超声波金属焊接技术以其低能耗、高效率、清洁环保等优点得到了广泛的应用开发,而随着新能源汽车技术的发展,对于高稳定、高可靠快速电池组件焊接技术的需要也越来越迫切。目前国内大型的电动车电池焊接设备大部分是基于国外的必能信、海尔曼等的超声波电源技术,价格昂贵、维修成本高。据此本论文研究基于专用锁频芯片技术的金属焊机超声波电源:首先,针对传统超声波电源中频率跟踪速度慢和可靠性差的问题,本文设计了基于谐振频率锁频专用芯片的控制方案,采用单片机及外围辅助电路,实现了频率锁频智能控制模块,设计了对应的VCO电路。结合DDS技术,该模块能智能跟踪换能器的工作频率,改善了传统超声金属焊接电源的频率控制精度、跟踪速度和可靠性。设计的频率跟踪模块,在27～29k Hz频率范围内,频率跟踪时间达到33 ms以内。其次,针对换能器阻抗匹配以及频率跟踪过程中电压和电流波动大的问题,研究了一种新的匹配电路参数选取方案。通过对换能器的电学等效模型和匹配电路的建模,再对输入信号进行傅里叶变换分析,最后利用Matlab计算出不同匹配参数下换能器的电压、电流随匹配参数和工作频率变化的三维图。测试空载工作时其实际电压曲线与理论电压曲线的拟合优度R~2为0.74。针对传统超声波电源存在的焊接稳定性差的问题,设计增加了PFC电路和能量控制模式。该PFC电路能降低电网波动对超声振子输出功率的影响,并且在相同的负载下,输入功率可以提高79.9%,功率因素从0.642提高到0.992。为了实现能量控制模式,通过对比分析常用的能量计算算法,构建了焊接能量计算模型,据此,在硬件上针对性的设计了移相电路、乘法电路、滤波电路和直流偏置电路等,在软件主要采用了DMA存储技术。测试结果表明,该模型的相对误差波动在-2.28%～3.00%以内,在能量模式下工作,可以使超声焊接实际消耗能量的标准差从49.5降到12.4。最后,论文对基于锁频专用芯片的超声金属焊接电源方案进行了验证,首先对比测试了不同超声电源的性能。然后研究了双层0.3毫米厚紫铜片的焊接效果,通过剪切力和剥离力测量,试验研究了焊接压强、时间对铜焊接质量的影响。强度测试结果表明,基于优化控制方案的超声波金属焊接设备,焊接件的剪切力的标准差从112.5降到79.8,剥离力的标准差从41.8降到27.6。