[發明專利]一種V型超聲直線電機驅動電源及其驅動方法

有效

• 申請號: 202010830328.1
• 申請日: 2020-08-18
• 公開（公告）號: CN112104260B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 張鐵民;甘展宇
• 申請（專利權）人: 華南農業大學
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李君

本發明公開了一種V型超聲直線電機驅動電源，其中市電經半橋升壓電路升壓后再經整流電路整流，得到一個與市電隔離的高壓直流電，濾波及降壓電路對高壓直流電濾波，其中包括兩個串聯的電容，串聯點形成一個分壓，該分壓大小可調，得到可調直流穩壓源，用做微位移運動過程中壓電陶瓷靜態變形驅動電壓；將濾波后的高壓直流電和可調直流穩壓源接入半橋輸出電路；控制器通過驅動電路對半橋升壓電路、濾波及降壓電路以及半橋輸出電路進行調節，為超聲直線電機提供穩定的直流偏置可調的交流脈沖電壓或可調的直流電壓。本發明可實現精密定位領域中快速步進運動與微位移運動這兩種運動狀態，簡化了電機控制系統，提高了穩定性。

技術領域

本發明涉及超聲直線電機驅動電源研究領域，具體是一種V型超聲直線電機驅動電源及其驅動方法，特別適用于V型超聲直線電機在大行程精密定位的驅動情況下。

背景技術

V型超聲直線電機是一種將壓電陶瓷在驅動電壓的作用下產生的高頻機械振動轉換為電機轉子的直線運動的新型裝置，主要適用于機械加工、精密控制等領域。

V型超聲直線電機作為一種機械振動-直線運動轉換裝置，其結構與常規電機有極大的不同，對驅動電源也存在特殊的要求。因此一個良好的驅動電源對超聲直線電機的性能至關重要。目前有關超聲直線電機驅動電源設計很多，但是沒有實現步進運動與微位移運動的驅動的有機結合，也沒有實現超聲直線電機預緊力微調，沒有能夠將超聲直線電機的潛能充分發揮出來。

發明內容

本發明的主要目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種V型超聲直線電機驅動電源，該電源解決了V型超聲直線電機在精密定位領域中快速步進運動與步進間隙間的微小位移補償運動所需的電源驅動問題，使兩種運動狀態可由單一電源驅動，簡化了電機控制系統，提高了穩定性。

本發明的另一目的在于提供一種基于上述V型超聲直線電機驅動電源的驅動方法，該方法由控制器控制輸出電壓以及輸出頻率，具有電壓以及脈沖個數可調、輸出頻率范圍寬等特點，提高了微位移運動時的控制精度及響應速度，可實現微位移模式和快速步進運動模式兩種模式的驅動。

本發明的目的通過以下的技術方案實現：一種V型超聲直線電機驅動電源，包括半橋升壓電路、整流電路、濾波及降壓電路、半橋輸出電路、匹配電路、驅動電路、控制器以及反饋電路，市電經半橋升壓電路升壓后再經整流電路整流，得到一個與市電隔離的高壓直流電，濾波及降壓電路對所述高壓直流電濾波，其中包括兩個串聯的電容，串聯點形成一個分壓，該分壓大小可調，得到可調直流穩壓源，用做微位移運動過程中壓電陶瓷靜態變形驅動電壓；將濾波后的高壓直流電和可調直流穩壓源接入半橋輸出電路；控制器通過讀取反饋電路模擬信號獲取濾波及降壓電路的輸出信息，通過驅動電路對半橋升壓電路、濾波及降壓電路以及半橋輸出電路進行調節，為超聲直線電機提供穩定的直流偏置可調的交流脈沖電壓或可調的直流電壓。

優選的，所述半橋升壓電路采用半橋拓撲，使用升壓變壓器在功率管開關電路的作用下對輸入的交流市電進行隔離以及升壓，對應的功率管采用變壓器隔離驅動。

優選的，所述整流電路為全橋整流電路，采用二極管為高壓快恢復二極管。

優選的，所述濾波及降壓電路中采用三個電容為整流電路輸出的電壓濾波，其中兩個電容串聯連接，串聯點形成一個分壓，在功率管的控制下該分壓大小可調，用做微位移運動過程中壓電陶瓷靜態變形驅動電壓，提高了響應速度，降低了功耗。另一個電容除濾波功能外，還用于抑制分壓調節過程中整流電路輸出電壓可能出現的電壓抬升幅度。

優選的，所述半橋輸出電路具有兩路，將整流電路經過濾波后的高壓進行逆變，輸出帶直流偏置的交流方波脈沖。

優選的，所述匹配電路具有兩路，均為LC低通濾波器，將半橋輸出電路輸出的方波脈沖濾波后輸入到超聲直流電機振子的兩組壓電陶瓷部件。

優選的，所述驅動電路用于對控制器輸出的控制信號進行功率放大，驅動半橋升壓電路、濾波及降壓電路、半橋輸出電路中對應的功率管。