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UC3875在超声电源功率控制系统中的应用

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:根据超声波发生器的功率控制系统原理,阐述了移相控制策略对超声波发生器输出电压波形的影响,介绍了移相控制专用芯片UG3875的电路结构和使用设计方法。

    关键词:移相;控制;UC3875

利用超声波电源切割复合材料时,为了保证换能器的输出振幅恒定,要求超声波发生器具有功率自调节功能;同时,为了切割不同的纤维材料,还要求振幅具有可调功能;这些都要求超声波发生器带有功率输出控制系统,在这个系统中,需控制的参量一般是换能器的电流值,而换能器电流值的恒定,则要通过控制换能器两端的电压来实现。本文通过全桥移相的移相角来改变正弦波的幅值,从而改变换能器两端的电压以达到控制换能器电流的目的。
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1 输出功率控制系统

图1所示是一个超声电源功率控制系统的结构框图。其中的移相脉冲产生电路在用全桥式逆变电路作主回路时,需要产生如图2所示的电压波形来驱动IGBT。为了防止桥臂直通,要求同一桥臂的上下两个开关管(T1T2和T3T4)应具有延时互锁导通功能。一般延时互锁导通时间td是固定的(大约一两个微秒),同时不同桥臂的上下两个开关管的导通应具有可以改变的延时(即移相角),此外还要求控制电路的波形能够满足tΦ。移相控制专用芯片UC3875完全能够完成上述功能。
UC3875在超声电源功率控制系统中的应用
2 功率控制系统中UC3875的应用

UC3875是美国Unitrode公司针对移相控制方案推出的专用芯片,其内部结构如图3所示。

2.1 工作频率设计

本电源工作频率设计为20kHz±500Hz。当UC3875同步端的时钟频率高于其固有频率时,UC3875的工作频率等于外加到同步端的时钟频率;当UC3875同步端的时钟频率低于其固有频率时,UC3875的工作频率是其本身的固有频率。因此,本设计利用这一特点将压控振荡器的输出加到UC3875的同步端17脚上;为了防止UC3875的工作频率太低而使高频变压器饱和,笔者将UC3875的固有频率设计在19kHz左右。此时取CF为0.1μFRF为2.1kΩ。图4所示是UC3875在功率控制系统中的应用电路。
UC3875在超声电源功率控制系统中的应用
    2.2 死区时间设置

在死区设置脚与信号地之间并联一个电阻RAB和一个电容CAB可设置死区时间。其公式如下:

T=(62.5×10-12×R)/VDELAY

式中,VDELAY为延迟端电压(取2.4V),死区时间T可取2μs时,电阻RAB为76.8kΩ。

2.3 驱动EXB841的设计

为了能方便控制输出,在UC3875与驱动电路EXB841之间可加一级与非门由于EXB841的输入一般是10mA,因此,与非门的输出能力已足够满足系统要求。当输出控制为0时输出被锁死,当输出为1时,输出被打开。EXB841的保护信号通常加到UC3875的过流保护端,当EXB841没有保护输出时, 加到UC3875过流保护端的电压为零;当有保护输出时,加到UC3875过流保护端的电压为15V,此电压应高出UC3875的2.5V过流保护电压。

图4 UC3875作为控制芯片的应用电路

    2.4 软启动设置

如在软启动功能脚与信号地之间接一电容CS,那么,当软启动正常工作时,芯片将用一个9μA电流给CS充电,最后达到4.8V。这一特性决定了输出移相角将从零逐渐增加,直到最后稳定工作。而在电流故障情况下,软启动端将降为0V。电容CS的值通常设计为0.1μF。

3 调节器设计

为了减小系统的稳态误差和增加系统稳定性,本系统采用比例积分调节器,其电路如图5所示,该电路的电源电压可用 UC3875的基准电压5V经可变电阻分压所得,而将输出控制电压直接加到UC3875的第4脚。
UC3875在超声电源功率控制系统中的应用

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