[發(fā)明專利]基于級聯(lián)Buck技術(shù)的超聲波電源

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911031802.8
• 申請日: 2019-10-28
• 公開（公告）號: CN110943626A
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張長征;張維堯;周持衡;舒泳皓;朱雨潔
• 申請（專利權(quán)）人: 湖北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H02M5/458
• 分類號: H02M5/458;H02M3/155;H02M7/5387
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 鄭勤振

公開了一種基于級聯(lián)Buck技術(shù)的超聲波電源，包括：將交流電壓轉(zhuǎn)換為恒定直流電壓的整流單元；將所述恒定直流電壓變換成幅值和頻率可調(diào)的正弦半波直流電壓的直流變換器；將所述正弦半波直流電壓逆變?yōu)檎医涣麟妷旱娜珮蚰孀兤鳎灰约皩⑺稣医涣麟妷航尤氤暡〒Q能器的高頻變壓器和匹配網(wǎng)絡(luò)；其中所述直流變換器單元為單相級聯(lián)雙buck結(jié)構(gòu)。利用本公開的電源給換能器供電，無需在換能器兩端并聯(lián)濾波電容，可以大大減小匹配網(wǎng)絡(luò)電抗器的電感量，有效提高超聲波電源的功率密度，大大降低諧振電壓，有效提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開屬于超聲波電源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于級聯(lián)Buck變換器的超聲波電源。

背景技術(shù)

超聲波能夠通過“空化”作用高效地清潔物件的表面。所謂“空化”，即指存在于液體中的微小氣泡(空化核)在超聲場的作用下振動、生長并不斷聚集聲場能量，當(dāng)能量達(dá)到某個(gè)閾值時(shí)，空化氣泡急劇崩潰閉合的過程。空化氣泡的壽命約0.1μs，它在急劇崩潰時(shí)可釋放出巨大的能量，并產(chǎn)生速度約為110m/s、有強(qiáng)大沖擊力的微射流。也就是利用超聲波電源推動超聲波換能器在液體中產(chǎn)生超聲振動，使液體產(chǎn)生空穴，空穴破碎時(shí)產(chǎn)生高強(qiáng)度爆破式液力沖擊波，在這種液力沖擊波的連續(xù)沖擊下，粘附在工件表面的污垢被剝落，從而達(dá)到清洗目的。傳統(tǒng)的超聲波電源實(shí)現(xiàn)方法是將市電整流為直流電，再通過逆變電路逆變?yōu)榉讲ā＿@種方波逆變技術(shù)的超聲波電源具有元器件少、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但諧波含量高，需要在換能器兩端并聯(lián)濾波電容，增加匹配網(wǎng)絡(luò)電抗器電感量，從而實(shí)現(xiàn)無源濾波，諧振電壓較高，可靠性較差，功率密度較低。

發(fā)明內(nèi)容

本公開提供基于級聯(lián)Buck技術(shù)的超聲波電源，利用本公開的電源給換能器供電，無需在換能器兩端并聯(lián)濾波電容，可以大大減小匹配網(wǎng)絡(luò)電抗器的電感量，有效提高超聲波電源的功率密度，大大降低諧振電壓，有效提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

根據(jù)本公開實(shí)施例的一方面，提供一種超聲波電源，包括：將交流電壓轉(zhuǎn)換為恒定直流電壓的整流單元；將所述恒定直流電壓變換成幅值和頻率可調(diào)的正弦半波直流電壓的直流變換器；將所述正弦半波直流電壓逆變?yōu)檎医涣麟妷旱娜珮蚰孀兤鳎灰约皩⑺稣医涣麟妷航尤氤暡〒Q能器的高頻變壓器和匹配網(wǎng)絡(luò)；其中所述直流變換器為單相級聯(lián)雙buck結(jié)構(gòu)。

在上述的超聲波電源，所述整流單元為單相二極管整流橋。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本公開作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

圖1示出了基于級聯(lián)Buck技術(shù)的超聲波電源的系統(tǒng)框圖。

圖2示出了二極管整流單元的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

圖3a示出了直流變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

圖3b示出了輸入到圖3a所示的直流變換器的波形。

圖3c示出了圖3a所示的直流變換器的輸出波形。

圖4a示出了全橋逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

圖4b示出了4a所示的全橋逆變器的輸出波形。

圖5示出了高頻變壓器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

圖6示出了匹配網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

圖7示出了換能器等效電路圖。

具體實(shí)施方式