基于DDS的頻率自動跟蹤超聲波發生器的研制

3.2 功率放大電路

　　由信號產生電路產生的方波信號為小功率方波信號，不能直接驅動換能器，必須經過功率放大電路。實現功率放大方法有兩種途徑:一種方法是采用低壓大電流電路;另一種方法是采用高電壓小電流電路。本設計采用高電壓小電流電路來實現功率放大。設計中采用兩級功率放大電路來完成驅動，可分為低壓驅動電路和高壓驅動電路。低壓驅動電路如圖3所示。

圖3 低壓驅動電路

　　在低壓驅動電路中選用的功率管型號為IRF540，因信號產生電路產生的方波信號直接驅動不了功率管IRF540，所以加了一級NPN三極管的射隨驅動電路。從圖3可以看出，正負12伏的方波信號經過一個NPN管轉換為一個帶有一定驅動能力的方波信號，該方波信號進一步驅動MOS管IRF540，使連接在MOS管源極和VCC之間隔離變壓器的2個副邊線圈能感生出兩個相位相反、幅度相同的方波出來，波形如圖4所 示。VCC的大小可以調節，在設計中通過調節其大小來改變隔離變壓器的副邊線圈感生出方波的幅度大小，從而改變整個超聲波發生器的輸出功率大小。

圖4 隔離變壓器輸出波形

　　由兩個N溝道MOS管組成的半橋推挽互補功率放大電路為整個系統的高壓驅動電路模塊。電路圖如圖5所示。

圖5 高壓驅動電路

　　圖5中電路的工作電壓是220VAC電源直接經過整流濾波后得到。因兩級功率放大電路的工作電壓相差很大而且取電方式不同，所以需要在低壓驅動電路和高壓驅動電路之間加入隔離變壓器。設計中半橋推挽互補功率放大電路選用IRFP460功率管，該功率管可耐壓500V，允許通過最大電流為20A。設計中為了增大發生器的驅動功率，采用4路并行的半橋推挽互補功率放大電路結構，圖5中為了電路圖的簡潔，只畫了一條支路的半橋推挽互補功率放大電路。

3.3 匹配電路設計

　　在功率超聲設備中，發生器與換能器的匹配設計非常重要。 在很大程度上決定了超聲設備能否正常、高效地工作。超聲波發生器與換能器的匹配包括兩個方面：阻抗匹配和調諧匹配。阻抗匹配就是使換能器的阻抗變換為最佳負載，即起阻抗變換作用。調諧匹配則是使換能器兩端輸入的電壓和電流同相位，從而使效率最高。

　　在設計中半橋推挽互補功率放大電路的輸出經變壓器耦合后通過可調電感連接到換能器上形成匹配電路，該電路如圖5中線框標注所示。通過匹配電路使超聲波發生器的負載呈現為純阻性狀態，并且通過耦合變壓器的阻抗變換作用使換能器的阻抗變換為最佳負載。