极端台址环境下压电陶瓷驱动技术的研究

• 作 者: 赵顶
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院大学
• 发表日期: 2015年期
• 关键词: 天文光学望远镜 压电陶瓷 驱动技术 运算放大器 电路设计 极端台址环境

近几年，我国天文选址的结果都显示南极内陆是目前地面上最好的天文台址。基于南极冰穹A的优良台址条件，研究发展大视场、高分辨光学望远镜，是推动天文学发展的重要环节。以此为背景，论文研究了极端台址环境下的压电陶瓷驱动技术，在自适应变形镜、精密调焦等领域有广泛的应用，内容如下:　　1.调研了5种微位移促动器，分别是压电陶瓷堆栈型、电致伸缩型、双压电片型、静电驱动型和音圈电机（电磁）型，从促动器的刚度特性、磁滞特性、温度特性、功耗特性及位移行程等方面进行了比较。压电陶瓷堆栈具有综合的性能优势，适合在极端台址环境下工作;　　2.对PI公司“E-621驱动器+P843.10压电陶瓷”进行了测试。首先用程控电源与高精度万用表对压电陶瓷驱动系统进行了稳态性能测试，获得了磁滞特性曲线与闭环特性。然后，使用信号发生器、数字示波器进行了动态性能测试，获得了幅值和相角频率响应曲线。通过测试，发现由于E-621驱动电流较小，限制了压电陶瓷的动态性能，不能满足课题要求。　　3.在分析现有线性、开关及混合驱动方法的基础上，提出采用高压集成运算放大器的驱动方案。首先给出了设计指标、然后论述了集成运放的原理、保护措施、电路设计要点、功耗与散热设计方法。设计电路，并进行了小信号频响测试，大摆幅下的电流和温度测试和方波响应测试，结果表明设计电路达到了预计的性能指标;　　4.针对线性驱动模式功耗较大的缺点，创新地提出了压电陶瓷“开关—线性混合驱动电源”，阐述了其电路原理，并对电源效率进行了数值分析。该电源具有功耗低、节能的特性，并且能减小热沉的体积，从而提高系统集成度，有利于在极端台址下的应用。同时，创新地提出了基于磁滞特性的电平切换方法，此方法可避免因输入命令信号在电平附近来回波动而造成开关振荡，有利于电源工作的稳定。