一种稀土超磁致伸缩换能器驱动电源制造技术

本实用新型专利技术公开了一种稀土超磁致伸缩换能器驱动电源，至少包括直流供电模块、高频逆变电路、DSP信号发生电路、隔离电路、驱动电路、匹配滤波电路和反馈电路，其中，直流供电模块的输出端连接高频逆变电路，DSP信号产生电路通过隔离电路连接驱动电路，驱动电路的输出端连接高频逆变电路，高频逆变电路的输出端连接匹配滤波电路的输入端，反馈电路的输出端连接DSP信号产生电路的输入端。本实用新型专利技术用于超声波频率范围内的换能器驱动，可进行软件调频，输出频率稳定，能量转化效率高，使换能器能够广泛应用到水声、超声和主动振动控制等领域。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种换能器的驱动电源，特别是一种稀土超磁致伸缩换能器驱动电源，该电源用于驱动超声波频率范围内的稀土超磁致伸缩换能器。
技术介绍
目前，市场中出现的换能器主要有压电换能器和磁致伸缩换能器。近年发现并兴起的稀土超磁致伸缩材料，被人们普遍认为是制作低频、大功率、大深度换能器的理想功能材料，但是与之对应的智能化驱动系统的发展相对缓慢，即超磁致伸缩换能器驱动电源。超磁致伸缩换能器驱动电源主要采用逆变电源，传统的逆变电源采用模拟控制技术，该方法控制结构比较成熟，但是因采用大量的分散元件和电路板，导致硬件成本偏高， 系统的可靠性下降，且电源的电能利用率低，而且受开关管开关速度的限制，电源的频率也比较低，一般在20KHz以下。故数字化的逆变电源迅速发展起来，其控制电路结构简洁紧凑，一旦改变了控制方法，只需修改程序即可，无需变动硬件电路，大大缩短了设计研制周期，且易于采用先进的控制方法和智能控制策略，但传统的单片机存在速度慢、精度低的缺点，当在超声波频率范围内时，其控制精度不足。由于模拟电路与单片机在控制的速度与精度上存在缺陷，数字化、小型化的超磁致伸缩换能器驱动电源的设计开发势在必行。
技术实现思路
针对上述现有的超磁致伸缩换能器驱动电源存在的缺陷或不足，本技术的目的在于，提供一种基于TMS320F2812的稀土超磁致伸缩换能器驱动电源，其能够提供超声波频率范围内的驱动能力，且输出频率稳定、能量转换效率高，可软件调频等。为了达到以上目的，本技术采用如下的技术解决方案一种稀土超磁致伸缩换能器驱动电源，其特征在于，至少包括直流供电模块、高频逆变电路、DSP信号发生电路、隔离电路、驱动电路、匹配滤波电路和反馈电路，其中，所述直流供电模块的输出端连接所述高频逆变电路，所述DSP信号产生电路通过所述隔离电路连接所述驱动电路，所述驱动电路的输出端连接所述高频逆变电路，高频逆变电路的输出端连接所述匹配滤波电路的输入端，所述反馈电路的输出端连接所述DSP信号产生电路的输入端。本技术具有以下优点1.系统控制芯片为DSP，采用TMS320F2812，处理速度快，主频150MHz，时钟周期 6. 67ns，广泛应用于工业控制领域。控制芯片的片内外设资源中的事件管理器模块，可以方便的产生所需的SPWM波形。每个事件管理器中有PWM波形产生器和可编程的死区产生器， 最多可以同时产生八路PWM输出波形，并同时提供可屏蔽的外部供电和驱动保护中断。2.在SPWM信号的调制方法中，使用混合脉宽调制，其有效的减少了谐波系数和开关损耗，并且两桥臂轮流工作在高频和低频状态，使桥臂的功率管得到均衡，提高了稳定性。3.隔离电路、驱动电路分别使用了 6附37和EL7104，在保护了 DSP主控芯片的同时，完成了高频逆变电路的有效驱动。其中，当MOS门器件作为上桥臂功率管时，必须采用悬浮驱动电路进行栅极的驱动，而且对隔离驱动电路的时间特性要求较高。4.输出波形频率稳定，且可以进行软件调频，转换效率高，体积小。本技术用于超声波频率范围内(也可用于较低频率)的换能器驱动，可进行软件调频，输出频率稳定，能量转化效率高，使换能器能够广泛应用到水声、超声和主动振动控制等领域。附图说明图1为本技术的驱动电源的功能模块方框图。图2为本技术的驱动电源系统电路框图。图3为直流供电模块电路图。图4为高频逆变电路图。图5为反馈电路图。其中，(a)为电流检测电路图，(b)为频率检测电路图。图6为SP丽主程序流程图。 图7为中断服务程序流程图。图8为脉宽开关数据表生成流程图。图9为按键扫描与显示程序流程图。图10为20KHz时的SPWM波形及其正弦波，其中，(a)为20KHz时的SPWM波形， (b)为20KHz正弦波输出。以下结合附图和具体实施方式对本技术作进一步的解释说明。具体实施方式如图1、图2所示，超磁致伸缩换能器驱动电源实质是一个功率信号发生器，具体由以下模块组成直流供电模块(AC/DC电路)用以为各电路提供工作电压，为高频逆变电路提供直流工作电压。直流供电模块由变压模块、整流电路、滤波电路和稳压电路组成。变压模块的输出端连接到整流电路，整流电路的输出端连接滤波电路，滤波电路的输出端连接稳压电路，稳压电路输出端连接高频逆变电路。变压模块用以将电网电压进行电压转换，使变压器次级电压的有效值与所需直流电压接近，以便后续电路处理；整流电路用以通过单向导电性能的整流元件将交流电变换成单向脉动的直流电供高频逆变电路工作；滤波电路用以将单向脉动电压中的脉动成分滤掉，使输出电压成为有纹波的直流电压。滤波电路由电感电容等储能元件组成；稳压电路用以使输出的直流电压在电网电压或负载电流发生变化时保持稳定。高频逆变电路用以实现DC/AC转换，将AC/DC电路提供的直流电转化为所需的高频交流电。DSP信号发生电路用以产生SPWM波，以使逆变滤波后形成正弦波输出。DSP信号发生电路包括DSP主控芯片，还包括显示电路和按键电路。按键电路用以选择频率大小，显示电路用以显示频率。SPWM波形控制信号、显示信号和按键信号这三种信号的控制都通过 DSP信号发生电路完成；隔离电路用以隔离DSP信号发生电路和驱动电路，以保护DSP主控芯片。驱动电路用以对SPWM波进行功率放大，以使其产生所需功率的交流方波，从而驱动高频逆变电路中的功率开关管。匹配滤波电路用以对SPWM波形进行滤波，将SPWM波形转换为正弦波；用以进行超磁致伸缩换能器的匹配，使超磁致伸缩换能器将电信号转化为机械振动。匹配滤波电路完成阻抗匹配和调谐匹配，以使超磁致伸缩换能器工作在最佳状态。反馈电路用以对DSP信号发生电路所产生的信号进行功率反馈和频率反馈，以使驱动电源跟随超磁致伸缩换能器，使超磁致伸缩换能器保持最佳工作状态。其中，直流供电模块的输出端连接高频逆变电路，DSP信号产生电路通过隔离电路连接驱动电路，驱动电路的输出端连接高频逆变电路，高频逆变电路的输出端连接匹配滤波电路的输入端，反馈电路的输出端连接DSP信号产生电路的输入端。匹配滤波电路的输出端连接超磁致伸缩换能器，超磁致伸缩换能器通过反馈电路连接DSP信号产生电路的输入端。超磁致伸缩换能器带动负载工作。具体电路的实现如图3所示，直流供电模块由变压模块、整流电路、滤波电路和稳压电路组成。变压模块采用220V-18V的变压器，整流电路采用单相整流电路(使用4个IN4007 二极管)，滤波电路采用电容滤波电路(使用2000uf的电解电容)，稳压电路使用W7800系列的集成稳压器7805/7812或者集成开关稳压器CW4962。因为电路供电需要双向电压，所以直流供电电路设计为正负双向电源。如图4所示，高频逆变电路选用半桥型电路，能够减少开关管及其相对应的隔离与驱动电路，且所使用的混合脉宽调制方法也可以用半桥实现。使用的功率管是IRF820A， 其最大电压值是500V，最大电流值是2. 5A，功耗是50W，上升延迟时间8. Ins,上升时间 12ns，下降延迟时间16ns，下降时间13ns，导通电阻为3。DSP信号发生电路采用TI公司的TMS320F2812，处理速度快，主频150MHz，时钟周期6. 67ns，广泛应用于工业控制，特别是应用于处理速本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种稀土超磁致伸缩换能器驱动电源，其特征在于，至少包括直流供电模块、高频逆变电路、ＤＳＰ信号发生电路、隔离电路、驱动电路、匹配滤波电路和反馈电路，其中，所述直流供电模块的输出端连接所述高频逆变电路，所述ＤＳＰ信号产生电路通过所述隔离电路连接所述驱动电路，所述驱动电路的输出端连接所述高频逆变电路，高频逆变电路的输出端连接所述匹配滤波电路的输入端，所述反馈电路的输出端连接所述ＤＳＰ信号产生电路的输入端。

【技术特征摘要】
1.一种稀土超磁致伸缩换能器驱动电源，其特征在于，至少包括直流供电模块、高频逆变电路、DSP信号发生电路、隔离电路、驱动电路、匹配滤波电路和反馈电路，其中，所述直流供电模块的输出端连接所述高频逆变电路，所述DSP信号产生电路通过所述隔离电路连接所述驱动电路，所述驱动电路的输出端连接所述高频逆变电路，高频逆变电路的输出端连接所述匹配滤波电路的输入端，所述反馈电路的输出端连接所述DSP信号产生电路的输入端。2.如权利要求1所述的稀土超磁致伸缩换能器驱动电源，其特征在于，DSP信号发生电路包括DSP主控芯片，还包括显示电路和按键电路。3.如权利要求1所述的稀土超磁致伸缩换能器驱动电源，其特征在于，所述直流供电模块包...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐志刚，王松，张建阳，郗瑶颖，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：实用新型
国别省市：87