超磁致伸缩驱动器电流源的设计

论文摘要

超磁致伸缩材料是一种新型的功能材料,与传统的磁致伸缩材料相比具有磁致伸缩应变大、能量密度高、响应速度快等显著的优点。基于超磁致伸缩材料的微位移驱动器在超精密加工、快速定位调节、主动减震降噪、流体控制等领域有广泛的应用。超磁致伸缩材料在工作状态下把电磁能转换为机械能,能量的大小由驱动电源决定,驱动器的静态和动态工作特性主要取决于励磁线圈的驱动电源的性能。所以电流源的设计是超磁致伸缩驱动器的研究和应用中的关键技术。本文根据超磁致伸缩驱动器的特点,通过分析对比不同类型恒流源电路原理,设计了适合本课题的连续调整型电流源电路,并研究其控制结构。通过分析该电路的系统误差得出影响电流源输出精度的最关键的环节,分别是基准电压、采样电阻和运算放大器,并提出了抑制系统误差的方法和措施。其次,对电流源中使用的功率MOSFET,分析了其输入输出特性及驱动电路的特点,设计了满足系统要求的功率MOSFET驱动电路和过流保护电路。对功率MOSFET使用中产生热量的问题,设计了系统的散热装置。再次,完成了系统的硬件电路设计,包括恒流源电路、DSP控制系统、D/A转换模块、温度测量模块、键盘模块、液晶显示模块、电源模块、PCB设计,以及上位机软件的编写。最后,对本文设计的超磁致伸缩驱动器电流源进行了性能指标的测试。输出电流稳定度优于0.3‰、纹波电流系数优于1%、负载调整率优于0.3‰、电压调整率优于0.6‰,均满足系统要求,为超磁致伸缩驱动器的精密定位提供了保障。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 超磁致伸缩驱动器电流源的研究现状
• 1.3 本课题的主要研究内容
• 第2章 电流源电路原理及误差分析
• 2.1 引言
• 2.2 电流源电路原理
• 2.2.1 连续调整型电流源
• 2.2.2 电流源控制结构
• 2.3 电流源系统误差分析
• 2.4 减小电流源系统误差的措施
• 2.4.1 使用高精度电压基准
• 2.4.2 采样电阻的温度补偿
• 2.4.3 使用高性能运算放大器
• 2.5 本章小结
• 第3章 功率MOSFET 的驱动与保护
• 3.1 引言
• 3.2 功率MOSFET 的特性和主要参数
• 3.2.1 功率场效应晶体管的特性
• 3.2.2 功率场效应晶体管的主要参数
• 3.3 功率MOSFET 栅极驱动电路设计
• 3.3.1 功率MOSFET 驱动电路特点
• 3.3.2 功率MOSFET 驱动电路的注意事项
• 3.3.3 功率MOSFET 驱动方案
• 3.4 功率MOSFET 的过流保护
• 3.4.1 过流保护的必要性
• 3.4.2 过流保护电路
• 3.5 功率MOSFET 的散热设计
• 3.5.1 散热设计的必要性及散热方式
• 3.5.2 散热器的设计与计算
• 3.5.3 散热器的安装
• 3.6 本章小结
• 第4章 系统的软硬件设计
• 4.1 引言
• 4.2 系统的总体设计方案
• 4.3 恒流源电路
• 4.4 DSP 控制系统
• 4.5 D/A 转换模块
• 4.6 温度测量模块
• 4.7 液晶显示模块
• 4.8 键盘模块
• 4.9 电源模块
• 4.10 印制电路板的设计
• 4.10.1 元器件的布局
• 4.10.2 电源线和地线的设计
• 4.10.3 去耦设计
• 4.10.4 布线设计
• 4.11 上微机软件设计
• 4.12 本章小结
• 第5章 性能指标测试及实验
• 5.1 引言
• 5.2 实验的仪器设备
• 5.3 输出电流稳定度测试
• 5.4 输出交流纹波测试
• 5.5 负载调整率测试
• 5.6 电压调整率测试
• 5.7 采样电阻温度系数测试
• 5.8 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢