基于光耦和功率NMOS管的压电陶瓷驱动电源

在自适应光学研究中，有一种器件能够修正大气湍流引起的波前畸变，从而得到更清晰地图像。这种器件就是压电陶瓷驱动电源变形镜。但是想要实现这种功能，需要每个驱动器都配备独立的驱动电源，在本文中，小编将为大家介绍一种基于光耦和功率NMOS管的压电陶瓷驱动电源，用来实现对驱动器的驱动支持。

变形镜高压驱动电源工作原理

压电陶瓷类变形镜对高压驱动电源的要求除了双极性高压输出和高的动态性能外，还要求驱动电源具有稳定性高、线性度好、纹波小等特点。通常驱动电源采用如图1所示的直流放大式的原理结构，它主要由误差放大级、高压功率放大级、电压负反馈网络和高压直流电源等组成。误差放大级放大输入低压控制信号与电压反馈信号的差值形成负反馈，稳定驱动电源闭环时的电压增益；高压功率放大级实现电压和电流的放大，满足变形镜驱动对电压和电流的要求;高压直流电源为高压功率放大级提供所需的高压直流电压。

图1

基于以上的原理结构，本文设计的变形镜高压驱动电源原理图如图1所示，低压集成运放U1A构成误差放大级。电阻R2与C1的用于降低该级高频增益，避免振荡。误差放大级的输出驱动高压功率放大级，使之产生高压功率信号，驱动变形镜压电陶瓷驱动器。电阻Rf、R3和耐高压电容Cf构成电压负反馈，使驱动电源带宽范围内的闭环电压增益稳定为1+Rf/R3，微调R3可得到所需放大倍数的精确值。高压直流电源采用±340V输出的开关稳压电源，经稳压、滤波后给高压功率放大级提供高压直流电压。

高压功率放大级

高压功率放大级为该驱动电源的核心部分，由图1可知高压功率放大级由上、下两个结构完全相同的单元电路组成。以上半部分单元电路为例，光耦U2发射极输出电流为该单元电路的输入信号，该输入信号从基极驱动晶体管Q2，而光耦U2和晶体管Q2共同从源极驱动功率NMOS管Q1导通。当输入信号为0时，光耦U2和晶体管Q2不导通，此时NMOS管Q1与电阻R10、R14和稳压管D1构成输出电流恒定的电流源。当光耦U2输出电流增大时，驱动晶体管Q2集电极-射极电流增大，Q2可视为由光耦输出电流控制的电流源，同时电流源驱动NMOS管Q1构成的电流源输出电流增加。总之，该单元电路可视为由光耦输出电流控制的可变电流源。

两个单元电路如图1中所示纵向连接时，上、下两单元电路相互地看成电流源（相互看阻抗非常大），因此无负载时，上下两受控电流源电流值微小的变化将会在输出V。处产生很大的电压摆动，从而实现了电压的放大。由于晶体管构成的受控电流源具有很高的电流放大倍数，当驱动电源驱动容性负载时，光耦输出电流很小的变化就能使受控单元电路产生很大的输出电流，使驱动电源能够输出到负载或从负载吸入很大的电流，从而实现了功率的放大。与传统的具有相对独立电压放大级和功率级驱动电源相比，该驱动电源将电压放大级和功率放大级合二为一，在保证功率带宽的前提下，减少了电路级数。

高压功率放大级的输入信号由光耦产生，由于光耦内部是通过光来实现信号的传输，光耦输入与输出信号在电学上是分离的，因此不论光耦输入与输出级存在多大的电位差都可以实现信号的传输。这使误差放大级的低压输出信号就可控制高压功率放大级的高压信号。同时由于光耦的分相隔离作用，使高压功率放大级对PZT驱动器的充放电回路能够采用相同的电路结构。并且单元电路中只采用了高压大功率的NMOS管，而避免了使用很难得到的耐高压功率PMOS管，从而大大简化了电路结构。使之具有应用于多单元压电陶瓷类变形镜驱动的先决条件。

本文主讲基于光耦和功率NMOS管的压电陶瓷驱动电源，对其工作原理与高压功率放大级都进行了非常详细的介绍，该款压电陶瓷驱动电源的设计目的是最大程度的为变形镜提供驱动，对于此类问题有所疑惑的朋友不妨花上几分钟来阅读本文。