压电执行器的驱动电源设计+文献综述(3)
对压电效应的影响。对于压电陶瓷来说，其输出位移会随着温度的升高而呈现
减小的趋势。正压电效应在0℃~50℃范围内仅减少了5%~8%，而逆压电效应在
同样的范围内则减少了 65%。由此可见，压电执行器需要工作在一个温度变化
不大的环境内，这就限制了其在高精度定位领域的应用。
压电陶瓷根据极化方式和极化方向的不同，也可具有纵向效应、横向效应以及剪切效应。象石英晶体一样，也可根据不同效应作成不同的传感器和执行器。
正压电效应可以把机械振动信号转化为电信号，因此用来做传感器；逆压电效
应则是把在电场作用下产生机械振动，因此常用作执行器。但是由于压电陶瓷
的绝缘性能和机械强度都不如石英晶体，在做传感器的时候可能会引起信号误
差且耐用性较差，所以压电陶瓷在执行器方面的应用要多于传感器方面。1.4 压电执行器技术
压电执行器就是利用了压电陶瓷的逆压电效应， 即在压电陶瓷的某一适当方
向上施加电场，从而能产生相应的位移与力的作用。
压电执行器应用广泛，主要分为以下几个大类：
1．在机械方面的应用。由于具有低功耗、低发热等特点，压电材料是一种
优良的机械元件材料。如制作冲击式点阵打印机，就是利用了压电执行器与位移
放大器的结合。另外还用于半导体制造和精密切削加工等方面的精密定位装置。
2．在动力方面的应用。利用压电执行器的耗电低和可精密控制的特点，人
们制成了许多压电原理的电动器，如压电风扇、压电阀、超声马达等装置。
3．在光学方面的应用。目前应用于光电通信系统的压电执行器已经得到了
广泛的发展，如激光微定位器、光纤对接耦合器、光纤偏振控制器等。
4．在传感器方面的应用。由于单片压电执行器位移往往较小，所以通常采
用多片压电执行器相叠加的方法放大位移量，从而用较小的压力得到较大的电
压。这种方法多见于高灵敏度的压电陶瓷传感器。
5．在执行器方面的应用。考虑到驱动电压与位移之间存在迟滞，通常采用
电容式位移传感器或激光位移传感器检测执行器结构的实际位移， 从而组成闭环
反馈控制系统，减小误差[2]
。1.5 压电材料的应用实例
1.超声波探伤。作为目前应用最广泛的一种无损探伤手段——超声波探伤
仪，就利用了压电材料的优良性能。它能检测材料表面的缺陷，也能探测内部深
达几米处的缺陷，且反应灵敏准确。这是一般的X 光探伤所达不到的。
2.声纳仪器。超声波具有很好的方向性，而且在水中能传播很远的距离。 利
用这些特点，人们制成声纳，利用收发超声波信号发现潜艇和鱼群，还可以测绘
海底形状。 换能器是声呐中的重要器件，起到把声能转化为其他形式的能量的
作用，其工作原理就是利用了压电材料的伸缩压电效应。
3.医疗仪器。最常见的如超声波诊断仪和振荡器。利用超声波成像，医院可
以用B 型超声波诊断仪做胃部、腹部检查，还可以观察胎儿的发育情况。而振荡
器则用于治疗结石类病症，利用超声波可以击碎体内的肾结石胆结石等，从而避
免开刀，快速方便地治疗病患。
1.6 本文的研究目的
本文针对压电陶瓷强电容性的负载特性， 根据电源的峰值充放电电流和峰值
输出功率可以影响压电陶瓷执行器驱动电源的动态性能的原理， 采用并联多组具
有充放电和限流功能的电路单元的方法， 提高压电执行器的充放电电流峰值和输