基于ARM的高分辨率压电陶瓷驱动电源电路设计报告

根据压电陶瓷微位移器对驱动电源的需求，设计了压电驱动电源系统的方案。该方案先介绍了电源系统中的数字电路部分和模拟电路部分，并对驱动电源的精度与稳定性进行了分析与改进。最后对驱动电源的性能进行了实验验证。实验结果表明：该设计方案的电源输出电压噪声低于0.43mV、输出最大非线性误差低于0.024%、分辨率可达1.44mV,能够满足高分辨率微位移定位系统中静态定位控制的需求。
基于 ARM 的高分辨率压电陶瓷驱动电源电路
设计
根据压电陶瓷微 位移器对驱动电源的需求，设计了压电驱动电源系统的方案。该方案先介
绍了电源系统中的数字电路部分和模拟电路部分，并对驱动电源的精度与稳定性进行了分
析 与改进。最后对驱动电源的性能进行了实验验证。实验结果表明：该设计方案的电源输
出电压噪声低于 0.43 mV、输出最大非线性误差低于 0.024%、分辨率可达1.44 mV,
能够满足高分辨率微位移定位系统中静态定位控制的需求。

0 引言

压电陶瓷驱动器（PZT ）是微位移平台的核心，其主要原理是利用压电陶瓷的逆压电效
应产生形变，从 而驱动执行元件发生微位移。压电陶瓷驱动器具有分辨率高、响应频率快、
推力大和体积小等优点，在航空航天、机器人、微机电系统、精密加工以及生物工程等领 域
中得到了广泛的应用。然而压电陶瓷驱动器的应用离不开性能良好的压电陶瓷驱动电源。 要
实现纳米级定位的应用，压电陶瓷驱动电源的输出电压需要在一定范围 内连续可调，同时
电压分辨率需要达到毫伏级。因此压电陶瓷驱动电源技术已成为压电微位移平台中的关键技
术。

1 压电驱动电源的系统结构

1.1 压电驱动电源的分类

随着压电陶瓷微位移定位技术的发展，各种专用于压电陶瓷微位移机构的驱动电源应运
而生。目前驱动电 源的形式主要有电荷控制式和直流放大式两种。电荷控制式驱动电源存
在零点漂移，低频特性差的特点限制其应用。而直流放大式驱动电源具有静态性能好、集成
度 高、结构简单等特点，因而本文的设计原理采用直流放大式压电驱动电源。直流放大式
电源的原理如图1所示。




1.2 直流放大式压电驱动电源的系统结构

驱动电源电路主要由微处理器、 D/A 转换