基于multisim大功率超声加工电源改进

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1、学兔兔www.xuetutu.com第4期(总第167期)机械工程与自动化N0．42011年8月MECHANICALENGINEERING＆AUT0MATIONAug．文章编号：1672—6413(2011)04—0058—03基于Multisim大功率超声加工电源改进任杰(太原理工大学’机械工程学院，山西太原030024)摘要：以H桥电路作为功率放大电路主体，通过IR2110驱动芯片将多谐振荡器发出的信号放大为需要的功率，并以此为基础对大功率超声电源进行改进。对所设计的电路进行了MultiSim仿真及验证，结果表明该电路可以达到一个比较满意的效果。．关

2、键词：H桥；Multisim仿真；IR2ll0中图分类号：TG663文献标识码：A0引言最后通过匹配电路将放大后的方波加于换能器上，从超声加工是利用超声波发出的能量对工件进行精而把振动由变幅杆加于工件上。密加工的加工工艺，能使加工工艺的特点得到充分的2信号产生电路发挥，其要求超声电源有平稳的能量输出并能长时间本文使用LM555芯片构成的多谐振荡器作为信号稳定工作。但目前传统的功放由于多采用半桥式电产生电路，用来产生20kHz以上的方波。在设计时，路，因此能量的使用率较低，有一半左右的能量没有对其稳定性有较高要求：①振荡频率不得偏离中心频被利用而以热量的形

3、式散失，而为了把这部分能量散率，否则其转化效率会大大降低，从而使发射功率受发掉，必须使超声电源的体积大大增加以提高散热速到较大影响；②为了提高系统的效率，需要加大发送度。有一部分超声电源虽然使用了全桥电路，但是多出的信号频率。为分立式，也会增加电源的体积，且升级并不容易。3功率放大电路而使用集成全桥功放电源体积会大大减小，并且升级多谐振荡器发出的信号功率很低，如果想驱动换更加容易，因此本文将针对实验室用超声电源的功放能器振动必须将其功率放大。以往的超声波发生器一加以改进，从而使其能长时间稳定工作。般都采用晶体管组成的推挽电路，此类功放为了达到1系统整体设

4、计效率与失真率的完美结合，一般会使其工作在甲类与超声电源由波形产生电路、H桥功放电路和匹配乙类状态之间，但是其效率理论上最大只能达到电路3大部分组成，如图1所示。78．5％，不是很理想。为了使功放的效率更高，现在多使用D类功放，由于D类功放工作在开关状态，使其工作效率理论上能够达到100％，而实际上效率也高达80％~90％c“。图1超声电源整体结构常见的D类功放归类成两种拓扑，分别是半桥与波形产生电路由一个LM555定时器组成的多谐振全桥构造。本文将采用全桥模式，因为相比于半桥而荡器产生高频信号，由于产生的信号功率较小，因此言，全桥的放大倍数更高。全桥功

5、放的设计关键是全要用一个功放将小功率的方波信号放大。本文选用H桥驱动的设计，而IR2110正好满足此需求。桥作为功率放大电路，H桥的能量由一个大功率稳压3．1IR2110电源来提供，此电路接在220V的家庭电路之中，通IR2110是双通道高压、高速电压型功率开关器件过整流滤波将交流信号转变为一个脉动的直流信号，栅极驱动器，其驱动电路简单，只需一路电源即可同收稿日期：2010-12—28；修回日期：2011-03-08作者简介：任杰(1984一)，男，山西晋中人，在读硕士研究生，研究方向为特种加工与表面质量。学兔兔www.xuetutu.com2011年第

6、4期任杰：基于Muld~m大功率超声加工电源改进·59·时驱动上、下桥臂，因此具有广泛的用途。3．2功放电路图IR2110是一款高度集成的驱动芯片，其内部功功放电路是采用IR21i0驱动4个场效应管组成能由逻辑输入、电平平移及输出保护3部分组成。的全桥电路，但是IR2110芯片却存在着不能产生负IR21i0的主要特点如下：①具有独立的低端和偏压的缺点，因此需用栅极负偏压功能的电路来解决高端输入通道；②悬浮电源采用自举电路，其高端工作此问题。电压可达500V；③输出的电源端的电压范围为10V～图3为功放电路图。在H桥中，桥臂上的4个场20V；④逻辑电源的输

7、入范围为5V～15V，可方便效应管相当于4个开关，P型管在栅极为低电平时导地与TTL、CMOS电平相匹配，而且逻辑电源地和功率通，高电平时关闭；N型管在栅极为高电平时导通，电源地之间允许有5V的偏移量；⑤工作频率高，可低电平时关闭。由于场效应管是电压控制型元件，栅达500kHz；⑥开通、关断延迟小，分别为120ns和极通过的电流几乎为“零”[3]。即高电平时Q2、Q5导94ns；⑦图腾柱输出峰值电流2A。通，低电平时Q3、Q4导通，从而将信号两次放大。图2为IR21i0内部结构。3．3部分元件的选型VCC图3功放电路图在电路中有很多器件的选型需要由计算来

8、确定，流)得到流过日桥电路的电流，约为3．23A，由于是其中重要元件的计算如下：