本文關(guān)鍵詞：基于動(dòng)態(tài)阻抗匹配的超聲電源設(shè)計(jì)與研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,超聲技術(shù)在加工、清洗、醫(yī)療等領(lǐng)域都發(fā)揮了重要作用。而超聲電源作為超聲應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù),其阻抗匹配一直是研究的重點(diǎn)。傳統(tǒng)的超聲電源多用靜態(tài)阻抗匹配,使得超聲電源在諧振頻率漂移時(shí)無法及時(shí)調(diào)整匹配網(wǎng)絡(luò)參數(shù),從而帶來效率降低、換能器停震等不良后果。本文在此基礎(chǔ)上提出了動(dòng)態(tài)匹配的概念,并以STM32為主控制器設(shè)計(jì)了智能超聲電源實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。主要研究?jī)?nèi)容如下： (1)分析了超聲波換能器的阻抗特性,對(duì)比了串聯(lián)匹配和并聯(lián)匹配兩種匹配方式下的匹配網(wǎng)絡(luò)參數(shù)區(qū)別,并進(jìn)行了MATLAB仿真。針對(duì)傳統(tǒng)的靜態(tài)匹配存在的問題提出了兩種動(dòng)態(tài)匹配方法：動(dòng)態(tài)調(diào)整匹配電感參數(shù)法和頻率自動(dòng)跟蹤法,在進(jìn)行了原理對(duì)比之后選用了后者作為此次超聲電源的動(dòng)態(tài)匹配方案。 (2)設(shè)計(jì)了超聲電源的硬件主體方案,將系統(tǒng)劃分為多個(gè)子模塊進(jìn)行分析。在調(diào)壓整流模塊中應(yīng)用了晶閘管調(diào)壓技術(shù)實(shí)現(xiàn)了直流母線電壓可調(diào),保證了輸出功率的可變性：在高頻逆變模塊中使用了半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)從直流到交流的逆變,使用了DDS芯片來產(chǎn)生高精度的PWM波,配合硬件加死區(qū)電路來得到半橋的驅(qū)動(dòng)信號(hào),并針對(duì)柵極驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的缺陷設(shè)計(jì)了負(fù)偏壓電路,能更好的實(shí)現(xiàn)功率管的關(guān)斷;在頻率跟蹤模塊中使用了霍爾傳感器檢測(cè)電流電壓相位,經(jīng)過調(diào)理電路后得到相位差的脈寬信號(hào),再使用STM32的PWM輸入功能完成相位差檢測(cè)。 (3)根據(jù)超聲波電源的硬件電路編寫了對(duì)應(yīng)的軟件程序,主要包括晶閘管調(diào)壓子程序和頻率自動(dòng)跟蹤子程序。其中針對(duì)超聲波電源運(yùn)行過程中可能發(fā)生諧振頻率緩慢變化和瞬間突變兩種情況,設(shè)計(jì)了粗精結(jié)合的變步長(zhǎng)跟蹤算法,實(shí)現(xiàn)了快速精準(zhǔn)的頻率跟蹤。 (4)完成了所有硬件電路制作和軟件程序的編寫,進(jìn)行了大量的試驗(yàn),并針對(duì)試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)的問題給出了理論研究和實(shí)際解決方法。試驗(yàn)結(jié)果表明,本文設(shè)計(jì)的超聲波電源能很好地實(shí)現(xiàn)頻率跟蹤,具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能和穩(wěn)定性,實(shí)現(xiàn)了既定的動(dòng)態(tài)阻抗匹配的目標(biāo)。
【關(guān)鍵詞】：超聲電源 換能器 動(dòng)態(tài)匹配 頻率自動(dòng)跟蹤
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB552
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 緒論12-20
• 1.1 超聲技術(shù)及其應(yīng)用簡(jiǎn)介12-13
• 1.2 電力電子及控制技術(shù)在超聲波電源中的應(yīng)用13-16
• 1.2.1 電力電子技術(shù)的應(yīng)用13-14
• 1.2.2 控制技術(shù)的應(yīng)用14-16
• 1.3 國內(nèi)外超聲波電源的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)16-18
• 1.3.1 國外超聲波電源的研究現(xiàn)狀16
• 1.3.2 國內(nèi)超聲波電源的研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3.3 超聲波電源的未來發(fā)展趨勢(shì)17-18
• 1.4 論文的背景意義和主要研究?jī)?nèi)容18-20
• 1.4.1 論文的背景意義18-19
• 1.4.2 論文的主要研究?jī)?nèi)容19-20
• 2 超聲波換能器的阻抗特性分析及動(dòng)態(tài)匹配技術(shù)研究20-34
• 2.1 超聲波換能器的阻抗特性分析21-23
• 2.2 超聲波換能器靜態(tài)阻抗匹配研究23-28
• 2.2.1 超聲波換能器串聯(lián)匹配23-24
• 2.2.2 超聲波換能器并聯(lián)匹配24-25
• 2.2.3 超聲波換能器匹配方式確定25
• 2.2.4 超聲波電源靜態(tài)匹配MATLAB仿真25-28
• 2.3 超聲波電源動(dòng)態(tài)阻抗匹配研究28-32
• 2.3.1 匹配電感動(dòng)態(tài)調(diào)整技術(shù)研究29-31
• 2.3.2 頻率自動(dòng)跟蹤技術(shù)研究31-32
• 2.3.3 動(dòng)態(tài)阻抗匹配方案確定32
• 2.4 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案確定32-33
• 2.5 本章小結(jié)33-34
• 3 超聲波電源硬件設(shè)計(jì)及研究34-62
• 3.1 超聲波電源主電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)34-35
• 3.2 控制器接口設(shè)計(jì)35
• 3.3 調(diào)壓整流模塊35-39
• 3.3.1 移相調(diào)壓的工作原理36-37
• 3.3.2 過零信號(hào)檢測(cè)電路37-38
• 3.3.3 晶閘管觸發(fā)電路38-39
• 3.4 高頻逆變模塊39-49
• 3.4.1 橋式逆變電路39-42
• 3.4.2 DDS信號(hào)發(fā)生器電路42-44
• 3.4.3 硬件加死區(qū)電路44-46
• 3.4.4 MOS管柵極驅(qū)動(dòng)電路46-49
• 3.5 換能器匹配模塊49-53
• 3.5.1 高頻變壓器的設(shè)計(jì)49-53
• 3.5.2 調(diào)諧匹配53
• 3.6 頻率跟蹤模塊53-59
• 3.6.1 電流電壓采樣電路54-55
• 3.6.2 信號(hào)放大電路55-57
• 3.6.3 濾波電路57
• 3.6.4 相位差檢測(cè)電路57-59
• 3.7 人機(jī)交互模塊59-60
• 3.8 本章小結(jié)60-62
• 4 超聲波電源軟件算法設(shè)計(jì)62-72
• 4.1 主程序軟件設(shè)計(jì)62-63
• 4.2 晶閘管調(diào)壓模塊軟件設(shè)計(jì)63-64
• 4.3 DDS片軟件驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)64-65
• 4.4 頻率自動(dòng)跟蹤軟件設(shè)計(jì)65-69
• 4.4.1 頻率跟蹤算法設(shè)計(jì)66-67
• 4.4.2 PWM輸入驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)67-69
• 4.5 液晶驅(qū)動(dòng)和軟件看門狗設(shè)計(jì)69-70
• 4.5.1 液晶驅(qū)動(dòng)軟件設(shè)計(jì)69-70
• 4.5.2 軟件看門狗程序設(shè)計(jì)70
• 4.6 本章小結(jié)70-72
• 5 實(shí)驗(yàn)分析與研究72-84
• 5.1 晶閘管調(diào)壓模塊調(diào)試72-74
• 5.2 高頻逆變模塊調(diào)試74-81
• 5.2.1 DDS信號(hào)發(fā)生器調(diào)試74
• 5.2.2 死區(qū)時(shí)間形成電路調(diào)試74-76
• 5.2.3 半橋逆變器驅(qū)動(dòng)電路調(diào)試與分析76-80
• 5.2.4 半橋逆變器輸出調(diào)試80-81
• 5.3 超聲波電源頻率自動(dòng)跟蹤實(shí)驗(yàn)81-83
• 5.4 本章小結(jié)83-84
• 6 結(jié)論與展望84-86
• 6.1 論文的主要工作總結(jié)84-85
• 6.2 存在的問題及下一步的研究工作85-86
• 參考文獻(xiàn)86-90
• 作者簡(jiǎn)歷90-94
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集94

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前8條

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  本文關(guān)鍵詞：基于動(dòng)態(tài)阻抗匹配的超聲電源設(shè)計(jì)與研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：468981