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《西安工程大学》 2017年
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压电式微滴喷头电源驱动系统设计

张津瑞  
【摘要】:织物表面导电线路柔性化制备是电子信息智能纺织品各元件集成的关键。目前现有织物表面导线制备方法不同程度上存在工艺复杂、成本高,不易弯曲和清洗等不足之处,基于此,本文提出微滴按需喷射与化学沉积技术相结合的方法,实现织物表面导电线路的打印成形。在线路成形过程中,实现微滴的按需可控喷射是成形高质量导电线路的前提条件,压电式微滴喷射技术因其具有喷射频率高,控制精确等优点,是一种有效的微滴按需产生方式。然而,在压电式喷射系统设计过程中,喷头电源需输出可控驱动电压,对压电陶瓷进行快速充放电,电路中产生较大充放电电流。针对上述问题,本文设计了一种压电式微滴喷头电源驱动系统,该系统通过FPGA硬件电路和STM32主控制器实现激励信号的数字化控制,并通过运放复合放大电路对低压激励信号进行线性放大,最终输出驱动电压,控制压电陶瓷振动,为后续压电式微滴喷射打印导电线路奠定了基础。本文主要研究内容如下:(1)压电式微滴喷头电源驱动系统总体结构设计。针对压电式喷头电源驱动系统功能,本文设计的电源驱动系统采用高压线性放大式压电陶瓷驱动方式。通过对比典型DDS低压控制信号生成原理,设计了基于FPGA的梯形激励信号生成方法,并最终完成了压电式喷头电源驱动系统总体结构设计。(2)电源驱动系统的硬件电路设计。为了实现低压激励信号生成,设计了STM32主控电路、FPGA硬件电路、AD9764和AD829组成的数模转换电路。为了实现低压信号的功率放大,本文对由低压运放OPA627和高压运放PA85构成的功率放大电路稳定性进行了详细分析,并用Pspice软件对其稳定性进行了仿真验证。(3)电源驱动系统的软件设计。主要包括STM32主控制器系统程序设计及FPGA模块的逻辑电路设计。完成了基于LABVIEW软件的上位机界面设计、基于FPGA的激励脉冲信号幅值、频率、上升沿下降沿、高电平时间等参数的数字化控制逻辑电路设计、基于STM32主控制器的幅值反馈矫正程序设计。(4)电源驱动系统整体性能测试。在上位机界面设置激励信号参数,利用示波器采集到了频率范围为1~40kHz、上升沿时间为0.5~10μs、高电平时间可控、幅值0.67V~4.5V之间的激励脉冲信号。通过将上升沿1.5μs、频率5KHz、高电平幅值1V的低压信号接入功率驱动电路板,对2.72nF电容进行驱动,结果表明,输出波形上升沿为2.35μs,高电平电压幅值偏差为2.3%。
【学位授予单位】:西安工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TS106;TN70

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