数字化超声波电源系统的研究与设计资料下载.pdf

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数字化超声波电源系统的研究与设计ResearchanddesignofdigitaIUItrasoniCpowersystem指导教师姓名、职称垡垒塞塾撞研究方向垫王圣丝遮盐湖南师范大学学位评定委员会办公室二零一一年四月L摘要IIIIIILIIIIIIIIIIIIIl|Y1912823课题来源于国家自然科学基金资助项目棒形超声换能器的研究（项目批准号：

10874123），旨在研究一款数字化、智能化的大功率超声波清洗用电源，以驱动所设计的超声换能器。

超声清洗因其清洗效果好、效率高、速度快、易于实现自动化等优点，在电子、化工、机械和医药等诸多领域得到了广泛的应用。

超声波清洗系统包括超声波电源、换能器和清洗槽，本文主要研究超声波电源的设计，所做工作主要有：

1、在对换能器的阻抗特性进行研究和分析的基础上，从理论上论证了采用电压与电流的相位差作为频率跟踪系统控制参数的可行性。

2、采用直流开关电源及现代逆变技术，设计制作了超声波电源的主电路，并对电路进行了调试。

3、采用硬件和软件相结合的方法，设计了基于压控振荡器和单片机的PWM信号发生器。

该方法实现了超声波电源的数字化控制，同时保证了逆变输出信号的频率分辨率。

4、研究了超声电源的频率自动跟踪问题。

采用相位差控制的方法，设计了一种由硬件电荷泵鉴相器、压控振荡器LTC6900、低通滤波器和单片机构成的新型锁相环控制电路。

实验结果表明，该电路工作稳定，具有较好的频率跟踪效果。

5、针对单频超声清洗时因驻波产生清洗盲区进而造成清洗不均匀的问题，采用积分电路输出的三角波作为振荡器的控制信号，设计了扫频工作模式。

实验表明，扫频清洗能够使声场均匀化，提高了清洗效果。

最后在理论分析与设计的基础上，对设计的电路进行了实际制作，并通过实验对各设计进行了验证。

结果表明，该超声波电源工作可靠，动态调节性能良好，具有很高的实际应用价值。

关键词：

超声波电源；

频率跟踪；

扫频控制；

ATmegal28；

数字PWM信号发生器ABSTRA（了rTheprojectofthisthesisissupportedbytheNationalScienceFoundationofChina，named“studyonaclubshapedultrasonictransducer”（grantNo10874123）Thepurposeofthisthesisistoresearchanddesignadigitalandintelligenthigh-powerultrasoniccleaningpower,fordrivingtheultrasonictransducerWiththeadvantagesofsatisfactorycleaningeffect，highefficiency,fastspeedandeasyautomation，theultrasoniccleaningequipmentiswidelyappliedinindustriesofelectronics，chemical，machine，medicine，etcTheultrasoniccleaningsystemincludethreeparts：

generator,transducerandcleaningchannelThemainpurposeofthisthesisistoresearchanddesignanultrasonicpowerThemainworkofthisthesisincludes：

1、Basedonstudyingtheimpedanceofthetransducer,thepaperillustrateswhyphasedifferencecanbeusedasacontrolparameterinautomaticfrequencytrackingsystem2、theSwitchedModePowerSupplyandinvertertechnologyhavebeenappliedwhendesignedthemaincircuitoftheultrasonicpowersupply,andthecircuitistested3、UsingHWSWCOdesigntechnique，APWMSignalGeneratorBasedonVCOandMCUisdesignedThemeaningoftheinnovationistorealizedigitalcontroloftheultrasonicpowersupply,withhighHIfrequencyresolution4、Basedonthephasedifferencecontrolmethod，Anewkindofphaselockedloopcircuit，whichconsistsofchargepump、LTC6900、LPFandMCU，isdesignedTheexpedmentresultshowsthatthecircuitcompletedbytheauthorworkswellanditcantrackthefrequencyoftransducerautomatically5、Toimprovethecleaningeffect，thePFMworkingmodeisdesignedbyusingthetrianglewaveformgeneratedbyintegratorasacontrolsignaloftheVCO，TestsshowthatthePFMworkingmodecanmakethesoundfieldbecomehomogeneousandprovidesatisfactorycleaningeffectFinally,thecircuitisfabricatedonthebasisofanalyzingandstudying，andalso，thedesignisverifiedbyexperimentTheresultshowsthatthepowerhashighreliability，excellentregulationperformanceandhighapplicationvalueKeywords：

Ultrasonicpowersupply,frequencytracking，PFMcontrol，ATmegal28，digitalPWMsignalgenerator目录摘要IABSTRACrI第一章绪论。

111超声波电源的发展概况与趋势o112控制技术在超声波电源中的应用413论文选题的意义及主要工作6第二章超声波电源系统的基本原理。

821超声波电源系统的构成822超声换能器的阻抗特性1023超声波电源频率跟踪的理论基础-1224本章小结15第三章超声波电源主电路的研究与设计1631整流滤波电路设计。

1632高频逆变电路的设计18321逆变电路拓扑结构的选择18322逆变电路功率开关器件的选择。

21323IGBT缓冲电路的设计。

2333驱动电路的设计2534高频变压器的设计2835匹配网络设计=。

32351阻抗匹配32352调谐匹配：

3336本章小结35第四章超声波电源控制系统的研究与设计。

3741ATmegal28单片机3742超声波电源控制系统整体结构3943PWM信号发生电路40431信号发生电路设计40432基于ATmegal28单片机的PWM产生原理4444频率跟踪控制系统设计48441锁相控制原理。

49442锁相环芯片CD4046介绍。

50443频率跟踪控制电路设计与分析5345扫频控制系统设计。

5846过流保护电路6047人机接口电路设计m61471液晶显示电路设计61472键盘输入电路设计6348本章小结65第五章实验结果与分析6651