一種直線驅(qū)動(dòng)器的宏微驅(qū)動(dòng)電源及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種直線驅(qū)動(dòng)器的宏微驅(qū)動(dòng)電源及其控制方法，該電源包括控制電路、電壓變換電路、放大電路、半橋模塊、光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路，控制電路處理系統(tǒng)輸入的信號(hào)，然后將產(chǎn)生的控制信號(hào)發(fā)送到放大電路和光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路。電壓變換電路用于輸出系統(tǒng)需要的各種幅值的直流電。放大電路用于輸出半橋模塊所需的幅值可調(diào)的直流高壓電。半橋模塊包括由六個(gè)IGBT構(gòu)成的三路半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路，根據(jù)光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路給出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，工作在宏驅(qū)動(dòng)狀態(tài)或微驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，工作在宏驅(qū)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，輸出高頻高壓的交流電，工作在微驅(qū)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，輸出高壓直流電。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了超聲換能器驅(qū)動(dòng)電源、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源一體化，輸出具有交直流可變，頻率、幅值可調(diào)等特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】—種直線驅(qū)動(dòng)器的宏微驅(qū)動(dòng)電源及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超聲功率電源研究領(lǐng)域，特別涉及一種直線驅(qū)動(dòng)器的宏微驅(qū)動(dòng)電源及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前大行程驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)(精密絲杠傳動(dòng)、直線電機(jī)、音圈電機(jī)等)的精度一般限制在微米級(jí)。而以壓電陶瓷微驅(qū)動(dòng)為代表的微驅(qū)動(dòng)器的定位精度能夠達(dá)到納米級(jí)，但行程只能達(dá)到幾十微米。如何較好地實(shí)現(xiàn)大行程、高速機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的精密定位已成為一個(gè)亟待解決的問題。
[0003]現(xiàn)有高分辨率直線推進(jìn)運(yùn)動(dòng)絕大部分由電磁電機(jī)完成，普遍借助于旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，加上滾珠絲杠而獲得直線運(yùn)動(dòng)，再加上微動(dòng)臺(tái)，但是由于存在中間變換環(huán)節(jié)，導(dǎo)致了一系列不良后果，例如整個(gè)系統(tǒng)的體積和重量增加，效率降低，傳動(dòng)精度降低，同時(shí)還不可避免的存在傳統(tǒng)電磁電機(jī)的諸多缺點(diǎn)，如電磁場(chǎng)干擾、體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、傳動(dòng)鏈長(zhǎng)等等，難以滿足當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)對(duì)直線電機(jī)精度、速度及結(jié)構(gòu)等要求，使機(jī)構(gòu)進(jìn)一步小型化和提高運(yùn)動(dòng)精度都十分困難。
[0004]直線超聲電機(jī)是直接將電能轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)機(jī)械能的新型電動(dòng)機(jī)，具有直接驅(qū)動(dòng)、易控制、低噪聲、無(wú)磁場(chǎng)干擾、可以做到短、小、輕薄等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，因此在航空航天、光學(xué)儀器、武裝裝備、生物醫(yī)療、精密工業(yè)儀器、機(jī)器人等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。
[0005]如果借鑒現(xiàn)有微驅(qū)動(dòng)和直線型超聲電機(jī)原理和技術(shù)，將宏動(dòng)與微動(dòng)有機(jī)結(jié)合并集成創(chuàng)新為集宏微運(yùn)動(dòng)于一體的新型直線電機(jī)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)宏微直線運(yùn)動(dòng)，就可以使傳動(dòng)系統(tǒng)體積變小、分辨率和可靠性提高，加上與之相適應(yīng)的一套伺服控制系統(tǒng)，使其具有位置分辨率(可達(dá)納米級(jí))高、體積小、比推力大、控制簡(jiǎn)便、響應(yīng)速度快、低噪聲、可靠性好等特點(diǎn)。
[0006]新型宏微直線驅(qū)動(dòng)器作為一種執(zhí)行機(jī)構(gòu)，需要與之對(duì)應(yīng)的新型宏微驅(qū)動(dòng)電源及控制方法。因?yàn)檫@不僅直接影響到新型直線驅(qū)動(dòng)器的性能發(fā)揮，而且影響到新型直線驅(qū)動(dòng)器的使用壽命。目前有關(guān)壓電微驅(qū)動(dòng)器及超聲電機(jī)電源的研究很多，涉及到驅(qū)動(dòng)電源的電路結(jié)構(gòu)、超聲頻率信號(hào)發(fā)生器、驅(qū)動(dòng)電源控制方式、供電方式等方面，并取得了一系列的成果。壓電微驅(qū)動(dòng)器及超聲電機(jī)都是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)，把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，縱觀現(xiàn)有的壓電微驅(qū)動(dòng)器及超聲電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的研究現(xiàn)狀，目前還沒有相關(guān)文獻(xiàn)或?qū)＠麍?bào)道，試圖把這兩部分的驅(qū)動(dòng)電源結(jié)合到一起實(shí)現(xiàn)新型宏微直線驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)與控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種直線驅(qū)動(dòng)器的宏微驅(qū)動(dòng)電源，該電源解決了傳統(tǒng)超聲換能器與壓電微驅(qū)動(dòng)器不能共用驅(qū)動(dòng)電源的問題，實(shí)現(xiàn)了超聲換能器驅(qū)動(dòng)電源、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源一體化，且其輸出具有交直流可變、頻率、幅值及相位可調(diào)等特點(diǎn)。
[0008]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種基于上述宏微驅(qū)動(dòng)電源的控制方法。[0009]本發(fā)明的目的通過(guò)以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種直線驅(qū)動(dòng)器的宏微驅(qū)動(dòng)電源，包括控制電路、電壓變換電路、放大電路、半橋模塊、光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路，其中控制電路用于接收并處理系統(tǒng)輸入的信號(hào)，然后產(chǎn)生的控制信號(hào)一路發(fā)送到放大電路，另一路經(jīng)光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行信號(hào)隔離后，驅(qū)動(dòng)半橋模塊；電壓變換電路用于向放大電路輸出宏微驅(qū)動(dòng)電源需要的各種幅值的直流，以及為宏微驅(qū)動(dòng)電源中各芯片供電；放大電路包括數(shù)模轉(zhuǎn)換電路及雙級(jí)運(yùn)算放大電路，放大電路用于在控制電路控制下輸出半橋模塊所需的幅值可調(diào)的直流高壓電；半橋模塊包括由六個(gè)IGBT構(gòu)成的三路半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路，根據(jù)光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路給出的不同驅(qū)動(dòng)信號(hào)，工作在宏驅(qū)動(dòng)狀態(tài)或微驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，工作在宏驅(qū)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，輸出高頻高壓的交流電，工作在微驅(qū)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，輸出高壓直流電?？刂齐娐吠ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)放大電路中雙級(jí)運(yùn)算放大電路即可實(shí)現(xiàn)對(duì)電源輸出的頻率、幅值及相位的調(diào)節(jié)，通過(guò)光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路和半橋模塊中的半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)交直流的轉(zhuǎn)變，同時(shí)，通過(guò)控制電路控制，可以通過(guò)光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)半橋模塊工作在宏驅(qū)動(dòng)狀態(tài)或微驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了超聲換能器驅(qū)動(dòng)電源、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源一體化。
[0010]優(yōu)選的，所述控制電路包括輸入電路、控制器及狀態(tài)顯示模塊，其中控制器用于接收輸入電路的輸入信號(hào)，并初始化宏微驅(qū)動(dòng)電源的各項(xiàng)參數(shù)，作宏驅(qū)動(dòng)時(shí)，初始化超聲驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅值、頻率、相位和占空比；作微驅(qū)動(dòng)時(shí)，初始化輸出直流信號(hào)的幅值、方向；同時(shí)，根據(jù)輸入信號(hào)的變化，改變輸出信號(hào)的各項(xiàng)參數(shù)；所述輸入電路包括模擬信號(hào)處理單元和數(shù)字信號(hào)處理單元，模擬信號(hào)處理單元采用電阻分壓原理，輸出模擬信號(hào)給控制器，用于改變控制電路輸出信號(hào)的幅值、頻率及相位差，數(shù)字信號(hào)處理單元利用開關(guān)輸出數(shù)字信號(hào)給控制器，控制宏微驅(qū)動(dòng)電源的宏微驅(qū)動(dòng)切換；所述狀態(tài)顯示模塊用于顯示系統(tǒng)的所處狀態(tài)。
[0011]作為一種優(yōu)選的方式，所述電壓變換電路包括升壓變換模塊和降壓變換模塊，其中升壓變換模塊包括依次相連的升壓變壓器、高壓整流電路、高壓穩(wěn)壓電路，降壓變換模塊包括依次相連的降壓變壓器、低壓整流電路與低壓穩(wěn)壓電路，用于對(duì)市電分別進(jìn)行升壓、降壓變換，然后整流穩(wěn)壓后輸出不同幅值的直流電。
[0012]更進(jìn)一步的，所述升壓變壓器用于對(duì)市電AC220V進(jìn)行升壓變換，并且在升壓后輸出高壓交流電；所述高壓整流電路采用全橋整流電路，用于把高壓交流電整流成高壓直流；所述高壓穩(wěn)壓電路采用集成穩(wěn)壓芯片構(gòu)成的懸浮式調(diào)壓技術(shù)，用于對(duì)高壓整流電路輸出的紋波較大的高壓直流電進(jìn)行穩(wěn)壓，并且將穩(wěn)定后的高壓直流輸出到雙級(jí)運(yùn)算放大電路；所述降壓變壓器用于對(duì)市電AC220V進(jìn)行降壓變換，并且在降壓后輸出低壓交流電；所述低壓整流電路采用全橋整流電路，用于將低壓交流電進(jìn)行整流濾波后輸出低壓直流電；所述低壓穩(wěn)壓電路采用包括若干種型號(hào)的集成穩(wěn)壓芯片的穩(wěn)壓電路，用于對(duì)低壓整流電路輸出的紋波較大的低壓直流電進(jìn)行穩(wěn)壓，輸出幅值穩(wěn)定的直流電，這些直流電作為宏微驅(qū)動(dòng)電源中各芯片的供電電源。
[0013]優(yōu)選的，所述放大電路中的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路采用集成數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，用于將控制器輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量然后輸出給雙級(jí)運(yùn)算放大電路；雙級(jí)運(yùn)算放大電路，采用雙級(jí)放大結(jié)構(gòu)，其中前置低壓誤差放大器采用雙極性運(yùn)算放大器集成電路，后置雙端不對(duì)稱電源供電的MOSFET運(yùn)算放大器，用于放大信號(hào)的電壓及功率，并將輸出的連續(xù)可調(diào)的直流電供給半橋模塊；控制器輸出的信號(hào)包括12位數(shù)字信號(hào)及6路IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其中12位數(shù)字信號(hào)輸送給數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，用于調(diào)節(jié)宏微驅(qū)動(dòng)電源輸出信號(hào)的幅值大小，6路IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸送給光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路，經(jīng)光耦隔離電路進(jìn)行信號(hào)隔離放大后，輸送給半橋模塊。雙極性運(yùn)算放大器集成電路，用以獲得較小的輸入偏置電壓與較高帶寬，后置采用雙端不對(duì)稱電源供電的高壓功率放大器用于獲得大輸出功率及高耐壓特性。
[0014]作為另一種優(yōu)選的方式，所述電壓變換電路包括升壓變換模塊、獨(dú)立電源模塊和低壓電源模塊，其中升壓變換模塊包括依次相連的第一推挽逆變電路、高頻升壓變壓器與高頻整流電路，用于對(duì)24V直流電源進(jìn)行DC-DC變換，然后輸出高壓直流電；獨(dú)立電源模塊包括依次相連的第二推挽逆變電路、若干路變壓器、若干路低壓整流穩(wěn)壓電路，低壓整流穩(wěn)壓電路分別與光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路的上半橋驅(qū)動(dòng)電路相連；低壓電源模塊包括低壓穩(wěn)壓電路，該電路分別與控制器、輸入電路、光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路的下半橋驅(qū)動(dòng)電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、雙級(jí)運(yùn)算放大電路相連，用于為上述各電路供電；控制器發(fā)送4路獨(dú)立的控制信號(hào)經(jīng)光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行信號(hào)隔離、放大后，將上述控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)送到第一推挽逆變電路和第二推挽逆變電路。
[0015]更進(jìn)一步的，所述第一推挽逆變電路采用推挽拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，用于對(duì)低壓直流電進(jìn)行高頻逆變；所述高頻升壓變壓器用于對(duì)第一推挽逆變電路輸出的低壓交流信號(hào)進(jìn)行升壓，并且在升壓后輸出高頻高壓的交流電；所述高頻整流電路為全橋整流電路，用于將高頻升壓變壓器輸出的高頻高壓交流電整流濾波后輸出高壓直流電，并且將高壓直流作為雙級(jí)運(yùn)算放大電路的直流輸入；
[0016]所述第二推挽逆變電路采用推挽拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，用于對(duì)低壓直流電進(jìn)行逆變；變壓器用于對(duì)第二推挽逆變電路輸出的交流信號(hào)進(jìn)行隔離，并且在變壓器二次端輸出交流電；低壓整流穩(wěn)壓電路為全橋整流電路，用于將變壓器輸出的交流電整流濾波后輸出直流電，并且將輸出的直流作為光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路上半橋驅(qū)動(dòng)電路的獨(dú)立供電電源；
[0017]所述低壓穩(wěn)壓電路采用集成穩(wěn)壓芯片，用于對(duì)低壓直流輸入進(jìn)行降壓穩(wěn)壓，輸出各種低壓幅值穩(wěn)定的直流電，這些直流電作為宏微驅(qū)動(dòng)電源中各芯片的供電電源。
[0018]優(yōu)選的，所述放大電路中的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路采用集成數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，用于將控制器輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，作為雙級(jí)運(yùn)算放大電路的輸入；雙級(jí)運(yùn)算放大電路，采用雙級(jí)放大結(jié)構(gòu)，其中前置低壓誤差放大器采用非斬波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)算放大器集成電路，后置采用單電源供電的高壓功率放大器；控制器輸出的信號(hào)包括12位數(shù)字信號(hào)及10路IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其中12位數(shù)字信號(hào)輸送給數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，用于調(diào)節(jié)宏微驅(qū)動(dòng)電源輸出信號(hào)的幅值大小，10路IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸送給光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路，經(jīng)光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行信號(hào)隔離、放大后，將其中的6路IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)用于驅(qū)動(dòng)半橋模塊，另外4路IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)用于驅(qū)動(dòng)第一推挽逆變電路和第二推挽逆變電路。
[0019]優(yōu)選的，所述半橋模塊的輸入電源為雙級(jí)運(yùn)算放大電路輸出的高壓直流電，其有3個(gè)輸出端，分別為第一輸出端、COM端、第二輸出端；半橋模塊包括六個(gè)IGBT，分別為Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6，上述6個(gè)IGBT組成三路半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；Q1、Q2構(gòu)成一半橋電路，Q5及Q6構(gòu)成一半橋電路，二者結(jié)構(gòu)相同。
[0020]優(yōu)選的，所述光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路由若干片IGBT門驅(qū)動(dòng)光電耦合器組成，其中上半橋光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路包括3個(gè)IGBT門驅(qū)動(dòng)光電耦合器，分別由專門的獨(dú)立電源供電。
[0021]一種基于上述宏微驅(qū)動(dòng)電源的控制方法，包括步驟:
[0022]( I)用戶通過(guò)控制電路中的輸入電路輸入要工作的狀態(tài)和參數(shù)，控制電路中的控制器根據(jù)上述狀態(tài)和參數(shù)對(duì)外輸出控制信號(hào)，一路發(fā)送到放大電路，另一路經(jīng)光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行信號(hào)隔離、放大后輸出給半橋模塊；
[0023](2)電壓變換電路向放大電路輸出宏微驅(qū)動(dòng)電源需要的直流高壓電，并向宏微驅(qū)動(dòng)電源中各芯片提供需要的各種幅值的直流電；
[0024](3)放大電路根據(jù)控制信號(hào)對(duì)電壓變換電路輸入的直流幅值進(jìn)行調(diào)整，然后將直流高壓電發(fā)送到半橋模塊；
[0025](4)光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制電路所發(fā)送的控制信號(hào)，對(duì)半橋模塊中的六個(gè)IGBT分別進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，使半橋模塊工作在宏驅(qū)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，輸出頻率、幅值、占空比均可調(diào)的高頻高壓的交流電，工作在微驅(qū)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，輸出幅值可調(diào)、方向可變的高壓直流電。
[0026]優(yōu)選的，所述半橋模塊的輸入電源為放大電路中雙級(jí)運(yùn)算放大電路輸出的高壓直流電，其有3個(gè)輸出端，分別為第一輸出端、COM端、第二輸出端；半橋模塊包括六個(gè)IGBT，分別為Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6，上述6個(gè)IGBT組成三路半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；Q1、Q2構(gòu)成一半橋電路，Q5及Q6構(gòu)成一半橋電路,二者結(jié)構(gòu)相同；
[0027]作宏驅(qū)動(dòng)時(shí)，Q3、Q4處于截止?fàn)顟B(tài)，Q1、Q2、Q5及Q6組成的兩路半橋逆變結(jié)構(gòu)工作在DC—AC逆變狀態(tài)，采用PWM或PFM控制方式，第一輸出端、第二輸出端均對(duì)外輸出高頻高壓的交流電；第一輸出端、第二輸出端輸出的高壓交流電的峰峰值隨著雙極運(yùn)算放大電路輸出的高壓直流電的幅值改變而改變；
[0028]作微驅(qū)動(dòng)時(shí)，當(dāng)Q4處于導(dǎo)通狀態(tài)，Q3處于截止?fàn)顟B(tài),若Q5導(dǎo)通,則在第一輸出端輸出高壓直流電，若Ql導(dǎo)通，則在第二輸出端輸出高壓直流電，若Q5、Ql同時(shí)導(dǎo)通，則在第一、二輸出端同時(shí)輸出高壓直流電；當(dāng)Q3處于導(dǎo)通狀態(tài)，Q4處于截止?fàn)顟B(tài),若Q6導(dǎo)通,貝Ij在第一輸出端輸出方向相反的高壓直流電，若Q2導(dǎo)通，則在第二輸出端輸出方向相反的高壓直流電，若Q2、Q6導(dǎo)通,貝U在第一輸出端、第二輸出端同時(shí)輸出方向相反的高壓直流電；第一輸出端、第二輸出端輸出高壓直流電的幅值隨著雙極運(yùn)算放大電路輸出的高壓直流電的幅值改變而改變。
[0029]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0030]1、本發(fā)明中半橋模塊采用三路半橋拓?fù)錂C(jī)構(gòu)作為新型直線驅(qū)動(dòng)器電路結(jié)構(gòu)，同時(shí)控制器作為超聲頻率信號(hào)發(fā)生器和信號(hào)處理器，功能上包括了壓電微驅(qū)動(dòng)器及超聲電機(jī)電源的功能，而且還可以根據(jù)實(shí)際的需要單獨(dú)作為超聲電機(jī)或者壓電微驅(qū)動(dòng)器的電源。電路結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的超聲電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源相比，不僅能實(shí)現(xiàn)寬頻輸出、相位可調(diào)，而且幅值可變。與壓電微驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電源相比，不僅能實(shí)現(xiàn)輸出電壓線性可調(diào)，而且輸出電壓紋波小。系統(tǒng)不僅可以滿足新型直線驅(qū)動(dòng)器的宏微驅(qū)動(dòng)的要求，也可以滿足超聲電機(jī)或者壓電微驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電源的要求，從而擴(kuò)大了驅(qū)動(dòng)電源的應(yīng)用范圍。
[0031]2、本發(fā)明中的放大電路采用雙級(jí)放大結(jié)構(gòu)，放大器輸出的高壓直流連續(xù)可調(diào)，放大電路輸出的電壓是作為半橋模塊的輸入電源，使得半橋模塊的輸入電源可調(diào)，因此可以借此改變驅(qū)動(dòng)電源輸出信號(hào)的幅值，即在作宏驅(qū)動(dòng)時(shí)，不僅能實(shí)現(xiàn)寬頻輸出，而且輸出的幅值、相位都可調(diào)，能驅(qū)動(dòng)各種頻率的超聲電機(jī)以及需要兩相驅(qū)動(dòng)信號(hào)的超聲波電機(jī)。作微驅(qū)動(dòng)時(shí)，輸出的高壓直流線性可調(diào)，能驅(qū)動(dòng)各種壓電微驅(qū)動(dòng)器。
[0032]3、本發(fā)明中半橋模塊采用三路半橋結(jié)構(gòu)，解決了電路輸出交、直流不同信號(hào)的問題，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)超聲電機(jī)、壓電微驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電源的功能。[0033]4、本發(fā)明當(dāng)作為超聲電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源時(shí)，其輸出交流電的頻率、相位、幅值可調(diào)，當(dāng)作為壓電微驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電源時(shí)，其幅值可調(diào)，方向可變。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0034]圖1為實(shí)施例1的系統(tǒng)原理框圖；
[0035]圖2為實(shí)施例1中輸入電路的電路原理圖；
[0036]圖3為實(shí)施例1中升壓變換模塊的電路原理圖；
[0037]圖4為實(shí)施例1中降壓變換模塊的電路原理圖；
[0038]圖5為實(shí)施例1中數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的電路原理圖；
[0039]圖6為實(shí)施例1中雙級(jí)運(yùn)算放大電路的電路原理圖；
[0040]圖7為實(shí)施例1中光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路的電路原理圖；
[0041]圖8為實(shí)施例1中光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路上半橋驅(qū)動(dòng)電路所對(duì)應(yīng)的專門的獨(dú)立電源的電路原理圖；
[0042]圖9為實(shí)施例1中半橋模塊的電路原理圖；
[0043]圖10為實(shí)施例2的系統(tǒng)原理框圖；
[0044]圖11為實(shí)施例2中升壓變換模塊的電路原理圖；
[0045]圖12為實(shí)施例2光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路上半橋驅(qū)動(dòng)電路所對(duì)應(yīng)的專門的獨(dú)立電源的電路原理圖；
[0046]圖13為實(shí)施例2雙級(jí)運(yùn)算放大電路的電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0047]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0048]實(shí)施例1
[0049]如圖1所示，本實(shí)施例直線驅(qū)動(dòng)器的宏微驅(qū)動(dòng)電源，包括控制電路、電壓變換電路、放大電路、半橋模塊、光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路和兩個(gè)匹配電路，其中控制電路包括一控制器、一輸入電路和一狀態(tài)顯不模塊。電壓變換電路包括升壓變換模塊和降壓變換模塊，其中升壓變換模塊一升壓變壓器、一高壓整流電路、一高壓穩(wěn)壓電路，降壓變換模塊包括一降壓變壓器、一低壓整流電路、一低壓穩(wěn)壓電路。放大電路包括一數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和一雙級(jí)運(yùn)算放大電路。半橋模塊包括由六個(gè)IGBT (Ql?Q6)構(gòu)成的三路半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路，半橋模塊有3個(gè)輸出端，分別為第一輸出端(A端)、COM端、第二輸出端(B端)?？刂破鞣謩e與輸入電路、狀態(tài)顯示模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路及光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路相連，升壓變壓器、高壓整流電路、高壓穩(wěn)壓電路依次相連，高壓穩(wěn)壓電路與雙級(jí)運(yùn)算放大電路相連，降壓變壓器、低壓整流電路、低壓穩(wěn)壓電路依次相連，低壓穩(wěn)壓電路分別與數(shù)模轉(zhuǎn)換電路及雙級(jí)運(yùn)算放大電路相連，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路與雙級(jí)運(yùn)算放大電路相連，雙級(jí)運(yùn)算放大電路與半橋模塊相連，光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路與半橋模塊相連，半橋模塊第一輸出端、第二輸出端分別與一匹配電路相連。此外，低壓穩(wěn)壓電路分別與控制器、輸入電路、光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路相連，用于為上述模塊供電。
[0050]本實(shí)施例中，控制電路還包括一個(gè)人機(jī)界面模塊，用戶能夠通過(guò)人機(jī)界面模塊中的鍵盤及鼠標(biāo)準(zhǔn)確設(shè)定宏微驅(qū)動(dòng)電源的運(yùn)行參數(shù)，還可以包括一個(gè)通信接口，便于系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)。
[0051]本實(shí)施例中，控制電路包括輸入電路、控制器及狀態(tài)顯示模塊，其中控制器可以采用DSP、ARM或者單片機(jī)等高性能微處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)，用于接收輸入電路的輸入信號(hào)，并初始化宏微驅(qū)動(dòng)電源的各項(xiàng)參數(shù)，作宏驅(qū)動(dòng)時(shí)，初始化超聲驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅值、頻率、相位和占空比；作微驅(qū)動(dòng)時(shí)，初始化輸出直流信號(hào)的幅值、方向；同時(shí)，根據(jù)輸入信號(hào)的變化，改變輸出信號(hào)的各項(xiàng)參數(shù)；所述狀態(tài)顯示模塊采用液晶顯示模塊或者PC機(jī)中的專用人機(jī)界面顯示模塊，二者可單獨(dú)使用，用于顯示系統(tǒng)的所處狀態(tài)。所述輸入電路包括模擬信號(hào)處理單元和數(shù)字信號(hào)處理單元，模擬信號(hào)處理單元采用電阻分壓原理，輸出模擬信號(hào)給控制器，用于改變控制電路輸出信號(hào)的幅值、頻率及相位差，數(shù)字信號(hào)處理單元利用開關(guān)輸出數(shù)字信號(hào)給控制器，控制宏微驅(qū)動(dòng)電源的宏微驅(qū)動(dòng)切換，輸入電路的原理圖如圖2所示。
[0052]本實(shí)施例中，電壓變換電路中的升壓變換模塊電路原理如圖3所示，其中升壓變壓器用于對(duì)市電AC220V進(jìn)行升壓變換，并且在升壓后輸出高壓交流電。高壓整流電路采用全橋整流電路，用于把高壓交流電整流成高壓直流。高壓穩(wěn)壓電路采用集成穩(wěn)壓芯片構(gòu)成的懸浮式調(diào)壓技術(shù)，用于對(duì)高壓整流電路輸出的紋波較大的高壓直流電進(jìn)行穩(wěn)壓，并且將穩(wěn)定后的高壓直流輸出到雙級(jí)運(yùn)算放大電路。
[0053]本實(shí)施例中，電壓變換電路中的降壓變換模塊電路原理如圖4所示，其中降壓變壓器用于對(duì)市電AC220V進(jìn)行降壓變換，并且在降壓后輸出低壓交流電。低壓整流電路采用全橋整流電路，用于將低壓交流電進(jìn)行整流濾波后輸出低壓直流電。低壓穩(wěn)壓電路采用包括多種型號(hào)的集成穩(wěn)壓芯片的穩(wěn)壓電路，用于對(duì)低壓整流電路輸出的紋波較大的低壓直流電進(jìn)行穩(wěn)壓，輸出幅值為-25V、-15V、3.3V、5V、10V、12V、15V等穩(wěn)定的直流電，這些直流電作為宏微驅(qū)動(dòng)電源中各芯片的供電電源。
[0054]本實(shí)施例中，放大電路中的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的電路原理如圖5所示，采用集成數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，用于將控制器輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量然后輸出給雙級(jí)運(yùn)算放大電路。
[0055]本實(shí)施例中，放大電路中的雙級(jí)運(yùn)算放大電路的電路原理如圖6所示，采用雙級(jí)放大結(jié)構(gòu)，其中前置低壓誤差放大器采用低噪聲、非斬波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)算放大器集成電路，用于獲得較小的輸入偏置電壓及較高的帶寬，后置雙端不對(duì)稱電源供電的高壓功率放大器，采用高壓、大帶寬的MOSFET運(yùn)算放大器，用于放大信號(hào)的電壓及功率，并將輸出的連續(xù)可調(diào)的直流電供給半橋模塊，用于獲得大輸出功率及高耐壓特性。控制器輸出的信號(hào)包括12位數(shù)字信號(hào)及6路IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其中12位數(shù)字信號(hào)輸送給數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，用于調(diào)節(jié)宏微驅(qū)動(dòng)電源輸出信號(hào)的幅值大小。
[0056]本實(shí)施例中，光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路的電路原理如圖7所示，用于對(duì)控制器輸出的6路IGBT的控制信號(hào)進(jìn)行信號(hào)隔離、放大，然后輸送給半橋模塊，輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)SI?S6控制Ql?Q6的IGBT的通斷。其中，光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路包括上半橋驅(qū)動(dòng)電路和下半橋驅(qū)動(dòng)電路，上半橋驅(qū)動(dòng)電路包括3個(gè)IGBT門驅(qū)動(dòng)光電耦合器，分別由專門的獨(dú)立電源供電，對(duì)應(yīng)分別驅(qū)動(dòng)Q1、Q3、Q5開關(guān)管。，每個(gè)IGBT門驅(qū)動(dòng)光電耦合器對(duì)應(yīng)采用的專門的獨(dú)立電源的電路原理如圖8所示，該獨(dú)立電源直接與AV220V連接。下半橋驅(qū)動(dòng)電路也包括3個(gè)IGBT門驅(qū)動(dòng)光電稱合器，米用統(tǒng)一電源供電，對(duì)應(yīng)分別驅(qū)動(dòng)Q2、Q4、Q6開關(guān)管。
[0057]本實(shí)施例中，半橋模塊的電路原理如圖9所示，由6個(gè)IGBT構(gòu)成的三路半橋電路組成，其中由Ql、Q2構(gòu)成的半橋電路與Q5、Q6構(gòu)成的半橋電路結(jié)構(gòu)相同，實(shí)現(xiàn)的功能也相同。
[0058]本實(shí)施例的目的是:以交流市電220V作為電源輸入，通過(guò)降壓變換、整流、穩(wěn)壓后，輸出-25V、-15V、3.3V、5V、10V、12V、15V等直流，給各個(gè)集成芯片供電；通過(guò)升壓變換、整流、穩(wěn)壓后，輸出430V的直流電，給雙級(jí)運(yùn)算放大電路供電，雙級(jí)運(yùn)算放大電路輸出的可調(diào)電壓給半橋電路供電，通過(guò)控制器輸出特定的控制信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)電路分時(shí)輸出兩相交流電及高壓直流電。
[0059]本實(shí)施例的工作流程為:
[0060](I)上電后，由控制器初始化各個(gè)模塊，初始化輸入模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路及光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路。
[0061](2)初始化后，控制器檢測(cè)輸入電路的各輸入信號(hào)，根據(jù)輸入電路的數(shù)字控制信號(hào)，決定是作宏驅(qū)動(dòng)還是微驅(qū)動(dòng)。根據(jù)輸入電路的模擬控制信號(hào)，啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換，根據(jù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)，輸出信號(hào)到數(shù)模轉(zhuǎn)換電路及光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路。當(dāng)作宏驅(qū)動(dòng)時(shí)，控制器需要初始化宏驅(qū)動(dòng)的參數(shù)，即初始化宏驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率、相位、占空比及電壓峰峰值。當(dāng)作微驅(qū)動(dòng)時(shí)，控制器需要初始化微驅(qū)動(dòng)的參數(shù)，即初始化微驅(qū)動(dòng)輸出的直流電壓幅值及方向。
[0062](3)當(dāng)作宏驅(qū)動(dòng)時(shí)，初始化完參數(shù)后，控制器產(chǎn)生的幅值控制信號(hào)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換后，輸送給雙級(jí)運(yùn)算放大電路，經(jīng)雙級(jí)運(yùn)算放大電路線性放大后，輸出可調(diào)高壓直流，這個(gè)可調(diào)高壓直流作為半橋模塊的直流輸入。控制器輸出的宏驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行信號(hào)隔離、放大后輸出給半橋模塊，輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)SI?S6控制Ql?Q6的IGBT的通斷。其中Q3、Q4處于截止?fàn)顟B(tài)，由Q1、Q2、Q5及Q6組成的兩路半橋工作在DC-AC逆變狀態(tài)，將高壓直流逆變直接輸出，在A端、B端兩端輸出高頻高壓的交流電，可用PWM、PFM控制方式，改變A、B端輸出交流電的頻率、相位差等，改變雙極運(yùn)算放大電路輸出的高壓直流電的幅值，就可以改變A、B兩端輸出交流電的峰峰值。A、B端輸出交流電分別通過(guò)一匹配電路后，驅(qū)動(dòng)新型直線驅(qū)動(dòng)器或者各種超聲電機(jī)。
[0063](4)當(dāng)作微驅(qū)動(dòng)時(shí)，初始化完參數(shù)后，控制器產(chǎn)生的幅值控制信號(hào)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換后，輸送給雙級(jí)運(yùn)算放大電路，經(jīng)雙級(jí)運(yùn)運(yùn)算放大電路線性放大后，輸出可調(diào)的高壓直流電，這個(gè)可調(diào)高壓直流電作為半橋模塊的輸入電源?？刂破鬏敵龅奈Ⅱ?qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行信號(hào)隔離、放大后輸出給半橋模塊。半橋模塊中，當(dāng)Q4處于導(dǎo)通狀態(tài)，Q3處于截止?fàn)顟B(tài)，若Q5導(dǎo)通,則在第一輸出端輸出高壓直流電，若Ql導(dǎo)通，則在第二輸出端輸出高壓直流電，若Q5、Ql同時(shí)導(dǎo)通，則在第一、二輸出端同時(shí)輸出高壓直流電；當(dāng)Q3處于導(dǎo)通狀態(tài)，Q4處于截止?fàn)顟B(tài),若Q6導(dǎo)通,貝U在第一輸出端輸出方向相反的高壓直流電，若Q2導(dǎo)通，則在第二輸出端輸出方向相反的高壓直流電，若Q2、Q6導(dǎo)通,則能在第一輸出端、第二輸出端輸出方向相反的高壓直流電；第一輸出端、第二輸出端輸出高壓直流電的幅值隨著雙極運(yùn)算放大電路輸出的高壓直流電的幅值改變而改變。
[0064]實(shí)施例2
[0065]本實(shí)施例除下述特征外其他結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1:如圖10所示，本實(shí)施例直線驅(qū)動(dòng)器的宏微驅(qū)動(dòng)電源，包括控制電路、電壓變換電路、放大電路、半橋模塊、光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路和兩個(gè)匹配電路。與實(shí)施例1相比有以下區(qū)別:電壓變換電路包括升壓變換模塊、獨(dú)立電源模塊和低壓電源模塊，其中升壓變換模塊包括依次相連的第一推挽逆變電路、高頻升壓變壓器與高頻整流電路，獨(dú)立電源模塊包括第二推挽逆變電路、若干路變壓器、若干路低壓整流穩(wěn)壓電路。低壓電源模塊包括低壓穩(wěn)壓電路。高頻整流電路與雙級(jí)運(yùn)算放大電路相連，低壓整流穩(wěn)壓電路與光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路的上半橋驅(qū)動(dòng)電路分別相連，低壓穩(wěn)壓電路分別與控制器、輸入電路、光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路的下半橋驅(qū)動(dòng)電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、雙級(jí)運(yùn)算放大電路相連，用于為上述各電路供電。
[0066]本實(shí)施例中，電壓變換電路中的升壓變換模塊電路原理如圖11所示，升壓變換模塊用于對(duì)24V直流電源進(jìn)行DC-DC變換，然后輸出高壓直流電。其中第一推挽逆變電路采用推挽拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，用于對(duì)低壓直流電進(jìn)行高頻逆變。控制器發(fā)送2路獨(dú)立的控制信號(hào)經(jīng)光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行信號(hào)隔離放大后，將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)送到第一推挽逆變電路。高頻升壓變壓器用于對(duì)第一推挽逆變電路輸出的低壓交流信號(hào)進(jìn)行升壓，并且在升壓后輸出高頻高壓的交流電。高頻整流電路為全橋整流電路，用于將高頻升壓變壓器輸出的高頻高壓交流電整流濾波后輸出高壓直流電，并且將高壓直流作為雙級(jí)運(yùn)算放大電路的直流輸入。
[0067]本實(shí)施例中，電壓變換電路中的獨(dú)立電源模塊電路原理如圖12所示，獨(dú)立電源模塊采用三路DC_DC變換結(jié)構(gòu)，獨(dú)立電源模塊用于對(duì)24V直流電源進(jìn)行DC-DC變換，然后輸出三路獨(dú)立直流電。其中第二推挽逆變電路采用推挽拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，用于對(duì)低壓直流電進(jìn)行逆變?？刂破靼l(fā)送2路獨(dú)立的控制信號(hào)經(jīng)光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行信號(hào)隔離放大后，將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)送到第二推挽逆變電路。三個(gè)變壓器用于對(duì)第二推挽逆變電路輸出的交流信號(hào)進(jìn)行隔離，并且在變壓器二次端輸出交流電。三路低壓整流穩(wěn)壓電路為全橋整流電路，用于將變壓器輸出的交流電整流濾波后輸出直流電，并且將輸出的直流作為光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路上半橋驅(qū)動(dòng)電路的獨(dú)立供電電源。
[0068]本實(shí)施例中，低壓穩(wěn)壓電路采用多片三端集成穩(wěn)壓芯片，用于對(duì)低壓直流輸入進(jìn)行降壓穩(wěn)壓，輸出幅值為3.3V、5V、10V、15V等穩(wěn)定的直流電，這些幅值的直流電作為各芯片的供電電源。
[0069]本實(shí)施例中，雙級(jí)運(yùn)算放大電路原理如圖13所示，采用雙級(jí)放大結(jié)構(gòu)，其中前置低壓誤差放大器采用低噪聲、非斬波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)算放大器集成電路，后置采用單電源供電的高壓功率放大器；控制器輸出的信號(hào)包括12位數(shù)字信號(hào)及10路IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其中12位數(shù)字信號(hào)輸送給數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，用于調(diào)節(jié)宏微驅(qū)動(dòng)電源輸出信號(hào)的幅值大小，10路IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸送給光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路，經(jīng)光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行信號(hào)隔離、放大后，將其中的6路IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)用于驅(qū)動(dòng)半橋模塊,另外4路IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)用于驅(qū)動(dòng)第一推挽逆變電路和第二推挽逆變電路。
[0070]本實(shí)施例中，光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路用于放大控制器產(chǎn)生的10路驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并將隔離放大后的驅(qū)動(dòng)信號(hào)SI?S6輸送給半橋模塊的Ql?Q6，另外4路輸送給第一推挽逆變電路和第二推挽逆變電路。光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路由若干片IGBT門驅(qū)動(dòng)光電耦合器組成，光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路的電路原理如圖7所示，光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)SI?S6分別控制Ql?Q6的IGBT的通斷，另外4路分別控制兩個(gè)推挽電路的4個(gè)IGBT的通斷。
[0071]本實(shí)施例的目的是:以DC24V作為電源輸入，通過(guò)穩(wěn)壓后，輸出3.3V、5V、10V、15V及三路獨(dú)立的15V等直流，給各個(gè)集成芯片供電；通過(guò)DC-AC逆變、升壓、整流后，輸出430V的直流電，給雙級(jí)運(yùn)算放大電路供電，雙級(jí)運(yùn)算放大電路輸出的可調(diào)電壓給半橋電路供電，通過(guò)控制器輸出特定的控制信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)電路分時(shí)輸出兩相交流電及高壓直流電。[0072]本實(shí)施例的工作流程為:
[0073](I)上電后，由控制器初始化各個(gè)模塊，初始化輸入模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路及光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路。
[0074](2)初始化完成后，控制器輸出4路PWM脈沖波形，經(jīng)過(guò)光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行信號(hào)隔離放大后，輸出給第一推挽逆變電路和第二推挽逆變電路，其中第一推挽逆變電路將低壓直流電進(jìn)行高頻逆變，經(jīng)高頻升壓器升壓后輸出高頻高壓的交流信號(hào)，此信號(hào)再經(jīng)高頻整流電路整流濾波后輸出高壓直流電作為雙級(jí)運(yùn)算放大電路的高壓直流輸入；第二推挽電路對(duì)低壓直流電進(jìn)行逆變，然后經(jīng)三路變壓器隔離，信號(hào)通過(guò)三路低壓整流穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓后輸出三路獨(dú)立的15V直流電，此三路獨(dú)立的直流電作為光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路上半橋驅(qū)動(dòng)電路的供電電源。
[0075](3)初始化后，控制器檢測(cè)輸入電路的各輸入信號(hào)，根據(jù)輸入電路的數(shù)字控制信號(hào)，決定是作宏驅(qū)動(dòng)還是微驅(qū)動(dòng)。根據(jù)輸入電路的模擬控制信號(hào)，啟動(dòng)控制器內(nèi)部的AD轉(zhuǎn)換，根據(jù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)，輸出信號(hào)到數(shù)模轉(zhuǎn)換電路及光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路。當(dāng)作宏驅(qū)動(dòng)時(shí)，控制器需要初始化宏驅(qū)動(dòng)的參數(shù)，即初始化宏驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率、相位、占空比及電壓峰峰值。當(dāng)作微驅(qū)動(dòng)時(shí)，控制器需要初始化微驅(qū)動(dòng)的參數(shù)，即初始化微驅(qū)動(dòng)輸出的直流電壓幅值及方向。
[0076](4)根據(jù)實(shí)施例1中的步驟，通過(guò)控制半橋模塊中各個(gè)IGBT的通斷實(shí)現(xiàn)宏驅(qū)動(dòng)或微驅(qū)動(dòng)。
[0077]上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種直線驅(qū)動(dòng)器的宏微驅(qū)動(dòng)電源，其特征在于，包括控制電路、電壓變換電路、放大電路、半橋模塊、光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路，其中控制電路用于接收并處理系統(tǒng)輸入的信號(hào)，然后產(chǎn)生的控制信號(hào)一路發(fā)送到放大電路，另一路經(jīng)光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行信號(hào)隔離后，驅(qū)動(dòng)半橋模塊；電壓變換電路用于向放大電路輸出宏微驅(qū)動(dòng)電源需要的各種幅值的直流電，以及為宏微驅(qū)動(dòng)電源中各芯片供電；放大電路包括數(shù)模轉(zhuǎn)換電路及雙級(jí)運(yùn)算放大電路，放大電路用于在控制電路控制下輸出半橋模塊所需的幅值可調(diào)的直流高壓電；半橋模塊包括由六個(gè)IGBT構(gòu)成的三路半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路，根據(jù)光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路給出的不同驅(qū)動(dòng)信號(hào)，工作在宏驅(qū)動(dòng)狀態(tài)或微驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，工作在宏驅(qū)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，輸出高頻高壓的交流電，工作在微驅(qū)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，輸出高壓直流電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線驅(qū)動(dòng)器的宏微驅(qū)動(dòng)電源，其特征在于，所述控制電路包括輸入電路、控制器及狀態(tài)顯示模塊，其中控制器用于接收輸入電路的輸入信號(hào)，并初始化宏微驅(qū)動(dòng)電源的各項(xiàng)參數(shù)，作宏驅(qū)動(dòng)時(shí)，初始化超聲驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅值、頻率、相位和占空比；作微驅(qū)動(dòng)時(shí)，初始化輸出直流信號(hào)的幅值、方向；同時(shí)，根據(jù)輸入信號(hào)的變化，改變輸出信號(hào)的各項(xiàng)參數(shù)； 所述輸入電路包括模擬信號(hào)處理單元和數(shù)字信號(hào)處理單元，模擬信號(hào)處理單元采用電阻分壓原理，輸出模擬信號(hào)給控制器，用于改變控制電路輸出信號(hào)的幅值、頻率及相位差，數(shù)字信號(hào)處理單元利用開關(guān)輸出數(shù)字信號(hào)給控制器，控制宏微驅(qū)動(dòng)電源的宏微驅(qū)動(dòng)切換； 所述狀態(tài)顯示模塊用于顯示系統(tǒng)的所處狀態(tài)； 所述半橋模塊的輸入電源為雙級(jí)運(yùn)算放大電路輸出的高壓直流電，其有3個(gè)輸出端，分別為第一輸出端、COM端、第二輸出端； 半橋模塊包括六個(gè)IGBT，分別為Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6，上述6個(gè)IGBT組成三路半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；Q1、Q2構(gòu)成一半橋電路，Q5及Q6構(gòu)成一半橋電路，二者結(jié)構(gòu)相同； 所述光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路由若干片IGBT門驅(qū)動(dòng)光電耦合器組成，其中上半橋光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路包括3個(gè)IGBT門驅(qū)動(dòng)光電耦合器，分別由專門的獨(dú)立電源供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線驅(qū)動(dòng)器的宏微驅(qū)動(dòng)電源，其特征在于，所述電壓變換電路包括升壓變換模塊和降壓變換模塊，其中升壓變換模塊包括依次相連的升壓變壓器、高壓整流電路、高壓穩(wěn)壓電路，降壓變換模塊包括依次相連的降壓變壓器、低壓整流電路與低壓穩(wěn)壓電路，用于對(duì)市電分別進(jìn)行升壓、降壓變換，然后整流穩(wěn)壓后輸出不同幅值的直流電。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的直線驅(qū)動(dòng)器的宏微驅(qū)動(dòng)電源，其特征在于，所述升壓變壓器用于對(duì)市電AC220V進(jìn)行升壓變換，并且在升壓后輸出高壓交流電；所述高壓整流電路采用全橋整流電路，用于把高壓交流電整流成高壓直流；所述高壓穩(wěn)壓電路采用集成穩(wěn)壓芯片構(gòu)成的懸浮式調(diào)壓技術(shù)，用于對(duì)高壓整流電路輸出的紋波較大的高壓直流電進(jìn)行穩(wěn)壓，并且將穩(wěn)定后的高壓直流輸出到雙級(jí)運(yùn)算放大電路；所述降壓變壓器用于對(duì)市電AC220V進(jìn)行降壓變換，并且在降壓后輸出低壓交流電；所述低壓整流電路采用全橋整流電路，用于將低壓交流電進(jìn)行整流濾波后輸出低壓直流電；所述低壓穩(wěn)壓電路采用包括若干種型號(hào)的集成穩(wěn)壓芯片的穩(wěn)壓電路，用于對(duì)低壓整流電路輸出的紋波較大的低壓直流電進(jìn)行穩(wěn)壓，輸出幅值穩(wěn)定的直流電，這些直流電作為宏微驅(qū)動(dòng)電源中各芯片的供電電源。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的直線驅(qū)動(dòng)器的宏微驅(qū)動(dòng)電源，其特征在于，所述放大電路中的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路采用集成數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，用于將控制器輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量然后輸出給雙級(jí)運(yùn)算放大電路；雙級(jí)運(yùn)算放大電路，采用雙級(jí)放大結(jié)構(gòu)，其中前置低壓誤差放大器采用雙極性運(yùn)算放大器集成電路，后置雙端不對(duì)稱電源供電的MOSFET運(yùn)算放大器，用于放大信號(hào)的電壓及功率，并將輸出的連續(xù)可調(diào)的直流電供給半橋模塊；控制器輸出的信號(hào)包括12位數(shù)字信號(hào)及6路IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其中12位數(shù)字信號(hào)輸送給數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，用于調(diào)節(jié)宏微驅(qū)動(dòng)電源輸出信號(hào)的幅值大小，6路IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸送給光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路，經(jīng)光耦隔離電路進(jìn)行信號(hào)隔離放大后，輸送給半橋模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線驅(qū)動(dòng)器的宏微驅(qū)動(dòng)電源，其特征在于，所述電壓變換電路包括升壓變換模塊、獨(dú)立電源模塊和低壓電源模塊，其中升壓變換模塊包括依次相連的第一推挽逆變電路、高頻升壓變壓器與高頻整流電路，用于對(duì)24V直流電源進(jìn)行DC-DC變換，然后輸出高壓直流電；獨(dú)立電源模塊包括依次相連的第二推挽逆變電路、若干路變壓器、若干路低壓整流穩(wěn)壓電路，低壓整流穩(wěn)壓電路分別與光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路的上半橋驅(qū)動(dòng)電路相連；低壓電源模塊包括低壓穩(wěn)壓電路，該電路分別與控制器、輸入電路、光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路的下半橋驅(qū)動(dòng)電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、雙級(jí)運(yùn)算放大電路相連，用于為上述各電路供電；控制器發(fā)送4路獨(dú)立的控制信號(hào)經(jīng)光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行信號(hào)隔離、放大后，將上述控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)送到第一推挽逆變電路和第二推挽逆變電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的直線驅(qū)動(dòng)器的宏微驅(qū)動(dòng)電源，其特征在于，所述第一推挽逆變電路采用推挽拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，用于對(duì)低壓直流電進(jìn)行高頻逆變；所述高頻升壓變壓器用于對(duì)第一推挽逆變電路輸出的低壓交流信號(hào)進(jìn)行升壓，并且在升壓后輸出高頻高壓的交流電；所述高頻整流電路為全橋整流電路，用于將高頻升壓變壓器輸出的高頻高壓交流電整流濾波后輸出高壓直流電，并且將 高壓直流作為雙級(jí)運(yùn)算放大電路的直流輸入； 所述第二推挽逆變電路采用推挽拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，用于對(duì)低壓直流電進(jìn)行逆變；變壓器用于對(duì)第二推挽逆變電路輸出的交流信號(hào)進(jìn)行隔離，并且在變壓器二次端輸出交流電；低壓整流穩(wěn)壓電路為全橋整流電路，用于將變壓器輸出的交流電整流濾波后輸出直流電，并且將輸出的直流作為光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路上半橋驅(qū)動(dòng)電路的獨(dú)立供電電源； 所述低壓穩(wěn)壓電路采用集成穩(wěn)壓芯片，用于對(duì)低壓直流輸入進(jìn)行降壓穩(wěn)壓，輸出各種低壓幅值穩(wěn)定的直流電，這些直流電作為宏微驅(qū)動(dòng)電源中各芯片的供電電源。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的直線驅(qū)動(dòng)器的宏微驅(qū)動(dòng)電源，其特征在于，所述放大電路中的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路采用集成數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，用于將控制器輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，作為雙級(jí)運(yùn)算放大電路的輸入；雙級(jí)運(yùn)算放大電路，采用雙級(jí)放大結(jié)構(gòu)，其中前置低壓誤差放大器采用非斬波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)算放大器集成電路，后置采用單電源供電的高壓功率放大器；控制器輸出的信號(hào)包括12位數(shù)字信號(hào)及10路IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其中12位數(shù)字信號(hào)輸送給數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，用于調(diào)節(jié)宏微驅(qū)動(dòng)電源輸出信號(hào)的幅值大小，10路IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸送給光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路，經(jīng)光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行信號(hào)隔離、放大后，將其中的6路IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)用于驅(qū)動(dòng)半橋模塊，另外4路IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)用于驅(qū)動(dòng)第一推挽逆變電路和第二推挽逆變電路。
9.一種基于權(quán)利要求1所述的直線驅(qū)動(dòng)器的宏微驅(qū)動(dòng)電源的控制方法，根據(jù)，其特征在于，包括步驟: (I)用戶通過(guò)控制電路中的輸入電路輸入要工作的狀態(tài)和參數(shù)，控制電路中的控制器根據(jù)上述狀態(tài)和參數(shù)對(duì)外輸出控制信號(hào)，一路發(fā)送到放大電路，另一路經(jīng)光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行信號(hào)隔離、放大后輸出給半橋模塊； (2)電壓變換電路向放大電路輸出宏微驅(qū)動(dòng)電源需要的直流高壓電，并向宏微驅(qū)動(dòng)電源中各芯片提供需要的各種幅值的直流電； (3)放大電路根據(jù)控制信號(hào)對(duì)電壓變換電路輸入的直流幅值進(jìn)行調(diào)整，然后將直流高壓電發(fā)送到半橋模塊； (4)光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制電路所發(fā)送的控制信號(hào)，對(duì)半橋模塊中的六個(gè)IGBT分別進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，使半橋I旲塊工作在宏驅(qū)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，輸出頻率、幅值、占空比均可調(diào)的聞?lì)l聞壓的交流電，工作在微驅(qū)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，輸出幅值可調(diào)、方向可變的高壓直流電。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述半橋模塊的輸入電源為放大電路中雙級(jí)運(yùn)算放大電路輸出的高壓直流電，其有3個(gè)輸出端，分別為第一輸出端、COM端、第二輸出端；半橋模塊包括六個(gè)IGBT，分別為Ql、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6，上述6個(gè)IGBT組成三路半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；Q1、Q2構(gòu)成一半橋電路，Q5及Q6構(gòu)成一半橋電路,二者結(jié)構(gòu)相同； 作宏驅(qū)動(dòng)時(shí)，Q3、Q4處于截止?fàn)顟B(tài)，Ql、Q2、Q5及Q6組成的兩路半橋逆變結(jié)構(gòu)工作在DC — AC逆變狀 態(tài)，采用PWM或PFM控制方式，第一輸出端、第二輸出端均對(duì)外輸出高頻高壓的交流電；第一輸出端、第二輸出端輸出的高壓交流電的峰峰值隨著雙極運(yùn)算放大電路輸出的高壓直流電的幅值改變而改變； 作微驅(qū)動(dòng)時(shí)，當(dāng)Q4處于導(dǎo)通狀態(tài)，Q3處于截止?fàn)顟B(tài),若Q5導(dǎo)通,則在第一輸出端輸出高壓直流電，若Ql導(dǎo)通，則在第二輸出端輸出高壓直流電，若Q5、Q1同時(shí)導(dǎo)通，則在第一、二輸出端同時(shí)輸出高壓直流電；當(dāng)Q3處于導(dǎo)通狀態(tài)，Q4處于截止?fàn)顟B(tài),若Q6導(dǎo)通,則在第一輸出端輸出方向相反的高壓直流電，若Q2導(dǎo)通，則在第二輸出端輸出方向相反的高壓直流電,若Q2、Q6導(dǎo)通,則在第一輸出端、第二輸出端同時(shí)輸出方向相反的高壓直流電；第一輸出端、第二輸出端輸出高壓直流電的幅值隨著雙極運(yùn)算放大電路輸出的高壓直流電的幅值改變而改變。
【文檔編號(hào)】H02M5/458GK103683967SQ201310667140
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月10日
【發(fā)明者】梁莉, 許志林, 張鐵民 申請(qǐng)人:華南農(nóng)業(yè)大學(xué)