基于频率跟踪的超声驱动电源研制

针对压电换能器谐振频率漂移的问题,基于双路电流反馈与二分法扫频研制了一款基于频率跟踪的超声驱动电源。根据压电换能器的电路模型,分析了双路电流有效值及其相位差与超声驱动电源串联谐振频率间的关系;利用双路电流信号进行频率反馈控制,在匹配失调、负载变化的情况下仍可精确跟踪换能器的串联谐振频率;利用微处理器实时控制开关电容滤波器的中心频率,实现恒带宽的跟踪滤波器;利用二分法扫频完成对压电换能器串联谐振频率的快速跟踪,完成了原理样机的研制,并进行了相应实验。实验结果表明,所设计的超声驱动电源适应能力强、频率跟踪精度高、跟踪速度快,可在100 ms内完成频率的跟踪和锁定,频率跟踪精度可达20 Hz。     

基于模糊控制的超声理疗仪频率自动跟踪技术

针对超声理疗仪中压电超声换能器谐振频率漂移问题,提出了一种频率自动跟踪技术。该技术以模糊控制器为核心,通过比较计算超声换能器两端电压、电流信号的相位差,实时调整超声理疗仪DDS信号发生器的输出频率,保证超声换能器始终工作在谐振点上。测试表明,基于模糊控制的频率自动跟踪技术跟踪准确,超声理疗仪的工作效率得到了提高,输出超声强度可达3 W。     

基于模糊PID控制的超声电源频率跟踪设计

超声波电源系统是一种工作在谐振频率将电能转化为超声能的装置,其核心就是频率跟踪控制和功率调节控制.但换能器的温度、刚度变化都会引起谐振频率漂移现象,它不仅会降低系统工作效率,还会损坏电路元器件.为了解决此问题,提出了一种基于FPGA的谐振自动跟踪策略,将快速傅里叶变换(FFT)算法与模糊比例积分微分(PID)控制算法相结合,能够快速捕捉到系统的最佳工作频率.首先,将采样得到的电压、电流时域信号经过FFT算法处理后转换为频域信号,得到其相位信息.然后将相位差和输出功率作为模糊PID控制器的输入来实现谐振自动跟踪.此外,还设计了一种连续可调阻抗匹配网络,根据采样反馈信号设定阻抗网络匹配的参数.最后,搭建实验平台验证了所提控制策略的有效性和准确性.     

基于FPGA-DDS步进追频技术的超声电源设计

针对压电换能器谐振频率受焊接工具头发热的影响而产生漂移的问题,设计了一种以现场可编程门阵列(FPGA)为控制核心,并结合了直接数字式频率合成器(DDS)的步进追频超声电源。利用FPGA的并行运算方式实时处理电压及电流相位数据并对驱动频率做出实时反馈调节;利用DDS输出的高分辨频率对驱动频率实现精确的步进调节;FPGA的高速性及DDS的精确性避免了谐振相位失锁及频率超调的现象发生。实验结果表明,所设计的超声驱动电源能够在500μs内完成一次数据处理,频率跟踪精度可达2 Hz。该电源实现了在换能器阻抗及谐振频率不断随焊接工具头温度变化的情况下,仍能保证换能器以谐振频率工作。     

超声键合变频式超声波发生器设计

用于超声键合工艺的超声波发生器是引线键合封装设备中的主要装置,其作用是驱动换能器并使其处于谐振工作状态,多工作频率点是未来换能器发展的一个重要方向。因为传统超声波发生器不具备多频段频率跟踪功能,所以构建了一种变频式超声波发生器,它可动态适应不同特性的换能器,具有通用、应用面广等特性。变频式超声波发生器基于嵌入式系统,采用快捷准确的直接数字频率合成(DDS)及锁相环(PLL)反馈方案,实现了自动查找换能器各谐振频率以及频率自动跟踪的功能。实践证明,变频式超声波发生器可驱动各种不同谐振频率的引线键合超声波换能器,并达到换能系统工作时的快速锁相和准确锁频要求。     

超声波电源频率闭环跟踪控制方法

频率跟踪是超声波电源非常重要的技术指标,跟踪速度直接影响焊接质量与效率。传统的根据电压电流相位锁相跟踪、检测电流的变步长跟踪等存在换能器失谐、参数难调、跟踪速度慢等不足。为解决超声波电源动态响应慢,频率偏移导致的跟踪不准确,根据超声波换能器负载的阻抗特性,通过分析超声波电源的匹配电路系统的特性与换能器负载谐振点特性,得出电路中两组可测量的信号对输入的传递函数。并进一步分析其幅频特性得出两者之间的关系,提出一种基于PI快速调节的给定与反馈跟踪系统。经过仿真验证与实验得出,此方法能够快速锁定谐振频率并跟踪负载动态变化,速度达到毫秒级。     

高频超声仪电源集散控制系统

超声治疗仪是一种依靠高能超声波杀死肿瘤细胞的先进医疗器械,其治疗头由安装于一球面内侧的30个可发射超声波的压电换能器组成.超声治疗仪根据治疗方案,各路输出功率、频率和相位可设为不同值,故需30路独立调节电源.     

PFC控制器ICE1PCS01在超声波电源中的应用

提出一种具有功率因数校正（PFC）的无相差频率跟踪控制清洗设备用超声波电源.采用新型的连续导通模式（CCM）PFC控制器ICE1PCS01,实现了对网侧的PFC控制,具有电路结构简洁、控制调整方便等优点.应用CD4046锁相环控制实现对换能器谐振频率的无相差频率跟踪控制,获得了接近于1的负载输出功率因数,解决了因换能器参数漂移等导致的输出功率不稳定等问题.论文给出了详细的设计电路和试验结果.     

一种超声波塑料焊接电源的设计

为解决超声波电源研制中存在的关键技术问题,分别设计了电源的主电路、谐振频率自动跟踪系统和输出功率控制系统.详细介绍了匹配网络的设计过程.提出采用相位控制频率的方法来控制谐振频率自动跟踪,阐述了相应的电路结构及其工作原理.采用全桥移相控制策略米控制输出功率.在电路设计的基础上,研制出一台功率为2 kW,开关频率为(20±0.5)kHz的样机.实验结果表明,该电源可实现谐振频率自动跟踪和输出功率的控制,同时验证了电路设计的可行性和正确性.     

钢轨检测压电超声换能器宽频阻抗匹配研究

针对钢轨损伤检测系统中压电超声换能器与激励源存在阻抗失配，以及压电超声换能器带载后谐振频率偏移等问题，本文对压电超声换能器宽频阻抗匹配进行研究。首先，对压电超声换能器BVD模型参数进行优化。其次，基于上述模型，设计4种匹配网络，对其性能进行比较分析，从而确定最佳网络拓扑结构和参数。最后，基于一发一收实验平台，测试对比匹配前后压电超声换能器的接收信号。测试结果表明，本文设计的阻抗匹配网络可以实现对压电超声换能器的高效匹配，匹配后发射换能器有功功率平均提升了197.38%,工作带宽从1.44 kHz提升至2.22 kHz。同未匹配和传统L型匹配网络相比，本文设计的宽频阻抗匹配网络使得发射强度分别提升了61.07%和18.05%,压电超声换能器在工作带宽内均可达到良好的发射状态。     

超声波电源智能频率跟踪系统应用研究

传统超声加工电源不具备多频率段自动跟踪的特点,其在工作过程中存在频率跟踪精度过低的现象,而且传统超声波电源的结构决定其输出频率特性单一,无法驱动不同频率特性的超声波换能器。对此采用搜索电流最大值技术与基于数字信号处理器(DSP)TMS320F2812的软件锁相技术结合的复合频率跟踪策略,以直接数字式频率合成(DDS)芯片作为输出频率源,实现自动查找换能器谐振频率及频率自动跟踪的功能,依据超声波换能器的反馈信息同步调节功率和阻抗匹配网络,动态响应不同特性的超声波换能器,维持恒振幅输出。给出具体实现方法,通过实验验证该方法的可行性和有效性。     

自动调频式串联谐振耐压测试系统的研究

介绍了一种自动调频式串联谐振耐压测试系统。根据串联谐振电路的基本原理并结合电容电压幅频特性,电容电压幅值在电路发生谐振时达到最大。该测试系统可在30~300 Hz范围内连续调频,自动搜寻谐振频率。通过实时采样电容电压幅值判断串联谐振状态,在达到谐振后保持谐振频率恒定并自动调节输出电压幅值。整个过程利用单极性正弦脉宽调制(SPWM)对逆变电源进行控制,使其输出自动跟踪谐振频率并最终控制电容电压达到设定值,满足耐压试验要求。     

环形行波式超声马达变频特性的分析

超声马达通常都工作在谐振频率附近,因此,工作频率的变化对超声马达的输出特性有着非常重要的影响。利用匹配电感和压电陶瓷组成的谐振电路,分析了变频对超声马达驱动电路输出特性的影响;利用超声马达的二维解析模型,仿真了激励频率对超声马达输出特性的影响。仿真和实验结果表明：频率与超声马达输出特性的关系为二次函数。激励频率在超声马达谐振频率附近变化时,驱动电路输出电压的幅值可近似认为不变。     

一种采用测量线圈技术的感应电能传输系统调频调谐方法研究

为解决谐振参数容差导致感应电能传输系统失谐现象,该文采用在原边线圈并绕测量线圈的技术,以原边回路电流与测量线圈电路电压进行矢量运算得到的两者相位差为反馈量,间接获得副边回路的谐振状态,通过控制逆变器的输出电压频率,使副边回路恢复谐振状态,增大副边回路中负载的电压增益和系统输出功率,达到提高系统的电能传输效率的目的。实验结果表明,所采用的方法能够有效使副边回路恢复谐振状态,增大副边回路中的负载电压和系统输出功率,提高系统的电能传输效率。相对于系统调频调谐前,在谐振参数容差导致副边回路呈感性的情况下,调频调谐后系统输出功率最大提升144.15W,传输效率最大提升1.21%;在谐振参数容差导致副边回路呈容性的情况下,调频调谐后系统输出功率最大提升245.49W,传输效率最大提升1.72%。     

超磁致伸缩换能器谐振频率自动跟踪方法

为了能有效地减小换能器的体积,实现同位控制及对换能器工作频率的自动调节,提高换能器的工作效率,提出了超磁致伸缩换能器的谐振频率自动跟踪方法。根据超磁致伸缩材料压磁方程,建立了超磁致伸缩换能器速度、阻抗及所受外力的自感知模型;分析了利用感知阻抗自动搜索谐振频率的工作原理,在无需安装检测谐振频率传感器的条件下,实现换能器谐振工作点的自感知,并能方便、快速地自动跟踪系统的谐振频率。在研制的实验装置上,比较分析了扫频方式和搜索感知阻抗方式跟踪谐振频率的一致性,验证了换能器谐振频率自动跟踪方法的可行性与正确性。     

一种用于非接触供电车灯的无线反馈稳压电路设计

为了在引擎盖、后备箱盖等灵活旋转的部件上装设车灯,设计出了用于非接触供电车灯的无线反馈稳压电路。主电路包括非接触供电原边电路和副边电路两部分,为了适应车载蓄电池的电压波动和不同功率的灯具对输出电压的影响,采用无线反馈稳压。无线反馈稳压电路对负载电压和电流取样并反馈,由单片机(ATmega16L)自动调节PWM输出的占空比,控制非接触供电原边电路的功率开关管,改变原边电路的输出功率,达到稳定负载电压的目的。经测试实验与仿真结果一致。     

一种全桥负载串联谐振逆变器谐振频率跟踪和输出功率控制方法

针对全桥负载串联谐振逆变器的谐振频率跟踪和输出功率调节问题,分析了全桥负载串联谐振逆变器6种工作状态下负载阻抗角、移相角和直流母线电流的关系,给出了直流母线电流极性平均值与逆变器工作频率、移相角、电路参数的关系式和逆变器输出功率表达式,提出了基于直流母线电流极性平均值u的频率跟踪及功率控制方法。由于移相角等于零时u最大值U对应于谐振频率,用U作为参考信号,u作为反馈信号,得到逆变器谐振工作频率,周期性使移相角为零,实现了谐振频率跟踪;由于逆变器工作于谐振频率时,输出功率只与移相角有关,所以用给定功率P*作为参考信号,输出平均功率P作为反馈信号,得到逆变器的移相角,实现逆变器的输出功率控制。仿真和实验结果表明了该方法的可行性和有效性。     

基于NPC的光伏并网逆变系统的研究

大功率多电平变换器正成为大型光伏能源转换系统的研究趋势.针对三电平中点箝位(NPC)变换器,对两电平电压源变换器进行了扩展和研究.该系统允许在NPC总功率允许的范围内,将尽可能多的光伏组串连接到2条汇流直流母线上,并且NPC固有的优越的输出电压波形能够以较低的开关频率运行,提高系统效率,提高电能质量,降低损耗.在DC-DC的变换电路中,选择了LLC半桥谐振变换器,升压的同时实现最大功率点跟踪,引入平衡因子对中点电压进行控制,采用中点电压平衡法,针对电网不平衡,采用锁相环技术,保持能够跟踪相位和频率,最终实现稳定合格电压波形输出.     

点灯电路

高压灯点灯电路【专利】／飞利浦／／CN1643996A。本发明涉及一种用于点亮高压灯的电子电路。该电路的谐振电路用于为高压灯提供点亮电压。为了实现谐振电路中的谐振频率的准确调节，建议该电路还包括：变压器，用于产生交流电压，通过该电压来激励谐振电路，以及振荡器，用于驱动变换器，振荡器的输出电压的基频至少接近谐振电路的谐振频率的几分之一。最后，建议该电路包括从谐振电路到振荡器的反馈，     

基于DSP的大功率感应加热电源设计

分析了负载串联谐振的工作过程,根据流过直流母线的电流极性变化情况,提出了一种串联谐振式感应加热电源频率跟踪和输出功率调节的方法,设计了基于DSP的大功率感应加热电源。试验结果表明,所设计的电源可以完成频率自动跟踪,且工作稳定可靠。