一种小功率低成本超声波电源的设计
PID智能超声波电源设计
PID智能超声波电源设计1 引言开关电源以体积小，重量轻，功耗低，效率高，纹波小，噪声低，智能化程度高，易扩容等，逐渐替代工频电源，广泛应用于各种电子设备。
高可靠性、智能化及数字化是开关电源的发展方向。
音响功放要求电源随着负载变化自动调整输出电压，进而调节功率，以提高电源动态性能，降低音响功放内部损耗，但目前的开关电源无法实现。
选用TMS320F2812型DSP作为功放开关电源的主控制器，设计一种低功耗。
适用于大型功放系统的新型的智能功放开关电源。
2 智能功放开关电源设计图1为智能音响功放开关电源的总体原理框图，主电路采用交一直一交一直的结构。
输入工频220 V交流电路经滤波电路后，再经单相桥式整流电路输出直流电压；变换电路采用全桥移相逆变电路将前端直流电变换为高频的交流电．然后经二次整流滤波输出稳定的直流电压；检测电路对输出电压信号采样后，送入控制电路，通过改变控制电路输出脉宽占空比来调节输出电压；保护电路实现过压和过流保护；功率检测电路对变换电路电流采样，当输出功率超过500 W时，产生过功率检测信号，驱动控制电路，降低输出电压：辅助电源电路为控制电路和各种运放供电。
2．1 功放开关电源模块图2是功放开关电源的主电路，其中Vin是220 V交流输入经前端滤波和全波整流得到，电压为300 V。
为全桥逆变电路的输入电压。
VQ1、VQ2、VQ3、VQ4为IRFP460型大功率MOSFET，用作变换器开关管。
由于IRFP460型MOSFET是多数载流子器件，开关速度极快，开通和关断时间的典型值一般20 ns，具有较高的击穿电压和较大的工作电流。
此外，MOSFET的输入阻抗高，驱动电路较简单，只要在栅源之间加10 V左右的电压，就可使其饱和导通。
L4、C5、C6构成辅助谐振网络，考虑到变压器原边漏感，谐振电感LT的取值一般比实际值小，这里选用电感值为34 μH的非线性饱和电感1μF的，考虑到高频脉冲变压器T1磁饱和问题，原边绕组串接防偏磁电容，VD15和VD16，VD17和VD18分别为全波整流二极管，L1、C13、EC1、EC2和L2、C14、EC3、EC4分别为+35 V和-35 V输出回路的滤波电路。
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。
一种用于智能电器的低成本小功率开关电源的研制
一 种 用 于 智 能 电器 的 低成 本 小功 率开 关 电源 的研 制
余 飞
（中国 邮政集 团公 司上 海研 究院 ，上海 ２０００６２）
摘要 本 文设 计 了一种用 于智 能电器 的小 功率 开关 电源 ， 阐述 了该 开 关 电源 的方案选 择 和工 作 原理 ， 以及 电路设 计 、变压器 设 计和 对 ＥＭＣ的设计 思路 。经试验 ，该 电源 达到 了设计 要求 ，成 本低 、体 积 小 、 电磁 兼容性 较好 ，具 有 较高 的应用 价值 。
本文 采用 的多 路输 出 的 ＢＵＣＫ结构就 是采 用耦 合 电感 （ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ）的方式 获得 双路输 出， 作 为 ＢＵＣＫ 结构 的一 个变 种 ，其原 理如 图 １所 示 。 当 ＭＯＳ开 关 Ｓ 闭合 时 ， 给 电感 、电容 Ｃ 充 电 ； 当 Ｓ闭合 时 ，电感 三放 电，向 充 电，为副边 提供 能量 。这样 就较 好 的解决 了 ＢＵＣＫ结 构 多路输 出 的 问题 。此 外 ，Ｖｏ ２和 １及 市 电隔 离 ，有 利于 提高
关键 词 ：智 能 电器 ；开 关 电源；ＢＵＣＫ； 高频 变压器
Ｄ ｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ ｌｏｗ ｃｏｓｔ ｌｏｗ ｐｏｗ ｅｒ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｐｏｗ ｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｆｏｒ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｐｐａｒａｔｕｓ
凡 ｆ
（Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｉｎａ Ｐｏｓｔ Ｇｒｏｕｐ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００６２）
在低成 本 Ａｃ／ＤＣ多路 输 出结构 中，一 种较常 见 的 结 构 是在 高 电压 输 出 端采 用 低 压 差 线性 稳 压 器
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。
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
超声波电源的设计
集美大学毕业设计论文毕业设计题目超声波电源的设计专业机械设计制造及其自动化班级机制0614 姓名曦曦学号********** 指导教师玉生职称副教授机械工程学院2010年6月2日超声波电源的设计[摘要]几十年来，超声加工技术的发展迅速，在型孔和型腔的加工、切割加工、超声波清洗、超声复合加工、超声波焊接领域均有较广泛的研究和应用，解决了许多关键性的工艺问题，取得了良好的效果。
本文首先介绍了国外在超声波电源方面的发展状况，然后详细分析了超声波设备的组成、关键技术以及设计难点，并以一种200w超声加工电路为方案设计、制作了超声波发生器，应用于超声加工。
通过对模拟与数字超声电源基本电路的介绍，了解超声波电源的频率跟踪、功率控制、稳速、过电压、过电流以及阻抗匹配等关键技术。
接着对所设计电路的各部位电路进行分析和设计。
在此基础上，详细介绍了整流电路、滤波电路、半桥逆变电路、超声波发生器与换能器的匹配设计以及用Protel 软件设计PCB图，然后进行电路板的制作和试验。
最后对所设计的电路的特点进行归纳与总结。
[关键词]:：超声波发生器；超声波换能器；频率跟踪；阻抗匹配；半桥逆变电路The Design Of Ultrasonic PowerAbstract The development of ultrasonic machining technology is rapid for decades. Type holes and cavity machining, cutting, ultrasonic cleaning, ultrasonic processing, and ultrasonic welding have a wider field of research and application, solves many key technology issues , achieved good resultsThis paper introduces the domestic and international aspects in the development of ultrasonic power first. Then a detailed analysis of the composition of ultrasonic equipment Key technologies and design difficulties And design a 200w ultrasonic generator which is used in ultrasonic machining .Through the power of analog and digital ultrasound description of the basic circuit, Learn about the frequency of ultrasonic power tracks, power control, steady speed, overvoltage, overcurrent and impedance matching key technologies. Then designed circuits to all parts of the circuit analysis and design. On this basis , Details of the rectifier circuit, filter circuit, push-pull inverter circuit, impedance , Ultrasonic generator and the matching design of transducer and PCB design using Protel software , and then proceed to circuit board production and testing.Finally, the design characteristics of the circuit of induction have summed up and summarized.Key words: ultrasonic generator; ultrasonic transducer; frequency tracking; Impedance matching; half-bridge inverter circuit目录摘要............................................................................................................. I Abstract ....................................................................................................... II 引言 (1)1 超声加工技术 (4)1.1 超声波加工的原理 (4)1.2 超声波加工的特点 (4)1.3 超声波加工的应用 (5)2 模拟与数字超声电源的基本电路 (7)2.1 模拟电路超声波发生器 (7)2.1.1 超声波振荡器 (7)2.1.2 超声波放大器 (7)2.2 数字超声波发生器 (7)2.3 频率跟踪 (9)2.4 功率控制 (11)2.4.1 输出功率控制系统 (11)2.4.2 功率控制系统中UC3875 的应用 (12)2.5 保护电路 (13)2.5.1 稳速电路 (14)2.5.2 过电压、过电流保护电路 (14)2.5.3 缓冲电路 (15)3 50W超声波发生器的电路设计 (17)3.1 总体方案设计 (17)3.2 整流、滤波电路的设计 (17)3.3 半桥逆变电路设计 (20)3.4 磁环变压器 (21)3.5 超声波发生器与换能器的匹配设计 (21)3.5.1 阻抗匹配 (22)3.5.2 调谐匹配 (24)3.5.3 关于匹配电感的设计 (25)3.6 系统电路原理图 (26)3.6.1 电路的工作原理 (27)3.6.2 各个元器件的作用 (28)3.6.3 元器件的选取 (28)4.1 印刷电路板设计 (30)4.1.1 设计步骤 (30)4.1.2 设计电路版时应该注意的问题 (30)4.2 印制电路板的制作 (31)4.2.1 印制电路板的工具 (31)4.2.2 印制电路板的步骤 (31)4.3 电路板的焊接 (35)4.3 电路板的调试 (37)结论 (38)致谢 (39)参考文献 (40)引言超声波发生器，通常称为超声波电源。
用于超声加工的小功率电源设计
相应 的焊盘连接 。
容易通过串口Ｒ Ｓ ２ ３ ２协议进行通信。下位机以 Ｓ Ｔ Ｃ １ ２ Ｃ ５ Ａ ６ ０ Ｓ ２ 单 片机为核心， 并包含功率调节 电路 ， 时间控制 电路 、 超声波发生电 路、 串口通信 电路及锁相 电路等 。 系统总体结构， 如图 Ｉ 所示 。 超
声波发生及功率 时间调整 电路（ 图略） 。 由于超声波电源为高频 电
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ａ ｄ ｊ ｕ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ａ ｎ ｄ ｔ ｉ ｍ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｂｌ ａ ｅ ｓ ｔ ｂｌ ａ ｅ ｕ ｌ ｔ ｒ ａ ｓ ｏ ｎ ｉ ｃ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｓ ｕ ｐ ｐ ｌ ｙ ｉ ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｓ ｉ ｕ ｓ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ Ｒ Ｓ ２ ３ ２
源， 因此要求单片机要有很强的抗干扰能力 ， 同时为了功能扩展
的需要 ，选择 内部 资源 丰富的单 片机 ，综 合 以上 考虑选 取 了 Ｓ Ｔ Ｃ １ ２ Ｃ ５ Ａ ６ ０ Ｓ ２ 单 片机作为下位机控制模块 的核心 ，他是 一款 Ｃ ８ ０ ５ １系列中功能较全且抗干扰能力较强的一款单片机 ， 此单片 机具备 ６ ０ Ｋ Ｂ ｙ ｅ ｔ ｅ ｓ 的可编程 Ｆ ｌ ａ ｓ ｈ ， １ ２ ８ ０ 字节 的数据存储器 ， 支持 大容量 的程序代码 ； ２ 个１ ６ 位定时器计 数器 ，具有最多可达 ４ ４ 个 的数 字 Ｉ ／ ０引脚 ， 处理器还包括看 门狗 、 Ｄ Ａ Ｃ、 可编程 时钟等 ， 并具备多种 总线接 口， 包括 Ｕ Ａ Ｒ Ｔ 、 Ｓ Ｐ Ｉ 等， 足以满座工业控制的
基于低压电源的超声波发射电路设计
基于低压电源的超声波发射电路设计超声波技术在医疗、工业、军事等领域有着广泛的应用，其中超声波发射电路是超声波技术中的重要组成部分。
本文将介绍基于低压电源的超声波发射电路设计。
一、超声波发射电路的基本原理超声波发射电路是将电信号转换为超声波信号的装置。
其基本原理是利用压电效应，将电信号转换为机械振动，再通过振动器将机械振动转换为超声波信号。
超声波发射电路主要由信号源、放大器、振动器等组成。
二、基于低压电源的超声波发射电路设计1. 信号源信号源是超声波发射电路的核心部分，其作用是产生高频电信号。
信号源一般采用晶体振荡器，其频率范围为1MHz~100MHz。
为了保证信号源的稳定性和精度，可以采用温度补偿电路和电容调谐电路。
2. 放大器放大器是将信号源产生的电信号放大到足够的电压和电流，以驱动振动器产生超声波信号。
放大器一般采用功率放大器，其输出功率范围为几瓦到几十瓦。
为了保证放大器的稳定性和可靠性，可以采用反馈电路和过载保护电路。
3. 振动器振动器是将放大器输出的电信号转换为机械振动，再通过振动器将机械振动转换为超声波信号。
振动器一般采用压电陶瓷材料，其频率范围为1MHz~100MHz。
为了保证振动器的效率和稳定性，可以采用匹配电路和阻抗转换电路。
4. 低压电源低压电源是超声波发射电路的能量来源，其作用是为信号源、放大器、振动器等提供稳定的低压直流电源。
低压电源一般采用开关电源或线性电源，其输出电压范围为几伏到几十伏。
为了保证低压电源的稳定性和纹波度，可以采用滤波电路和稳压电路。
三、总结基于低压电源的超声波发射电路设计需要考虑信号源、放大器、振动器和低压电源等多个方面，其中每个部分都需要精心设计和优化。
通过合理的电路设计和优化，可以实现高效、稳定、可靠的超声波发射电路，为超声波技术的应用提供有力的支持。
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万方数据
万方数据
万方数据
一种小功率低成本超声波电源的设计
作者：肖舫， 丁慎平， 张娜， 燕姗姗
作者单位：苏州工业园区职业技术学院机电工程系,江苏苏州,215123
刊名：
机电信息
英文刊名：Mechanical and Electrical Information
年，卷(期)：2014(21)
1.孟令东装甲装备器材自动化保养设备集成设计与工艺性能试验研究 2006
2.黄凯基于神经网络的动态匹配超声波铸造电源的研究 2011
3.齐延兴;杨雪银基于SPACE061A单片机的超声波清洗机设计 2009(04)
引用本文格式：肖舫.丁慎平.张娜.燕姗姗一种小功率低成本超声波电源的设计[期刊论文]-机电信息 2014(21)。