基于DSP的超磁致伸縮換能器驅(qū)動電源設(shè)計

摘要：為了提高稀土超磁致伸縮換能器驅(qū)動電源的效率以及實用性，采用DSP器件TMS320F2812作為主控芯片，結(jié)合混合脈寬調(diào)制方法實現(xiàn)SPWM波形。采用半橋型逆變電路實現(xiàn)SPWM的功率放大，并對隔離驅(qū)動電路、反饋電路和濾波匹配電路進行合理而有效的設(shè)計，保證了換能器的輸出效能。同時使用電流控制頻率的方法實現(xiàn)諧振頻率的自動跟蹤。實驗證明，該驅(qū)動電路輸出頻率穩(wěn)定，波形失真度低，且能量轉(zhuǎn)換效率較高。
關(guān)鍵詞：超磁致伸縮換能器；逆變電源；SPWM；DSP

稀土超磁致伸縮換能器是利用超磁致伸縮材料將電磁能轉(zhuǎn)換為機械振動的器件，與目前廣泛使用的壓電陶瓷換能器相比，具有工作范圍廣、轉(zhuǎn)換效率高、響應速度快等優(yōu)點，主要應用在水聲、超聲和主動振動控制等領(lǐng)域。其中，超磁致伸縮換能器的驅(qū)動電源是影響系統(tǒng)工作性能優(yōu)劣的關(guān)鍵因素。針對電源控制技術(shù)的數(shù)字化、智能化發(fā)展，文中設(shè)計了一種基于DSP器件的數(shù)字逆變電源，用以驅(qū)動超磁斂伸縮換能器正常工作，同時進行諧振頻率的自動跟蹤。本課題采用的超磁致伸縮換能器主要用于小型超聲波清洗機中，其對驅(qū)動電源主要技術(shù)指標要求為：輸入交流電樂為220 V，輸出頻率為15～25 kHz，輸出功率為50 W左右。文中首先討論該驅(qū)動電源系統(tǒng)的總體設(shè)計，然后分別從硬件電路設(shè)計和軟件實現(xiàn)兩方面進行具體闡述，最后進行實驗測試并給出結(jié)論。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計
采用的稀土超磁致伸縮換能器的最佳驅(qū)動波形為高頻正弦波，故設(shè)計的驅(qū)動電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖1所示。

直流供電模塊由變壓、整流、濾波和穩(wěn)壓電路組成，為高頻逆變電路提供直流工作電壓；高頻逆變電路采用半橋逆變電路，對DSP產(chǎn)生的SPWM波進行功率放大，使其產(chǎn)生指定功率的交流方波；而DSP信號電路產(chǎn)生相應頻率的SPWM波，經(jīng)光耦合電路與功率電路進行電氣隔離后，再通過驅(qū)動電路使高頻逆變電路的功率開關(guān)管正常工作；匹配濾波電路用以對SPWM波形進行濾波，將SPWM波形轉(zhuǎn)換為正弦波，同時完成阻抗匹配和調(diào)諧功能；反饋電路則對換能器的工作電流進行采樣，通過軟件可方便實現(xiàn)過流保護，同時根據(jù)電流值進行頻率跟蹤，軟件調(diào)整正弦波頻率，以使換能器工作在最佳狀態(tài)。