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(jiǎn)便、焊接速度快、接頭強(qiáng)度高、生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)已在醫(yī)療器材、包裝、汽配、手機(jī)等行業(yè)廣泛應(yīng)用。由于超聲波焊接電源設(shè)備存在頻率跟蹤慢、負(fù)載突變易失鎖等缺點(diǎn),因此設(shè)計(jì)穩(wěn)定性強(qiáng)、頻率跟蹤速度快、人機(jī)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(jì)基于FPGA控制的2kW的超聲波焊接電源為目標(biāo),并詳細(xì)介紹設(shè)計(jì)過程。首先,本文對(duì)超聲波電源系統(tǒng)原理做了簡(jiǎn)要概述。并通過對(duì)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(jìn)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(duì)超聲波電源硬件的總體框架做了簡(jiǎn)要說明。隨后對(duì)硬件電路進(jìn)行了具體設(shè)計(jì),包括整流電路、逆變電路、諧振匹配電路、高頻變壓器、驅(qū)動(dòng)電路、采樣電路、保護(hù)電路、脈沖捕捉電路、真有效值變換電路、通信電路。此外,還對(duì)電路中器件相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算和其工藝進(jìn)行選擇。然后設(shè)計(jì)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(jì)方式,將控制系統(tǒng)分為若干子模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。分別對(duì)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(jìn)行設(shè)計(jì),并且進(jìn)行仿真驗(yàn)證。隨后對(duì)超聲波電源的人機(jī)界面系統(tǒng)進(jìn)行了介紹與設(shè)計(jì)。最后搭建了超聲波電源的實(shí)驗(yàn)平臺(tái),對(duì)超聲波電源的驅(qū)動(dòng)信號(hào)、頻率跟蹤及功率調(diào)節(jié)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試,并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該超聲波電源工作穩(wěn)定可靠,頻率跟蹤快,達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)效果。
【關(guān)鍵詞】：超聲波電源 FPGA 頻率跟蹤 阻抗匹配
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：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(yīng)用現(xiàn)狀15-17
• 1.4 課題主要研究?jī)?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?fù)浜凸β书_關(guān)的選擇21-25
• 2.3.1 逆變電路拓?fù)涞倪x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(jì)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(jì)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(jì)36-41
• 3.3 超聲波電源主控制板的設(shè)計(jì)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(hù)電路42-44
• 3.3.6 真有效值測(cè)量電路44
• 3.3.7 通信電路44-45
• 3.3.8 相位檢測(cè)電路45
• 3.3.9 A/D轉(zhuǎn)換電路45-46
• 3.4 驅(qū)動(dòng)電路板的設(shè)計(jì)46
• 3.5 本章小結(jié)46-48
• 第四章 控制系統(tǒng)及人機(jī)界面的設(shè)計(jì)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(jì)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(hào)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(jī)界面系統(tǒng)的設(shè)計(jì)61-66
• 4.4.1 人機(jī)界面的設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及結(jié)果分析67-71
• 5.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建67
• 5.2 驅(qū)動(dòng)信號(hào)測(cè)試67-68
• 5.3 功率調(diào)節(jié)測(cè)試68-69
• 5.4 頻率跟蹤測(cè)試69
• 5.5 試驗(yàn)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(xiàn)72-75
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文75-77
• 致謝77

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 鮑善惠,王敏慧;超聲波發(fā)生器的頻率跟蹤電路[J];洗凈技術(shù);2003年10期

2 謝成祥;張健;鄧志良;;基于單片機(jī)的超聲沖擊裝置頻率跟蹤控制和恒幅控制[J];應(yīng)用聲學(xué);2006年04期

3 孟志強(qiáng);陳燕東;;基于ARM的新型移相PWM控制方法及應(yīng)用[J];化工自動(dòng)化及儀表;2006年04期

4 龐子乾;感應(yīng)加熱裝置中頻率跟蹤的單片機(jī)控制[J];電焊機(jī);2002年05期

5 王正;饒?chǎng)?王志強(qiáng);;木工銑床切削功率的頻率跟蹤法測(cè)量[J];林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備;2007年12期

6 吳衛(wèi)華;沈錦飛;;一種新型超聲波塑焊電源的研制[J];自動(dòng)化儀表;2007年02期

7 吳桐;蔣日鵬;李曉謙;尹游;;超聲波電源的跟頻精度對(duì)輸出振幅及鑄錠組織的影響[J];熱加工工藝;2014年13期

8 ;[J];;年期

中國重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 徐向澤;紀(jì)國宜;;基于相位的結(jié)構(gòu)損傷過程頻率跟蹤方法研究[A];第十屆全國振動(dòng)理論及應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（2011）下冊(cè)[C];2011年

中國重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 江蘇 董強(qiáng);一種軟開關(guān)電路的頻率跟蹤方式[N];電子報(bào);2005年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 楊春;基于魚雷報(bào)警聲納的目標(biāo)識(shí)別技術(shù)基礎(chǔ)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2005年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李春風(fēng);超聲換能系統(tǒng)的頻率跟蹤與控制方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

2 劉天祥;單片機(jī)控制的頻率跟蹤超聲波電源的研究[D];南昌航空大學(xué);2015年

3 劉平峰;基于FPGA的大功率超聲波電源研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2016年

4 徐向澤;結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)中頻率跟蹤方法研究[D];南京航空航天大學(xué);2012年

5 徐鵬;數(shù)字化感應(yīng)加熱電源頻率跟蹤技術(shù)的研究[D];哈爾濱理工大學(xué);2013年

6 楊星;基于超聲激勵(lì)的頻率跟蹤技術(shù)[D];陜西師范大學(xué);2013年

7 魏臣;基于三次諧波頻率跟蹤方法的超聲波驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)[D];華南理工大學(xué);2014年

8 吳桐;超聲波鑄造用數(shù)字式頻率跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究[D];中南大學(xué);2013年

9 杜曉明;基于FPGA的自適應(yīng)大功率超聲信號(hào)源的設(shè)計(jì)[D];江蘇科技大學(xué);2010年

10 鄒丹霞;自動(dòng)溫控超聲波萃取儀的研制[D];華中科技大學(xué);2009年

  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。

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