近年來，隨著超聲學研究的發(fā)展，功率超聲技術得到了越來越廣泛的應用。超聲波清洗技術作為功率超聲技術的一個分支，以清洗速度快、效果好、易于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點，為傳統(tǒng)工業(yè)清洗領域注入了新鮮的血液。作為超聲波清洗機的核心組件，超聲逆變電源的設計一直是超聲波清洗系統(tǒng)設計的關鍵環(huán)節(jié)，它性能的好壞很大程度上決定了最終的清洗效果。以往的超聲逆變電源的設計通常是基于模擬集成控制芯片的，這種實現(xiàn)方式在頻率、功率控制的精度和速度上以及系統(tǒng)的靈活性、穩(wěn)定性方面存在著一定的局限性，限制了超聲逆變電源的發(fā)展。數(shù)字控制技術的出現(xiàn)，很好地彌補了上述缺陷，因此本課題將數(shù)字控制技術引入到超聲逆變電源控制電路的設計中是很有意義的。

    本文首先對超聲逆變電源的基本結構和工作原理做了簡單介紹，針對超聲逆變電源各部分的結構特點，并結合一些傳統(tǒng)設計方案優(yōu)缺點的分析，確定了二極管不控整流的整流電路設計方案、電壓源型串聯(lián)諧振逆變器的逆變電路實現(xiàn)方案、基于鎖相環(huán)的頻率跟蹤實現(xiàn)方案、和基于PWM脈寬調制技術的功率調節(jié)實現(xiàn)方案。接著，文章詳細介紹了頻率自動跟蹤和功率控制的具體實現(xiàn)方法，利用數(shù)學推理和波形分析的方式闡明了方案的可行性，并通過軟件仿真驗證了方案的正確性。然后，文章還設計了主電路諧振軟開關、人機接口電路、采樣電路、IGBT驅動以及過流過溫保護電路。方案確定了之后，通過觀察自制電路板的實驗波形表明新構建的超聲逆變電源可以保證系統(tǒng)在復雜工況下處于諧振狀態(tài)，驗證了全數(shù)字頻率跟蹤系統(tǒng)和功率調節(jié)系統(tǒng)的可行性和有效性。

    本文的重點和創(chuàng)新點在于將超聲逆變電源的控制電路通過數(shù)字化來實現(xiàn)。本文創(chuàng)新地利用FPGA構建了全數(shù)字頻率跟蹤系統(tǒng)——數(shù)字鎖相環(huán)和全數(shù)字功率調節(jié)系統(tǒng)——數(shù)字PWM調制、數(shù)字PID調節(jié)，從而取代了傳統(tǒng)的模擬鎖相環(huán)芯片CD4046和模擬PWM控制芯片SG3525，在控制的精確性、快速性和靈活性上都有了很大的提高。此外，利用ATmega16單片機實現(xiàn)了人機接口電路、頻率采樣和電流A/D轉換，并通過SPI接口與FPGA進行數(shù)據(jù)傳輸，完善了數(shù)字控制體系，從而實現(xiàn)了基于FPGA和單片機的全數(shù)字控制超聲逆變電源系統(tǒng)。

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