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(kāi)關(guān)器件，熱耗小，轉(zhuǎn)換效率高，噪音低，配合適當(dāng)型號(hào)的清洗槽和清洗液，清洗效果好。關(guān)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(jī)電源主電路

圖2等效電路拓?fù)?/p>

1引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，超聲波清洗機(jī)在很多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是在軍事裝備和各種電子、機(jī)械、光學(xué)等零部件的加工和處理過(guò)程中。但以前的超聲波清洗機(jī)大多存在噪聲大、效率低等缺點(diǎn)。為此，采用全橋移相式串聯(lián)諧振電路拓?fù)?，以IGBT為功率開(kāi)關(guān)器件，研制成功某型便攜式超聲波清洗機(jī)。它具有熱耗小，轉(zhuǎn)換效率高，噪音低，清洗效果好等特點(diǎn)。

2超聲波清洗機(jī)電源主電路和工作原理

2.1主電路拓?fù)?/p>

超聲波清洗機(jī)電源主電路采用全橋移相式串聯(lián)諧振電路拓?fù)?，以IGBT為功率開(kāi)關(guān)器件，如圖1所示。

其等效電路拓?fù)淙鐖D2所示。

圖2中R0和C并聯(lián)電路是將負(fù)載超聲波換能器組的阻抗歸算到變壓器初級(jí)的等效阻抗。等效關(guān)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(jí)匝比。

()

開(kāi)關(guān)電源

圖3主電路控制時(shí)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(shí)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(kāi)關(guān)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(shí)序波形圖可以看出，采用了全橋移相式串聯(lián)諧振電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，四個(gè)功率開(kāi)關(guān)管輪流導(dǎo)通和關(guān)斷，由于是串聯(lián)諧振電路和有電感L的續(xù)流作用，實(shí)現(xiàn)了軟開(kāi)關(guān)，減小了功率開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷損耗，提高了整機(jī)效率。

3電路設(shè)計(jì)參數(shù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1電路參數(shù)

1）變壓器

磁芯：EE28A；

初級(jí)：65匝，多股并繞（10A）；

次級(jí)：100匝，多股并繞（10A）。

2）超聲換能器組7個(gè)，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(kāi)關(guān)管1MB60D?100，4只。

5）全橋整流管20A/600V。

6）開(kāi)關(guān)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(shí)驗(yàn)結(jié)果

采用圖1所示的拓?fù)潆娐泛蛨D3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(shí)測(cè)電路中的電流iL波形如圖3所示，基本上是正弦波，開(kāi)關(guān)管和吸收電路、散熱器均不發(fā)熱。

在電路調(diào)試過(guò)程中，如果調(diào)諧不當(dāng)，則會(huì)使控制驅(qū)動(dòng)波形和諧振不同步，電路輸出功率減小，且開(kāi)關(guān)管等發(fā)熱嚴(yán)重。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，采用全橋移相式串聯(lián)諧振電路、以IGBT為功率開(kāi)關(guān)器件設(shè)計(jì)的超聲波電源具有許多優(yōu)點(diǎn)。實(shí)踐證明，配合適當(dāng)型號(hào)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(yīng)用將會(huì)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(xiàn)