浅析大功率超声电源的改进

浅析大功率超声电源的改进

王钊利

杭州应用声学研究所浙江杭州310023

摘要：在超声波电源中，将集成式D类全桥电路引入其中，对IR2110芯片驱动MOSFET进行充分应用，使得全桥式逆变主电路得到有效构成，从而完成两种主要的功能，分别是逆变降压和输出电压控制。在驱动电路中，脉宽调剂电路占据着至关重要的位置，是其关键，对555芯片进行全面应用，使得三角波信号得到相应产生，与此同时，对产生的三角波信号进行相应处理，实现其转化，成为不同偏置的两路三角波信号。在此基础上，对不同端口输入的正弦波信号进行相应调剂，在一定程度上提高电路的动态响应。

关键词：大功率；超声波电源；改进；逆变降压；输出电压控制

当下，我国科学技术迅猛发展，多种机械和电子技术不断改进，对功率超声电源进行了全面的应用，使其应用范围得到了充分的拓展，与此同时，对其发明和制作的要求也不断提高。当对超声进行加工的时候，振动系统的多种因素与系统的固有频率之间有着非常密切的联系，如果前者发生相应变化，那么，必定会使后者发生漂移。因此，对于超声电源来说，需要具备相应功能，主要是频率自动跟踪功能。除此之外，对加工的质量等进行有效保障也是非常必要的[1]。

一、系统框图

在超声波电源系统中包含多个部分，主要有整流电路、高频逆变电路以及驱动电路等等[2]。

当220V市电通过整流电路的时候，会产生直流电压，然后，通过DC-DC，会产生所需要的电压值，为其提供相应的高频逆变电路，从而对功率要求的高频电压进行有效满足。对于超声波电源来说，高频逆变电路有着非常重要的作用和意义，是其关键和核心，并且对全桥式网络结构进行了充分应用。与此同时，匹配网络也对超声波产生了非常突出的影响，对其发生器输出效率进行了有效保障。除此之外，驱动电力的重要性也是不容忽视的，其能够促使特定频率信号的产生，对逆变电路中的功率管工作进行了有效推动。

在高频逆变电路的全桥网络结构中，四个场效应晶体管占据着非常重要的位置，发挥着不可小视的作用和影响，是其关键元件，同IR2110芯片的优势想联系，将功放电路的相关要求作为重要依据和参照，主要包括高频率、小型化等，在此基础上，对其他因素进行相应考虑，主要有电路设计和成本等，通过相应研究发现，对IR2110芯片进行充分应用，对MOSFET进行驱动，是非常正确、有效的[3]。在多种驱动电路信号中，方波信号的应用频率是比较高的，在本文中，对PWM波驱动这种全新的驱动信号进行了相应研究。

二、PWM产生电路

对于驱动电源功率和频率来说，超声换能器对其有着相应要求和规定，对一般情况下所应用的方波驱动进行相应改进和完善，使其成为脉宽调制波驱动，此种操作是非常必要的，有着非常重要的作用和影响，能够在比较大的程度上对超声电源的动态响应进行相应提高，对输出电压和电流的可调性进行有效实现。

（一）首先，对正弦波产生进行相应研究和阐述。要与不同频率的换能器进行相应结合和适应，对正弦波信号的频率提出了相关要求，需要保证其可调性。

在此电路中，对±15V供电进行了充分应用，通过VR3能够对输出正弦波的峰值进行相应调整。当U1A的放大倍数能够对大于1的条件进行相应满足的时候，电路就能够产生振荡。对于电路来说，其最高输出频率收到相关因素的影响，主要包括C1、C2、VR1、VR2选频网络的值等。对输出频率的连续调节进行相应实现是非常重要的一项内容和要求，要对此进行相应完成，必须要对VR1、VR2阻值进行同时改变。

（二）然后，对三角波产生电路进行相应研究和探索。在三角波产生电路中，对555芯片进行了相应应用，从而构成了三角波产生电路。对Q1、Q2、R2进行相应应用，构成恒流源，然后对C1实现线性充电，对Q3、Q4、R3进行相应应用，构成恒流源，实现对C1的放电。在电容C1上存在着三角波，当其通过U2的时候，同想跟随器输出。通畅情况下，电容C1所选用的都是聚苯乙烯电容，其有着相应优势，主要是漏电流比较低[4]。

（三）最后，对PWM波产生进行相应探究。在此电路中，能够进行相应的分类，主要包括两个部分，一部分电路在一定频率和偏置的三角波中得到相应应用。另一部分电路首先将前半部分产生的三角波信号进行相应转变，使其成为不同偏置的两路三角波信号，在完成此操作的基础上，分别同P端口输入的正弦波信号进行相应调制，从而得到能够对相关要求进行有效满足的两路PWM波。

对三角波的频率和周期以及正弦波的频率和周期进行相应设定，分别是f1、T1、fR和TR。在一个周期TR中，正弦波同频率和f1以及偏置电压不同的两路三角波进行相应对比和调制。在正弦波和高偏置的三角波进行相应对比和调制的时候，能够从中得到前半部分的矩形脉冲波形和后半部分的高电平。当对低偏置的三角波进行相应对比和调制的时候，能够从中得到前半部分的高电平和后半部分的矩形脉冲。在此条件下，对H桥型驱动电路进行有效应用，其作用和功能是非常突出的，能够在比较大的程度上对开关频率进行相应减少，对功率放大器的效率进行有效提高。

在对多种运放进行了具体的比较之后，能够从中发现，相较于其他的运放，NE5532运放的效果是最好的。所以，对于运算放大器芯片来说，需要对其进行充分应用。在电路中，电容C1有着非常重要的作用，主要发挥着积分作用，在此条件下，从三角波的角度来说，电容型号的选取与其波形的质量之间有着非常密切的联系，能够对气产生非常重要的影响，那么，需要对聚丙乙烯电容进行相应应用。

当正弦波和高偏置的三角波进行相应调制和对比的时候，从中得到的前半部分是矩形脉冲波形，后半部分是高电平。在正弦波和低偏置的三角波进行调制的时候，前半部分是高电平，后半部分是矩形脉冲，与此同时，两路PWM波是正好互补的[5]。

三、功放电路

在此电路中，对H型桥式的D类放大器进行了相应应用，能够使其作用和影响得到有效发挥，实现平衡输出，可以比较容易的对放大器的输出特性进行相应改善。

在H型桥中，有四个场效应晶体管位于桥臂上，可以将其看作是四个开关。P型管在栅极为底电平时导通，在高电平的时候关闭。N型管在栅极为高电平时导通，低电平的时候关闭。因为场效应晶体管是电压控制型元件栅极通过的电流趋于零，在高电平和低电平的时候都不同的两个场效应晶体管导通，对信号进行相应处理，对其进行放大。

结语

在本文中，将两路不同偏置的三角波信号作为主要对象，使其分别与正弦波信号进行相应比较，从而产生两路互补的PWM波，在全桥的D类中进行相应输入，使其进入到IR2110芯片中，在一定程度上放大功率。与此同时，PWM技术也有着非常重要的作用，能够对其动态响应进行相应完善和提高，对输出频率的可调性进行了有效实现。

参考文献：

[1]白生娟，张小凤.大功率超声电源的改进[J].现代电子技术，2014，37（19）：147-149.

[2]任杰.基于Multisim大功率超声加工电源改进[J].机械工程与自动化，2011，（04）：58-60.

[3]郭雯，陈丽华，沈建国.智能型大功率油井超声电源设计[J].电子测量技术，2012，35（01）：120-123.

[4]王露，杨靖，王登攀，方鑫，鲜晓军，董姝，张静雯.大功率超声换能器匹配技术研究[J].压电与声光，2015，37（02）：254-257.

[5]周翔，沈建国，陈丽华.基于STM32的大功率超声间歇式控制信号[J].声学技术，2013，32（05）：395-399.