一种压电执行器的驱动控制电路及采用该电路的装置的制作方法

1.本实用新型涉及微促动技术领域，尤其涉及一种压电执行器的驱动控制电路及采用该电路的装置。

背景技术：

2.在微促动领域，压电执行器由于其具有定位精度高、结构简单、抗电磁干扰强等优点；近年来在各个工业领域得到了广泛的应用。
3.压电执行器的性能表现不仅与压电陶瓷和自身结构有关，还和驱动控制硬件电路有着密切的关系。压电执行器的驱动电路具有多种形式，主要分为两类：电压驱动型和电流驱动型。电压驱动型的驱动电源主要有基于开关式和直流放大式两种形式。直流放大型驱动电路是当前驱动电源的主流类型。直流放大型的主要部分为线性运算放大器，其将控制信号进行电压、电流放大驱动压电执行器。
4.现有的直流放大型驱动电路多采用集成功率放大芯片，进行电压和电流的放大，但是此类芯片，价格比较昂贵，从而导致整体电路成本较高。而且此类芯片可输出驱动电流有限，不足以驱动大容值压电陶瓷高频动作。
5.因此，有必要设计一种新的压电执行器的驱动控制电路及采用该电路的装置，以解决上述技术问题。

技术实现要素：

6.本实用新型的主要目的是提供一种压电执行器的驱动控制电路，旨在解决相关技术的驱动电路采用集成功率放大芯片，导致电路成本过高且驱动电流受限的技术问题。
7.本实用新型提出一种压电执行器的驱动控制电路，包括误差放大单元和功率放大单元，所述误差放大单元包括第一电阻r1、第二电阻r2和第一运算放大器u1，所述功率放大单元包括第三电阻r3、第四电阻r4、第二运算放大器u2、第一三极管q1和第二三极管q2；
8.所述第一电阻r1的第一端与所述第二电阻r2的第一端以及所述第一运算放大器u1的第一端均相连接，所述第一电阻r1的第二端接地，所述第一运算放大器u1的第二端与电路输入端连接；
9.所述第三电阻r3的第一端与所述第四电阻r4的第一端以及所述第二运算放大器u2的第一端均相连接，所述第三电阻r3的第二端接地，所述第二运算放大器u2的第二端与所述第一运算放大器u1的第三端连接，所述第二运算放大器u2的第三端与所述第一三极管q1的第一端以及所述第二三极管q2的第一端均相连接，所述第一三极管q1的第二端、所述第二三极管q2的第二端、所述第四电阻r4的第二端、所述第二电阻r2的第二端均与电路输出端连接；
10.其中，所述第一电阻r1与所述第二电阻r2的阻值比为1:47，所述第三电阻r3与所述第四电阻r4的阻值比为1:9。
11.本实用新型还提出一种压电执行器的驱动控制装置，包括供电模块、控制模块以
及所述的驱动控制电路；其中，所述供电模块用于给所述控制模块和所述驱动控制电路供电，所述控制模块用于向所述驱动电路发送控制指令。
12.优选地，所述压电执行器的驱动控制装置还包括通信模块，所述通信模块用于建立所述控制模块与上位机之间的通信通道。
13.本实用新型提供的压电执行器的驱动控制电路及采用该电路的装置中，该驱动控制器的驱动电路使用分立元件(通用运算放大器和三极管)代替功率放大芯片，降低电路成本。
14.在通用运放电路中增加电路补偿、增加电路驱动容性负载的能力。使用三极管进行电流放大，大大提高可输出的驱动电流值。
附图说明
15.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
16.图1为本实用新型提供的压电执行器的驱动控制电路的电路图；
17.图2为本实用新型提供的压电执行器的驱动控制装置的架构图。
18.本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
19.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
20.本实用新型提供一种压电执行器的驱动控制电路。
21.请参阅图1，本实用新型的一实施例中，压电执行器的驱动控制电路，包括误差放大单元和功率放大单元，所述误差放大单元包括第一电阻r1、第二电阻r2和第一运算放大器u1，所述功率放大单元包括第三电阻r3、第四电阻r4、第二运算放大器u2、第一三极管q1和第二三极管q2；
22.所述第一电阻r1的第一端与所述第二电阻r2的第一端以及所述第一运算放大器u1的第一端均相连接，所述第一电阻r1的第二端接地，所述第一运算放大器u1的第二端与电路输入端连接；
23.所述第三电阻r3的第一端与所述第四电阻r4的第一端以及所述第二运算放大器u2的第一端均相连接，所述第三电阻r3的第二端接地，所述第二运算放大器u2的第二端与所述第一运算放大器u1的第三端连接，所述第二运算放大器u2的第三端与所述第一三极管q1的第一端以及所述第二三极管q2的第一端均相连接，所述第一三极管q1的第二端、所述第二三极管q2的第二端、所述第四电阻r4的第二端、所述第二电阻r2的第二端均与电路输出端连接；
24.其中，所述第一电阻r1与所述第二电阻r2的阻值比为1:47，所述第三电阻r3与所
述第四电阻r4的阻值比为1:9。
25.本实用新型提供的压电执行器的驱动控制电路，该驱动电路使用分立元件(通用运算放大器和三极管)代替功率放大芯片，降低电路成本。
26.在通用运放电路中增加电路补偿、增加电路驱动容性负载的能力。使用三极管进行电流放大，大大提高可输出的驱动电流值。
27.本实用新型提供的压电执行器的驱动控制电路的工作原理如下：
28.驱动控制电路整体的放大倍数为48倍，最高可提供120v驱动电压。由于驱动控制电路整体放大倍数较大。为了增大系统带宽、减小输入失调电压，采用两级放大单元的电路形式。
29.两级复合放大单元电路原理：
30.两级复合放大电路分为误差放大单元和功率放大单元。均采用反向比例的电压放大形式。
31.误差放大单元以低输入失调电压的高精度集成第一运算放大器u1为主要元器件，对整体驱动电路的电压误差进行放大，在第一运算放大器u1的反馈回路使用高精度且比例为1:47的电阻(r1:r2)形成48倍的放大倍数，提高驱动控制电路整体电压放大精度。此外，可以在第一运算放大器u1上外接电位器调整输入失调电压进一步减小输入失调电压。
32.功率放大单元以高压第二运算放大器u2为主要元器件。一方面和误差放大单元共同放大电压，另一方面使用三极管对第二运算放大器u2输出电流进行放大，从而提高驱动控制电路的输出电流。
33.将第二运算放大器u2的输出反馈到第一运算放大器u1反相输入端，整个电路的输入失调电压由第一运算放大器u1确定。
34.本实用新型还提供一种压电执行器的驱动控制装置。
35.请参阅图2，本实用新型的一实施例中，压电执行器的驱动控制装置包括供电模块、控制模块以及所述的驱动控制电路；其中，所述供电模块用于给所述控制模块和所述驱动控制电路供电，所述控制模块用于向所述驱动电路发送控制指令。
36.控制模块可以采用arm微控制器，用来实现控制压电执行器所需要的控制算法。控制模块部分主要包括mcu芯片及其外围电路。
37.mcu芯片是完成控制算法的核心部分，同时mcu内部含有da转换器，将控制信号转换为模拟量输出给驱动控制电路。
38.使用mcu内部的定时器和dma等功能可以控制输出任意频率和形状的波形对压电执行器进行控制。
39.供电模块包括开关电源和板载式电源，开关电源和板载式电源输入为市电电压。
40.开关电源给功率放大单元提供+130v的高压直流电源。板载式电源焊接在驱动电路板上，将市电220vac转换为
±
15v的直流电。+15vdc部分一方面输出给+3.3v输出的ldo上(ldo前置稳压管将+15v电源降压至ldo合适的输入电压)，另一方面给驱动电路的误差放大单元的第一运算放大器u1提供正电源。-15vdc部分给整个驱动电路提供负电源。
41.作为本实施的一种优选的方式，所述压电执行器的驱动控制装置还包括通信模块，所述通信模块用于建立所述控制模块与上位机之间的通信通道。
42.为了和现有的工业装备整合，提高适用能力，控制模块需要和上位机进行通信，为
提高通信速度和质量，通信模块采用以太网口通信，上位机可以向控制系统发生控制指令，同时可以将控制系统反馈信号反馈给上位机。
43.通信模块以太网芯片(dm9000aep)通过mcu的fsmc功能引脚直接与控制模块连接，实现mcu对以太网芯片寄存器的访问。通信模块通过rj45水晶头与外界相连。
44.以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

技术特征：

1.一种压电执行器的驱动控制电路，其特征在于，包括误差放大单元和功率放大单元，所述误差放大单元包括第一电阻r1、第二电阻r2和第一运算放大器u1，所述功率放大单元包括第三电阻r3、第四电阻r4、第二运算放大器u2、第一三极管q1和第二三极管q2；所述第一电阻r1的第一端与所述第二电阻r2的第一端以及所述第一运算放大器u1的第一端均相连接，所述第一电阻r1的第二端接地，所述第一运算放大器u1的第二端与电路输入端连接；所述第三电阻r3的第一端与所述第四电阻r4的第一端以及所述第二运算放大器u2的第一端均相连接，所述第三电阻r3的第二端接地，所述第二运算放大器u2的第二端与所述第一运算放大器u1的第三端连接，所述第二运算放大器u2的第三端与所述第一三极管q1的第一端以及所述第二三极管q2的第一端均相连接，所述第一三极管q1的第二端、所述第二三极管q2的第二端、所述第四电阻r4的第二端、所述第二电阻r2的第二端均与电路输出端连接；其中，所述第一电阻r1与所述第二电阻r2的阻值比为1:47，所述第三电阻r3与所述第四电阻r4的阻值比为1:9。2.一种压电执行器的驱动控制装置，其特征在于，包括供电模块、控制模块以及权利要求1中所述的驱动控制电路；其中，所述供电模块用于给所述控制模块和所述驱动控制电路供电，所述控制模块用于向所述驱动电路发送控制指令。3.如权利要求2所述的压电执行器的驱动控制装置，其特征在于，所述压电执行器的驱动控制装置还包括通信模块，所述通信模块用于建立所述控制模块与上位机之间的通信通道。

技术总结

本实用新型公开了一种压电执行器的驱动控制电路及采用该电路的装置。所述压电执行器的驱动控制电路包括误差放大单元和功率放大单元，所述误差放大单元包括第一电阻R1、第二电阻R2和第一运算放大器U1，所述功率放大单元包括第三电阻R3、第四电阻R4、第二运算放大器U2、第一三极管Q1和第二三极管Q2。本实用新型提供的技术方案能够解决相关技术中压电执行器的驱动装置采用集成功率放大芯片，导致电路成本过高且驱动电流受限的技术问题。成本过高且驱动电流受限的技术问题。成本过高且驱动电流受限的技术问题。

技术研发人员：

时梦想 王瑞朋 何柳钢

受保护的技术使用者：

深圳市西渥智控科技有限公司

技术研发日：

2022.08.02

技术公布日：

2022/11/24