一款基于STC單片機(jī)的超聲波清洗機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　2.6 調(diào)諧匹配與阻抗匹配模塊

　　超聲波電源與換能器的匹配主要是調(diào)諧匹配和阻抗匹配。在調(diào)諧匹配中為減少靜電抗產(chǎn)生的無功損耗，使壓電換能器輸出最大功率，需要通過匹配使換能器近似于純電阻狀態(tài)，提高超聲波電源輸出效率。另外，若完成了調(diào)諧匹配時(shí)，即負(fù)載為純電阻狀態(tài)時(shí)，為使電源輸出最大功率，需要令實(shí)際負(fù)載和電源的最佳輸出阻抗相等，而實(shí)現(xiàn)方法為：通過高頻變壓器使換能器的阻抗變換為超聲波電源的最佳輸出阻抗，從而使壓電換能器輸出最大功率。

　　圖7為超聲波清洗機(jī)調(diào)諧匹配與阻抗匹配模塊。其中，虛線框內(nèi)為壓電換能器的等效電路圖。

　　其中，Co是壓電換能器的靜態(tài)電容，主要是由夾持而產(chǎn)生的電容，它是一個(gè)真實(shí)的電學(xué)量;Ro是壓電換能器的介電損耗電阻，一般認(rèn)為Ro無窮大，通常忽略不計(jì);Ld、Cd、Rd分別為壓電換能器的動(dòng)態(tài)電感、動(dòng)態(tài)電容和動(dòng)態(tài)電阻。當(dāng)Ld、Cd處于諧振時(shí)，串聯(lián)支路為純阻。在串聯(lián)電感調(diào)諧匹配作用下，超聲波電源的整個(gè)負(fù)載呈現(xiàn)出純電阻性。當(dāng)電源的輸出電壓穩(wěn)定時(shí)，阻性負(fù)載上得到的功率只和負(fù)載的阻值有關(guān)，因此，需要采用高頻變壓器來進(jìn)行阻抗變換，從而使超聲波電源能夠以最大功率輸出。

　　3 結(jié)束語

　　文中根據(jù)實(shí)際需求，以STC一款型號(hào)為IAP15F2K61S2的單片機(jī)作為控制核心，提出了超聲波清洗機(jī)系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案。根據(jù)設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行了軟件、硬件的設(shè)計(jì)和調(diào)試，保證其工作頻率在20～50 kHz范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，死區(qū)時(shí)間穩(wěn)定，從而使與超聲波電源與壓電換能器匹配后能夠產(chǎn)生大功率的超聲波。最后根據(jù)設(shè)計(jì)制作出了一款具有調(diào)功、調(diào)頻、定時(shí)功能的超聲波清洗機(jī)。通過現(xiàn)場試驗(yàn)，本超聲波電源系統(tǒng)能夠長時(shí)間穩(wěn)定地工作。