特别说明1：本文章用于回顾记录本人制作压电阀控制器的关键技术，本人所制作压电阀控制器已经上市得到应用，特在此对一些关键技术进行回顾记录，欢迎从事压电控制及压电阀相关人员一起讨论。

特别说明2：本系列大部分技术均涉及专利技术保护，如有参考或需提供技术支持请联系邮箱1823703866@qq.com。

高频高压输出简介

控制器输出高频高压波形主要是输出梯形波电压,如下图1-1所示,使用此梯形波电压加载到压电陶瓷堆叠上即可控制压电阀的上升、下降、打开、关闭四个时间，同时通过控制电压来控制撞针每次抬起的行程，完成了对压电陶瓷堆叠的控制。

图1-1 梯形波电压

高频高压输出仿真设计

由于输出梯形波形电压一般在100V-150V，电压太高，不能够通过单片机直接输出此高电压的控制波形，使用高压运算放大器，不仅对运算放大器的输出功率要求高，而且电路复杂造价昂贵，现在所使用的控制方法一般为通过将梯形波进行调制，利用PWM波形脉宽可调原理，通过控制芯片输出高频的PWM调制波形，再进行升压滤波后，得到输出的高频高压梯形波。

在对调制的波形滤波中，保证滤波解调后的梯形波输出功率和稳定性，是滤波电路的关键作用，故需要对所使用的滤波电路进行仿真设计，本设计使用multisim进行仿真，将调制升压后的PWM波形，通过滤波电路解调出所需要的梯形波，最终滤波电路经过仿真得到图2-1所示的梯形波，此滤波电路使用两级滤波的方法，不仅仅可以减小滤波功率所示，而且可以提高输出梯形波的平稳性。

经过仿真和实际电路验证，本设计的梯形波最大输出频率可以达到2000Hz，并且在滤波电路设计中尤其注意滤波功率元件的功耗计算，题主就由于没有对功率元件进行功率校核在前两次电路板设计中失败。

图2-1 滤波得到梯形波仿真图

高频高压输出硬件电路设计

在上一节中我们针对高频高压梯形波输出进行了仿真设计，验证了通过PWM脉宽调制的可行性，本节进一步设计从主控单元输出PWM信号到控制器输出高频高压梯形波的完整硬件逻辑。

在主控芯片输出的3.3VPWM信号需要首先经过滤波，升压到高压的PWM波形，在将高压的PWM输出到滤波电路中，最终得到梯形波。

在升压电路中是硬件设计的重点，怎样将3.3VPWM电压升为高压PWM电压是设计难点，本设计使用半桥电路如图3-1所示，通过专用的半桥控制芯片，并使用自举电路来简化半桥电路驱动。

升压半桥电路

4.高频高压输出软件实现算法

此部分输出软件算法主要是针对PWM调制的说明，由于设计的梯形波输出波形频率小于2000Hz，则调制的PWM一般为梯形波的50倍作用，本设计使用100KHz的调制波形实现此种调制信号，并且由于使用半桥电路进行输出，则需要在PWM+和PWM-之间加入死区时间，防止同时导通两个MOS管，具体关于通过互补PWM输出控制将会用专题说明，此处只是说明使用的算法。

最终使用的带死区的互补PWM波形如图4-1所示，通过此种PWM调制波控制PWM的高电平低电平脉宽比例，即可控制滤波后输出电压。

至此高频高压输出设计完成，通过此即可以将高频高压梯形波施加到压电陶瓷堆叠上完成动力驱动。

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