．１電源總體設計方案為提高電源的可靠性和性價比，達 到 最 佳 設 計 效 果，驅動電源設計階段主要考慮電源的整體性設計原則、低 功耗設 計 原 則、可靠性設計原則以及高性價比設計原則。同時考慮驅動電源的市場定位和制造成本，在 不 影 響 電 源 各項性能參數的前提下，選用物美價廉的元器件和簡單高效的 加 工 工 藝，以提高設備在市場中的競爭力?？傮w設計方案中驅動電源的內部電路結構，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。輸入控制模塊根據檢測到的電 荷 量 輸 出 相 應 的 電 壓；直 流 穩(wěn) 壓 模 塊 提 供 穩(wěn) 定 的 直流 電 壓；電壓放大模塊實現電壓的放大功能，輸 出 具 有一 定 驅 動 能 力 的 穩(wěn) 壓 電 壓，該 部 分 決 定 著 驅 動 電 源 的輸 出 性 能，是 電 源 設 計 的 核 心 部 分；電荷檢測模塊則以積分電路為核心，測得容性負載的電荷量，并 反 饋 到 電源的輸入控制模塊，在電源內部形成閉環(huán)系統(tǒng)，使 電 源具備電壓控制型驅動電路的低頻穩(wěn)定性，同 時 具 備 電荷控制型驅動電路的良好的動態(tài)性能［９－１０］。電 源 總 體設 計 方 案 如 圖１所 示。圖１電源總體設計方案２．２驅動電源詳細電路設計２．２．１核心放大電路設計核心放大電路采用電壓控制型雙級放大結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個放大環(huán)節(jié)的串聯，實現整個放大電路的帶寬和放大倍 數 可 調。根據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公司設計和生產，是一款輸出電流可達１００ｍＡ的 高 電 壓、低 靜 態(tài) 電 流ＭＯＳ－ＦＥＴ型 運 算 放 大 器。單、雙端供電模式下，該 運 放 輸 出 電壓的擺幅可分別達到＋４４０Ｖ和±２１５Ｖ，轉 換 速 率 為８Ｖ／μｓ，同時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 算 放 大 器、功 率 放大 電 路、保 護 電 路 于 一 體，使電路的集成度和可靠性大大提 高，同 時 減 小 了 體 積；一級放大電路選用ＯＰ０７ＣＰ運 算放 大 器。高壓運算放大器電路設計
放大電路的輸入電壓設定為±１０Ｖ。前 級 放大電路的放大倍數設計為１，后 級 為１２，因此電路總體放大 倍 數 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到±１５０Ｖ。整體電路的輸入失調電壓由前置放大器ＯＰ０７ＣＰ決 定，其最大輸入失調電壓為０．８ｍＶ，提高了電路的精度，減 小 了漂 移 誤 差
采用低壓串聯法，用化零為整的方法，將多路獨立的低壓直流穩(wěn)壓電源串聯組成所需的高壓直流作為穩(wěn)壓電源，整個穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓性能和動態(tài)響應特性由每個獨立可調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節(jié)范圍廣、穩(wěn)定性高和紋波小等優(yōu)點。設計中由８路４０Ｖ的低壓直流穩(wěn)壓電路串聯得到±１５０Ｖ的 高 壓 直 流，穩(wěn) 壓 芯 片 采 用ＴＩ的三端穩(wěn)壓芯片ＬＭ３１７。每一路的設計分為變壓器部分、全橋整流和濾波部分以及穩(wěn)壓電路部分３個部分。將８路低壓直流電路依次串聯起來，４路提 供 正 的 電 壓，４路提供負的電壓，便 可 以 得 到±１５０Ｖ的高壓直流穩(wěn)壓電源
２．２．３壓電驅動器放電回路設計壓電陶瓷是電介質，在分析和應用時經常等效為容性負 載，其兩端的電壓不能發(fā)生躍變。因 此，在 高 壓 運 放 的輸出端設計了供壓電陶瓷快速放電的放電回路。經 分 析后 選 用 低 功 耗、低 補 償 電 壓 的 比 較 器ＬＭ３９９，具 有 快 速 轉換 速 率 的 功 率 場 效 應 管ＩＲＦ７４０、Ｄ１、Ｄ２及精密可調電阻構成快速放電回路。
高壓輸出電壓經穩(wěn)壓二極管進入比較器的輸入端，經比較器ＬＭ３９９時Ｖ＋＜Ｖ－，且在對壓電陶瓷充電過程中始終保持這種狀態(tài)，此時比較器的輸出電平為低電平，場 效 應管不工作；當高壓運放輸出電壓下降時，Ｖ＋＜Ｖ－，此 時 比 較器的輸出為高電平，場效應管處于導通狀態(tài)，壓 電 陶 瓷 經 過場效應管和小阻值電阻快速放電，其放電時間為ｍｓ級。放電回路的設計，能顯著提高驅動電源定位的快速響應能力，使其能應用于壓電材料作為驅動器的精密驅動場合。
