超聲波發(fā)生器電路的設(shè)計(jì)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(hào)。它的工作原理是首先由信號(hào)發(fā)生器來(lái)產(chǎn)生一個(gè)特定頻率的信號(hào)，這個(gè)信號(hào)可以是正弦信號(hào)，也可以是脈沖信號(hào)，這個(gè)特定頻率就是換能器的頻率一般應(yīng)用在超聲波設(shè)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(yīng)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(lái)的超聲波電源發(fā)展趨勢(shì)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(gè)方面。

由單片機(jī)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(hào)，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)全橋逆變主電路工作。當(dāng)全橋逆變主電路上出現(xiàn)過(guò)流現(xiàn)象的時(shí)候，EXB841芯片通過(guò)過(guò)流保護(hù)電路，識(shí)別過(guò)流現(xiàn)象是否發(fā)生，并將過(guò)流信號(hào)反饋給單片機(jī)和PwM信號(hào)封鎖電路，從而實(shí)現(xiàn)軟硬件同時(shí)封鎖PwM,排除故障后，按復(fù)位按鈕，取消PwM信號(hào)封鎖，該電源即可重新工作

EXB841芯片包含正常開(kāi)通過(guò)程、正常關(guān)斷過(guò)程和過(guò)流保護(hù)動(dòng)作三項(xiàng)功能。當(dāng)14和15兩腳間外加PwM控制信號(hào)時(shí)候，15和14腳有10mA~25mA,在GE兩端產(chǎn)生約15v~18v的IGBT開(kāi)通電壓；當(dāng)觸發(fā)控制脈沖電壓撤消時(shí)，在GE兩端產(chǎn)生約5.1V的GBT關(guān)斷電壓過(guò)流保護(hù)動(dòng)作過(guò)程是根據(jù)IGBT的CE極間電壓Uce的大小判定是否過(guò)流而進(jìn)行保護(hù)的，.

Uce由二極管V7檢測(cè)。當(dāng)lGBT開(kāi)通時(shí)，若發(fā)生負(fù)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(diǎn)和C點(diǎn)電位開(kāi)始由約8V上升，當(dāng)上升至13V時(shí)，Vs1被擊穿，V3導(dǎo)通，C4通過(guò)R7和V3放電，E點(diǎn)的電壓逐漸下降，V6導(dǎo)通，從而使IGBT的GE間電壓Uge下降，實(shí)現(xiàn)緩關(guān)斷，完成EXB84l對(duì)IGBT的保護(hù)

在過(guò)流保護(hù)時(shí)，EXB841對(duì)GBT進(jìn)行軟關(guān)斷，并在5其5腳輸出故障指示信號(hào)，但不能封鎖輸入的PWM控制信號(hào)。只是將正常的驅(qū)2動(dòng)信號(hào)變成一系列降幅脈沖實(shí)現(xiàn)GBT的軟關(guān)斷，而不對(duì)真正的過(guò)流進(jìn)行保護(hù)本文設(shè)計(jì)PWM信號(hào)封鎖電路，從軟件和硬件電路上雙重控制。當(dāng)沒(méi)有過(guò)流信號(hào)發(fā)生時(shí)，EXB841的5腳不輸出故障信號(hào)，此時(shí)5腳是高電平，三極管VA0不導(dǎo)通，此時(shí)，與門(mén)1腳為高電平，由單片機(jī)產(chǎn)生的PWN使三極管VA1導(dǎo)通，此時(shí)，與門(mén)2引腳為高電平，與門(mén)輸出高電平，VA2導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)EXB841芯片工作。當(dāng)出現(xiàn)過(guò)流時(shí)，5腳輸出故障信號(hào)，一路輸出至觸發(fā)器S端，此時(shí)s端為高電平，Q端輸出高電平，使三極管VA0導(dǎo)通，此時(shí)，與門(mén)1引腳為低電平；另一路信號(hào)輸出至單片機(jī)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)程序處理，當(dāng)單片機(jī)不在產(chǎn)生PWN信號(hào)，從根本上實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的保護(hù)。當(dāng)排除故障后，按下復(fù)位鍵，系統(tǒng)可重新運(yùn)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(kāi)關(guān)管通斷會(huì)產(chǎn)生干擾，使截止的IGBT誤導(dǎo)通，針對(duì)負(fù)偏壓不足的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了外部負(fù)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。