基于dsp超声波电源硬件电路设计

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1、昼应用技术基于DSP的超声波电源硬件电路设计木赫亮刘晓光蒋晓明王攀(广东省自动化研究所广东省现代控制技术重点实验室广东省现代控制与光机电技术公共实验室)摘要：针对传统模拟超声波电源存在功率损耗大、通用性差、控制不灵活等问题，提出基于DSP的数字化超声波电源设计，介绍超声波电源硬件电路的总体方案、主电路及控制电路设计。通过试验验证了所设计的超声波电源频率自动跟踪效果良好。关键词：DSP；IGBT逆变；频率跟踪0引言于TMS320F28335型数字信号处理器的大功率、高频超声波电源，通过功率采样电路、频率采样电路及反超声波电源是把电能转换成与超声波换能

2、器相馈电路等电路设计，实现超声波电源的功率可调、频匹配的高频交流电信号设备。传统模拟控制的超声波率自动跟踪等功能。电源实现需要设计大量复杂的控制电路，电路元件易老化、温漂严重、参数调整不方便，且在动态响应和1基于DSP的数字化超声波电源控制精度等方面不够理想，存在功率损耗大、通用性数字化超声波电源由主电路、控制电路、IGBT差和控制不灵活等问题【I】。数字化控制主要通过对驱动电路3部分组成。主电路主要包括：输入整流器、DSP进行软件编程并辅以少量的外围电路，即可实现软启动电路、滤波器、IGBT逆变器、高频变压器及超声波电源的主要控制功能，大大节约成

3、本，提高设其匹配电路。控制电路采用TMS320F28335作为核心备使用的灵活性。随着微电子技术、计算机技术、自控制器，充分利用该处理器的IO、ADC、EPWM、动控制理论和电力电子技术的发展，超声波电源正朝捕捉、中断等内部资源，并辅以外围的电流、电压检着大功率、高频化、低功耗、高功率因数、智能化、测电路、光耦隔离、继电驱动等电路。IGBT驱动电复合化的方向发展。路采用大功率TX-DA962D4驱动板。基于DSP的数本文提出基于DSP的数字化超声波电源，其基字化超声波电源框图如图l所示。图1基于DSP的数字化超声波电源框图24基金项目：广东省科技计

4、划项目(2012B091100262)电源上电后，输入整流器将50Hz单相工频交流时，通过电压检测电路和电流检测电路分别采集匹配电转变为直流电；为避免上电瞬间浪涌电流过大，对网络中的电压信号和电流信号，并将采集的电压与电滤波器中的大电容器组和IGBT造成冲击，DSP控制流信号一路通过乘法器送入功率调节电路，实现超声直流接触器的通断实现主电路的软启动；将直流电滤波电源的功率调节功能；另一路用于信号调理，实现波得到更为平滑的直流电；DSP的PWM信号驱动主超声波电源的频率自动跟踪功能。电路中IGBT的开通及关断，将平滑的直流电逆变为2主电路拓扑结构设计

5、高频交流方波电流：高频交流方波通过高频变压器及基于DSP的数字化超声波电源主电路原理图如其匹配网络的谐振变换，输出高频正弦交流电作用于图2所示。换能器，换能器将电能转换为超声机械振动输出。同图2基于DSP的数字化超声波电源主电路原理图2．1逆变电路拓扑结构的选择传输效率、能量的损耗程度以及设备的安全性等。超超声波电源中常用的逆变拓扑结构有全桥式、半声波发生器与换能器之间的匹配包括阻抗匹配和调桥式和推挽式3种[2]。本文采用全桥式逆变拓扑结构。谐匹配[3】。从变压器的次级输出端可以测得本系统主输入交流电通过整流桥BR1和RC电路整流滤波要呈现电感性，

6、而作为负载的压电换能器通常呈现电变为直流电；再由IGBT构成的全桥逆变器变换为高容性。要使超声波电源及换能器系统具有最大的输出频方波交流电。当驱动电路使TR1、TR4导通，TR2、功率及效率，应尽可能使负载呈现电阻性的工作状TR3关断时，输出变压器Tl的次级会形成一个正半态。通过反复试验和比较，本文采用并联谐振的匹配周的电压波形；同理，当驱动电路使TR2、TR3导通，电路，即在高频变压器的输出端并联一定容量电容器TRI、TR4关断时，形成一个负半周的电压波形，因组(见图2中CIO)，从而使变压器、匹配电容以及此，通过驱动电路的有效控制，实现了从直流

7、到交流换能器形成接近于电阻性工作负载。的逆变过程。其中Csl、D1、R9和Cs2、D2、R103基于DSP的控制电路设计为IGBT的缓冲吸收电路；Cs3和Cs4为突波吸收电3．1超声波电源控制系统容；cg为隔直电容。2．2匹配电路设计基于DSP的超声波电源控制系统主要由本文匹配电路是指将超声波发生器输出的电能TMS320F28335信号处理器、电流采样、电压采样、送到换能器的通道。匹配电路的结构相对简单，却有功率运算、频率相位捕捉、供电电路、复位电路、晶非常重要的作用。匹配电路的好坏直接决定着能量的振电路、保护电路等组成，其框图如图3所示。2015

8、年第36卷第3期自动化与信息工程25TMS320F28335I：CAP频率调整I1PWM电压采样卜_—Ll—H．一煎lTw