专利名称：驻波型压电马达驱动器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是压电马达驱动器，具体是一种驻波型压电马达的驱动器。
背景技术：
压电马达，又称为超声波马达，具有一些其它驱动方式无法相比的优点，如运行噪声低、自保持力矩大，不需减速箱可直接驱动、无源自锁、可忽略电磁效应、能够用于真空工作环境。但是由于缺少与压电马达相匹配的低成本驱动器，限制了压电马达的应用。而且传统的压电马达驱动电路通常采用单片机和可编程计数器或者压控振荡器作为驱动电路的频率发生电路，这样产生激励信号的频率不够准确。驱动部分采用变压器进行匹配，将放大后的方波直接加到压电单元的电极上，导致马达中无用的感性电流增大，功耗增加。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种含驻波型压电马达驱动器。本实用新型可输出频率准确的激励方波，可降低功耗。结合图1说明，本实用新型由晶振1、可编程逻辑控制器2、谐振驱动电路3、模/数转换器4、绝对值过零检测电路5、发光二级管6、压电马达7、第一方向开关电路8、第二方向开关电路9组成；晶振1的震荡信号输出端连接可编程逻辑控制器2的时钟信号输入端，速度和方向控制信号从绝对值过零检测电路5的两个控制端分别输入，绝对值过零检测电路5的速度输出信号端通过模/数转换器4连接可编程逻辑控制器2的速度控制端，绝对值过零检测电路5的方向输出信号端连接可编程逻辑控制器2的方向控制端，可编程逻辑控制器2的四个驱动信号输出端分别连接谐振驱动电路3的四个信号输入端，谐振驱动电路3的一个输出端连接压电马达7的一个输入端，谐振驱动电路3的另一个输出端分别通过第一方向开关电路8、第二方向开关电路9与压电马达7的另两个输入端相连接，可编程逻辑控制器2的两个方向控制信号输出端分别连接第一方向开关电路的方向控制信号输入端8、第二方向开关电路9的方向控制信号输入端。工作原理绝对值过零检测电路5将输入的±10V之间的模拟电压输入信号调整到模/数转换器4可以转换的范围0～+2.5V后输入到可编程逻辑控制器2中，同时绝对值过零检测电路5判断输入信号的符号，并输入到可编程逻辑控制器2中来决定压电马达7的转动速度和运动方向，谐振驱动电路3将激励方波转变成驱动压电马达7的正弦电压信号，正弦电压信号的幅值与方波的脉宽成正比；可编程逻辑控制器2控制第一方向开关电路8、第二方向开关电路9的开和闭决定了马达的运动方向。本实用新型能够输出频率准确的激励信号，并具有低功耗、结构简单、成本低、运行可靠的优点。
图1是本实用新型的整体电路结构示意图，图2是绝对值过零检测电路5的电路结构示意图，图3是谐振驱动电路3的电路结构示意图，图4是第一方向开关电路8的电路结构示意图。
具体实施方式
结合图1、图2、图3、图4说明本实施方式，本实施方式由晶振1、可编程逻辑控制器2、谐振驱动电路3、模/数转换器4、绝对值过零检测电路5、发光二级管6、压电马达7、第一方向开关电路8、第二方向开关电路9组成；晶振1的震荡信号输出端连接可编程逻辑控制器2的时钟信号输入端，速度和方向控制信号从绝对值过零检测电路5的两个控制端分别输入，绝对值过零检测电路5的速度输出信号端通过模/数转换器4连接可编程逻辑控制器2的速度控制端，绝对值过零检测电路5的方向输出信号端连接可编程逻辑控制器2的方向控制端，可编程逻辑控制器2的四个驱动信号输出端分别连接谐振驱动电路3的四个信号输入端，谐振驱动电路3的一个输出端连接压电马达7的一个输入端，谐振驱动电路3的另一个输出端分别通过第一方向开关电路8、第二方向开关电路9与压电马达7的另两个输入端相连接，可编程逻辑控制器2的两个方向控制信号输出端分别连接第一方向开关电路8的方向控制信号输入端、第二方向开关电路9的方向控制信号输入端；所述绝对值过零检测电路5由运放芯片(U1～U4)、比较器U5、电阻(R1～R21)、电容(C1～C2)、二极管(D1～D6)组成；电阻R1的一端与电阻R2的一端分别是速度和方向控制信号的输入端，电阻R1的另一端、电阻R4的一端、电容C1的一端与运放芯片U1的反相输入端相连接，电阻R2的另一端、电阻R3的一端、电容C2的一端与运放芯片U1的同相输入端相连接，电阻R3的另一端连接电容C2的另一端并接地，电容C1的另一端、电阻R4的另一端、运放芯片U1的输出端、运放芯片U2的同相输入端与电阻R5的一端相连接，电阻R5的另一端、电阻R8的一端、二极管D2的阴极、电阻R0的一端与运放芯片U3的反相输入端相连接，二极管D1的阳极、电阻R6的一端与电阻R0的另一端相连接，二极管D1的阴极接地，电阻R6的另一端接电源-Ec端，电阻R7的一端接地，电阻R7的另一端连接运放芯片U3的同相输入端，电阻R8的另一端连接二极管D3的阳极，二极管D3的阴极、二极管D2的阳极、运放芯片U3的输出端、电阻R15的一端与电阻R12的一端相连接，电阻R9的一端、二极管D4的阴极与运放芯片U2的反相输入端相连接，电阻R9的另一端、电阻R10的一端与二极管D5的阳极相连接，电阻R10的另一端接电源+Ec端，二极管D5的阴极、二极管D4的阳极、运放芯片U2的输出端与电阻R11的一端相连接，电阻R11的另一端、电阻R12的另一端、电阻R13的一端与运放芯片U4的反相输入端相连接，电阻R14的一端连接运放芯片U4的同相输入端，电阻R14的另一端接地，电阻R13的另一端、运放芯片U4的输出端与模/数转换器4的模拟信号输入端相连接，电阻R15的另一端、二极管D6的阴极与电阻R16的一端相连接，二极管D6的阳极接地，电阻R16的另一端、电阻R17的一端与比较器U5的反相输入端相连接，电阻R19的一端接地，电阻R19的另一端、电阻R20的一端、电阻R18的一端与比较器U5的同相输入端相连接，电阻R17的另一端、电阻R18的另一端与电阻R21的一端相连接并接电源+Ec端，电阻R21的另一端、电阻R20的另一端、比较器U5的输出端与可编程逻辑控制器2的方向控制端相连；谐振驱动电路3由开关管(Q1～Q4)、驱动芯片U6、驱动芯片U7、电感L1、电感L2、电容C4组成；可编程逻辑控制器2的四个驱动信号输出端分别连接驱动芯片U6的两个信号输入端和驱动芯片U7的两个输入端，驱动芯片U6的两个信号输出端分别连接开关管Q1的栅极和开关管Q2的栅极，驱动芯片U7的两个信号输出端分别连接开关管Q3的栅极和开关管Q4的栅极，开关管Q1的源极连接电源+Vcc端，开关管Q1的漏极、开关管Q2的源极与电感L1的一端相连接，开关管Q2的漏极接地，开关管Q3的源极连接电源+Vcc端，开关管Q3的漏极、开关管Q4的源极与电感L2的一端相连接，开关管Q4的漏极接地，电感L1的另一端、电容C4的一端与压电马达7的一个输入端相连接，电感L2的另一端连接电容C4的另一端并与第一方向开关电路8的输入端、第二方向开关电路9的输入端相连接；第一方向开关电路8由脉冲变压器B1、开关管Q5、开关管Q6、电阻R22、电容C5、二极管D7组成；脉冲变压器B1初级的首端连接可编程逻辑控制器2的方向控制信号的输出端，脉冲变压器B1初级的末端接地，脉冲变压器B1次级的首端、开关管Q5的栅极、电阻R22的一端、电容C5的一端与开关管Q6的栅极相连接，脉冲变压器B1次级的末端连接二极管D7的阴极，开关管Q5的源极连接压电马达7的另一个输入端，开关管Q5的漏极、电阻R22的另一端、电容C5的另一端与开关管Q6的漏极相连接，开关管Q6的源极连接谐振驱动电路3的一个输出端。第二方向开关电路9与第一方向开关电路8的组成和连接关系相同。可编程逻辑控制器2选用的型号是EPM3256A，模/数转换器4选用的型号是TLC2551，运放芯片(U1～U4)选用的型号是OPA4131，比较器U5选用的型号是LM339，开关管(Q1～Q4)选用的型号是IRF540，驱动芯片U6、驱动芯片U7选用的型号是IR2110，开关管Q5、开关管Q6选用的型号是IRFB11N50A。
权利要求1.驻波型压电马达驱动器，其特征在于它由晶振(1)、可编程逻辑控制器(2)、谐振驱动电路(3)、模/数转换器(4)、绝对值过零检测电路(5)、发光二级管(6)、压电马达(7)、第一方向开关电路(8)、第二方向开关电路(9)组成；晶振(1)的震荡信号输出端连接可编程逻辑控制器(2)的时钟信号输入端，速度和方向控制信号从绝对值过零检测电路(5)的两个控制端分别输入，绝对值过零检测电路(5)的速度输出信号端通过模/数转换器(4)连接可编程逻辑控制器(2)的速度控制端，绝对值过零检测电路(5)的方向输出信号端连接可编程逻辑控制器(2)的方向控制端，可编程逻辑控制器(2)的四个驱动信号输出端分别连接谐振驱动电路(3)的四个信号输入端，谐振驱动电路(3)的一个输出端连接压电马达(7)的一个输入端，谐振驱动电路(3)的另一个输出端分别通过第一方向开关电路(8)、第二方向开关电路(9)与压电马达(7)的另两个输入端相连接，可编程逻辑控制器(2)的两个方向控制信号输出端分别连接第一方向开关电路(8)的方向控制信号输入端、第二方向开关电路(9)的方向控制信号输入端。
2.根据权利要求1所述的驻波型压电马达驱动器，其特征在于绝对值过零检测电路(5)由运放芯片(U1～U4)、比较器(U5)、电阻(R1～R21)、电容(C1～C2)、二极管(D1～D6)组成；电阻(R1)的一端与电阻(R2)的一端分别是速度和方向控制信号的输入端，电阻(R1)的另一端、电阻(R4)的一端、电容(C1)的一端与运放芯片(U1)的反相输入端相连接，电阻(R2)的另一端、电阻(R3)的一端、电容(C2)的一端与运放芯片(U1)的同相输入端相连接，电阻(R3)的另一端连接电容(C2)的另一端并接地，电容(C1)的另一端、电阻(R4)的另一端、运放芯片(U1)的输出端、运放芯片(U2)的同相输入端与电阻(R5)的一端相连接，电阻(R5)的另一端、电阻(R8)的一端、二极管(D2)的阴极、电阻(R0)的一端与运放芯片(U3)的反相输入端相连接，二极管(D1)的阳极、电阻(R6)的一端与电阻(R0)的另一端相连接，二极管(D1)的阴极接地，电阻(R6)的另一端接电源(-Ec)端，电阻(R7)的一端接地，电阻(R7)的另一端连接运放芯片(U3)的同相输入端，电阻(R8)的另一端连接二极管(D3)的阳极，二极管(D3)的阴极、二极管(D2)的阳极、运放芯片(U3)的输出端、电阻(R15)的一端与电阻(R12)的一端相连接，电阻(R9)的一端、二极管(D4)的阴极与运放芯片(U2)的反相输入端相连接，电阻(R9)的另一端、电阻(R10)的一端与二极管(D5)的阳极相连接，电阻(R10)的另一端接电源(+Ec)端，二极管(D5)的阴极、二极管(D4)的阳极、运放芯片(U2)的输出端与电阻(R11)的一端相连接，电阻(R11)的另一端、电阻(R12)的另一端、电阻(R13)的一端与运放芯片(U4)的反相输入端相连接，电阻(R14)的一端连接运放芯片(U4)的同相输入端，电阻(R14)的另一端接地，电阻(R13)的另一端、运放芯片(U4)的输出端与模/数转换器(4)的模拟信号输入端相连接，电阻(R15)的另一端、二极管(D6)的阴极与电阻(R16)的一端相连接，二极管(D6)的阳极接地，电阻(R16)的另一端、电阻(R17)的一端与比较器(U5)的反相输入端相连接，电阻(R19)的一端接地，电阻(R19)的另一端、电阻(R20)的一端、电阻(R18)的一端与比较器(U5)的同相输入端相连接，电阻(R17)的另一端、电阻(R18)的另一端与电阻(R21)的一端相连接并接电源(+Ec)端，电阻(R21)的另一端、电阻(R20)的另一端、比较器(U5)的输出端与可编程逻辑控制器(2)的方向控制端相连。
3.根据权利要求1所述的驻波型压电马达驱动器，其特征在于谐振驱动电路(3)由开关管(Q1～Q4)、驱动芯片(U6)、驱动芯片(U7)、电感(L1)、电感(L2)、电容(C4)组成；可编程逻辑控制器(2)的四个驱动信号输出端分别连接驱动芯片(U6)的两个信号输入端和驱动芯片(U7)的两个输入端，驱动芯片(U6)的两个信号输出端分别连接开关管(Q1)的栅极和开关管(Q2)的栅极，驱动芯片(U7)的两个信号输出端分别连接开关管(Q3)的栅极和开关管(Q4)的栅极，开关管(Q1)的源极连接电源(+Vcc)端，开关管(Q1)的漏极、开关管(Q2)的源极与电感(L1)的一端相连接，开关管(Q2)的漏极接地，开关管(Q3)的源极连接电源(+Vcc)端，开关管(Q3)的漏极、开关管(Q4)的源极与电感(L2)的一端相连接，开关管(Q4)的漏极接地，电感(L1)的另一端、电容(C4)的一端与压电马达(7)的一个输入端相连接，电感(L2)的另一端连接电容(C4)的另一端并与第一方向开关电路(8)的输入端、第二方向开关电路(9)的输入端相连接。
4.根据权利要求1所述的驻波型压电马达驱动器，其特征在于第一方向开关电路(8)由脉冲变压器(B1)、开关管(Q5)、开关管(Q6)、电阻(R22)、电容(C5)、二极管(D7)组成；脉冲变压器(B1)初级的首端连接可编程逻辑控制器(2)的方向控制信号的输出端，脉冲变压器(B1)初级的末端接地，脉冲变压器(B1)次级的首端、开关管(Q5)的栅极、电阻(R22)的一端、电容(C5)的一端与开关管(Q6)的栅极相连接，脉冲变压器(B1)次级的末端连接二极管(D7)的阴极，开关管(Q5)的源极连接压电马达(7)的另一个输入端，开关管(Q5)的漏极、电阻(R22)的另一端、电容(C5)的另一端与开关管(6)的漏极相连接，开关管(Q6)的源极连接谐振驱动电路(3)的一个输出端。
专利摘要驻波型压电马达驱动器，它具体是一种驻波型压电马达驱动器。晶振(1)的输出端接可编程逻辑控制器(2)的输入端，速度和方向控制信号从(5)的控制端输入，(5)的输出信号端通过模/数转换器(4)接(2)的速度控制端，(5)的方向输出信号端接(2)的方向控制端，(2)的四个驱动信号输出端分别连接谐振驱动电路(3)的四个信号输入端，(3)的一个输出端接压电马达(7)的一个输入端，(3)的另一个输出端分别通过第一方向开关电路(8)、第二方向开关电路(9)与(7)的另两个输入端相接，(2)的两个控制信号输出端分别接(8)、(9)的控制信号的输入端。本实用新型能够输出频率准确的激励信号，并具有低功耗、成本低、运行可靠的优点。
文档编号H02N2/14GK2701163SQ20042001889
公开日2005年5月18日 申请日期2004年4月30日 优先权日2004年4月30日
发明者孙立宁, 杜志江, 曲东升, 荣伟彬, 张明辉 申请人:哈尔滨工业大学