基于ＡＲＭ和ＦＰＧＡ超声波压电陶瓷数字变频驱动

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长沙理工大学的李显亮针对传统超声波压电陶瓷驱动电源存在驱动电源的功率与频率调节不方便等问题，研制实现了一种基于ＡＲＭ＋ＦＰＧＡ的超声波压电陶瓷数字变频驱动电路方案，该方案利用ＦＰＧＡ产生带死区的ＰＷＭ波，其频率和死区时间独立可调、频段为超声波区域的方波信号；利用专用的自举驱动芯片，驱动大功率ＩＧＢＴ元件。功率驱动电路采用Ｈ桥拓扑结构，通过利用变压器实现变压与功率输出；然后利用滤波电容滤波，得到超声波压电陶瓷所需要的正弦波驱动信号，确保了该数字式变频驱动电路频率可调、电压可调。

１）压电陶瓷数字变频驱动的方案设计。主要包括：主控制器模块单元、电源模块单元、通信模块单元与显示模块单元设计。通过以ＡＲＭ、ＦＰＧＡ、模拟电子技术为理论基础，设  计并实现压电陶瓷数字变频驱动电路；可以实现输出电流和频率可调，或电压、功率变  化的超声波压电陶瓷驱动系统。  

２）系统硬件设计。超声波压电陶瓷驱动系统，硬件部分主要是压电陶瓷控制板和压电陶瓷驱动板的电路设计，包括ＣＰＵ＋ＦＰＧＡ电路、光耦隔离电路、ＩＲ２１３６Ｓ自举升压电路、ＩＧＢＴ的Ｈ桥电路、ＡＤ采集电路、ＬＣＤ显示电路、滤波等电路设计。  

３）ＡＲＭ＋ＦＰＧＡ的嵌入式软件设计。分为ＡＲＭ－ＣＰＵ的程序设计，和ＦＰＧＡ硬件描述语言设计。ＡＲＭ程序设计使用ＫＥＩＬＣ语言，包括人机交互程序、ＳＰＩ通信程序、Ａ／Ｄ釆集程序，控制程序等；ＦＰＧＡ的程序设计包括ＰＷＭ波输出、ＳＰＩ通信、晶振倍频设计等。  

实验结果表明，ＡＲＭ和ＦＰＧＡ相结合的方法可以实现超声波压电陶瓷的数字化输出，产生死区可调的ＰＷＭ波，实现自动检测、控制输出电流和频率。在工业清洗、工业焊接、 金属加工等领域有一定的实用价值。

参考文献：

[1]李显亮.基于ARM和FPGA超声波压电陶瓷数字变频驱动[D].长沙理工大学.

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