研制智能大功率超聲波清洗電源的要求及技術(shù)要素

1.超聲波電源的組成及原理框圖
    超聲波電源主要由主電路和控制電路兩部分組成，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。主電路采用交直交結(jié)構(gòu)，單相交流電經(jīng)過整流和濾波，形成直流電，經(jīng)全橋逆變器實現(xiàn)直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率與換能器諧振頻率一致的交變電壓，逆變輸出交變電流，再通過匹配網(wǎng)絡(luò)，送至負(fù)載換能器?？刂齐娐分饕獮槟孀冎麟娐诽峁╅_關(guān)脈沖信號，驅(qū)動逆變主電路工作，并借助反饋回路和給定電路來實現(xiàn)對逆變器的閉環(huán)控制。

2.超聲波電源電路設(shè)計
    3.1 PWM信號發(fā)生器
    PWM信號發(fā)生器原理圖如圖2所示，它采用單片機(jī)與模擬電路相結(jié)合的方式產(chǎn)生PWM信號。首先通過Rt設(shè)定壓控振蕩器的輸出頻率，并將該輸出送入單片機(jī)作為定時/計數(shù)器1（T/C1）的時鐘源。將單片機(jī)的T/C1置于相位和頻率可調(diào)PWM工作模式，此時，計數(shù)器的上限值決定PWM的頻率，而比較匹配寄存器的值決定了占空比的大小。PWM頻率的計算公式為：
    PWM頻率=壓控振蕩器輸出頻率/（1+計數(shù)器上限值）   

 該信號發(fā)生器在掃頻控制，保護(hù)信號的處理以及自動頻率跟蹤等方面具有很大的優(yōu)勢，采用模擬電路與單片機(jī)控制相結(jié)合的方法，提高了掃描信號的頻率精度，同時實現(xiàn)了對掃頻信號頻率和幅度的數(shù)字化控制。在保護(hù)信號的處理方面，當(dāng)外部電路出現(xiàn)異常時，可以用保護(hù)信號OV_I快速關(guān)斷與門，停止PWM信號的輸出，同時通過指示燈給出相應(yīng)的報警信號。另外，單片機(jī)通過檢測反饋回來的換能器兩端電壓信號和電流信號的相位差，可以實時調(diào)整PWM信號的輸出頻率，實現(xiàn)頻率自動跟蹤。 

 鑒于超聲波清洗機(jī)效果好、效率高、成本低等優(yōu)點，超聲波清洗機(jī)被廣泛應(yīng)用于電子、機(jī)械、鐘表、光學(xué)、醫(yī)療、化纖、電鍍等行業(yè)[1]。在超聲波清洗設(shè)備中，超聲波電源是其重要組成部分之一?，F(xiàn)有的超聲波電源大多數(shù)采用專用集成控制芯片（如SG3525、TL494） 或單片機(jī)產(chǎn)生PWM 脈沖信號, 經(jīng)功率放大、阻抗和調(diào)諧匹配后, 推動換能器將電信號轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動, 產(chǎn)生超聲波。這兩種電源都存在著各自的局限性，前一種控制方法動態(tài)響應(yīng)慢，參數(shù)調(diào)整不方便且溫度漂移嚴(yán)重[2]，而采用單片機(jī)直接產(chǎn)生PWM信號，雖然能夠得到高精度和高穩(wěn)定度的控制特性，實現(xiàn)靈活多樣的控制功能，但是由于受其工作頻率的限制，輸出的PWM信號頻率分辨率較低，難以滿足頻率的微調(diào)。針對以上超聲波電源存在的諸多問題，本文基于PWM技術(shù)，應(yīng)用單片機(jī)結(jié)合模擬集成電路組成智能控制系統(tǒng)，研制了一種性能穩(wěn)定、控制調(diào)整簡便且成本低的數(shù)字化超聲波電源。