高壓驅(qu)動電源原理

　　組(zu)成：高壓直流(liu)電(dian)源+恒(heng)流(liu)源+功率放大電(dian)路。

　　功率放大電(dian)(dian)路：將鋸齒波信號放大，以(yi)此(ci)驅動壓電(dian)(dian)陶瓷管。

　　為了(le)得到快速(su)(su)的電(dian)(dian)壓下降(jiang)速(su)(su)率，使壓電(dian)(dian)陶瓷管形成沖擊，則需(xu)使用恒流源幫助容性(xing)負載的壓電(dian)(dian)陶瓷快速(su)(su)泄放電(dian)(dian)荷。

　　高壓直流電源

　　如下電路圖

　　工頻(pin)220V交流(liu)電(dian)經變(bian)壓器輸(shu)出(chu)雙130V交流(liu)，經整流(liu)橋整流(liu)和電(dian)容濾波后(hou)，得到(dao)180V直流(liu)電(dian)，作為(wei)驅動電(dian)路(lu)的工作電(dian)壓。

　　恒流源電路

　　如下電路

　　設計(ji)電路(lu)的(de)運放選擇OP467，其上升速率可(ke)達(da)到170V/μs，且具有極(ji)寬(kuan)的(de)響應頻率，完全能(neng)滿足(zu)要求。

　　當A點的(de)輸入電壓為VA時，根據(ju)虛短(duan)原(yuan)則，VA=VB，放大器同向輸入端(duan)與反向輸入端(duan)的(de)輸入電流均為0，則VB=VC，所(suo)以流經場效應管的(de)電流恒為

　　I=VA/R3，此時VGS≥3.5V，場效(xiao)應管導通。

　　若輸入電(dian)壓VA有電(dian)壓波動+△V，放大(da)器(qi)的(de)差模增益接近無窮大(da)，所以VG增大(da)，VGS增大(da)，流經場效應管的(de)電(dian)流增大(da)，則VC增加；

　　又(you)因VB=VC，故VB也增大(da)，且(qie)最終與(yu)VA相等(deng)，保證恒流源正常工作，反(fan)之當△V為負時，同(tong)理。此恒流源電(dian)路的(de)電(dian)流I=50mA，即電(dian)壓VA=7.5V。

　　此恒流源電(dian)(dian)(dian)路的目(mu)的主要是幫助容性負載壓電(dian)(dian)(dian)陶瓷(ci)泄(xie)放電(dian)(dian)(dian)荷，使(shi)驅(qu)動壓電(dian)(dian)(dian)陶瓷(ci)管的鋸齒波具(ju)有快(kuai)速(su)的下降速(su)率(lv)，當與(yu)功率(lv)放大電(dian)(dian)(dian)路連接(jie)時，將(jiang)恒流源場效(xiao)應管的漏極與(yu)功率(lv)放大電(dian)(dian)(dian)路的D點連接(jie)在一起。

　　如下電路：

　　功率放大電路

　　當電路工(gong)作(zuo)在(zai)線性區域內時，若(ruo)輸入信號(hao)Uin的(de)(de)電壓(ya)(ya)范圍為-10～0V，則與(yu)F點的(de)(de)電壓(ya)(ya)相等，在(zai)通道DF上產生電流(liu)，R6與(yu)R7為分壓(ya)(ya)電阻，R6與(yu)R7的(de)(de)比例決定了放(fang)大電壓(ya)(ya)的(de)(de)倍數，則驅動壓(ya)(ya)電陶瓷的(de)(de)電壓(ya)(ya)Uout=（Uin/R6）（R6+R7）。

　　因(yin)電流(liu)I恒(heng)定不變(bian)，故R6與(yu)R7阻值不能(neng)過小，以保證其具(ju)有足夠的電流(liu)負載(zai)能(neng)力來驅動壓電陶瓷。

　　結果

　　輸入信號幅值范圍為(wei)-10～0V，輸出范圍為(wei)0～350V，泄放電流為(wei)50mA。

　　實驗(yan)測試(shi)時(shi)：以容(rong)性負(fu)載230×（1±0.1）pF為標準(zhun)，在100Hz～100kHz的頻(pin)率范圍內。

　　當以VPP=6V偏置為(wei)-3V的方波信號輸入時，測得其不同的放大倍數與頻率的關(guan)系如上所示。

　　得出

　　在60kHz以后，波形已(yi)經(jing)嚴重失真，所以應避(bi)免在高(gao)于60kHz的情(qing)況下(xia)使用高(gao)壓電源(yuan)驅動器(qi)。

　　在(zai)不加(jia)負載(zai)，以VPP=6V，偏置為-3V，f=50kHz的(de)方波(bo)輸入(ru)時。

　　電源輸出結(jie)果如上圖。

　　輸出方波為示波器衰減(jian)10倍的波形(xing)。

　　輸出的方波峰峰值(zhi)為240V，且上升(sheng)速(su)率高(gao)于下降速(su)率。

　　數據可計算(suan)出下降速率約為(wei)48V/μs，上升(sheng)速率約為(wei)80V/μs，這相對于其他動(dong)態(tai)壓(ya)電(dian)陶瓷(ci)驅動(dong)電(dian)源(yuan)具有明顯的優勢(shi)，該參數已能(neng)夠滿足(zu)壓(ya)電(dian)陶瓷(ci)管(guan)沖擊電(dian)機定子形成扭轉所需要的條件。

　　即得(de)出(chu)，這種高速(su)壓電(dian)陶瓷(ci)驅動(dong)電(dian)源在動(dong)態性能(neng)上較其他電(dian)路有明顯優(you)勢，它(ta)的工作頻率高，電(dian)壓跟隨性好，結構簡單，成本低(di)，并(bing)且對(dui)一(yi)些(xie)需要利用沖擊(ji)原理的壓電(dian)陶瓷(ci)器件可以(yi)提供很好的驅動(dong)效果。

圖：ATA-2048高壓放大(da)器指標參(can)數

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