微型化低纹波压电陶瓷驱动电源的研制

摘要

压电陶瓷驱动已被广泛地应用在微电子、微机械、纳米科技等众多技术领域。纳米工作台是纳米测量仪器及加工机械的重要部件，而压电陶瓷驱动系统又是纳米工作台的重要部分，纳米工作台对压电陶瓷驱动定位精度要求很高，驱动电源的品质对驱动器的定位精度影响很大，因此高精度驱动电源的研制也受到日益广泛的重视。 本学位论文选题来源于国家自然科学基金项目“纳米三坐标测量机关键技术的研究”，任务是为六自由度微动工作台中八个压电陶瓷驱动器提供高精度的并行驱动电源。目前市场上驱动电源有通道少(3通道以下)、纹波高、价格昂贵，难以集成等缺点，不能满足纳米测量的需要。本文研制了八通道微型化低纹波的压电陶瓷驱动电源。设计时采用集成器件取代分离器件；使用高精度数据采集卡来控制模拟输出信号；采取了若干措施，提高了电源的稳定性。实验结果表明，所研制的8通道并行驱动电源的输出电压范围为0-300V，纹波电压小于15mV，分辨率为6mV，位移分辨率为0.8nm，非线性误差小于0.1％，最大输出电流1A，电压时漂小于10mV/8h，频率响应2kHz以上，电源体积为长×宽×高(220mm*120mm*120mm)，价格为市场上同通道驱动电源的1/3。因此所设计电源具有驱动能力强，稳定性好，体积小，实用性强，价格低廉等特点，满足纳米测量的要求。

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论文说明：图表目录

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致谢

第一章 绪论

1.1论文研究的背景

1.2压电陶瓷驱动电源的国内外研究现状

1.3本论文研究的主要目的，内容及预期效果

第二章 驱动电源的总体设计

2.1驱动电源的设计原则

2.2电源的总体设计方案

第三章 机控信号接口

3.1控制信号的实时控制

3.2数据采集卡的选择

3.3 D/A转换

3.4控制信号的软件设计

3.5控制信号的纹波测试

第四章 高压线性放大电路设计

4.1线性放大电路原理

4.2线性放大电路元器件的选择

4.2.1 PA93简介

4.2.2保护电路器件选择

4.3高压线性放大电路的硬件电路设计

4.4负反馈线性放大电路的稳定问题研究

4.5驱动电源线性放大电路的稳定性设计

4.5.1输入电压的稳定性设计

4.5.2修订开环增益曲线

4.5.3抗干扰措施

4.5.4线性放大器的耗散功率和散热器

4.5.5放大器的机械安装

第五章 功率电源设计

5.1传统的功率电源

5.2功率电源设计方案

5.2.1元器件的选择

5.2.2功率电源设计的整体结构

第六章 压电陶瓷驱动电源的性能测试

6.1实验装置和测试系统构建

6.2电源线性度和分辨率测试

6.3电压输出纹波测试

6.4电源时漂测试

6.5电源频率响应测试

6.6小结

第七章 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

附图