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諧振電路，以IGBT為功率開關器件，熱耗小，轉換效率高，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。

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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

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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諧振電路拓撲結構，四個功率開關管輪流導通和關斷，由于是串聯諧振電路和有電感L的續(xù)流作用，實現了軟開關，減小了功率開關管的導通和關斷損耗，提高了整機效率。

3電路設計參數和實驗結果

3.1電路參數

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，可調諧。

7）吸收電路截止放電型

R：270Ω/6W；C：47000pF/1000V。

3.2實驗結果

采用圖1所示的拓撲電路和圖3所示的控制波形，調整電感使調諧電路工作頻率為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。

在電路調試過程中，如果調諧不當，則會使控制驅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結語

綜上所述，采用全橋移相式串聯諧振電路、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