．１電源總體設(shè)計(jì)方案為提高電源的可靠性和性價(jià)比，達(dá) 到 最 佳 設(shè) 計(jì) 效 果，驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)階段主要考慮電源的整體性設(shè)計(jì)原則、低 功耗設(shè) 計(jì) 原 則、可靠性設(shè)計(jì)原則以及高性價(jià)比設(shè)計(jì)原則。同時(shí)考慮驅(qū)動(dòng)電源的市場定位和制造成本，在 不 影 響 電 源 各項(xiàng)性能參數(shù)的前提下，選用物美價(jià)廉的元器件和簡單高效的 加 工 工 藝，以提高設(shè)備在市場中的競爭力?？傮w設(shè)計(jì)方案中驅(qū)動(dòng)電源的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)，按 功 能將其分為輸入控制模塊、電 壓 放 大 模 塊、直 流 穩(wěn) 壓 模 塊和電荷檢測模塊４部 分。輸入控制模塊根據(jù)檢測到的電 荷 量 輸 出 相 應(yīng) 的 電 壓；直 流 穩(wěn) 壓 模 塊 提 供 穩(wěn) 定 的 直流 電 壓；電壓放大模塊實(shí)現(xiàn)電壓的放大功能，輸 出 具 有一 定 驅(qū) 動(dòng) 能 力 的 穩(wěn) 壓 電 壓，該 部 分 決 定 著 驅(qū) 動(dòng) 電 源 的輸 出 性 能，是 電 源 設(shè) 計(jì) 的 核 心 部 分；電荷檢測模塊則以積分電路為核心，測得容性負(fù)載的電荷量，并 反 饋 到 電源的輸入控制模塊，在電源內(nèi)部形成閉環(huán)系統(tǒng)，使 電 源具備電壓控制型驅(qū)動(dòng)電路的低頻穩(wěn)定性，同 時(shí) 具 備 電荷控制型驅(qū)動(dòng)電路的良好的動(dòng)態(tài)性能［９－１０］。電 源 總 體設(shè) 計(jì) 方 案 如 圖１所 示。圖１電源總體設(shè)計(jì)方案２．２驅(qū)動(dòng)電源詳細(xì)電路設(shè)計(jì)２．２．１核心放大電路設(shè)計(jì)核心放大電路采用電壓控制型雙級放大結(jié)前置低壓誤差放大器以獲得較小的輸入偏置電壓，后置高壓功率放大器以獲得大輸出功率和高耐壓特性。通過２個(gè)放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)放大電路的帶寬和放大倍 數(shù) 可 調(diào)。根據(jù)放大電路的知識可以得到各級電路輸入與輸出電壓之間的關(guān)系：
考慮到二級放大的輸出電壓非常高，故 選 用ＰＡ７８ＤＫ放 大 芯 片，ＰＡ７８由 美 國ＣｉｒｒｕｓＬｏｇｉｃ公司設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，是一款輸出電流可達(dá)１００ｍＡ的 高 電 壓、低 靜 態(tài) 電 流ＭＯＳ－ＦＥＴ型 運(yùn) 算 放 大 器。單、雙端供電模式下，該 運(yùn) 放 輸 出 電壓的擺幅可分別達(dá)到＋４４０Ｖ和±２１５Ｖ，轉(zhuǎn) 換 速 率 為８Ｖ／μｓ，同時(shí)具有很高的電源電壓抑制比，降 低 了 對 高 壓直 流 電 源 的 要 求。而 且，ＰＡ７８ＤＫ集 運(yùn) 算 放 大 器、功 率 放大 電 路、保 護(hù) 電 路 于 一 體，使電路的集成度和可靠性大大提 高，同 時(shí) 減 小 了 體 積；一級放大電路選用ＯＰ０７ＣＰ運(yùn) 算放 大 器。高壓運(yùn)算放大器電路設(shè)計(jì)
放大電路的輸入電壓設(shè)定為±１０Ｖ。前 級 放大電路的放大倍數(shù)設(shè)計(jì)為１，后 級 為１２，因此電路總體放大 倍 數(shù) 為１２，輸 出 電 壓 的 最 大 值（峰－峰 值）為±１２０Ｖ，在這 種 情 況 下，ＰＡ７８ＤＫ的供電電壓至少要達(dá)到±１５０Ｖ。整體電路的輸入失調(diào)電壓由前置放大器ＯＰ０７ＣＰ決 定，其最大輸入失調(diào)電壓為０．８ｍＶ，提高了電路的精度，減 小 了漂 移 誤 差
采用低壓串聯(lián)法，用化零為整的方法，將多路獨(dú)立的低壓直流穩(wěn)壓電源串聯(lián)組成所需的高壓直流作為穩(wěn)壓電源，整個(gè)穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓性能和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性由每個(gè)獨(dú)立可調(diào)的低壓電壓電源的性能決定。通過這種方法得到的高壓直流電源具有輸出電壓可調(diào)節(jié)范圍廣、穩(wěn)定性高和紋波小等優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計(jì)中由８路４０Ｖ的低壓直流穩(wěn)壓電路串聯(lián)得到±１５０Ｖ的 高 壓 直 流，穩(wěn) 壓 芯 片 采 用ＴＩ的三端穩(wěn)壓芯片ＬＭ３１７。每一路的設(shè)計(jì)分為變壓器部分、全橋整流和濾波部分以及穩(wěn)壓電路部分３個(gè)部分。將８路低壓直流電路依次串聯(lián)起來，４路提 供 正 的 電 壓，４路提供負(fù)的電壓，便 可 以 得 到±１５０Ｖ的高壓直流穩(wěn)壓電源
２．２．３壓電驅(qū)動(dòng)器放電回路設(shè)計(jì)壓電陶瓷是電介質(zhì)，在分析和應(yīng)用時(shí)經(jīng)常等效為容性負(fù) 載，其兩端的電壓不能發(fā)生躍變。因 此，在 高 壓 運(yùn) 放 的輸出端設(shè)計(jì)了供壓電陶瓷快速放電的放電回路。經(jīng) 分 析后 選 用 低 功 耗、低 補(bǔ) 償 電 壓 的 比 較 器ＬＭ３９９，具 有 快 速 轉(zhuǎn)換 速 率 的 功 率 場 效 應(yīng) 管ＩＲＦ７４０、Ｄ１、Ｄ２及精密可調(diào)電阻構(gòu)成快速放電回路。
高壓輸出電壓經(jīng)穩(wěn)壓二極管進(jìn)入比較器的輸入端，經(jīng)比較器ＬＭ３９９時(shí)Ｖ＋＜Ｖ－，且在對壓電陶瓷充電過程中始終保持這種狀態(tài)，此時(shí)比較器的輸出電平為低電平，場 效 應(yīng)管不工作；當(dāng)高壓運(yùn)放輸出電壓下降時(shí)，Ｖ＋＜Ｖ－，此 時(shí) 比 較器的輸出為高電平，場效應(yīng)管處于導(dǎo)通狀態(tài)，壓 電 陶 瓷 經(jīng) 過場效應(yīng)管和小阻值電阻快速放電，其放電時(shí)間為ｍｓ級。放電回路的設(shè)計(jì)，能顯著提高驅(qū)動(dòng)電源定位的快速響應(yīng)能力，使其能應(yīng)用于壓電材料作為驅(qū)動(dòng)器的精密驅(qū)動(dòng)場合。
