CN104883074A - 一种分形超声波电源装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分形超声波电源装置，包括控制器，控制器与LCD显示屏、键盘、分开信号发生器相联，控制器通过第一保护电路与整流滤波电路、第一驱动电路相联，整滤波电路接入市电，分形信号发生器分别通过第一驱动电路、第二驱动电路与直流斩波电路、高频逆变电路相联，整流滤波电路依次通过直流斩波电路、高频逆变电路、高频变压器、网络匹配电路后与超声换能器相联，第二保护电路与直流斩波电路、高频逆变电路、高频变压器都相联，超声换能器分别通过电压采样、电流采样与信号放大电路相联，信号放大电路通过带通滤波器与控制器相联。

Description

一种分形超声波电源装置

技术领域

本发明属于电源技术领域，具体涉及一种分形超声波电源装置。

背景技术

超声波发生器通常称为超声波发生源、超声波发生器，其作用是把电能转换成与超声波换能器相匹配的高频交流信号。超声波电源的原理首先由信号发生器产生一个特定频率的信号，该信号可以是正弦信号，也可以是脉冲信号，该特定频率就是换能器的频率。

然而，现有的超声波电源产生的信号大多是正弦信号，而对于产生特定频率的分形信号的超声波电源，其可用于加工多晶硅，使其产生分形陷光结构，但目前还未出现此类超声波电源。基于此，提出本发明，以解决此问题，经本发明电源产生的分形超声波的加工，可以使多晶硅产生分形陷光结构。

发明内容

为弥补现有超声波电源设备在实际专业领域应用中的不足，本发明公开了一种分形超声波电源装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种分形超声波电源装置，包括整流滤波电路、控制器、LCD显示屏、键盘、分形信号发生器、第一驱动电路、第二驱动电路、直流斩波电路、高频逆变电路、网络匹配电路、超声换能器、电压采样电路、电流采样电路、信号放大电路、带通滤波器及第一保护电路、第二保护电路，控制器与LCD显示屏、键盘、分开信号发生器相联，控制器通过第一保护电路与整流滤波电路、第一驱动电路相联，整滤波电路接入市电，分形信号发生器分别通过第一驱动电路、第二驱动电路与直流斩波电路、高频逆变电路相联，整流滤波电路依次通过直流斩波电路、高频逆变电路、高频变压器、网络匹配电路后与超声换能器相联，第二保护电路与直流斩波电路、高频逆变电路、高频变压器都相联，超声换能器分别通过电压采样、电流采样与信号放大电路相联，信号放大电路通过带通滤波器与控制器相联。

优选的，分形信号发生器能产生高频分形信号。

优选的，高频分形信号频率范围是15KHZ—10MHZ。

优选的，高频分形信号通过超声换能器后，产生分形超声波。

优选的，LCD显示屏与键盘布设于操控面板上。

优选的，高频逆变电路采用全桥逆变电路。

优选的，全桥逆变电路的每一半桥的上下管均采用N沟道MOSFET开关管。

优选的，控制器采用Cortex-M4处理器。

本发明主要由电源操控面板、超声波电源电路、超声换能器及其电感匹配电路等构成，该装置的工作频率可以通过操控面板上的键盘输入，从而实现不同频率的分形超声波对作用对象进行处理。该装置的信号产生模块、频率选择模块、匹配电感切换控制模块和LCD的控制显示模块均可采用现有技术实现。通过键盘输入要求频率的数值，分形信号发生器通过程序的运行产生要求频率的分形脉冲信号，分形脉冲信号通过高频逆变电路后变成和基波同频的分形信号，同时STM32F4控制对应频率的匹配电感的切换和LCD显示屏的工作，来实现工作频率的工作状态显示。

该电源装置的工作方式具体实现过程为：接通电源，按下操控面板上的电源开关按键，在键盘上按下频率按键，通过数字键盘输入所需频率的分形超声波的频率值，点击确认，此时，STM32F4控制器将输入的频率值传输到分形信号发生器，分形信号发生器产生要求频率的分形脉冲信号，同时，STM32F4控制对应频率的谐振电感切换入槽；当需要其他频率的分形超声波时，需在键盘上按下重置按键或复位按键，之后按照需要频率重新输入，其它步骤同上即可。

操控面板结构配有电源开关按键、复位按键、报警指示灯、LCD显示屏、数字按键、频率选择按键、确认及清除按键等。电源正面操控面板的左侧是键盘，包括数字按键和文字按键两部分；键盘右侧是4英寸的LCD显示屏，主要用于显示超声波电源工作时的电压、电流、超声波频率、功率等；在LCD显示屏的右侧从上到下依次是电源开关、复位开关和报警指示灯，其中电源开关和复位开关按钮自带指示灯。

分形超声波电源电路主要由电源开关电路、复位电路、时钟电路、按键电路、整流滤波电路、Buck斩波电路、高频逆变电路、驱动电路、保护电路、显示电路、滤波电路、功率放大电路及网络匹配电路等构成，电源开关电路和复位电路分别通过电源开关按键和复位按键与STM32F4相连接；时钟电路包括STM32F4时钟电路和分形信号发生器时钟电路，外部时钟通过晶振与对应的芯片引脚连接，内部时钟在控制电路上电后自动运行；按键电路一端接地，另一端与STM32F4的控制引脚相连；整流滤波电路的输入端接220V交流市电，整流滤波电路输出端经耦合电容与Buck斩波电路相连；Buck斩波开关电路的输入端与整流滤波电路的输出端相连，同时MOS开关管的栅极与经驱动电路的高频分形脉冲控制信号相连，Buck斩波开关电路的输出端经稳压滤波后与高频逆变电路相连；驱动电路的输入端与分形信号发生器的高频分形脉冲控制信号输出端相连，Buck斩波开关电路MOS开关管的栅极和高频逆变电路MOS开关管的栅极都与驱动电路的输出端相连；LCD显示电路与STM32F4控制器相连；高频逆变电路中的高频分形脉冲控制信号经网络匹配电路后传到超声换能器，换能器将电能转换为机械能，也就是高频分形电信号变为了高频分形超声波，然后作用于应用对象。

本发明通过按键设置要求频率的高频分形超声波，操作简单，适用于科学研究场所和实验平台的搭建，机体及电路结构简单，易于实现，具有较广的应用前景；其高频分形信号的设计弥补了现有超声波电源不能产生分形超声信号的不足。

附图说明

图1为本发明分形超声电源总体的结构示意图。

图2为本发明操控面板结构外观正面配置示意图。

图3为本发明分形超声电源的控制器电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图及优选实施例，对本发明作进一步的说明。

如图1-3所示，本实施例分形超声波电源装置包括：整流滤波电路、控制器、LCD显示屏、键盘、分形信号发生器、驱动电路、直流斩波电路、高频逆变电路、网络匹配电路、超声换能器、电压采样电路、电流采样电路、信号放大电路、带通滤波器及相关保护电路，信号发生器可以产生高频分形信号，高频分形信号频率范围是15KHZ—10MHZ，高频分形信号通过超声换能器后，可以产生分形超声波。高频逆变电路采用全桥逆变电路，全桥逆变电路的每一半桥的上下管将均采用N沟道MOSFET开关管。中心控制器采用Cortex-M4处理器。控制器与LCD显示屏、键盘、分形信号发生器相联，控制器通过第一保护电路与整流滤波电路、第一驱动电路相联，整滤波电路接入市电交流200V，分形信号发生器分别通过第一驱动电路、第二驱动电路与直流斩波电路、高频逆变电路相联，整流滤波电路依次通过直流斩波电路、高频逆变电路、高频变压器、网络匹配电路后与超声换能器相联，第二保护电路与直流斩波电路、高频逆变电路、高频变压器都相联，超声换能器分别通过电压采样、电流采样与信号放大电路相联，信号放大电路通过带通滤波器与控制器相联。电源系统采用交-直-交的功率放大方式，首先通过桥式滤波电路把220V、50HZ市电转化为直流电，然后通过分形斩波信号调节逆变端的输入电压，转化后的直流电通过高频逆变电路把由分形信号发生器发出的高频信号转化为高频的功率信号，以完成功率的放大。由于超声换能器是一种具有容性的负载，为了保证功率最大效率的传输，采用网络匹配电路来补偿换能器的容性，让负载呈现纯阻态。反馈控制电路是分形超声波电源的基础组成部分，通过采样电路采集负载端的电压、电流信号，然后信号经过放大电路、带通滤波电路、电流和相位检测电路之后送到STM32F4控制器，控制器根据相位检测的有效值进入一个中断程序驱动分形信号发生器微调频率，以实现频率的自动跟踪；控制器根据电流检测的有效值进入模数转换器的处理，以保证换能器的振幅恒定控制。保护电路包括电源系统的过压、过流、过热保护，用来保证电源系统能够安全高效的运行。除控制器外，本发明所涉其它电路均可采用现有技术。

图2显示了操控面板的外观正面配置：在分形超声波电源正面操控面板1的左侧从上到下依次是数字键盘2和文字键盘3，在分形超声波电源机壳正面操控面板1的文字键盘的右侧是4英寸的LCD显示屏4；在分形超声波电源机壳正面操控面板1的LCD显示屏右侧，从上到下依次为电源开关按键5、复位开关按键7、报警指示灯9；在分形超声波电源机壳正面操控面板1的右上角电源开关按键5的下方，配有电源开关指示灯6；在分形超声波电源机壳正面操控面板1的右下角复位开关按键7的下方配有复位开关指示灯8。

实施例1：产生20KHZ分形超声波

接通分形超声电源的电源，按下操控面板1上的电源开关按键5，同时电源开关指示灯6亮；再按下文字键盘3的开关键，LCD显示屏4亮起来，按下文字键盘3的频率按键，进入频率选择模式；在数字键盘2输入20000，单击文字键盘3的单位，选择HZ，单击确认；此时分形超声电源开始工作，LCD显示屏4显示实时分形超声电源的工作频率、电压和电流；电源供电采用220V、50HZ交流电；此时超声换能器产生出20KHZ分形超声波。

实施例2：产生100KHZ分形超声波

接通分形超声电源的电源，按下操控面板1上的电源开关按键5，同时电源开关指示灯6亮；再按下文字键盘3的开关键，LCD显示屏4亮起来，按下文字键盘3的频率按键，进入频率选择模式；在数字键盘2输入100，单击文字键盘3的单位，选择KHZ，单击确认；此时分形超声电源开始工作，LCD显示屏4显示实时分形超声电源的工作频率、电压和电流；电源供电采用220V、50HZ交流电；此时超声换能器产生出100KHZ分形超声波。

实施例3：产生500KHZ分形超声波

接通分形超声电源的电源，按下操控面板1上的电源开关按键5，同时电源开关指示灯6亮；再按下文字键盘3的开关键，LCD显示屏4亮起来，按下文字键盘3的频率按键，进入频率选择模式；在数字键盘2输入500，单击文字键盘3的单位，选择KHZ，单击确认；此时分形超声电源开始工作，LCD显示屏4显示实时分形超声电源的工作频率、电压和电流；电源供电采用220V、50HZ交流电；此时超声换能器产生出500KHZ分形超声波。

实施例4：产生1MHZ分形超声波

接通分形超声电源的电源，按下操控面板1上的电源开关按键5，同时电源开关指示灯6亮；再按下文字键盘3的开关键，LCD显示屏4亮起来，按下文字键盘3的频率按键，进入频率选择模式；在数字键盘2输入1，单击文字键盘3的单位，选择MHZ，单击确认；此时分形超声电源开始工作，LCD显示屏4显示实时分形超声电源的工作频率、电压和电流；电源供电采用220V、50HZ交流电；此时超声换能器产生出1MHZ分形超声波。

本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (8)

1.一种分形超声波电源装置，其特征是包括整流滤波电路、控制器、LCD显示屏、键盘、分形信号发生器、第一驱动电路、第二驱动电路、直流斩波电路、高频逆变电路、网络匹配电路、超声换能器、电压采样电路、电流采样电路、信号放大电路、带通滤波器及第一保护电路、第二保护电路，控制器与LCD显示屏、键盘、分开信号发生器相联，控制器通过第一保护电路与整流滤波电路、第一驱动电路相联，整滤波电路接入市电，分形信号发生器分别通过第一驱动电路、第二驱动电路与直流斩波电路、高频逆变电路相联，整流滤波电路依次通过直流斩波电路、高频逆变电路、高频变压器、网络匹配电路后与超声换能器相联，第二保护电路与直流斩波电路、高频逆变电路、高频变压器都相联，超声换能器分别通过电压采样、电流采样与信号放大电路相联，信号放大电路通过带通滤波器与控制器相联。

2.根据权利要求1所述的分形超声波电源装置，其特征是：所述的分形信号发生器能产生高频分形信号。

3.根据权利要求2所述的分形超声波电源装置，其特征是：所述的高频分形信号频率范围是15KHZ—10MHZ。

4.根据权利要求2所述的分形超声波电源装置，其特征是：所述的高频分形信号通过超声换能器后，产生分形超声波。

5.根据权利要求1所述的分形超声波电源装置，其特征是：所述的LCD显示屏与键盘布设于操控面板上。

6.根据权利要求1所述的分形超声波电源装置，其特征是：所述的高频逆变电路采用全桥逆变电路。

7.根据权利要求6所述的分形超声波电源装置，其特征是：所述全桥逆变电路的每一半桥的上下管均采用N沟道MOSFET开关管。

8.根据权利要求1所述的分形超声波电源装置，其特征是：所述的控制器采用Cortex-M4处理器。