随着科学技术的不断发展,压电致动器凭借其大行程、快速响应、高精度等优势,已经在半导体制造、航空航天、光学通信以及生物医学工程等领域中得到广泛应用;而压电陶瓷驱动电源则是决定压电致动器运动速度和定位精度的关键因素;目前,为了增加行程和输出力,压电致动器采用了多个压电叠堆,但这也带来了阶跃响应慢、稳定性差和通道数单一等问题;为了解决这些问题,本研究旨在设计一款专门面向压电致动器的压电陶瓷驱动电源,以实现压电致动器的快速运动和精密定位。首先,介绍了压电陶瓷的特性参数,并分析了压电叠堆的结构和性能;设计了一种特殊的测量装置,用于对压电叠堆进行分析,并得出了压电叠堆的动态特性;此外,还对压电直线电机的总体结构和工作原理进行了分析;结合压电叠堆的动态输出特性和压电直线电机的工作机理,提出了压电陶瓷驱动电源拟实现技术指标参数。其次,根据压电直线电机驱动的要求,提出了压电陶瓷驱动电源的总体方案设计;针对压电陶瓷驱动电源阶跃响应慢和通道数单一的问题,提出了一个由OPA2277UK和PA79DK组成的复合双级线性放大电路,选择了低压低失调运算放大器作为前级,以及高压运算放大器作为后级,并采用复合放大负反馈的连接方法;此外,还分析了运算放大器的选型、线性放大电路和驱动电源增益的设置;针对压电陶瓷驱动电源稳定性差的问题,进行了压电陶瓷等效电容对电路频率特性的分析,深入研究发现在驱动电源接入容性负载后电路会新增fp极点,导致电路的自激振荡,采取了隔离电阻、反馈电容和对称相位补偿方案,修正了Aol曲线与1/β曲线的闭合速率,从而提高系统的稳定性和性能;针对压电陶瓷驱动电源在工作过程中存在的安全问题,添加了1W高精度限流电阻和输入输出端保护二极管,防止输出电流过大、差分电压的输入和压电叠堆在正压电效应下的电荷反向输入;使用Multisim电路仿真软件进行了仿真验证,结果表明压电陶瓷驱动电源具有高动态和高稳定性;使用EDA设计软件Altium Designer绘制了PCB版图,并试制了多通道压电陶瓷驱动电源样机。最后,为了验证压电陶瓷驱动电源是否达到研究目标,搭建了压电陶瓷驱动电源测试和电机运行平台的实验系统,设计了实验测量方法,开展了驱动电源基本性能测试和电机运行测试实验研究;实验结果表明,在驱动电源实验中,在输入电压2.2V时,实际数据与拟合值的误差最大为0.45395V,非线性度误差＜0.5%,阶跃响应在空载时Tup=40μs,在1.6μF负载时Tup＜1ms;在两小时内最大漂移≤10m V;在空载和容载时,通过改变频率可以很好的输出电压控制信号;在电机运行实验中,使用试制的驱动电源样机调试压电直线电机运行,其最大运行速度为0.08mm/s。本研究课题旨在设计一款专门面向压电致动器的压电陶瓷驱动电源,采用了复合双级线性放大电路、相位补偿电路、容性负载补偿电路以及电流限制和保护电路,成功地搭建了驱动电源电路,并通过仿真分析验证了其可行性;试制了多通道压电陶瓷驱动电源样机进行物理实验验证,设计的压电陶瓷驱动电源满足压电直线电机运行需求,对于促进压电致动器的驱动研究和应用具有重要的意义。