本文關鍵詞：基于動態(tài)阻抗匹配的超聲電源設計與研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著電力電子技術的發(fā)展,超聲技術在加工、清洗、醫(yī)療等領域都發(fā)揮了重要作用。而超聲電源作為超聲應用中的關鍵技術,其阻抗匹配一直是研究的重點。傳統(tǒng)的超聲電源多用靜態(tài)阻抗匹配,使得超聲電源在諧振頻率漂移時無法及時調(diào)整匹配網(wǎng)絡參數(shù),從而帶來效率降低、換能器停震等不良后果。本文在此基礎上提出了動態(tài)匹配的概念,并以STM32為主控制器設計了智能超聲電源實驗平臺。主要研究內(nèi)容如下： (1)分析了超聲波換能器的阻抗特性,對比了串聯(lián)匹配和并聯(lián)匹配兩種匹配方式下的匹配網(wǎng)絡參數(shù)區(qū)別,并進行了MATLAB仿真。針對傳統(tǒng)的靜態(tài)匹配存在的問題提出了兩種動態(tài)匹配方法：動態(tài)調(diào)整匹配電感參數(shù)法和頻率自動跟蹤法,在進行了原理對比之后選用了后者作為此次超聲電源的動態(tài)匹配方案。 (2)設計了超聲電源的硬件主體方案,將系統(tǒng)劃分為多個子模塊進行分析。在調(diào)壓整流模塊中應用了晶閘管調(diào)壓技術實現(xiàn)了直流母線電壓可調(diào),保證了輸出功率的可變性：在高頻逆變模塊中使用了半橋拓撲結(jié)構(gòu)實現(xiàn)從直流到交流的逆變,使用了DDS芯片來產(chǎn)生高精度的PWM波,配合硬件加死區(qū)電路來得到半橋的驅(qū)動信號,并針對柵極驅(qū)動芯片IR2110的缺陷設計了負偏壓電路,能更好的實現(xiàn)功率管的關斷;在頻率跟蹤模塊中使用了霍爾傳感器檢測電流電壓相位,經(jīng)過調(diào)理電路后得到相位差的脈寬信號,再使用STM32的PWM輸入功能完成相位差檢測。 (3)根據(jù)超聲波電源的硬件電路編寫了對應的軟件程序,主要包括晶閘管調(diào)壓子程序和頻率自動跟蹤子程序。其中針對超聲波電源運行過程中可能發(fā)生諧振頻率緩慢變化和瞬間突變兩種情況,設計了粗精結(jié)合的變步長跟蹤算法,實現(xiàn)了快速精準的頻率跟蹤。 (4)完成了所有硬件電路制作和軟件程序的編寫,進行了大量的試驗,并針對試驗過程中發(fā)現(xiàn)的問題給出了理論研究和實際解決方法。試驗結(jié)果表明,本文設計的超聲波電源能很好地實現(xiàn)頻率跟蹤,具有良好的動態(tài)響應性能和穩(wěn)定性,實現(xiàn)了既定的動態(tài)阻抗匹配的目標。
【關鍵詞】：超聲電源 換能器 動態(tài)匹配 頻率自動跟蹤
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB552
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 緒論12-20
• 1.1 超聲技術及其應用簡介12-13
• 1.2 電力電子及控制技術在超聲波電源中的應用13-16
• 1.2.1 電力電子技術的應用13-14
• 1.2.2 控制技術的應用14-16
• 1.3 國內(nèi)外超聲波電源的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢16-18
• 1.3.1 國外超聲波電源的研究現(xiàn)狀16
• 1.3.2 國內(nèi)超聲波電源的研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3.3 超聲波電源的未來發(fā)展趨勢17-18
• 1.4 論文的背景意義和主要研究內(nèi)容18-20
• 1.4.1 論文的背景意義18-19
• 1.4.2 論文的主要研究內(nèi)容19-20
• 2 超聲波換能器的阻抗特性分析及動態(tài)匹配技術研究20-34
• 2.1 超聲波換能器的阻抗特性分析21-23
• 2.2 超聲波換能器靜態(tài)阻抗匹配研究23-28
• 2.2.1 超聲波換能器串聯(lián)匹配23-24
• 2.2.2 超聲波換能器并聯(lián)匹配24-25
• 2.2.3 超聲波換能器匹配方式確定25
• 2.2.4 超聲波電源靜態(tài)匹配MATLAB仿真25-28
• 2.3 超聲波電源動態(tài)阻抗匹配研究28-32
• 2.3.1 匹配電感動態(tài)調(diào)整技術研究29-31
• 2.3.2 頻率自動跟蹤技術研究31-32
• 2.3.3 動態(tài)阻抗匹配方案確定32
• 2.4 系統(tǒng)總體設計方案確定32-33
• 2.5 本章小結(jié)33-34
• 3 超聲波電源硬件設計及研究34-62
• 3.1 超聲波電源主電路結(jié)構(gòu)設計34-35
• 3.2 控制器接口設計35
• 3.3 調(diào)壓整流模塊35-39
• 3.3.1 移相調(diào)壓的工作原理36-37
• 3.3.2 過零信號檢測電路37-38
• 3.3.3 晶閘管觸發(fā)電路38-39
• 3.4 高頻逆變模塊39-49
• 3.4.1 橋式逆變電路39-42
• 3.4.2 DDS信號發(fā)生器電路42-44
• 3.4.3 硬件加死區(qū)電路44-46
• 3.4.4 MOS管柵極驅(qū)動電路46-49
• 3.5 換能器匹配模塊49-53
• 3.5.1 高頻變壓器的設計49-53
• 3.5.2 調(diào)諧匹配53
• 3.6 頻率跟蹤模塊53-59
• 3.6.1 電流電壓采樣電路54-55
• 3.6.2 信號放大電路55-57
• 3.6.3 濾波電路57
• 3.6.4 相位差檢測電路57-59
• 3.7 人機交互模塊59-60
• 3.8 本章小結(jié)60-62
• 4 超聲波電源軟件算法設計62-72
• 4.1 主程序軟件設計62-63
• 4.2 晶閘管調(diào)壓模塊軟件設計63-64
• 4.3 DDS片軟件驅(qū)動設計64-65
• 4.4 頻率自動跟蹤軟件設計65-69
• 4.4.1 頻率跟蹤算法設計66-67
• 4.4.2 PWM輸入驅(qū)動設計67-69
• 4.5 液晶驅(qū)動和軟件看門狗設計69-70
• 4.5.1 液晶驅(qū)動軟件設計69-70
• 4.5.2 軟件看門狗程序設計70
• 4.6 本章小結(jié)70-72
• 5 實驗分析與研究72-84
• 5.1 晶閘管調(diào)壓模塊調(diào)試72-74
• 5.2 高頻逆變模塊調(diào)試74-81
• 5.2.1 DDS信號發(fā)生器調(diào)試74
• 5.2.2 死區(qū)時間形成電路調(diào)試74-76
• 5.2.3 半橋逆變器驅(qū)動電路調(diào)試與分析76-80
• 5.2.4 半橋逆變器輸出調(diào)試80-81
• 5.3 超聲波電源頻率自動跟蹤實驗81-83
• 5.4 本章小結(jié)83-84
• 6 結(jié)論與展望84-86
• 6.1 論文的主要工作總結(jié)84-85
• 6.2 存在的問題及下一步的研究工作85-86
• 參考文獻86-90
• 作者簡歷90-94
• 學位論文數(shù)據(jù)集94

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 梁校勇;張永俊;金興偉;;PIC18F458單片機在超聲電源中的應用研究[J];電加工與模具;2008年04期

2 翟偉翔;白焰;翟玲玲;;智能化功率超聲電源的研制[J];電力電子技術;2006年06期

3 楊海鋼;孫嘉斌;王慰;;FPGA器件設計技術發(fā)展綜述[J];電子與信息學報;2010年03期

4 余澤洋,譚偉明;大功率超聲波焊接加工系統(tǒng)現(xiàn)狀[J];佛山科學技術學院學報(自然科學版);2004年04期

5 董惠娟,張廣玉,董瑋,蔡鶴皋,張其馨;壓電超聲換能器電端匹配下的電流反饋式頻率跟蹤[J];哈爾濱工業(yè)大學學報;2000年03期

6 黃文劍,蔡錦恩;鎖相環(huán)在智能超聲電源中的應用[J];杭州電子科技大學學報;2005年04期

7 杜永峰,蘇亞鳳;超聲波在化學工程中的應用[J];化學工程;2001年04期

8 曲建俊,齊毓霖,張志謙,孫海涌;超聲馬達摩擦學及其摩擦材料研究進展[J];摩擦學學報;1998年01期

  本文關鍵詞：基于動態(tài)阻抗匹配的超聲電源設計與研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：468981