[發明專利]超聲波電源頻率調整方法、裝置、設備、介質及系統

在審

• 申請號: 202210138394.1
• 申請日: 2022-02-15
• 公開（公告）號: CN114465506A
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 付建偉;張祖之
• 申請（專利權）人: 浙江大豪科技有限公司;北京大豪科技股份有限公司
• 主分類號: H02M7/23
• 分類號: H02M7/23;H02M7/42;H03K7/08
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司 11205
• 代理人: 張芳;臧建明

本申請提供的超聲波電源頻率調整方法、裝置、設備、介質及系統，通過對輸出電流方波和輸出電壓方波的采樣，獲取上升沿及下降沿出現時時基計數器的計數值，并通過這些計數值完成輸出電流方波和輸出電壓方波高電平脈沖中點計數值的計算，從而得到輸出電壓和輸出電流的相位差及相位關系，可實現頻率跟蹤。所述方法可以在不對輸出電壓方波和輸出電流方波占空比進行限定的情況下完成頻率調整，同時提升了系統的抗干擾能力，降低了系統的成本。

技術領域

本申請涉及超聲波電源技術，尤其涉及一種超聲波電源頻率調整方法、裝置、設備、介質及系統。

背景技術

超聲波電源在應用中，通常通過換能器進行能量形式的變換，以實現需要的功能，換言之，超聲波電源的負載是換能器。換能器是將一種形式的能量轉換成另一種形式的能量的器件，換能器本身并不是由電學器件構成，但是在其諧振點附近，有一個等效電路。等效電路中包含了一個機械串聯諧振點和機械并聯諧振點，理論上換能器適合工作在機械串聯諧振點上。而且，換能器即使工作在諧振點附近，電路中也存在較大的電抗，超聲波電源本質上是一種逆變器，如果由逆變器直接驅動換能器，會導致只有部分輸出電壓真正作用在換能器的能量轉換上，輸出電壓與電流相位不相等，輸出效率低下。

由于負載換能器的特殊性，超聲波電源需要實時跟蹤換能器諧振頻率的變化并控制開關頻率與諧振頻率保持一致。超聲波電源頻率跟蹤多采用鎖相頻率跟蹤等電跟蹤技術，即采樣匹配網絡前的電壓、輸出電流，將輸出電壓、輸出電流的相位差、相位關系反饋給電源控制系統。鎖相法是通過采樣輸出電壓、電流的相位關系，來決定輸出電壓的交變頻率，以達到輸出電壓、電流同相位的效果。由此可見，鎖相頻率跟蹤方法的關鍵在于輸出電壓和輸出電流的相位差及二者的相位超前滯后關系的精準獲取。為了保證鎖相范圍最大，需要確保輸出電壓和輸出電流經比較器得到的方波電壓的占空比為50％，否則可能導致頻率跟蹤失敗，繼而影響電源系統工作效率及穩定性。同時，此類方法涉及較多硬件電路，抗干擾能力較差，并且成本較高。

需要一種超聲波電源頻率調整方法，以適用于不同輸出方波占空比的系統，同時提升系統抗干擾能力且降低成本。

發明內容

本申請提供一種超聲波電源頻率調整方法、裝置、設備、介質及系統，以適用于不同輸出方波占空比的系統，同時提升系統抗干擾能力且降低成本。

第一方面，本申請提供一種超聲波電源頻率調整方法，包括：

根據超聲波電源輸出電壓和輸出電流，生成電壓方波和電流方波；

基于所述電流方波，當捕獲到上升沿時從第一時基計數器獲取第一計數值，當捕獲到下降沿時從所述第一時基計數器獲取第二計數值；以及，基于所述電壓方波，當捕獲到上升沿時從第二時基計數器獲取第三計數值，當捕獲到下降沿時從所述第二時基計數器獲取第四計數值；其中，所述第一時基計數器在所述電流方波的下降沿以及同步信號的上升沿進行復位，所述第二時基計數器在所述電壓方波的上升沿和下降沿，以及所述同步信號的上升沿進行復位；

根據所述第一計數值和所述第二計數值，計算獲得所述電流方波的首個脈寬中點對應的第一中點計數值；根據所述第三計數值和所述第四計數值，計算獲得所述電壓方波的首個脈寬中點對應的第二中點計數值；

根據所述第一中點計數值和所述第二中點計數值，獲得所述輸出電壓和所述輸出電流的相位差以及相位關系；根據所述相位差及所述相位關系，采用變步長方式進行頻率跟蹤。

可選的，所述根據所述第一計數值和所述第二計數值，計算獲得所述電流方波的首個脈寬中點對應的第一中點計數值，包括：

若所述第一計數值大于所述第二計數值，則根據第一公式，計算獲得所述第一中點計數值；所述第一公式為：

M1＝0.5*T1+T2-Period

若所述第一計數數值不大于所述第二計數數值，則根據第二公式，計算獲得所述第一中點計數值；所述第二公式為：