用于驱动压电负载的系统和制造其的方法技术方案

本申请公开用于驱动压电负载的系统和制造其的方法。一种驱动器系统包括直流（DC）电压和第一双向DC-到-DC转换器，其具有耦合到DC电压源的一次侧以及二次侧并且配置成将一次侧上的第一电压转换成二次上的第二电压。该驱动器系统还包括第二双向DC-到-DC转换器，其具有耦合到DC电压源的一次侧和耦合到第一双向DC-到-DC转换器的二次侧的二次侧并且配置成将一次侧上的第一电压转换成二次上的第三电压。该第一和第二双向DC-到-DC转换器能够提升第一电压，并且第二控制信号是第一控制信号的补。第二与第三电压之间的电压差包括输出电压，其包括第一控制信号的放大。

【技术实现步骤摘要】
用于驱动压电负载的系统和制造其的方法
本专利技术的实施例一般来说涉及压电致动器，并且更具体地，涉及用于压电致动器的驱动器电路。
技术介绍
已知压电材料在电场应用时改变尺寸。该现象允许使用压电材料以在微机电系统（MEMS）装置中用作致动器。例如，这样的致动器已经在产生合成射流流体来影响该流体在表面上的流动的合成射流致动器中使用。典型的合成射流致动器包括限定内室的壳体。在壳体壁中存在孔。致动器进一步包括在壳体中或壳体周围的机构以用于定期改变内室内的体积使得产生一系列流体漩涡并且其在外部环境中从壳体的孔投射出来。体积改变机构的示例可包括，例如安置在射流壳体中的活塞以在活塞的往复运动期间使流体移入和移出孔，或作为壳体壁的柔性膜片。该柔性膜片典型地由压电致动器或其它适合的部件致动。典型地，压电致动器通常需要几十伏或更高的电压以用于正确操作，并且一些种类的致动器需要具有可能可变频率和幅度的AC电压。在压电致动器与例如在便携式、消费者、航空或运输电子装置中的低压电路接口的应用中，可能难以驱动这些致动器。例如，当尝试用AC电压波形或具有可变值（其中峰值电压高于从电源可获得的）的一个来驱动压电致动器时，已知的方法通常使用复杂、低效、大的和/或昂贵的驱动器来实现该目标。另外，其中使用压电致动器的许多应用要求使用最小功耗，并且具有低效率的低效压电致动器通常不合这样的最小功耗要求。因此，需要有用于驱动压电负载的系统以便提供非常有效的驱动器电路，其可以从低压电源操作并且有效地产生具有可变频率和幅度的可控高压AC波形的。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，驱动器系统包括直流（DC）电压源和第一双向DC-到-DC转换器，其具有耦合于DC电压源的一次侧和二次侧并且包括控制输入，该控制输入配置成接收第一控制信号，该第一控制信号配置成控制第一双向DC-到-DC转换器的一次侧上的第一电压到第一双向DC-到-DC转换器的二次侧上的第二电压的转换。该驱动器系统还包括第二双向DC-到-DC转换器，其具有耦合于DC电压源的一次侧和耦合于第一双向DC-到-DC转换器的二次侧的二次侧并且包括控制输入，该控制输入配置成接收第二控制信号，该第二控制信号配置成控制第二双向DC-到-DC转换器的一次侧上的第一电压到第二双向DC-到-DC转换器的二次侧上的第三电压的转换。该第一和第二双向DC-到-DC转换器能够提升第一电压，并且第二控制信号是第一控制信号的补（complement）。第二与第三电压之间的电压差包括输出电压，并且该输出电压包括第一控制信号的放大。根据本专利技术的另一个方面，制造压电驱动器的方法包括使直流（DC）电压源耦合于第一电压转换器的低压侧以及第二电压转换器的低压侧，其中该第一和第二电压转换器包括双向DC-到-DC电压转换器，其能够使来自DC电压源的电压提升。该方法还包括使第一电压转换器的高压侧上的第一高压侧端子耦合于压电致动器的第一侧、使第二电压转换器的高压侧上的第一高压侧端子耦合于压电致动器的第二侧，以及使第一电压转换器的第二高压侧端子耦合于第二电压转换器的第二高压侧端子。该方法还包括使控制系统耦合于第一和第二电压转换器并且将控制系统配置成向第一电压转换器供应第一控制信号以及向第二电压转换器供应第二控制信号。该第一控制信号配置成控制第一电压转换器以将来自第一电压转换器的低压侧上的DC电压源的电压转换成第一电压转换器的高压侧上的第一输出电压，并且该第二控制信号是该第一控制信号的补并且配置成控制第二电压转换器以将来自第二电压转换器的低压侧上的DC电压源的电压转换成第二电压转换器的高压侧上的第二输出电压。第一和第二输出电压之间的电压差包括差分电压，其包括第一控制信号的放大。根据本专利技术的再另一个方面，压电驱动器包括具有低压侧和高压侧的第一双向DC-到-DC电压转换器并且包括具有低压侧和高压侧的第二双向DC-到-DC电压转换器。该第一双向DC-到-DC电压转换器包括第一高压侧端子、第二高压侧端子，并且其中该第一双向DC-到-DC转换器能够使其第一高压侧端子上的电压提升。第二双向DC-到-DC电压转换器包括第一高压侧端子、第二高压侧端子，其耦合于第一电压转换器的第二高压侧端子，并且其中该第二双向DC-到-DC转换器能够使其第一高压侧端子上的电压提升。压电驱动器还包括：直流（DC）电压源，其耦合于第一和第二双向DC-到-DC电压转换器的低压侧；压电致动器，其耦合于第一双向DC-到-DC电压转换器的第一高压侧端子并且耦合于第二双向DC-到-DC电压转换器的第一高压侧端子；和控制系统，其耦合于第一和第二电压转换器。该控制系统配置成向第一双向DC-到-DC电压转换器供应第一控制信号，其中该第一控制信号配置成控制第一双向DC-到-DC电压转换器以将第一双向DC-到-DC电压转换器的低压侧上的电压转换成第一双向DC-到-DC电压转换器的高压侧上的第一输出电压。该控制系统还配置成向第二双向DC-到-DC电压转换器供应第二控制信号，其中该第二控制信号是第一控制信号的补并且配置成控制第二双向DC-到-DC电压转换器以将第二双向DC-到-DC电压转换器的低压侧上的电压转换成第二双向DC-到-DC电压转换器的高压侧上的第二输出电压。第一和第二输出电压之间的电压差包括差分电压，其包括第一控制信号的放大。从下列连同附图提供的本专利技术的优选实施例的详细说明，将更容易地理解这些以及其他优点和特征。附图说明图图示目前设想用于实行本专利技术的实施例。在图中：图1是图示根据本专利技术一实施例的压电负载的压电驱动器的框示意图。图2是图示根据本专利技术一实施例的压电负载的压电驱动器电路的示意图。图3是图示根据本专利技术另一个实施例的压电驱动器的框示意图。图4是图示根据本专利技术另一个实施例的压电驱动器的框示意图。图5是图示根据本专利技术一实施例的参考信号发生器的框示意图。具体实施方式参考图1，框示意图图示耦合于压电负载或致动器102的压电驱动器100。压电负载102是电容性或无功负载。压电驱动器100包括电压源104以及第一和第二转换器106、108。第一和第二转换器106、108是DC-到-DC双向转换器/放大器，其配置从电压源104取电压，该电压供应给相应的低侧转换器端子对110、112和114、116，并且使到相应的高侧转换器端子对118、120和122、124的供应电压提升。第一和第二转换器106、108还使从相应端子118、120和122、124到相应端子110、112和114、116的电压降低。第一转换器106配置成将来自电压源104的电压vdc转换成输出电压vOA，并且第二转换器108配置成将来自电压源104的电压vdc转换成输出电压。在一个实施例中，输出电压vOA和vOB是电压vdc的非线性放大。然而，电压vOA和vOB之间的差是电压vdc的近似线性缩放或提升版本。在一个实施例中，第一和第二转换器106、108大致上是相同的单级双向开关模式电力转换器。如本文使用的，单级转换器是在单级中将输入电压转换成输出电压而在该输出电压之前不将输入电压转换成中间电压的转换器。第一和第二转换器106、108基于由产生供应给控制输入126的参考信号r(t)的AC电压源130供应的控制输入对126、128而使电压降本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种驱动器系统，包括：直流（DC）电压源；第一双向DC?到?DC转换器，其具有耦合到所述DC电压源的一次侧以及二次侧并且包括控制输入，所述控制输入配置成接收第一控制信号，所述第一控制信号配置成控制所述第一双向DC?到?DC转换器的所述一次侧上的第一电压到所述第一双向DC?到?DC转换器的所述二次侧上的第二电压的转换；第二双向DC?到?DC转换器，其具有耦合到所述DC电压源的一次侧和耦合到所述第一双向DC?到?DC转换器的所述二次侧的二次侧并且包括控制输入，所述控制输入配置成接收第二控制信号，所述第二控制信号配置成控制所述第二双向DC?到?DC转换器的所述一次侧上的所述第一电压到所述第二双向DC?到?DC转换器的所述二次侧上的第三电压的转换；其中所述第一和第二双向DC?到?DC转换器能够提升所述第一电压；其中所述第二控制信号是所述第一控制信号的补；其中所述第二与第三电压之间的电压差包括输出电压；并且其中所述输出电压包括所述第一控制信号的放大。

【技术特征摘要】
2012.04.05 US 13/4401101.一种驱动器系统，包括：DC(直流)电压源；第一双向DC-到-DC转换器，其具有耦合到所述DC电压源的一次侧以及二次侧并且包括控制输入，所述控制输入配置成接收第一控制信号，所述第一控制信号配置成控制所述第一双向DC-到-DC转换器的所述一次侧上的第一电压到所述第一双向DC-到-DC转换器的所述二次侧上的第二电压的转换；第二双向DC-到-DC转换器，其具有耦合到所述DC电压源的一次侧和耦合到所述第一双向DC-到-DC转换器的所述二次侧的二次侧并且包括控制输入，所述控制输入配置成接收第二控制信号，所述第二控制信号配置成控制所述第二双向DC-到-DC转换器的所述一次侧上的所述第一电压到所述第二双向DC-到-DC转换器的所述二次侧上的第三电压的转换；其中所述第一和第二双向DC-到-DC转换器能够提升所述第一电压；其中所述第二控制信号是所述第一控制信号的补；其中所述第二与第三电压之间的电压差包括输出电压；并且其中所述输出电压包括所述第一控制信号的放大，所述驱动器系统进一步包括控制系统，其耦合到所述第一和第二双向DC-到-DC转换器并且配置成：基于由AC电压源产生的参考信号产生所述第一和第二控制信号；以及将所述第一和第二控制信号分别供应给所述第一和第二双向DC-到-DC转换器。2.如权利要求1所述的驱动器系统，进一步包括无功负载，其具有第一端子和第二端子；其中所述第一双向DC-到-DC转换器包括：第一二次侧端子，其耦合到所述无功负载的所述第一端子；以及第二二次侧端子；并且其中所述第二双向DC-到-DC转换器包括：第一二次侧端子，其耦合到所述无功负载的所述第二端子；以及第二二次侧端子，其耦合到所述第一双向DC-到-DC转换器的所述第二二次侧端子。3.如权利要求2所述的驱动器系统，其中，所述无功负载包括压电负载。4.如权利要求2所述的驱动器系统，其中，所述第一双向DC-到-DC转换器进一步包括耦合到所述DC电压源的一次侧端子对；并且其中所述第二双向DC-到-DC转换器进一步包括耦合到所述DC电压源的一次侧端子对。5.如权利要求4所述的驱动器系统，其中，所述第一双向DC-到-DC转换器的所述第二二次侧端子耦合到所述第一双向DC-到-DC转换器的所述一次侧端子对中的一个以及耦合到所述第二双向DC-到-DC转换器的所述一次侧端子对中的一个。6.如权利要求2所述的驱动器系统，其中，所述第一和第二双向DC-到-DC转换器中的每个包括：变压器，其包括：一次侧绕组；以及二次侧绕组；第一开关，其耦合到所述一次侧绕组；以及第二开关，其耦合到所述二次侧绕组。7.如权利要求6所述的驱动器系统，其中，所述第一双向DC-到-DC转换器的所述二次侧绕组耦合到所述无功负载的所述第一端子；其中所述第二双向DC-到-DC转换器的所述二次侧绕组耦合到所述无功负载的所述第二端子；以及其中所述第一双向DC-到-DC转换器的所述第二开关进一步耦合到所述第二双向DC-到-DC转换器的所述第二开关。8.如权利要求1所述的驱动器系统，其中，所述输出电压包括所述第一控制信号的线性放大。9.如权利要求8所述的驱动器系统，其中，所述第二电压是所述第一控制信号的非线性放大；并且其中所述第三电压是所述第一控制信号的非线性放大。10.如权利要求1所述的驱动器系统，其中，所述控制系统包括脉宽调制器。11.如权利要求1所述的驱动器系统，其中，所述控制系统进一步包括反馈电路，所述反馈电路配置成基于所述第二和第三电压测量反馈电压；并且其中所述控制系统进一步配置成基于所述反馈电压修改所述第一和第二控制信号使得所述第二和第三电压匹配电压值的目标集。12.如权利要求1所述的驱动器系统，其中，所述控制系统进一步包括预失真控制器，其配置成修改所述第一和第二控制信号使得所述输出电压接近所述第一和第二控制信号的线性升压转换。13.如权利要求1所述的驱动器系统，其中，所述控制系统进一步包括数字控制器，其配置成从经由函数发生器和查找表中的一个确定的多个数字值产生所述参考信号。14.如权利要求13所述的驱动器系统，其中，所述数字控制器进一步配置成经由数模转换器和脉宽调制器中的一个将所述多个数字值转换成模拟信号。15.如权利要求14所述的驱动器系统，其中，所述控制系统进一步包括滤波器，其配置成使所述模拟信号中的噪声衰减，其中所述噪声是由于量子化和采样中的一个引起。16.如权利要求14所述的驱动器系统，其中，现有配置成将所述多个数字值转换成模拟信号的所述数字控制器配置成经由SigmaDelta调制器将所述多个数字值转换成模拟信号。17.如权利要求14所述的驱动器系统，其中，所述控制系统进一步包括滤波器，其配置成使所述模拟信号中的噪声衰减，其中所述噪声是由于...

【专利技术属性】
技术研发人员：JS格拉泽，R拉马巴德兰，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：