基于PSoC3的磁致伸缩作动器驱动电流源研究

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GMM(超磁致伸缩材料)是一种新型的功能材料,在外加磁场的作用下能够沿着磁场的方向伸长或缩短。由GMM作为核心,加之高导磁材料及驱动磁场设计的GMA(超磁致伸缩作动器)具有响应速度快、输出力大、机电耦合系数高等特点。本文根据GMM材料的特性设计了简易的磁致伸缩作动器,并根据GMA的驱动要求设计了直流恒流源及交流恒流源,最后进行了相应的驱动试验,验证恒流源的性能。首先,本文设计了简易的磁致伸缩作动器,包括驱动线圈设计、磁路设计、热设计等部分,选取高磁导率材料作为GMM附属导磁结构。介绍了PSoC3的主要特点,选取了PSoC3作为主控制芯片。其次,根据GMA的驱动要求设计了以Buck同步整流为主电路的直流恒流源,选取IR2110作为驱动芯片,驱动方式选取自适应延迟驱动,采集续流管两端电压,当续流管的体二极管导通时便驱动续流管导通,最大程度减小体二极管的导通时间降低损耗。恒流源精度可以达到1%,响应时间2ms左右。再次,根据GMA的驱动要求设计了倍频SPWM调制的全桥逆变交流恒流源,选取TLP250作为驱动芯片驱动全桥功率开关管。并且根据驱动要求,逆变输出电流的频率、幅值以及直流偏置可以随时调节,并且在直流偏置情况下只要单驱动线圈即可。经过实测可知设计的交流恒流源频率可以在20~200Hz之间调节,而且总谐波畸变量THD在5%以内,完全能够满足GMA的驱动要求。最后,将设计的简易GMA用所设计的恒流源进行驱动,进行了各种驱动情况下的分析,获得了GMA随驱动电流而变化的输出位移;对比了交流恒流源带有直流偏置和未带有直流偏置驱动情况下的GMA输出情况;对比了不同驱动频率下的输出情况,可以得到随着频率的增加,GMA输出位移的最大值会逐渐减小。
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