精密驅(qū)動的主力軍：更高更快的壓電驅(qū)動

壓電效應(yīng)是一種施加應(yīng)力能產(chǎn)生電荷，施加電場能產(chǎn)生尺寸上變形的效應(yīng)。本質(zhì)上是一種機械能與電能交互作用的現(xiàn)象。壓電效應(yīng)分為正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)，正壓電效應(yīng)一般應(yīng)用在壓電式傳感器上，即將機械能轉(zhuǎn)為電能。壓電式驅(qū)動器大多是逆壓電效應(yīng)，利用磁效應(yīng)制成。壓電驅(qū)動將變形直接作用于從動件實現(xiàn)機械驅(qū)動，不同于傳統(tǒng)驅(qū)動器那種需要先形成旋轉(zhuǎn)再轉(zhuǎn)換為目標動力，因此壓電驅(qū)動一般具有結(jié)構(gòu)簡單、可控性高、適應(yīng)性強和精度高響應(yīng)快的特點。

因為壓電式驅(qū)動到足夠高的頻率可以產(chǎn)生可聞噪聲，在應(yīng)用上壓電式驅(qū)動器用途廣泛。而且在響應(yīng)速度上，相比LRA，ERM以及電磁閥驅(qū)動，壓電式驅(qū)動的響應(yīng)速度有極大領(lǐng)先，通常壓電式驅(qū)動響應(yīng)速度僅在1ms左右，遠快過其他驅(qū)動。

TI的DRV壓電驅(qū)動系列為Mide，Mplus，PI Ceramic，PUI Audio，TDK等主流運控廠商提供了業(yè)內(nèi)高性能的壓電驅(qū)動芯片。從總體上來看，高驅(qū)動電壓，較低的系統(tǒng)功率以及最快響應(yīng)時間是這個系列的優(yōu)勢所在。

其中DRV2700 作為一款單芯片壓電驅(qū)動器，集成了105V升壓開關(guān)、功率二極管以及全差分放大器。

（DRV2700，TI）

DRV2700的輸入信號既可以是差分信號，也可以是單端信號，而且交流或直流耦合均支持。因此DRV2700可以驅(qū)動高壓和低壓壓電負載。升壓電壓是通過兩個外部電阻進行設(shè)置的。 升壓電流限值可通過R(REXT)電阻進行編程。與此同時，升壓轉(zhuǎn)換基于滯后架構(gòu)，可最大程度上降低開關(guān)損耗，從而提高效率。另外，DRV2700支持四種 GPIO 控制的增益：28.8dB、34.8dB、38.4dB 和 40.7dB。

在集成了多種器件的情況下，DRV2700的啟動時間也僅為1.5ms，從速度上來看這個系列肯定是極為理想的壓電驅(qū)動選擇。

（高速壓電驅(qū)動芯片，SGMICRO）

SGM4547是高速壓電驅(qū)動芯片，集成了升壓DC/DC以實現(xiàn)高驅(qū)動電壓。SGM4547集成的升壓DC/DC在常用5V的供電下，最大可以輸出26V驅(qū)動電壓。在超聲波換能器驅(qū)動和壓電發(fā)生器驅(qū)動上，這個系列是比較優(yōu)秀的國產(chǎn)選擇。

同時，SGM4547的電路設(shè)計是很獨特的，可以提供超高速驅(qū)動，能夠?qū)?A的峰值電流傳遞到高電容負載中。在控制上也比較靈活，可以同時控制兩路信號輸入。匹配的上升和下降延遲時間提高了速度和驅(qū)動能力—這些匹配的延遲可保持輸入至輸出脈沖寬度的完整性，以減少定時誤差和時鐘偏移問題。動態(tài)開關(guān)損耗則通過非重疊驅(qū)動技術(shù)得以最小化。另外，該系列輸出阻抗很低，同時內(nèi)置了欠壓保護，在可靠性上也有相當(dāng)?shù)谋ＷC。

（壓電陶瓷芯片，Thorlabs）

Thorlabs帶?2 mm中心通孔的壓電陶瓷驅(qū)動器由帶交叉電極的分立式壓電陶瓷層構(gòu)成，這種多層設(shè)計可以實現(xiàn)高共振頻率和亞毫秒級的響應(yīng)時間，而交叉電極的使用最大程度地縮小了驅(qū)動電壓的范圍，驅(qū)動電壓范圍為0-150 V。

這種結(jié)構(gòu)緊湊的壓電陶瓷芯片易于集成到系統(tǒng)中，用于精密位移，且可提供的最大自由行程位移從1.8 μm到3.0 μm。該芯片的四個外側(cè)面都有一層絕緣的陶瓷層，內(nèi)部有通孔，可以防止其受潮。與鍍環(huán)氧樹脂的設(shè)計相比，陶瓷層的防潮能力更佳。其余兩個側(cè)面具有絲網(wǎng)印刷的銀電極，用來施加驅(qū)動電壓。

從Thorlabs壓電陶瓷芯片的驅(qū)動電壓范圍和亞微米級的分辨率來看，在真空和OEM應(yīng)用上，壓電陶瓷芯片的優(yōu)勢極大。

壓電驅(qū)動隨著新材料的出現(xiàn)不斷發(fā)展，新的壓電陶瓷促進了新應(yīng)用的發(fā)展?？杀或?qū)動到高頻率同時擁有極短響應(yīng)時間的壓電驅(qū)動已經(jīng)被開發(fā)用作納米級的精密驅(qū)動，成為近年來精密驅(qū)動的主要構(gòu)造方式之一。