CN101658838B - 超声波发生器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超声波发生器，其包括一辅助电源模块、一功率转换模块、一输出变压器、一换能器、一控制模块及一频率检测转换模块；该辅助电源模块用于将外部电能转化为上述各模块所需电能，功率转换模块用于将交流电变换成稳定的高压直流电，输出变压器用于将功率转换模块输入的直流电压变换成输出频率可调的高压高频脉冲电压，换能器用于将输出变压器输入的电功率转换成机械功率再传递出去；频率检测转换模块用于对换能器进行实时工作频率监测并进行转换，然后将频率信号输入控制模块，控制模块根据频率信号对功率转换模块作相应的控制调整。本发明超声波发生器可实现实时频率检测、发热量低、稳定性高及鲁棒性好。

Description

超声波发生器
技术领域
本发明涉及一种超声波发生器，尤其是涉及一种可用于超声波焊接的超声波发生器。
背景技术
超声波具有聚束、定向及反射、透射等特性，因而通过超声波产生、传播及接收的物理过程从而完成一种超声技术。超声技术在塑料焊接、金属焊接、清洗及其它加工领域中得到广泛的应用。
请参阅图3及图4，图3为现有的一种超声波发生器100’的原理框图，其包括一辅助电源模块1’、一振荡电路模块2’、一输出变压器3’、一换能器4’及一控制模块5’。该辅助电源模块1’为上述各模块提供电能；振荡电路模块2’用于产生振荡信号；输出变压器3’用于将振荡电路模块2’输入的振荡信号变换成高频脉冲信号给换能器4’；换能器4’用于将输入的电功率转换成机械功率(即超声波)再传递出去；控制模块5’与振荡电路模块2’相连并控制振荡电路模块2’。
其中，控制模块5’包括一超声波触发控制单元(如图4)，该超声波触发控制单元包括一NE555集成电路IC1、电容C1至C3、电阻R1至R9、二极管D1、光电二极管光耦合器GG、可控硅KG1、电源端a、启动信号输入端b、复位信号输入端c、计时信号输入端d、超声波电源端e及超声波发生电源输入端f。该电源端a与所述辅助电源模块1’电性相连，启动信号输入端b连接到启动按钮(图中未示)，超声波发生电源输入端f连接到所述振荡电路模块2’，计时信号输入端d与超声波电源端e连接有一计时电路单元(图中未示)。当启动信号输入端b获得启动信号时，电容C1经电阻R1放电，NE555集成电路IC1的2号引脚处于低电平，NE555集成电路IC1的3号引脚输出高电平，光电二极管光耦合器GG和可控硅KG1导通，从而该超声波发生器100’发射超声波。
然而，上述现有的超声波发生器100’通过可控硅KG1的开启与关闭从而实现相应的控制。由于可控硅KG1的可控性具有不稳定性和发热较大，同时会产生较大的纹波电压，因而系统既不稳定，也带来大量散热问题。
发明内容
本发明是针对上述背景技术存在的缺陷提供一种实时频率检测、发热量低、稳定性高及鲁棒性好的超声波发生器。
为实现上述目的，本发明公开了一种超声波发生器，其包括一辅助电源模块、一功率转换模块、一输出变压器、一换能器、一控制模块及一频率检测转换模块；该辅助电源模块用于将外部电能转化为上述各模块所需电能，功率转换模块用于将交流电变换成稳定的高压直流电，输出变压器用于将功率转换模块输入的直流电压变换成输出频率可调的高压高频脉冲电压，换能器用于将输出变压器输入的电功率转换成机械功率再传递出去；控制模块设置有一控制器；频率检测转换模块用于对换能器进行实时工作频率监测并进行转换，然后将频率信号输入控制器，控制器根据频率信号对功率转换模块作相应的控制调整。所述功率转换模块包括一抗电磁干扰单元、一整流滤波单元、一功率因数矫正单元、一功率因数矫正控制单元、一推挽电路单元及一推挽电路控制单元；所述抗电磁干扰单元用于滤除外部的电磁干扰信号；整流滤波单元用于将所述抗电磁干扰单元输入的交流电转化成直流电并进行滤波；功率因数矫正单元用于对本超声波发生器的功率因数进行矫正；功率因数矫正控制单元与所述控制器相连并受所述控制器控制，从而控制所述功率因数矫正单元；推挽电路单元用于将功率因数矫正单元输入的电压和功率放大并输出给所述输出变压器；推挽电路控制单元用于对所述推挽电路单元进行控制。
综上所述，本发明超声波发生器弃掉了现有的可控硅及其外围相关部分电路，用频率检测转换模块对换能器进行实时工作频率监测并进行转换，然后将频率信号输入控制器，控制器根据频率信号对功率转换模块作相应的控制调整，因而实现实时频率检测、发热量低、稳定性高及鲁棒性好。
附图说明
图1为本发明超声波发生器一种实施例的原理框图。
图2为图1所示超声波发生器的功率转换模块的原理框图。
图3为现有的超声波发生器的原理框图。
图4为图3所示超声波发生器的超声波触发控制单元的电路图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
请参阅图1，本发明超声波发生器100包括一辅助电源模块1、一功率转换模块2、一输出变压器3、一换能器4、一控制模块5、一频率检测转换模块6及一电流电压取样模块7。该辅助电源模块1用于将外部电能转化为上述各模块所需电能，即将交流电变换成其它各模块所要工作的低压直流稳压电源。
请参阅图2，所述功率转换模块2用于将交流电变换成稳定的高压直流电，从而进行放大功率，其包括一抗电磁干扰单元21、一整流滤波单元22、一功率因数矫正单元23、一功率因数矫正控制单元24、一推挽电路单元25、一推挽电路控制单元26及一过压欠压及过流保护单元27。所述抗电磁干扰单元21用于滤除外部的电磁干扰信号。整流滤波单元22用于将所述抗电磁干扰单元21输入的交流电转化成直流电并进行滤波。功率因数矫正单元23用于对本超声波发生器100的功率因数进行矫正。功率因数矫正控制单元24与所述控制模块5相连并受所述控制模块5控制，从而控制所述功率因数矫正单元23。
在本实施例中，功率因数矫正控制单元24设置有一用于控制所述功率因数矫正单元23的功率因数矫正控制芯片，该功率因数矫正控制芯片为一IR1150芯片。所述推挽电路单元25用于将功率因数矫正单元23输入的电压和功率放大并输出给所述输出变压器3。在本实施例中，推挽电路单元25包括由四个FA57SA50LC芯片组成的H桥推挽电路。推挽电路控制单元26用于对所述推挽电路单元25进行控制，在本实施例中，推挽电路控制单元26设置有一用于控制所述推挽电路单元25的推挽电路控制芯片，该推挽电路控制芯片为一IR2101芯片。
所述过压欠压及过流保护单元(27)与所述功率因数矫正单元(23)及推挽电路单元(25)电性相连并将相应的电压及电流信号传输给所述功率因数矫正控制单元(24)及推挽电路控制单元(26)，从而可实现对功率因数矫正单元23及推挽电路单元25进行保护。
所述输出变压器3用于将功率转换模块2输入的直流电压变换成输出频率可调的高压高频交流脉冲电压。换能器4用于将输出变压器3输入的电功率转换成机械功率再传递出去。所述控制模块5包括一控制器51、一显示单元52及一人机界面单元53。控制器51与所述辅助电源模块1、功率转换模块2及频率检测转换模块6相连，显示单元52与所述控制器51相连并用于对控制器51实时检测到的数据进行显示。人机界面单元53与所述控制器51相连并用于对输入、输出参数设定及调整。
所述频率检测转换模块6连接在换能器4与控制模块5之间，该频率检测转换模块6用于对换能器4进行实时工作频率监测并进行转换，然后将频率信号输入所述控制器51，控制器51根据频率信号进行判断此时换能器4工作频率和中心频率的偏差，从而对功率转换模块2的工作频率进行调整，以达到输出、输入工作频率同步。
所述电流电压取样模块7用于对功率转换模块2的电流及电压进行取样并将电流及电压信号传输到所述控制器51。控制器51根据所述电流电压取样模块7的电流及电压信号从而对所述功率转换模块2进行控制。
综上所述，本发明超声波发生器100弃掉了现有的可控硅KG1及其外围相关部分电路，用频率检测转换模块6对换能器4进行实时工作频率监测并进行转换，然后将频率信号输入控制器51，控制器51根据频率信号对功率转换模块2作相应的控制调整，因而实现实时频率检测、发热量低、稳定性高及鲁棒性好。

Claims (9)

1.一种超声波发生器(100)，其包括一辅助电源模块(1)、一功率转换模块(2)、一输出变压器(3)、一换能器(4)及一控制模块(5)；该辅助电源模块(1)用于将外部电能转化为上述各模块所需电能，功率转换模块(2)用于将交流电变换成稳定的高压直流电，输出变压器(3)用于将功率转换模块输入的直流电压变换成输出频率可调的高压高频脉冲电压，换能器(4)用于将输出变压器输入的电功率转换成机械功率再传递出去；其特征在于：所述控制模块(5)设置有一控制器(51)，所述换能器(4)与控制模块(5)之间连接有一频率检测转换模块(6)，该频率检测转换模块(6)用于对换能器(4)进行实时工作频率监测并进行转换，然后将频率信号输入控制器(51)，控制器(51)根据频率信号对功率转换模块(2)作相应的控制调整，所述控制器(51)根据频率信号进行判断此时换能器(4)工作频率和中心频率的偏差，从而对功率转换模块(2)的工作频率进行调整，以达到输出、输入工作频率同步；所述功率转换模块(2)包括一抗电磁干扰单元(21)、一整流滤波单元(22)、一功率因数矫正单元(23)、一功率因数矫正控制单元(24)、一推挽电路单元(25)及一推挽电路控制单元(26)；所述抗电磁干扰单元(21)用于滤除外部的电磁干扰信号；整流滤波单元(22)用于将所述抗电磁干扰单元(21)输入的交流电转化成直流电并进行滤波；功率因数矫正单元(23)用于对本超声波发生器(100)的功率因数进行矫正；功率因数矫正控制单元(24)与所述控制器(51)相连并受所述控制器(51)控制，从而控制所述功率因数矫正单元(23)；推挽电路单元(25)用于将功率因数矫正单元(23)输入的电压和功率放大并输出给所述输出变压器(3)；推挽电路控制单元(26)用于对所述推挽电路单元(25)进行控制。
2.根据权利要求1所述的一种超声波发生器(100)，其特征在于：所述功率转换模块(2)还包括一过压欠压及过流保护单元(27)，该过压欠压及过流保护单元(27)与所述功率因数矫正单元(23)及推挽电路单元(25)电性相连并将相应的电压及电流信号传输给所述功率因数矫正控制单元(24)及推挽电路控制单元(26)。
3.根据权利要求1或2所述的一种超声波发生器(100)，其特征在于：所述功率因数矫正控制单元(24)设置有一用于控制所述功率因数矫正单元(23)的功率因数矫正控制芯片。
4.根据权利要求3所述的一种超声波发生器(100)，其特征在于：所述功率因数矫正控制芯片为一IR1150芯片。
5.根据权利要求1或2所述的一种超声波发生器(100)，其特征在于：所述推挽电路控制单元(26)设置有一用于控制所述推挽电路单元(25)的推挽电路控制芯片。
6.根据权利要求5所述的一种超声波发生器(100)，其特征在于：所述推挽电路控制芯片为一IR2101芯片。
7.根据权利要求6所述的一种超声波发生器(100)，其特征在于：所述推挽电路单元(25)包括由四个FA57SA50LC芯片组成的H桥推挽电路。
8.根据权利要求1所述的一种超声波发生器(100)，其特征在于：所述控制模块(5)还包括一显示单元(52)及一人机界面单元(53)；显示单元(52)与所述控制器(51)相连并用于对控制器(51)实时检测到的数据进行显示，人机界面单元(53)与所述控制器(51)相连并用于对输入、输出参数设定及调整。
9.根据权利要求1所述的一种超声波发生器(100)，其特征在于：所述超声波发生器(100)还进一步包括一电流电压取样模块(7)，该电流电压取样模块(7)用于对功率转化模块(2)的电流及电压进行取样并将电流及电压信号传输到所述控制模块(5)。
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