CN101969302A - 一种新型的开关谐振式功率超声波发生电路 - Google Patents

一种新型的开关谐振式功率超声波发生电路 Download PDF

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侯振波
王伟
孙振铜
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Abstract

本发明涉及一种新型的开关谐振式功率超声波发生电路，由主电路1、调压电路6、相位检测电路7、脉冲发生电路8和驱动放大电路11组成。主电路1由全桥不可控整流滤波电路2、调压电路3、全桥式超声波换能器驱动电路4和超声波换能器5依次串联而成。脉冲发生电路8由矩形波生成电路9和高电平延时电路10两部分组成。主电路1中，电路工作时，220V/50Hz交流电输入全桥不可控整流滤波电路2，经过调压电路3后，输出稳定可调的直流电到全桥式超声波换能器驱动电路4转换为矩形波脉冲交流电，经过超声波换能器5转换为超声波输出。相位检测电路7是通过检测全桥式超声波换能器驱动电路中导通臂电流，在其为零时提供换向触发信号，通过脉冲发生电路8中的矩形波生成电路9、高电平延时电路10提供两路互补的驱动信号，经驱动放大电路11控制全桥式超声波换能器驱动电路4，实现与超声波换能器5的谐振。

Description

一种新型的开关谐振式功率超声波发生电路
技术领域
本发明涉及一种功率超声波发生电路装置，尤其适用于对波形和效率要求较高的超声波加工和处理。
背景技术
现阶段大多数开关式功率超声波发生电路都是采用强制、准谐振的方式驱动换能器产生超声波，这些方法因谐波的影响，产生的超声波在波形的标准性和一致性方面不太理想，从而影响了对此要求较高的加工和处理。而非开关式谐振超声波发生电路因其效率低下，在功率超声的应用方面受到限制。
发明内容
为了克服常规功率超声波发生电路存在的波形和效率等问题，本发明提供了一种新型的开关谐振式功率超声波发生电路。该电路输出的稳定、一致性好的正弦超声波，在应用于器件的超声波加工、处理等方面，可达到高品质的效果。
本发明的目的是通过以下技术措施实现：
发生装置由主电路、相位检测电路、脉冲发生电路和驱动放大电路组成。主电路由全桥不可控整流滤波电路、调压电路、全桥式超声波换能器驱动电路依次串联而成。脉冲发生电路由矩形波生成电路和高电平延时电路两部分组成。
主电路中全桥不可控整流滤波电路由整流二极管VD1-VD4和滤波电容C0组成，负责将输入220V/50Hz交流电转换为直流电并减小直流电中的交流纹波，使得C0上的电压稳定在310V左右。调压电路由半桥逆变电路、变压器和全波整流滤波电路串联而成，负责将全桥不可控整流滤波电路输出的直流变换成大小可调的直流电压。全桥式超声波换能器驱动电路是通过相位检测电路、脉冲发生电路和驱动放大电路的检测、控制，在其电流为零时换向，将调压电路输出的直流电转换为相应的矩形波交流电输入到超声波换能器，转换为超声波。
调压电路中的控制电路是以SG3525脉宽调制芯片为核心的PWM控制电路，该电路输入的调压信号，由PWM调压电路输出控制信号，经过电压信号驱动电路隔离放大后控制半桥逆变电路中IGBT器件的开断，实现电源输出电压的连续可调，达到调节超声波幅值和功率的目的。电压保护电路提供过压和欠压保护功能。
相位检测电路是通过检测全桥式超声波换能器驱动电路中导通臂电流，在其为零时为脉冲发生电路提供换向触发信号，这样就使驱动信号与超声波换能器在频率、相位上一致，实现了逐波控制，达到了谐振目的。超声频率通过改变主电路中超声波换能器的配对电感来调节。
脉冲发生电路中的矩形波生成电路实际上就是一个触发器，当收到来自相位检测电路的换向触发信号时，状态发生反转。高电平延时电路是为了在前导通臂可靠关断后再驱动开启另一臂，对主电路进行保护。
本发明的优异效果是，可以在高效的开关驱动中，实现对超声波的逐波控制，获得均匀、波形理想的正弦超声波，在对波形和效率要求较高的超声波加工、处理中获得良好的效果。
附图说明
图1是依据本发明所提出的新型开关谐振式功率超声波发生电路的整体结构框图；
图2是依据本发明所提出的新型开关谐振式功率超声波发生电路的主电路原理图；
图3是依据本发明所提出的新型开关谐振式功率超声波发生电路的相位检测电路、脉冲发生电路和驱动放大电路。
其中，1、主电路，2、全桥不可控整流滤波电路，3、调压电路，4、全桥式超声波换能器驱动电路，5、超声波换能器，6、调压控制电路，7、相位检测电路，8、脉冲发生电路，9、矩形波生成电路，10、高电平延时电路，11、驱动放大电路，12、半桥逆变电路，13、变压器，14、全波整流滤波电路，15、比较电路，16、微分电路，17、整形电路。
具体实施方式
下面结合附图来描述本发明的具体结构。
在图1中，本发明新型开关谐振式功率超声波发生电路由主电路1、调压电路6、相位检测电路7、脉冲发生电路8和驱动放大电路11组成。主电路1由全桥不可控整流滤波电路2、调压电路3、全桥式超声波换能器驱动电路4和超声波换能器5依次串联而成。脉冲发生电路8由矩形波生成电路9和高电平延时电路10两部分组成。主电路1中，电路工作时，220V/50Hz交流电输入全桥不可控整流滤波电路2，经过调压电路3后，输出稳定可调的直流电到全桥式超声波换能器驱动电路4，全桥式超声波换能器驱动电路4将直流电转换为矩形波脉冲交流电，经过超声波换能器5转换为超声波输出。调压控制电路6是以SG3525为核心的脉宽调制(PWM)控制电路，该电路根据输入的调压信号，输出PWM控制信号到调压电路3，实现输出电压的连续调节。相位检测电路7是通过检测全桥式超声波换能器驱动电路中导通臂电流，在其为零时为脉冲发生电路8提供换向触发信号。脉冲发生电路8中，矩形波生成电路9提供两路互补的驱动信号，在接收到来自相位检测电路7的换向触发信号后发生高低电平反转，高电平延时电路10将驱动信号上升沿延时后输出到驱动放大电路11，在前导通臂可靠关断后再开启另一臂。
在图2中，全桥不可控整流滤波电路2由整流二极管VD1-VD4和滤波电容C0组成，负责将输入220V/50Hz交流电转换为直流电并减小直流电中的交流纹波，使得C0上的电压稳定在310V左右。调压电路3是由半桥逆变电路12、变压器13和全波整流滤波电路14依次串联而成，负责将整流滤波电路2输出的直流电变换成大小可调的直流电压。V1-V4组成的全桥式超声波换能器驱动电路4将调压电路3输出的直流电转换为由超声波换能器5决定频率和相位的矩形波交流电。超声波换能器5将矩形波交流电转换为正弦超声波后输出。
在图3中，配合驱动输出，直接获取V3、V4上的导通压降，经比较15、微分16、整形电路17处理，在V3、V4上的导通压降最小时向脉冲发生电路8中的矩形波生成电路9提供换向触发信号，使其状态发生反转，产生换向驱动信号，从而实现与超声波换能器5的谐振和逐波控制。高电平延时电路10将驱动信号上升延时后输出到驱动放大电路11，在前导通臂可靠关断后再驱动开启另一臂，对主电路进行保护。

Claims (2)

1.一种新型的开关谐振式功率超声波发生电路，由主电路(1)、调压电路(6)、相位检测电路(7)、脉冲发生电路(8)和驱动放大电路(11)组成，其特征在于，主电路(1)由全桥不可控整流滤波电路(2)、调压电路(3)、全桥式超声波换能器驱动电路(4)和超声波换能器(5)依次串联而成。
2.根据权利要求书1所述的新型的开关谐振式功率超声波发生电路，其特征在于，相位检测电路(7)是通过检测全桥式超声波换能器驱动电路中导通臂电流，在其为零时提供换向触发信号，通过脉冲发生电路(8)中的矩形波生成电路(9)、高电平延时电路(10)提供两路互补的驱动信号，经驱动放大电路(11)控制全桥式超声波换能器驱动电路(4)，实现与超声波换能器(5)的谐振和逐波控制，获得均匀、波形理想的正弦功率超声波。
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