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超声波焊接机模拟和数字发生器的特点和区别

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模拟电路超声波发生器和数字电路超声波发生器的特点和区别介绍:开关型超声波发生器与开关型电源的发展息息相关,而开关型电源发展又与电力电子开关器件发展紧密相连,也经历了三个发展历程:采用双极型开关晶体管年代、采用VDMOS年代、采用IGBT管年代;这样它的工作频率也经历了工频,低频,中频到高频的发展历程。随着电力电子器件的迅速发展,电力电子电路的控制也在飞速发展。控制电路最初以相位控制为手段、由分立元件组成,发展到集成控制器,再到实现高频开关的计算机控制。目前,向着更高频率,更低损耗和全数字化的方向发展。

模拟电路超声波发生器.jpg

老款模拟电路超声波发生器,结构简单,容易维修,更换模具需要准确调节超声波频率。

模拟控制电路存在控制精度低、动态响应慢、参数整定不方便、温度漂移严重、容易老化等缺点。专用模拟集成控制芯片的出现大大简化了电力电子电路的控制线路。提高了制信号的开关频率,只需外接若干阻容元件即可直接构成具有校正环节的模拟调节器,提高了电路的可靠性。但是,也正是由于阻容元件的存在,模拟控制电路的固有缺陷,如元件参数的精度和一致性、元件老化等问题仍然存在。此外,模拟集成控制芯片还存在功耗较大、集成度低、控制不够灵活,通用性不强等问题。

用数字化控制代替模拟控制,可以消除温度漂移等常规模拟调节器难以克服的缺点,有利于参数整定和变参数调节,便于通过程序软件的改变,调整控制方案和实现多种新型控制策略。同时可减少元器件的数目、简化硬件结构,提高系统可靠性。此外,还可以实现运行数据的自动储存和故障自动诊断,有助于实现电力电子装置运行的智能化。

超声波发生器应用控制技术一般有三种形式:

采用单片机控制、采用FPGA控制。但是我们这里用的是UC3875为控制器,做为PWM的占空比可变和过压、过流保护的功能,其是可以完成的。

数字电路超声波发生器.jpg

全数字电路超声波发生器,自动频率调节,长时间工作,超声波输出稳定。

(1)采用单片机控制

单片机是一种在一块芯片上集成了CPU,RAM ROM定时器/计数器和I/O接口等单元的微控制芯片,广泛应用在各种控制系统,主要以美国INTEL公司生产的MCS.51和MCS.96两大系列为代表。在声波发生器中,单片机主要用作数据采集和运算处理、电压电流调节、PWM信号生成、系统状态监控和故障自我诊断等,作为整个电路的主控芯片运行,完成多种综合功能。配合D/A转换器和IGBT功率模块实现脉宽调制。另外,单片机还具有对过流,过热、欠压等情 况的中断保护以及监控功能。

单片机控制克服了模拟电路的固有缺陷,通过数字化控制方法,得到高精度、高稳定度的控制特性,可实现灵活多样的控制功能。但是,单片机的工作频率与控制精度是一对矛盾,处理速度也很难满足高频电路的要求,这就使人们寻求功能更强芯片的帮助,于是UC3875应运而生。

(2)采用UC3875控制

UC3875芯片作为控制电路的2KW移相控制全桥变换(PSC FB ZVS-PWM)软开关电源,由于开关管在ZVS条件下运行,可实现高频化,而且控制简单,性能可靠,适用于大功率场合。

且能保持恒频运行,就不会同时出现大电压、大电流,减少了开关所受的应力,实现了高效化。大大减小了电源的体积。

(3)采用FPGA控制

FPGA属于可重构器件,其内部逻辑功能可以根据需要任意设定,具有集成度高、处理速度快、效率高等优点。其结构主要分为三部分:可编程逻辑块、可编程I/O模块、可编程内部连线。由于FPGA的集成度非常大,一片FPGA少则几千个等效门,多则几万或几十万个等效门,所以一片FPGA就可以实现非常复杂的逻辑,替代多块集成电路和分立元件组成的电路。它借助于硬件描述语言来对系统进行设计,采用三个层次 (行为描述、PJL描述、门级描述)的硬件描述和自上至下(从系统功能描述开始)的设计风格,能对三个层次的描述进行混合仿真,从而可以方便地进行数字电路设计,在可靠性、体积、成本上具有相优势。

比较而言,DSP适合取样速率低和软件复杂程度少时,FPGA更有优势。

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