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)，送至負載換能器。控制電路主要為逆變主電路提供開關(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作為定時/計數(shù)器1（T/C1）的時鐘源。將單片機的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。在保護信號的處理方面，當外部電路出現(xiàn)異常時，可以用保護信號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。 

 鑒于超聲波清洗機效果好、效率高、成本低等優(yōu)點，超聲波清洗機被廣泛應(yīng)用于電子、機械、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。現(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重[2]，而采用單片機直接產(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。