一种超磁致伸缩换能器驱动电源的设计与实现

设计并实现了一种高效率的稀土超磁致伸缩换能器驱动电源,使换能器和功放的阻抗匹配得到改善。利用开关管的导通与否控制脉冲信号,从而达到驱动换能器的目的。本电源主要配合稀土换能器应用于桥梁和大体积混凝土的超声无损检测领域。数次实际检测效果表明：该电源可以迅速、有效、稳定地驱动稀土超磁致伸缩换能器。

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耿金登等：种超磁致伸缩换能器驱动电源的设计与实现一 在其激励电路的作用下轮流导通一截止。+ 1直流电 2V

使用逻辑与非门集成电路 (反相器 )设计一种 R 6, C振荡电路。利用 R C振荡电路驱动 MO F T管。该驱动 SE电路的特点是无激励信号时，个 MO F T开关管的静两 SE 态电流为零；有激励信号时，个开关管交替工作，输而两各

在高频变压器的作用下，高至 10 0V交流电从变压器升 0 次级输出。变压器次级输出的高压交流电经过整流电路

和滤波电路作用后，成直流电输入到负载——换能器线变 圈 L(图 2所示 )如。

出半波信号，合起来形成一个完整的波形。电路简单，容 易实现。其中 6反相器采用的 是芯片 MM7 HC0。 4 4

2 2高频变压器的设计 .高频变压器是稀土换能器驱动电源中最重要的器件，的他用途是升高脉冲电压信号，使并

功率放大器的输出阻抗与换能 器的负载阻抗匹配。一般高频

变压器以变压器的功率、副边原电压信号的幅值确定变压器的 尺寸和变比；稀土换能器驱动而用变压器则主要以功率和原副边电感及阻抗匹配确定变压器 的尺寸和变比。 图 2驱动电源电路原理图

2 2 1变压器的

工作频率和 . .

换能器线圈 L处接电容 C,来对线圈 L进行充、用放 电。当激发脉冲电路输出脉冲激励开关管 3通后，导电容 C通过电容 C、能器线圈 L和开关管 3组成的回路向线圈换

总视在功率的确定 变压器的工作频率取决于换能器的工作频率。在此选用频率为 5 Hz 0k的稀土换能器。设二极管的正向压降 为 VD F=0 6 V,于推挽工作的开关电源变压器，的 .对他

L放电，而达到驱动换能器的目的；开关管 3截至后，从当 由换能器线圈 L二极管 D以及电阻 R(, R一 5 1 l成 . ' kD组的回路可防止瞬间电流过大而损坏元器件，而起到一定从 的保护作用。

总视在功率 P可由式 ()算得到： J 1计 P一√ P (+ 1 , 2。1/ ) () 1

其中 P为输出功率，。代人数值计算得 P一2 , 5W。

2 1开关管及其驱动电路 . 在开关电源常用的元器件中， S E功率场效应 MO F T管具有；关速度快、入阻抗高、存在热电二次击穿的开输不 现象等优点，以作为开关电源中的开关管，到众多电所受 源设计者的青睐。在设计稀土换能器驱动电源时，关管开

2 2 2变压器磁芯的选择 . . 磁芯是脉冲变压器的重要组成部分。高频变压器的 体积、量等主要指标都由磁芯来确定。常用的磁芯材料质有电工钢、磁合金、磁铁氧体、晶态合金等。软软非 利用式()算 A 2计 P值： A× A一 AP一 (,J 【+ J) K。, ( )/ K B fJ 2

选择 MT 3 0 P N10M0S E功率场效应管。MT 3 0 FT P N10的源极一极击穿电压可达 10 0V以上，极一源极耐漏 0栅压最大为 4满足设计的需要。 OV, MTP N1 0开关管 1和 2的栅极驱动电路如图 3 3 0( ) 所示。

式中 J+ J一 P为变压器的视在功率；为波 , K,形系数，示波形的有效值与平均值之比。表当波形为方波

时，一 4 K。 K,;为窗口使用系数，一般取值 0 4 J为电流密。; 度，般不超过 6 0 A/ m选取 J

1 0A/ m。一 0 c,一 0 c。

代入参数数值后，到 A—O 142e。根据文献得 P .0 m*

[ 3可选取 P i s司生产的型号为 1 8—1 T E的 1, hl公 i p—16 6 E 铁心， AP一0 1 。其 .9c

2 2 3变压器原、 . .副边绕组匝数的计算 变压器原边绕组的匝数 N由下式确定： N— U f 7 B fA K (

代入已知量，:一 9匝。得 N

变压器副边绕组的匝数 N由下式确定： 图 3 MOS ET栅级驱动电路 (关管 1和 2 F开 ) 2

N= N/ U,

() 4