[發明專利]超聲電源的動態匹配裝置及其方法

有效

• 申請號: 201310172937.2
• 申請日: 2013-05-13
• 公開（公告）號: CN103252314A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: 董觀利;朱昌平;徐斐;曹智勇;何貞兵;單鳴雷;陳秉巖;韓慶邦;李建
• 申請（專利權）人: 河海大學常州校區
• 主分類號: B06B1/06
• 分類號: B06B1/06
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

技術領域

本發明涉及功率超聲系統技術領域，具體涉及一種超聲電源的動態匹配裝置及其方法。

背景技術

對任何一個功率超聲系統來說，它的等效阻抗都可以用來表示，于是功率超聲系統的總功率為P=I2Z=I2R+jω(L-1ω2C)I2,]]>其中P₀＝I²R為有用功，P1=ω(L-1ω2C)I2]]>為無用功，無用功是功率超聲系統損耗掉的能量，是在功率超聲系統設計中要盡可能避免的，為了讓一個功率超聲系統的輸出功率達到最大，就要減少功率超聲系統中的無用功，可以通過適當的改變功率超聲系統的工作頻率或者增加匹配電路使功率超聲系統的等效阻抗虛部為零或接近于零。

由于匹配電路是許多功率超聲系統運用中用來解決上述問題的重要一環，功率超聲系統與它們的驅動電源之間的匹配包括兩個方面：一是阻抗變換，一般由變壓器實現；二是調諧濾波，一般由L、C電路實現。目前，實現調諧濾波的匹配方法主要包括靜態匹配和動態匹配兩種，靜態匹配是在驅動電源輸出頻率與功率超聲系統靜態諧振頻率相同的條件下，驅動電源輸出阻抗與功率超聲系統輸入阻抗的匹配，它適用于要求功率超聲系統的工作頻率固定的應用場合，但功率超聲系統在長時間工作后，可能由于溫度升高等條件變化會引起其輸入阻抗及諧振頻率的變化，這樣會引起靜態匹配效果會變差，導致調諧濾波匹配效果不佳；動態匹配一般使用頻率跟蹤技術，實時跟蹤系統諧振頻率的變化，保證電路匹配，提高系統的效率，但輸出頻率不固定，可以克服靜態匹配中由于溫度升高等條件變化造成的影響，但是目前的動態匹配技術存在以下缺點：

（1）在動態匹配現有技術中，用于超聲波電源中超聲信號產生電路主要采用DDS、多諧振蕩器或壓控振蕩器，由于帶負載的能力較差，在大功率超聲系統中往往需要后接推挽電路，增加了功率超聲系統的復雜度和不穩定性；

（2）在動態匹配現有技術中，用于超聲波電源中電壓、電流信號的采樣主要是采用電流互感器通過導線依次連接通帶濾波電路、比較整形電路；光耦電壓取樣電路通過導線依次連接帶通濾波電路、比較整形電路，該種電路結構復雜，電路成本較高，不易于投入商業化生產，并且在面對大功率超聲系統時會對其可靠性和安全性帶來一定的影響；

（3）在動態匹配現有技術中，用于功率超聲系統中檢測電壓、電流信號的相位差主要采用鎖相環、異或門電路或PLD器件。對于鎖相環，由于其是由模擬量控制的，不利于對相位差信號進行數字化處理；用異或門電路測量時，這種相位比較器對兩個輸入信號的占空比要求比較高，增加了電路的設計難度；對于PLD器件，若在保證測量精度的前提下，測量100kHz以上的信號時，往往需要較高的系統時鐘，若系統硬件時鐘頻率過高，會對芯片性能產生影響，同時給外圍電路、電路板的布線、材料選擇、加工等帶來的不利因素。

發明內容