[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

技術領域

本發明涉及超聲波電源技術領域，具體涉及一種用于換能器級聯的超聲波電源。

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，常用的超聲波電源采用的匹配網絡是單個電感或者T型匹配電感，通過改變逆變器輸出的頻率，達到跟蹤換能器諧振頻率的效果。這種工作方式下，使得單個逆變電源只能配套一個換能器運行，使得電源的容量受到換能器功率的限制。

發明內容

本發明目的在于公開一種用于換能器級聯的超聲波電源。

本發明公開一種用于換能器級聯的超聲波電源，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，匹配網絡控制電路控制第一、第二阻抗無級匹配網絡接入超聲波電源逆變輸出端等效匹配電感的大小，分別實現第一、第二換能器所在第一、第二支路諧振頻率微調的效果，達到換能器級聯工作的效果。

本發明的目的可采用以下技術方案實現：

一種用于換能器級聯的超聲波電源，其包括整流橋、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、第二阻抗無級匹配網絡、第一換能器、第二換能器、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由第一晶閘管、第二晶閘管、第一電感、第二電感構成；第二阻抗無級匹配網絡由第三晶閘管、第四晶閘管、第三電感、第四電感構成；第一阻抗無級匹配網絡與第一換能器并聯組成第一支路，第二阻抗無級匹配網絡與第二換能器并聯組成第二支路；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、第二晶閘管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接入逆變主電路等效電感的大??；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、第四晶閘管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。

進一步優化的，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PI控制信號可以調節第一、第二晶閘管驅動信號占空比的大??；第二PI控制信號可以調節第三、第四晶閘管驅動信號占空比的大小。

進一步地，匹配網絡控制電路通過控制驅動第一晶閘管、第二晶閘管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可以控制第一阻抗無級匹配網絡接入電路的等效電感大小，使第一換能器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、第三晶閘管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可以控制第二阻抗無級匹配網絡接入電路的等效電感大小使第二換能器所在第二支路的第二支路電壓、第二支路電流同相位。

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。

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、第二換能器的諧振頻率具有微小的差異，而第一阻抗無級匹配網絡、第二阻抗無級匹配網絡分別調節第一支路、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。