發(fā)布時間：2017-06-29 17:18

  本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的大功率超聲波電源研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：超聲波焊接具備操作簡便、焊接速度快、接頭強度高、生產(chǎn)效率高等特點已在醫(yī)療器材、包裝、汽配、手機等行業(yè)廣泛應用。由于超聲波焊接電源設(shè)備存在頻率跟蹤慢、負載突變易失鎖等缺點,因此設(shè)計穩(wěn)定性強、頻率跟蹤速度快、人機界面友好的超聲波電源將有非常重要的顯示意義。本課題以設(shè)計基于FPGA控制的2kW的超聲波焊接電源為目標,并詳細介紹設(shè)計過程。首先,本文對超聲波電源系統(tǒng)原理做了簡要概述。并通過對多種整流電路、逆變電路、諧振匹配電路、功率調(diào)節(jié)方式進行分析,最終確定了單相不可控整流電路、全橋逆變電路、串聯(lián)諧振匹配電路、移相調(diào)控方式。接著對超聲波電源硬件的總體框架做了簡要說明。隨后對硬件電路進行了具體設(shè)計,包括整流電路、逆變電路、諧振匹配電路、高頻變壓器、驅(qū)動電路、采樣電路、保護電路、脈沖捕捉電路、真有效值變換電路、通信電路。此外,還對電路中器件相關(guān)參數(shù)進行計算和其工藝進行選擇。然后設(shè)計了以FPGA為核心控制器的總體控制方案,采用頂層到底層的設(shè)計方式,將控制系統(tǒng)分為若干子模塊進行設(shè)計實現(xiàn)。分別對AD模塊、采樣模塊、掃頻模塊、鑒相模塊、選擇器模塊、跟蹤模塊、RS232通信模塊、PWM發(fā)生器模塊等模塊進行設(shè)計,并且進行仿真驗證。隨后對超聲波電源的人機界面系統(tǒng)進行了介紹與設(shè)計。最后搭建了超聲波電源的實驗平臺,對超聲波電源的驅(qū)動信號、頻率跟蹤及功率調(diào)節(jié)進行實驗測試,并對測試結(jié)果進行分析。實驗結(jié)果表明該超聲波電源工作穩(wěn)定可靠,頻率跟蹤快,達到預期設(shè)計效果。
【關(guān)鍵詞】：超聲波電源 FPGA 頻率跟蹤 阻抗匹配
【學位授予單位】：廣東工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG43
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 緒論13-18
• 1.1 課題研究背景及意義13-14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展14-15
• 1.3 超聲技術(shù)的應用現(xiàn)狀15-17
• 1.4 課題主要研究內(nèi)容17-18
• 第二章 超聲波電源主電路的研究18-32
• 2.1 超聲波電源總體方案18-19
• 2.2 整流電路的選擇19-21
• 2.3 逆變電路拓撲和功率開關(guān)的選擇21-25
• 2.3.1 逆變電路拓撲的選擇21-24
• 2.3.2 逆變電路功率開關(guān)的選擇24-25
• 2.4 匹配網(wǎng)絡(luò)25-28
• 2.4.1 換能器的等效電路25-26
• 2.4.2 匹配網(wǎng)絡(luò)的作用26
• 2.4.3 諧振匹配的選擇26-28
• 2.4.4 阻抗匹配原理28
• 2.5 功率控制電路的選擇28-31
• 2.5.1 直流調(diào)功28-30
• 2.5.2 逆變調(diào)功30-31
• 2.6 本章小結(jié)31-32
• 第三章 超聲波電源的硬件電路設(shè)計32-48
• 3.1 硬件總體結(jié)構(gòu)32-33
• 3.2 主電路板硬件電路設(shè)計33-41
• 3.2.1 整流濾波電路參數(shù)的確定33-34
• 3.2.2 逆變電路功率開關(guān)管參數(shù)的確定34-36
• 3.2.3 諧振匹配電感參數(shù)的確定36
• 3.2.4 高頻變壓器的設(shè)計36-41
• 3.3 超聲波電源主控制板的設(shè)計41-46
• 3.3.1 電壓采樣電路41
• 3.3.2 電流采樣電路41-42
• 3.3.3 保護電路42-44
• 3.3.6 真有效值測量電路44
• 3.3.7 通信電路44-45
• 3.3.8 相位檢測電路45
• 3.3.9 A/D轉(zhuǎn)換電路45-46
• 3.4 驅(qū)動電路板的設(shè)計46
• 3.5 本章小結(jié)46-48
• 第四章 控制系統(tǒng)及人機界面的設(shè)計48-67
• 4.1 FPGA概述48-51
• 4.1.1 FPGA的基本結(jié)構(gòu)48-49
• 4.1.2 FPGA的開發(fā)流程49-50
• 4.1.3 FPGA選型50
• 4.1.4 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境50-51
• 4.2 超聲波電源控制系統(tǒng)的設(shè)計51-60
• 4.2.1 AD采樣模塊51-53
• 4.2.2 掃頻模塊53-54
• 4.2.3 數(shù)字鑒相器模塊54-56
• 4.2.4 頻率跟蹤模塊56-57
• 4.2.5 選擇器模塊57
• 4.2.6 PWM信號發(fā)生器模塊57-58
• 4.2.7 RS232串口通信模塊58-60
• 4.3 FPGA資源分配60-61
• 4.4 人機界面系統(tǒng)的設(shè)計61-66
• 4.4.1 人機界面的設(shè)計62-65
• 4.4.2 通信協(xié)議65-66
• 4.5 本章小結(jié)66-67
• 第五章 實驗驗證及結(jié)果分析67-71
• 5.1 實驗平臺搭建67
• 5.2 驅(qū)動信號測試67-68
• 5.3 功率調(diào)節(jié)測試68-69
• 5.4 頻率跟蹤測試69
• 5.5 試驗結(jié)論69-70
• 5.6 本章小結(jié)70-71
• 結(jié)論與展望71-72
• 參考文獻72-75
• 攻讀學位期間發(fā)表論文75-77
• 致謝77

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