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恒波超聲波
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幾款大功率超聲波發生器的電路設計及原理圖解

 二維碼 8211
發表時間:2019-03-07 19:32網址:http://www.thisweekendsmovies.com/h-nd-556.html

  超聲波發生器,是一種將市電轉換為換能器相應的高頻交流電以驅動換能器進行工作的設備,是大功率超聲波系統的一重要構成部分,也可將其稱為電子箱、超聲波驅動電源、超聲波控制器。雖說大功率超聲波發生器也可將其稱為超聲波驅動電源,但實際上,超聲波發生器只是超聲波驅動電源的一部分。超聲波電源按激勵方式的不同可分為自激式和它激式,而超聲波發生器指的就是它激式超聲波電源,由于它激式振蕩電路在輸出功率方面較自激式高出10%以上,因此目前大多數均采用的超聲波發生器作為驅動電源。

大功率超聲波發生器

大功率超聲波發生器電路圖大全(四款大功率超聲波發生器電路設計原理圖詳解)

大功率超聲波發生器電路圖大全(四款大功率超聲波發生器電路設計原理圖詳解)

大功率超聲波發生器電路圖大全(四款大功率超聲波發生器電路設計原理圖詳解)

超聲波發生器的輸入是一個固定頻率的信號,該信號波形不定,可正弦、可脈沖,但其頻率固定為換能器的頻率,一般為20、25、28、33、40、60KHz等。經由超聲波發生器的內部轉換,其輸出為功率信號、頻率跟蹤信號等。

由于隨輸入信號的變化,輸出信號呈現出不穩定的狀態,因此在部分超聲波發生器內部還含有反饋部分,其反饋作用主要體現在兩個方面:

一方面,輸入信號的變化導致輸出功率的不穩定,使得換能器機械振動不規律,造成清洗效果不佳等后果,加入反饋部分后,功率反饋信號對輸出功率進行調節,使得其不隨輸入信號的變化而變化,呈現出穩定的狀態,換能器進行規律的機械振動使得清洗效果變好。

另一方面,換能器頻率處于諧振頻率點時效率最高,但在實際情況中,由于各種原因無法使得其始終工作在最佳狀態下,因此反饋部分發揮其作用,提供頻率跟蹤信號,控制信號發生器發出的信號始終在換能器的諧振點處,使其一直工作于最佳狀態下。

圖1是系統電路原理框圖,它由電網濾波器、工頻整流及濾波、高頻逆變、高頻變壓器、超聲換能器以及PWM電路組成。

大功率超聲波發生器電路圖大全(四款大功率超聲波發生器電路設計原理圖詳解)

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主電路原理如圖2所示。高頻逆變器中的功率開關管采用目前國際上最先進的電力電子器件IGBT(絕緣柵雙極型晶體管。它是將MOSFET和GTR的優點集于一體的新型復臺器件,具有MOSFET的高輸入阻抗,GTR的低通態功耗的特點。

大功率超聲波發生器電路圖大全(四款大功率超聲波發生器電路設計原理圖詳解)

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來自電網的220V50HZ的電壓經電網濾波器C1、C2、L1L2、可控硅半控全橋整流D1~D4、p型濾波后得到0~220V連續可調的直流電壓U1,該直流電壓加到半橋式的逆變器上,功率開關管T1和T2在一對互差180’的方波脈沖觸發下輪流導通和截止,將直流電壓變換成交變的高頻方波電壓,經高頻變壓器B(采用鐵基非晶高顙磁性材料)變換后輸出U3加到超聲換能器上,根據超聲換能器的諧振頻率和阻抗,選擇變壓器的變比和U2的大小,U2的大小還可以通過調節整流可控硅導通角予以調節。

大功率超聲波發生器電路圖大全(四款大功率超聲波發生器電路設計原理圖詳解)

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這個基本的超聲波發生器既容易做,又不費時。只需一個NE555,用來驅動揚聲器。頻率范圍是12-50kHz。SPKRI是一個壓電高頻揚聲器。

為了遙控幻燈投影機常需要有4個不同頻率的通道信號,即“前進”、“后退”、“向前聚焦”和“向后聚焦”,此時可采用如圖所示發送器電路。其中由晶體管T1構成振蕩電路,在電感L1保持不變時通過接入不同電容產生四種不同頻率的信號。圖中“V”表示前進,“S”表示后退,S+和S-分別表示向前和向后聚焦。

電感量:L1 5~3=35mH,L1 3~6=79uH L2 5~6=5.1mH,L2 6~4=480uH。匝數:n1 5~3=1150匝,0.06mm銅漆包線;n1 5~6=55匝,0.06mm銅漆包線;n2 5~6=440匝,0.1mm銅漆包線;n2 6~4=140匝,0.1mm銅漆包線。

大功率超聲波發生器電路圖大全(四款大功率超聲波發生器電路設計原理圖詳解)

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超聲波電源系統主要由220V電源、整流濾波、高頻逆變單元、匹配網絡、檢測電路、PWM產生電路和驅動電路組成,如圖1所示。

大功率超聲波發生器電路圖大全(四款大功率超聲波發生器電路設計原理圖詳解)

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220V單相交流電經過二極管不可控整流電路得到直流電壓,然后經過由MOSFET組成的高頻逆變電路得到滿足換能器要求的高頻電壓。為減少高頻工作條件下MOSFET的開關損耗,高頻逆變電路采用帶輔助網絡的全橋結構,如圖2所示。此電路結構解決了傳統零電壓開關(ZVS)PWM電路變壓器漏感小且滯后橋臂難于實現ZVS的問題。同時,根據電流增強原理,此電路結構可在任意負載和輸入電壓范圍內實現零電壓開關,大大減少了占空比丟失。超聲波電源與換能器匹配的好壞將決定整個電路的控制效果。因此,應該對匹配網絡每個參量(高頻變壓器匝比K,輸出匹配電感Lf)進行嚴格的計算。匹配主要指為使發生器輸出額定電功率,進行阻抗變換匹配。以及為使發生器輸出最高效率進行調諧匹配。

大功率超聲波發生器電路圖大全(四款大功率超聲波發生器電路設計原理圖詳解)

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采用56F803型DSP作為控制電路的核心處理器.它內置2 KB SRAM,31.5 KB FLASH,同時,其40 MHz的CPU時鐘頻率比其他單片機具有更強的處理能力。6路PWM信號可以實現高頻逆變電路開關管MOSFET的移相控制。12位A/D轉換器采集可以實現電壓和電流采樣并滿足采樣數據精度的要求。利用56F803型DSP中定時器的捕獲功能可以精確計算相位差大小,實現系統的頻率跟蹤控制。串行外設接口SPI與MCl4489配合使用可以實現對5位半數碼管的控制.從而實現系統頻率和功率的顯示。另外,56F803還支持C語言與匯編語言混合編程的SDK軟件開發包.可以實現在線調試。


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