超聲波發(fā)生器電路的設計分析

超聲波電源通常稱為超聲波發(fā)生源，超聲波發(fā)生器。它的作用是把電能轉(zhuǎn)換成與超聲波換能器相匹配的高頻交流電信號。它的工作原理是首先由信號發(fā)生器來產(chǎn)生一個特定頻率的信號，這個信號可以是正弦信號，也可以是脈沖信號，這個特定頻率就是換能器的頻率一般應用在超聲波設備中的超聲波頻率為20KHz、25KHz、28KHz、33KHz、40KHz，60KHz、100KHz或以上現(xiàn)在尚未大量使用。         

                      超聲波電源原理方框圖                                                                 超聲波發(fā)生器原理方框圖

超聲波電源是逆變電路典型應用，隨著新的電力電子器件發(fā)展新的控制理論提出及各行業(yè)上的需求，未來的超聲波電源發(fā)展趨勢主要集中在高功率因數(shù)、低諧波污染、容量化、通用化、小型化、低成本、集成化、智能化這幾個方面。

由單片機產(chǎn)生PWM波，送入到ENB841芯片中，從而使ENB841芯片產(chǎn)生特定頻率的脈沖信號，經(jīng)過驅(qū)動電路驅(qū)動全橋逆變主電路工作。當全橋逆變主電路上出現(xiàn)過流現(xiàn)象的時候，EXB841芯片通過過流保護電路，識別過流現(xiàn)象是否發(fā)生，并將過流信號反饋給單片機和PwM信號封鎖電路，從而實現(xiàn)軟硬件同時封鎖PwM,排除故障后，按復位按鈕，取消PwM信號封鎖，該電源即可重新工作

EXB841芯片包含正常開通過程、正常關斷過程和過流保護動作三項功能。當14和15兩腳間外加PwM控制信號時候，15和14腳有10mA~25mA,在GE兩端產(chǎn)生約15v~18v的IGBT開通電壓；當觸發(fā)控制脈沖電壓撤消時，在GE兩端產(chǎn)生約5.1V的GBT關斷電壓過流保護動作過程是根據(jù)IGBT的CE極間電壓Uce的大小判定是否過流而進行保護的，.

Uce由二極管V7檢測。當lGBT開通時，若發(fā)生負載短路等產(chǎn)生大電流的故障，Uce值大幅上升，使二極管V7截止，EXB841的6腳“懸空”，B點和C點電位開始由約8V上升，當上升至13V時，Vs1被擊穿，V3導通，C4通過R7和V3放電，E點的電壓逐漸下降，V6導通，從而使IGBT的GE間電壓Uge下降，實現(xiàn)緩關斷，完成EXB84l對IGBT的保護

在過流保護時，EXB841對GBT進行軟關斷，并在5其5腳輸出故障指示信號，但不能封鎖輸入的PWM控制信號。只是將正常的驅(qū)2動信號變成一系列降幅脈沖實現(xiàn)GBT的軟關斷，而不對真正的過流進行保護本文設計PWM信號封鎖電路，從軟件和硬件電路上雙重控制。當沒有過流信號發(fā)生時，EXB841的5腳不輸出故障信號，此時5腳是高電平，三極管VA0不導通，此時，與門1腳為高電平，由單片機產(chǎn)生的PWN使三極管VA1導通，此時，與門2引腳為高電平，與門輸出高電平，VA2導通，驅(qū)動EXB841芯片工作。當出現(xiàn)過流時，5腳輸出故障信號，一路輸出至觸發(fā)器S端，此時s端為高電平，Q端輸出高電平，使三極管VA0導通，此時，與門1引腳為低電平；另一路信號輸出至單片機，經(jīng)過單片機程序處理，當單片機不在產(chǎn)生PWN信號，從根本上實現(xiàn)對系統(tǒng)的保護。當排除故障后，按下復位鍵，系統(tǒng)可重新運行。

解釋：

EXB841使用單一的20v電源產(chǎn)生的+15v和-5v偏壓。在高電壓大電流條件下，開關管通斷會產(chǎn)生干擾，使截止的IGBT誤導通，針對負偏壓不足的問題，設計了外部負柵壓成型電路，用外接8v穩(wěn)壓管VA9代替了EXB841芯片內(nèi)部的5v穩(wěn)壓管。電源電壓升為24v。