压电陶瓷驱动器电源温度控制系统研究

    ０引言

    提高压电陶瓷驱动器定位精度的方法，除了考虑压电陶瓷驱动控制方法外，还可从压电陶瓷驱动器的驱动电源入手^{［１－３］}。从原理上讲，驱动电源可分为电压控制和电荷控制两种类型。电荷控制方法采用电流源代替电压源，但需设计专门的电荷放大器，且由于压电陶瓷是容性负载，内阻较高，因此充电电流小，响应慢，使得此法只适合于静态场合^{［４－５］}。各类驱动电源都有其优缺点，适用的场合也不同。通过选择合适的驱动电源，可有效提高开环控制的定位精度。

    目前国内大部分压电驱动电源仍是由分立性器件组成，不仅结构较复杂，且易产生自激振荡，对电源的稳定性产生影响。虽然采用超前电容补偿和引入补偿电阻可消除自激，但对电源的功率输出产生影响，电流的减小必然使压电驱动器的充放电时间延长，导致驱动电源的输出频率下降^{［６－８］}。

    随着集成电路技术的发展，近年来越来越多的科研工作者把目光投向了基于高压功率运放的驱动电源。ＡＰＥＸ公司的高压功率运算放大器ＰＡ９３是一种新型的专门用于压电驱动等高压设备的功率放大器，最 大 输 出 电 压 为４００ Ｖ，输 出 功 率 带 宽 为３０ｋＨｚ，电压转换速率为５０Ｖ／μｓ，最大输出电流为８Ａ，最小分辨率为２ｍＶ。此外，ＰＡ９３还具有很高的电源电压抑制比，输出电压更稳定，且ＰＡ９３高压功率运算放大器集运算放大电路，功率放大电路，保护电路于一体，使得电路的集成度提高，并有效地提高了整个放大电路的可靠性。半导体材料具有温度特性，其输出特性会随着温度的变化而变化，因此，功率运放的发热问题是影响并制约其应用和发展的一个重要因素^{［９－１０］}。

    温度对于压电陶瓷驱动电源的输出电压精度到底有多大的影响？是否可通过对温度的的控制，从而提高整个压电陶瓷电源输出电压的精度？压电陶瓷驱动电源的输出电压随时间的漂移有多大？为此进行了下述系列试验研究。

１ 温度控制系统设计

    对于功率放大器的散热，一般都采用风冷。将功率放大器固定在散热片上，用风扇带走散热器的热量，从而为放大器降温。为了达到较好的散热效果，要求选择尽可能大的散热片，因此增加了系统的体积。风扇还会产生噪声和热量，增加新的干扰。另一种方法是采用水冷，用水冷片中的冷却液，带走功率放大器的热量。但以上两种方法都不能对功率放大器的温度进行控制，无法保证功率放大器工作在确定的温度范围内。