[發(fā)明專利]一種基于ARM的超磁致伸縮微驅(qū)動器的偏置與驅(qū)動電路

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610691784.6
• 申請日: 2016-08-22
• 公開（公告）號: CN107769608A
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陶崇立
• 申請（專利權(quán)）人: 陶崇立
• 主分類號: H02N2/06
• 分類號: H02N2/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于ARM的超磁致伸縮微驅(qū)動器的偏置與驅(qū)動電路，適用于電源領(lǐng)域。

背景技術(shù)

作為高新技術(shù)之一的超精密加工技術(shù)在現(xiàn)代科技領(lǐng)域中處于相當(dāng)重要的地位，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國防工業(yè)、信息產(chǎn)業(yè)、民用產(chǎn)品等領(lǐng)域。20世紀(jì)60年代，美國對鋁合金和無氧銅鏡面切削用單刃金剛石車床的研制揭開了超精密加工機床研制的序幕。隨著超精密加工及驅(qū)動技術(shù)向高精度、寬行程、高頻響和智能化發(fā)展的趨勢，采用新型功能材料設(shè)計超精密驅(qū)動器一直是超精密加工和驅(qū)動領(lǐng)域的研究熱點。超磁致伸縮材料是一種新型的更加高效磁(電)能-機械(聲)能的轉(zhuǎn)換材料，其具有大應(yīng)變、強力和高功率密度及高精度、快速響應(yīng)和高可靠性等優(yōu)點。因此其作為一種戰(zhàn)略性功能材料，在超精密加工以及驅(qū)動技術(shù)中有著廣闊的應(yīng)用前景。

影響超精密加工機床加工精度的因素很多，其中超精密伺服驅(qū)動系統(tǒng)的性能是最關(guān)鍵的因素之一。超磁致伸縮驅(qū)動器基于超磁致伸縮材料在不同磁場強度條件下產(chǎn)生不同應(yīng)變的特性，在微驅(qū)動領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。驅(qū)動器在工作狀態(tài)下，通常需要兩組外加磁場，一組為偏置磁場，以確保超磁致伸縮材料工作在良好的線性區(qū)；另一組是驅(qū)動磁場，通過調(diào)整該磁場強度的大小使得材料發(fā)生相應(yīng)的應(yīng)變，以產(chǎn)生不同的驅(qū)動輸出行程.外加磁場一般由永磁鐵或電磁線圈提供。設(shè)計一種基于ARM的壓控電流源來控制線圈產(chǎn)生磁場的大小，增強驅(qū)動器的可擴展性，實現(xiàn)對超磁致伸縮驅(qū)動器的動態(tài)控制，提高驅(qū)動器的工作效率，對超精密加工領(lǐng)域有著重要的現(xiàn)實意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種超磁致伸縮微驅(qū)動器的偏置與驅(qū)動電路，電路結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，響應(yīng)速度快，線性度好，提高了系統(tǒng)的運算速度以及工作效率，功耗較低，且具有良好的抗干擾性和可靠性。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是。

基于ARM的超磁致伸縮微驅(qū)動器的偏置與驅(qū)動電路由磁鐵線圈、懸浮負載恒流源、DA輸出±5V電路、驅(qū)動器電路組成。

所述磁鐵線圈選用純線圈偏置與驅(qū)動形式，即采用兩組線圈分別接通電流而產(chǎn)生偏置磁場和驅(qū)動磁場。其偏置磁場均勻性較好，且結(jié)構(gòu)比較簡單，控制較為靈活。

所述懸浮負載恒流源采用雙電源互補對稱功率放大電路，在該電路中使用了兩個參數(shù)對稱的MOSFET，以確保正負大電流的輸出。采用功率M()SFET的線性功率放大器，具有線性度好、頻帶寬、電路簡單、可靠性高等優(yōu)點。

超磁致伸縮微馭動器的偏置和驅(qū)動磁場的大小實質(zhì)上是由控制通過偏置和驅(qū)動線圈的電流大小來完成。需要采用功率運算放大器的恒流源電路。為了簡化控制，使得控制電壓U與輸出負載電流成為簡單線性關(guān)系，應(yīng)恰當(dāng)選擇R1-R3和RS的阻值。控制電壓設(shè)計由DA芯片控制輸出。

所述DA輸出±5V電路采用的DA芯片是AD5623，它是一塊低功耗、高精度12位的DA芯片。該芯片具有兩個模擬輸出接口，內(nèi)部自帶參考電壓為2.2V-5V，因此其輸出電壓的范圍最高為5V。而根據(jù)上述恒流源的設(shè)計，控制電壓輸入要求為±5V。

Uo是芯片AD820的反相輸入電壓，給定供電電壓5V，Uo的范圍為-5V～+5V。為了防止后接的恒流源電路影響Uo的箱出，因此在Uo和控制電壓UR之間加入了一個緩沖運放，實現(xiàn)兩者的隔離，以免后繼的驅(qū)動電路影響前面的數(shù)字芯片的工作。

所述啟動器電路由NMOS管M2～M5組成一個全橋結(jié)構(gòu)，由M1和M6構(gòu)成的電流源供電阻值相同的取樣電阻。和Rl跨接在輸出端，根據(jù)輸入的信號gpl，gp2和gn3，gn4電流，在M2，M15和M3之間切換并且通過端口P和N輸出到負載100Ω電阻。通過適當(dāng)調(diào)整refp和refn的電壓大小可以在負載電阻兩端產(chǎn)生符合標(biāo)準(zhǔn)的LVDS信號。

所述ARM芯片接口電路中，LPC2132的SPI接口配置為MOSI模式，且傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為時鐘下降沿有效，其MOSI接口與AD5623的DIN接口相連，SPI時鐘SCLK接口與AD5623的時鐘SCLK接口相連，而利用一個GPIO接口，PL 3作為SYNC引腳的控制接口。當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸開始時，PL 3將引腳SYN的電平拉低，則AD5623開始在每個時鐘的下降沿讀取數(shù)據(jù)，且從高位讀取。

本發(fā)明的有益效果是：電路結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，響應(yīng)速度快，線性度好，提高了系統(tǒng)的運算速度以及工作效率，功耗較低，且具有良好的抗干擾性和可靠性。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

圖1是本發(fā)明的懸浮負載恒流源。

圖2是本發(fā)明的DA輸出±5V電路。