超声波清洗机各模块规划原理

　　1 整流滤波与功率调理模块

　　220 V50 Hz交流电经整流桥B1整流以及电解电容C12滤波后发生直流输出电压。其间双向可控硅TR1用于功率调理，C11为安规电容，R11和C11首要用于消除高频搅扰。而U1为光耦，类型可以选择MOC3021，1脚和3脚接调功模块。光耦U1起到阻隔强弱电的效果，增强了电路的可靠性和安全性。

　　在超声波电源系统的工作过程中，整流滤波模块与逆变模块会发热，可以将两个模块安装在一个铝片散热器上，进行风冷散热。这样，系统可以更安全可靠工作。

　　2 逆变与脉冲驱动模块

　　因为半桥逆变电路所用到的功率器件少，成本低，而且操控相对简略，因而本文规划的超声波清洗机选用半桥逆变电路。

　　在半桥逆变电路中，两个全控型开关器件为IGBT，即Q1与Q2和二极管D11和D12构成半桥逆变，在Q1和Q2上加以互补的信号，O1与Q2两IGBT是轮流触发的，即各替换进行导通。一起，在直流侧输入端接的电容C1和C2应足够大，而且C1=C2，容值可选2μF以上。同样，电阻R14、R15也应足够大，而且R14=R15，阻值可选100 kω以上。熔断器F11和F12用于维护开关管Q1和Q2，避免电流过大。

　　变压器T1和电阻R16、R17、R18、R19组成脉冲驱动模块，为Q1和Q2提供互补的触发信号。因为IGBT的驱动电压应小于20 V，而T12，T14间的输入电压约12 V，因而变压器T1变比规划为1:1：1.R18、R19用于限流效果，可选20 ω左右的电阻。在本超声波清洗机中，上下两个IGBT器件留有必定的死区时刻，以避免两者一起导通。

　　3 变压与线性稳压

　　220 V50 Hz交流电经变压器T4降压为12 V，再经整流桥B4整流、C41滤波以及U1（L7812）线性稳压后，输出12 V直流电压，给PWM发作与操控模块供电。一起，直流12 V再经U2（L7805）二次稳压变为5 V，为处理器IAP15F2K61S2工作提供电源。LED1发光二极管，起电源指示效果。为了减少电压的脉动系数，加入了电容C43、C44多次滤波。　　4 PWM发作与操控模块以及驱动模块

　　在本超声波清洗机中，以KA3525A作为PWM发作与操控芯片。如图5所示，KA3525A振动频率的设定规模为20~40 kHz，芯片的脚5和脚7间串联一个电阻Rd就可以在较大规模内调理死区时刻。KA3525A的振动频率可表示为：

　　式中：CT、RT分别是与脚5、脚6相连的振动器的电容和电阻；Rd是与脚7相连的放电端电阻。此处：Rd、CT、RT分别为图中的R52、C5、（R51+Rp51）。其间，Rp51为精密可调电阻，即经过R1和R2可以调理PWM输出频率。管脚8接一个电容C51用来软启动，减少功率开关管的开机冲击。11和14脚输出两路互补的PWM波，经中功率的三极管Q1、Q2、Q3、Q4放大，再经脉冲驱动变压器T1驱动两个IGBT，操控逆变模块完成半桥逆变（如图3所示）。高频变压器T1起阻隔强电与弱电的效果，增强了驱动才能和电源的可靠性。

　　5 功率调理模块

　　功率调理的完成原理：经过IAP15F2K61S2单片机的一个AD口检测调功电阻上电压大小，再经过模数转化获得AD数值。再根据此值操控双向可控硅TR1过零延时触发，即经过操控触发脉冲的相位来操控输出功率。其间，图6为过零触发原理图，12 V交流电经二极管D31、D32整流以及R31、R32、R33限流限压，再经三极管Q3检测过零点。当电网电压过零时，P3.3发生负脉冲。别的，IAP15F2K61S2单片机的P3.3口是一个外部中断口，经过检测过零脉冲获得工频电压的过零点。

　　超声波电源与换能器的匹配首要是调谐匹配和阻抗匹配。在调谐匹配中为减少静电抗发生的无功损耗，使压电换能器输出最大功率，需求经过匹配使换能器近似于纯电阻状况，提高超声波电源输出效率。别的，若完成了调谐匹配时，即负载为纯电阻状况时，为使电源输出最大功率，需求令实际负载和电源的最佳输出阻抗持平，而完成办法为：经过高频变压器使换能器的阻抗改换为超声波电源的最佳输出阻抗，从而使压电换能器输出最大功率。

　　其间，Co是压电换能器的静态电容，首要是由夹持而发生的电容，它是一个实在的电学量；Ro是压电换能器的介电损耗电阻，一般认为Ro无穷大，一般忽略不计；Ld、Cd、Rd分别为压电换能器的动态电感、动态电容和动态电阻。当Ld、Cd处于谐振时，串联支路为纯阻。在串联电感调谐匹配效果下，超声波电源的整个负载呈现出纯电阻性。当电源的输出电压稳守时，阻性负载上得到的功率只和负载的阻值有关，因而，需求选用高频变压器来进行阻抗改换，从而使超声波电源可以以最大功率输出。

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