基于ARM的压电陶瓷驱动电源设计与研究

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压电陶瓷驱动电源是压电陶瓷微位移器应用中的关键部件。本文针对现有压电陶瓷电源体积大,功耗高的缺点,引入嵌入式设计方法,设计了新型压电陶瓷驱动电源。该电源的主要放大电路部分采用高压运算放大器取代分离器件,具有输出电压纹波小,稳定性好,可靠性高等优点;依据传统计算机结构模块化设计,使用了新型架构的嵌入式控制器,在保证满足原有系统功能需求的前提下克服了体积大,功耗高的缺点,为压电陶瓷驱动电源小型化、便携化奠定了基础。压电陶瓷驱动电源以S3C2410作为处理器,该处理器为32位ARM9结构,具有较快的处理速度,针对嵌入Windows CE操作系统,利用EVC编程软件,便于应用软件的开发。本文简述了压电陶瓷驱动电源的设计要求及应用背景,设计了电源各个部分的硬件模块,并给出了原理图。硬件模块设计主要包括ARM处理器及其外围电路、单片机控制电路、D/A转换电路、高压稳压电路和放大电路。其中,高压运算放大电路的设计是整个电源硬件设计的核心,在高压运算放大电路中采用高压运算放大器PA92和高精密运算放大器OP07串联,从而输入失调电压由输入失调电压较小的前置放大器OP07决定,减小了高压运算放大电路的输入失调电压,提高电源的精度。利用十路三端可调稳压器W317串联设计的高压稳压电路具有输出电压稳定且纹波小的优点。在Windows CE操作系统平台上,利用EVC软件开发包设计和编写系统的人机界面和控制程序。本文又从压电陶瓷驱动电源的稳定性、分辨率、静态交流纹波等方面对电源进行了静态测试研究,并采用Matlab工具软件对电源的测试数据进行了处理和分析。在输入为不同频率的正弦波,三角波,方波等典型动态信号时,驱动电源可以很好地跟随输入波形的变化,显示出良好的动态性能。通过对电源系统的动、静态测试研究表明,本文所设计的电源具有输出精度高,响应速度快、纹波小、驱动能力强、稳定性好、结构简单、调试方便等优点。
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