不同清洗物所需的清洗頻段不同,需要接入的超聲波換能器也不同。為了提高超聲波發(fā)生器對不同頻段換能器的適應(yīng)性,設(shè)計了一種由上位機進(jìn)行頻率給定、鎖相環(huán)電路進(jìn)行頻率跟蹤的閉環(huán)控制系統(tǒng)。整個系統(tǒng)由STM32主控制器產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制（PWM）脈沖信號,控制EXB841優(yōu)化驅(qū)動電路,驅(qū)動高頻全橋逆變電路;通過阻抗匹配和輸出電流的檢測,保證作用于換能器輸出的功率值最大。同時對于不同頻段的超聲波換能器,需要調(diào)整給定輸入,保持發(fā)生器在頻率基準(zhǔn)值的一定范圍內(nèi)進(jìn)行頻率跟蹤。超聲波換能器測試樣機工作頻率點為28.8 kHz,最大功率1 500 W,將本系統(tǒng)接入后諧振頻率保持在28.8 kHz左右,輸出功率近似為最大值。經(jīng)測試,該系統(tǒng)對于工作頻率點為20～40 kHz的超聲波換能器都具有較好的適應(yīng)性。 

【文章來源】：太赫茲科學(xué)與電子信息學(xué)報. 2020,18(02)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

Fig.2Diagramoftheinvertercircuit圖2逆變電路原理圖T3UT4D5R4R5D5

非純粹的電學(xué)量[11–12]。由于超聲波換能器的整體負(fù)載呈現(xiàn)容性性質(zhì)，一般在其等效阻抗前端串聯(lián)一電感元件補償容性阻抗，同時降低有功損耗和高次諧波的影響。但實際使用時，超聲波換能器會在運行過程中由于溫度、時間、損耗等不確定因素，造成超聲波換能器的等效負(fù)載阻抗從諧振狀態(tài)漂移為非諧振狀態(tài)，減小T3FUC11C21C22D3LM317R1C7R6D2C28C9LM7812LM7805C13ICL7660C14C12D1U2U4+20VC10U5Fig.3Circuitofauxiliarypowersupply圖3輔助電源電路220V24V123432inoutADJ13UinUoutGND2132UinUoutGND12345678BOOSTCAP+GNDCAP-U+OSCLVUoutPWM1GNDR33R31P2IGBTP31C37UCCR34+5VR43RGC38U5EXB841R38U6TLP521D5D7D9C35R35D3R37C36GNDC39R39UCC+5VQ4GNDU7SE555T&GNDFig.4Drivercircuit圖4驅(qū)動電路12231915145342148627315SES55TR40

相位滯后于電流；若結(jié)果為低，則表明電壓相位超前于電流。4系統(tǒng)軟件設(shè)計STM32控制器可以通過自身定時器產(chǎn)生PWM脈沖信號，在定時器中ARR寄存器確定頻率，CCRx寄存器確定占空比，BDTR寄存器決定死區(qū)時間，主控制器的時鐘頻率為72MHz，由預(yù)裝載寄存器的值A(chǔ)RR、預(yù)分頻系數(shù)PSC、捕獲比較寄存器的值CCRx等參數(shù)可得出系統(tǒng)產(chǎn)生PWM脈沖信號的頻率(FPWM)：6PWM7210(1)(1)FARRPSC(7)PWM波的占空比(dutycircle)為：dutycircleCCRx/ARR(8)Fig.5Resistancematchcircuit圖5匹配阻抗電路L1L3C1C0LmRmCmFig.6Frequencytrackingcircuit圖6頻率跟蹤電路C37R30P39U5GNDC38GNDUCC-5VAD736C36C31C33AD736174HC74R34GNDGNDU8R33U6BU7BP40GNDUCC+5VD3D4GNDUCC-5VUCC+5VC35UCC+5VUCC+5VUCC+5V2345678910111213235678R31C2910121113GND12345678U4C34

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于FPGA的寬頻超聲波電源頻率跟蹤系統(tǒng)設(shè)計[J]. 蘇文虎,陳迅.  電子技術(shù)應(yīng)用. 2017(03)
[2]超聲電源頻率自動跟蹤的模糊控制算法研究[J]. 李夏林,劉雅娟,朱武.  應(yīng)用聲學(xué). 2017 (02)
[3]超聲波電源的復(fù)合頻率跟蹤策略研究[J]. 李長有,李帥濤,劉遵.  電子技術(shù)應(yīng)用. 2016(10)
[4]壓電超聲換能器阻抗特性分析與匹配設(shè)計[J]. 王玉江,王志斌,宋雁鵬,解琨陽,趙同林.  壓電與聲光. 2016(04)
[5]基于可編程片上系統(tǒng)的寬頻帶超聲波電源系統(tǒng)設(shè)計[J]. 屈百達(dá),屈環(huán)宇,廖建慶.  聲學(xué)技術(shù). 2016(03)
[6]壓電式脈沖超聲波發(fā)生器激勵電源的設(shè)計[J]. 姚俊,陳驥,張旭茹,趙曉明.  電子設(shè)計工程. 2015(24)
[7]大功率激光二極管驅(qū)動電源研制[J]. 李濤,胡和平,楊洪,黎明,甘孔銀.  太赫茲科學(xué)與電子信息學(xué)報. 2015(03)
[8]基于FPGA與DDS技術(shù)的可調(diào)超聲波驅(qū)動電源設(shè)計[J]. 張興紅,蔡偉,邱磊,陳鑫,何濤.  儀表技術(shù)與傳感器. 2015(06)
[9]換能器驅(qū)動電路的設(shè)計及實驗研究[J]. 于澤旭,宋錦春,王天驕,袁聰.  機械與電子. 2015(03)
[10]基于磁通控制可調(diào)電抗器的超聲波換能器動態(tài)匹配策略[J]. 劉潤華,王丙義,彭星.  電氣應(yīng)用. 2013(19)



本文編號：3620956