基于數(shù)字追頻控制的超聲逆變電源的研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著超聲學(xué)研究的發(fā)展，功率超聲技術(shù)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。超聲波清洗技術(shù)作為功率超聲技術(shù)的一個(gè)分支，以清洗速度快、效果好、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，為傳統(tǒng)工業(yè)清洗領(lǐng)域注入了新鮮的血液。作為超聲波清洗機(jī)的核心組件，超聲逆變電源的設(shè)計(jì)一直是超聲波清洗系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它性能的好壞很大程度上決定了最終的清洗效果。以往的超聲逆變電源的設(shè)計(jì)通常是基于模擬集成控制芯片的，這種實(shí)現(xiàn)方式在頻率、功率控制的精度和速度上以及系統(tǒng)的靈活性、穩(wěn)定性方面存

2、在著一定的局限性，限制了超聲逆變電源的發(fā)展。數(shù)字控制技術(shù)的出現(xiàn)，很好地彌補(bǔ)了上述缺陷，因此本課題將數(shù)字控制技術(shù)引入到超聲逆變電源控制電路的設(shè)計(jì)中是很有意義的。
　　 本文首先對(duì)超聲逆變電源的基本結(jié)構(gòu)和工作原理做了簡(jiǎn)單介紹，針對(duì)超聲逆變電源各部分的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并結(jié)合一些傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案優(yōu)缺點(diǎn)的分析，確定了二極管不控整流的整流電路設(shè)計(jì)方案、電壓源型串聯(lián)諧振逆變器的逆變電路實(shí)現(xiàn)方案、基于鎖相環(huán)的頻率跟蹤實(shí)現(xiàn)方案、和基于PWM脈寬調(diào)制技術(shù)的功

3、率調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)方案。接著，文章詳細(xì)介紹了頻率自動(dòng)跟蹤和功率控制的具體實(shí)現(xiàn)方法，利用數(shù)學(xué)推理和波形分析的方式闡明了方案的可行性，并通過(guò)軟件仿真驗(yàn)證了方案的正確性。然后，文章還設(shè)計(jì)了主電路諧振軟開關(guān)、人機(jī)接口電路、采樣電路、IGBT驅(qū)動(dòng)以及過(guò)流過(guò)溫保護(hù)電路。方案確定了之后，通過(guò)觀察自制電路板的實(shí)驗(yàn)波形表明新構(gòu)建的超聲逆變電源可以保證系統(tǒng)在復(fù)雜工況下處于諧振狀態(tài)，驗(yàn)證了全數(shù)字頻率跟蹤系統(tǒng)和功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的可行性和有效性。
　　 本文的重點(diǎn)和

4、創(chuàng)新點(diǎn)在于將超聲逆變電源的控制電路通過(guò)數(shù)字化來(lái)實(shí)現(xiàn)。本文創(chuàng)新地利用FPGA構(gòu)建了全數(shù)字頻率跟蹤系統(tǒng)——數(shù)字鎖相環(huán)和全數(shù)字功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)——數(shù)字PWM調(diào)制、數(shù)字PID調(diào)節(jié)，從而取代了傳統(tǒng)的模擬鎖相環(huán)芯片CD4046和模擬PWM控制芯片SG3525，在控制的精確性、快速性和靈活性上都有了很大的提高。此外，利用ATmega16單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了人機(jī)接口電路、頻率采樣和電流A/D轉(zhuǎn)換，并通過(guò)SPI接口與FPGA進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，完善了數(shù)字控制體系，從而實(shí)現(xiàn)