高压驱动电源原理

　　组成：高压直流电源+恒流源+功率放大电路。

　　功率放大电路：将锯齿波信号放大，以此驱动压电陶瓷管。

　　为了得到快速的电压下降速率，使压电陶瓷管形成冲击，则需使用恒流源帮助容性负载的压电陶瓷快速泄放电荷。

　　高压直流电源

　　如下电路图

　　工频220V交流电经变压器输出双130V交流，经整流桥整流和电容滤波后，得到180V直流电，作为驱动电路的工作电压。

　　恒流源电路

　　如下电路

　　设计电路的运放选择OP467，其上升速率可达到170V/μs，且具有极宽的响应频率，完全能满足要求。

　　当A点的输入电压为VA时，根据虚短原则，VA=VB，放大器同向输入端与反向输入端的输入电流均为0，则VB=VC，所以流经场效应管的电流恒为

　　I=VA/R3，此时VGS≥3.5V，场效应管导通。

　　若输入电压VA有电压波动+△V，放大器的差模增益接近无穷大，所以VG增大，VGS增大，流经场效应管的电流增大，则VC增加；

　　又因VB=VC，故VB也增大，且最终与VA相等，保证恒流源正常工作，反之当△V为负时，同理。此恒流源电路的电流I=50mA，即电压VA=7.5V。

　　此恒流源电路的目的主要是帮助容性负载压电陶瓷泄放电荷，使驱动压电陶瓷管的锯齿波具有快速的下降速率，当与功率放大电路连接时，将恒流源场效应管的漏极与功率放大电路的D点连接在一起。

　　如下电路：

　　功率放大电路

　　当电路工作在线性区域内时，若输入信号Uin的电压范围为-10～0V，则与F点的电压相等，在通道DF上产生电流，R6与R7为分压电阻，R6与R7的比例决定了放大电压的倍数，则驱动压电陶瓷的电压Uout=（Uin/R6）（R6+R7）。

　　因电流I恒定不变，故R6与R7阻值不能过小，以保证其具有足够的电流负载能力来驱动压电陶瓷。

　　结果

　　输入信号幅值范围为-10～0V，输出范围为0～350V，泄放电流为50mA。

　　实验测试时：以容性负载230×（1±0.1）pF为标准，在100Hz～100kHz的频率范围内。

　　当以VPP=6V偏置为-3V的方波信号输入时，测得其不同的放大倍数与频率的关系如上所示。

　　得出

　　在60kHz以后，波形已经严重失真，所以应避免在高于60kHz的情况下使用高压电源驱动器。

　　在不加负载，以VPP=6V，偏置为-3V，f=50kHz的方波输入时。

　　电源输出结果如上图。

　　输出方波为示波器衰减10倍的波形。

　　输出的方波峰峰值为240V，且上升速率高于下降速率。

　　数据可计算出下降速率约为48V/μs，上升速率约为80V/μs，这相对于其他动态压电陶瓷驱动电源具有明显的优势，该参数已能够满足压电陶瓷管冲击电机定子形成扭转所需要的条件。

　　即得出，这种高速压电陶瓷驱动电源在动态性能上较其他电路有明显优势，它的工作频率高，电压跟随性好，结构简单，成本低，并且对一些需要利用冲击原理的压电陶瓷器件可以提供很好的驱动效果。

图：ATA-2048高压放大器指标参数

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