一款基于STC單片機的超聲波清洗機系統設計

　　2.6 調諧匹配與阻抗匹配模塊

　　超聲波電源與換能器的匹配主要是調諧匹配和阻抗匹配。在調諧匹配中為減少靜電抗產(chǎn)生的無(wú)功損耗，使壓電換能器輸出最大功率，需要通過(guò)匹配使換能器近似于純電阻狀態(tài)，提高超聲波電源輸出效率。另外，若完成了調諧匹配時(shí)，即負載為純電阻狀態(tài)時(shí)，為使電源輸出最大功率，需要令實(shí)際負載和電源的最佳輸出阻抗相等，而實(shí)現方法為：通過(guò)高頻變壓器使換能器的阻抗變換為超聲波電源的最佳輸出阻抗，從而使壓電換能器輸出最大功率。

　　圖7為超聲波清洗機調諧匹配與阻抗匹配模塊。其中，虛線(xiàn)框內為壓電換能器的等效電路圖。

　　其中，Co是壓電換能器的靜態(tài)電容，主要是由夾持而產(chǎn)生的電容，它是一個(gè)真實(shí)的電學(xué)量;Ro是壓電換能器的介電損耗電阻，一般認為Ro無(wú)窮大，通常忽略不計;Ld、Cd、Rd分別為壓電換能器的動(dòng)態(tài)電感、動(dòng)態(tài)電容和動(dòng)態(tài)電阻。當Ld、Cd處于諧振時(shí)，串聯(lián)支路為純阻。在串聯(lián)電感調諧匹配作用下，超聲波電源的整個(gè)負載呈現出純電阻性。當電源的輸出電壓穩定時(shí)，阻性負載上得到的功率只和負載的阻值有關(guān)，因此，需要采用高頻變壓器來(lái)進(jìn)行阻抗變換，從而使超聲波電源能夠以最大功率輸出。

　　3 結束語(yǔ)

　　文中根據實(shí)際需求，以STC一款型號為IAP15F2K61S2的單片機作為控制核心，提出了超聲波清洗機系統整體設計方案。根據設計方案，進(jìn)行了軟件、硬件的設計和調試，保證其工作頻率在20～50 kHz范圍內連續可調，死區時(shí)間穩定，從而使與超聲波電源與壓電換能器匹配后能夠產(chǎn)生大功率的超聲波。最后根據設計制作出了一款具有調功、調頻、定時(shí)功能的超聲波清洗機。通過(guò)現場(chǎng)試驗，本超聲波電源系統能夠長(cháng)時(shí)間穩定地工作。