[實用新型]基于碳化硅器件的大功率寬頻帶超聲波電源

有效

• 申請號: 201520243425.5
• 申請日: 2015-04-22
• 公開（公告）號: CN204761297U
• 公開（公告）日: 2015-11-11
• 發明（設計）人: 杜貴平;羅杰;溫先佳
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H02M5/458
• 分類號: H02M5/458
• 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

本實用新型涉及超聲波電源技術領域，具體涉及一種基于碳化硅器件的大功率寬頻帶超聲波電源。

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。超聲波電源的負載通常是壓電陶瓷換能器，壓電陶瓷換能器存在靜態電容，壓電陶瓷換能器在工作過程中，其諧振頻率點將發生漂移，因此，超聲波電源必須具備跟蹤超聲換能器諧振頻率的能力。

目前，常用的超聲波電源頻率跟蹤方法有，最大電流搜索諧振頻率方法、鎖相頻率跟蹤方法、匹配網絡調節法。匹配網絡調節法的控制精度要受最小投切電感的影響，最大電流搜索諧振頻率的方法以及鎖相頻率跟蹤方法都必須在一定范圍內搜索換能器的諧振頻率，從電源啟動到穩態需要花費大量的計算周期來尋找換能器的諧振頻率，系統從啟動到穩態的過渡時間較長。

實用新型內容

本實用新型目的在于公開一種基于碳化硅器件的大功率寬頻帶超聲波電源。

本實用新型的一種基于碳化硅器件的大功率寬頻帶超聲波電源及其控制方法，其所使用的開關管均為碳化硅器件，具有能耗低，頻率高等優點，電源系統具有自動識別換能器負載諧振頻率的功能，然后利用變步長跟蹤對換能器諧振頻率進行跟蹤修正，保證負載處于諧振狀態，系統具有較短的過渡時間。

本實用新型的目的可采用以下技術方案實現。

基于碳化硅器件的大功率寬頻帶超聲波電源，其包括PWM整流電路、直流斬波調功電路、全橋逆變電路、主變壓器、電壓取樣電路、電流取樣電路、匹配網絡、匹配網絡驅動電路、壓電換能器、保護電路、調功控制電路、驅動電路、DDS電路、鎖相電路和數字控制電路；PWM整流電路、全橋逆變電路及直流斬波電路均采用了寬禁帶器件碳化硅功率場效應管作為功率開關；PWM整流電路的輸入端接入市電，其輸出端接入直流斬波調功電路的輸入端，直流斬波調功電路的輸出端接入全橋逆變電路的輸入端和電壓取樣電路的輸入端，全橋逆變電路的輸出端接入主變壓器的初級輸入端，主變壓器的次級輸出第一端接入匹配網絡第一電感的第二端以及壓電換能器的第一端，主變壓器的次級輸出第二端接入電流取樣電路的第一輸入端，壓電換能器的第二端與匹配網絡第二電感的第二端以及電流取樣電路的第二輸入端相連接，數字控制電路的輸入端接鎖相電路的輸出端，數字控制電路的第一輸出端接入DDS電路的輸入端，DDS電路的輸出端接入驅動電路的輸入端，驅動電路的輸出端接入全橋逆變電路的驅動端，數字控制電路的第二輸出端接入匹配網絡驅動電路的輸入端，匹配網絡驅動電路的第一輸出端接入匹配網絡的第一晶閘管的門極，匹配網絡驅動電路的第二輸出端接入匹配網絡的第二晶閘管的門極，第一晶閘管的陰極與第二晶閘管的陽極以及第一電感的第一端相連接，第一晶閘管的陽極與第二晶閘管的陰極以及第二電感的第一端相連接，電流取樣電路的輸出端和電壓取樣電路的輸出端分別接入調功控制電路的第一輸入端和第二輸入端，保護電路的輸出端接入調功控制電路的輸入端，保護電路的輸入端接電流取樣電路的輸出端，調功控制電路的輸出端接入直流斬波調功電路的驅動端，電流取樣電路的輸出端接入鎖相電路的第一輸入端，驅動電路的采樣端接入鎖相電路的第二輸入端，驅動電路采樣端輸出的電壓信號作為鎖相電路的電壓反饋。

本實用新型與已有技術相比具有以下優點：

本實用新型所提出的一種基于碳化硅器件的大功率寬頻帶超聲波電源與傳統的超聲波電源不同，傳統的超聲波電源采用MOS開關管或者IGBT開關管，其工作頻率受電源輸出功率限制，傳統的超聲波電源頻率跟蹤方法需要在一定頻率范圍內搜索超聲波電源的諧振頻率，需要耗費大量的計算周期，系統的過渡時間較長。

本實用新型所提出的一種基于碳化硅器件的大功率寬頻帶超聲波電源使用寬禁帶碳化硅器件，電源輸出的頻率受功率影響較小，可以滿足大功率，高頻率的需求，并且電源系統具有諧振頻率自動識別的功能，通過在不同輸出頻率條件下的兩次采樣，經過計算，即可基本得出換能器負載的諧振頻率，采樣過程只需要花費兩個采樣周期，與傳統的頻率跟蹤方法相比，具有過渡時間短，動態響應快的優點。

附圖說明

圖1是基于碳化硅的超聲波電源構成示意圖。

圖2是基于諧振頻率自動識別和變步長跟蹤控制的一種實例控制流程圖。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施，對本實用新型作進一步的詳細敘述。