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超声波技术在焊接,清洗,剪切,医疗等领域得到了广泛应用.作为超声波技术的核心之一,超声波功率和频率控制线路板的发展也随着电力电子技术和数字控制技术的发展发生着巨大改变.然而目前市面上的超声波电源多为专用超声波电源,一台电源只能匹配固定的换能器,实现不了宽频域内的锁相和频率跟踪.本文以频率跟踪和阻抗匹配为出发点,设计了一种变频式超声波电源,通过频率跟踪的方式,实现宽频域内的阻抗匹配调节,并在平台上实现了原型系统的设计.

超声波功率和频率控制线路板研究内容如下:(1)在分析超声波换能器等效电路和阻抗特性的基础上,确定阻抗匹配方法和频率搜索依据:采用频率跟踪法实现阻抗匹配的动态调节,并采用变步长策略实现快速,精确的频率搜索.(2)将超声波电源主电路划分为多个子模块进行原理分析和硬件电路设计.降压斩波电路实现输出直流电压幅值可调,以达到功率自适应的目的;逆变电路采用全桥拓扑结构将直流电转换为频率可调的交流信号;匹配网络实现逆变电路输出与换能器之间的匹配;反馈电路对换能器的电压电流信号进行处理后送入控制系统,作为频率搜索,跟踪的处理依据;另外还设计了逆变电路的开关管驱动电路,保证控制系统的输出信号安全可靠的驱动逆变电路开关管.(3)根据设计指标在平台上进行控制系统设计,包括频率搜索,频率跟踪和功率自适。

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