文档介绍：Thesis Submitted to
Hebei University of Technology

for
The Master Degree of Electrical Engineering

RESEARCH OF DRIVING POWER FOR
ULTRASONIC OSTRICTIVE TRANSDUCER

by
Xie Ning

Supervisor: Associate Prof. Huang Wenmei

December 2012
河北工业大学工程硕士学位论文

磁致伸缩超声换能器驱动电源的研究

摘要

超声技术已经广泛应用到生产生活中,对超声换能器的需求越来越大。目前常用的超
声换能器有两种类型,一种是压电陶瓷材料制作的压电超声换能器,另外一种是磁致伸缩
材料制作的磁致伸缩换能器。后者具有结构紧凑、输出功率大、能量密度高等特点,在现
代工业、农业、生物医学和军事防御等行业和领域具有非常广阔的应用前景。因此研制高
性能的稀土超磁致伸缩超声换能器十分必要,而为换能器提供能量的驱动电源设计生产的
相对滞后是阻碍超磁致伸缩超声换能器发展的主要原因。因此,研制新型的高质量的超声
磁致伸缩换能器驱动电源,可以有效提高磁致伸缩超声换能器的性能,对生产生活具有重
要的意义。
本文设计了一种基于 DSP 控制的具有自动频率跟踪功能的磁致伸缩超声电源。首先对
磁致伸缩超声换能器的结构进行了分析,得出了其等效电路,在此基础上,设计一种谐振
匹配电路,实现了磁致伸缩换能器负载的良好匹配。基于理论分析和仿真分析的结果,设
计出了驱动电源的主电路和基于 TI 公司 DSP 芯片 TMS320F2812 控制电路,电源的逆变
部分采用全桥移相控制策略实现高频条件下的零电压软开关技术,控制电路具有频率跟踪
功能,利用电气仿真软件 SABER 建立了采样鉴相仿真模型,得出了仿真结果。本文给出
了系统硬件电路的拓扑结构和参数,系统介绍了控制系统的控制流程,编写出了包括主程
序和终端服务子程序在内的控制程序。最后本文进行了实验验证,给出了磁致伸缩超声波
电源系统的相关实验波形和数据。实验结果证明本文设计的电源有良好的输出特性,在一
定范围的负载下较好地实现了频率跟踪使器件得以在谐振频率下工作。

关键字:磁致伸缩超声电源,调谐匹配,全桥移相,频率跟踪
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磁致伸缩超声换能器驱动电源的研究
RESEARCH OF DRIVING POWER FOR
ULTRASONIC OSTRICTIVE TRANSDUCER

ABSTRACT

Ultrasounic technology has been applied to every aspect of production and life, the
requirement to ultrasonic transducer that could transform ic energy into ultrasonic
wave is ing more and more. At present, ultrasonic transducer can be divided into two
categories, one is made of piezoelectric ceramics; the other one is made of giant ostrictive
material. The latter pact structure, high output power and high energy density. It has a
good prospect in the industrial, agricultural, biomedical and military defense industries. However,
the research in the ultrasonic ostrictive transducer is in the fledging period. Therefore, the
development of new type driving power for ultrasonic ostrictive transducer could greatly
improve the ostriction ultrasonic transducer performance. And