【CN110098763A】一种基于FPGA的超声导波压电陶瓷驱动电源【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910400243.7

(22)申请日 2019.05.10

(71)申请人 天津科技大学

地址 300222 天津市河西区大沽南路1038

号电子信息与自动化学院

(72)发明人 曲志刚　王志援　张亚丽　杨杰　

王秋雨　张全　倪跃华　

(51)Int.Cl.

H02N 2/18(2006.01)

(54)发明名称一种基于FPGA的超声导波压电陶瓷驱动电源(57)摘要一种基于FPGA的超声导波压电陶瓷驱动电源，属于超声技术领域和电源技术领域。本发明提出的基于FPGA的超声导波压电陶瓷驱动电源，首先，通过编写Verilog HDL语言在FPGA上实现DDS功能并产生激励信号源，再通过数字模拟转换器(DAC)将数字信号转换为模拟信号，最后输送至高压线性运放电路，将激励信号进行放大产生目的激励电压信号，产生的目的激励电压信号驱动压电传感器(PZT)，实现超声导波污垢检测和除垢的功能。本发明以FPGA作为平台、DDS作为核心算法、将DAC数据转换与高压线性放大电路结合起来，在实现高精度、强驱动效果的前提下极大的提高了电源的集成度，弥补了传统压电陶瓷驱动电源的缺点，为基于超声导波污垢检测和

除垢系统提出了全数字化电路的新思路。权利要求书1页 说明书3页 附图2页CN 110098763 A 2019.08.06

C N 110098763

A

权　利　要　求　书1/1页CN 110098763 A

1.一种基于FPGA的超声导波压电陶瓷驱动电源，其特征在于包含以下步骤：

S1、利用基于FPGA的DDS信号发生器产生激励信号；

S2、经过步骤S1产生的激励信号，通过DAC数据采集模块将数字信号转换为模拟信号；

S3、经过步骤S2产生的模拟信号，被输送至高压线性运放电路进行放大；

S4、经过步骤S3放大后的电压信号，驱动压电传感器(PZT)；

S5、经过步骤S4后压电传感器产生振动信号，实现超声导波除垢的功能。

2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的超声导波压电陶瓷驱动电源，其特征在于S1包括以下步骤：

S11、在程序开发软件中编写Verilog HDL代码，对激励信号控制模块、DDS控制模块、IP 核存储模块和显示模块进行初始化和设定；

S12、经过步骤S11的模块例化到顶层top.v文件中；

S13、经过步骤S12后通过ModelSim仿真软件进行top.v文件的仿真验证；

S14、经过步骤S13验证仿真结果正确后分配管脚进行全编译，生成数据流文件并下载，进行板级调试；

S15、经过步骤S14后通过示波器或显示器等设备观察实际产生的激励信号，满足预期效果后用于产生高压运放电路的输入信号。

3.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的超声导波压电陶瓷驱动电源，其特征在于S2包括以下步骤：

S21、将接收到的数字信号采用高速DA芯片差分输出；

S22、经过步骤S21处理后的信号通过7阶巴特沃斯低通滤波器来降低噪声的干扰；

S23、经过步骤S22处理后的信号通过幅值调节电路来实现差分单端输出和幅度调节；

S24、经过步骤S23处理后的信号通过电位器控制信号的输出范围。

4.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的超声导波压电陶瓷驱动电源，其特征在于：所述的基于FPGA的DDS信号发生器通过FPGA开发平台和代码程序实现，由程序开发工具和Verilog HDL程序建模并通过ModelSim仿真软件验证，包括DDS信号源发生器的输入信号控制模块、DDS控制模块、IP核存储模块和显示模块。

5.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的超声导波压电陶瓷驱动电源，其特征在于：所述的DAC数据采集模块通过编写Verilog HDL语言驱动，由高速DA芯片、7阶巴特沃斯低通滤波器、幅度调节电路和信号输出接口组成，通过标准接口与FPGA进行连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的超声导波压电陶瓷驱动电源，其特征在于：所述的高压线性运放电路为一款高压，高功率带宽的MOSFET运算放大器，其中设计的技术参数：最大输出电压U max≥100V；最大输出电流I max＝191mA；压摆率SR＝50.3V/us；失调电压＜1mV；相位补偿电容C c＝5pF；相位补偿电阻R c＝0Ω；限流电阻R lim＝4.7Ω。

2

LED驱动电源PCB设计规范

LED驱动电源PCB设计规范 在任何电源设计中，PCB板的物理设计都是最后一个环节，其设计方法决定了电磁干扰和电源稳定，我们来具体的分析一下这些环节：一、从原理图到PCB的设计流程建立元件参数->输入原理网表->设计参数设置->手工布局->手工布线->验证设计->复查->CAM输出。二、参数设置相邻导线间距必须能满足电气安全要求，而且为了便于操作和生产，间距也应尽量宽些。最小间距至少要能适合承受的电压，在布线密度较低时，信号线的间距可适当地加大，对高、低电平悬殊的信号线应尽可能地短且加大间距，一般情况下将走线间距设为8mil.。焊盘内孔边缘到印制板边的距离要大于1mm,这样可以避免加工时导致焊盘缺损。当与焊盘连接的走线较细时，要将焊盘与走线之间的连接设计成水滴状，这样的好处是焊盘不容易起皮，而是走线与焊盘不易断开。三、元器件布局实践证明，即使电路原理图设计正确，印制电路板设计不当，也会对电子设备的可靠性产生不利影响。例如，如果印制板两条细平行线靠得很近，则会形成信号波形的延迟，在传输线的终端形成反射噪声；由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰，会使产品的性能下降，因此，在设计印制电路板的时候，应注意采用正确的方法。 四、布线开关电源中包含有高频信号，PCB上任何印制线都可以起到天线的作用，印制线的长度和宽度会影响其阻抗和感抗，从而影响频率响应。即使是通过直流信号的印制线也会从邻近的印制线耦合到射频信号并造成电路问题（甚至再次辐射出干扰信号）。 五、检查布线设计完成后，需认真检查布线设计是否符合设计者所制定的规则，同时也需确认所制定的规则是否符合印制板生产工艺的需求，一般检查线与线、线与元件焊盘、线与贯通孔、元件焊盘与贯通孔、贯通孔与贯通孔之间的距离是否合理，是否满足生产要求。电源线和地线的宽度是否合适，在PCB中是否还有能让地线加宽的地方。注意：有些错误可以忽略，例如有些接插件的Outline的一部分放在了板框外，检查间距时会出错；另外每次修改过走线和过孔之后，都要重新覆铜一次。 六、复查根据“PCB检查表”，内容包括设计规则，层定义、线宽、间距、焊盘、过孔设置，还要重点复查器件布局的合理性，电源、地线网络的走线，高速时钟网络的走线与屏蔽，去耦电容的摆放和连接等。

第二篇 超声波电机驱动原理

第二章超声波电机的驱动原理 本章从压电陶瓷的特性出发，系统地叙述了超声波电机中压电陶瓷的压电效应和逆压电效应，并对其相关的参数进行了系统的讨论。本章还将几何分析法和弹性动力分析法相结合，分析了定子表面质点的椭圆运动的形成，论述了行波型超声波电机的运行机理，为行波型超声波电机的建模、设计制作、实验研究以及驱动电源和控制系统的研究提供必要的理论指导。 2.1 压电效应与压电陶瓷[21-25] 压电陶瓷作为超声波电机能量转换的媒介，它起着为超声波电机提供驱动力的重要作用，如同人体的心脏一样。因此，研究超声波电机就必须对压电材料特性有深入的认识和了解，才能掌握超声波电机的运行机理并能正确地选择和使用压电材料。在研究超声波电机的驱动机理前，首先从压电陶瓷与普通陶瓷的最重要的区别——压电效应开始。 2.1.1 压电效应 压电效应（Piezoelectric Effect）早在1880年，法国的两位科学家——居里（Curie）兄弟，在研究石英晶体的物理性质时，发现了一种特殊的现象，这就是若按某种方位从石英晶体上切割下一片薄晶片，在其表面上敷上电极，当沿着晶片的某些方向施加作用力而使晶片产生变形后，会在两个电极表面上出现等量的正、负电荷。电荷的面密度与施加的作用力的大小成正比；作用力撤销后，电荷也就消失了。这种由于机械力的作用而使晶体表面出现电荷的现象，称为正压电效应，如图2-1所示。后来人们又在其它一些晶体上进行了类似的实验，发现有许多晶体都具有这种现象。这些具有压电效应的晶体统称为压电晶体。发现正压电效应的第二年，也就是1881年，由李普曼在理论上预言，由居里兄弟在实验上证实了另一种物理现象：将压电晶体置于外电场中，由于电场的作用，会使 图2-1 正压电效应示意图图2-2 逆压电效应示意图 （实线代表变形前的情况，虚线代表变形后的情况）

LED灯具驱动电源的设计经验总结

LED灯具驱动电源的设计经验总结 ?浏览： 634 ?| ?更新： 2012-05-09 14:01 ?| ?标签：灯具 5 简介 目前led照明驱动电源的五大市场需求趋势可归结为：高效率、高可靠性、对调光与非调光广泛的应用兼容性、体积越来越小、无光耦。LED灯具要普及，不但需要大幅度降低成本，更需要解决能效和可靠性的难题，如何解决这些难题，PowerIntegrations市场营销副总裁DougBailey分享了高效高可靠LED灯具设计的五点忠告。 步骤/方法 1.不要使用双极型功率器件 由于双极型功率器件比MOSFET便宜，一般是2美分左右一个，所以一些设计师为了降低LED驱动成本而使用双极型功率器件，这样会严重影响电路的可靠性，因为随着LED驱动电路板温度的提升，双极型器件的有效工作范围会迅速缩小，这样会导致器件在温度上升时故障从而影响LED灯具的可靠性，正确的做法是要选用MOSFET 器件，MOSFET器件的使用寿命要远远长于双极型器件。 2.MOSFET的耐压不要低于700V 耐压600V的MOSFET比较便宜，很多认为LED灯具的输入电压一般是220V,所以耐压600V足够了，但是很多时候电路电压会到340V,在有浪涌的时候，600V的MOSFE T很容易被击穿，从而影响了LED灯具的寿命，实际上选用600VMOSFET可能节省了一些成本但是付出的却是整个电路板的代价，所以，“不要选用600V耐压的MOSFE T,最好选用耐压超过700V的MOSFET.”他强调。 3.尽量不要使用电解电容 LED驱动电路中到底要不要使用电解电容？目前有支持者也有反对者，支持者认为如果可以将电路板温度控制好，依次达成延长电解电容寿命的目的，例如选用105

超声波电机驱动控制器毕业设计

超声波电机驱动控制器毕业 设计 1 绪论 (1) 1.1 超声波电机概述 (1) 1.2 超声波电机驱动技术现状 (2) 1.2.1 超声波电机控制方法 (2) 1.2.2 驱动技术的发展 (2) 1.3 驱动电路的设计要求 (5) 2 驱动控制器总体方案设计 (5) 2.1 系统总体方案简介 (5) 2.2 DDS 技术工作原理及方案选择 (7) 2.2.1 DDS 技术概述 (7) 2.2.2 DDS 工作原理 (8) 2.2.3 DDS器件的选择 (9) 2.3 滤波电路方案选择 (12) 2.3.1 滤波器的原理与分类 (12) 2.3.2 滤波器件选择 (14) 2.4 放大电路方案选择 (15) 2.4.1 放大电路要求及电路初步设计 (16) 2.4.2 高压集成运算放大器的选定 (17) 2.4.3 前置放大器型号选择 (18) 3 硬件电路设计与实现 (18) 3.1 DDS 波形产生电路设计 (18) 3.1.1 AT89LS52 外围电路设计 (18) 3.1.2 AD9854 外围电路设计 (20) 3.2 带通滤波电路设计 (24) 3.3 功率放大电路设计 (27)

3.4 系统电源电路设计 (29) 4 软件设计与系统调试 (32) 4.1 系统软件基本结构 (32) 4.2 波形产生软件设计 (33) 4.2.1 AD9854 的工作模式 (33) 4.2.2 AD9854 的使用 (36) 致谢........................................... 错误！未定义书签。参考文献 (1)

1 绪论 1.1 超声波电机概述 超声波电机（Ultrasonic Motor，简称 USM）的基本结构及工作原理完全不同于传统的电磁电机，它不是以电磁作用传递能量，而是利用压电陶瓷的逆压电效应激发超声振动（频率≥20kHz），然后通过定、转子之间的接触和摩擦力将交变的振动转化成旋转运动或直线运动，实现从电能到机械能的能量转换[1]。由于超声波电机特殊的工作原理，它具有很多传统电磁电机无法比拟的优越性能，如低速大转矩、体积小、重量轻、功率密度大、响应速度快、微位移、不受电磁场的影响、掉电自保护、设计自由度大、可直接驱动负载等[2-4]。可以说，超声波电机技术是当今世界极有发展前途的技术之一。 目前 USM 产业化和实用化正在快速发展，在一定程度上开始取代某些小型电磁电机。国外在上世纪 90 年代开始进入超声波电机的实用化、商品化开发阶段。如日本已将超声波电机广泛用于照相机镜头的自动聚焦系统[5]；三星公司将微型超声波电机用于手机摄像头；美国JPL实验室研制的用于宇宙飞船船体检测的爬壁机器人驱动装置[6]；Akihiro 公司将其用于高档手表的振动报时；高档汽车中应更加广泛：座椅调整、方向盘位置调整、后视镜角度调整、以及应用于门窗、雨刮器、刹车传动装置等；此外办公设备、家电和 PC 机、平板振子输送纸机构、X-Y 绘图仪、直角坐标自动定位装置等也有所应用，体现了超声波电机广阔的应用前景[7]。日本在该领域的研究处于世界领先地位，几乎拥有大部分有关超声波电机的发明专利，并且个别种类的超声波电机已经实现产业化，在国民经济中发挥着重要作用[8]。我国在这方面的研究虽起步较晚（90 年代初），但也取得了一些突破性成果，如南京航空航天大学研究已经取得了原创性和先进性的成果，成功研制出十余种旋转型行波与驻波超声波电机，并且达到了小批量的产业化和商品化；清华大学已研制出直径1mm的弯曲旋转超声波电机；哈尔滨工业大

电源设计与驱动电路设计

3.1.1 智能车电源设计要点 电源是整个系统稳定工作的前提，因此必须有一个合理的电源设计，对于小车来说电源设计应注意两点： 1. 与一般的稳压电源不同，小车的电池电压一般在6-8V 左右，还要考虑在电池损耗的情况下电压的降低，因此常用的78 系列稳压芯片不再能够满足要求，因此必须采用低压差的稳压芯片，在本文中以较为常见的LM2940-5.0 为例。 2.单片机必须与大电流器件分开供电，避免大电流器件对单片机造成干扰，影响单片机的稳定运行。现在各种新型的电源芯片层出不穷，各位读者可以根据自己的需求自行选择电源芯片，对于本设计应该主要注意稳压压差和最大输出电流两个指标能否满足设计要求。 3.3.1.2 低压差稳压芯片LM2940 简介 LM2940 系列是输出电压固定的低压差三端端稳压器；输出电压有5V、8V、10V 多种；最大输出电流1A；输出电流1A 时，最小输入输出电压差小于0.8V；最大输入电压26V；工作温度-40～+125℃；内含静态电流降低电路、电流限制、过热保护、电池反接和反插入保护电路。同时LM2940 价格适中而且较容易购买，非常适合在本设计中使用。 LM2940-5.0 封装和实物图如图3.1 所示。 图3.1 LM2940 封装和实物图 从封装可以看出LM2940-5.0 与78 系列完全相同，实际应用中电路也大同小异。图3.2 为参考电路图。

图 3.2 LM2940 参考电路图 如图3.2 所示，采用两路供电，这样可以使用其中一路单独为单片机，指示灯等供电。另外一路提供L298N、光电管、舵机的工作电压，L298N 的驱动电压由电池不经任何处理直接给出。舵机可以用6V 供电，也可以直接用5V 供电。 3pi小车电源电路设计 The power management subsystem built into the 3pi is shown in this block diagram: The voltage of 4 x AAA cells can vary between 3.5 –5.5 V (and even to 6 V if alkalines are used). This means it’s not possible simply to regulate the voltage up or

LED驱动电源设计开发知识大全

:LED驱动设计知识 驱动设计知识 LED驱动电源是把电源供应转换为特定的电压电流以驱动LED发光的电压转换器，通常情况下：LED驱动电源的输入包括高压工频交流(即市电)、低压直流、高压直流、低压高频交流(如电子变压器的输出)等。而LED驱动电源的输出则大多数为可随LED正向压降值变化而改变电压的恒定电流源。 根据电网的用电规则和LED驱动电源的特性要求，在选择和设计LED驱动电源时要考虑到以下几点： 1.高可靠性 特别像LED路灯的驱动电源，装在高空，维修不方便，维修的花费也大。 2.高效率 LED是节能产品，驱动电源的效率要高。对于电源安装LED驱动电源在灯具内的结构，尤为重要。因为LED的发光效率随着LED温度的升高而下降，所以LED的散热非常重要。电源的效率高，它的耗损功率小，在灯具内发热量就小，也就降低了灯具的温升。对延缓LED的光衰有利。 3.高功率因素 功率因素是电网对负载的要求。一般70瓦以下的用电器，没有强制性指标。虽然功率不大的单个用电器功率因素低一点对电网的影响不大，但晚上大家点灯，同类负载太集中，会对电网产生较严重的污染。对于30瓦~40瓦的LED驱动电源，据说不久的将来，也许会对功率因素方面有一定的指标要求。 4.驱动方式 现在通行的有两种：其一是一个恒压源供多个恒流源，每个恒流源单独给每路LED供电。这种方式，组合灵活，一路LED故障，不影响其他LED的工作，但成本会略高一点。另一种是直接恒流供电，LED串联或并联运行。它的优点是成本低一点，但灵活性差，还要解决某个LED故障，不影响其他LED 运行的问题。这两种形式，在一段时间内并存。多路恒流输出供电方式，在成本和性能方面会较好。也许是以后的主流方向。 5.浪涌保护 LED抗浪涌的能力是比较差的，特别是抗反向电压能力。加强这方面的保护也很重要。有些LED灯装在户外，如LED路灯。由于电网负载的启甩和雷击的感应，从电网系统会侵入各种浪涌，有些浪涌会导致LED的损坏。因此LED驱动电源要有抑制浪涌的侵入，保护LED不被损坏的能力。 6.保护功能 电源除了常规的保护功能外，最好在恒流输出中增加LED温度负反馈，防止LED温度过高。 7.防护方面 灯具外安装型，电源结构要防水、防潮，外壳要耐晒。 8.驱动电源的寿命要与LED的寿命相适配。

超声电机驱动电路的设计

超声电机驱动电路的设计 学生：余小强 指导老师：权循忠 淮南师范学院电气信息工程学院 摘要：本文阐述了超声波电机的发展，应用前景，驱动原理及其对驱动电源的要求，在此基础上设计了一种驱动电源。该电路使用直接数字频率全成器（DDS）作为信号源，通过高压运放将信号放大到峰-峰值为250V，用于驱动超声电机。针对该电源的所有组成单元，进行了详细的电路设计。文章最后给出了该电源的仿真结果及安装调试结果，并指出了对该方案进一步进行改进的措施。 关键字：超声电机;驱动电源;占空比 The design of LED display screen Student:Xiang Meili Teacher: HanFang Electric Information Engineering College of Huainan Normal University Abstract: Using chip EPF10K30ETC144-3 of the FLEX10KE series of ALTERA to encode hamming code and design decoding circuit, the thesis discusses the way to design and the procedures of design in detail. The design of the circuit adopts the way of EDA technique from the top to the bottom and the method of text input to programming. After accomplished, the circuit integratedly simulates through the software MAX+plusП. By simulation and debugging, the circuit will meet the requirements of functionality and timing. Key words:AT89C51;LED dot matrix display;Serial to parallel converter;Latch;Drive circuit 绪论 随着计算机的飞速发展，电子技术也获得了快速的前进，在电子技术前进的同时也推动了其他有关科学领域的发展。现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，也真正的

开关电源中MOSFET的驱动电路设计

???⑤Ё026)(7???????????????? ??026)(7????????????????????????????⑤????????????026)(7???????-? ??026)(7???????????????????????П??????????????????????9JV WK??026)(7????????????????????/??????????????????????????&HL???????????????????????????026)(7??????&LVV?????????&HL???????????????????????????, &?GY GW? ?┉??&HL ???&LVV ?????/???026)(7???????????4J?????? 4J ?026)(7???????????????? 4J 4JV 4JG 4RG ?Ё? 4J ?????? 4JV ?? ⑤??? 4JG ?? ?????0LOOHU? ???026)(7???? ?? ? ??026)(7???????????????????026)(7??????&JV ???9JV ??Q????????&JV г??9WK ??????┨?9JV ??&HL?????┨?????????????????????????? ???????? 4J ?&HL??9JV? ,J 4J W ?? ?Ё? 4J ???????Н??? &HL ?????? 9JV ? ⑤????

,J?026)(7???????????????? ???6036???Ё??▊????????????????????????????????????????? $??????????└????????????????????? ╓????ā???ā?⑤???????????????????????6036??????????????????&026????????? 9?▊??026)(7???????????????????77/?????026)(7??????7& $??????????????9LO 9?9LK 9?????????????⑤??????? 9???????????? ???????-??????????026)(7?????????????????????????7& $?026)(7????????????? $??????????????????? ??????????L?????????????????E6036??????????????????????????????┑????????????????????????026)(7???????????????????⑤??П???????????????┑??⑤?????????026)(7???????????????L? 026)(7?????????????┑???/???????????7& $??????? S)?????????????W5??┑??W)?? Q V????????????????????-???????? ? ??????????/???????E?????????????????026)(7??????????????????7& $????????????┑????????? Q V??? ????-???????????????0L F UR&KL S ???????-???????:?????????-?????? ??▊??6036??Ё?????-????ˊ???

专用超声波电机驱动电路研究

专用超声波电机驱动电路研究 专用超声波电机驱动电路研究分类号ＴＰ２７１．４—５３３（１）ＵＤＣ密级公开编号中国工程物理研究院专用超声波电机驱动电路研究指导教师姓名文贵印研究员申请学位级别工学硕士专业名称通信与信息系统论文提交日期２００５．３．１５论文答辩日期２００５．４．２８学位授予单位和日期中国工程物理研究院答辩委员会主席２００５年３月１５日专用超声波电机驱动电路研究摘要超声波电机（ＵｌｔｒａｓｏｎｉｃＭｏｔｏｒ简称ＵＳＭ）是一种新型的微特电机，有别于传统的电磁电机。在本文引言中，说明了ＵＳＭ与传统电磁电机相比的主要优点、基本组成及应用前景，同时说明了开展专用ＵＳＭ的驱动电路研究工作的背景及主要工作内容，作者要完成设计、样品加工及应用三部分工作等，此论文就是这三部分研究工作的总结。首先，根据对驱动电路的要求，结合国内外传统压电马达驱动电路的系统方案，设计出专用超声波电机的驱动电路的系统方案。在本方案中增加了位置检测与归零单元，去掉了频率跟踪单元，采用ＤＳＰ作为控制单元，整合了电机驱动信号产生、电机选择与启动、位置检测信号处理和特殊信号译码等功能，有利于电路小型化和稳定性。方案具有新颖和独特性。其次，详细介绍了利用仿

真与实际调试相结合的方法，完成了推挽逆变电路及升压 脉冲变压器的工程设计和调试，着重解决了浪涌及功率开关管保护等问题，注意了变压器绕制工艺与漏感的关系。采用ＤＳＰ芯片实现了多种控制和软、硬件结合，给出了用Ｃ语言编写的程序，重点解决了程序的调试与抗干扰问题。采用独特的数字编码方法，实现了位置检测的结构设计，完成了性能初步调试以及与ＤＳＰ组成闭环系统，消除电机 不断步进引起的空间位置上的积累误差，实现了电机步进误差归零的技术要求。设计了电路工程板图，完成了样机两台的加工和调试工作，与超声波电机进行了匹配调试实验，重点解决了阻抗匹配问题，达到了驱动电路的设计指标，实现了设计、加工、匹配调试三部分工作的基本要求。最后，根据前一段工作，提出了一些今后工作的意见，特别是工程应用化与集成化方面的研究想法。关键词：超声波电机，驱动电路，ＤＳＰ，脉冲变压器，位置检测与归零专用超声波宅机驱动电路研究ＡｂｓｔｒａｃｔＵｌｔｒａｓ ｏｎｉｃＭｏｔｏｒ（ＵＳＭ），ａｓａｎｅｗｔｙｐｅｍｉｃｒｏ—ｍｏｔｏｒｉｓｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｒｏｍｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｅｌｅｃｔｒｏｍ ａｇｎｅｔｉｃｍｏｔｏｒ．Ｉｎｔｈｅｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ＵＳＭ’ｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｃｏｍｐａｒｅｄｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｅｌｅｃｔｒｏｍ

直流PWM驱动电源设计(DOC)

南京工程学院 课程设计说明书 成绩题目直流电动机脉宽调速系统设计课程名称电力电子技术 院（系、部、中心）电力工程学院 专业建筑电气与智能化 班级建筑电气091 学生姓名陈曦 学号206091034 设计时间2011.12.12~12.24 设计地点电力工程实践中心8-319 指导教师陈刚廖德利 2011 年12 月南京

1．课程设计应达到的目的 电源和驱)驱动电源及控制用小功率开关电源。其目的是通过对实际电力电子装置的设计、制作和调试，深化和拓展课程所学知识，提高工程实践能力。动是电力电子技术的两大主要应用领域。课程设计的主要任务是设训一和实现一个直流电动机的脉宽调速(直流PWM) 2．课程设计题目及要求 设计题目：直流PWM驱动电源的设计 设计要求：课程设计的主要任务是设计一个直流电动机的脉宽调速（直流PWM）驱动电源。DC-DC变换器采用H桥形式，控制方式为单极性。 被控直流永磁电动机参数：额定电压20V，额定电流1A，额定转速2000rpm。驱动系统的调速范围：大于1：100，电机能够可逆运行。驱动系统应具有软启动功能，软启动时间约为2s。 主要设计要求如下： 1.阅读相关资料，设计主电路和控制电路，用PROTEL绘制的主电路和控制电路的原 理图。 2.采购器件，装焊控制电路板。 3.在实验室进行装置调试。 4.设计成果验收。 5.整理设计文件，撰写设计说明书。 6.设计的成果应包括:用PROTEL绘制的主电路和控制电路的原理图，电路设计过程的 详细说明书及焊装和调试完毕的控制电路板。

3．课程设计任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书、图纸、实物样品等要求〕课程设计任务 1）主电路的设计，器件的选型。包括含整流变压器在内的整流电路设计和H桥可逆斩波电路的设计(要求采用IPM作为DC/DC变换的主电路，型号为PS21564)。 2）PWM控制电路的设计（指以SG3525为核心的脉宽调制电路和用门电路实现的脉冲分配电路）。 3）IPM接口电路设计（包括上下桥臂元件的开通延迟，及上桥臂驱动电源的自举电路）。 4）DC15V 控制电源的设计（采用LM2575系列开关稳压集成电路，直接从主电路的直流母线电压经稳压获得）。 2人组成1个设计小组，通过合理的分工和协作共同完成上述设计任务。设计的成果应包括：用PROTEL绘制的主电路和控制电路的原理图，电路设计过程的详细说明书及焊装和调试通过的控制电路板。 4．主要参考文献 1）秦继荣编著，现代直流伺服控制技术及其系统设计。 2）电力电子实验台（直流脉宽调速部分）使用说明书。 3）IPM 模块PS21564 使用说明书及参考资料。 4）SG3525 使用说明书及参考资料。 5）LM2575 使用说明书及参考资料。 6）74LS04，74LS00 说明书。 7）二极管IN4148，IN5819 说明书 8）主电路原理图。 9）DIP- IPM 内部功能图 10）SG3525 内部功能图 11）LM2575 内部功能图 12）74LS04，74LS00 内部功能图

高性能超声电机软件驱动及控制电路研制

高性能超声电机软件驱动及控制电路研制 摘要：说明了一种高性能超声电机软件驱动及控制电路。该电路运用直接数字频率全成器dds作为信号源，通过高压运放将信号放大到峰-峰值为250v，应用软件驱动超声电机；借助温度传感器收集电机温度变化，采用计算机实时监控超声电机启动。 关键词：超声电机直接数字频率合成器dd 温度传感器高压运放 超声电机是一种压电陶瓷逆压电反应新品电机。及普通电磁电机相比，超声电机能直接输出低转速大力矩，且瞬态响应快可达ms量级，定位精度高可达nm量级，非常适合取代传统伺服电机及步进电机。目前超声电机已广泛使用于照相机及摄像机自动调焦系统，而且在精密仪器对及航空航天领域也有许多使用。 尽管超声电机具有很多优点，但由于超声电机对于软件驱动信号有着较高条件，所对目前国内外研发超声电机软件驱动及控制电路普遍存在电路体积大，控制性能单一等难题。大多数超声电机控制特征研究成果还是及超声电机配套一般软件驱动电路，难对采用计算机方便地进行超声电机控制特征研究成果。针对上述难题，使用目前市面上流行 ddsicad9850与高压运放pa08研发出了一种高性能超声电机软件驱动及控制电路。该电路能通过串行接口用教育处机实施控制与参量收集，并且信号频率及相位控制精度高；能在温度传感器控制下解决方案信号频率自动调节，同时电路中还预留了4路模拟，数字通用传感器接口。 1 超声电机软件驱动及控制电路工作原理知识 由超声电机工作机理[1]可知，大部分超声电机启动需关联驱控制电路供应两路频率相同，相位差为90度或可调，频率为20khz～100khz，输出信号峰-峰值为100～350v，功率为0.1～10w交变信号。此外，由于超声电机最佳工作频率是由系统机械共振频率决定，而对压电器件为主振动系统共振频率会随着外界型号参数如温度，预压力等改变发生变化，因此一款好超声电机软件驱动及控制电路必须能够很好地对系统共振频率变化实施跟踪，从而确保电机稳定启动。 2 电路基本构成与原理知识 超声电机软件驱动及控制电路主要由对下5个部分结合：dds信号发生单元，信号隔离单元，信号功率放大单元，温度传感器单元，单片机主控与接口控制单元参见图1。 主控单片机dds信号发生单元产生两路独立正弦信号，两路信号间相位差能在0～360度范围内任意调节；两路信号分别经rc低通滤波与三极管射极跟随送到高速光耦，然后经由高压运放放大到250v,应用软件驱动超声电机；超声电机工作一段时间后温度会发生变化，

基于UC3842的LED节能灯驱动电源设计

目录 摘要 (4) Abstract (5) 1引言 (6) 2概述 (6) 2.1 LED的发明 (6) 2.2 LED工作原理 (7) 2.2.1、LED发光机理 (7) 2.2.2、LED发光效率 (7) 2.2.3、LED电气特性 (7) 2.2.4、LED光学特性 (7) 2.2.5、LED热学特性 (8) 2.2.6、LED寿命 (8) 3 LED照明应用的国内外现状 (8) 3.1国内外发展现状： (8) 3.2全球LED产业现状与发展趋势 (9) 3.3国内外LED产业发展现状与态势呈现出的特点 (10) 4 LED的驱动方式简介及特点 (12) 4.1 阻容降压式原理及电路 (12)

4.1.1 电路原理 (12) 4.1.2 设计原则 (13) 4.1.3设计举例 (13) 4.2 开关式 (13) 4.2.1、开关式稳压电源的基本工作原理 (13) 4.2.2、开关式稳压电源的原理电路 (14) 4.2.3开关电源的种类 (15) 4.3 PFC电路原理 (19) 4.3.1 PFC的定义 (19) 4.3.2 PFC 的分类 (20) 4.3.3 PFC主电路原理图 (20) 5 高效率恒流PWM开关电源 (21) 5.1 UC3842的主要性能特点 (21) 5．2 UC3842工作原理 (22) 5.3 PWM (22) 5.3.1 DC/DC转换器 (23) 5.3.2 电流型PWM (23) 5.4.1 启动电路 (25) 5.4.3 反馈电路 (26) 5.4.4 整流滤波电路 (27)

5.4.5 并联整流二极管减小尖峰电压 (27) 6 总结 (28) 主要参考文献 (29) 致谢 (31)

超声波测距电路设计

超声波测距电路的实现方法 Maozheng11.hexun.blog 摘要：随着单片机、DSP、FPGA、CPLD技术的不断成熟，各种智能测量系统不断涌现，测距电路可以用在工业生产、医疗技术、日常生活中各个方面，典型的应用如汽车倒车告警、机器人的自动避障行走、工业上的液位、井深、管道长度等场合，本文在介绍超声波测距原理的基础上总结并讨论现有的几种电路设计方法，并提出增大测量距离及改善系统性能的实现方法。 关键词：超声波；测距；FPGA实现 1超声波是一种在弹性介质中的机械振荡,它是由与介质相接触的振荡源所引起的, 其频率在20KHz以上。超声波为直线传播方式，频率越高，绕射能力越弱，但反射能力越强。超声波在介质中传播时在不同介面上具有反射的特性,由于它有指向性强、方向性好、传播能量大、传播距离较远等特点,常用于测量物体的距离、厚度、液位等。超声波的传播速度与介质的密度和弹性特性有关,它在空气中的传播速度为340m/s。发射一定频率的超声波,借助空气媒质传播,到达测量目标或障碍物后反射回来,其所经历的时间长短与超声波传播的路程的远近有关,测试传输时间可以得出距长。利用超声波特性、单片机控制、电子计数相结合可以实现非接触式测距。由于超声波检测迅速、方便、计算简单,且不受光线、电磁波、粉尘等的干扰,其测量精度较高。常用于桥梁、涵洞、隧道的距离检测中。 2使用超声波和使用激光测距的比较：基于以上介绍的超声波的特点不难区分它们的各自的适用场合，激光测距主要用于远程，如测月球到地球距离，或远距离无障碍测距，而且成本要比用超声波大，因为光速为3×10^8M/S，而一般市场上的单片机最高频率在十几至几十兆，（本人接触的ARM最大30M）如果测量的距离在十米左右，那么假设单片机别的都不做只是计数，出射光将在大约0.033us后返回，要求单片机CLK为1/0.033MHz，也就是说30M时钟频率的单片机刚发出出射激光的命令，光就已经在它的下个CLK脉冲来到了，更别提计数了，即使使用频率很高的单片机或其他器件如FPGA等在精度上将不能满足需要（通常在收发间隔中得到的计数脉冲越多精度越高）。但值得注意的是,超声波在空气中传播速度会随介质温度的升高而增大,气温每上升1 ℃,声波速度增加0. 6mPs。所以在测量中要考虑温度变化的因素,进行温度补偿修正,减少测量误差。另外超声波在传输距离稍大时衰减很大，精度也随之降低。 3超声波发生/接收器：为了研究和利用超声波,人们研究了多种超声波发生器,常用的超声波发生器可以分为二大类,一是用电气方式产生超声波,如压电式、磁致伸缩式超声波发生器;二是用机械方式产生超声波,有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。它们产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同。这里采用第一类的压电式超声波发生器,是利用压电晶体的电致伸缩现象,即压电效应。常用的压电材料有石英晶体、压电陶瓷等。在压电材料切片上施加一定频率的交变电压,当外加信号频率等于压电晶片的固有频率时,会产生电致伸缩振动,产生共振,并带动共振板振动,产生超声波。超声波的频率越高,方向性越好,但频率太高,衰减也大,传播的距离越短。考虑到实际工程测量要求,可以选用超声波的频率f = 40kHz ,波长λ = 0. 85cm。超声波的接收是利用超声波发生器的逆效应(逆压电效应) 而进行工作的。当一定频率的超声波作用到压电晶体片上时,使晶体伸缩,在晶体的两端面产生交变电荷,把电荷转换成电压, 再经放大输出,它的结构与发生器类似。发送和接收可以由一个超声换能器承担，它是一种既可以把电能转化为声能、又可以把声能转化为电能的器件或装置。换能器在电脉冲激励下可将电能转换为机械能，向外发送超声波；反之，当换能器处在接收状态时，它可将声能(机械能)转换为电能。超声波发生/接收器的外形和通常的驻极体话筒差不

LED灯具驱动电源设计的五大忠告

LED灯具驱动电源设计的五大忠告 进入2011年，澳大利亚已经率先禁止使用白炽灯，这为LED灯具的大规模普及揭开了序幕，另外，随着欧盟各国、日本、加拿大等国家将在2012年禁止使用白炽灯，LED灯具的照明普及率会进一步提升，这让掘金绿色照明革命的中国数千家LED灯具厂商欢欣鼓舞――因为一个巨大的市场就要开启，而这次唱主角的是中国厂商。不过，应当看到，LED 灯具要普及，不但需要大幅度降低成本，更需要解决能效和可靠性的难题，如何解决这些难题，Power Integrations市场营销副总裁Doug Bailey分享了高效高可靠LED灯具设计的五点忠告。 一、不要使用双极型功率器件 Doug Bailey指出由于双极型功率器件比MOSFET便宜，一般是2美分左右一个，所以一些设计师为了降低LED驱动成本而使用双极型功率器件，这样会严重影响电路的可靠性，因为随着LED驱动电路板温度的提升，双极型器件的有效工作范围会迅速缩小，这样会导致器件在温度上升时故障从而影响LED灯具的可靠性，正确的做法是要选用MOSFET器件，MOSFET器件的使用寿命要远远长于双极型器件。 二、 MOSFET的耐压不要低于700V 耐压600V的MOSFET比较便宜，很多认为LED灯具的输入电压一般是220V,所以耐压600V 足够了，但是很多时候电路电压会到340V,在有浪涌的时候，600V的MOSFET很容易被击穿，从而影响了LED灯具的寿命，实际上选用600V MOSFET可能节省了一些成本但是付出的却是整个电路板的代价，所以，“不要选用600V耐压的MOSFET,最好选用耐压超过700V的MOSFET.”他强调。 三、尽量不要使用电解电容 LED驱动电路中到底要不要使用电解电容？目前有支持者也有反对者，支持者认为如果可以将电路板温度控制好，依次达成延长电解电容寿命的目的，例如选用105度寿命为8000小时的高温电解电容，根据通行的电解电容寿命估算公式“温度每降低10度，寿命增加一倍”,那么它在95度环境下工作寿命为16000小时，在85度环境下工作寿命为32000小时，在75度环境下工作寿命为64000小时，假如实际工作温度更低，那么寿命会更长！由此看来，只要选用高品质的电解电容对驱动电源的寿命是没有什么影响的！ 还有的支持者认为由无电解电容带来的高纹波电流而导致的低频闪烁会对某些人眼造成生理上的不适，幅度大的低频纹波也会导致一些数码像机设备出现差频闪烁的亮暗栅格。所以，高品质光源灯具还是需要电解电容的。不过反对者则认为电解电容会自然老化，另外，LED灯具的温度极难控制，所以电解电容的寿命必然会减少，从而影响LED灯具的寿命。 对此，Doug Bailey认为，在LED驱动电路输入部分可以考虑不用电解电容，实际上使用PI的LinkSwitch-PH就可以省去电解电容，PI的单级PFC/恒流设计可以让设计师省去大容量电容，在输出电路中，可以用高耐压陶瓷电容来代替电解电容从而提升可靠性，“有的人在设计两级电路的时候，在输出采用了一个400V的电解电容，这会严重影响电路的可靠

电动机及其驱动电路

第四章电动机及其驱动电路 电磁耦合基于两个定理： 有关电能向机械能转化的法拉第定律 有关机械能向电能转化的电磁感应定律 直流伺服电机的特性 静态特性： 机械特性当控制电压恒定时，电机的转速与转矩变化的关系 调节特性当电磁转矩恒定时，电机的转速与控制电压变化的关系 动态特性： 当在电枢上外加阶跃电压时，转速随时间的变化过程，即：n=f(t)或=f(t) 直流伺服电机驱动系统设计 1、直流电机的选择 根据负载的大小，选择小惯量电机或大惯量电机（也称力矩电机） 稳态转矩和动态转矩满足要求 折算到电机轴的负载总转动惯量小于或等于电机的转动惯量 有三种调速方法： 电枢控制调速（即恒转矩调速） 磁场控制调速（即恒功率调速） 混合调速（即恒功率调速），如主轴伺服驱动，在额定转速以下为恒

转矩调速，在额定转速以上为恒功率调速 永磁同步电动机与普通小型直流电动机相同 一、交流伺服驱动系统组成 由伺服电机和伺服驱动器组成 控制方式 当负载转矩一定时，通过调节控制电压的大小或相位达到改变电机转速的 目的，有三种方式 幅值控制：调节控制电压幅值大小，改变转速 相位控制：调节控制电压的相位角，改变转速 幅值相位控制（电容控制）：调节控制电压时，相位角随之改变，达到改变转速目的 交流伺服电机的矢量控制 直流电机转矩与电枢电流成正比，转矩的控制容易，动态性好，而交流 电机的电枢电流不容易得到，转矩的动态控制较困难，进行矢量控制的 目的就是模拟直流电机的转矩控制规律 超声波电机打破了传统电机必须由电磁效应产生转矩和转速的固有概念，与电磁式电机相比，超声波电机具有以下特点： (1) 体积小，重量轻。 (2) 低速大转矩。 (3) 响应迅速，控制特性好。 (4) 有断电自锁功能。 (5) 与外界无相互电磁干扰。 (6) 结构形式多样化。 简述用数字微分分析法(DDA)控制步进电动机运动的原理。 所谓DDA 法: (1)采用数字量(整数)表示速度、加速度及位置坐标。(1分)(2)将加速度到速度，速度到位置的积分表达式，采用求和的方法进行近似数值积分。(2分)（3）产生增量式的运动控制指令。(1分)（4）驱动步进电动机实现要求的运动。〔1分) 简要比较反应式步进电动机与永磁式步进电动机的优缺点. 反应式步进电动机，结构简单.步距角较小（0.36~7.5），启动和运行频率较高，但消耗功率较大，断电时无定位转矩。（3分） 永磁式步进电动机，断电时有定位转矩，消耗功率较小，但步距角较大（7.5~18），起动和运行频率较低，并需耍止负脉冲供电。(2分) 五相变磁阻式步进电动机，转了72个齿，最大静转矩为1Nm, (1)若带动负载转知0.9N m ，选择怎样的通电方式系数才能使其正常启动? (2)若要求电动机转速为300r/min ，计算输入脉冲的频率。 永磁式步进电动机的结构及特点是什么? （1）永磁式步进电动机的定子极上有二相或多相控制绕组，转子为一对或多对极的星形永久磁钢、(2分〕 (2)永磁式步进电动机.由于转子为永久磁钢，所以断电有定位转矩，消耗功率小。(1分) f n p 600=1801800.81,1cos 1cos (3)50.95,2st sm Nm c T T mc c Nm c =?==?=?=?分n 360060 r z mc f Hz ==

恒流LED驱动电源设计

恒流式LED电源的优化设计与应用 LED由于环保、寿命长、光电效率高等众多优点，近年来在各行业的应用得以快速发展，LED的 驱动电源成了关注热点。理论上，LED的使用寿命在10万h以上，但在实际应用过程中，由 于驱动电源的设计及驱动方式选择不当，使LED极易损坏。针对LED照明的恒流式电源，首 先阐述了LED电源的基本工作原理，然后根据整体电路的基本架构，给岀了整个的设计思路，主要介绍了电磁干扰（EMI）滤波器、有源功率因素校正（APFC）电路以及散热设计。最后，介绍了LED电源在生活中的应用以及今后设计需要解… 引言 当前我国正在创建资源节约型、环境友好型社会，人们对于城市环境的呼声日益高涨。 据统计，全球照明耗能约占总用电量的20%绿色照明是节省能源的重要途径，也是人类社 会可持续发展的一项重要举措。近年来，随着LED技术的发展，LED产品已正式应用在多项 大型亮化工程中，例如北京奥运村、北京长安西街、西宁湟水河廊桥、上海大厦、上海高宝金融大厦、青岛鑫江华润酒店、陕西万邦时代广场、中国科技会堂、南京水游城、贵州铜仁瓦窑河大桥及武汉阳逻长江大桥等一大批重要工程。 LED是电流控制元件，通过流过的电流，直接将电能转变为光能，故也称光电转换器。 因其不存在摩擦损耗和机械损耗，所以在节能方面比一般的光源效率高，但是LED光源并 不能像一般的普通光源一样可以直接使用电网电压，它必须配置一个电压转换装置，提供满 足其额定的电压、电流，才能正常使用，即LED驱动电源。但是各种不同的LED电源其性 能和转换效率各不相同，所以选择合适、高效的LED驱动电源，才能真正体现LED光源的 高效特性。 1 LED电源基本工作原理 采用隔离变压器、PFC（功率因素校正，PowerFactor Correctio n）控制实现开关电源， 输出恒定的电流和电压，驱动LED灯。电路的总体框图见图1。 对于主电路部分，LED抗浪涌的能力比较差，特别是抗反向电压能力，加强这方面的保护很重要，LED电源若用于路灯装在户外更要加强浪涌防护。由于电网负载的启动和雷击的 感应，从电网系统会侵入各种浪涌，有些浪涌会导致LED的损坏。因此LED驱动电源应具 有抑制浪涌侵入，保护LED不被损坏的能力。EMI滤波电路主要防止电网上的谐波干扰串入模块，影响控制电路的正常工作。三相交流电经过全桥整流后变成脉动的直流在滤波电容和电感的作用下，输出直流电压。主开关DC/AC电路将直流电转换为高频脉冲电压在变压 器的次级输出。变压器输出的高频脉冲经过高频整流、LC （无源）滤波和EMI滤波，输出LED路灯需要的直流电。PWM脉宽调制）控制电路采用电压电流双环控制，以实现对输出电压的调整和输出电流的限制。反馈网络采用恒流恒压器件和比较器。反馈信号通过光耦送