基于MSP430超声波点焊机频率跟踪控制.pdf

学兔兔 俘掳 试验研究 基于MSP430超声波点焊机频率跟踪控制 上海电力学院计算机与信息工程学l~(200090) 朱 武 朱佳敏 王 勇 上海大学 机电工程与自动化学5~(200072) 江 超 摘要 针对超声振动系统的谐振频率随负载变化发生漂移的问题，设计了一种基于MSP430控制器的超声波 电源。采用电感串联和电容并联的方式实现振动系统的电端匹配；对逆变变压器原边采用串联谐振技术，减小开 关损耗；利用MSP430内部ADC获取振动系统的电流和电压相位差的大小，根据鉴相器输出的频偏方向，调整 MSP430输出PWM波的占空比，改变TL494输出频率，从而实现频率自动跟踪的 环控制。试验结果证明，该控制 方法具有检测精度高、动态响应速度快、频率跟踪稳定性好。 关键词： 超声焊 压电换能器 频率跟踪 中图分类号：TB559 能器带负载时有足够的功率输出，又避免了串联谐振 0 前 言 点因阻抗小导致的空载功率太高而损坏【 。因此，该 超声焊是通过超声振动实现同体焊件粘接的一种 设计选择超声振动系统工作在并联谐振点。 工艺方法。与其它传统的焊接方法相比，超声波焊接 除了快速、清洁、安全等优点外，超声焊还具有一些突 出的特点，例如可以焊接异种金属，能够将金属薄片或 金属箔焊接到较厚的金属板上，对焊件表面的焊前处 理要求不高，还可以焊接塑料件特殊部位等。因此，超 声焊接技术广泛应用于电子产品、家用电器、塑料玩 具、文具El用品、汽车和纺织行业等，并取得很好的社 会效益和经济效益_1 J。提供稳定、可靠、高效、经济 的智能化超声功率发生器是超声电源技术研究的最终 图1 超声换能器等效电路 目标。为此，文中设计了一种基于MSP430控制器的手 2 超声波点焊机硬件电路的设计 持式超声波点焊机。 文中设计的超声波点焊机控制系统的原理图如图 1 超声振动系统的等效电路 2所示。控制器采用MSP430单片机，利用MSP430的 超声波点焊机主要利用压电陶瓷的逆压电效应， PWM功能输出PWM方波，改变PWM波的占空比调整 将高频电能转换为机械能，其谐振等效电路如图1所 输出电压，结合频率跟踪电路，通过电压变化控制 示。图中 为换能器的动态等效电感，C 为换能器的 TL494的输出频率达到频率跟踪的目的。TL494产生双 动态等效电容， 为换能器的机械损耗阻抗，c。为压 电换能器的静态电容 j。换能器既可工作于串联谐 振，又可工作于并联谐振状态。在换能器工作在串联 谐振频率点时，其空载阻抗最小，空载电流过大不易控 制。换能器工作于并联谐振频率时，空载阻抗高，其输 出功率会随负载的变化自动调节，这样既可以保证换 收稿日期：2012—03—31 基金项目：上海市教委科研创新重点项目(1 lZZ173)；上海市科技创新行 动计划地方院校能力建设项目(09160501700，10110502200)。 图2 超声波点焊机硬件电路原理框图 34 2012年第7期 学兔兔 试验研究 r鳝掳 路双错方波信号经高速光电隔离后驱动功率MOSFET 示。该电路工作原理如下：上桥臂由MOS2，MOS4， 开关管，经