超声换能器(下文简称换能器)是人工产生超声波所必需的能量转换元件,能够将电能转化为超声波。超声波电源能提供换能器工作需要高频交流电,该交流电的频率与换能器的串联谐振频率一致。传统模拟式超声波电源频率跟踪精度低、跟踪速度慢而且频率调整范围受到限制,这些缺点影响了超声波电源的性能。因此本文对数字化超声波电源进行了研究,该电源的主要功能都采用数字化的方法实现,主要内容如下:本文首先对换能器的等效电路进行阻抗特性分析,当换能器工作频率变化时其阻抗也会变化:阻抗模在串联谐振频率附近出现最小值,在并联谐振频率附近出现最大值;工作频率与谐振频率相差较大时阻抗角绝对值很大且几乎不随频率变化而变化,当接近串联谐振频率时,阻抗角在一个很小的频率区间内剧烈变化。文中对比不同的匹配电路后,决定采用电感电容电路作为换能器的匹配电路,以更好地实现阻抗变换、功率因数调整和滤波功能。其次对数字化超声波电源的硬件电路进行设计:数字信号发生电路采用集成DDS芯片AD9850,其输出信号的频率可以通过跟踪程序快速调整,从而始终与换能器谐振频率保持一致;逆变电路采用半桥式逆变电路,在AD9850输出信号的驱动下将直流电逆变成高频交流电;为了实现稳定和调节输出功率,采用半桥式DC/DC变换电路对整流得到的直流电进行电压变换,以得到稳定的直流电,并可以通过改变直流电压来调整超声波电源的输出功率,该电路由电源控制专用芯片dsPIC30F2020来控制。最后针对换能器谐振频率会随着自身温度及负载等参数的变化而变化,造成工作频率偏移谐振频率,引起输出功率和功率因数下降的现象,并结合换能器的阻抗特性,在分析已有跟踪方法的优缺点的基础上提出一种将数字鉴相器与最大电流跟踪相结合的跟踪策略:超声波电源启动时先运行快速扫频程序,搜索最大电流频率,然后以该频率为初始频率运行相位跟踪程序对输出频率进行PI调节。MATLAB仿真表明该方法跟踪速度更快,跟踪精度也较高。