智能大功率超声波清洗电源的研制

保负载获得最大的电功率，而调谐匹配的目的是使换能器尽量接近纯阻状态，减少无功分量。压电式超声换能器在其谐振频率附近工作时，由于静态电容的影响一般呈容性。如果直接将信号源接到换能器上，将会产生一部分无功分量，致使换能器有功功率相对减小[4]。因此需要在超声波电源的输出端通过匹配相反的感抗，使其负载为纯电阻。

目前，最常用的匹配电路就是如图5虚线框中所示的串联电感匹配法，通过合理选取电感的值，可以使换能器在超声波电源驱动下达到谐振。

4 超声波电源软件设计

软件设计主要是对单片机进行编程，实现频率的设置和调整、液晶显示和键盘输入等控制，同时监控各种反馈信号，调整占空比改变输出功率，完成扫频、定时、软启动功能等。程序流程图如图6所示。

5 实验结果

图6 软件流

采用设计的超声波电源进行实验，调整电感使调谐电路工作频率为66.53kHz，测得输出变压器初级电压电流波形如图7所示。从图中可见，电流波形基本上是正弦波，并且电流与电压相位保持一致，较好地实现了频率跟踪功能。电源在长时间大功率连续工作中稳定可靠，开关管和吸收电路、散热器均不发热。

图7 输出变压器初级电压电流波形

6 结束语

设计的超声波清洗电源，采用模拟电路与单片机控制相结合的方式产生PWM信号，克服了模拟电路的固有缺陷，实现了灵活多样的控制功能，同时又解决了单片机工作频率不够高的难题，提高了输出PWM的频率分辨率。该系统具有过流、过热、过压保护功能，可靠性高，并能够实时跟踪换能器谐振频率的变化，输出功率稳定。目前，该超声清洗电源已成功运用于深圳某公司，取得了良好的使用效果。