Design of high voltage amplifier for thousand-element adaptive piezoelectric deformable mirror

SHAO Meng; LI Hongwen; YAO Kainan; Yang Leqiang; DENG Yongting

doi:10.37188/OPE.20223023.2995

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Design of high voltage amplifier for thousand-element adaptive piezoelectric deformable mirror

更新时间：2022-12-20

- Design of high voltage amplifier for thousand-element adaptive piezoelectric deformable mirror
- Optics and Precision Engineering Vol. 30, Issue 23, Pages: 2995-3003(2022)
- 作者机构：
  
  中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春 130033
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.37188/OPE.20223023.2995
  CLC： TH743;TM133
- Received：28 September 2022，
  
  Revised：27 October 2022，
  
  Published：10 December 2022
- 稿件说明：
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邵蒙,李洪文,姚凯男等.千单元自适应压电变形镜的高压放大器设计[J].光学精密工程,2022,30(23):2995-3003.

SHAO Meng,LI Hongwen,YAO Kainan,et al.Design of high voltage amplifier for thousand-element adaptive piezoelectric deformable mirror[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(23):2995-3003.
邵蒙,李洪文,姚凯男等.千单元自适应压电变形镜的高压放大器设计[J].光学精密工程,2022,30(23):2995-3003. DOI： 10.37188/OPE.20223023.2995.

SHAO Meng,LI Hongwen,YAO Kainan,et al.Design of high voltage amplifier for thousand-element adaptive piezoelectric deformable mirror[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(23):2995-3003. DOI： 10.37188/OPE.20223023.2995.

摘要

为了满足大型地基望远镜高分辨率成像的需求，需要利用自适应光学技术对大气湍流造成的波前误差进行校正。压电变形镜是自适应光学系统的关键部件，针对大型地基高分辨率成像望远镜中千单元级压电变形镜的高压高速驱动问题，设计了高性能压电陶瓷高压放大器。该高压放大器采用基于高速低压运算放大器和分立功率器件构成两级放大结构，实现压电陶瓷的高精度大功率驱动。相比于集成运放器件构成的驱动系统，该高压放大器具有驱动能力更强、成本更低的优势，适用于驱动通道较多的自适应压电变形镜系统。实验结果表明：本文设计的高压放大器可以实现120 V输出，驱动0.33 μF容性负载时

3 dB带宽达到5 000 Hz，输出响应时间≤100 μs。该高压放大器能够满足千单元级压电变形镜的应用要求。

Abstract

In order to meet the high-resolution imaging requirements of large ground-based telescopes， adaptive optics technology needs to be used to correct the wavefront error caused by atmospheric turbulence. The piezoelectric deformable mirror is the key component of an adaptive optics system. Aiming at the high-voltage and high-speed driving of the thousand-element piezoelectric deformable mirror in a large ground-based high-resolution imaging telescope， a high-performance piezoelectric ceramic high-voltage amplifier was designed. The high-voltage amplifier adopts a two-stage amplification structure based on high-speed low-voltage operational amplifiers and discrete power devices to realize high-precision and high-power driving of piezoelectric ceramics. Compared with a driving system composed of integrated operational amplifier devices， the high-voltage amplifier has the advantages of a stronger driving capability and lower cost， and it is more suitable for piezoelectric deformable mirror systems with many driving channels. The experimental results show that the high-voltage amplifier designed in this paper can achieve a 120 V output， the -3 dB bandwidth can reach 5 000 Hz when driving a 0.33 μF capacitive load， and the output response rise time is less than or equal to 100 μs. The high-voltage amplifier can meet the application requirements of a thousand-element piezoelectric deformable mirror.

关键词

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林旭东，刘欣悦，王建立，等 . 961单元变形镜研制及性能测试［J］. 光学学报， 2013 ， 33 （ 6 ）： 9 - 14 . doi: 10.3788/AOS201333.0601001 http://dx.doi.org/10.3788/AOS201333.0601001

LIN X D ， LIU X Y ， WANG J L ， et al . Development and performance test of the 961-ElementDeformable mirror ［J］. Acta Optica Sinica ， 2013 ， 33 （ 6 ）： 9 - 14 . （in Chinese） . doi: 10.3788/AOS201333.0601001 http://dx.doi.org/10.3788/AOS201333.0601001

王玉坤，曹召良，李大禹，等 . 液晶-变形镜自适应光学系统的数据采集与处理软件设计［J］. 光学精密工程， 2018 ， 26 （ 6 ）： 1507 - 1516 .

WANG Y K ， CAO ZH L ， LI D Y ， et al . Design of liquid crystal-deformable mirror adaptive optical system data acquisition and process software ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2018 ， 26 （ 6 ）： 1507 - 1516 . （in Chinese）

李小辉 . 高精度动态压电陶瓷驱动电源的研究［D］. 南昌：华东交通大学， 2009 .

LI X H . Research on High-precision Dynamic Piezoelectric Ceramic Driving Power ［D］. Nanchang ： East China Jiaotong University ， 2009 . （in Chinese）

徐辽，范青武，刘旭东，等 . 基于PA85A的高精度动态压电陶瓷驱动电源设计［J］. 压电与声光， 2018 ， 40 （ 4 ）： 564 - 567 .

XU L ， FAN Q W ， LIU X D ， et al . Design of high-precision dynamic PZT driving power based on PA85A ［J］. Piezoelectrics ＆ Acoustooptics ， 2018 ， 40 （ 4 ）： 564 - 567 . （in Chinese）

张文博 . 基于压电叠堆的微动扫描平台控制器研制［D］. 大连：大连理工大学， 2016 .

ZHANG W B . Research on Controller for Micro Scanning Platform Based on Piezoelectric Stack ［D］. Dalian ： Dalian University of Technology ， 2016 . （in Chinese）

钱存，张文涛，杜浩，等 . 一种大容性负载的压电陶瓷驱动电源设计［J］. 压电与声光， 2019 ， 41 （ 5 ）： 752 - 755 .

QIAN C ， ZHANG W T ， DU H ， et al . Design of a piezoelectric ceramic drive power supply with large capacitive load ［J］. Piezoelectrics ＆ Acoustooptics ， 2019 ， 41 （ 5 ）： 752 - 755 . （in Chinese）

龙传慧，刘友，凡木文，等 . 大容性负载双极性高压功率放大器设计［J］. 电测与仪表， 2011 ， 48 （ 8 ）： 76 - 79 . doi: 10.3969/j.issn.1001-1390.2011.08.018 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1001-1390.2011.08.018

LONG CH H ， LIU Y ， FAN M W ， et al . Design of a bipolar high-voltage power amplifier for large capacitive loads ［J］. Electrical Measurement ＆ Instrumentation ， 2011 ， 48 （ 8 ）： 76 - 79 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1001-1390.2011.08.018 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1001-1390.2011.08.018

XU L S ， LI H W ， LI P Z ， et al . The application of classical control in the design and analysis of power amplifiers for driving piezoelectric stack actuators ［J］. Electronics ， 2021 ， 10 （ 6 ）： 720 .

胡域，朱玉玉 . 一种高压压电陶瓷驱动电源的设计［J］. 压电与声光， 2020 ， 42 （ 1 ）： 71 - 76 . doi: 10.11977/j.issn.1004-2474.2020.01.017 http://dx.doi.org/10.11977/j.issn.1004-2474.2020.01.017

HU Y ， ZHU Y Y . Design of a high voltage piezoelectric ceramic driving power supply ［J］. Piezoelectrics ＆ Acoustooptics ， 2020 ， 42 （ 1 ）： 71 - 76 . （in Chinese） . doi: 10.11977/j.issn.1004-2474.2020.01.017 http://dx.doi.org/10.11977/j.issn.1004-2474.2020.01.017

凡木文 . 高性能压电波前校正器高压驱动技术研究［D］. 成都：中国科学院光电技术研究所， 2016 .

FAN M W . High-performance High-voltage Drive Electronics and Method for Piezoelectric Wavefront Corrector ［D］. Chengdu ： Institute of Optics and Electronics， Chinese Academy of Sciences ， 2016 . （in Chinese）

贾建禄，赵金宇，王建立，等 . 机动式车载自适应光学波前处理器的设计［J］. 光学精密工程， 2018 ， 26 （ 1 ）： 48 - 54 . doi: 10.3788/ope.20182601.0048 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20182601.0048

JIA J L ， ZHAO J Y ， WANG J L ， et al . Design of mobile vehicle-based adaptive optical wave-front processor ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2018 ， 26 （ 1 ）： 48 - 54 . （in Chinese） . doi: 10.3788/ope.20182601.0048 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20182601.0048

林海奇 . 基于模型辨识的自适应光学系统控制技术研究［D］. 成都：中国科学院光电技术研究所， 2019 .

LIN H Q . Research on Adaptive Optics System Control Technology Based on Model Identification ［D］. Chengdu ： Institute of Optics and Electronics， Chinese Academy of Sciences ， 2019 . （in Chinese）

王建立，董玉磊，姚凯男，等 . 349单元自适应光学波前处理器［J］. 光学精密工程， 2018 ， 26 （ 5 ）： 1007 - 1013 .

WANG J L ， DONG Y L ， YAO K N ， et al . Three hundred and fourty-nine unit adaptive optical wavefront processor ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2018 ， 26 （ 5 ）： 1007 - 1013 . （in Chinese）

贾建禄，王建立，赵金宇，等 . 961单元自适应光学系统波前处理器［J］. 光学精密工程， 2013 ， 21 （ 6 ）： 1387 - 1393 . doi: 10.3788/OPE.20132106.1387 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20132106.1387

JIA J L ， WANG J L ， ZHAO J Y ， et al . 961-element adaptive optical wave-front processor ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2013 ， 21 （ 6 ）： 1387 - 1393 . （in Chinese） . doi: 10.3788/OPE.20132106.1387 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20132106.1387

张雨东，饶长辉，李新阳 . 自适应光学及激光操控［M］. 北京：国防工业出版社， 2016 .

ZHANG Y D ， RAO CH H ， LI X Y . Adaptioe Optics and Laser Nanipulation ［M］. Beijing ： National Defense Industry Press ， 2016 . （in Chinese）

王建立，陈涛，张景旭，等 . 地基高分辨率光电成像望远镜总体需求及关键技术分析［J］．光学精密工程， 2008 ， 16 （ 5 ）： 2 - 16 .

WANG J L ， CHEN T ， ZHANG J X ， et al .. General requirements and key technologies for the ground-based high resolution EO imaging telescope ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2008 ， 16 （ 5 ）： 2 - 16 . （in Chinese）

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