[發明專利]一種用于超聲波電源的阻抗無級匹配網絡及控制方法

有效

• 申請號: 201310325958.3
• 申請日: 2013-07-31
• 公開（公告）號: CN103401530A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 杜貴平;羅杰
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H03H11/28
• 分類號: H03H11/28
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發明涉及一種用于超聲波電源的阻抗無級匹配網絡及控制方法。

背景技術

超聲波電源通常稱為超聲波發生源，它的作用是把電能轉換成與超聲波換能器相匹配的高頻交流電信號。超聲波電源的負載是超聲換能器，超聲換能器存在靜態電容，因此，超聲換能器在使用時通常必須有相對應的感性匹配網絡，來配合超聲換能器的工作。

目前，常用的超聲波電源匹配網絡有單個電感匹配網絡和T型匹配網絡，通過改變匹配網絡中電感的大小可實現諧振頻率微調。調節匹配電感大小的傳統方法是通過電感投切來實現的，這種方法使得匹配網絡中匹配電感的大小精度受到投切電感最小值的限制，并且是有級調節。無法高精度的達到電感匹配和頻率跟蹤的效果。

發明內容

本發明目的在于公開一種用于超聲波電源的阻抗無級匹配網絡及控制方法，通過控制第一、第二晶閘管導通角的大小，可以調節接入主電路等效匹配電感的大小，實現匹配電感無級調節，并且通過調節匹配電感的大小可以實現超聲波電源逆變橋輸出電壓、電流同相位的效果。

本發明的目的可采用以下技術方案實現：

一種用于超聲波電源的阻抗無級匹配網絡，其包括信號處理模塊、占空比控制模塊、第一晶閘管和第二晶閘管、以及第一電感和第二電感，第一晶閘管的陰極與第二晶閘管的陽極相連接，第一晶閘管的陽極與第二晶閘管的陰極相連接，第一電感的一端與第一晶閘管的陰極和第二晶閘管的陽極相連接；第二電感的一端與第一晶閘管的陽極和第二晶閘管的陰極相連接，第一電感的另一端和第二電感的另一端接于主電路逆變橋輸出端，與換能器并聯。

所述信號處理模塊接收超聲波電源主電路逆變橋的輸出電壓采樣信號，產生與逆變橋輸出電壓負向、正向同步的第一晶閘管驅動信號和第二晶閘管驅動信號。

所述占空比控制模塊控制與超聲波電源逆變橋輸出電壓負向、正向同步的第一晶閘管驅動信號和第二晶閘管驅動信號的占空比。

上述用于超聲波電源的阻抗無級匹配網絡的控制方法是：超聲波電源逆變橋輸出電壓經過降壓高頻變壓器得到的輸出電壓采樣信號，該采樣信號經過信號處理模塊可以產生與輸出電壓負向、正向同步的兩路驅動信號，分別驅動第一晶閘管的門極和第二晶閘管的門極，占空比控制模塊通過控制信號處理模塊產生的兩路驅動信號的占空比，可以調節第一晶閘管和第二晶閘管的導通角，進而改變第一電感和第二電感接入主電路的等效電感值，以實現匹配網絡阻抗無級調節，在換能器諧振頻率漂移時，可以采用保持電源輸出頻率不變，僅調節匹配電感大小的方法使得輸出電壓、電流同相位，控制更加簡單。

本發明與已有技術相比具有以下優點和突出效果：

本發明所提出的超聲波電源匹配網絡與傳統的匹配網絡不同，傳統的匹配網絡有單個電感匹配網絡和T型匹配網絡，其電感值恒定不可調，已有的可調匹配網絡也是通過電感投切的方式，采用的是有級調節，精度受到限制。

本發明所提出的超聲波電源匹配網絡可以通過調節晶閘管導通角的方式達到等效電感連續可調的目的，采用無級調節，精度更高。并且在換能器諧振頻率漂移時，可以采用保持電源輸出頻率不變，僅調節匹配電感大小的方法使得電源輸出電壓、電流同相位，使得控制更加簡單。輸出電壓采樣信號經過信號處理模塊，可以產生與輸出電壓負向、正向同步的兩路驅動信號，分別用于驅動第一晶閘管和第二晶閘管的門極。通過占空比控制模塊調節兩路驅動信號的占空比，可以連續調節接入電路中等效電感的大小，達到輸出電壓、電流同相位的效果。

附圖說明

圖1是用于超聲波電源的阻抗無級匹配網絡的構成示意圖。

圖2是匹配網絡中的信號處理模塊和占空比控制模塊的電路圖。

圖3是控制占空比的電壓信號波形圖。

圖4是相位差脈沖指示信號V11和相位差電壓指示信號V15波形圖。

圖5是應用本發明匹配網絡的超聲波電源的輸出電壓、電流采樣波形。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施，對本發明作進一步的詳細敘述，但本發明的實施和保護不限于此。