基于电荷控制的压电陶瓷驱动电源研究(2)
直流放大式根据不同的电路结构能够分为误差放大式和电流跟随式。
1.1.2 电荷控制型
电荷控制型是依据压电陶瓷的位移与两端电荷量的近似比例[5]，依靠对压电陶瓷两端电荷的精确调节来达到线性驱动。压电陶瓷两端电荷获得的方法有两种，一种是对电流进行积分，另一种是利用反馈电容和压电陶瓷两端电荷相等的原理，利用两电容之间比例确定压电陶瓷上的电压值。电荷控制型的方法有两种：一种是电压驱动式，控制的是压电陶瓷两端电荷，被叫做电压源电荷反馈控制法；另一种是电流驱动式，控制的仍然是两端电荷，被叫做电流源电荷反馈控制法[6] 。
电荷控制型需要添加额外的进行电流测量的仪器，而且压电陶瓷片的等效阻抗还要用实验来确定具体数值，而且压电陶瓷的阻值还被不少原因制约，多种条件使得补偿电流不好确定。所以，电荷控制型比较适合功率要求比较苛刻的场合还有静态定位的场合，是一种比较有前景的驱动电源技术。
电压驱动式是目前使用率较高的技术。当在压电陶瓷两端接电压时，压电陶瓷的表面形成诱导电荷，其与压电陶瓷的应变成近似比例关系，所以，可以用电荷量来估算压电陶瓷片
的位移，我们由此利用对电荷的调节实现对压电陶瓷的线性调节。
电路设计中，反馈端既能是电容，又能是电阻[7,8,9]，电荷驱动型简单电路图和电流驱动型简单电路图分别如图 1.1、1.2 所示。
图 1.1 电荷驱动型 图 1.2 电流驱动型
1.2 国内外研究现状
1.3 电荷控制型压电陶瓷驱动电源技术的优势
国内市面上目前相对较常见的是电压控制型，主要适用于静态、低频的情况，然而在动态需求比较高的场景中，电压控制型的带负载能力出现了显而易见的下滑，有效带宽也开始出现变窄，导致该方式很难达到动态场景中的需求。传统电荷控制型尽管可以达到动态场合的部分需求，比如有效带宽增多，不过电路仍然有着明显漏电流现象，导致了驱动电源不够稳定。采用线性控制的驱动电无法保证很好的运行效率。当面临动态应用的场景时，倘若保持供电电源功率恒定并且输出功率要求较小，而功率放大器承载了电源的绝大多数功率，倘若散热的措施不够好，就会容易导致损坏驱动电源的结果，尤其是采用电压控制型的驱动电源，十分需要散热，所以动态场景中的性能非常不稳定。而人类未来的研究肯定对动态应用要求越来越高，人们需要的也是动态情况下更佳的压电陶瓷驱动电源。所以，人们研究的方向就转移到了其负载能力差、效率低下、稳定不够、有效带宽太窄及体积过大等缺点上。对于要求高动态的场景，需要的是带载能力强、效率高、性能稳定、有效带宽更宽以及有着更小电源体积的驱动电源，这样的电源适合用在高动态、精密定位等场景，所以说对能够在动态场景实现精密定位的电源的研究有着相当的实际作用。
电荷量是通过电容和两端电压相乘的乘积得到的。控制电容的形式有电压以及电荷控制型。压电陶瓷等效电阻值能够很大，大到能达到几十到几百兆欧姆，近似能够与电容等效，不过实际场景里，二者有着很大的不同。压电陶瓷能够应用在高精度、高功率、大带宽的定位系统，不过电容却不能。已知电压方式和电荷方式是两种控制压电陶瓷的基本方式。电压控制法是最早投入使用的方法，它的定位精度比较高。通过反馈和输入二者的电阻的比值可知输出和输入电压二者之间的比例关系。不过电压控制型驱动电源输出的有效带宽很窄，通常仅仅 上下，并且有着很严重的迟滞现象，在输出频率更高的场合完全无法达到要求。