基于高精PWM的超声波电源频率跟踪控制①

彭皆彩，王 宾，石晓艳，杨安德

(安徽理工大学1.空间信息与测绘工程学院，2.电气与信息工程学院，安徽 淮南 232001；3. 安徽南瑞继远电网技术有限公司，安徽 合肥 230088)

0 引 言

超声波电源为超声波换能器供能的特种电源，基本原理为输出高频交流电能驱动压电陶瓷，使其工作在谐振状态，利用其逆压电效应将电能转换为机械能[1]，广泛应用于超声波清洗、超声波压花及焊接等领域。在实际工作中，由于换能器受发热及负载变化等因素影响，其固有谐振频率会发生漂移，产生恶性循环，进而使得超声波换能器升温更快，若不能实时跟踪其谐振频率，最终将会导致换能器高温烧毁，造成经济损失，因此，超声波电源的输出频率需要实时跟踪换能器的谐振频率[2]。

实现频率跟踪的方法按照反馈物理量不同分为声跟踪和电跟踪，目前市面上超声波电源采用的频率跟踪策略主要为电跟 踪，包括匹配电感调节法、最大电流搜索法、模拟锁相环频率跟踪法及PI-DDS跟踪法。匹配电感调节法是通过调节匹配电感的感值，使电源输出频率与换能器谐振频率一致，该方法精度较低，且需要人工调节，一般作为其他频率跟踪方法的辅助方法；最大电流搜索法利用换能器谐振时阻抗最小，电流最大的原则，寻找输出最大电流点，该方法对电流采样带宽及精度要求较高[3-4]；模拟锁相环频率跟踪法通过采样电源输出电压、电流计算相位差，通过模拟锁相环电路来改变输出电压的频率，该方法电路简单，但频率跟踪范围较窄，且产生的PWM可调节分辨率低，动态特性差[5-6]；……