超声电源系统的发展概况和趋势

。摘要超声波技术在现代科学技术和发展中发挥着重要作用。超声波技术涉及领域广泛，技术含量高，方便快捷。这是一个科技大国必须掌握的科技。经过几十年的发展和推广，在超声波清洗、超声波焊接、超声波加工设备等许多领域都取得了明显的成绩。它解决了许多传统设备无法解决的问题，充分展示了技术和科学技术的发展。如今，许多高科技机器中的普通供电设备已经不能满足输出功率。固体和超声波电源将逐渐取代这一领域。本课题主要是设计一种正弦超声电源，设计并实现一种输出功率和频率稳定、输出波形为正弦的可控功率超声电源。电源输出频率为20 khz至35 khz，输出电压范围为0至300瓦，最大功率为300瓦，输出频率在一定范围内具有自动跟踪和调节功能。实验表明，本课题提出和设计的超声波电源具有良好的性能和广阔的应用前景。关键词：超声波电源、超声波发生器、逆变电源电路、BUCK变换器电路目录1导言21.1本次设计完成的主要研究工作21.2超声波电源的发展21.3国内外超声波发生器现状：31.3.1国外发展形势31.3.2国内发展现状31.4电力电子技术发展现状41.5中国单片机的发展51.6现代逆变电源的发展现状61.6.1智能控制71.7超声波电源的定义72模拟和超声波电源的基本电路82.1模拟电路超声波发生器82.1.1超声波振荡器93硬件电路结构103.1功率调节电路103.2 BUCK转换器电路113.3逆变器主电路设计123.4驱动电路的设计和分析133.5滤波器电路设计143.6反馈电路设计144控制软件设计15介绍1.1本次设计完成的主要研究工作本设计需要实现输出功率和频率线性范围稳定的功率超声电源，输出波形直接为正弦波。此外，输出频率在一定范围内具有自动跟踪和调节功能。功率输出采用特定恒功率技术16。主要研究工作是设计系统的原理结构和硬件电路结构。超声波电源系统主要由整流滤波电路、DC斩波电路、推挽逆变电路、匹配电路、换能器和反馈电路组成。硬件电路由功率调节电路、BUCK转换电路17)、逆变器主电路18-21)、驱动主电路、滤波电路21和反馈主电路22组成。二是控制软件的设计。整个控制软件的主要功能有：SPWM波形控制输出、脉宽调制波形控制输出电压23-24，以及显示屏的正常显示功能。键盘值输入确定、电流最大值的模数采样控制、电压值的模数采样控制和相位差值的模数采样控制；开关值的输入包括过热、过流和相位超前或滞后的判断25。1.2超声波电源的发展随着科学技术的飞速发展，电力电子器件的发展非常迅速。到目前为止，已经开发了许多具有不同原理和特性的电力电子设备。第一代的时代决定了第一代的电力电子技术。超声波发生器的发展离不开电力电子器件的发展，并在一定程度上伴随着它而发展。根据超声波发生器功率放大管最终采用的器件类型，可以看出其发展经历了几个阶段：首先，早期产品采用电子管，然后发展为可控硅逆变超声波发生器。它们有许多缺点，已经被消除了。第二，晶体管式超声波发生器不易被现有的数字方法处理，仅适用于低功率(小于200瓦)；第三，功率模块超声波发生器通过调节开关管的占空比来控制输出功率，这很容易通过数字方式来控制最早的超声波装置是f .高尔顿在1883年发明的气体哨子。第一次世界大战期间，朗之万发明的钢-应时-钢结构夹层压电换能器标志着低频和高功率超声设备的重大进步。20世纪20年代，梅森发明了喇叭，通过与换能器连接，可以获得高强度的超声振动，从而开创了功率超声在固体介质中的应用。这些功率超声理论的应用包括超声清洗、焊接、加工、雾化、乳化等。20世纪70年代中期，美国已经处于超声波加工、焊接等领域的生产和应用阶段，后来形成了标准。德国和英国在功率超声的工业应用方面做了大量的研究工作，并积极将其应用于生产。20世纪90年代，一种新型智能超声波电源发展迅速，并应用于各个领域，14。1.3.2国内发展状况中国对功率超声的研究始于20世纪50年代初，主要研究超声波加工、清洗、焊接等。作为试点15的申请。自20世纪80年代以来，超声波电源已经使用大功率高频开关管代替电子管或可控硅整流器。频率跟踪、过压和过流保护电路安装在电路中。1995年，华南理工大学利用晶体管开发了50W-10KW/1千赫-32千赫超声波。目前，国内超声波电源已经发展到10千赫以上功率从几十瓦到几百千瓦不等，可达几兆赫。随着换能器、电力电子技术和现代控制理论研究和应用的不断发展，超声波电源已成功应用于各类超声波设备，如超声波清洗、焊接、雾化、研磨、医疗等。目前，超声波系统广泛应用于工业生产、环境保护、医疗保健、超声波清洗和超声波电源等领域。近十年来，我国对超声波技术及其应用的研究非常活跃。超声波电源可用于向换能器提供声信号。根据激励方式，有两种超声波电源，即另一种激励型和自激励型。独立激励超声电源由信号发生器和功率放大器组成，超声能量通过输出变压器耦合加载到换能器上实现；然而，自激超声电源将功率放大器、换能器、信号发生器和输出变压器集成为一体，从而形成闭环，这需要相位反馈和幅度反馈。超声波电源的发展可以分为几个阶段：电子管放大器、晶体管模拟放大器和晶体管数字开关放大器。1.4电力电子技术的发展现状自19世纪美国通用电气公司(GE)自主开发的电力电子设备晶闸管问世以来，电子设备产品的发展经历了四个阶段。第一阶段由晶闸管领导。也叫可控硅整流器，以前称为可控硅整流器，晶闸管是PNPN四层半导体结构，它有三个电极：阳极、阴极和栅极；晶闸管具有硅整流器件的特性，可以在高压大电流条件下工作，并且其工作过程可以控制。它们广泛应用于可控整流器、交流调压、非接触式电子开关、逆变器、变频等电子电路中。在第二阶段，GTO、GTR等全控制设备是主要的开发代表。虽然它们主要是通过控制电流模式来实现的，但是这种装置能够实现高频。第三阶段的发展将机械装置转变为功率装置，MOSFER开关频率可用于100千赫以上的超声波电源，但其电压消耗过大，使其功耗较大，生产成本较高，未广泛用于超声波电源，但为后来的科学技术发展奠定了基础。第四阶段以高压集成电路和智能功率集成电路为代表。随着科学技术的不断发展，电力电子技术和微电子技术紧密结合，实现了集成随着科技的飞速发展，当我们进入互联网上的“单片机”搜索时，我们会看到成千上万的介绍单片机的网站，不包括国外。是的。与之相对应的专业杂志也很多，如供应链管理领域的权威人士何立民主编的单片机与嵌入式系统应用杂志。为了在电子行业大受欢迎，2003年7月，91(91猎头网)在上海、广州、北京等大城市对专业人才提出了需求。在需求报告中，对单片机人才的需求排名第一。为什么在一部小电影里会有这样的魔力？让我们从它的组成开始：单片机，也称为单片机或单片机。它是把中央处理器、随机存取存储器诸如存储器访问(RAM)、只读存储器(只读存储器)、输入/输出端口(输入/输出端口)等主要计算机功能组件被集成在集成电路核心中芯片上的微型计算机。计算机的出现加快了人类改造世界的步伐，但它毕竟体积庞大。在这种情况下，微型计算机(单片机)诞生了。它我们发生了什么变化？纵观我们现在生活的各个领域，从导弹导航装置到飞机上各种仪器的控制，从计算机网络网络通信和数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，以及在我们生活中广泛使用的各种智能IC卡和电子产品。宠物等等，这些离不开单片集成电路。在过去，当没有单芯片计算机时，这些事情是可以做到的，但只能使用复杂的模拟电路。然而，这已经完成了生产的产品不仅体积大，而且成本高。此外，由于长期使用，部件不断老化，控制精度自然达不到标准。在名单上芯片机器生产出来后，我们把对这些东西的控制变成了智能。我们只需要在单片机的外围连接一个简单的接口电路。仅核心部分这是由人工编写的程序完成的。这样，产品的体积减小，成本也降低，即使长时间使用也不能达到精度。因此，它的魔力不仅在现在，而且在将来会有更多的人接受和使用它。据统计，我国单片机的年生产能力已达13亿台平板电脑，年增长率约为16%，但中国在世界市场的份额不到1%。尤其是在沿海地区工厂和其他工厂生产的大多数产品使用单片机，并不断向内地辐射。因此，学习供应链管理在我国有着广阔的前景。1.6现代逆变电源的发展现状逆变电源是一种利用电力电子技术转换电能的装置。它从交流或DC输入获得恒定电压和恒定频率的交流输出。逆变电源技术是一门综合性的专业技术，跨越电力、电子、微处理器和自动控制等领域，是目前电力电子行业和科研的热点之一。逆变器广泛应用于航空、航海、电力、铁路运输、邮电通信等诸多领域。主要发展趋势分为以下几个方面：1.高频当脉宽调制开关电源工作在硬开关模式时，功率开关器件的电压和电流波形在开关过程中重叠，开关损耗大。高频可以减小电感和电容元件的体积和重量，但是开关频率越高，开关损耗越大。因此，必须采取措施提高高开关频率DC/DC转换器的效率。人们研究了开关器件的电压和电流波形在开关过程中不重叠的技术，即所谓的零电压开关(ZVS)和零电流开关(零电流开关)技术，统称为软开关技术(与脉宽调制硬开关技术相比)。除了降低开关损耗，软开关技术的应用还可以大大降低开关电源对外界的开关噪声和电磁干扰。2.大容量技术今天的技术主要追求小体积和大容量，电路也不例外。无功发生器串并联的目的在可靠要求的前提下，提高了电源的可靠性。逆变电源正逐步向现代化和智能化发展。下一代的发展目标是拥有遥控器、只有接口的计算机、能够诊断故障的智能电源等。1.7超声波电源的定义超声波电源又称超声波电源和超声波发生器。超声波电源系统主要由整流滤波电路、DC斩波电路、推挽逆变电路、匹配电路、换能器和反馈电路组成。硬件电路包括功率调节电路、BUCK转换电路、逆变器主电路、驱动主电路、滤波电路和反馈主电路。其中功率调节电路调节输入信号；降压转换电路是一种用于DC降压转换的降压转换电路。逆变器电路是指将低压转换为高压，将DC转换为交流的电路。其基本功能是在控制电路的控制下，将中间DC电路输出的DC功率转换成频率和电压任意可调的交流功率。驱动电路的基本任务是根据控制目标的要求，将来自信息电子电路的信号转换成要添加到电力电子设备的控制端子之间的信号，该控制目标可以打开或关闭该电力电子设备。滤波电路的作用是尽可能减少脉动DC电压中的交流分量，并保持其DC分量，从而降低输出电压的纹波系数，使波形平滑。反馈电路将放大器输出信号的一部分或全波恢复到放大器输入端，用于与输入信号进行比较，并利用通过比较获得的有效输入信号来控制输出本课题的背景意义随着时代的发展和进步，超声波技术越来越融入现实，代表着世界领先的技术。它在生物治疗、超声波清洗、零部件加工等领域具有很强的性能和优异的效率。采用超声波系统的加工技术不仅大大改善了环境污染和传统方式，而且大大提高了加工过程的速度和效率。它还能完成普通科学技术无法完成的任务。超声波电源涉及多个领域。它是每台机器不可缺少的一部分。电源是机器的基础，也是设备的第一个工作过程。对超声波电源的研究越广泛、越精细，各个领域的器件就越放心。因此，本课题设计的超声波电源在工业、农业、电子信息、医疗卫生、环境保护等诸多领域具有重要意义。由于我国研究起步较晚，超声波发生器的发展不能满足我国各个领域对顶级器件的要求，超声波系列的未来发展可以说是非常广阔和有前途的。因此，我国对超声波技术研究人员的需求越来越大，越来越多的研究人员从事这一行业，极大地促进了我国超声波技术的发展。超声波电源和超声波技术正朝着全面现代化、数字化和多元化发展。拥有先进技术、智能接口和远程控制的超声波电源也是未来几年中国走向技术先进大国的必由之路。2模拟和超声波电源的基本电路2.1模拟电路超声波发生器超声波发生器采用目前科学技术先进的独立激励振荡电路结构。与自激振荡电路相比，超声波发生器的输出可提高10%以上。超声波发生器下的电路采用开关电源电路和线性放大电路，两种电路各有优点。超声波发生器会产生特定的频率信号。信号有很多种，可以是正弦信号或脉冲信号。发出的指定信号是运行中的传感器产生的频率。一般超声波频率为2