超声波电源的设计样本

摘要现阶段，检测超声在医疗领域应用广泛。

而功率超声在医疗方面应用相对较少，处于研究阶段的如超声刀，靶向给药等。

超声的理疗作用已被广泛的认可，但理疗仪的驱动电源仍存在不足。

由于超声理疗频率较高大多在1MHz以上，若采用传统的功率芯片实现输出功率放大的功能，将存在输出功率是否可调节、输出电压波形是否畸变等问题。

在实际应用中，仅仅依靠超声电源的匹配网络难以完成精确的匹配。

且由于换能器发热、粘合剂的不同、老化等因素导致的换能器几个动态参数变化，换能器的谐振频率也会不断改变，此时要求超声电源能跟踪换能器的谐振频率，从而避免能量的大量损耗以及进一步发热灼伤病人。

本文参照超声理疗驱动电源的国内外的研究现状，就目前存在的问题，设计了驱动频率为1MHz输出功率为10W的数字化超声电源整体架构。

根据换能器电学等效阻抗模型，设计了超声换能器的静态匹配网络并计算了元器件参数。

分析比较了FFT变换法、相关函数法、过零点比较法等相位差检测方法，选择合适的相位差检测方法并设计相关的检测电路。

采用基于LCC功率谐振逆变器实现功率放大，对谐振逆变器各个模块进行分析，利用电路理论等知识给出LCC谐振逆变器参数的计算方法。

比较目前开关电源常用的功率调节方法，引入PDM方法实现输出功率的可调节。

针对理疗换能器自身谐振频率的漂移，引入频率自跟踪功能，并指出其不足。

针对换能器具有复杂的非线性、没有精确数学模型的特性提出基于模糊控制器的频率跟踪算法，并利用数学仿真工具Matlab中的模糊工具箱和Simulink仿真平台，搭建了基于模糊控制器的频率跟踪算法仿真模型。

其仿真结果验证了模糊控制器实现频率跟踪的可行性和快速性。

论文最后制作了超声理疗仪的实验平台，通过实验验证了基于LCC谐振逆变器和模糊锁相环构成的驱动器系统可以高效地驱动理疗换能器，能够实现换能器两端电压电流同相位，系统能够安全、稳定的持续运行。

关键词：超声换能；LCC谐振逆变器；频率控制；模糊锁控制器；超声理疗AbstractAt present, the detection of ultrasound is widely used in medical field. The application of power ultrasound in medical field is relatively small, in the research stage such as ultrasound knife, targeted drug delivery.Therapeutic effect of ultrasound has been widely recognized, but the driving power of physiotherapy instrument defects still exist.As the frequency of ultrasound therapy is mostly higher than 1MHz, if using the linear amplifier to achieve power amplification, there will be most questions such as whether output power can be adjusted, the output voltage waveform distortion.In practical applications, it is difficult to achieve accurate matching only by the matching network of ultrasonic power supply.And because of the transducer heating, adhesive, aging and other factors led to resonant frequency changes. So the ultrasonic power supply is required to track the resonant frequency of the transducer so as to avoid a large loss of energy as well as to further heat.In this dissertation, with reference to the research status of high-frequency low-power ultrasonic power supply at home and abroad, aiming at the existing problems, the overall architecture of digital ultrasonic power supply is designed with the driving frequency of 1MHz and the output power of 10 watts. According to the electrical equivalent model of the transducer, the static matching network is designed and the parameters of the components are calculated. The phase difference detection methods such as the FFT transform method, the correlation function method and the zero-crossing comparison method are analyzed and compared. The suitable phase difference detection method is selected and the related detection circuit is designed. The power amplifier based on LCC power resonant inverter is adopted, and each modules of the resonant inverter are analyzed, and the calculation method of the parameters of the LCC resonant inverter is given by using the circuit theory and other knowledge. Compared with the usual power regulation method of the switching power supply, PDM method is introduced to realize adjustable output power.Aiming at the drift of the resonant frequency of the physical therapy transducer, the frequency self-tracking function is introduced, which makes the transducer always in resonance state. The algorithm of frequency point search in the engineering application is improved and its deficiency is pointed out. Furthermore, due to the transducer has complex nonlinearity and no precise mathematical model, a fuzzy controller based frequency tracking algorithm is proposed. The simulation model of the frequency tracking algorithm based on the fuzzy controller is built by using the fuzzy toolbox and Simulink simulation platform in Matlab. The simulation results show that the fuzzy control can quickly to achieve frequency tracking.The experimental results show that the driving system based on LCC resonant inverter and fuzzy phase locked loop can drive the transducer efficiently and realize thevoltage and current in phase. The system can be safe, stable and continuous operation.Keywords:ultrasonic transducer, LCC resonant inverter, frequency control, fuzzy controller, ultrasonic physiotherapy目录摘要 (I)ABSTRACT (I)目录 ..................................................................................................................................................... I V 第1章绪论.. (1)1.1超声理疗简介 (1)1.1.1超声波生理效应 (1)1.2超声理疗仪现状、发展趋势 (3)1.2.1超声理疗仪的现状 (3)1.2.2发展趋势 (5)1.3论文的主要研究内容 (5)第2章整体方案与关键模块设计 (7)2.1总体架构设计 (7)2.2主控芯片选择 (8)2.3电端匹配网络 (9)2.3.1换能器的机电等效模型 (10)2.3.2换能器匹配网络的设计 (12)2.4直接数字频率合成 (14)2.4.1基本原理 (14)2.4.2DDS芯片选型 (15)2.5相位差检测 (15)2.5.1DFT变换法 (15)2.5.2函数相关法 (16)2.5.3DFT变换法和函数相关法仿真 (17)2.5.4过零比较法 (18)2.6本章小结 (19)第3章功率电路的设计与分析 (20)3.1谐振逆变器的主要组成部分 (20)3.2开关网络 (21)3.3谐振网络 (22)3.4功率谐振逆变器仿真 (28)3.5功率控制方案的选择与比较 (29)3.5.1 PFM调频调功 (30)3.5.2PS-PWM移相脉宽调节 (31)3.5.3PDM功率调节 (31)3.6本章小结 (33)第4章频率控制算法设计 (34)4.1换能器谐振频率点搜索算法 (35)4.1.1换能器谐振频率中心点计算 (35)4.1.2变步长频率点搜索 (36)4.2基于模糊-DDS的频率控制算法 (38)4.2.1模糊频率控制原理 (39)4.2.2模糊控制器的设计 (40)4.3基于模糊控制器频率跟踪的仿真与分析 (46)4.3.1仿真模型的搭建 (46)4.3.2仿真结果的分析 (48)4.4本章小结 (49)第5章实验测试 (50)5.1实验平台搭建 (50)5.2超声电源各功能模块测试 (50)5.2.1MOS管的驱动电路及其波形 (50)5.2.2 LCC谐振电路及其输入输出波形 (52)5.2.3功率控制相关波形 (53)5.2.4变步长频率搜索算法实验 (54)5.2.5基于模糊控制器的频率跟踪算法实验 (56)5.3本章小结 (57)结论 (58)参考文献 (60) (63)致谢 (64)第1章 绪 论1.1超声理疗简介1.1.1超声波生理效应频率高于20kHz 的声波即为超声波。

超声波电路设计指导1．超声波发射电路τ图1 发射电路T IRFP840 耐压500V以上，额定功率10W以上的场效应管U1 IR4426 电源电压用12V注1：若使用IR4427，当注意其输入输出波形不反相，故须正脉冲输入。

注2：U1极忌长时间导通。

在U1与T之间可以插入限流电阻保护U1，电阻不宜大，否则输出脉冲边沿会变得过缓；在正常工作状态，U1只在极短时内导通，即使无限流电阻也不致损坏。

R1 50K~1MΩ电阻取值与两次发射的最小间隔时间有关，间隔越长则回路充放电时间可越长，R1可以越大。

建议设法取1MΩ，以便减小250V电源的输出电流。

C1 1000pF/1000V 高压瓷片电容RL 510Ω简要工作原理如下：当T截止时，250V电压源通过R1和RL向C1充电。

一般认为，持续充电时间大于5倍的回路充放电常数，则C1两端电压能基本达到250V，为驱动超声波发射做好准备。

当T瞬时导通，T、C1和RL构成放电回路。

超声波传感器的阻抗约为50Ω，故C1中的电荷被快速释放，在超声波传感器上形成一个负向冲击脉冲，脉冲宽度约为0.5~1.5us。

图2 超声波传感器上信号波形示意2．超声波接收电路限幅限幅放大检波后级放大比较或1N60图3 接收电路图3中：（1）R1、R2取值一般为100~300Ω，与后级放大器输入阻抗大小有关。

（2）Ci不宜太大，否则超声波发射后电路会有一段时间无法正常接收回波信号，故一般可小于0.1uF；也不宜太小，否则信号损耗会比较大。

（3）通路上放大器的总增益应大于50dB，大于60dB则更佳。

（4）检波电路时间常数的选取要得当，太大则造成包络展宽，太小则单个回波脉冲会被检测成多个脉冲。

可根据超声波工作频率确定，并通过观测检波输出波形加以矫正。

3．脉冲间隔测量电路请参考并分析ultrasonic.ddb中图纸。

4．声波传导耦合剂实验中，使用超声波传感器探头探测实验样块。

样块与探头的接触面、多个样块层叠时样块之间的接触面，可能因不平整而有空气间隙，影响声波传导，带来较严重的界面衰耗，故建议实验中使用清水在接触面涂抹填充，作为耦合剂，并压实接触面，减小声波传导损耗。

超声电源的研制本文采用移相脉宽控制(PSPWM)方式通过改变全桥逆变器桥臂脉冲的移相角来调节输出功率,逆变器承担着逆变和调功两种功能,并采用软开关技术,使功率开关器件工作在零电压开通和关断状态,开关损耗小,可以实现输出功率的调节。

硬开关PWM可以应用于超声电源,但其开关损耗大、效率低、EMI大,高频时不能实现调功;对PFM方式而言,因负载系统为超声换能器,其谐振频率范围较窄,不能用来实现调功; PDM、PSM属于有级调功,输出的正弦波幅值不是恒定的,不利于负载换能器的稳定工作,因此PDM、PSM方式不能用来实现调功。

超声电源主电路采用全桥逆变拓扑结构,如图2所示,Z1—Z4为主开关管IGBT,D1—D4为Z1—Z4内部反并联寄生二极管,C1—C4为外接并联的电容或者功率管的寄生电容,T为高频脉冲变压器,L0为串联调谐匹配电感, PZT为超声换能器。

选取的超声换能器型号是中国科学院上海声学实验室的DH-6160F-15S-3,其谐振频率为25kHz,谐振阻抗为15Ω,静态电容为27000pF,通过计算,匹配电感为0. 75mH。

电路输入直流电压E=120V, 根据PSPWM控制策略,实际应用中可以采用移相控制专用芯片UC3875组成控制系统,它能产生4路PWM波形控制全桥逆变器的4个功率开关管。

芯片设有死区时间保证同一桥臂上下两管不能直通,同时相移角可调,实现输出功率调节。

（2）采用DSP 控制DSP（Digital Signal Processing,数字信号处理）是近年来迅速崛起的新一代可编程处理器当前在超声换能器的应用中，主要选用压电陶瓷换能器。

传统的超声波换能器大多采用压控振荡和锁相环来实现超声波发生，此类设备只能进行窄频域调节，精度低，更不能实时控制。

波形发生模块采用DDS 芯片，通过控制系统调节，可实时发生精度为1Hz 的50MHz 以下任意频率。

要想驱动换能器正常工作，DDS输出的超声波必须经过功放模块放大之后才能驱动换能器正常工作，所以功放模块必不可少。

超声波电路设计指导1．超声波发射电路τ图1 发射电路T IRFP840 耐压500V以上，额定功率10W以上的场效应管U1 IR4426注1电源电压用12V。

U1极忌长时间导通。

在U1与T之间可以插入限流电阻保护U1，电阻不宜大，否则输出脉冲边沿会变得过缓；在正常工作状态，U1只在极短时内导通，即使无限流电阻也不致损坏。

R1 50K~1MΩ电阻取值与两次发射的最小间隔时间有关，间隔越长则回路充放电时间可越长，R1可以越大。

建议取1MΩ，以便减小250V电源的输出电流。

C1 1000pF/1000V 高压瓷片电容RL 510Ω注1：若使用IR4427，应当注意其输入输出波形不反相，所以在本电路中输入使用正脉冲信号。

简要工作原理如下。

当T截止时，250V电压源通过R1和RL向C1充电。

一般认为，持续充电时间大于5倍的回路充放电常数，则C1两端电压能基本达到250V，为驱动超声波发射做好准备。

当T瞬时导通，T、C1和RL构成放电回路。

超声波传感器的阻抗约为50Ω，故C1中的电荷被快速释放，在超声波传感器上形成一个负向冲击脉冲，脉冲宽度约为0.5~1.5us。

图2 超声波传感器上信号波形示意2．超声波接收电路限幅限幅放大检波后级放大比较或1N60图3 接收电路图3中：（1）R1、R2取值一般为100~300Ω，与后级放大器输入阻抗大小有关。

（2）Ci不宜太大，否则超声波发射后电路会有一段时间无法正常接收回波信号，故一般可小于0.1uF；也不宜太小，否则信号损耗会比较大。

（3）通路上放大器的总增益应大于50dB，大于60dB则更佳。

（4）检波电路时间常数的选取要得当，太大则造成包络展宽，太小则单个回波脉冲会被检测成多个脉冲。

可根据超声波工作频率确定，并通过观测检波输出波形加以矫正。

（5）后级放大电路中运放无需再使用AD818，推荐使用NE5532。

3．脉冲间隔测量电路请参考并分析ultrasonic.ddb中图纸。

DDS的智能超声波电源功率超声设备利用超声波的能量改变材料的某些状态，需要产生相当大或比较大的功率。

超声波功率源(或称发生器)向超声换能器提供连续的电能量，其性能特点直接影响着各种功率超声的研究工作。

近年来，我国关于功率超声的研究十分热门，尤其是超声化学和超声的生物效应，更是声学研究的热点。

上述研究需要超声波具有高分辨率、高稳定性、大功率、频率大范围可调等特点，为此，研制了一种基于DDS技术的超声波功率源，并已将其应用在实际的声学研究中。

1 系统原理及特点系统原理如图1所示。

用单片机AT89C51控制DDS芯片AD9850产生频率为1kHz～1MHz的波形信号；功率放大采用半桥放大方式，其中，功率开关使用MOSFET模块；通过输出变压器和电感组成的匹配网络驱动压电换能器激发超声波。

本系统的主要特点有：(1)采用数字DDS技术产生波形信号，分辨率高、稳定性好、频率范围大，系统频率不会随工作时间出现漂移。

(2)功率放大器件采用大功率的MOSFET模块，功率可达2000W 以上。

(3)采用变压器输出，通过串联谐振提高换能器两端电压，提高了电能的利用率。

(4)系统通过2 系统硬件实现2．1 DDS原理及电路实现2．1．1 008电路工作原理DDS技术是一种用数字控制信号的相位增量技术，具有频率分辨率高、稳定性好、可灵活产生多种信号的优点。

基于DDS的波形发生器是通过改变相位增量寄存器的值△phase(每个时钟周期的度数)来改变输出频率的。

如图2所示，每当N位全加器的输出锁存器接收到一个时钟脉冲时，锁存在相位增量寄存器中的频率控制字就和N位全加器的输出相加。

在相位累加器的输出被锁存后，它就作为波形存储器的一个寻址地址，该地址对应的波形存储器中的内容就是一个波形合成点的幅度值，然后经D/A转换变成模拟值输出。

当下一个时钟到来时，相位累加器的输出又加一次频率控制字，使波形存储器的地址处于所合成波形的下一个幅值点上。

新型超声波发生器电源设计方案一种新型超声波电源的设计方案摘要：解决超声波发生器电源要求高功率、高精度问题，是超声波发生器设计中的基本问题之一，为此，我们采取移相全桥式IGBT 串联谐振电路，以IGBT绝缘栅双极晶体管其基本包装为三个端点的功率级半导体元件，其特点为高效率及切换速度快，设计为功率开关器件，噪音低，热耗小，转换效率高，达到较好的清洗效果。

导语：随着社会的进步和发展，超声波清洗机在各个领域的应用范围越来越广，在各种电子、机械、光学等零部件的加工和处理过程中的应用技术完善。

但以前的超声波清洗机大多存在噪声大、效率低等缺点。

为此，采用全桥移相式串联谐振电路拓扑，以IGBT绝缘栅双极晶体管为功率开关器件，研制成功某型便携式超声波清洗机。

它具有热耗小，转换效率高，噪音低，清洗效果好等特点满足超声波清洗等操作的需要，具有实际应用价值。

一、超声波清洗机电源主电路和工作原理IGBT绝缘栅双极晶体管为近数十年发明产物，第一代IGBT绝缘栅双极晶体管产品于1980年代与1990年初期，但其切换速度不快且开关截止时易产生拴锁现象与二次崩溃现象，第二代IGBT绝缘栅双极晶体管产品便有很大的进展，第三代IGBT绝缘栅双极晶体管产品为目前主流，其切换速度直逼功率级MOSFET的速度，并且在电压电流容量上有很大的进步。

基于绝缘栅双极晶体管为主要核心的超声波清洗机电源设计是IGBT应用领域的拓宽和发展。

1、超声波清洗机电源主电路拓扑原理我们这台超声波清洗机电源的主电路设计方案，是采用全桥移相式串联谐振电路拓扑方式，以IGBT绝缘三双极型功率管为功率开关器件，主要原理见图1：IGBT绝缘三双极型功率管为功率开关器件的等效电路拓扑见如下图2：二、超声波清洗机电源电路的等效关系：图2中R0和C并联电路是将负载超声波换能器组的阻抗归算到变压器初级的等效阻抗里综合计算。

其等效关系式如式（1）及式（2）所示：（1）、R0=n2RL（2）、C=CL/n2上述式中：RL——超声波换能器组等效电阻；CL——超声波换能器组等效电容；n——输出变压器初次级匝比。

`Word文档集美大学毕业设计论文毕业设计题目超声波电源的设计专业机械设计制造及其自动化班级机制0614 姓名曦曦学号2004710175 指导教师胡玉生职称副教授机械工程学院2010年6月2日`Word文档超声波电源的设计[摘要]几十年来，超声加工技术的发展迅速，在型孔和型腔的加工、切割加工、超声波清洗、超声复合加工、超声波焊接领域均有较广泛的研究和应用，解决了许多关键性的工艺问题，取得了良好的效果。

本文首先介绍了国外在超声波电源方面的发展状况，然后详细分析了超声波设备的组成、关键技术以及设计难点，并以一种200w超声加工电路为方案设计、制作了超声波发生器，应用于超声加工。

通过对模拟与数字超声电源基本电路的介绍，了解超声波电源的频率跟踪、功率控制、稳速、过电压、过电流以及阻抗匹配等关键技术。

接着对所设计电路的各部位电路进行分析和设计。

在此基础上，详细介绍了整流电路、滤波电路、半桥逆变电路、超声波发生器与换能器的匹配设计以及用Protel 软件设计PCB图，然后进行电路板的制作和试验。

最后对所设计的电路的特点进行归纳与总结。

[关键词]:：超声波发生器；超声波换能器；频率跟踪；阻抗匹配；半桥逆变电路`Word文档The Design Of Ultrasonic PowerAbstract The development of ultrasonic machining technology is rapid for decades. Type holes and cavity machining, cutting, ultrasonic cleaning, ultrasonic processing, and ultrasonic welding have a wider field of research and application, solves many key technology issues , achieved good resultsThis paper introduces the domestic and international aspects in the development of ultrasonic power first. Then a detailed analysis of the composition of ultrasonic equipment Key technologies and design difficulties And design a 200w ultrasonic generator which is used in ultrasonic machining .Through the power of analog and digital ultrasound description of the basic circuit, Learn about the frequency of ultrasonic power tracks, power control, steady speed, overvoltage, overcurrent and impedance matching key technologies. Then designed circuits to all parts of the circuit analysis and design. On this basis , Details of the rectifier circuit, filter circuit, push-pull inverter circuit, impedance , Ultrasonic generator and the matching design of transducer and PCB design using Protel software , and then proceed to circuit board production and testing.Finally, the design characteristics of the circuit of induction have summed up and summarized.Key words: ultrasonic generator; ultrasonic transducer; frequency tracking; Impedance matching; half-bridge inverter circuit`Word文档目录摘要 (I)Abstract (II)引言 (1)1 超声加工技术 (4)1.1 超声波加工的原理 (4)1.2 超声波加工的特点 (4)1.3 超声波加工的应用 (5)2 模拟与数字超声电源的基本电路 (7)2.1 模拟电路超声波发生器 (7)2.1.1 超声波振荡器 (7)2.1.2 超声波放大器 (7)2.2 数字超声波发生器 (7)2.3 频率跟踪 (9)2.4 功率控制 (11)2.4.1 输出功率控制系统 (11)2.4.2 功率控制系统中UC3875 的应用 (12)2.5 保护电路 (13)2.5.1 稳速电路 (14)2.5.2 过电压、过电流保护电路 (14)2.5.3 缓冲电路 (15)3 50W超声波发生器的电路设计 (17)3.1 总体方案设计 (17)3.2 整流、滤波电路的设计 (17)3.3 半桥逆变电路设计 (20)3.4 磁环变压器 (21)3.5 超声波发生器与换能器的匹配设计 (21)3.5.1 阻抗匹配 (22)3.5.2 调谐匹配 (24)3.5.3 关于匹配电感的设计 (25)`3.6 系统电路原理图 (26)3.6.1 电路的工作原理 (27)3.6.2 各个元器件的作用 (28)3.6.3 元器件的选取 (28)4.1 印刷电路板设计 (30)4.1.1 设计步骤 (30)4.1.2 设计电路版时应该注意的问题 (30)4.2 印制电路板的制作 (31)4.2.1 印制电路板的工具 (31)4.2.2 印制电路板的步骤 (31)4.3 电路板的焊接 (35)4.3 电路板的调试 (37)结论 (38)致 (39)参考文献 (40)Word文档`Word文档引言超声波发生器，通常称为超声波电源。

用于超声波管道清洗机的开关电源设计引言应用“空化效应”除垢防垢机理的一种新型的高声强度高可靠超声波管道清洗机已经问世，并在石油、化工、冶金或制药等领域获得了应用。

而超声波管道清洗机主要由高频高压大功率的超声波发生器和能将电能转化为机械能的管道式高声强换能器组成。

从图1所示可以看出，高声强度超声波管道清洗机主要由高频高压大功率电信号的超声波发生器（或称信号源）、传输电缆、管道式高声强压电换能器组成，换能器放置于管道内。

图1 超声波管道除垢清洗机实践证明，该换能器技术比赛成熟,，其主要指标能得到保证，而要确保超声波管道清洗机高可靠高声强特性的关键是超声波发生器。

为什么这么说呢？因为分立式高频高压大功率开关电源的实用性差。

由于换能器需要的是高频高压大功率开关电源，虽然此类开关电源均是用单个集成电源控制芯片和MOSFET或IGBT大功率全桥式组成，但还是多个分立元器件的组合，连线间分布电容所形成的尖峰干扰，在大负载开闭情况下会造成大功率管的信击穿或烧毁。

故此类开关电源非但效率低，而且故障率高、难维护、寿命短、实用性差。

为彻底改变此现状，最紧迫的是需要高可靠模块化的高频高压大功率开关电源，即DC/AC。

面对这新的挑战和机遇，我们采用了日本电盛兰达公司产的PF1000A-360型AC/DC功率变换模块和IPM-4M型全桥式DC/AC 高频大功率变换模块，将其前后级相连并与高频大功率脉冲变压器T 等一起组合而成新型模块式高频22～25kHz、高压100～120V大功率1000W开关电源。

值此，对该电源产品设计作个分析介绍。

设计思想对高频高压大功率开关电源而言，其由前级AC/DC(市电交流输入220V变换成直流高压) 和后级DC/AC(直流高压逆变成高频高压)两大主要部分组成。

按目前常规的设计，前级AC/DC往往为市电220V交流输入经整流滤波；而后级采用电源管理IC（电源控制芯片）和全桥大功率管(MOSFTT或IGBT) 及脉冲大功率变压器一起组成的零电压开通、关断的谐振电路（ZVS）拓扑方式来实现DC/AC（见图2）。

便携式B超系统内部使用的电源比较复杂，外部适配器和电池的电源必须经过DC/DC转换，以转换成系统需要的电压。

为了降低电源上的无用消耗，提高电池使用效率，系统主板、B 超控制板、液晶显示器以及键盘的电源采用开关电源供电。

便携B超电源的整体设计图1为便携B超电源的整体设计方框图。

便携B超电源输入电压有两种：一是电源适配器输入，电压为18V，二是电池输入，电压为14.4V。

要求实现两种电压之间的热切换，并在切换电压时不影响系统工作，即提供外电和电池供电无延时热切换功能。

需要输出±12V、5V、3.3V、±48V等几种电压，具体指标为12V/2.5A、-12V/0.5A、5V/4A、3.3V/3A、+48V/80mA、-48V/80mA。

具有单键开关机功能，即无电时，按电源键打开电源；在有电时，按电源键向控制面板发送关机信号，上位机还可以通过软件关机（即支持ATX关机指令）。

电源输出接口采用标准计算机ATX接口。

图1 便携B超电源整体设计方框图电源切换电路的设计便携B超电源切换电路如图2所示，在外接电源适配器时，电压输入交流18V，经VD100、VD101二极管后，再经R100、R107分压加到N100A（LM193）电压比较器的3脚（同相端）。

电池输入电压是14.4V，经R101、R108分压后加到N100A（LM193）电压比较器2脚（反相端）。

由于3脚电压高于2脚，因此N100A（LM193）1脚输出高电平，使三极管V100导通，V101截至，场效应管V105截至，POWER_IN+端得到的是外接电源适配器的18V电压。

当没有外接电源适配器时，或便携B超机在使用过程中，外部交流电突然停电造成无法使用外接电源适配器时， N100A（LM193）的3脚电压低于2脚，N100A（LM193）1脚输出低电平，使三极管V100截至，V101导通，场效应管V105导通。

电池电压经过导通的场效应管V105的源、漏极，POWER_IN+端得到的是电池的14.4V电压，实现了两种电压之间的热切换。

集美大学毕业设计论文毕业设计题目超声波电源的设计专业机械设计制造及其自动化班级机制0614 姓名曦曦学号2004710175 指导教师胡玉生职称副教授机械工程学院2010年6月2日超声波电源的设计[摘要]几十年来，超声加工技术的发展迅速，在型孔和型腔的加工、切割加工、超声波清洗、超声复合加工、超声波焊接领域均有较广泛的研究和应用，解决了许多关键性的工艺问题，取得了良好的效果。

本文首先介绍了国外在超声波电源方面的发展状况，然后详细分析了超声波设备的组成、关键技术以及设计难点，并以一种200w超声加工电路为方案设计、制作了超声波发生器，应用于超声加工。

通过对模拟与数字超声电源基本电路的介绍，了解超声波电源的频率跟踪、功率控制、稳速、过电压、过电流以及阻抗匹配等关键技术。

接着对所设计电路的各部位电路进行分析和设计。

在此基础上，详细介绍了整流电路、滤波电路、半桥逆变电路、超声波发生器与换能器的匹配设计以及用Protel 软件设计PCB图，然后进行电路板的制作和试验。

最后对所设计的电路的特点进行归纳与总结。

[关键词]:：超声波发生器；超声波换能器；频率跟踪；阻抗匹配；半桥逆变电路The Design Of Ultrasonic PowerAbstract The development of ultrasonic machining technology is rapid for decades. Type holes and cavity machining, cutting, ultrasonic cleaning, ultrasonic processing, and ultrasonic welding have a wider field of research and application, solves many key technology issues , achieved good resultsThis paper introduces the domestic and international aspects in the development of ultrasonic power first. Then a detailed analysis of the composition of ultrasonic equipment Key technologies and design difficulties And design a 200w ultrasonic generator which is used in ultrasonic machining .Through the power of analog and digital ultrasound description of the basic circuit, Learn about the frequency of ultrasonic power tracks, power control, steady speed, overvoltage, overcurrent and impedance matching key technologies. Then designed circuits to all parts of the circuit analysis and design. On this basis , Details of the rectifier circuit, filter circuit, push-pull inverter circuit, impedance , Ultrasonic generator and the matching design of transducer and PCB design using Protel software , and then proceed to circuit board production and testing.Finally, the design characteristics of the circuit of induction have summed up and summarized.Key words: ultrasonic generator; ultrasonic transducer; frequency tracking; Impedance matching; half-bridge inverter circuit目录摘要 (I)Abstract (II)引言 (1)1 超声加工技术 (4)1.1 超声波加工的原理 (4)1.2 超声波加工的特点 (4)1.3 超声波加工的应用 (5)2 模拟与数字超声电源的基本电路 (7)2.1 模拟电路超声波发生器 (7)2.1.1 超声波振荡器 (7)2.1.2 超声波放大器 (7)2.2 数字超声波发生器 (7)2.3 频率跟踪 (9)2.4 功率控制 (11)2.4.1 输出功率控制系统 (11)2.4.2 功率控制系统中UC3875 的应用 (12)2.5 保护电路 (13)2.5.1 稳速电路 (14)2.5.2 过电压、过电流保护电路 (14)2.5.3 缓冲电路 (15)3 50W超声波发生器的电路设计 (17)3.1 总体方案设计 (17)3.2 整流、滤波电路的设计 (17)3.3 半桥逆变电路设计 (20)3.4 磁环变压器 (21)3.5 超声波发生器与换能器的匹配设计 (21)3.5.1 阻抗匹配 (22)3.5.2 调谐匹配 (24)3.5.3 关于匹配电感的设计 (25)3.6 系统电路原理图 (26)3.6.1 电路的工作原理 (27)3.6.2 各个元器件的作用 (28)3.6.3 元器件的选取 (28)4.1 印刷电路板设计 (30)4.1.1 设计步骤 (30)4.1.2 设计电路版时应该注意的问题 (30)4.2 印制电路板的制作 (31)4.2.1 印制电路板的工具 (31)4.2.2 印制电路板的步骤 (31)4.3 电路板的焊接 (35)4.3 电路板的调试 (37)结论 (38)致 (39)参考文献 (40)引言超声波发生器，通常称为超声波电源。

资料范本本资料为word版本，可以直接编辑和打印，感谢您的下载超声波电源的设计地点：__________________时间：__________________说明：本资料适用于约定双方经过谈判，协商而共同承认，共同遵守的责任与义务，仅供参考，文档可直接下载或修改，不需要的部分可直接删除，使用时请详细阅读内容集美大学毕业设计论文毕业设计题目超声波电源的设计专业机械设计制造及其自动化班级机制0614姓名陈曦曦学号 2004710175指导教师胡玉生职称副教授机械工程学院2010年 6月2日超声波电源的设计[摘要] 几十年来，超声加工技术的发展迅速，在型孔和型腔的加工、切割加工、超声波清洗、超声复合加工、超声波焊接领域均有较广泛的研究和应用，解决了许多关键性的工艺问题，取得了良好的效果。

本文首先介绍了国内外在超声波电源方面的发展状况，然后详细分析了超声波设备的组成、关键技术以及设计难点，并以一种200w超声加工电路为方案设计、制作了超声波发生器，应用于超声加工。

通过对模拟与数字超声电源基本电路的介绍，了解超声波电源的频率跟踪、功率控制、稳速、过电压、过电流以及阻抗匹配等关键技术。

接着对所设计电路的各部位电路进行分析和设计。

在此基础上，详细介绍了整流电路、滤波电路、半桥逆变电路、超声波发生器与换能器的匹配设计以及用Protel软件设计PCB图，然后进行电路板的制作和试验。

最后对所设计的电路的特点进行归纳与总结。

[关键词]:：超声波发生器；超声波换能器；频率跟踪；阻抗匹配；半桥逆变电路The Design Of Ultrasonic PowerAbstract The development of ultrasonic machining technology is rapid for decades. Type holes and cavity machining, cutting, ultrasonic cleaning, ultrasonic processing, and ultrasonic weldinghave a wider field of research and application, solves many key technology issues , achieved good resultsThis paper introduces the domestic and international aspects in the development of ultrasonic power first. Then a detailed analysis of the composition of ultrasonic equipment Key technologies and design difficulties And design a 200w ultrasonic generator which is used in ultrasonic machining .Through the power of analog and digital ultrasound description of the basic circuit, Learn about the frequency of ultrasonic power tracks, power control, steady speed, overvoltage, overcurrent and impedance matching key technologies. Then designed circuits to all parts of the circuit analysis and design. On this basis , Details of the rectifier circuit, filter circuit, push-pull inverter circuit, impedance , Ultrasonic generator and the matching design of transducer and PCB design using Protel software , and then proceed to circuit board production and testing.Finally, the design characteristics of the circuit of induction have summed up and summarized.Key words: ultrasonic generator; ultrasonic transducer; frequency tracking; Impedance matching; half-bridge inverter circuit 目录TOC \o "1-3" \h \z \u HYPERLINK \l "_Toc264474770" 摘要PAGEREF _Toc264474770 \h IHYPERLINK \l "_Toc264474771" Abstract PAGEREF_Toc264474771 \h IIHYPERLINK \l "_Toc264474772" 引言 PAGEREF _Toc264474772 \h 1HYPERLINK \l "_Toc264474773" 1 超声加工技术 PAGEREF_Toc264474773 \h 4HYPERLINK \l "_Toc264474774" 1.1 超声波加工的原理 PAGEREF _Toc264474774 \h 4HYPERLINK \l "_Toc264474775" 1.2 超声波加工的特点 PAGEREF _Toc264474775 \h 4HYPERLINK \l "_Toc264474776" 1.3 超声波加工的应用 PAGEREF _Toc264474776 \h 5HYPERLINK \l "_Toc264474777" 2 模拟与数字超声电源的基本电路 PAGEREF _Toc264474777 \h 7HYPERLINK \l "_Toc264474778" 2.1 模拟电路超声波发生器PAGEREF _Toc264474778 \h 7HYPERLINK \l "_Toc264474779" 2.1.1 超声波振荡器 PAGEREF _Toc264474779 \h 7HYPERLINK \l "_Toc264474780" 2.1.2 超声波放大器 PAGEREF _Toc264474780 \h 7HYPERLINK \l "_Toc264474781" 2.2 数字超声波发生器 PAGEREF _Toc264474781 \h 7HYPERLINK \l "_Toc264474782" 2.3 频率跟踪 PAGEREF_Toc264474782 \h 9HYPERLINK \l "_Toc264474783" 2.4 功率控制 PAGEREF_Toc264474783 \h 11HYPERLINK \l "_Toc264474784" 2.4.1 输出功率控制系统 PAGEREF _Toc264474784 \h 11HYPERLINK \l "_Toc264474785" 2.4.2 功率控制系统中UC3875 的应用 PAGEREF _Toc264474785 \h 12HYPERLINK \l "_Toc264474786" 2.5 保护电路 PAGEREF_Toc264474786 \h 13HYPERLINK \l "_Toc264474787" 2.5.1 稳速电路 PAGEREF_Toc264474787 \h 14HYPERLINK \l "_Toc264474788" 2.5.2 过电压、过电流保护电路PAGEREF _Toc264474788 \h 14HYPERLINK \l "_Toc264474789" 2.5.3 缓冲电路 PAGEREF_Toc264474789 \h 15HYPERLINK \l "_Toc264474790" 3 50W超声波发生器的电路设计PAGEREF _Toc264474790 \h 17HYPERLINK \l "_Toc264474791" 3.1 总体方案设计 PAGEREF_Toc264474791 \h 17HYPERLINK \l "_Toc264474792" 3.2 整流、滤波电路的设计PAGEREF _Toc264474792 \h 17HYPERLINK \l "_Toc264474793" 3.3 半桥逆变电路设计 PAGEREF _Toc264474793 \h 20HYPERLINK \l "_Toc264474794" 3.4 磁环变压器 PAGEREF_Toc264474794 \h 21HYPERLINK \l "_Toc264474795" 3.5 超声波发生器与换能器的匹配设计 PAGEREF _Toc264474795 \h 21HYPERLINK \l "_Toc264474796" 3.5.1 阻抗匹配 PAGEREF_Toc264474796 \h 22HYPERLINK \l "_Toc264474797" 3.5.2 调谐匹配 PAGEREF_Toc264474797 \h 24HYPERLINK \l "_Toc264474798" 3.5.3 关于匹配电感的设计PAGEREF _Toc264474798 \h 25HYPERLINK \l "_Toc264474799" 3.6 系统电路原理图 PAGEREF _Toc264474799 \h 26HYPERLINK \l "_Toc264474800" 3.6.1 电路的工作原理 PAGEREF _Toc264474800 \h 27HYPERLINK \l "_Toc264474801" 3.6.2 各个元器件的作用 PAGEREF _Toc264474801 \h 28HYPERLINK \l "_Toc264474802" 3.6.3 元器件的选取 PAGEREF _Toc264474802 \h 28HYPERLINK \l "_Toc264474803" 4.1 印刷电路板设计 PAGEREF _Toc264474803 \h 30HYPERLINK \l "_Toc264474804" 4.1.1 设计步骤 PAGEREF_Toc264474804 \h 30HYPERLINK \l "_Toc264474805" 4.1.2 设计电路版时应该注意的问题 PAGEREF _Toc264474805 \h 30HYPERLINK \l "_Toc264474806" 4.2 印制电路板的制作 PAGEREF _Toc264474806 \h 31HYPERLINK \l "_Toc264474807" 4.2.1 印制电路板的工具 PAGEREF _Toc264474807 \h 31HYPERLINK \l "_Toc264474808" 4.2.2 印制电路板的步骤 PAGEREF _Toc264474808 \h 31HYPERLINK \l "_Toc264474809" 4.3 电路板的焊接 PAGEREF_Toc264474809 \h 35HYPERLINK \l "_Toc264474810" 4.3 电路板的调试 PAGEREF_Toc264474810 \h 37HYPERLINK \l "_Toc264474811" 结论 PAGEREF _Toc264474811 \h 38HYPERLINK \l "_Toc264474812" 致谢 PAGEREF _Toc264474812 \h 39HYPERLINK \l "_Toc264474813" 参考文献 PAGEREF_Toc264474813 \h 40引言超声波发生器，通常称为超声波电源。

- 17 -高 新 技 术法的可行性。

本文选取无人驾驶汽车动态避障规划路径的避障成功率，作为本次试验的对比指标，评估规划出的路径是否能够使无人驾驶汽车准确地避开设置的障碍物。

计算过程如公式（6）所示。

100%xR Q R=× （6）式中：Q 为避障成功率，Q 值越大，说明规划的动态避障路径准确性越高，反之同理；R x 为动态避障规划路径成功避开障碍物的次数；R 为总测试次数。

对上述的6个模拟车道进行编号，分别为DL-01#、DL-02#、DL-03#、DL-04#、DL-05#、DL-06#。

笔者测定了应用3种规划方法后，动态避障路径的避障成功率，并进行了客观对比，结果如图3所示。

图3 规划路径避障成功率对比结果DL-01#DL-02#DL-03#DL-04#DL-05#DL-06#道路编号试验组对照组1 对照组21009998979695避障成功率/%通过图3的评估指标对比结果可以看出，应用3种规划方法后，规划路径的避障成功率存在明显差异。

应用本文提出的基于改进卷积网络的无人驾驶汽车动态避障路径规划方法后，6个车道的无人驾驶汽车动态避障成功率始终高于另外2个对照组，均达到了99%以上。

这表明该方法可以有效地识别障碍物并进行避障，具有较高的可行性，对提高无人驾驶汽车行驶的安全性起到了重要作用。

3 结语综上所述，动态避障路径规划是无人驾驶汽车必须具备的性能之一，对无人驾驶汽车行驶的安全性、舒适性以及可靠性起到了重要作用。

因此，本文提出了一种基于改进卷积网络的无人驾驶汽车动态避障路径规划方法。

试验结果表明，该方法能够在复杂的环境中有效地识别障碍物并预测其运动轨迹，同时能够规划一条安全、高效的避障路径，提高汽车避障成功率。

本文的研究可以提高无人驾驶汽车的安全性和行驶效率，推动智能化汽车控制行业的发展。

除此之外，本文提出的研究还可以为其他领域的路径规划问题提供参考，具有广泛的应用前景。

参考文献[1]张立霞，张莉莉，刘晋丽.基于强化学习优化汽车智能换道与间距预警的汽车避障系统[J].自动化与仪器仪表， 2023（8）：139-143.[2]任书宇，吴钦木，周还籍.基于改进A~*和Lattice 算法的自动驾驶汽车路径规划研究[J].计算机与数字工程，2023，51（2）：342-347. [3]李亚辉，刘成晔，赵景波，等.自动驾驶汽车路径规划与轨迹跟踪研究综述[J].常州工学院学报，2023，36（1）：28-33. [4]刘艺，童亮，徐子丰，等.考虑障碍物风险场的智能车辆避障路径分层规划方法[J]. 北京信息科技大学学报（自然科学版），2023，38（1）：24-31.[5]陈鹏宇，孔令安，彭忆强.基于五阶Bezier 曲线的无人车避障轨迹规划[J].科学技术与工程，2022，22（31）：13933-13941.[6]李文礼，肖凯文，任勇鹏，等.行人过街场景下车辆避障路径规划与控制方法[J].汽车安全与节能学报，2022，13（3）：489-501.[7]张智能，李以农，余颖弘，等.复杂动态环境下智能汽车局部路径规划与跟踪算法研究[J].中国公路学报，2022，35（9）：372-386.[8]刘名洋，宋瑞，周建华，等.自动驾驶轨迹预测规划技术及在交叉路口下的应用[J].北京汽车，2022（3）：1-7，13.[9]李耀华，范吉康，刘洋，等.自适应双时域参数MPC 的智能车辆路径规划与跟踪控制[J].汽车安全与节能学报，2021，12（4）：528-539. 表1 驾驶数据数据类型描述数值无人驾驶汽车动力学数据车辆速度/（km ·h -1）60加速度/（m ·s -2）2方向正北转向角/（°）10传感器数据激光雷达距离/m 20摄像头帧率/fps 30IMU加速度/（m ·s -2）2交通流数据流量/（veh ·h -1）2000速度区间（km ·h -1）[40，60]车辆间距/m前车距离50控制指令数据转向指令/（°）转向角度10- 18 -高 新 技 术随着电力电子技术的迅猛发展，超声波电源的应用也得到了多样化的发展。

PID智能超声波电源设计1 引言开关电源以体积小，重量轻，功耗低，效率高，纹波小，噪声低，智能化程度高，易扩容等，逐渐替代工频电源，广泛应用于各种电子设备。

高可靠性、智能化及数字化是开关电源的发展方向。

音响功放要求电源随着负载变化自动调整输出电压，进而调节功率，以提高电源动态性能，降低音响功放内部损耗，但目前的开关电源无法实现。

选用TMS320F2812型DSP作为功放开关电源的主控制器，设计一种低功耗。

适用于大型功放系统的新型的智能功放开关电源。

2 智能功放开关电源设计图1为智能音响功放开关电源的总体原理框图，主电路采用交一直一交一直的结构。

输入工频220 V交流电路经滤波电路后，再经单相桥式整流电路输出直流电压；变换电路采用全桥移相逆变电路将前端直流电变换为高频的交流电．然后经二次整流滤波输出稳定的直流电压；检测电路对输出电压信号采样后，送入控制电路，通过改变控制电路输出脉宽占空比来调节输出电压；保护电路实现过压和过流保护；功率检测电路对变换电路电流采样，当输出功率超过500 W时，产生过功率检测信号，驱动控制电路，降低输出电压：辅助电源电路为控制电路和各种运放供电。

2．1 功放开关电源模块图2是功放开关电源的主电路，其中Vin是220 V交流输入经前端滤波和全波整流得到，电压为300 V。

为全桥逆变电路的输入电压。

VQ1、VQ2、VQ3、VQ4为IRFP460型大功率MOSFET，用作变换器开关管。

由于IRFP460型MOSFET是多数载流子器件，开关速度极快，开通和关断时间的典型值一般20 ns，具有较高的击穿电压和较大的工作电流。

此外，MOSFET的输入阻抗高，驱动电路较简单，只要在栅源之间加10 V左右的电压，就可使其饱和导通。

L4、C5、C6构成辅助谐振网络，考虑到变压器原边漏感，谐振电感LT的取值一般比实际值小，这里选用电感值为34 μH的非线性饱和电感1μF的，考虑到高频脉冲变压器T1磁饱和问题，原边绕组串接防偏磁电容，VD15和VD16，VD17和VD18分别为全波整流二极管，L1、C13、EC1、EC2和L2、C14、EC3、EC4分别为+35 V和-35 V输出回路的滤波电路。