基于ARM 的高分辨率压电陶瓷驱动电源设计方案（二）

4 驱动电源实验结果

实验用压电陶瓷驱动电源的稳压电源采用长峰朝阳电源公司的4NIC-X56ACDC 直流电源，输出电压精度≤1%,电压调整率≤0.5%,电压纹波≤1 mV(RMS)、10 mV(P-P)。测量设备采用KEITHLEY 2000 6 1/2Multimeter.

首先对DAC输出分辨率进行测量，ARM控制器输出持续5 s的阶跃信号，同时在DAC输出端对电压信号进行测量，将测量结果部分显示见图8.图8 中显示AD5781的输出电压分辨率可达3.89e-5 V,即38.9 μV.

在模拟电路中，噪声是不可避免的。对于压电驱动电源来说，噪声的等级限制了驱动电源的输出分辨率。

图8、9分别给出经典放大电路和改进后的放大电路的测试噪声。从图中可得通过使用PI控制器和相位补偿元件将压电驱动电源的输出噪声从1.82 mV(RMS)降低至0.43 mV(RMS)。

 

 

 

 

图10给出了放大电路的输出分辨率，放大电路的分辨率决定了PZT的定位精度，如要实现纳米级的定位精度，驱动电源的分辨率需要达到毫伏级。图10中，输出电压的分辨率可达到1.44 mV.

 

 

最后，给出驱动电源电压线性度曲线。线性度能够真实的反映出输出值相对于输入真值的偏差程度。

线性度曲线如图11所示。得到拟合直线Yfit=9.846Vin+0.024 2,最大非线性误差为0.024%,能够满足精密定位需求。

 

 

5 结论

本文设计的基于ARM的高分辨率压电陶瓷驱动电源的方案，该方案采用直流放大原理，具有低电路噪声、高分辨率和低输出非线性度等特性，同时驱动电源的带宽可达100 kHz.以上特性使本方案的压电驱动电源能够应用于纳米级静态定位的需求，由于其性价比高、结构简单，故具有很高的实用价值。而实验结果也表明：本方案所设计的电源输出电压噪声低于0.43 mV、输出最大非线性误差低于0.024%、分辨率可达1.44 mV,能够满足高分辨率微位移定位系统中静态定位控制的需求。