基于DDS的频率自动跟踪超声波发生器的研制

3.2 功率放大电路

　　由信号产生电路产生的方波信号为小功率方波信号，不能直接驱动换能器，必须经过功率放大电路。实现功率放大方法有两种途径:一种方法是采用低压大电流电路;另一种方法是采用高电压小电流电路。本设计采用高电压小电流电路来实现功率放大。设计中采用两级功率放大电路来完成驱动，可分为低压驱动电路和高压驱动电路。低压驱动电路如图3所示。

图3 低压驱动电路

　　在低压驱动电路中选用的功率管型号为IRF540，因信号产生电路产生的方波信号直接驱动不了功率管IRF540，所以加了一级NPN三极管的射随驱动电路。从图3可以看出，正负12伏的方波信号经过一个NPN管转换为一个带有一定驱动能力的方波信号，该方波信号进一步驱动MOS管IRF540，使连接在MOS管源极和VCC之间隔离变压器的2个副边线圈能感生出两个相位相反、幅度相同的方波出来，波形如图4所 示。VCC的大小可以调节，在设计中通过调节其大小来改变隔离变压器的副边线圈感生出方波的幅度大小，从而改变整个超声波发生器的输出功率大小。

图4 隔离变压器输出波形

　　由两个N沟道MOS管组成的半桥推挽互补功率放大电路为整个系统的高压驱动电路模块。电路图如图5所示。

图5 高压驱动电路

　　图5中电路的工作电压是220VAC电源直接经过整流滤波后得到。因两级功率放大电路的工作电压相差很大而且取电方式不同，所以需要在低压驱动电路和高压驱动电路之间加入隔离变压器。设计中半桥推挽互补功率放大电路选用IRFP460功率管，该功率管可耐压500V，允许通过最大电流为20A。设计中为了增大发生器的驱动功率，采用4路并行的半桥推挽互补功率放大电路结构，图5中为了电路图的简洁，只画了一条支路的半桥推挽互补功率放大电路。

3.3 匹配电路设计

　　在功率超声设备中，发生器与换能器的匹配设计非常重要。 在很大程度上决定了超声设备能否正常、高效地工作。超声波发生器与换能器的匹配包括两个方面：阻抗匹配和调谐匹配。阻抗匹配就是使换能器的阻抗变换为最佳负载，即起阻抗变换作用。调谐匹配则是使换能器两端输入的电压和电流同相位，从而使效率最高。

　　在设计中半桥推挽互补功率放大电路的输出经变压器耦合后通过可调电感连接到换能器上形成匹配电路，该电路如图5中线框标注所示。通过匹配电路使超声波发生器的负载呈现为纯阻性状态，并且通过耦合变压器的阻抗变换作用使换能器的阻抗变换为最佳负载。