文章来源：EETOP
原文作者：allaboutcircuits
本文介绍了压电驱动器的设计权衡。
压电驱动器所采用的输出级类型，会极大影响整个压电定位系统的整体性能。因此在设计压电放大器时，必须选用适配压电应用场景的输出级方案。
本文仅讨论业内压电系统最常用的两种方案：AB 类输出级与D 类输出级。
同时补充讲解 D 类输出级的电源供电要求，再针对不同应用场景，对比分析 AB 类与 D 类输出级的优劣差异。
电路拓扑回顾
先回顾一些电路拓扑，方便衔接理解，相关电路原理图复现如下。
图 1推挽式 AB 类输出级，适用于带压电容性负载的电压反馈放大器。
图 2D 类半桥开关输出级，适用于带压电容性负载的电压反馈放大器。
D 类输出级的电源供电要求
D 类输出级的普及，核心源于其优异的电源效率。但也正是高效率的特性，使其在带在带容性/感性负载的系统中的系统中出现特有设计难点：系统必须配置可双向能量流动的电源，既能向外供电，也能吸收回馈电能。
这一核心设计要点常被忽略，结合实例最容易理解：假设负载电流
、电感电流 均为正向。当高端电路导通时，正电源支路电流 
为正，此时正电源向外输出电能。
当输出级切换至低端电路导通时，电感电流基本保持不变，仍为正向，但电流转而流经负电源，使负电源支路电流
为负值。电流从负电源的正极流向负极，负电源不再供电，而是吸收负载回馈的电能。
采用单正电源全桥架构，可在一定程度上规避电能吸收难题：一个 PWM 周期内，电能的输出与回馈都经由同一电源端口完成，配合去耦电容即可平滑电能波动。对于纯电阻负载（仅消耗有功功率），该方案完全可行，无需配置双向电源。
但对于容性压电负载，这种简易方案并不适用。结合图 2 来看：当负载电压为正、负载电流为负，或负载电压为负、负载电流为正时，能量会通过负向的 或 ，从负载回馈至电源。
压电容性负载在满功率带宽下周期性充放电时，有一半工作时间都会产生能量回馈。这一特性由理想压电容性负载的阻抗特性决定：
该阻抗无实部分量，仅存在虚部分量。
在理想压电负载中，电压与电流相位相差 90°，因此仅存在无功功率交换：
不存在有功功率损耗。
为实现能量回收，放大器电源必须支持双向电流流动。全桥架构可以省去负电源，但即便如此，压电容性负载仍要求剩余的正电源具备双向供电能力。
这也引出 D 类输出级选型的关键电源要求：同一路电源必须既能输出电流，也能也能灌入电流。常见解决方案包括：再生式电源、本地储能单元，部分场景也可采用电池供电系统。
图 3电源四象限工作特性：第二、四象限为电能吸收模式，并非所有常规电源都具备该能力。
简言之：
•半桥架构 D 类输出级：需两路独立电源，才能覆盖图 3 全部四个工作象限；
•全桥架构 D 类输出级：仅需一路正电源，可工作在第一象限（供电）与第二象限（吸能）即可满足需求。
输出级选型：优劣权衡总览
下面从四大核心设计维度，对比 AB 类与 D 类输出级：
1.全行程大信号动态工况
2.高频纹波干扰
3.电源设计复杂度
4.电磁干扰（EMI）
对比结束后，文末将给出两类输出级的适配应用场景建议。
全行程 / 大信号动态工况
AB 类放大器工作时，压电容性负载在满行程运动过程中产生的无功功率，会以热量形式耗散在输出晶体管上。
其最大功耗计算公式：
若应用需要压电器件全位移范围工作，尤其适配大容性负载、高速动态位移、大幅电压摆幅场景时，必须选用大功率压电放大器。
AB 类输出级并不适合这类大功率场景：散热压力极大，会导致可靠性下降、需配置笨重散热器，甚至存在器件安全隐患。
而 D 类输出级在容性压电负载周期性激励下，负载与电源之间会形成能量往复交换，即便长时间满行程连续工作，整体功耗也能维持在低位。D 类非常适合处理大无功功率工况且温升可控，非常适合做小型化紧凑设计。
优劣结论：D 类大幅领先
高频纹波
D 类放大器会存在 PWM 开关频率带来的残留纹波，纹波峰峰值由 LC 输出滤波器、供电电压、PWM 频率共同决定。对于对杂散振动高度敏感的应用，D 类输出级并非理想选择。
AB 类无高频开关动作，因此不存在残留高频纹波，特别适合无法容忍高频扰动的高精度应用场景。
需补充说明：高精度应用同时要求高小信号带宽、低噪声性能，这类指标取决于整台放大器整体设计，并非仅由输出级决定。除纹波特性外，AB 类与 D 类均可实现低噪声、高小信号带宽设计。
优劣结论：AB 类占优
电源供电要求
AB 类输出级可适配普通常规电源（仅能供电、无法吸能），无需双向电源；而 D 类必须配置双向电源，且半桥架构还需多路电源供电，电源设计复杂度更高。
优劣结论：AB 类占优
电磁干扰抑制
D 类输出级的 PWM 开关频率及其谐波，必须额外增加 EMI 抑制设计；AB 类无高频开关特性，天然规避 EMI 干扰问题。
优劣结论：AB 类占优
应用场景适配
1. AB 类输出级
多用于短行程、高精度机电一体化场景；适配需要高小信号带宽的动态系统，如机械抖动抑制等，可轻松实现数 kHz 级小信号带宽。
同时适合压电夹紧 / 定位类应用，无高频纹波，可避免动态摩擦系数波动问题。
2. D 类输出级
优先适配大行程、长位移机械运动场景，尤其适合重载压电负载（高峰值电流、高峰值电压）。即便供电功率充足，AB 类也会因严重发热难以胜任，此时 D 类是最优选择。
需注意：上述各项选型指标的权重，需结合具体应用需求与整套压电驱动系统的整体设计综合判定。
总结
