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基于PWM开关控制的能量回收式压电陶瓷驱动电源的研究
资料介绍
随着科学技术的发展和研究领域的不断扩展，许多领域越来越需要纳米定位系统，如微型机电系统的制造与检测、超精密机械加工、微外科手术、扫描探针显微镜系统、光纤对接，以及半导体制板的精密定位等领域。作为纳米级定位领域的一种新型材料，压电陶瓷微位移器具有体积小、位移分辨率高、频响高、无噪声、不发热等特点，是一种理想的微位移元件。压电陶瓷驱动电源作为压电陶瓷的驱动部分，越来越受到国内外研究机构的关注。但目前应用的线性驱动电源普遍存在功耗大、效率低的问题，这种缺陷对电源本身是一种损害，同时也限制了陶瓷定位系统在微观领域的应用。 论文针对压电陶瓷驱动电源存在的上述问题，提出基于PWM脉宽调制的开关式压电陶瓷驱动电源，其输入信号由直接数字频率合成信号发生器(DDS)给出。 论文首先根据压电陶瓷的压电效应和结构特性，针对PWM驱动原理和能量回收方式进行了理论分析，然后设计了相应的驱动电路，主要包括两种：一种是基于PWM的电压反馈方式驱动电源，采用二阶有源低通滤波器对输出的驱动信号进行电压反馈；另一种是基于PWM电流和电压双闭环电路，采用电流环消除陶瓷的迟滞现象。 其次，针对电源控制的需要，设计并制作了基于AVR单片机的控制电路板，实现液晶键盘人机交互接口，监测驱动电路的供电电压，完成同上位机的通信，同时采用Altera公司的FPGA实现DDS波形发生器，提高了电源的集成度和便携性。 最后，结合压电陶瓷微动工作台，建立了实验测试系统。通过理论研究和实验验证可知，本文的研究工作比较明显的提高了压电陶瓷驱动电源的工作效率。
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