數(shù)字化超聲波電源關(guān)鍵技術(shù)的研究與設(shè)計.pdf

1、超聲換能器（下文簡稱換能器）是人工產(chǎn)生超聲波所必需的能量轉(zhuǎn)換元件，能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為超聲波。超聲波電源能提供換能器工作需要高頻交流電，該交流電的頻率與換能器的串聯(lián)諧振頻率一致。傳統(tǒng)模擬式超聲波電源頻率跟蹤精度低、跟蹤速度慢而且頻率調(diào)整范圍受到限制，這些缺點影響了超聲波電源的性能。因此本文對數(shù)字化超聲波電源進(jìn)行了研究，該電源的主要功能都采用數(shù)字化的方法實現(xiàn)，主要內(nèi)容如下：
　　本文首先對換能器的等效電路進(jìn)行阻抗特性分析，當(dāng)換能器工作頻

2、率變化時其阻抗也會變化：阻抗模在串聯(lián)諧振頻率附近出現(xiàn)最小值，在并聯(lián)諧振頻率附近出現(xiàn)最大值；工作頻率與諧振頻率相差較大時阻抗角絕對值很大且?guī)缀醪浑S頻率變化而變化，當(dāng)接近串聯(lián)諧振頻率時，阻抗角在一個很小的頻率區(qū)間內(nèi)劇烈變化。文中對比不同的匹配電路后，決定采用電感電容電路作為換能器的匹配電路，以更好地實現(xiàn)阻抗變換、功率因數(shù)調(diào)整和濾波功能。
　　其次對數(shù)字化超聲波電源的硬件電路進(jìn)行設(shè)計：數(shù)字信號發(fā)生電路采用集成 DDS芯片AD9850，其

3、輸出信號的頻率可以通過跟蹤程序快速調(diào)整，從而始終與換能器諧振頻率保持一致；逆變電路采用半橋式逆變電路，在AD9850輸出信號的驅(qū)動下將直流電逆變成高頻交流電；為了實現(xiàn)穩(wěn)定和調(diào)節(jié)輸出功率，采用半橋式 DC/DC變換電路對整流得到的直流電進(jìn)行電壓變換，以得到穩(wěn)定的直流電，并可以通過改變直流電壓來調(diào)整超聲波電源的輸出功率，該電路由電源控制專用芯片dsPIC30F2020來控制。
　　最后針對換能器諧振頻率會隨著自身溫度及負(fù)載等參數(shù)的變化