文 献 综 述

1. 压电陶瓷用功率放大器课题背景与意义

压电陶瓷是一能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料。压电陶瓷是功能陶瓷中应用极广的一种。日常生活中很多人使用的”电子打火机”和煤气灶上的电子点火器，就是压电陶瓷的一种应用。点火器就是利用压电陶瓷的压电特性，向其上施加力，使之产生十几kV的高电压，从而产生火花放电，达到点火的目的。

压电陶瓷驱动器是一种利用压电材料逆压电效应制作的微驱动器，它是近年来倍受关注的新型精密驱动器，其具有体积小、推力大、定位精度高、分辨率高、频响快等优点，并且不发热，不产生噪声，己成为微机电系统中重要定位及驱动元件，在纳米技术、精密测量、微细加工、微电子和机器人等领域取得了广泛应用。超精密切削加工的压电陶瓷微量进刀机构、压电陶瓷补偿执行机构;压电陶瓷微动工作台;压电陶瓷光纤对接初筛口压电陶瓷自动调焦跟踪系统等均是压电驱动器的重要应用。压电陶瓷的出现开创了精度进入纳米级的新时代。

驱动控制电源是压电陶瓷驱动器的关键驱动部件，其对压电陶瓷驱动器的微位移性能影响很大，特别是机构的动态使用特性，很大程度上取决于驱动电源的动态性能，因此，压电陶瓷驱动电源技术已成为目前压电陶瓷驱动器应用中的关键技术之一。

近年来，随着各种需求的增加，压电陶瓷的动态应用越来越广，对其要求也越米越苛刻，频带宽度、非线性失真、抗自激能力等动态性能要求很高，目前国内关于压电陶瓷器件的应用很多限于静态特性，对于动态扫描有很多困难待解决，其中最迫切的就是驱动电源，电源的不成熟严重地制约了压电陶瓷在动态方面的基础研究与应用。设计压电陶瓷驱动器电源所面临的问题主要有:国内压电陶瓷动态驱动电源的研究起步较晚，而且不够深入，目前普遍把压电陶瓷器件视为电容性负载，但实际并非如此。把压电陶瓷驱动器单纯地等效成为电容便忽略了一个重要的因素，它不是一个简单的电子器件，而是一个微型的机电转换装置，可把电能转换为机械能，也可把机械能转换为电能，当驱动器采用双晶片结构时，驱动器内部产生的应变能也是不容忽视的。另外，由于压电陶瓷驱动器是靠逆压电效应驱动的机械性器件，这导致了两个后果:在正常工作时，由于压电陶瓷在电场作用下产生伸缩，因此会导致其电容随电压变化而变化，这会使驱动器产生一个充电和放电过程，会对驱动电源产生不良影响;其次，驱动器的电容还会受到驱动频率的影响，当驱动器本身固有振动频率同驱动频率一致或接近时，会产生由于共振引起的容抗大幅下降的现象，这也会影响驱动电源的输出。压电陶瓷驱动器工作时伴有很复杂的过程，电能、电场能、应变能、机械能(用于驱动负载)之间的相互转换，相互祸合，动态工作时以电容为代表的各参数随驱动器工作而变化的特性以及同频率相关的一些特性都给驱动电源的设计提出了很高的要求。

压电陶瓷位移技术的推广、压电陶瓷微位移器件(或装置)的使用，都依赖于性能良好的驱动控制电源。在微位移系统中利用压电陶瓷在电场作用下产生的应变驱动相关机构产生微位移，应变受控于驱动电源的频率、电压及波形，在二维或三维系统中还与各路驱动信号之间的相位有关。因此频率、相位、电压和输出波形可在线编程的任意波形功率电源已成为精密仪器和精密机电系统中的重要驱动电源，是决定定位及驱动精度的重要因素之一。

2. 压电陶瓷用功率放大器研究课题的国内外研究现状的介绍以及应用

频率、相位、幅度和输出波形可以程控的任意波形功率驱动电源己成为精密仪器或精密机电系统中的重要驱动电源，是决定定位及驱动精度的重要因素之一。随着压电陶瓷驱动器的日益广泛应用，压电陶瓷驱动电源技术也得到越来越多的重视，世界各国都竞相开展对压电陶瓷驱动电源技术的研究。如美国AA-Lab SYSTEM公司、美国RHK公司、德国PI公司等都在研制开发一系列的压电陶瓷驱动电源。而我国在压电驱动电源，特别是频率、相位、幅度和输出波形可以程控的任意波形功率驱动电源领域的研究处于滞后状态。进口产品垄断国内市场而且价格昂贵，如德国进口的E-500压电陶瓷驱动电源高达几千欧元。国内主要生产厂家有哈尔滨博实精密有限公司HPV系列、B系列和C系列压电陶瓷驱动电源，但是波形主要仅限于正弦波、方波、三角波、锯齿波等标准信号波形。鉴于这样的现状，研制频率、相位、幅度和输出波形可以程控的任意波形功率驱动电源显得很有必要。本文着重研制基于嵌入式PC, DDS技术和CPLD/FPGA的低成本、小型化、可独立工作的频率、相位、幅度和输出波形可以程控的压电陶瓷功率驱动电源。