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摘要:根据大量变形镜压电陶瓷驱动单元的特点,设计了一种高带宽、适合扩展到多通道输入的压电陶瓷驱动电源。它利用光耦合将NMOS晶体管从源极隔离到驱动电源,修改电路结构,保证电源比特率。

驱动电源驱动100nF的容性阻抗时,可实现-300 ~ 300 v的双极高压输入,电压增益35.5dB,信号无噪声时,小信号呼叫频率约10kHz,大信号呼叫频率为2kHz,瞬时充放电电流平均为400mA。实验表明,驱动电源的性能满足变形镜驱动的抑制要求,电路结构非常简单。在第0章自适应光学(AO)系统中,变形镜(DM)作为波前校正器,通过改变镜面形状来校正大气湍流引起的波前畸变,从而提高光学质量和图像分辨率。

压电陶瓷变形镜的镜面变形由多个压电陶瓷驱动器的前端构成,压电陶瓷驱动器的一端与镜面相同,另一端与基座相同。每个司机都必须从独立国家的驱动电源获得驱动电压。单独PZT的电场升降,由于逆压电效应会产生横向和水平方向的前端应力,从而在镜面上产生应力。为了产生所需的正负变量,PZT必须施加几百甚至上千伏的双极高压,因此需要驱动电源,输入双极低压信号。

压电陶瓷变形镜驱动器相当于容性阻抗,因此当工作频率或电压增加时,所需的驱动电流就会减小。随着AO系统校准时间频率的提高,变形镜高压驱动电源的动态性能的抑制性更低,随着AO系统校准空间频率的降低,单元数量也大大减少,所以驱动电源的动态性能、体积和功耗的抑制性肯定更高。目前市场上双极高压输入的压电陶瓷驱动电源性能优良,但体积大,地下通道数少,易扩展,不能满足多单元(数百或数千)变形镜驱动的拒绝。本文研制了一种基于光耦和功率NMOS晶体管的压电陶瓷驱动电源,具有良好的动态性能和简单的电路结构。

1变形镜高压驱动电源的设计1.1变形镜高压驱动电源的工作原理压电陶瓷变形镜拒绝高压驱动电源。除了双极高压输入和低动态性能外,它还拒绝稳定性低、线性度好、纹波小的驱动电源。一般来说,驱动电源采用如图1右图所示的DC标度原理结构,主要由误差标度级、高压功率放大级、电压负反馈网络和高压DC电源组成。误差缩放级缩放输出高压控制信号与电压-系统信号的差值,形成负反馈,在电源闭环时平滑驱动电压增益;高压功率放大级构建电压和电流的缩放,符合变形镜驱动对电压和电流的抑制;高压DC电源获得高压功率放大器级所需的高压DC功率。

基于上述原理和结构,本文设计的变形镜高压驱动电源原理图如图2右图所示,高压结构运算放大器U1A包括误差缩放级;电阻器R2和C1用于降低该级的高频增益并防止波动。误差缩放级的输入驱动高压功率放大器级产生高压功率信号来驱动可变形镜压电陶瓷驱动器。电阻Rf和R3以及耐热高压电容Cf包含负电压反馈,这使得闭环电压增益在驱动的比特率范围内
当输出信号为0时,光耦合器U2和晶体管Q2不导通。

此时,NMOS晶体管Q1、电阻器R10和R14以及电压调节器D1包含具有恒定输入电流的电流源。当光耦合器U2的输入电流减小时,驱动晶体管Q2的集电极-发射极电流减小。

Q2可视为由光耦合器输入电流控制的电流源,驱动NMOS晶体管Q1的电流源输入电流减小。总之,单元电路可以看作是由光耦输入电流控制的星形电流源。当两个单元电路水平连接时,如图2右图所示,上下单元电路相互视为电流源(相互看时电阻很大),所以当没有阻抗时,上下可控电流源的电流值的微小变化不会在输入v中。

在结处产生相当大的电压旋转,从而构成电压的缩放。由于晶体管中包含的可控电流源具有较高的电流比例因子,当驱动电源驱动容性阻抗时,光耦合器输入电流的微小变化就可以使可控单元电路产生相当大的输入电流,使得驱动电源需要从阻抗中输入或放电相当大的电流,从而构成功率比例。与传统的具有独立的国家电压缩放级和功率级的驱动电源相比,该驱动电源将电压缩放级和功率放大级合二为一,在保证功率比特率的前提下增加了电路级。

高压功率放大级的输出信号由光耦产生。由于光耦合器中的信号传输是由光构成的,所以光耦合器的输出和输入信号是电分离的,所以无论光耦合器的输出和输入级之间存在多大的电势差,信号传输都是可以构成的。这使得误差缩放级的高压输入信号能够控制高压功率放大器级的高压信号。同时,由于光耦合器的隔离,高压功率放大级需要使用与PZT驱动器充放电电路相同的电路结构。

此外,单元电路中只使用了高压大功率NMOS晶体管,避免了难以获得的耐热高压大功率PMOS晶体管,大大简化了电路结构。使其具备驱动多元压电陶瓷变形镜的先决条件。1.3驱动电源的稳定性contRol当高压驱动电源驱动电容式变形镜驱动器时,驱动电容CL与驱动电源的开环输出电阻ro相互作用,不会在驱动电源的调用上产生新的零点,导致相位滞后,从而影响驱动电源的稳定性。

为了保证稳定性,防止波动,在驱动电源对系统电阻Rf上并联一个耐高压电容Cf,降低比特率范围内的零点,引起幅度滞后,补偿终端容性阻抗引起的相位滞后,从而保证驱动电源的稳定性。:ag体育。

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