[發明專利]一種用于換能器級聯的超聲波電源

有效

• 申請號: 201410135199.9
• 申請日: 2014-04-04
• 公開（公告）號: CN103973262B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發明（設計）人: 杜貴平;羅杰;方俊翔
• 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

1.一種用于換能器級聯的超聲波電源，其特征在于包括整流橋、濾波電路、直流斬波電路、全橋逆變電路、第一阻抗無級匹配網絡（TL1)、第二阻抗無級匹配網絡(TL2)、第一換能器(tran1)、第二換能器(tran2)、匹配網絡控制電路、電壓電流采樣電路、頻率跟蹤電路、功率恒定電路；第一阻抗無級匹配網絡（TL1）由第一晶閘管（THY1）、第二晶閘管（THY2）、第一電感（L1）、第二電感（L2）構成；第二阻抗無級匹配網絡（TL2）由第三晶閘管（THY3)、第四晶閘管（THY4）、第三電感（L3）、第四電感（L4）構成；第一阻抗無級匹配網絡(TL1)與第一換能器(tran1)并聯組成第一支路，第二阻抗無級匹配網絡(TL2)與第二換能器(tran2)并聯組成第二支路；第一支路與第二支路級聯后接入超聲波電源逆變橋輸出端；匹配網絡控制電路通過控制第一阻抗無級匹配網絡中驅動第一晶閘管（THY1）、第二晶閘管（THY2）的第一晶閘管驅動信號、第二晶閘管驅動信號的占空比大小能控制第一阻抗無級匹配網絡（TL1)接入逆變主電路等效電感的大小；匹配網絡控制電路通過控制第二阻抗無級匹配網絡中驅動第三晶閘管（THY3）、第四晶閘管（THY4）的第三晶閘管驅動信號、第四晶閘管驅動信號的占空比大小能控制第二阻抗無級匹配網絡（TL2)接入逆變主電路等效電感的大小；全橋逆變電路的輸出電壓、電流經過采樣電路，接入頻率跟蹤電路和功率恒定電路，頻率跟蹤電路控制全橋逆變電路的逆變頻率，功率恒定電路控制直流斬波電路輸出電壓的大小。

2.根據權利要求1所述的一種用于換能器級聯的超聲波電源，其特征在于所述匹配網絡控制電路包括4個相同的晶閘管驅動信號產生電路，分別是第一晶閘管驅動信號產生電路、第二晶閘管驅動信號產生電路、第三晶閘管驅動信號產生電路、第四晶閘管驅動信號產生電路；第一、第三晶閘管驅動信號產生電路的正端接入輸出電壓采樣信號；第二、第四晶閘管驅動信號產生電路的負端接入輸出電壓采樣信號；第一、第三晶閘管驅動信號產生電路的負端以及第二、第四晶閘管驅動信號產生電路的正端接地；第一、第二、第三、第四晶閘管管驅動信號產生電路分別產生第一、第二、第三、第四晶閘管驅動信號；第一、第二晶閘管驅動信號占空比的大小由第一PI控制信號調節；第三、第四晶閘管驅動信號占空比的大小由第二PI控制信號調節。

3.根據權利要求1所述的一種用于換能器級聯的超聲波電源，其特征在于匹配網絡控制電路通過控制驅動第一晶閘管（THY1)、第二晶閘管（THY2)的第一晶閘管驅動信號、第二晶閘管驅動信號占空比的大小來控制第一阻抗無級匹配網絡（TL1)接入電路的等效電感大小，使第一換能器（tran1)所在第一支路的第一支路電壓、第一支路電流同相位；匹配網絡控制電路通過控制驅動第三晶閘管（THY3)、第三晶閘管（THY4)的第三晶閘管驅動信號、第四晶閘管驅動信號占空比的大小來控制第二阻抗無級匹配網絡（TL2)接入電路的等效電感大小使第二換能器(tran2)所在第二支路的第二支路電壓、第二支路電流同相位。

4.根據權利要求1~3任一項所述的一種用于換能器級聯的超聲波電源，其特征在于全橋逆變電路輸出的電壓、電流經過采樣電路得到的采樣信號，經過頻率跟蹤電路控制全橋逆變電路的逆變頻率，使得全橋逆變電路的輸出頻率跟蹤換能器的諧振頻率。

5.根據權利要求4所述的一種用于換能器級聯的超聲波電源，其特征在于頻率跟蹤電路控制全橋逆變電路輸出的交流電頻率跟蹤換能器的諧振頻率；由于頻漂影響，第一換能器（tran1)、第二換能器（tran2)的諧振頻率具有微小的差異，而第一阻抗無級匹配網絡（TL1)、第二阻抗無級匹配網絡（TL2)分別調節第一支路、第二支路的諧振頻率，使得第一支路的第一支路電壓、第一支路電流同相位以及第二支路的第二支路電壓、第二支路電流同相位。