智能大功率超声波清洗电源的研制

图5 全桥功率放大及匹配电路

3.3 匹配电路

插件电感

在功率超声设备中，超声波电源与换能器的匹配设计非常重要，在很大程度上决定了超声设备能否正常、高效地工作。超声波电源与换能器的匹配包括阻抗匹配和调谐匹配电感生产两个方面。匹配电路如图5虚线框中所示。

阻抗匹配是指变换负载的阻值，使之与超声波电源的最佳负载值相等，以确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，电感器铁芯调功率电感器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。■

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