付为伟，黄海波，冯浩文，隋纪祥

（湖北汽车工业学院 电气与信息工程学院，湖北 十堰 442002）

随着超声波技术的发展，超声波焊接得到了广 泛应用。超声波塑料焊接技术是利用超声波使塑料接触面的分子融合在一起的连接方式，超声波焊接有功率大、效率高、成本低的优点［1］。其驱动部分核心为全桥逆变技术［2］，用于把直流电逆变为交流电。对逆变电路的控制采用的是SPWM 信号。随着超声波焊接技术的发展，使用DSP或单片机输出SPWM 信号存在资源紧张、频率跟踪慢、输出频率不稳定的问题［3］。采用FPGA 生成SPWM 信号，具有频率快、精度高、编程灵活的特点［4］。由于不同工件材质焊接需要功率不同，要求输出功率可调；针对超声波换能器受环境温度、器件老化导致系统谐振频率改变，要求信号源自动追频、锁频。刘晓光等人提出先以电流大小为标准，扫频出最大电流，再以锁相环进行频率跟踪，但判断复杂，频率锁定慢［3］；彭咏龙等人提出变PI 参数的数字锁相环，提高了频率锁定速度，但参数调节复杂［5］。为此，文中使用FPGA 对3 种软件生成SPWM 信号的方法：自然采样法、对称规则采样法、不对称规则采样法［6］仿真实现。以输出波形质量、占用资源、调制难度为指标，分析3 种方法存在的优缺点；提出广义预测算法结合PID的全数字锁相环，应用于超声波焊接电源信号源。

1 全桥逆变电路驱动原理

SPWM 信号主要用于控制全桥逆变电路上的IGBT，可将直流电压转变成负载上的交流电压；同时使通过负载的电流接近正弦波，提高电能的质量，减少IGBT发热［7］。……