超声波发生器电源控制电路
超声波测距电子电路设计详解
超声波测距电子电路设计详解在自主行走机器人系统中，机器人要实现在未知和不确定环境下行走，必须实时采集环境信息，以实现避障和导航，这必须依靠能实现感知环境信息的传感器系统来实现。
视觉、红外、激光、超声波等传感器都在行走机器人中得到广泛应用。
由于超声波测距方法设备简单、价格便宜、体积小、设计简单、易于做到实时控制，并且在测量距离、测量精度等方面能达到工业实用的要求，因此得到了广泛的应用。
本文所介绍的机器人采用三方超声波测距系统，该系统可为机器人识别其运动的前方、左方和右方环境而提供关于运动距离的信息。
超声波测距原理超声波发生器内部由两个压电片和一个共振板组成。
当它的两极外加脉冲信号，且其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。
反之，如果两极间未加外电压，当共振板接收到超声波时，就成为超声波接收器。
超声波测距一般有两种方法：①取输出脉冲的平均电压值，该电压与距离成正比，测量电压即可测量距离；②测量输出脉冲的宽度，即发射超声波与接收超声波的时间间隔t，根据被测距离s=vt？2来得到测量距离，由于超声波速度v与温度有关，所以如果温度变化比较大，应通过温度补偿的方法加以校正。
本测量系统采用第二种方法，由于测量精度要求不是特别高，所以可以认为温度基本不变。
本系统以PIC16F877单片机为核心，通过软件编程实现其对外围电路的实时控制，并提供给外围电路所需的信号，包括频率振动信号、数据处理信号等，从而简化了外围电路，且移植性好。
系统硬件电路方框图见图1。
图1 系统硬件电路方框图由于本系统只需要清楚机器人前方、左方、右方是否有障碍物，并不需要知道障碍物与机器人的具体距离，因此不需要显示电路，只需要设定一距离阀值，使障碍物与机器人的距离达到某一值时，单片机控制机器人电机停转，这可通过软件编程实现。
超声波发射电路超声波发射电路以PIC16F877为核心，当单片机上电时，单片机从RA0口产生40kHz的超声波信号，但是此时该信号无法通过与非门进入放大电路使超声波发射头发射超声波，只有闭合开关S1时，从RA1口发射出一门控信号，该信号的频率为4kHz，同时启动单片机内部的定时器TMR1，开始计数。
超声波电源发生器工作原理
超声波电源发生器工作原理超声波电源发生器是一种用于产生高精度、高功率的正弦电压和正弦电流的电源发生器。
它具有高精度、高可靠性以及稳定可控等特点，因此，在微机控制、家电控制、测量仪器、电源逆变器、无线电及通信等领域有重要的应用。
本文旨在通过分析超声波电源发生器的工作原理，为广大研究用户提供参考。
一、超声波电源发生器的结构超声波电源发生器的结构包括电源控制电路、超声波控制电路、自动保护电路、电路板布线及各种附件等。
1.电源控制电路电源控制电路负责调节输出电压。
它包括正压电源控制电路、负压电源控制电路和脉冲电源控制电路等。
正压电源控制电路可以产生两种电压，一种是正向输出电压，一种是负向输出电压；负压电源控制电路可以产生双向输出电压；脉冲电源控制电路可以产生脉冲信号，控制超声波控制电路开关管。
2.超声波控制电路超声波控制电路是由超声波控制管、放大电路和检测电路组成的一个系统，它通过调节超声波控制管的功率，产生高功率正弦电压和正弦电流，从而实现无损伤的电源输出。
3.自动保护电路自动保护电路用来控制超声波发生器的安全工作。
当电源控制电路的电压和电流超出范围时，自动保护电路会自动断开连接，从而保护超声波发生器不受损坏。
二、超声波电源发生器的工作原理超声波电源发生器是通过晶体振荡器和超声波控制电路实现高精度、高功率的正弦电压和正弦电流的电源发生器。
1.体振荡器晶体振荡器的元件主要包括电容、电阻、多路调节电容、控制电子管、振荡电路和多路正弦波生成电路。
它的功能是将频率稳定的直流电源通过振荡电路转换成用于超声波控制电路的高频正弦信号。
2.声波控制电路超声波控制电路是通过星座控制电路、电压调整电路和电流调整电路等主要组成部分来实现高精度、高功率的正弦电压和正弦电流的输出。
3.座控制电路星座控制电路主要由振荡器、调节电路和反馈电路组成。
它的作用是根据输入的控制电压及频率信号，通过改变振荡器的振荡频率，从而控制超声波控制电路的开关管的开关频率，保证输出电压的精度和功率的稳定。
超声波电源的设计
超声波电源的设计超声波设备通常需要稳定的直流电源来驱动超声波发生器和传感器。
因此，超声波电源的设计需要满足以下要求：1.工作电压和电流：根据超声波设备的工作需求，确定适当的工作电压和电流。
一般来说，超声波设备的工作电压在10V到100V之间，电流在0.1A到1A之间。
2.稳定性：超声波电源需要提供稳定的电压和电流输出，以确保超声波设备的正常工作。
为了实现稳定性，可以采用电压稳压器、电流稳流器等电路设计。
3.过载和短路保护：超声波设备可能会遇到过载和短路情况，因此超声波电源需要具备过载和短路保护功能。
这通常可以通过采用过载保护电路和短路保护电路来实现。
4.效率：为了提高超声波电源的效率，可以采用高效率的功率变换器来降低能耗。
常用的功率变换器包括开关电源和开关模式电源等。
5.纹波和噪声：超声波电源需要降低输出电压和电流的纹波和噪声水平，以确保超声波设备的正常工作。
可以采用滤波器等电路设计来降低纹波和噪声。
6.温度保护：超声波电源需要具备温度保护功能，以防止过热损坏。
可以采取过温保护电路设计来实现温度保护。
1.分析超声波设备的工作需求，确定电源的工作电压、电流和其他特性。
2.设计电源的基本电路，包括整流电路、滤波电路、稳压电路和保护电路等。
3.选择适当的元器件，包括整流器、滤波电容、稳压器、保护元件等。
在选择元器件时，需要考虑其工作电压、电流以及供应商的信誉度。
4.进行电路仿真和优化，以确保电源设计的稳定性、效率和可靠性。
5.进行实验验证，测试电源的性能和可靠性。
6.优化设计并进行样机制作，最终完成超声波电源的设计。
总之，超声波电源的设计需要综合考虑超声波设备的工作需求，通过合理的电路设计和元器件选择，以实现稳定、高效、可靠的电源供应。
超声波焊接机电路原理
超声波焊接机电路原理
超声波焊接是一种常用的焊接技术，其原理是利用高频的超声波震动能量将两个物体连接在一起。
超声波焊接机的电路主要包括超声波发生器、超声波振动系统和控制系统。
超声波发生器是超声波焊接机的核心部件，其主要功能是产生高频的电信号，并将其转换为超声波能量。
超声波发生器通常包括振荡电路和功率放大电路。
振荡电路产生高频的振荡信号，而功率放大电路将振荡信号放大至足够的能量以供超声波振动系统使用。
超声波振动系统是将电能转换为机械振动能量的部件。
它通常由压电陶瓷片和振动装置组成。
振动装置通过与压电陶瓷片的耦合将电能转换为机械振动能量，并将其传递到焊接部位。
超声波振动系统的频率和振幅可以通过控制电路进行调节，以适应不同焊接需求。
控制系统是超声波焊接机的智能化部分，主要用于控制焊接过程的参数和监测焊接质量。
控制系统通常包括微处理器、传感器和执行器。
微处理器负责接收和处理各种信号，并根据预设的焊接参数来控制超声波振动系统的工作。
传感器用于监测焊接过程中的温度、压力和位移等参数，并将其反馈给控制系统。
执行器则根据控制系统的指令来调整焊接过程的参数，以实现最佳的焊接效果。
总之，超声波焊接机的电路原理主要包括超声波发生器、超声
波振动系统和控制系统。
这些部件协同工作，将电能转换为超声波能量，并实现对焊接过程的精确控制，以确保焊接质量。
超声波电源驱动电路的设计
超声波换能器驱动电路的设计
壹
针对过流产生时，设计的软件和硬件电路双重封锁PWM信号。 创新点： 创新点： 1 2 解释： 解释： 硬件电路上双重控制PWM 信号。当没有过流发生时， EXB841的5引脚不输出故 障信号，此时5引脚输出 的是高电平，三极管VA0 不导通，此时，与门1引 脚为高电平，由单片机产 生的PWM使三极管VA1导 3 通，此时，与门2引脚为 高电平，与门输出高
贰
针对EXB841芯片内部提供的-5V负偏压不足重新设计的电路。 创新点： 创新点： 解释： 解释： EXB841使用单一的20V电 源产生+15V和-5V偏压。 在高电压大电流条件下， 开关管通断会产生干扰， 使截止的IGBT误导通，针 对负偏压不足的问题，设 计了外部负栅压成型电路， 用外接8V稳压管VA9代替 了EXB841芯片内部的5V VA9为8V稳压管 稳压管。电源电压升为 24V。
超声波换能器驱动电路的设计
EXB841芯片简介
EXB841芯片包含正常开通过程、正常关断过程和过流保护动作三项功能. 当1 4和15两脚 间外加PWM控制信号时候，15和14脚有10mA ～ 25mA，在GE两端产生约15v ～ 18v的 IGBT开通电压；当触发控制脉冲电压撤消时，在GE两端产生约-5.1 V的IGBT关断电压. 过流保护动作过程是根据IGBT的CE极间电压Uce的大小判定是否过流而进行保护的，
超声波换能器驱动电路的设计
壹
针对过流产生时，设计的软件和硬件电路双重封锁PWM信号。 创新点： 创新点： 1 2 解释： 解释： 电平，三极管VA2导通， 驱动EXB841芯片工作， 当出现过流时，5引脚输 出故障信号，一路信号输 出至触发器S端，此时，S 端为高电平，Q端输出高 电平，使三极管VA0导通， 此时，与门1引脚为低电 3 平； 另一路信号，输至单 片机，经过单片机
超声波发射电路 原理
超声波发射电路原理
超声波发射电路是一种用于发射超声波信号的电路。
它的工作原理主要包括以下几个方面。
1.脉冲发生器：超声波发射电路通常使用脉冲发生器来产生高频脉冲信号。
脉冲发生器会产生一系列短暂的、高频的电压脉冲。
2.驱动电路：脉冲信号需要经过驱动电路进行放大。
驱动电路可以采用放大器或运算放大器等元件，以增大信号的幅度。
3.超声波发射器：驱动电路将信号发送到超声波发射器，该发射器由压电材料构成。
压电材料在受到电压激励时会产生机械振动，这些振动波形即为超声波信号。
4.传输信道：超声波信号在发射器后传输到目标位置。
常见的传输信道包括空气、水、固体等介质。
超声波在传输过程中受到介质的衰减和散射等影响。
超声波发射电路的设计需要考虑发射频率、信号幅度、功耗以及信号的方向性等因素。
为了提高发射效果，还可以采用谐振腔、聚焦器等辅助装置。
此外，为了确保安全，还需要在电路中添加保护电路，防止过载和短路等问题。
【CN209710047U】一种它激式它激式自动追频超声波发生器电路【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201920514695.3(22)申请日 2019.04.16(73)专利权人 赖发明地址 343800 江西省吉安市万安县韶口乡中舍村陂头15号(72)发明人 赖发明 (74)专利代理机构 北京盛凡智荣知识产权代理有限公司 11616代理人 梁永昌(51)Int.Cl.H03B 5/42(2006.01)(54)实用新型名称一种它激式它激式自动追频超声波发生器电路(57)摘要本实用新型公开了一种它激式它激式自动追频超声波发生器电路，本实用新型包括自动追频控制电路和超声波信号主信号回路，所述自动追频电路包括分压电路、CT1高频脉冲互感器、CT2高频脉冲互感器、外围分立元件、并联谐振电路、乘法器芯片、运算放大器芯片、第二运算放大器芯片、电压比较器、多频振荡器、数模转换芯片；本实用新型采用自动追频电路追踪机器设备的工作频率，避免了每次更换超声波模具要重新调整机器的工作频率的麻烦，脉宽调制芯片自动补偿功率与振幅，不仅精度高、功率大、电能转换效率高，使用方便，而且故障率低，维护成本大幅减少，使用寿命更长。
权利要求书1页 说明书3页 附图1页CN 209710047 U 2019.11.29C N 209710047U权 利 要 求 书1/1页CN 209710047 U1.一种它激式它激式自动追频超声波发生器电路，其特征在于：包括自动追频电路和超声波主信号回路，所述自动追频电路包括分压电路、CT1高频脉冲互感器、CT2高频脉冲互感器、外围分立元件、并联谐振电路、乘法器芯片、运算放大器芯片、第二运算放大器芯片、电压比较器、数模转换芯片、多频振荡器、U16TL555振荡频率控制芯片，所述超声波主信号回路包括U16TL555振荡频率控制芯片、第一双D触发器芯片、第二双D触发器芯片、高速开关芯片、脉宽调制芯片、U18CD4013BM芯片、与非门芯片、全桥式前级放大电路、高频耦合信号变压器、全桥式大功率放大器件、高频变压器、换能器输出，所述分压电路的输出端分别连接到乘法器芯片的1脚和2脚，所述CT1高频脉冲互感器的输出端连接到外围分立元件的输入端，所述外围分立元件的输出端分别连接到乘法器芯片的3脚和4脚，所述乘法器芯片的7脚连接到运算放大器芯片的2脚，所述运算放大器芯片的1脚连接到电压比较器，所述电压比较器的7脚连接到多频振荡器，所述数模转换芯片连接到多频振荡器，所述多频振荡器连接到U16TL555振荡频率控制芯片，所述CT2高频脉冲互感器的输出端连接到并联谐振电路的输入端，所述并联谐振电路的输出端分别连接到第二运算放大器芯片的5脚和6脚，所述第二运算放大器芯片的7脚连接到数模转换芯片，所述数模转换芯片的输出端连接到多频振荡器的输入端，所述多频振荡器的输出端与U16TL555芯片通过电路连接。
超声波电源发生器的原理
超声波电源发生器的原理超声波电源发生器是一种新型的电源发生器，它能够产生具有超声回波的电波。
这是一种全新的电源发生器技术，它的出现可以为许多新的电子设备提供稳定的电源。
超声波电源发生器的原理是通过电子组件来发送和接收超声波信号，并将其转换为电能。
它具有可靠性高、反应快、性能稳定等优点。
它主要由电子元件、调节器、超声源、功率放大器、滤波器和发射器等组成。
电子元件是超声波电源发生器的核心部件，它可以根据设计要求来完成电路的设计。
接下来，调节器用于调整电路的参数，使电路能够有效地控制超声波的发射和检测。
超声源是一种集中的电源系统，它可以提供源信号的高频信号，并将其转换为超声波。
功率放大器是一种用于放大高频信号的元件，而滤波器则用于降低源信号中的噪声和干扰。
最后，发射器用于将超声波信号发送到接收器中。
超声波电源发生器的工作原理是，当超声源产生的高频信号经过功率放大器放大后，再通过发射器发射出去。
当这个高频信号抵达另一端的接收器，它就会受到超声回波的反射。
接收器收到反射信号后，会通过滤波器过滤掉噪声信号，并将其转换为电能。
最后，电能被输送到下一个处理单元，从而产生稳定的电源。
从上文可以看出，超声波电源发生器可以用来为许多新型的电子设备提供稳定的电源。
它有着可靠性高、反应快、性能稳定等特点。
例如，它可以用于家用电器的电力调节、工厂的自动化生产以及医疗设备的精确控制等应用中。
它不但节省了能源，而且还确保了设备的稳定性，给用户带来了方便。
因此，超声波电源发生器的原理对于电子设备的发展有着重要的意义，它为这些电子设备提供了一种新而可靠的电源供应方式。
只要我们有更多实用的电子设备，就可以更好地满足现代社会对于科技发展的需求。
超声波电源发生器的原理及其引起的科技发展，为实现社会现代化提供了重要的经济效益和社会效益。
它有利于改善人民的生活，节能环保，并为可持续发展和社会发展作出贡献。
未来，随着科技的进一步发展，超声波电源发生器也将有更多的应用。
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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。
在全桥式逆变电路中,采用IGBT作为大功率开关器件。
IGBT管构成的逆变器的电路原理图如图2所示。
图2桥式变换电路图交流电经桥式整流器而获得直流电压,并经C0滤波,变成平滑的直流电压V+。
该电压加在IGBT功率管Tr1、Tr2、Tr3、Tr4组成的逆变桥上。
当Tr1、Tr2、Tr3、Tr4都截止时,中频变压器T 原边线圈绕组T1p两端的电压U1=0。
给Tr1、Tr3触发脉冲,这两个功率管导通, Tr2、Tr4截止时, 此时中频变压器T原边线圈绕组T1p两端的电压U1=V+,流经变压器原边线圈绕组T1p的电流方向由下至上。
当Tr1、Tr3截止, Tr2、Tr4导通时, 此时中频变压器T原边线圈绕组T1p两端的电压U1=-V+,变压器原边线圈绕组T1p电流的方向为由上至下。
由此可见,通过Tr1、Tr3和Tr2、Tr4的交替导通和关断,也就是交替驱动Tr1、Tr3和Tr2、Tr4, 中频变压器T的二次侧即得到矩形波交流输出,实现了直流变交流的过程。
T r1, Tr2、Tr3, Tr4的通断受控于电子控制电路,其每秒钟驱动IGBT的次数决定了电源的工作频率。
中频变压器在逆变器部分, 中频变压器的作用是实现电压变换,功率传递以及输入、输出之间的隔离。
由于中频变压器的工作频率较高,随着频率的增大,铁芯的铁损将成倍增加。
为了减少其铁损需选用厚度极薄的硅钢片,这显然是很不经济的,因而选用高导磁合金材料的铁氧体磁芯。
铁氧体磁芯的规格可根据输出功率及其效率来确定,则磁芯有效截面积Ae、总磁感应强度增量△B也就确定。
根据公式1,可计算出中频变压器的原边绕组匝数。
(1) 其中,Np为变压器原边绕组匝数,U1为变压器绕组电压,△B为总磁感应强度增量,Ton为最大导通时间。
控制电路控制电路主要由电子控制电路和驱动电路构成,而电子控制电路又包括时序控制电路和脉宽调制电路。
其中,脉宽调制电路是整个超声电源控制系统的核心,它与控制系统中的其它电路都有直接联系,其主要作用是将电压给定信号和电压
反馈信号进行比较放大,根据给定值与反馈值的差值,输出相应宽度的脉冲信号,以调整电源输出电压的大小。
通常采用定频率调脉宽的PWM方式来达到换能器所需的各种特性控制。
脉宽调制电路还有欠压、过压、过流等保护功能,封锁输出脉冲,使电源停止输出。
另外,脉宽调制电路还具有软启动、死区设定等功能。
脉宽调制电路本设计采用SG3525A作为电源的PWM芯片。
该芯片使用简单,只需要外接少量电阻电容,即可构成所需的脉宽调制电路。
如图3所示,芯片内部主要由误差放大器N1、比较器N2、振荡器、分相器和触发器等组成。
图3 脉宽调制电路图给定电压Ug和反馈电压Uf分别接至误差放大器N1的同相端和反相端,N1 端的输出电压UN1接至比较器N2的反相输入端,同时,振荡器产生的三角波信号UN2,接至N2的同相输入端。
误差放大器的输出与锯齿波电压在比较器中进行比较,从而在比较器的输出端输出一个随误差放大器输出电压的高低而改变脉宽的方波脉冲。
再将此方波脉冲送或非门的一个输入端,或非门另三个输入端分别为触发器、振荡锯齿波、欠压。