20kzh超声波驱动电源的设计开题报告
2020-05-02 05:05
1. 研究目的与意义（文献综述）
1.1 研究背景
随着现代科学技术飞速发展。各学科之间相互渗透，新兴边缘学科不断出现，超声工程学作为一门新兴的边缘学科．在工业生产、卫生保健和航空航天等许多领域中扮演着十分重要的角色。我国近十年来，对超声技术的应用研究十分活跃，超声工程学按其研究内容，可划分为功率超声和检测超声两大领域。所选课题超声波电源的研究，是功率超声技术的一个重要应用部分。
超声波电源又叫超声波功率源，是超声波清洗系统的核心部分，其发展与电力电子器件发展密切相关，一般可以分为电子管放大器、晶体管模拟放大器和晶体管数字开关放大器三个阶段。
在早期，20世纪80年代前，信号功率放大采用电子管，采用电子管的优点是动态范围较宽，此优点对于音频放大器很重要，但对超声波电源来说没有什么好处，因此，当功率晶体管出现后即遭淘汰，电子管的缺点很多：功耗大、寿命短、效率低、电源成本高、体积大。
2. 研究的基本内容与方案
| 2.1 研究的基本内容及目标 将市电转换成与超声波换能器相匹配的高频交流电信号，驱动超声波换能器的工作。超声波电源从转换效率方面一般考虑用开关电路来设计。超声波电源包括主电路和单片机控制电路，其原理是将50hz的市电转换成直流再逆变成20khz以上的交流输出。本课题将设计电路并进行仿真。 2.2 拟采用的技术方案及措施 工作时，三相工频交流电经整流器整流滤波后变为平滑的直流电，送入逆变器；逆变器采用电力半导体器件(IGBT)作为开关器件，把直流电变为所需高频率的交流电；通过匹配网络作用于换能器负载，使电路处于谐振状态。采集谐振回路的电流和电压信号，通过反馈网络得到适合DSP处理的反馈信号；信号处理电路实现频率跟踪和功率调节功能；由单片机的输出信号输入到高频驱动电路，作为功率管IGBT的驱动和控制信号。 主要研究工作一是设计系统原理结构及硬件电路结构,其中超声电源系统主要由整流滤波电路、直流斩波电路、推挽逆变电路、匹配电路、换能器等部分组成。硬件电路由功率调整电路，BUCK变换电路，逆变主电路，驱动主电路，滤波电路组成。 其中功率调整电路是对输入信号进行调整；BUCK变换电路即为降压变换电路，是用于直流的降压变换；逆变电路是指将低电压变为高电压，把直流电变为交流电的电路，它的基本作用是在控制电路的控制下将中间的直流电路输出的直流电源转换为频率和电压都任意可调的交流电源；驱动电路的基本任务是将信息电子电路传来的信号按照其控制目标的要求转换为加在电力电子器件控制端间，可以使其开通或关断信号；滤波电路的作用是尽可能减小脉动的直流电压中的交流成分，保留其直流成分，使输出电压纹波系数降低，波形变滑。 超声波电源方案比较部分，对整流单元方案、逆变电路拓扑方案、功率控制方案进行了分析，分别选定了不控整流、串联谐振逆变电路和不控整流斩波调功控制方案。 研究超声波电源中的驱动电路及保护电路，确定驱动电路的方案和保护电路的实现方法。 根据设计结果，试制电路，测试实验结果，对设计进行验证，原理框图如下：
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3. 研究计划与安排
第1 ~ 3 周：调研、查阅资料、结合毕业设计任务书，确定总体方案，完成开题报告；
第4 ~ 8 周：熟悉超声波电源系统的基本设计原理和工作原理；翻译英文资料；
第9 ~14周：设计超声波电源系统的原理图，设计硬件单元电路图，并进行软件设计；
4. 参考文献（12篇以上）
[1] 王兆安．电力电子技术[m]．北京：机械工业出版社.2009. 本书是在普通高等教育“九五”国家重点教材《电力电子技术》（第4版）的基础上改编的，是“十一五”国家级规划教材。本教材补充了最新内容，并对原有内容作了适当调整。内容包括：各种电力电子器件、整流电路、逆变电路、直流一直流变流电路、交流一交流变流电路、pwm控制技术、软开关技术、电力电子器件应用的共性问题、电力电子技术的应用等。
[2] 周志敏．逆变电源实用技术一设计与应用[m]．北京：中国电力出版社，2005. 本书介绍了逆变器基本电路、逆变电路控制技术、软开关技术在逆变电源中的应用、多电平逆变电源、dsp控制的逆变电源等。
[3] 刘胜利．现代高频开关电源实用技术[m]．北京：电子工业出版社．2001. 本书详细介绍了采用国际最新型mosfet、igbt电子电力器件、多种新型ic控制系统和国产优质磁性材料设计的现代高频开关稳压电源。
