大功率超声波电源的研究

低：另一种是采用单片机，这种方法大部分采用正弦表产生移相波形，程序冗长、复杂、可读性差。本系统采用周期分段控制方法实现移相控制波形。在每个PWM周期中把开关管的控制波形分为4段．每段波形中DSP模值寄存器PWMCM的值等于计数器PWMVAL的值。变量Count代表输出的是第几段波形,当Count=l或Count=3时．把波形I或Ⅲ的模值MODUL01(I和Ⅲ的模值相同)赋给模值寄存器。当Count=l时,PWM模块的0通道和3通道分别输出高电平和低电平。当Count=3时．PWM模块的0通道和2通道分别输出低电平和高电平；当Count=2或Count=4时．把波形Ⅱ或IV的模值MODULO 2(Ⅱ和IV的模值相同)赋给模值寄存器．当Count=2时，PWM模块的O通道和3通道都输出高电平。当Count=4时．PWM模块的0通道和2通道都输出低电平。然后，按照上述方式循环输出波形，如图4所示程序框图。

图5为主程序框图。在程序中，频率跟踪部分出现相位差时，先给频率赋一个较大步长(m=100)．然后随着相位差的减小．逐渐减小步长．直到相位差为零。

4　实验结果分析

上述超声波电源的主要参数是直流侧电压270 V；开关频率fS=20 kHz；高频变压器匝比K=38：15；谐振电感Lf=3 mH；换能器采用工作频率为20 kHz．内阻为10Ω ,电容为12 000pF，最大输出功率为l 500 W。

图6(a)给出逆变桥输出电压和电流实验波形。

图6(b)是Q1管控制波形和漏一源极间电压实验波形。可见，当控制信号使开关管导通时。其漏极和源极之间的电压已经为零,实现了开关管零电压导通

图6(c)是换能器二端电压实验波形。换能器处于固有频率谐振状态时为纯阻性负载，所以二端电压为正弦。

5　结束语

采用频率跟踪和功率协调控制的数控式新型超声波电源具有以下特点：

(1)采用带辅助电路、电流增强型的ZVS全桥变换器．实现了所有开关管的ZVS；(2)实现频率跟踪与功率控制的协调控制策略，跟踪精度可达4Hz．能够满足超声焊接、超声清洗等控制的要求；(3)采用周期分段控制策略实现ZVS的移相控制，使得程序简化；(4)采用IR2110型集成驱动，驱动简单．减小了系统的体积，降低了成本。

超声波电源的基本知识

超声波电源也叫超声波发生器或者超声波发生源，它的主要作用是把我们的市电（220V或380V，50或60Hz）转换成与

超声波换能器相匹配的高频交流电信号。随着超声波技术的发展，工业清洗、焊接、打孔、抛光、均质等领域。

超声波电源原理

首先由超声波电源来产生一个特定频率的信号，这个信号可以是正弦信号，也可以是脉冲信号，这个特定频率就是超声波换能器的频率，一般在超声波设备中使用到的超声波频率为25KHz、28KHz、35KHz、40KHz；1OOKHz，100KHZ以上的频率尚未大量使用，但随着技术的不断发展，相信使用面会逐步扩大．比较完善的超声波电源还应有反馈环节，主要提供二个方面的反馈信号：

第一个是提供输出功率信号，我们知道当超声波电源的电压发生变化时．超声波电源的输出功率也会发生变化，这时反映在超声波换能器上就是机械振动忽大忽小，导致清洗效果不稳定．因此需要稳定输出功率，通过功率反馈信号相应调整功率放大器，使得功率放大稳定.第二个是提供频率跟踪信号．当超声波换能器工作在谐振频率点时其效率最高，工作最稳定，而超声波换能器的谐振频率点会由于装配原因和工作老化后改变，当然这种改变的频率只是漂移，变化不是很大，频率跟踪信号可以控制信号超声波电源，使信号超声波电源的频率在一定范围内跟踪超声波换能器的谐振频率点．让超声波电源工作在最佳状态。

超声波电源分类

超声波电源按设计分自激方式电源和他激方式电源。自激电路没有信号源，是把振荡、功放、输出变压器及换能器集为一体，形成一闭环回路，回路在满足幅度、相位反馈条件，组成一个有功率放大的振荡器。并谐振于换能器的机械共振频率上。一般应用于超声波换能器数量少的小型设备；但是对于超声波换能器数量多的情况下，无法调试达到共振效果。所以目前工业用超声波洗净设备的超声波电源大都采用他激方式。

他激式电源结构上主要包括两部分，前级是振荡器，后级是放大器。一般通过输出变压器耦合，把超声能量加到换能器上。他激方式的电路由两部分组成，既信号源部分和信号放大部分。

信号源部分采用CPU为核心的信号发生和控制部分，一般都采用12-15V电压驱动，产生方波信号供给信号放大电路;超声波电源的定时控制、调节等外加功能都可以通过控制信号源的信号输出方式完成，采用低电压控制，安全可靠性会肯定高。

信号放大部分是将信号源产生的信号放大后输出给超声波换能器。不同电路的超声波电源，其输出