基于PWM功率控制的超声波电源研究与设计
基于PWM控制连续可调电感电路的设计与研究的开题报告
基于PWM控制连续可调电感电路的设计与研究的开题报告一、研究背景与意义电感电路广泛应用于电力电子领域中，其在开关电源、变换器、逆变器等电路中具有重要作用。
而连续可调电感电路作为一种目前应用较为广泛的电路，其主要通过控制电容和电感的比值，实现电感值的连续可调，从而控制电路的输出电压和电流。
由于电容和电感电路具有一定的失真，且容易受到干扰，因此在实际应用中需要对其进行精确控制，以提高系统性能。
而PWM (Pulse Width Modulation) 控制技术具有高精度、快速响应、稳定性好等优点，逐渐成为电力电子领域中控制电路输出的主要手段。
因此，对于基于 PWM 控制连续可调电感电路的设计与研究，不仅能够提高电力电子系统的可控性和稳定性，还可以在一定程度上降低系统成本、提高系统效率，具有广泛的应用前景和经济效益。
二、研究内容和技术路线本课题的研究内容主要包括基于 PWM 控制的连续可调电感电路的设计、建模以及控制策略研究等方面。
具体来说，我们将针对开关电源、变换器、逆变器等多种典型电路，从理论计算到实验测试，进行连续可调电感电路的设计及控制实现方案研究。
具体技术路线包括：1. 研究 PWM 控制技术的实现原理和性能指标，分析应用场景的需求和应用条件。
2. 建立连续可调电感电路的理论模型，从电磁学角度分析电路的特性，推导出系统的数学模型。
3. 通过 MATLAB/Simulink 等软件，进行电路仿真，验证理论模型的正确性和适用性。
从而确定最优设计方案。
4. 针对所设计的连续可调电感电路，采用数控技术和 DSP 控制技术，实现 PWM 控制。
分析算法的选择和实现方式，并进行模拟、实验测试，对比分析控制效果。
5. 应用研究成果，在开关电源、变换器、逆变器等电路中展开深入应用与实践，提高电力电子系统的性能指标。
三、研究预期成果和意义本研究的预期成果主要包括：1. 提出基于PWM 控制的连续可调电感电路的设计和控制实现方案，针对开关电源、变换器、逆变器等多种典型电路，进行理论计算和实验验证，推导出电路的数学模型和控制算法。
超声波发生器电源控制电路
超声波发生器电源控制电路信息发布时间：(2008年8月7日22:02:40 ) 发布者IP地址:信息详细内容:第60324篇:基于PWM大功率超声波电源的设计发布时间:2006年12月30日点击次数:120 来源:电子设计应用作者:内蒙古科技大学机械工程学院苏凤岐汪建新孙建平摘要：本文详细介绍了为驱动磁滞伸缩换能器而设计的一种频率、功率可调式大功率超声波电源,该电源采用由IGBT构成的全桥式逆变主电路,实现了逆变降压和输出电压调控。
控制电路以脉宽调制电路为核心,通过给定信号和反馈信号电压的比较,获得宽度可变的脉冲信号,调节电源的输出电压,并实现对电源的闭环控制。
关键词：IGBT;波形发生器;超声换能器;脉宽调制引言近年来,随着全控制型电子器件和PWM技术的迅速发展,功率超声的应用及其驱动电源的开发已成为热点研究领域之一。
本文介绍的高频换能器驱动电源,采用全桥移相式串联电路拓扑,以单片脉宽调制电路为核心、IGBT功率管为功率开关器件,实现了大功率输出。
它具有效率高、性能稳定、体积小、质量轻和调节方便等优点。
超声波电源的设计超声波电源的组成及原理框图逆变式超声波电源主要由主电路和控制电路两部分组成,其基本原理框图如图1所示。
图1超声波发生器原理框图主电路是将电能从电网传递给负载的电路,其主要作用是减小变压器体积和改善电源的动态品质。
控制电路则主要为逆变主电路提供开关脉冲信号,驱动逆变主电路工作,并借助反馈电路和给定电路来实现对逆变器的闭环控制。
逆变主电路逆变主电路包括输入整流滤波、逆变器和输出滤波三个主要部分,而逆变器则是其核心部件。
逆变器本设计采用的逆变电路为全桥式逆变电路,其优点是：适用于大功率输出,主变压器只需一个原边绕组,通过正、反向的电压得到正、反向的磁通。
因此,变压器铁芯和绕组得到最佳利用,使效率得到提高。
另外,功率开关管在正常运行情况下,最大的反向电压不会超过电源电压,4个能量恢复二极管能消除一部分由漏感产生的瞬时电压,无须设置能量恢复绕组,反激能量便得到恢复利用。
基于DSP控制的PWM型开关电源的研究与开发共3篇
基于DSP控制的PWM型开关电源的研究与开发共3篇基于DSP控制的PWM型开关电源的研究与开发1随着现代电子技术的不断发展，各种电子设备已经成为了人们生活中必不可少的一部分。
而这些电子设备的电力供应往往都离不开一种被称作开关电源的技术。
在目前的众多开关电源技术中，一种基于数码信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）控制的脉宽调制（Pulse-Width Modulation，PWM）型开关电源备受关注。
本文将立足于DSP控制的PWM型开关电源的研究与开发，从理论分析、电路设计以及实验测试等方面进行探讨。
一、理论分析在开展研究之前，我们需要先了解PWM型开关电源的基本原理。
PWM型开关电源是一种电源调节技术，它将输入电压转换为短脉冲信号，并通过改变信号的占空比来实现电压的调节。
在PWM型开关电源中，DSP作为核心控制器，通过对电源电路的控制实现对电压、电流等信号的输出控制。
因此，DSP控制技术具有快速、高效、精准等特点，是PWM型开关电源的重要控制手段。
二、电路设计在PWM型开关电源的电路设计中，首先要考虑的是所选用的数字信号处理器（DSP）。
在选择DSP时，需要考虑其性能、成本、可扩展性等因素。
其次，需要在选用的DSP的控制下设计整个PWM型开关电源的电路图。
其中，包括输入电源、滤波电路、开关管、功率变换电路、负载电路等部分，旨在将输入电压转化为输出大于或等于期望值的恒定电压。
另外，在电路设计过程中，还需要注意各部分之间的电气特性和电路参数，以便实现电源稳定、高效、低噪音的输出要求。
三、实验测试完成电路设计之后，需要进行实验测试以验证PWM型开关电源的控制效果和电气性能。
在实验过程中，我们可以通过测定输出的电压、电流大小、占空比等参数来评估所设计的PWM型开关电源的实际性能。
在实验过程中，还需要考虑到温度、负载变化等因素对PWM型开关电源的影响，以保证得到准确的实验结果。
基于单片机控制的超声波发生器驱动电源的研究的开题报告
基于单片机控制的超声波发生器驱动电源的研究的开题报告一、研究背景：随着科学技术的不断发展，人们对于超声波的应用也越来越广泛。
超声波发生器是一种重要的设备，在多个领域都有着广泛的应用，如医疗、工业、生物等领域。
在超声波发生器中，驱动电源是关键的部分之一。
传统的超声波发生器驱动电源一般使用直流稳压电源，其输出电压和电流经过稳定后，可以对超声波晶振进行驱动。
但是，这种驱动电源存在一些问题，比如体积较大、功耗较高等。
为了解决以上问题，本研究拟采用单片机控制的驱动电源，能够更加灵活地控制输出电压和电流，同时具有体积小、功耗低、噪声小等优点。
因此，本研究旨在设计一种基于单片机控制的超声波发生器驱动电源，提高超声波发生器的性能和稳定性。
二、研究内容：本研究的主要内容包括：1. 规划电路设计方案，选择合适的元器件，并进行电路设计和仿真测试；2. 设计单片机控制程序，实现对输出电压和电流的控制；3. 制作电路板，并进行实验测试，验证电路设计的正确性和可行性；4. 对实验数据进行分析和处理，评估设计方案的性能和稳定性。
三、研究方法：本研究采用以下方法：1. 理论研究方法：通过查阅相关文献，了解超声波发生器的结构和工作原理，分析驱动电源的设计需求和性能指标。
2. 实验研究方法：采用电路设计和实验测试相结合的方法，完成电路板的制作和实验测试，验证驱动电源的性能和稳定性。
3. 数学统计方法：对实验数据进行处理和分析，评估电路设计方案的性能和可行性。
四、研究意义：本研究的意义主要体现在以下方面：1. 提高超声波发生器的性能和稳定性，使其在医疗、工业、生物等领域的应用更加广泛；2. 探索单片机控制的驱动电源的设计方法，为类似应用领域的电路设计提供参考；3. 对电路设计和实验测试方法进行总结和归纳，为后续类似研究提供借鉴。
基于PWM功率控制的超声波电源研究与设计
51科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATIONDOI：10.16661/ki.1672-3791.2019.19.051基于PWM功率控制的超声波电源研究与设计①耿海云(宿迁经贸高等职业技术学校 江苏宿迁 223600)摘 要：超声波电源的稳定性以及工作性能对金属微纳加工领域具有重要的应用价值。
该文论述了实用STM32单片机进行PWM信号输出并给予PID算法实现对输出功率的闭环控制，实现电源稳定的功率输出。
通过仿真实验表明，基于PWM 功率控制的超声波电源能够实现功率以及工作频率可以调整的功能，符合金属微纳加工领域的应用要求。
关键词：超声波电源 PWM 功率控制 研究中图分类号：TB559文献标识码：A文章编号：1672-3791(2019)07(a)-0051-02超声波电源在工作过程中会因为工作电压变化以及负载特性的变化导致电源的输出偏离工作的实际需求，造成加工精度降低等方面的实际影响。
因此设计能够进行频率自动跟踪以及功率自动调整的超声波电源就显得尤为重要。
采用移相脉冲宽度进行功率调节，并对电路的频率进行跟踪具有重要的理论意义与实际应用价值。
论述了电路的工作原理，并采用Simlink对所设计的电路进行了仿真分析，结论说明，设计的产品符合加工的实际要求。
1 超声波电源原理超声波电源的工作频率范围一般为20~30kHz，工作基本原理是基于AC-DC-AC的基本结构。
超声波电源为了能够实现自动功率控制需要能够对电压进行对应的控制，通过对逆变后的交流电压的有效值实现控制可以实现对电路输出功率的控制。
在超声波电源中对电压的控制是通过对占空比进行调整实现的。
为了能够适应负载的要求，超声波电源电路要能够设计具有频率自动跟踪以及自动稳定的匹配电路，并对工作状态实施有效跟踪，保证负载工作在固有频率的有效范围内。
电源工作过程中220V的交流信号经过整流电路以及LC滤波以及降压后变成了直流信号，直流电压信号经过逆变电路后再经过高频变压器转换为对应的交流电信号。
行波型超声波电动机的PWM控制驱动电源
驱 动 控制
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波， 且相位 差可 以连续 调节 。
图 １ 主电路设计 图
超声电源的研制
超声电源的研制本文采用移相脉宽控制(PSPWM)方式通过改变全桥逆变器桥臂脉冲的移相角来调节输出功率,逆变器承担着逆变和调功两种功能,并采用软开关技术,使功率开关器件工作在零电压开通和关断状态,开关损耗小,可以实现输出功率的调节。
硬开关PWM可以应用于超声电源,但其开关损耗大、效率低、EMI大,高频时不能实现调功;对PFM方式而言,因负载系统为超声换能器,其谐振频率范围较窄,不能用来实现调功; PDM、PSM属于有级调功,输出的正弦波幅值不是恒定的,不利于负载换能器的稳定工作,因此PDM、PSM方式不能用来实现调功。
超声电源主电路采用全桥逆变拓扑结构,如图2所示,Z1—Z4为主开关管IGBT,D1—D4为Z1—Z4内部反并联寄生二极管,C1—C4为外接并联的电容或者功率管的寄生电容,T为高频脉冲变压器,L0为串联调谐匹配电感, PZT为超声换能器。
选取的超声换能器型号是中国科学院上海声学实验室的DH-6160F-15S-3,其谐振频率为25kHz,谐振阻抗为15Ω,静态电容为27000pF,通过计算,匹配电感为0. 75mH。
电路输入直流电压E=120V, 根据PSPWM控制策略,实际应用中可以采用移相控制专用芯片UC3875组成控制系统,它能产生4路PWM波形控制全桥逆变器的4个功率开关管。
芯片设有死区时间保证同一桥臂上下两管不能直通,同时相移角可调,实现输出功率调节。
（2）采用DSP 控制DSP（Digital Signal Processing,数字信号处理）是近年来迅速崛起的新一代可编程处理器当前在超声换能器的应用中，主要选用压电陶瓷换能器。
传统的超声波换能器大多采用压控振荡和锁相环来实现超声波发生，此类设备只能进行窄频域调节，精度低，更不能实时控制。
波形发生模块采用DDS 芯片，通过控制系统调节，可实时发生精度为1Hz 的50MHz 以下任意频率。
要想驱动换能器正常工作，DDS输出的超声波必须经过功放模块放大之后才能驱动换能器正常工作，所以功放模块必不可少。
基于单片机的移相PWM功率控制超声波电源的研究
基于单片机的移相PWM功率控制超声波电源的研究盛铭伟;李翔龙;刘一凡;张智博【摘要】基于电火花超声复合加工制备金属微纳空心球的功能需求,需要在制备过程中要求超声波电源的功率、频率可调且稳定.本文设计了相应电路,主要使用STM32产生的PWM信号输出高低位电平,采用半桥驱动器IR2110驱动全桥工作,采用PID控制算法,通过调节移相角实现对输出功率的闭环控制,实现功率的稳定输出.通过实验进行验证.实验采用的换能器的固有频率为20 kHz,额定功率1800 W.实验测量换能器的电压约1000 V,电源的工作频率达到19.77 kHz,功率约1750 W,Simulink仿真测得交流电压为1000 V左右,电流约3.5 A,频率为20 kHz.仿真和实验结果都表明,设计的超声波电源能够实现功率和频率可调的功能.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2019(027)008【总页数】6页(P188-193)【关键词】超声波电源;PWM;PID控制;功率调节【作者】盛铭伟;李翔龙;刘一凡;张智博【作者单位】四川大学制造科学与工程学院,四川成都610065;四川大学制造科学与工程学院,四川成都610065;四川大学制造科学与工程学院,四川成都610065;四川大学制造科学与工程学院,四川成都610065【正文语种】中文【中图分类】TN64超声波电源在工作过程中，随着换能器工作温度的升高，会导致换能器的谐振频率及等效负载的阻抗发生变化[1]，电源会偏离最佳的工作状态。
这就要求超声波电源具有频率跟踪的能力以适应换能器负载的动态变化，因此设计出性能稳定、控制可调、频率跟踪的超声波电源尤其关键。
超声波电源的工作功率范围为1 700～2 500 W，其采用移相脉冲宽度调制（PWM）调节功率，采用换能器工作的电流频率跟踪控制电路。
文中对超声波电源的全桥逆变电路、驱动电路、频率跟踪电路及采样电压和电流电路进行硬件设计，对功率控制进行了软件设计，用Simulink进行仿真，实现了功率与频率可调且频率可跟踪的功能。
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DOI：10.16661/ki.1672-3791.2019.19.051
基于PWM功率控制的超声波电源研究与设计
①
耿海云
(宿迁经贸高等职业技术学校 江苏宿迁 223600)
摘 要：超声波电源的稳定性以及工作性能对金属微纳加工领域具有重要的应用价值。
该文论述了实用STM32单片机进行PWM信号输出并给予PID算法实现对输出功率的闭环控制，实现电源稳定的功率输出。
通过仿真实验表明，基于PWM 功率控制的超声波电源能够实现功率以及工作频率可以调整的功能，符合金属微纳加工领域的应用要求。
关键词：超声波电源 PWM 功率控制 研究中图分类号：TB559
文献标识码：A
文章编号：1672-3791(2019)07(a)-0051-02
超声波电源在工作过程中会因为工作电压变化以及负载特性的变化导致电源的输出偏离工作的实际需求，造成加工精度降低等方面的实际影响。
因此设计能够进行频率自动跟踪以及功率自动调整的超声波电源就显得尤为重要。
采用移相脉冲宽度进行功率调节，并对电路的频率进行跟踪具有重要的理论意义与实际应用价值。
论述了电路的工作原理，并采用Simlink对所设计的电路进行了仿真分析，结论说明，设计的产品符合加工的实际要求。
1 超声波电源原理
超声波电源的工作频率范围一般为20~30kHz，工作基本原理是基于AC-DC-AC的基本结构。
超声波电源为了能够实现自动功率控制需要能够对电压进行对应的控制，通过对逆变后的交流电压的有效值实现控制可以实现对电路输出功率的控制。
在超声波电源中对电压的控制是通过对占空比进行调整实现的。
为了能够适应负载的要求，超声波电源电路要能够设计具有频率自动跟踪以及自动稳定的匹配电路，并对工作状态实施有效跟踪，保证负载工作在固有频率的有效范围内。
电源工作过程中220V的交流信号经过整流电路以及LC滤波以及降压后变成了直流信号，直流电压信号经过逆变电路后再经过高频变压器转换为对应的交流电信号。
降压电路中的IGBT管采用了RC缓冲电路，如果系统采用了大容量的IGBT则需要采用缓冲电阻增加电路的总阻抗，防止极电流电流过大引起系统的短路。
逆变电路的
①作者简介：耿海云（1982，10—），女，汉族，江苏沭阳人，硕士，讲师，研究方向：电子学、职业教育。
IGBT管要能够采用RCD电路作为保护电路，以适应产品高频工作的需求。
系统中应用的IR2110是在功率控制中常用的一种开关器件，一般作为驱动器实用，IR2110能够实现对电压较高的主电路系统的有效驱动，在高频工作情况下能够稳定工作。
产品的输入输出延时较短，一般延时都能够控制在纳秒级。
同时系统采用了一路电源实现了对半桥的有效控制，系统能够具有电源欠压时自动保护的功能。
超声波电源的工作原理图如图1所示。
2 电源频率跟踪控制电路
移相闭环控制实现频率跟踪，系统中采用CD4046锁相环实现。
CD4046集成锁相环电路具有鉴相、源极跟随电路、运算放大单元以及压控振荡器等单元模块构成。
在工作过程中当输入信号放大后，进行电容滤波，滤除去信号的高频的干扰成分，经过低频放大后将信号输入到鉴相器1与鉴相器2中去，通过相位之间的差异可以得出误差电压的差异，通过压控振荡器可以实现电压差异与频率差异的转换，最后可以通过频率的差异进行调整，实现频率的闭环有效控制。
为了能够让超声波电源的可靠性更强，在控制中采用了PID控制算法，通过对电压与电流信号的采样、量化以及编码可以实现对采集模拟信号的数字化处理，数字化的功率值与系统设定的值进行比较，如果存在偏差就采用PID电路进行计算，
根据计算可以让输出值去改变开关信号的占空比，并通过PWM的程序进行相位
图1 超声波电源工作原理图
（下转53页)
角的控制，精确实现功率的调节。
3 系统建模仿真以及测试结果分析
对超声波电源的仿真主要是对其整流模块、逆变模块以及输出模块以及对应的匹配电路进行分析。
在Simlink 系统中将功率反馈控制以及PWM频率反馈控制封装为对应的子系统功能模块。
功率反馈电路检测系统的感测电压以及电流信号，通过功率运算模块实现与系统设置功率的比较，并通过计算形成功率偏差，系统采用PID算法对整流测电压进行相乘可以作为电流反馈的参考值，最后通过信号调制，输出驱动脉冲的信号。
该系统中设置匹配感抗为247uH，匹配容抗为24uF，系统动态阻抗为100Ω，工作在20kHz频率，系统的电压电流仿。
从仿真的最终结果可以发现，超声波电源的电流超前电压0.5pI个相位，电压有效值达到950V以上，系统总体的感抗可以决定电源的电压以及电流的相位差。
根据采用的Simlink软件对在超声波复合加工制备金属纳米空心球的实验以及工作的电压与电流波形可以得出，系统工作在固有频率也就是20kHz,系统工作的谐振状态，电源得到了最为可靠的输出状态，满足了加工系统对于电源的基本要求。
4 结语
该文采用了STM32高速单片机设计了基于移相技术的PWM功率控制的超声波电源，CD40046锁相电路能够实现对电源的频率的有效跟踪以及输出功率的闭环调整。
通过Simlink软件对系统的工作效果进行了仿真分析，实验结果表明，产品的频率以及输出功率稳定性良好，具有优异的负载特性，能够在加工过程中实现超声波电源系统的调整，并对谐振频率的漂移进行有效跟踪并进行校正。
基于移相技术的PWM功率控制的超声波电源具有良好的市场前景与实际应用价值。
参考文献
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序衔接农网设计的各项工作，应及时将现实的工作情况汇报给工程管理部门，否则一旦出现问题，该节点的责任由生产单位负全责。
供电的可靠性及质量与升级改造公网作业的质量息息相关。
在众多部门共同验收的同时，如公司项目管理部门、监理公司以及施工单位等，还应由部分监察部门牵头，专门成立工程综合监察室。
回头看的方式应实施在单个农村电网的工程建设项目上，应跟踪并落实电网改造工作。
在完成农村电网工作后，施工队应依照施工标准开展验收作业，整改部分与实际质量标准不符的现象。
在向上级部门提升验收农网升级改造工程项目的申请后，项目部应牵头验收作业，依据工程实施的技术标准以及规范来开展，严把全部环节的工艺与质量，限期整改某些质量缺陷，直到验收全部合格以后才可视为整个工程合格，然后再将竣工的整体报告上报给市供电公司。
坚持标准化建设理念，建立统一的配电网技术标准体系，优化设备序列，推广典型设计和标准物料，统一施工工艺，规范造价标准。
3.5 配电网统筹规划
坚持城乡电网统一规划，坚持电网规划与市政规划相统一，坚持配电网与上一级电网、一次网架设备与二次自动化系统、公用资源与用户资源的有效衔接、协调发展。
统筹兼顾新能源、分布式电源和电动汽车等多元化负荷发展，满足各类接入需求[2]。
统筹城乡发展，解决界面不清、条块分割等问题，提高管理效率，实行城乡配电网统一规划。
将城乡配电网与城市控制性详细规划相衔接。
以国民经济和城乡发展总体规划为指导，以配电网发展规划为基础，统筹考虑电源、用户，以及土地、环境、站址廊道等公共资源，合理布局配电网设施，依法依规保护配电网站址路径，促进配电网项目落实。
统筹开展配电网各专业发展规划。
开展“十三五”南方电网配电网规划、农村配电网改造升级规划、配电自动化规划、配电网通信规划、二次规划及智能电网规划这6项规划。
开展“十三五”电力专项规划，有序推进高压配电网规划选址选线工作，进一步促进地方政府将电力专项规划并纳入控制性详细规划以及各级土地利用规划中。
编制各地市“十三五”城市地下电力管线规划，重点做好纳入城市地下综合管廊的电力管线规划。
4 结语
综上所述，城镇化建设的步伐随着持续发展进步的经济社会而不断加快，农村电网问题逐渐显现出来，升级改造农网作业是有效提升我国城镇化建设速度的基础，从设计规划的角度来看，要想使得我国农网更加智能、高效与规范，必须将农网改造水平进行全面提升，综合规划农网改造项目。
参考文献
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