CN107589297B - 超声换能器有功电流检测及频率跟踪电路 - Google Patents

超声换能器有功电流检测及频率跟踪电路 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种超声换能器有功电流检测及频率跟踪电路，包括电流互感器T、超声换能器主电路、超声换能器静态匹配电容C1、采样电阻Rs，其中，所述电流互感器T的绕组L1与所述超声换能器串联，所述电流互感器T的绕组L2与所述超声换能器静态匹配电容C1串联，分别接在超声驱动电源两端。本发明还提供了一种基于超声换能器有功电流的大小实现频率自动跟踪方法。本发明的有益效果是：实现超声换能器有功电流和无功电流的分离，基于分离的有功电流，解决超声焊接等应用中的恒振幅控制，解决不同换能器静态电容匹配、频率实时跟踪等难点。

Description

超声换能器有功电流检测及频率跟踪电路
技术领域
本发明涉及超声焊接系统驱动电源控制，尤其涉及一种超声换能器有功电流检测及频率跟踪电路与方法。
背景技术
在现有的技术中用于超声清洗、超声塑料、金属焊接、超声乳化、超声加工等的超声波电源中，由于负载变化、换能器温度变化，模具老化，环境温度变化等因素的影响，需要对超声工作频率进行实时跟踪。目前频率跟踪主要采用检测输出电压电流相位变化或者实时检测输出电流的大小进行跟踪。由于输出电压电流波形在负载变化时，特别小负载时容易发生畸变，电路不能很好的判别相位差，因而也不能很好地实现频率跟踪。由于超声换能器一个容性负载，其输出电流包含有较大的无功分量，如果直接检测其电流大小也不能反应输出负载实际大小的变化，因此也达不到频率跟踪振幅控制的效果。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种超声换能器有功电流检测及频率跟踪电路与方法。
本发明提供了一种超声换能器有功电流检测及频率跟踪电路，包括电流互感器T、超声换能器、超声换能器静态匹配电容C1、互感器输出采样电阻Rs，其中，所述电流互感器T的绕组L1所述超声换能器串联，所述电流互感器T的绕组L2与所述超声换能器静态匹配电容C1串联、互感器输出绕组L3与采样电阻Rs连接。
所述电流互感器T的绕组L1与绕组L2的匝数相同但同名端相反。所所述超声换能器静态电容C0的电容值等于所述超声换能器静态匹配电容C1的电容值。
作为本发明的进一步改进，保持C1的大小不变，L2的匝数可调，L1匝数/L2匝数=C1电容值/C0电容值。
作为本发明的进一步改进，本发明还提供了一种超声换能器有功电流检测及频率跟踪电路，包括超声换能器、超声换能器静态匹配电容C1、电流互感器T1、采样电阻RS1,电流互感器T2，采样电阻RS2，其中，所述超声换能器与电流互感器T1的初级绕组L1串联，采样电阻RS1与电流互感器T1的次级绕组L2连接，所述超声换能器静态匹配电容C1与所述电流互感器T2的初级绕组L1串联,采样电阻RS2与电流互感器T2的次级绕组L2连接。
作为本发明的进一步改进，所述超声换能器有功电流检测及频率跟踪电路还包括减法器，所述电流互感器T1的绕组L2的电压输出端U1与所述减法器的负极输入端连接，所述电流互感器T2的绕组L2的电压输出端U2与所述减法器的正极输入端连接。
作为本发明的进一步改进，所述电流互感器T1的绕组L2的电压输出端与所述减法器的负极输入端之间串联有衰减电阻R1，所述电流互感器T2的绕组L2的电压输出端与所述减法器的正极输入端之间串联有衰减电阻R2和可调衰减比电阻R3。
作为本发明的进一步改进，所述减法器的输出端连接有压控振荡器U3。
作为本发明的进一步改进，所述减法器、压控振荡器U3之间连接有真有效值转换电路。
本发明还提供了一种超声换能器有功电流检测及频率跟踪方法，通过检测超声换能器的有功电流Ip来实现频率实时跟踪。
作为本发明的进一步改进，各自使用电流互感器测量超声换能器的输入电流I0和超声换能器静态匹配电容C1电路的电流I1，超声换能器静态匹配电容C1固定为一个常量，将电流互感器输出电流转化为电压U1、电压U2，将电压U1、电压U2送入到一个减法器，减法器前面设计一个衰减电路，通过调整衰减电阻R2、衰减电阻R3的大小，从而使超声换能器的输入电流I0和超声换能器静态匹配电容C1电路的电流I1对应的输出电压一致，减法器输出的电压为超声换能器对应的有功电流Ip的大小，通过真有效值转换电路输出的真有效值加到压控振荡器U3，从而实现频率的自动跟踪。
本发明的有益效果是：通过上述方案，实现了超声换能器频率的实时跟踪，控制器采集有功电流的大小实现恒振幅控制。
附图说明
图1是本发明一种超声换能器有功电流检测及频率跟踪电路的实施例一的电路图。
图2是是本发明一种超声换能器有功电流检测及频率跟踪电路的实施例二的电路图。
图3是是本发明一种超声换能器有功电流检测及频率跟踪电路的实施例三的电路图。
图4是是本发明一种超声换能器有功电流检测及频率跟踪电路的实施例四的电路图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明作进一步说明。
实施例一
如图1所示，一种超声换能器有功电流检测及频率跟踪电路，包括高频驱动电源、电流互感器T、超声换能器1、超声换能器静态匹配电容C1、电流互感器采样电阻Rs，其中，所述电流互感器T的绕组L1的电流输出端与所述超声换能器串联，所述电流互感器T的绕组L2与所述超声换能器静态匹配电容C1串联、所述电流互感器T的绕组L3与采样电阻Rs连接。
所述电流互感器T的绕组L1与绕组L2的匝数相同但同名端相反，有功电流Ip采样绕组为1:200的电流互感器。
所述超声换能器包括超声换能器静态电容C0，测量超声换能器静态电容C0，调整超声换能器静态匹配电容C1的电容值，使超声换能器静态电容C0的电容值等于所述超声换能器静态匹配电容C1的电容值。
由于超声换能器静态电容C0的电流I0与超声换能器静态匹配电容C1的电流I1电流大小相同，方向相反，从而检测电路只检测到换能器有功电流输出，将检测得有功电流加到VCO上从而实现频率实时跟踪。
实施例二
如图2所示，基于实施例一，实施例一由于超声换能器静态匹配电容C1需要与超声换能器静态电容C0大小相同，不同的规格的换能器其静态电容也不同，需要对超声换能器静态匹配电容C1进行匹配，比较麻烦。将超声换能器静态匹配电容C1固定为一个常量，改变电流互感器T的绕组L2的匝数，从而达到I1与I0电流大小一致，也能实现有功电流Ip的检测。
实施例三
如图3所示，一种超声换能器有功电流检测及频率跟踪电路包括超声换能器1、超声换能器静态匹配电容C1、电流互感器T1、电流互感器T2，其中，所述超声换能器1的电流输入端与所述电流互感器T1的绕组L1串联，所述超声换能器静态匹配电容C1与所述电流互感器T2的绕组L1串联。
所述超声换能器有功电流检测及频率跟踪电路还包括减法器，所述电流互感器T1的绕组L2的电压输出端与所述减法器的负极输入端连接，所述电流互感器T2的绕组L2的电压输出端与所述减法器的正极输入端连接。
所述电流互感器T1的绕组L2的电压输出端与所述减法器的负极输入端之间串联有衰减电阻R1，所述电流互感器T2的绕组L2的电压输出端与所述减法器的正极输入端之间串联有衰减电阻R2。
各自使用电流互感器T1、T2测量超声换能器输入电流I和超声换能器静态匹配电容C1电路电流I1，超声换能器静态匹配电容C1固定为一个常量。将电流互感器T1、T2输出电流转化为电压U1、U2，将电压U1、U2送入到一个减法器，减法器前面设计一个衰减电路，通过调整衰减电阻R2、R3的大小，从而使I0和I1的电流对应的输出电压一致。减法器输出的电压为换能器对应有功电流Ip的大小。
实施例四
如图4所示，基于实例三，所述减法器的输出端连接有压控振荡器U3。
所述减法器、压控振荡器U3之间连接有真有效值转换电路。
减法器输出的超声换能器的有功电流Ip，通过真有效值转换电路输出的真有效值加到压控振荡器U3，从而实现频率的自动跟踪。
本发明还提供了一种超声换能器有功电流检测及频率跟踪方法，通过检测超声换能器的有功电流Ip来实现频率实时跟踪。
各自使用电流互感器测量超声换能器的输入电流I0和超声换能器静态匹配电容C1电路的电流I1，超声换能器静态匹配电容C1固定为一个常量，将电流互感器输出电流转化为电压U1、电压U2，将电压U1、电压U2送入到一个减法器，减法器前面设计一个衰减电路，通过调整衰减电阻R2、衰减电阻R3的大小，从而使超声换能器的输入电流I0和超声换能器静态匹配电容C1电路的电流I1对应的输出电压一致，减法器输出的电压为超声换能器对应的有功电流Ip的大小，通过真有效值转换电路输出的真有效值加到压控振荡器U3，从而实现频率的自动跟踪。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种超声换能器有功电流检测及频率跟踪电路，其特征在于：包括电流互感器T、超声换能器、超声换能器静态匹配电容C1、输出电流采样电阻Rs，其中，所述电流互感器T的绕组L1与所述超声换能器串联，所述电流互感器T的绕组L2与超声换能器静态匹配电容C1串联，绕组L1、绕组L2分别与超声驱动电源连接，电流互感器T输出绕组L3与输出电流采样电阻Rs连接，得到输出电压Uo，所述电流互感器T的绕组L1与绕组L2的匝数相同但同名端相反，所述超声换能器包括超声换能器静态电容C0，所述超声换能器静态电容C0的电容值等于所述超声换能器静态匹配电容C1的电容值。
2.一种超声换能器有功电流检测及频率跟踪电路，其特征在于：包括超声换能器、超声换能器静态匹配电容C1、电流互感器T1、电流互感器T2，其中，所述电流互感器T1的绕组L1与超声换能器与串联，所述电流互感器T2的绕组L1与超声换能器静态匹配电容C1串联，所述超声换能器有功电流检测及频率跟踪电路还包括减法器，所述电流互感器T1的绕组L2的电压输出端与所述减法器的负极输入端连接，所述电流互感器T2的绕组L2的电压输出端与所述减法器的正极输入端连接，所述电流互感器T1的绕组L2的电压输出端与所述减法器的负极输入端之间串联有衰减电阻R1，所述电流互感器T2的绕组L2的电压输出端与所述减法器的正极输入端之间串联有衰减电阻R2，通过检测超声换能器的有功电流Ip来实现频率实时跟踪，各自使用电流互感器测量超声换能器的输入电流I0和超声换能器静态匹配电容C1电路的电流I1，超声换能器静态匹配电容C1固定为一个常量，将电流互感器输出电流转化为电压U1、电压U2，将电压U1、电压U2送入到一个减法器，减法器前面设计一个衰减电路，通过调整衰减电阻R2、衰减电阻R3的大小，从而使超声换能器的输入电流I0和超声换能器静态匹配电容C1电路的电流I1对应的输出电压一致，减法器输出的电压为超声换能器对应的有功电流Ip的大小，通过真有效值转换电路输出的真有效值加到压控振荡器U3，从而实现频率的自动跟踪。
3.根据权利要求2所述的超声换能器有功电流检测及频率跟踪电路，其特征在于：所述减法器的输出端连接有压控振荡器U3。
4.根据权利要求3所述的超声换能器有功电流检测及频率跟踪电路，其特征在于：所述减法器、压控振荡器U3之间连接有真有效值转换电路。
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