PiezoDrive PDu100B微型压电驱动器、小型电源和线性放大器

PDu100B是一款完整的小型电源和线性放大器，用于驱动压电执行器。PDu100B提供可变增益和失调、可切换电压范围，以及单极性和双极性输入和输出选择。PDu100B可以驱动高达+/-100 V的双线压电致动器和弯曲器，以及高达+100 V的三线压电弯曲器和堆叠致动器，应用包括压电阀、电机、泵、MEMs和超低功耗定位和操纵系统。 PDu100B具有电流过载和过热保护功能。还提供一个关断引脚，拉低时可将电源电流降至1 mA。PDu100B可以作为独立模块使用，也可以用四个M2.5螺纹垫片安装在底座上。PCB安装版本(PDu100B-PCB)配有接头，可直接安装在主机主板上。

兼容致动器

堆叠致动器	60伏，100伏
板和管	高达+/-100伏
两台弯线机	高达+/-100伏
三个电线弯曲器	0至100伏，100伏偏压

规范

电源	3 V至5.5 V
最大单极性输出	+60伏	+90伏	+100伏
最大双极性输出	+/-60伏	+/-90伏	+/-100伏
均方根输出电流	89毫安	60毫安	33毫安
平均DC海流	40毫安	18毫安	15毫安
功率通带	5.3千赫	3.5千赫	3.2千赫
峰值输出电流	100毫安
信号带宽	60 kHz(空载)
规模	39 x 25毫米(1.5 x 1英寸)
重量	5.5克(0.2盎司)
获得	27.5伏/伏
单极输入Z	10万欧姆
双极输入Z	2万欧姆
输入失调	+/-100毫伏
负载电容	无限的
防止过载	热量和电流
噪音	70mV RMS (10uF负载)
环境	0至70摄氏度(32至158华氏度)
静态电流	25毫安(关断时1毫安)

接线图

PDu100B连接图

操作

下面的框图说明了放大器的工作原理。升压转换器产生高压轨，为一对互补放大器供电。一路输出可以用来驱动最高+100 V的单极性负载，或者两路输出都可以用来产生100 V的电压。输入可在半电源电压偏置的单极性信号或双极性信号之间选择。放大器增益为27.5，因此3.6 Vp-p输入将产生100 Vp-p输出。两个放大器通道均以输出范围的一半偏置，例如100 V范围为50 V。

PDu100B框图

示例应用

配置

PDu100B可以配置为适合各种应用。输出电压范围由开关1 (S1)选择，如下所示。

S1.1	S1.2	单极范围	双极范围
在	在	100伏	+/-100伏
在	离开	90伏	+/-90V
离开	在	70伏	+/-70V
离开	离开	60伏	+/-60V

输出电压范围配置

通过开关2 (S2)，可以将输入类型配置为单极性或双极性，如下所示。

输入类型	S2.1	S2.2	输入终端	输入范围
单极的	在	离开	Vup	0.5伏与+/-1.8伏
双极的	离开	在	Vbp	+/- 3.6V

输入类型配置

总系统增益由输入和输出配置决定。下面列出了可能的组合。

输入类型	输出类型	获得	输入范围	输出范围
单极的	单极的	27.5	0.5伏与+/-1.8伏	100伏
单极的	双极的	55	0.5伏与+/-1.8伏	+/-100伏
双极的	单极的	13.75	+/- 3.6V	100伏
双极的	双极的	27.5	+/- 3.6V	+/-100伏

系统增益和电压范围

两个输出都偏置在大约一半的HV总线电压VHV例如50伏，范围为100伏。输出电压公式如下所示。

输入类型	输出类型	输出方程
单极的	单极的	27.5×(Vup−VS2)+VHV2
单极的	双极的	55×(Vup−VS2)
双极的	单极的	13.75×Vbp+VHV2
双极的	双极的	27.5×Vbp

系统增益和电压范围

使用调节器R15，高压总线电压(和偏置输出)可以变化10%。可联系info@piezodrive.com公司定制增益和输出电压范围。

补偿电压

微调电位器R15调节DC失调电压，其范围为+/- 250 mV。

输出电流

下面列出了每个电压范围的最大RMS和平均DC输出电流。平均DC电流是正向或负向流动的平均电流。对于正弦波，平均DC电流与均方根电流的关系如下 Iav=2πIrms

电压范围	均方根电流	平均电流
60伏	89毫安	40毫安
70伏	67毫安	30毫安
90伏	60毫安	18毫安
100伏	33毫安	15毫安

最大均方根和平均DC输出电流

对于小于100 us的周期，输出电流约为100 mA是可能的。这有助于实现输出电压的小而高速的阶跃变化。

功率通带

功率带宽是可以无失真再现的最大频率周期信号。功率带宽计算器确定给定负载电容的最大工作频率和所需功率。该计算器包括限流、压摆率和信号带宽的影响。计算器不包括峰值电流限值的时间常数，因此当功率带宽低于50 Hz时，可能会变得不准确。

信号带宽

PDu100B的空载小信号带宽约为60 kHz。对于容性负载，信号带宽预定为电源带宽的十倍，即 fbw=11700CL.一系列负载电容的小信号带宽如下图所示，并在下表中列出。

PDu100B Signal Bandwidth versus Load Capacitance

信号带宽与负载电容的关系

噪音

PDu100B的输出电压包含来自升压转换器的开关噪声和来自高压放大器的随机噪声。在5 V电源和100 V输出范围下，测得的噪声(Fluke 189)如下所示。

负载电容(uF)	信号带宽	噪声(均方根值)
10纳法	30千赫	550毫伏
30纳法	19千赫	450毫伏
100纳法	5.9千赫	350毫伏
300纳法	1.9千赫	280毫伏
1 uF	590赫兹	190毫伏
3 uF	190赫兹	120毫伏
10 uF	59赫兹	70毫伏
30 uF	19赫兹	50毫伏

信号带宽和噪声

通过使用输出电阻来降低带宽，可以降低输出电压噪声。不同应用的正确电路配置如下所示。

降噪电路 要确定特定噪声水平所需的输出电阻，所需带宽应从下图中选择。正确的电阻可以通过下式计算 RO=12πfbwCL–270,

均方根噪声与带宽的关系 噪声测量在静态输入电压下进行。当电流从输出端流出时，由于升压转换器的作用，纹波将会增加。

功耗

对于容性负载，功耗是电源电压和平均电流的乘积，即 PD=VS×IS(av)以全功率带宽工作时，最差情况下的功耗约为2.5 W，PDu100B从结到环境的热阻为30 K/W，因此，最大温升比环境温度高约75摄氏度。如果环境温度超过50摄氏度时需要全功率运行，建议在底面安装21毫米的散热器。这也要求连接器安装在PCB的另一侧(例如，Wakefield 624-45ABT3)。带有未安装连接器和散热器套件的设备的订购代码是PDu100B-HS。