基于DDS的頻率自動跟蹤超聲波發(fā)生器的研制

3.2 功率放大電路

　　由信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生的方波信號為小功率方波信號，不能直接驅(qū)動換能器，必須經(jīng)過功率放大電路。實(shí)現(xiàn)功率放大方法有兩種途徑:一種方法是采用低壓大電流電路;另一種方法是采用高電壓小電流電路。本設(shè)計(jì)采用高電壓小電流電路來實(shí)現(xiàn)功率放大。設(shè)計(jì)中采用兩級功率放大電路來完成驅(qū)動，可分為低壓驅(qū)動電路和高壓驅(qū)動電路。低壓驅(qū)動電路如圖3所示。

圖3 低壓驅(qū)動電路

　　在低壓驅(qū)動電路中選用的功率管型號為IRF540，因信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生的方波信號直接驅(qū)動不了功率管IRF540，所以加了一級NPN三極管的射隨驅(qū)動電路。從圖3可以看出，正負(fù)12伏的方波信號經(jīng)過一個NPN管轉(zhuǎn)換為一個帶有一定驅(qū)動能力的方波信號，該方波信號進(jìn)一步驅(qū)動MOS管IRF540，使連接在MOS管源極和VCC之間隔離變壓器的2個副邊線圈能感生出兩個相位相反、幅度相同的方波出來，波形如圖4所 示。VCC的大小可以調(diào)節(jié)，在設(shè)計(jì)中通過調(diào)節(jié)其大小來改變隔離變壓器的副邊線圈感生出方波的幅度大小，從而改變整個超聲波發(fā)生器的輸出功率大小。

圖4 隔離變壓器輸出波形

　　由兩個N溝道MOS管組成的半橋推挽互補(bǔ)功率放大電路為整個系統(tǒng)的高壓驅(qū)動電路模塊。電路圖如圖5所示。

圖5 高壓驅(qū)動電路

　　圖5中電路的工作電壓是220VAC電源直接經(jīng)過整流濾波后得到。因兩級功率放大電路的工作電壓相差很大而且取電方式不同，所以需要在低壓驅(qū)動電路和高壓驅(qū)動電路之間加入隔離變壓器。設(shè)計(jì)中半橋推挽互補(bǔ)功率放大電路選用IRFP460功率管，該功率管可耐壓500V，允許通過最大電流為20A。設(shè)計(jì)中為了增大發(fā)生器的驅(qū)動功率，采用4路并行的半橋推挽互補(bǔ)功率放大電路結(jié)構(gòu)，圖5中為了電路圖的簡潔，只畫了一條支路的半橋推挽互補(bǔ)功率放大電路。

3.3 匹配電路設(shè)計(jì)

　　在功率超聲設(shè)備中，發(fā)生器與換能器的匹配設(shè)計(jì)非常重要。 在很大程度上決定了超聲設(shè)備能否正常、高效地工作。超聲波發(fā)生器與換能器的匹配包括兩個方面：阻抗匹配和調(diào)諧匹配。阻抗匹配就是使換能器的阻抗變換為最佳負(fù)載，即起阻抗變換作用。調(diào)諧匹配則是使換能器兩端輸入的電壓和電流同相位，從而使效率最高。

　　在設(shè)計(jì)中半橋推挽互補(bǔ)功率放大電路的輸出經(jīng)變壓器耦合后通過可調(diào)電感連接到換能器上形成匹配電路，該電路如圖5中線框標(biāo)注所示。通過匹配電路使超聲波發(fā)生器的負(fù)載呈現(xiàn)為純阻性狀態(tài)，并且通過耦合變壓器的阻抗變換作用使換能器的阻抗變換為最佳負(fù)載。