高性能超聲電機驅動及控制電路的研制

摘要：介紹了一種高性能的超聲電機驅動及控制電路。該電路使用直接數字頻率全成器（DDS）作為信號源，通過高壓運放將信號放大到峰-峰值為250V，用于驅動超聲電機；借助溫度傳感器采集電機溫度變化，利用計算機實時監控超聲電機的運行。

    關鍵詞：超聲電機 直接數字頻率合成器（DD） 溫度傳感器 高壓運放

超聲電機是一種基于壓電陶瓷逆壓電效應的新型電機。與一般電磁電機相比，超聲電機能直接輸出低轉速大力矩，且瞬態響應快（可達ms量級）、定位精度高（可達nm量級），非常適合取代傳統的伺服電機及步進電機。目前超聲電機已廣泛應用于照相機及攝像機的自動調焦系統，而且在精密儀器以及航空航天領域也有許多應用。

盡管超聲電機具有很多優點，但由于超聲電機對于驅動信號有著較高的要求，所以目前國內外開發的超聲電機的驅動及控制電路普遍存在電路體積大、控制性能單一等問題。大多數超聲電機的控制特性研究還是基于與超聲電機配套的普通驅動電路，難以利用計算機方便地進行超聲電機的控制特性研究。

    針對上述問題，應用目前市面上流行的DDS芯片AD9850和高壓運放PA08開發出了一種高性能的超聲電機驅動及控制電路。該電路可以通過串行接口用教育（www.xfhttp.com－雪風網絡xfhttp教育網）處機實施控制和參量采集，并且信號的頻率及相位控制精度高；可以在溫度傳感器的控制下實現信號頻率的自動調節，同時電路中還預留了4路模擬、數字通用傳感器接口。

1 超聲電機驅動及控制電路的工作原理

由超聲電機的工作機理[1]可知，大部分超聲電機的運行需要相關的驅控制電路提供兩路頻率相同、相位差為90度（或可調）、頻率為20kHz～100kHz、輸出信號峰-峰值為100～350V、功率為0.1～10W的交變信號。此外，由于超聲電機的最佳工作頻率是由系統的機械共振頻率決定的，而以壓電元件為主的振動系統的共振頻率會隨著外界參數（如溫度、預壓力等）的改變發生變化，因此一款好的超聲電機驅動及控制電路必須能夠很好地對系統共振頻率的變化實施跟蹤，從而確保電機的穩定運行。

2 電路的基本構成和原理

超聲電機驅動及控制電路主要由以下5個部分組成：DDS信號發生單元、信號隔離單元、信號功率放大單元、溫度傳感器單元、單片機主控和接口控制單元（參見圖1）。

圖2 主控單片機

    DDS信號發生單元產生的兩路獨立的正弦信號，兩路信號間的相位差可以在0～360度范圍內任意調節；兩路信號分別經RC低通濾波和三極管射極跟隨送至高速

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