STM32单片机驱动的可调功率超声波电源设计与仿真

本研究论文探讨的是基于单片机的移相脉冲宽度调制(PWM)功率控制技术在超声波电源中的应用。电火花超声复合加工制备金属微纳空心球的过程中，对超声波电源的功率和频率稳定性有着高要求。作者设计了一种电路系统，主要核心是利用STM32单片机生成PWM信号，通过高低电平来控制电源的开关，采用半桥驱动器IR2110驱动全桥电路结构，以确保高效转换。 采用PID（比例-积分-微分）控制算法，通过精确调节移相角，实现了对输出功率的闭环控制。这种控制策略有助于保持电源在各种负载条件下的稳定性能，即使在换能器工作温度变化时，也能保持其工作频率的跟踪，从而满足动态负载的需要。设计的超声波电源功率范围设定在1700~2500W，表明其具备宽广的调节能力。 论文实验部分，采用了固有频率为20kHz的换能器，额定功率为1800W。实际操作中，电源的输出频率可达19.77kHz，功率约为1750W，显示出系统的良好性能。通过Simulink软件进行仿真，结果显示交流电压接近1000V，电流约为3.5A，工作频率稳定在20kHz，验证了设计的理论效果。 总结来说，这项研究成功地将单片机技术、PWM控制、PID算法以及频率跟踪功能整合到超声波电源设计中，使得电源具备了功率和频率的动态调整能力，这对于精密制造和现代加工技术中的超声波应用具有重要的实践意义。同时，该研究成果对于提升电火花超声复合加工工艺的效率和精度具有积极的推动作用。