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移相全橋式IGBT超聲波電源的研制

來源：原創(chuàng) 更新時間：2018-11-23 20:54:27 編輯：管理員瀏覽：798

移相全橋式IGBT超聲波電源的研制

摘要：介紹了某型超聲波電源的工作原理，采用移相式全橋串聯(lián)諧振電路，以IGBT為功率開關器件，熱耗小，轉(zhuǎn)換效率高，噪音低，配合適當型號的清洗槽和清洗液，清洗效果好。關鍵詞：超聲波電源；全橋；移相；絕緣柵晶體管

圖1超聲波清洗機電源主電路

圖2等效電路拓撲

1引言

隨著科學技術的發(fā)展和社會的進步，超聲波清洗機在很多領域中得到了廣泛的應用，尤其是在軍事裝備和各種電子、機械、光學等零部件的加工和處理過程中。但以前的超聲波清洗機大多存在噪聲大、效率低等缺點。為此，采用全橋移相式串聯(lián)諧振電路拓撲，以IGBT為功率開關器件，研制成功某型便攜式超聲波清洗機。它具有熱耗小，轉(zhuǎn)換效率高，噪音低，清洗效果好等特點。

2超聲波清洗機電源主電路和工作原理

2.1主電路拓撲

超聲波清洗機電源主電路采用全橋移相式串聯(lián)諧振電路拓撲，以IGBT為功率開關器件，如圖1所示。

其等效電路拓撲如圖2所示。

圖2中R0和C并聯(lián)電路是將負載超聲波換能器組的阻抗歸算到變壓器初級的等效阻抗。等效關系式如式（1）及式（2）所示：

R0=n2RL（1）

C=CL/n2（2）

式中：RL——超聲波換能器組等效電阻；

CL——超聲波換能器組等效電容；

n——輸出變壓器初次級匝比。

()

開關電源

圖3主電路控制時序波形圖

移相全橋式IGBT超聲波電源的研制

2.2工作原理

工作時序波形圖如圖3所示。

圖中ugs1、ugs2、ugs3、ugs4和iL分別是S1、S2、S3、S4的控制柵極波形和電感L的電流波形。

LC諧振頻率調(diào)諧在開關工作頻率fs，

fs=（3）

一般略低于超聲波換能器的諧振頻率fc。

從工作時序波形圖可以看出，采用了全橋移相式串聯(lián)諧振電路拓撲結(jié)構，四個功率開關管輪流導通和關斷，由于是串聯(lián)諧振電路和有電感L的續(xù)流作用，實現(xiàn)了軟開關，減小了功率開關管的導通和關斷損耗，提高了整機效率。

3電路設計參數(shù)和實驗結(jié)果

3.1電路參數(shù)

1）變壓器

磁芯：EE28A；

初級：65匝，多股并繞（10A）；

次級：100匝，多股并繞（10A）。

2）超聲換能器組7個，梅花型并放

諧振頻率：28kHz；

輸出功率：1kW。

3）電感L

磁芯：EE28A；

電感量：350μH。

4）功率開關管1MB60D?100，4只。

5）全橋整流管20A/600V。

6）開關工作頻率28kHz，可調(diào)諧。

7）吸收電路截止放電型

R：270Ω/6W；C：47000pF/1000V。

3.2實驗結(jié)果

采用圖1所示的拓撲電路和圖3所示的控制波形，調(diào)整電感使調(diào)諧電路工作頻率為26.8kHz（略低于28kHz），實測電路中的電流iL波形如圖3所示，基本上是正弦波，開關管和吸收電路、散熱器均不發(fā)熱。

在電路調(diào)試過程中，如果調(diào)諧不當，則會使控制驅(qū)動波形和諧振不同步，電路輸出功率減小，且開關管等發(fā)熱嚴重。

4結(jié)語

綜上所述，采用全橋移相式串聯(lián)諧振電路、以IGBT為功率開關器件設計的超聲波電源具有許多優(yōu)點。實踐證明，配合適當型號的清洗槽和清洗液，其清洗效果好、可靠性高。該電源的推廣應用將會在采用超聲波清洗的各行各業(yè)中發(fā)揮更大的作用。參考文獻

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