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传感技术学报 2023年第1期36卷 15-21页

作者：罗锡棋郭南翔颜海霞董林玺杭州电子科技大学电子信息学院智能微传感器与微系统教育部工程中心浙江杭州310018 杭州电子科技大学信息工程学院浙江杭州310018

针对超声驱动电源在不同共振频率跟踪(RFT)方案下存在的频率搜索范围小、跟踪进程长、软硬件设计复杂等问题,研究了基于集成芯片的频率跟踪方案。该方案以集成芯片为核心,结合逻辑控制及其外围接口电路,实现了压电换能器在毫秒量级的频... 详细信息

针对超声驱动电源在不同共振频率跟踪(RFT)方案下存在的频率搜索范围小、跟踪进程长、软硬件设计复杂等问题,研究了基于集成芯片的频率跟踪方案。该方案以集成芯片为核心,结合逻辑控制及其外围接口电路,实现了压电换能器在毫秒量级的频率智能跟踪。此外,还设计了一种输出频率范围可调的VCO电路,来搭配使用频率跟踪模块;以匹配电路的电压放大倍数和换能器电流为目标函数计算出匹配参数。最后基于频率跟踪模块实现了小型化、低成本的超声驱动电源,验证了基于集成芯片的频率跟踪方案。所设计的电源拥有27 kHz~29 kHz频率搜索范围,0.5 Hz的频率跟踪精度。实验结果表明,其能在3.5 ms左右完成频率搜索和跟踪的进程。

关键词：频率跟踪方案集成芯片频率跟踪模块超声驱动电源

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不同负载下液化换能器动态电阻特性研究

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传感技术学报 2024年第1期37卷 8-15页

作者：陈遥郭南翔刘超然杨伟煌王焕泽罗锡棋岳晨曦董林玺杭州电子科技大学电子信息学院智能微传感器与微系统教育部工程中心浙江杭州310018 浙江宏振智能芯片有限公司浙江湖州313200

针对液化超声中超声振子在不同负载下工作导致的换能器发热不同,进而影响换能器工作效率和使用寿命问题,从理论和实验方面研究了工作在串联谐振点的换能器在不同负载环境下的动态电阻变化和发热特性。研究获得了不同液体负载条件如不同... 详细信息

针对液化超声中超声振子在不同负载下工作导致的换能器发热不同,进而影响换能器工作效率和使用寿命问题,从理论和实验方面研究了工作在串联谐振点的换能器在不同负载环境下的动态电阻变化和发热特性。研究获得了不同液体负载条件如不同液体温度、液体黏稠度、浸入深度、液体密度等下,换能器的动态电阻变化与换能器发热量的映射关系。针对串联谐振频率下的换能器,通过理论计算得到了动态电阻与电压电流关系。针对阻抗分析仪驱动功率较低,不能准确测试换能器有载时的动态电阻变化趋势的缺点,设计了一种测试换能器有载时的动态电阻变化趋势的方案。基于频率追踪芯片实现了频率追踪电路,保证了超声换能器工作频率始终处于换能器串联谐振点。本研究可为提升工作在复杂负载环境下的超声电源可靠性提供参考。

关键词：超声换能器液体负载环境换能器发热动态电阻频率跟踪方案

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超声金属焊用智能电源关键技术研究

超声金属焊用智能电源关键技术研究

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作者：罗锡棋杭州电子科技大学

学位级别：硕士

超声波金属焊接技术以其低能耗、高效率、清洁环保等优点得到了广泛的应用开发,而随着新能源汽车技术的发展,对于高稳定、高可靠快速电池组件焊接技术的需要也越来越迫切。目前国内大型的电动车电池焊接设备大部分是基于国外的必能信、... 详细信息

超声波金属焊接技术以其低能耗、高效率、清洁环保等优点得到了广泛的应用开发,而随着新能源汽车技术的发展,对于高稳定、高可靠快速电池组件焊接技术的需要也越来越迫切。目前国内大型的电动车电池焊接设备大部分是基于国外的必能信、海尔曼等的超声波电源技术,价格昂贵、维修成本高。据此本论文研究基于专用锁频芯片技术的金属焊机超声波电源:首先,针对传统超声波电源中频率跟踪速度慢和可靠性差的问题,本文设计了基于谐振频率锁频专用芯片的控制方案,采用单片机及外围辅助电路,实现了频率锁频智能控制模块,设计了对应的VCO电路。结合DDS技术,该模块能智能跟踪换能器的工作频率,改善了传统超声金属焊接电源的频率控制精度、跟踪速度和可靠性。设计的频率跟踪模块,在27～29k Hz频率范围内,频率跟踪时间达到33 ms以内。其次,针对换能器阻抗匹配以及频率跟踪过程中电压和电流波动大的问题,研究了一种新的匹配电路参数选取方案。通过对换能器的电学等效模型和匹配电路的建模,再对输入信号进行傅里叶变换分析,最后利用Matlab计算出不同匹配参数下换能器的电压、电流随匹配参数和工作频率变化的三维图。测试空载工作时其实际电压曲线与理论电压曲线的拟合优度R为0.74。针对传统超声波电源存在的焊接稳定性差的问题,设计增加了PFC电路和能量控制模式。该PFC电路能降低电网波动对超声振子输出功率的影响,并且在相同的负载下,输入功率可以提高79.9%,功率因素从0.642提高到0.992。为了实现能量控制模式,通过对比分析常用的能量计算算法,构建了焊接能量计算模型,据此,在硬件上针对性的设计了移相电路、乘法电路、滤波电路和直流偏置电路等,在软件主要采用了DMA存储技术。测试结果表明,该模型的相对误差波动在-2.28%～3.00%以内,在能量模式下工作,可以使超声焊接实际消耗能量的标准差从49.5降到12.4。最后,论文对基于锁频专用芯片的超声金属焊接电源方案进行了验证,首先对比测试了不同超声电源的性能。然后研究了双层0.3毫米厚紫铜片的焊接效果,通过剪切力和剥离力测量,试验研究了焊接压强、时间对铜焊接质量的影响。强度测试结果表明,基于优化控制方案的超声波金属焊接设备,焊接件的剪切力的标准差从112.5降到79.8,剥离力的标准差从41.8降到27.6。

关键词：超声金属焊接频率跟踪方案匹配电路方案能量计算模型超声波电源

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