低频率超声波线路板PCB电路的设计是对应超声应用中的关键技术,其阻抗匹配问题一直是研究的重点。其负载换能器随着环境温度以及元件老化等原因,谐振频率发生漂移,致使输出能量下降甚至停振,在应用中受到限制。本文在超声波电源研究基础上,结合数字控制技术,以频率跟踪和直流调功方式为出发点,设计了一款数字化的超声波电源。
低频率超声波线路板PCB电路包括:在整流侧采用单相PWM整流器,实现功率因数校正及升压,代替了传统单相不控整流;在直流侧采用交错并联Buck电路进行功率调节,并实现并联均流;在逆变侧采用移相的控制策略,通过对移相角的调节与控制,实现将功率最大化地传递给换能器;在频率跟踪上介绍了传统频率跟踪的控制方法,采用一种最佳工作点识别和变步长频率跟踪法,解决了传统频率跟踪存在偏差大,过渡时间较长的问题;在阻抗匹配网络上分析了静态和动态匹配网络的特点,采用静态网络的串联匹配方式。
低频率超声波线路板PCB电路以TI公司的DSP芯片TMS320F28335为核心控制芯片,研制了一台3kW的超声波电源样机,并通过仿真和实验验证。实验结果证明,设计的超声波电源能够输出功率可调,基于自动识别的变步长频率跟踪法,可以识别换能器的谐振频率,具有输出动态响应良好,过渡时间短的特点。
低频率超声波线路板PCB电路
审核编辑 黄宇
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