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感应器械调频带动架简析

(1)由压控振荡器(VCO)、光耦合隔离和整形部分构成了超声波驱动源的信号发生器。由于压控振荡器输出信号频率正比于输入直流电压,为防止驱动源其他部分对压控振荡器的干扰而造成信号发生器输出信号频率波动,故采用光耦合将信号发生器同其余部分实现电气隔离;整形线路是防止频率较高时光耦合器件传递频率信号时的波形失真;

(2)驱动电路采用三极管NPN和PNP对接构成了驱动电路。开关电路中,开关管采用VDMOS管,这种管子具有开关时间短,导通电阻小,耐压高和导通时电流大的特点;

(3)因为调节变压器的初次匝数比比较困难,故匹配电路采用高频变压器和并联的电容构成,这样可通过调节相并联的电容使匹配电路工作在最佳状态;

(4)和压电陶瓷相并联的电阻、光耦合、跟随器、交、直流变换电路及加法器构成了负反馈电路。光耦合使压控振荡器和其余高电压电路相隔离;跟随器是为了给交、直流变换电路提供驱动能力并消除光耦合和交直流变换电路的相互影响,便于电路的调节。工作过程分析在变频驱动源工作前,需要根据超声电机的谐振频率,调整VCO的输入端的加法器的设定电压Vin使VCO的工作频率稍大于超声电机的谐振频率。同时还需要调整匹配电路中的电容,使匹配电路的谐振频率等于超声电机的谐振频率。

这样在VCO的工作频率增加时,与加法器相加的反馈电压会减小;VCO工作频率减小时,反馈电压会增加。当由于某种干扰使VCO的输入电压增加时,VCO的工作频率会增大,反馈电压减小,和设定电压Vin相加后,使VCO的输入电压减小,从而使VCO的工作频率减小,反之亦然。可见,反馈电路具有稳定频率的作用。当由于超声电机温度变化引起超声电机压电陶瓷的电容增加时,超声电机的谐振频率会降低。这时对于VCO同样的工作频率,反馈电压会减小,VCO的输入电压也会减小。

因此,VCO的工作频率会降低。反之亦然。可见该驱动源还能够跟踪由于超声电机激励压电陶瓷电容变化引起的超声电机谐振频率的变化。激励压电陶瓷电容变化引起的VCO工作频率的变化为了验证驱动源的工作频率跟踪超声电机激励压电陶瓷电容变化引起的谐振频率的特性,作者设计了如下的实验:在工作点(113.0kHz)的闭环和开环情况下,在匹配电路中并入一个518pF的电容。

加入电容前后,频率和幅值变化情况。此可以看出:在超声电机激励压电陶瓷电容变化时,即超声电机定子谐振频率变化时,该驱动源能够在某种程度上自动跟踪定子谐振频率的变化。稳定性实验在开环情况下,超声电机的旋转速度很不稳定,需要经常调节VCO的输入电压,使超声电机旋转。在闭环的情况下,超声电机能够在连续长时间(8h)保持稳定的旋转速度((50±3)r/min)。

结论:本文分析了基于压控振荡器的超声电机变频驱动源的构成、功能及其稳频和跟踪超声电机压电陶瓷的电容变化的特性。实验表明该驱动源具有良好的抗扰动能力和较好的长期工作的稳定性。该驱动源的不足之处在于每次上电时都需要仔细地调节VCO初始设定的电压使驱动源建立稳定的负反馈。

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