壓電陶瓷驅(qū)動控制之噪聲與脈沖驅(qū)動

壓電陶瓷屬于容性負(fù)載，壓電陶瓷的致動過程為其被充放電的過程。也是電能轉(zhuǎn)化成機械能的過程。

壓電陶瓷能量E取決于壓電陶瓷的靜電容量以及施加電場強度，壓電陶瓷的能量 E=1/2CU²。

對于很多壓電陶瓷使用者來說，希望壓電陶瓷具有非常低的靜電容量從而降低損耗，以獲得更大的能量和功率。因為壓電陶瓷也遵循能量守恒定律，然而壓電陶瓷參數(shù)中的“電容”是電能量耦合的一個參數(shù)，無法任意縮小。想要獲得更大的機械能，就必須輸入更大的電能。 
另外，靜電容量自身不是衡量功率消耗*指標(biāo)，功率消耗也取決于加載的電壓情況。由此可見高壓和低壓陶瓷產(chǎn)生相同的能量和功耗，靜電容量卻大不相同。

電控與壓電系統(tǒng)致動

在很大程度上，驅(qū)動控制決定壓電系統(tǒng)的性能。必須要選擇適合的驅(qū)動控制。通常我們需要考慮的四個方面分別為：電噪聲、脈沖驅(qū)動、電流與功率平衡、電壓范圍。今天我們先來了解電噪聲與脈沖驅(qū)動。

電噪聲

壓電陶瓷一個非常重要的特點就是可以將小的電信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的精密位移。因此任何電信號偏差比如噪聲都會轉(zhuǎn)變成機械噪聲。
壓電機械系統(tǒng)的定位精度不*取決于壓電陶瓷本身，還受驅(qū)動控制的影響。因此超精密定位，需要高品質(zhì)、信/噪比（S/N）低的壓電陶瓷驅(qū)動控制器。

芯明天研發(fā)生產(chǎn)的低噪聲的壓電控制器主要為E00/E01、E52、XE-650系列。
E00/E01系列壓電控制器的噪聲約為2mV，驅(qū)動控制PSt150/7/20VS12(位移20μm 0-150V)時對應(yīng)的標(biāo)稱位移的影響理論值為0.26nm。但是由于噪聲的電壓調(diào)制是以小信號激勵體現(xiàn)的，實際上位置的波動會遠(yuǎn)小于亞納米。

芯明天E52系列壓電控制器為高功率控制器主要應(yīng)用于壓電點膠閥驅(qū)動控制，配套芯明天點膠閥壓電陶瓷型號為DJF73603，其噪聲大約為5mV。

對于動態(tài)位移控制，噪聲對位移穩(wěn)定性的影響不是很大，只需要選擇功率更大一些的壓電控制器即可，芯明天有多種型號可以選擇比如E00/E01、E52、E70系列。

脈沖驅(qū)動

壓電陶瓷的機械響應(yīng)即階躍時間是由壓電陶瓷的充電時間決定的，充電電流越大，壓電陶瓷的響應(yīng)時間就越短。
為了得到相應(yīng)的位移電壓變化值為 dU(t) ，電壓階躍時間為 dt ,需要的實際電流為 Ia(t)可參照以下公式:
Ia(t)=CdU(t)/dt   ( C 陶瓷的靜電容量 )  
峰值電流對常用的不同信號計算公式如下：

對于非常短的階躍時間來說，所需要的峰值電流則會很高.

例如:

5μF 靜電容量，充電時間dtc, 電壓Vpp（0-150V）

dtc=100msec=> Ipeak =7.5mA    

(低動態(tài)定位，比如采用E72/E73系列壓電控制器)

dtc=1msec = Ipeak =750mA      

(動態(tài)位移控制,比如采用E00/E01系列壓電控制器)  

dtc=150usec=> Ipeak=        

(點膠閥驅(qū)動控制，比如采用E52系列壓電控制器)

芯明天采用E00/E01系列壓電控制器驅(qū)動壓電促動器PSt150/7/7VS12的階躍時間可以達到30μs。

對于階躍時間＜1ms的應(yīng)用來說，壓電陶瓷需要承受非常高的電和機械負(fù)載。標(biāo)準(zhǔn)的壓電陶瓷將會被損壞，需要采用特殊定制陶瓷。