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1、电子测量技术第32卷第1期研究与设计ELECTRONICMEASUREMENTTECHNOLOGY2009年1月一种频率可调超声波驱动电路的设计许刚刘雨棣孙振华(西安航空技术高等专科学校西安710077)摘要:本文通过FPGA产生频率可调信号,设计了一种新型互补对称的驱动电路,并用其制作驱动超声波电机。通过建立超声波电机的电路模型,以及实际电路的制作,验证了本电路确实能产生频率可调的信号,从而使超声波电机始终工作在最佳状态。最后进行了实验验证,效果良好。关键词:超声波电机;驱动电路;频率可调;FPGA中图分类号:TM3591文献标识码:
2、AUltrasonicfrequencyadjustabledriver'scircuitdesignXuGangLiuYuliSunZhenhua(XianAerotechnicalcollege,Xian710077)Abstract:ThroughaFPGAadjustablefrequencysignals,andsetupandcreateanewcomplementarysymmetryofthedrivecircuit.Ultrasonicmotordrive.Throughtheestablishmentofultr
3、asonicmotorcircuitmodelandtheactualcircuitproduction,thecertificationofthiscircuitdoesindeedhaveadjustablefrequencysignal.USMisalwaystoworkinthebestworkingconditions.Finally,theexperimentalverification,theresultswereverygood.Keywords:ultrasonicmotor;drivingcircuit;adjust
4、ablefrequency;FPGA0引言超声波电机是近年发展起来的一种新型电机。超声波电机必须工作在某个最佳频率上。如果在谐振频率点上驱动,尽管可以获得大的振动,但输入电流过大,电机的转换效率变低,工作不稳定。因此超声波电机一般工作在定子导纳-频率特性的谐振和反谐振点之间。超声波电机中压电陶瓷的介电系数、等效电容及漏电阻都会随温度的升高发生变化,这将导致谐振频率和反谐振频率约有图1USM在不同温度下的谐振曲线[1]114kHz的变化。如果驱动频率不变,电机转速将明显下降。为了稳定地驱动超声波电机,有必要根据温度的变1运行中电机频率测试
5、仪的设计框图化自动调节驱动频率,以跟踪超声波电机谐振频率的变1.1电机驱动电路的设计化。基于此,本文提出了电机运行一段时间后其电机的阻在图2的超声波电机驱动电路中,信号源采用的容特性发生变化,通过提取反馈信号然后调整输入信号的FPGA实现4路信号输出,S1、S2、S3、S4的输入为相位分别[2-3]频率。国内有人作过这方面的研究,但从其提供的驱动电路框图可知(见图2),似乎不能实现自动跟踪的功能。图中Vin为设定电压,Vf为USM反馈的交流电压经整流后所得的直流反馈电压,用它们的和来控制压控振荡器(VCO)的输出频率。经分析发现,这个电
6、路只能把输出频率稳定在某一点(如P1)。本文通过FPGA产生频率可调信号,设计了一种新型互补对称的驱动电路。并用其制作驱动超声波电机。产生的频率信号保证超声波电机始终图2电机频率跟踪测试仪总体设计框图工作在最佳状态。·8·许刚等:一种频率可调超声波驱动电路的设计第1期相差90°的40kHz方波信号。而开关管S1、S2、S3、S4采用频率跟踪的原理:当电机启动后VF=V1;运行一段时的是MTP3N100。由于控制S1、S3信号相位差了180°,显间后电机的VF7、不能同时导通。分析压VF=V1再次相等。即如图1所示,改变工作频率使得可得,开关管S1、S4与S2、S3同时导通。Vd电源采用的是工作点由P1回到P2。整个算法地实现C语言实现。变压器接调压器给电机提供300V左右的电压。1.5数据及波形显示的设计实现因为要实现波形的显示,所以采用液晶显示器。显示的实现框图如图6所示。图6显示电路实现框图图3超声波电机的驱动电路2实验测试1.2反馈电路设计实现文献[1]电机在工作时可等效成图7所示。电机在工在此反馈电路中,取一个5Ψ的大功率电阻,在通过作一段时间后由于温度的影响其等效电路地参数会发生变压
8、器使得回路与反馈回路的影响变小。同时保证变压一定地变化。即LM,R0,CM发生微小变化。其电机的谐振器的输出在0～5V间。点也随之发生变化,根据图7可知,电机最佳地工作也随之发生变化。图7USM电机等效电路
