壓電陶瓷驅動控制之噪聲與脈沖驅動

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

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，然而壓電陶瓷參數中的“電容”是電能量耦合的一個參數，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，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。

電控與壓電系統致動

在很大程度上，驅動控制決定壓電系統的性能。必須要選擇適合的驅動控制。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換成對應的精密位移。因此任何電信號偏差比如噪聲都會轉變成機械噪聲。
壓電機械系統的定位精度不*取決于壓電陶瓷本身，還受驅動控制的影響。因此超精密定位，需要高品質、信/噪比（S/N）低的壓電陶瓷驅動控制器。

芯明天研發生產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，驅動控制PSt150/7/20VS12(位移20μm 0-150V)時對應的標稱位移的影響理論值為0.26nm。但是由于噪聲的電壓調制是以小信號激勵體現的，實際上位置的波動會遠小于亞納米。

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

對于動態位移控制，噪聲對位移穩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。

脈沖驅動

壓電陶瓷的機械響應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，壓電陶瓷的響應時間就越短。
為了得到相應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    

(低動態定位，比如采用E72/E73系列壓電控制器)

dtc=1msec = Ipeak =750mA      

(動態位移控制,比如采用E00/E01系列壓電控制器)  

dtc=150usec=> Ipeak=        

(點膠閥驅動控制，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的應用來說，壓電陶瓷需要承受非常高的電和機械負載。標準的壓電陶瓷將會被損壞，需要采用特殊定制陶瓷。