CN201742308U

CN201742308U - 一种超声波清洗机电路

Info

Publication number: CN201742308U
Application number: CN2010200327720U
Authority: CN
Inventors: 贾朝杰; 郑成东
Original assignee: Branson Ultrasonics Shanghai Co Ltd
Current assignee: Branson Ultrasonics Shanghai Co Ltd
Priority date: 2010-01-06
Filing date: 2010-01-06
Publication date: 2011-02-09
Anticipated expiration: 2020-01-06

Abstract

本实用新型涉及一种超声波清洗机电路，包括交流输入电路、电源滤波器、整流滤波电路、逆变电路、振荡电路，交流输入电路的输出依次经过电源滤波器、整流滤波电路，变成直流信号，该直流信号输入逆变电路，同时振荡电路的输出经过驱动电路，也输入逆变电路，逆变电路输出超声频率的功率信号，该功率信号经输出匹配网络，加在换能器阵列两端，逆变电路另一输出端与振荡电路另一输入端间连接有电流反馈闭环回路。本实用新型的超声波清洗机电路采用电流反馈闭环回路，通过反馈电流对振荡电路进行调节，使频率在40KHz±2KHz之间无规则变化，保证输出功率和输出振幅稳定，从而减少了清洗槽内驻波的产生，改善了清洗效果，延长了清洗槽的寿命。

Description

一种超声波清洗机电路

技术领域

本实用新型涉及一种它激式闭环控制超声波清洗机电路。

背景技术

超声波清洗技术是指由压电陶瓷所设计成的超声波换能器将超声波发生器电路产生的具有一定频率(＞20KHz)和振幅的电信号转换成机械振动，并将该机械振动传输到清洗溶液中，在清洗溶液中产生空化作用，利用空化作用产生的能量将被清洗工件上的污物剥离从而达到清洗作用。

现有的超声波发生器电路通常分为两种模式。一种是自激式振荡电路，其特点是电路简单，但振荡频率及输出功率随负载变化较大且无法控制，清洗效果不稳定。另外一种是它激式电路。它激式电路又分为开环和闭环两种。开环模式的特点是电路简单成本低，但由于其频率固定，功率随负载变化大，且容易在清洗槽中产生驻波，清洗效果比较差，对清洗槽腐蚀较大。闭环模式的特点是具有功率和频率反馈，采用PWM和锁相环电路，使得功率稳定，频率随负载变化而改变，加上扫频等控制电路可以在一定程度上改善清洗效果。但是电路相对复杂，体积较大，成本较高。

所以现有技术的缺点是：一开环模式功率不稳定，清洗效果差，对清洗槽腐蚀较大。二闭环模式电路复杂，体积较大，成本高，而且采用PWM模式导致了输出振幅不稳定。

因此，需要采用简单电路使超声波清洗机输出功率保持稳定，输出振幅保持稳定，提高了清洗效果，延长清洗槽的寿命，而且使得发生器体积减小，成本降低。

发明内容

本实用新型的目的是针对闭环式超声波清洗机电路的电路复杂、体积较大、成本高、输出振幅不稳定等缺点，采用简单的电流反馈闭环回路，使超声波清洗机输出功率和输出振幅保持稳定，提高了清洗效果，延长清洗槽的寿命，并使得发生器体积减小，成本降低。

依照本实用新型的一个方面，提供了一种超声波清洗机电路，包括交流输入电路、电源滤波器、整流滤波电路、逆变电路、振荡电路，交流输入电路的输出依次经过电源滤波器、整流滤波电路，变成直流信号，该直流信号输入逆变电路，同时振荡电路的输出经过驱动电路，也输入逆变电路，逆变电路输出超声频率的功率信号，该功率信号经输出匹配网络，加在换能器阵列两端，逆变电路另一输出端与振荡电路另一输入端间连接有电流反馈闭环回路。

在本实用新型的超声波清洗机电路中，所述电流反馈闭环回路可以包括电流检测电路、过流保护电路、电流比较电路、频率调节电路，逆变电路输出信号输入电流检测电路，电流检测电路输出的电流信号一路传输至过流保护电路，如果电流超出限定值，过电流保护电路发出一个信号输入振荡电路，从而停止振荡电路功率输出，电流检测电路输出的另一路电流信号输入电流比较电路，比较的结果传输至频率调节电路，频率调节电路的输出传输至振荡电路，实现振荡频率微调，调节范围是±2KHz。

在本实用新型的超声波清洗机电路中，所述逆变电路可以是采用推挽电路。

在本实用新型的超声波清洗机电路中，所述振荡电路中心频率可以为40KHz。

在本实用新型的超声波清洗机电路中，所述电流检测电路可以采用电阻式电流检测电路。

在本实用新型的超声波清洗机电路中，所述电流比较电路可以采用比例积分电路。

为实现本实用新型的目的，本实用新型提供了一种超声波清洗机电路，包括主电路和振荡控制电路两部分。主电路由交流输入电路100、电源滤波电路200、整流滤波电路300、逆变电路400(如图4所示)和输出匹配电路500(如图5所示)等组成。振荡控制电路由振荡电路600(如图2所示)、电流检测电路10A(如图9所示)、电流比较电路10B(如图6所示)、过流保护电路20、频率调节电路30(如图7所示)、驱动电路40(如图3所示)、过温保护电路50(如图8所示)、功率控制电路60、脱气电路70、扫频80和超声开关电路90等组成。图1为本实用新型提供的一种超声波清洗机电路原理框图。

本实用新型提供的一种超声波清洗机电路的工作原理是：工频交流电101和102传输到滤波电路200，滤波后再经201和202传输到整流滤波电路300，其输出的直流信号再由301和302传输至逆变电路400，从而生成了超声频率的功率信号，该功率信号通过401和402被加在经匹配的换能器阵列两端，使得换能器产生超声频率的振动，并在清洗溶液中产生空化作用，从而实现清洗的目的。

电源滤波器200和整流滤波电路300采用通常的设计方法，逆变电路400可以采用全桥或推挽电路，本实用新型采用包括IGBT和带中心抽头的推挽变压器的推挽电路(如图4所示)，以降低成本。

超声频率则由振荡控制电路决定。振荡电路600产生的频率信号通过601和602传输至驱动电路40，然后再经过41和42传输至逆变电路400。频率可根据应用设置在20KHZ到200KHZ之间。本实用新型中心频率为40KHZ。

振荡电路600和逆变电路400间设有一电流反馈闭环回路。该回路通过电流检测电路10A从逆变电路采集到电流信号由11传输至过流保护电路20，如果电流超出限定值，过电流保护电路将会发出一个信号关闭振荡电路，从而停止功率输出，保护电路不被损坏。同时，电流信号还通过12被送至电流比较电路10B，比较的结果通过14和15传输至频率调节电路30，频率调节电路根据电流比较的结果对振荡频率进行微调，调节范围是±2KHZ。

本实用新型中电流检测电路采用电阻取样式电流检测电路以降低成本，电流比较电路10B采用了比例积分电路，使得振荡频率在设定范围38KHz～42KHz(即：40KHz±2KHz)内无规则的变化，因而减少了清洗槽内驻波的产生，改善了清洗效果，同时保证输出功率和振幅的稳定，延长清洗槽的寿命。

为了进一步达到改善清洗效果、保证电路安全工作的目的，还可以采用以下电路设计：逆变电路输出与振荡电路输入间设有过温保护电路50；振荡电路输入端连接有脱气电路70、扫频电路80、和超声开关电路90；逆变电路输入端连接有功率控制电路。

图1方框图所对应的电路图如图2、3、4、5、6、7、8、9所示。

(1)、逆变电路采用非隔离的推挽电路，包括IGBT、带中心抽头的推挽变压器以及二极管、电阻，如图4所示。两个IGBT在前级驱动的控制下交替导通，并通过推挽变压器输出完整的超声功率信号。

(2)电流比较电路包括两组比例积分器，如图6所示。参考电压根据中心频率设定，而中心频率则由超声波换能器的负载特性决定。当电流检测电路中电阻上的电压降与参考电压相等时，振荡电路的输出频率即为中心频率。当电阻上的压降高于参考电压时，即输出功率偏高，根据本实用新型中使用的超声波换能器的负载特性，电流比较电路的输出信号将会使得振荡频率向低于中心频率方向改变，直到电流反馈信号与设定的参考电压相等。相反，如果电阻上的压降低于参考电压时，即输出功率偏低，根据本实用新型中使用的超声波换能器的负载特性，电流比较电路的输出信号将会使得振荡频率向高于中心频率方向改变，直到电流反馈信号与设定的参考电压相等。通过这样的控制，整个系统将会保持一个稳定的功率输出，从而保证清洗效果的一致。

(3)电流检测电路包括电阻和滤波电路，如图9所示。电阻被串联在逆变电路中，当有电流流过电阻时，电阻上会产生一个电压降，该电压被传输到电流比较电路，与设定的参考电压比较，比较电路的输出作为振荡器的频率控制信号，用来改变输出频率。

图2所示的振荡电路还具有端子21、51、71、91、31、32和81。图4所示的逆变电路还具有端子403。图5所示的输出匹配网络还具有端子501和502。图7所示的频率调节电路还具有端子31和32。图8所示的过温保护电路还具有端子51。图9所示的电流检测电路还具有端子403。

附图说明

图1是依照本实用新型一实施例的超声波发生器电路原理框图。

图2是依照本实用新型一实施例的振荡电路。

图3是依照本实用新型一实施例的驱动电路。

图4是依照本实用新型一实施例的逆变电路。

图5是依照本实用新型一实施例的输出匹配网络。

图6是依照本实用新型一实施例的电流比较电路。

图7是依照本实用新型一实施例的频率调节电路。

图8是依照本实用新型一实施例的过温保护电路。

图9是依照本实用新型一实施例的电流检测电路。

图10是普通开环超声波清洗电路的输出功率变化曲线图，横坐标为时间(小时)，纵坐标为输出功率(瓦)。

图11是本实用新型的输出功率变化曲线图，横坐标为时间(小时)，纵坐标为输出功率(瓦)。

图12是普通开环模式清洗槽内液面下1英寸深度的声功率分布图。图中一个椭圆圈表示一个测试点，椭圆圈内两个数值分别代表为声功率和频率，对应单位分别为瓦特/加仑、千赫兹。

图13是普通开环模式清洗槽内液面下3英寸深度的声功率分布图。图中一个椭圆圈表示一个测试点，椭圆圈内两个数值分别代表为声功率和频率，对应单位分别为瓦特/加仑、千赫兹。

图14是本实用新型清洗槽内液面下1英寸深度的声功率分布图。图中一个椭圆圈表示一个测试点，椭圆圈内两个数值分别代表为声功率和频率，对应单位分别为瓦特/加仑、千赫兹。

图15是本实用新型清洗槽内液面下3英寸深度的声功率分布图。图中一个椭圆圈表示一个测试点，椭圆圈内两个数值分别代表为声功率和频率，对应单位分别为瓦特/加仑、千赫兹。

具体实施方案

通过具体实施例，进一步说明本实用新型的显著进步与特性。

在采用普通开环超声波清洗机电路情况下，当清洗槽内水位或者负载发生变化时，输出功率会出现较大波动，其输出功率变化曲线如图10所示，从而导致清洗效果不稳定。

采用本实用新型的闭环超声波清洗机电路情况下，当清洗槽内水位或者负载发生变化时，输出功率基本保持稳定，其输出功率变化曲线如图11所示，从而清洗效果也保持稳定。

比较图10和图11，本实用新型具有显著进步。

测试表明：普通开环模式清洗电路使得清洗槽内存在较多的驻波，声场较弱且分布不均匀，如图12、图13所示，导致清洗槽内不同区域空化作用有明显区别，清洗效果降低，工件不能被完全清洗清洗干净。

本实用新型清洗电路大大减少了清洗槽内驻波的发生，声场较强且分布均匀，如图14、图15所示，有效地提高了清洗液内空化作用的发生，从而改善了清洗效果。

比较图12、图13与图14、图15，本实用新型具有显著进步。

采用本实用新型电路的超声波清洗设备，与市场上现有的产品相比，成本降低了20％～50％。

Claims

1.一种超声波清洗机电路，包括交流输入电路、电源滤波器、整流滤波电路、逆变电路、振荡电路，交流输入电路的输出依次经过电源滤波器、整流滤波电路，变成直流信号，该直流信号输入逆变电路，同时振荡电路的输出经过驱动电路，也输入逆变电路，逆变电路输出超声频率的功率信号，该功率信号经输出匹配网络，加在换能器阵列两端，其特征是逆变电路另一输出端与振荡电路另一输入端间连接有电流反馈闭环回路。

2.根据权利要求1所述的超声波清洗机电路，其特征是所述电流反馈闭环回路包括电流检测电路、过流保护电路、电流比较电路、频率调节电路，逆变电路输出信号输入电流检测电路，电流检测电路输出的电流信号一路传输至过流保护电路，如果电流超出限定值，过电流保护电路发出一个信号输入振荡电路，从而停止振荡电路功率输出，电流检测电路输出的另一路电流信号输入电流比较电路，比较的结果传输至频率调节电路，频率调节电路的输出传输至振荡电路，实现振荡频率微调，调节范围是±2KHz。

3.根据权利要求1或2所述超声波清洗机电路，其特征是所述逆变电路是采用推挽电路。

4.根据权利要求1或2所述超声波清洗机电路，其特征是所述振荡电路中心频率为40KHz。

5.根据权利要求2所述超声波清洗机电路，其特征是所述电流检测电路采用电阻式电流检测电路。

6.根据权利要求2所述超声波清洗机电路，其特征是所述电流比较电路采用比例积分电路。