基于DDS的頻率自動(dòng)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，不能直接驅動(dòng)換能器，必須經(jīng)過(guò)功率放大電路。實(shí)現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。本設計采用高電壓小電流電路來(lái)實(shí)現功率放大。設計中采用兩級功率放大電路來(lái)完成驅動(dòng)，可分為低壓驅動(dòng)電路和高壓驅動(dòng)電路。低壓驅動(dòng)電路如圖3所示。

圖3 低壓驅動(dòng)電路

　　在低壓驅動(dòng)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動(dòng)不了功率管IRF540，所以加了一級NPN三極管的射隨驅動(dòng)電路。從圖3可以看出，正負12伏的方波信號經(jīng)過(guò)一個(gè)NPN管轉換為一個(gè)帶有一定驅動(dòng)能力的方波信號，該方波信號進(jìn)一步驅動(dòng)MOS管IRF540，使連接在MOS管源極和VCC之間隔離變壓器的2個(gè)副邊線(xiàn)圈能感生出兩個(gè)相位相反、幅度相同的方波出來(lái)，波形如圖4所 示。VCC的大小可以調節，在設計中通過(guò)調節其大小來(lái)改變隔離變壓器的副邊線(xiàn)圈感生出方波的幅度大小，從而改變整個(gè)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(gè)N溝道MOS管組成的半橋推挽互補功率放大電路為整個(gè)系統的高壓驅動(dòng)電路模塊。電路圖如圖5所示。

圖5 高壓驅動(dòng)電路

　　圖5中電路的工作電壓是220VAC電源直接經(jīng)過(guò)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，所以需要在低壓驅動(dòng)電路和高壓驅動(dòng)電路之間加入隔離變壓器。設計中半橋推挽互補功率放大電路選用IRFP460功率管，該功率管可耐壓500V，允許通過(guò)最大電流為20A。設計中為了增大發(fā)生器的驅動(dòng)功率，采用4路并行的半橋推挽互補功率放大電路結構，圖5中為了電路圖的簡(jiǎn)潔，只畫(huà)了一條支路的半橋推挽互補功率放大電路。

3.3 匹配電路設計

　　在功率超聲設備中，發(fā)生器與換能器的匹配設計非常重要。 在很大程度上決定了超聲設備能否正常、高效地工作。超聲波發(fā)生器與換能器的匹配包括兩個(gè)方面：阻抗匹配和調諧匹配。阻抗匹配就是使換能器的阻抗變換為最佳負載，即起阻抗變換作用。調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。

　　在設計中半橋推挽互補功率放大電路的輸出經(jīng)變壓器耦合后通過(guò)可調電感連接到換能器上形成匹配電路，該電路如圖5中線(xiàn)框標注所示。通過(guò)匹配電路使超聲波發(fā)生器的負載呈現為純阻性狀態(tài)，并且通過(guò)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載。