波形起伏也有所下降，但在差错答应规模内。当频率为100 kHz时波形起伏已下降许多。
2.3 电源线性度测验
输出电压线性度反映电源的精度目标是指电源的实践输出特性与抱负直线之间的最大差错。调整扩大倍数大约10倍，在直流0～10 V输入时，实测输出电压如表1。用origin对该组数据进行剖析，用一次多项式进行拟合得到拟合直线为10.170 45*x-0.060 45，如图7所示。由此式算出直线拟合后的电压值然后算出差错。当输入电压为7 V时，差错最大，且非线性相对差错也为最大经核算为0.52%。
2.4 阶跃呼应测验
如图8所示，驱动电源输出端电压从0 V上升到50 V用时为7μs。
