1200W 功率可调
超声波电源发生器系统分为驱动电源和负载两部分,其作用是将电能转换成与负载相匹配的高频交流电信号。负载通常为
超声波换能器,由单晶材料构成,内部参数易受多种因素影响而发生改变,从而导致系统工作在非谐振状态,造成系统损耗增加及输出功率不稳定。本文围绕以上问题,设计了一款工作稳定、效率高,且能够实现频率自动跟踪、输出功率可调的超声波电源。
首先,对1200W 功率可调超声波电源发生器主电路进行研究。设计了由单相桥式整流滤波电路、BUCK斩波电路、单相全桥逆变电路、负载匹配网络电路构成的主电路拓扑结构,并对主电路元器件进行参数计算与选型。在频率匹配方面,选择串联谐振频率作为换能器的工作频率方式,在此基础上设计了一种改进型数字电感匹配网络电路。在阻抗匹配方面,利用高频变压器实现阻抗变换,并对变压器结构参数进行详细设计。
其次,对1200W 功率可调超声波电源发生器算法进行研究。在频率自动跟踪技术方面,提出了一种基于模糊-PI-DDS技术的谐振频率自动识别算法,解决了传统超声波电源存在频率漂移、跟踪响应慢的问题。在相位差检测技术方面,选择过零比较法作为相位差检测方法,以提高检测精度。在功率控制技术方面,采用二阶滑模变结构算法自动控制BUCK驱动信号的占空比,以实现功率稳定调节。利用Matlab-Simulink搭建仿真模型,分别对上述算法的有效性及优越性进行验证。再次,对超声波电源控制系统的软硬件进行设计。在硬件方面,选择的主控芯片型号为STM32F103RCT6,分别对芯片外围电路、采样电路、鉴相电路、驱动电路、DDS信号发生电路、保护电路进行设计。在软件方面,本文采用C语言作为控制系统的开发语言,分别对主程序及各功能子程序进行设计。最后,对所设计的超声波电源实物进行测试,以验证超声波电源的整体功能及相关控制算法的稳定性。
