一种DSP芯片外围电路典型设计引 言 DSP(数字信号处理器)芯片是一种能够实时快速地实现各种数字信号处理算法控制的微处理器,已经在通信与信息系统、信号与处理、自动控制、雷达、航空航天、医疗等许多领域得到了广泛的应用。目前生产DS
文中设计的超声波清洗机是以STC单片机为控制核心,包括整流滤波、逆变、IGBT驱动、PWM发生与一体成型电感厂控制、频率扫描显示、功率调节、调谐匹配与阻抗匹配模块以及相关保护模块。
图1超声波清洗机原理框图
在超声波清洗机中,220V50Hz的市电输入后分为两路,一路用来产生大功率超声波,另一路用来检测、控制与显示的供电作用,具体如图1所示。其中,通过双向可控硅可控制清洗机的功率。逆变模块为半桥逆变,把直流电压逆变为高频交流电压,再经调谐匹配与阻抗匹配模块的变压器升压以及电感匹配,可以高效率、最大功率地输送到压电换能器。最后,压电换能器把超声波电源输出的电能转化为高频机械振动。
2超声波清洗机各模块设计原理
2.1整流滤波与功率调节模块
220V50Hz交流电经整流桥B1整流以及电解电容C12滤波后产生直流输出电压。其中双向可控硅TR1用于功率调节,C11为安规电容,R11和C11主要用于消除高频干扰。而U1为光耦,型号可以选择MOC3021,1脚和3脚接调功模块。光耦U1起到隔离强弱电的作用,增强了电路的可靠性和安全性。
图2整流滤波模块
在超声波电源系统的工作过程中,整流滤波模块与逆变模块会发热,可以将两个模块安装在一个铝片散热器上,进行风冷散热。这样,系统可以更安全可靠工作。
2.2逆变与脉冲驱动模块
由于半桥逆变电路所用到的功率器件少,成本低,而且控制电感器工厂相对简单,因此本文设计的超声波清洗机采用半桥逆变电路。
图3半桥逆变模块
在半桥逆变电路中,两个全控型开关器件为IGBT,即Q1与Q2和二极管D11和D12构成半桥逆变,在Q1和Q2上加以互补的信号,O1与Q2两IGBT是轮流触发的,即各交替进行导通。同时,在直流侧输入端接的电容C1和C2应足够大,并且C1=C2,容值可选2μF以上。同样,电阻R14、R15也应足够大,并且R14=R15,阻值可选100kΩ以上。熔断器F11和F12用于保护开关管Q1和Q2,模压电感器防止电流过大。
变压器T1和电阻R16、R17、R18、R19组成脉冲驱动模块,为Q1和Q2提供互补的触发信号。由于IGBT的驱动电压应小于20V,而T12,T14间的输入电压约12V,因此变压器T1变比设计为1:1:1。R18、R19用于限流作用,可选20Ω左右的电阻。在本超声波清洗机中,上下两个IGBT器件留有一定的死区时间,以防止两者同时导通。