低頻中小功率超聲波電源研究.pdf

1、低頻中小功率超聲波電源是超聲加速經(jīng)皮給藥系統(tǒng)的核心器件，對(duì)其工作特性和實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行深入研究，能極大地促進(jìn)超聲經(jīng)皮給藥技術(shù)的發(fā)展。為提高超聲波電源用于經(jīng)皮給藥的有效性和舒適性，研究了超聲波電源的輸出頻率和功率等參數(shù)與其噪聲特性的關(guān)系，結(jié)合加速給藥的效果和換能器的規(guī)格參數(shù)，確定了超聲波電源的額定輸出參數(shù)：頻率40kHz，功率100W。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴研究了超聲波電源的實(shí)現(xiàn)方法，構(gòu)建了由整流濾波電路、高頻逆變電路以及反饋電路

2、等組成的主電路，其工作原理是將220V交流市電整流濾波后轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷?，然后送入高頻逆變電路，逆變后產(chǎn)生頻率與超聲波換能器諧振頻率一致的交變電壓。交變電壓經(jīng)高頻變壓器調(diào)變至所需的工作電壓后，通過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò)的調(diào)諧、濾波，最后作用于超聲波換能器。⑵整流電路采用二極管單相整流橋電路，經(jīng)計(jì)算整流二極管采用 IN4007；濾波電路選用參數(shù)為900?F/450V的電解電容；逆變電路采用半橋逆變電路，逆變器件采用場(chǎng)效應(yīng)晶體管MOSFET，參數(shù)選為800V/

3、1A；選用MOC3038型光耦芯片實(shí)現(xiàn)控制電路與超聲電源主電路的隔離；為匹配功放電路的負(fù)載與輸出阻抗，高頻變壓器初次級(jí)線圈匝數(shù)比選擇為0.6，其中，高頻變壓器原邊線圈匝數(shù)為21，副邊線圈匝數(shù)為36，磁芯選用EI40；調(diào)諧匹配選用電感串聯(lián)匹配方式，匹配電感導(dǎo)線選用60股紗包線。⑶基于ATmega64單片機(jī)和壓控振蕩器LTC6906，采用PWM控制技術(shù)設(shè)計(jì)了一種軟硬件相結(jié)合、輸出參數(shù)可調(diào)的超聲波電源。PWM信號(hào)生成是通過(guò)單片機(jī)控制數(shù)字電位器

4、AD5231的電阻值，進(jìn)而設(shè)置壓控振蕩器 LTC6906的輸出脈沖，然后將壓控振蕩器的輸出信號(hào)作為單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)輸入單片機(jī)進(jìn)行占空比調(diào)節(jié)和分頻，輸出兩路占空比相同、相位相反的PWM控制信號(hào)。研究了頻率跟蹤控制的理論依據(jù)，確定通過(guò)檢測(cè)電壓和電流間的相位差，調(diào)節(jié)超聲波電源的輸出頻率，使得超聲波換能器工作于諧振狀態(tài)。電流采樣選用 OPCT10AL開(kāi)合式電流互感器，過(guò)零比較器LM393，相位比較器由鎖相環(huán)74HC4046中相位比較器II來(lái)實(shí)現(xiàn)

5、。采樣電路輸出信號(hào)與單片機(jī)輸出的基準(zhǔn)電壓信號(hào)PWM一同送入74HC4046中相位比較器 II，由它輸出差值電壓信號(hào)，差值電壓經(jīng)過(guò)低通濾波器濾波后，作為控制信號(hào)輸入壓控振蕩器LTC6906，控制其振蕩頻率輸出。相位補(bǔ)償是在過(guò)零比較器 LM393的負(fù)相輸入端接一個(gè)偏置電壓，使輸出電壓信號(hào)的上升沿提前，實(shí)現(xiàn)相位補(bǔ)償。選用雙向模擬開(kāi)關(guān) HD74HC4066來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)工作模式的選擇。⑷在對(duì)超聲波電源各單元研究和設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)超聲波電源主電路和控制