一种基于电压闭环反馈的压电执行器驱动装置及六阶段电路驱动方法与流程

本发明涉及电气领域，特别是涉及一种基于电压闭环反馈的压电执行器驱动装置及六阶段电路驱动方法。

背景技术：

1、压电喷油器内部压电叠堆执行器的伸长量由其两端驱动电压决定，其形变快慢又与驱动电流相关，因此对压电叠堆执行器进行驱动的关键在于驱动电路的电压与电流的调控。与电磁阀线圈呈现的感性负载特性不同，压电叠堆执行器在电路上呈现出近似电容的电气特性。执行器的电容特性使得其在充电的瞬间产生较高的峰值电流，这虽然有利于执行器的快速响应，但增加了执行器发生断裂和打火的风险，且过高的电流会导致电路中的晶体管被击穿。在进行驱动电路设计时，既要能够实现高电压和驱动电流，也要考虑到电路的能量利用效率、安全性和使用寿命。

2、在压电执行器性能测试中，常采用直流高压电源对电路进行直接供电，但其瞬间峰值电流较高，受温度影响其峰值明显增加，且电路充放电效率较低，充放电速度较慢。而且当升压后的供电电压保持不变时，随温度升高和负载增加，压电执行器等效电容增大，导致两端驱动电压降低，执行器伸长量减少，无法满足喷油器球阀的升程需求。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种基于电压闭环反馈的压电执行器驱动装置及六阶段电路驱动方法，使其在利用boost升压电路对48v蓄电池进行升压后，对电路设计方案和工作模式进行了改进，采取更为精确可靠的六阶段电路驱动模式，有效地降低了峰值电流，提高了执行器充放电速度。

2、本发明提供的一种基于电压闭环反馈的压电执行器驱动装置，包括依次相连的boost升压电路、充放电电路和压电执行器，所述压电执行器设置于充放电电路中，还包括主控电路以及接收主控电路信号第一控制端信号的升压控制电路，所述升压控制电路的控制端设有接收其控制信号的第一脉冲波形控制电路，所述主控电路的第二控制端设有接受其控制信号的第二脉冲波形控制电路，所述boost升压电路设有接收第一脉冲波形控制电路控制信号的第一功率开关，所述主控电路通过控制升压控制电路来驱动第一脉冲波形控制电路，第一脉冲波形控制电路调节第一功率开关的升压pwm占空比实现boost升压电路恒压控制；所述充放电电路设有接收第二脉冲波形控制电路控制信号的第二功率开关和第三功率开关，所述主控电路通过控制第二脉冲波形控制电路调节第二功率开关和第三功率开关的导通或关断实现充放电电路的充放电。

3、本发明基于电压闭环反馈的压电执行器驱动装置及六阶段电路驱动方法，具有以下有益效果：

4、本发明披露了压电执行器闭环补偿控制电路，并对其中的驱动模块进行测试，以实现压电执行器两端驱动电压的闭环补偿控制和基于三角波形驱动电流的充放电过程，其优势在于：(1)避免了温度升高或负载增加导致的压电执行器电容增加，进一步造成其两端电压降低，造成其伸长量减少；(2)降低了充放电过程峰值电流，提高了充放电效率；(3)设计了能量回馈电路，有效地提高了本发明基于电压闭环反馈的压电执行器驱动装置的能量利用率。

技术特征：

1.一种基于电压闭环反馈的压电执行器驱动装置，包括依次相连的boost升压电路、充放电电路和压电执行器，所述压电执行器设置于充放电电路中，其特征在于：还包括主控电路以及接收主控电路信号第一控制端信号的升压控制电路，所述升压控制电路的控制端设有接收其控制信号的第一脉冲波形控制电路，所述主控电路的第二控制端设有接受其控制信号的第二脉冲波形控制电路，所述boost升压电路设有接收第一脉冲波形控制电路控制信号的第一功率开关，所述主控电路通过控制升压控制电路来驱动第一脉冲波形控制电路，第一脉冲波形控制电路调节第一功率开关的升压pwm占空比实现boost升压电路恒压控制；所述充放电电路设有接收第二脉冲波形控制电路控制信号的第二功率开关和第三功率开关，所述主控电路通过控制第二脉冲波形控制电路调节第二功率开关和第三功率开关的导通或关断实现充放电电路的充放电。

2.根据权利要求1所述的基于电压闭环反馈的压电执行器驱动装置，其特征在于：所述boost升压电路具有与直流电源并联的输入电容c1和输出电容c0，所述输入电容c1的一端依次设有储能电感l1和泵升二极管vd1、并通过泵升二极管vd1与输出电容c0一端相连，其中，所述泵升二极管vd1正极与储能电感l1相连、且泵升二极管vd1负极与输出电容c0相连，所述储能电感l1和泵升二极管vd1正极之间均与第一功率开关的输入端相连，所述第一功率开关的输出端分别与输入电容c1和输出电容c0的另一端相连，所述第一脉冲波形控制电路与第一功率开关控制端相连。

3.根据权利要求2所述的基于电压闭环反馈的压电执行器驱动装置，其特征在于：所述第一功率开关是mos场效应管q3，所述mos场效应管q3栅极与第一脉冲波形控制电路相连，所述mos场效应管q3的漏极分别与泵升二极管vd1正极和储能电感l1相连，所述mos场效应管q3的源极分别与输入电容c1和输出电容c0相连。

4.根据权利要求3所述的基于电压闭环反馈的压电执行器驱动装置，其特征在于：所述充放电电路具有与输出电容c0并联的输出反并联二极管vd0，所述输出反并联二极管vd0与压电执行器并联，所述第二功率开关是mos场效应管q1，所述第三功率开关是mos场效应管q2，所述输出电容c0一端依次设有mos场效应管q1和限流电感l2，所述限流电感l2一端分别与mos场效应管q1的源极和mos场效应管q2的漏极相连，所述限流电感l2另一端分别与输出反并联二极管vd0负极和压电执行器一端相连，所述mos场效应管q2的源极分别与输出反并联二极管vd0正极、压电执行器另一端和输出电容c0相连，所述mos场效应管q1的漏极与输出电容c0相连，所述mos场效应管q1的栅极和mos场效应管q2的栅极分别与第二脉冲波形控制电路相连。

5.根据权利要求4所述的基于电压闭环反馈的压电执行器驱动装置，其特征在于：所述充放电电路还包括与限流电感l2和压电执行器相串联的限流电阻r39。

6.根据权利要求5所述的基于电压闭环反馈的压电执行器驱动装置，其特征在于：还包括采集端与压电执行器相连的电压检测电路，所述电压检测电路的信号输出端与主控电路信号输入端相连。

7.根据权利要求6所述的基于电压闭环反馈的压电执行器驱动装置，其特征在于：所述电压检测电路具有取样电阻r6和取样电阻r18，所述取样电阻r6一端与压电执行器相连、而另一端与取样电阻r18一端相连，所述取样电阻r18的另一端与压电执行器相连并接地，所述取样电阻r6和取样电阻r18之间的取样点与同相运算放大器u5的同相输入端相连，所述同相运算放大器u5的反相输入端与输出端相连、并与主控电路的电压采样模拟量输入端相连。

8.根据权利要求7所述的基于电压闭环反馈的压电执行器驱动装置，其特征在于：还包括采集端与压电执行器相连的电流检测及过流保护电路，所述电流检测及过流保护电路具有采集压电执行器两端驱动电流的电流传感器m1，所述电流传感器m1信号输出端设有正相输入端与其相连的比较器u9，所述比较器u9的反相输入端设有电位器w5，所述比较器u9的输出端设有与其相连的触发器u8，所述触发器u8的2#引脚将低电平信号传给主控电路，所述触发器u8的1#引脚设有接收1#引脚高电平信号的逻辑电路，所述逻辑电路发送的低电平信号通过第一脉冲波形控制电路传送给mos场效应管q3，所述逻辑电路发送的低电平信号通过第二脉冲波形控制电路分别传送给mos场效应管q1和mos场效应管q2，所述电流传感器m1信号输出端设有接收其电流信号的峰值电流检测电路，所述峰值电流检测电路的信号输出端与主控电路的电流采样模拟量输入端相连。

9.根据权利要求8所述的基于电压闭环反馈的压电执行器驱动装置，其特征在于：所述主控电路是单片机atmega168pa-au，所述升压控制电路是bd9416f驱动控制芯片，所述第一脉冲波形控制电路和第二脉冲波形控制电路均是tlp350光电耦合器，所述电流传感器m1是la25-np霍尔传感器，所述逻辑电路是atf16v8b10gc可编程逻辑器件，所述峰值电流检测电路是峰值电流检测芯片pkd01。

10.一种基于电压闭环反馈的压电执行器六阶段电路驱动方法，涉及包括输出电容c0、mos场效应管q1、mos场效应管q2、限流电感l2、输出反并联二极管vd0和压电执行器的充放电电路，其特征在于：所述方法具有以下步骤：

技术总结本发明公开了一种基于电压闭环反馈的压电执行器驱动装置，包括主控电路以及升压控制电路，升压控制电路与第一脉冲波形控制电路和第二脉冲波形控制电路相连，Boost升压电路设有第一功率开关，主控电路通过控制升压控制电路来驱动第一脉冲波形控制电路，第一脉冲波形控制电路调节第一功率开关的升压PWM占空比实现Boost升压电路恒压控制；充放电电路设有第二功率开关和第三功率开关，主控电路控制第二功率开关和第三功率开关的导通或关断。本发明还公开了一种基于电压闭环反馈的压电执行器六阶段电路驱动方法。本发明采取更为精确可靠的六阶段电路驱动模式，有效地降低了峰值电流，提高了执行器充放电速度，可以广泛应用于电气领域。技术研发人员：刘楠,童大鹏,陈霁恒,李鹏蕾,尤江受保护的技术使用者：中国人民解放军海军士官学校技术研发日：技术公布日：2024/8/20