新的壓電陶瓷促進(jìn)了新應(yīng)用的發(fā)展

壓電效應(yīng)是一種施加應(yīng)力能產(chǎn)生電荷，施加電場(chǎng)能產(chǎn)生尺寸上變形的效應(yīng)。本質(zhì)上是一種機(jī)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(jī)械能轉(zhuǎn)為電能。壓電式驅(qū)動(dòng)器大多是逆壓電效應(yīng)，利用磁效應(yīng)制成。壓電驅(qū)動(dòng)將變形直接作用于從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)機(jī)械驅(qū)動(dòng)，不同于傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器那種需要先形成旋轉(zhuǎn)再轉(zhuǎn)換為目標(biāo)動(dòng)力，因此壓電驅(qū)動(dòng)一般具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可控性高、適應(yīng)性強(qiáng)和精度高響應(yīng)快的特點(diǎn)。

因?yàn)閴弘娛津?qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)，壓電式驅(qū)動(dòng)的響應(yīng)速度有極大領(lǐng)先，通常壓電式驅(qū)動(dòng)響應(yīng)速度僅在1ms左右，遠(yuǎn)快過(guò)其他驅(qū)動(dòng)。

TI DRV壓電驅(qū)動(dòng)系列

TI的DRV壓電驅(qū)動(dòng)系列為Mide，Mplus，PI Ceramic，PUI Audio，TDK等主流運(yùn)控廠商提供了業(yè)內(nèi)高性能的壓電驅(qū)動(dòng)芯片。從總體上來(lái)看，高驅(qū)動(dòng)電壓，較低的系統(tǒng)功率以及最快響應(yīng)時(shí)間是這個(gè)系列的優(yōu)勢(shì)所在。

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

DRV2700的輸入信號(hào)既可以是差分信號(hào)，也可以是單端信號(hào)，而且交流或直流耦合均支持。因此DRV2700可以驅(qū)動(dòng)高壓和低壓壓電負(fù)載。升壓電壓是通過(guò)兩個(gè)外部電阻進(jìn)行設(shè)置的。升壓電流限值可通過(guò)R（REXT）電阻進(jìn)行編程。與此同時(shí)，升壓轉(zhuǎn)換基于滯后架構(gòu)，可最大程度上降低開(kāi)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(dòng)時(shí)間也僅為1.5ms，從速度上來(lái)看這個(gè)系列肯定是極為理想的壓電驅(qū)動(dòng)選擇。

圣邦微高速壓電驅(qū)動(dòng)芯片

SGM4547是高速壓電驅(qū)動(dòng)芯片，集成了升壓DC/DC以實(shí)現(xiàn)高驅(qū)動(dòng)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(dòng)電壓。在超聲波換能器驅(qū)動(dòng)和壓電發(fā)生器驅(qū)動(dòng)上，這個(gè)系列是比較優(yōu)秀的國(guó)產(chǎn)選擇。

同時(shí)，SGM4547的電路設(shè)計(jì)是很獨(dú)特的，可以提供超高速驅(qū)動(dòng)，能夠?qū)?A的峰值電流傳遞到高電容負(fù)載中。在控制上也比較靈活，可以同時(shí)控制兩路信號(hào)輸入。匹配的上升和下降延遲時(shí)間提高了速度和驅(qū)動(dòng)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(shí)誤差和時(shí)鐘偏移問(wèn)題。動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)損耗則通過(guò)非重疊驅(qū)動(dòng)技術(shù)得以最小化。另外，該系列輸出阻抗很低，同時(shí)內(nèi)置了欠壓保護(hù)，在可靠性上也有相當(dāng)?shù)谋ＷC。

Thorlabs 壓電陶瓷芯片系列

Thorlabs帶?2 mm中心通孔的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)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(jì)可以實(shí)現(xiàn)高共振頻率和亞毫秒級(jí)的響應(yīng)時(shí)間，而交叉電極的使用最大程度地縮小了驅(qū)動(dòng)電壓的范圍，驅(qū)動(dòng)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(gè)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(shù)脂的設(shè)計(jì)相比，陶瓷層的防潮能力更佳。其余兩個(gè)側(cè)面具有絲網(wǎng)印刷的銀電極，用來(lái)施加驅(qū)動(dòng)電壓。

從Thorlabs壓電陶瓷芯片的驅(qū)動(dòng)電壓范圍和亞微米級(jí)的分辨率來(lái)看，在真空和OEM應(yīng)用上，壓電陶瓷芯片的優(yōu)勢(shì)極大。

小結(jié)

壓電驅(qū)動(dòng)隨著新材料的出現(xiàn)不斷發(fā)展，新的壓電陶瓷促進(jìn)了新應(yīng)用的發(fā)展?？杀或?qū)動(dòng)到高頻率同時(shí)擁有極短響應(yīng)時(shí)間的壓電驅(qū)動(dòng)已經(jīng)被開(kāi)發(fā)用作納米級(jí)的精密驅(qū)動(dòng)，成為近年來(lái)精密驅(qū)動(dòng)的主要構(gòu)造方式之一。

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