本文關鍵詞：高效率低紋波壓電陶瓷驅動電源的研究

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【摘要】：壓電陶瓷驅動器是利用逆壓電效應的原理,在外電場的作用下產生系統(tǒng)所需微位移的設備。隨著微定位技術的迅速發(fā)展,其應用范圍已廣泛深入到人類生活中的各個領域。而壓電陶瓷執(zhí)行器以其位移分辨率高、頻響快、無噪聲、抗干擾強等優(yōu)點成為理想的微位移執(zhí)行器件而受到國內外學者的廣泛關注。近年來,些應用場合不僅要求壓電陶瓷驅動電源具有較高的效率,在一些超精密微位移場合,對電源的輸出紋波也提出了更高的要求,因此研究具有高效率低紋波的壓電陶瓷驅動電源具有重要意義。本文研究了加入限流電阻后的新型壓電陶瓷驅動電源,相比于傳統(tǒng)壓電陶瓷驅動電源,當輸出電壓為梯形波時,新型壓電陶瓷驅動電源主功率管具有更低的功率損耗,所需散熱器體積更小。本文詳細分析了直流放大式壓電陶瓷驅動電源的工作原理,推導了主要功率器件的損耗表達式,驗證了新型壓電陶瓷驅動電源相比于傳統(tǒng)的線性電源具有功率管損耗低的特性。由于直流放大式壓電陶瓷驅動電源主功率管工作在線性放大狀態(tài),且無法回收容性負載中的能量,該能量完全損耗在主功率管上,其高導通損耗引起的發(fā)熱問題非常嚴重。本文研究分析了開關式壓電陶瓷驅動電源,結果表明,當功率管工作在開關狀態(tài)時,其導通損耗很低,且容性負載能量得到有效回收。相比于直流放大式壓電陶瓷驅動電源,開關式壓電陶瓷驅動電源效率更高,但非線性元件的引入,增加了輸出電壓的紋波。針對直流放大式壓電陶瓷驅動電源效率低下以及開關式壓電陶瓷驅動電源輸出電壓紋波較大的缺點,本文提出了混合式壓電陶瓷驅動電源。研究結果表明,通過合理結合直流放大式與開關式驅動電源的優(yōu)點,有效提高了壓電陶瓷驅動電源的工作效率并降低了電源的輸出電壓紋波,實現(xiàn)了驅動電源工作效率高與輸出紋波低的特性。
【關鍵詞】：壓電陶瓷 驅動電源 高效率 低輸出電壓紋波
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM46
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-10
• 第1章 緒論10-20
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 壓電陶瓷概述11-14
• 1.2.1 壓電效應與電致伸縮效應11-12
• 1.2.2 壓電陶瓷驅動器特性12-13
• 1.2.3 壓電陶瓷驅動器等效電路圖13-14
• 1.3 壓電陶瓷驅動電源的現(xiàn)狀14-17
• 1.3.1 壓電陶瓷驅動方法14-15
• 1.3.2 傳統(tǒng)壓電陶瓷驅動電源技術面臨的問題15-17
• 1.4 本文研究意義和內容17-20
• 第2章 直流放大式壓電陶瓷驅動電源的研究20-39
• 2.1 傳統(tǒng)直流放大式壓電陶瓷驅動電源20-24
• 2.1.1 工作原理分析20-21
• 2.1.2 功率管等效電阻分析21-23
• 2.1.3 功耗分析23-24
• 2.2 新型直流放大式壓電陶瓷驅動電源24-30
• 2.2.1 反饋點選擇24-25
• 2.2.2 工作原理分析25-28
• 2.2.3 功耗分析28-30
• 2.3 新型直流放大式壓電陶瓷驅動電源電路設計30-34
• 2.3.1 電阻的選擇31-32
• 2.3.2 功率管的選擇32-33
• 2.3.3 補償網絡設計33-34
• 2.4 直流放大式壓電陶瓷驅動電源仿真與實驗34-38
• 2.5 本章小結38-39
• 第3章 開關式壓電陶瓷驅動電源的研究39-50
• 3.1 主電路拓撲39
• 3.2 工作原理分析39-43
• 3.3 功耗分析43-44
• 3.3.1 通態(tài)損耗43
• 3.3.2 開關損耗43
• 3.3.3 驅動損耗43-44
• 3.4 硬件電路設計44-48
• 3.4.1 電感設計45
• 3.4.2 開關管的選擇45-46
• 3.4.3 補償環(huán)路設計46-48
• 3.5 仿真結果分析48-49
• 3.6 本章小結49-50
• 第4章 混合式壓電陶瓷驅動電源50-61
• 4.1 組合策略分析50-52
• 4.2 工作原理分析52-55
• 4.3 功耗分析55-56
• 4.4 數(shù)字控制器設計56-59
• 4.5 實驗結果分析59-60
• 4.6 本章小結60-61
• 結論61-63
• 致謝63-64
• 參考文獻64-69
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文及科研成果69

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本文編號：520267