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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。
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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。此時取ＣＦ為０．１μＦ?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�，死區(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
如在軟啟動功能腳與信號地之間接一電容ＣＳ，那么，當(dāng)軟啟動正常工作時，芯片將用一個９μＡ電流給ＣＳ充電，最后達(dá)到４．８Ｖ。這一特性決定了輸出移相角將從零逐漸增加，直到最后穩(wěn)定工作。而在電流故障情況下，軟啟動端將降為０Ｖ。電容ＣＳ的值通常設(shè)計為０．１μＦ。
３ 調(diào)節(jié)器設(shè)計
為了減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差和增加系統(tǒng)穩(wěn)定性，本系統(tǒng)采用比例積分調(diào)節(jié)器，其電路如圖５所示，該電路的電源電壓可用 ＵＣ３８７５的基準(zhǔn)電壓５Ｖ經(jīng)可變電阻分壓所得，而將輸出控制電壓直接加到ＵＣ３８７５的第４腳。
４ 結(jié)束語
實驗表明，在本系統(tǒng)未加載時，其換能器兩端的電壓為３００伏左右，但在加載后，其換能器兩端的電壓為４００伏左右，而電流值沒有變化，這一點證明本功率控制系統(tǒng)設(shè)計的正確性。
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