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1、智能大功率超声波清洗电源的研制曾东红1,2，李正中2，周光平2，钱盛友1（1.湖南师范大学物理与信息科学学院，湖南长沙410081；2.深圳职业技术学院电子工程系，广东深圳518055）摘要：介绍了一种基于PWM技术的智能超声波清洗电源的设计，详细介绍了PWM信号产生电路、单片机控制电路、功率放大电路、保护电路以及超声波电源与换能器的匹配设计，并给出了系统软件设计方案。设计的超声波电源控制精度高，参数调整方便且具有灵活多样的控制功能。关键词：超声波清洗；频率跟踪；PWM信号；功率放大；阻抗匹配中图分类号：TB517文献标识码：AIntelligen
2、tHigh-powerultrasoniccleaningPowerSupplyZENGDongHong1,2,LIZhengZhong2,ZHOUGuangPing2,QIANShengYou1（1.CollegeofPhysicsandInformationScience,HunanNormalUniversity,Changsha410081,China;2.DepartmentofElectronicEngineering,ShenzhenPolytechnic,Shenzhen518055,China）Abstract:Anintelli
3、gentultrasoniccleaningpowersupplybasedonPWMtechnologyisintroduced.ThePWMsignalgeneratingcircuit,microcontrollercircuit,poweramplifier,protectioncircuitandthematchingcircuitaredescribedindetail.Finally,thedesigningschemeofthesystemicsoftwareispresented.Theultrasonicpowerprovide
4、sflexibleanddiversifiedfunctionsandiswithhighcontrolaccuracy,convenienttoadjustitsparameters.Keywords:ultrasoniccleaning;frequencytracking;PWMsignal;poweramplifier;impedancematching1引言基金项目：国家自然科学基金项目（10874123）作者简介：曾东红（1987-），男，江西人，硕士研究生，研究方向为功率超声通讯作者：曾东红，E-mail:zdh316273350@16
5、3.com鉴于超声波清洗效果好、效率高、成本低等优点，超声波清洗机被广泛应用于电子、机械、钟表、光学、医疗、化纤、电镀等行业[1]。在超声波清洗设备中，超声波电源是其重要组成部分之一。现有的超声波电源大多数采用专用集成控制芯片（如SG3525、TL494）或单片机产生PWM脉冲信号,经功率放大、阻抗和调谐匹配后,推动换能器将电信号转换为机械振动,产生超声波。这两种电源都存在着各自的局限性，前一种控制方法动态响应慢，参数调整不方便且温度漂移严重[2]，而采用单片机直接产生PWM信号，虽然能够得到高精度和高稳定度的控制特性，实现灵活多样的控制功能，但是
6、由于受其工作频率的限制，输出的PWM信号频率分辨率较低，难以满足频率的微调。针对以上超声波电源存在的诸多问题，本文基于PWM技术，应用单片机结合模拟集成电路组成智能控制系统,研制了一种性能稳定、控制调整简便且成本低的数字化超声波电源。2超声波电源的组成及原理框图超声波电源主要由主电路和控制电路两部分组成，其结构示意图如图1所示。主电路采用交直交结构，单相交流电经过整流和滤波，形成直流电，经全桥逆变器实现直流电压转变为频率与换能器谐振频率一致的交变电压，逆变输出交变电流，再通过匹配网络，送至负载换能器。控制电路主要为逆变主电路提供开关脉冲信号，驱动逆
7、变主电路工作，并借助反馈回路和给定电路来实现对逆变器的闭环控制。图1超声波电源结构示意图3超声波电源电路设计3.1PWM信号发生器PWM信号发生器原理图如图2所示，它采用单片机与模拟电路相结合的方式来产生PWM信号。首先通过Rt设定压控振荡器的输出频率，并将该输出送入单片机作为定时/计数器1（T/C1）的时钟源。将单片机的T/C1置于相位和频率可调PWM工作模式，此时，计数器的上限值决定PWM的频率，而比较匹配寄存器的值决定了占空比的大小。PWM频率的计算公式为：PWM频率=压控振荡器输出频率/（1+计数器上限值）（1）图中单片机选用AVR系列的A
8、Tmega128单片机。在T/C1的控制下，单片机由PB5和PB6可以输出两路互补的PWM波形，用来驱动全桥逆变电路。图2
