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UC3875在超聲電源功率控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
摘要:根據(jù)超聲波發(fā)生器的功率控制系統(tǒng)原理,闡述了移相控制策略對超聲波發(fā)生器輸出電壓波形的影響,介紹了移相控制專用芯片UG3875的電路結(jié)構(gòu)和使用設(shè)計方法。關(guān)鍵詞:移相;控制;UC3875
利用超聲波電源切割復(fù)合材料時,為了保證換能器的輸出振幅恒定,要求超聲波發(fā)生器具有功率自調(diào)節(jié)功能;同時,為了切割不同的纖維材料,還要求振幅具有可調(diào)功能;這些都要求超聲波發(fā)生器帶有功率輸出控制系統(tǒng),在這個系統(tǒng)中,需控制的參量一般是換能器的電流值,而換能器電流值的恒定,則要通過控制換能器兩端的電壓來實(shí)現(xiàn)。本文通過全橋移相的移相角來改變正弦波的幅值,從而改變換能器兩端的電壓以達(dá)到控制換能器電流的目的。
1 輸出功率控制系統(tǒng)
圖1所示是一個超聲電源功率控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。其中的移相脈沖產(chǎn)生電路在用全橋式逆變電路作主回路時,需要產(chǎn)生如圖2所示的電壓波形來驅(qū)動IGBT。為了防止橋臂直通,要求同一橋臂的上下兩個開關(guān)管(T1?T2和T3?T4)應(yīng)具有延時互鎖導(dǎo)通功能。一般延時互鎖導(dǎo)通時間td是固定的(大約一兩個微秒),同時不同橋臂的上下兩個開關(guān)管的導(dǎo)通應(yīng)具有可以改變的延時(即移相角),此外還要求控制電路的波形能夠滿足tΦ。移相控制專用芯片UC3875完全能夠完成上述功能。
2 功率控制系統(tǒng)中UC3875的應(yīng)用
UC3875是美國Unitrode公司針對移相控制方案推出的專用芯片,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。
2.1 工作頻率設(shè)計
本電源工作頻率設(shè)計為20kHz±500Hz。當(dāng)UC3875同步端的時鐘頻率高于其固有頻率時,UC3875的工作頻率等于外加到同步端的時鐘頻率;當(dāng)UC3875同步端的時鐘頻率低于其固有頻率時,UC3875的工作頻率是其本身的固有頻率。因此,本設(shè)計利用這一特點(diǎn)將壓控振蕩器的輸出加到UC3875的同步端17腳上;為了防止UC3875的工作頻率太低而使高頻變壓器飽和,筆者將UC3875的固有頻率設(shè)計在19kHz左右。此時。茫茷椋埃宝蹋?RF為2.1kΩ。圖4所示是UC3875在功率控制系統(tǒng)中的應(yīng)用電路。
2.2 死區(qū)時間設(shè)置
在死區(qū)設(shè)置腳與信號地之間并聯(lián)一個電阻RAB和一個電容CAB可設(shè)置死區(qū)時間。其公式如下:
T=(62.5×10-12×R)/VDELAY
式中,VDELAY為延遲端電壓(。玻矗郑绤^(qū)時間T可。拨蹋髸r,電阻RAB為76.8kΩ。
2.3 驅(qū)動EXB841的設(shè)計
為了能方便控制輸出,在UC3875與驅(qū)動電路EXB841之間可加一級與非門?由于EXB841的輸入一般是10mA,因此,與非門的輸出能力已足夠滿足系統(tǒng)要求。當(dāng)輸出控制為0時?輸出被鎖死,當(dāng)輸出為1時,輸出被打開。EXB841的保護(hù)信號通常加到UC3875的過流保護(hù)端,當(dāng)EXB841沒有保護(hù)輸出時, 加到UC3875過流保護(hù)端的電壓為零;當(dāng)有保護(hù)輸出時,加到UC3875過流保護(hù)端的電壓為15V,此電壓應(yīng)高出UC3875的2.5V過流保護(hù)電壓。
圖4 UC3875作為控制芯片的應(yīng)用電路
2.4 軟啟動設(shè)置
如在
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