CN203917259U - 一种基于可变电容的超声波电源设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于可变电容的超声波电源设备，其使用数字控制技术来实现多路开关投切电容器，利用电平转换电路、逻辑控制芯片、光耦、四个投切电路组成数字输出接口电路，通过控制数字输出接口电路中多路继电器的开闭，来改变和超声波振子串联的电容容量，以此获得最佳的谐振电容容量、改变超声波振子的谐振工作频率点，提高磁滞超声振子的清洗能力。

Description

一种基于可变电容的超声波电源设备

技术领域

本实用新型属于磁滞超声波技术领域，尤其涉及一种基于可变电容的超声波电源设备。

背景技术

磁滞超声材料由于其特有的等效电感特性，需要外接电容来实现提供谐振回路，现有的设备都是提供一个固定电容来实现谐振，谐振电容一旦设定，则其谐振频率也就固定，其工作点也基本固定。但是当在清洁对象或者超声材料自身特性参数发生变化时，此谐振点并不一定是最佳工作点，可能需要进行一个比较大的调整才能达到最佳的效果。现有设备在设定一个工作点后，就无法调整，无法实现通过改变谐振电容来改变工作点的功能。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供一种基于可变电容的超声波电源设备，其通过控制多路继电器的开闭，来改变和超声波振子串联的电容容量，以此获得最佳的谐振电容容量，提高磁滞超声振子的清洗能力。

本实用新型的一种基于可变电容的超声波电源设备包括：供电变压器、整流电源、可控硅、可控硅驱动电路、数字控制板、上位机、数字输出接口电路以及四路投切电路，其中上位机包括PC机和人机界面HMI产品；

供电变压器、整流电源、可控硅依次相接，用于为与可控硅外接的磁滞超声波振子输出可控电源；

数字控制板、可控硅驱动电路、可控硅依次相接，用于控制可控硅在给定的工作频率下工作；

上位机与数字控制板连接，通过上位机修改系统自动扫描参数，数字控制板根据该自动扫描参数改变所述可控电源的工作频率，为可控硅提供变动的工作频率；

数字输出接口电路包括；电平转换电路、逻辑控制芯片、四路光耦；

四路投切电路以并联方式连接到外接的磁滞超声波振子上，其中每路包括：一个继电器和一个电容；四个继电器分别用来控制与之连接电容是否接入磁滞超声波振子作为磁滞超声波振子的谐振电容，四个电容的电容容量分别为C、2C、3C、4C，其中C＝2μF；

数字控制板的3.3V输出经电平转换电路转换5V逻辑电压，然后逻辑控制芯片利用该5V逻辑电压驱动四路光耦，该四路光耦的输出对应控制四个继电器的开闭；

进一步的，

该数字控制板上自带FLASH芯片，该FLASH芯片用于记录自动扫描的工作频率和工作谐振电容的个数；

上位机与数字控制电路板连接，用于通过该上位机更新所述工作频率，并将更新后的工作频率和工作谐振电容的个数保存于所述FLASH芯片上；

所述工作频率包括：每次跳动频率数值a、频率变化的时间间隔b、频率输出的上限值c和下限值d。

进一步的，

所述四路投切电路不允许全部开路，共获得15种电容容量值。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型通过控制多路继电器的开闭来改变和超声波振子串联的电容容量，以此获得最佳的谐振电容容量，并通过软件将此设置固化在FLASH中。通过此实用新型可以方便用户灵活设置与振子串联的电容容量大小，改变了磁滞超声材料谐振工作点，提高了磁滞超声振子的清洗能力。

附图说明

图1是本实用新型的基于可变电容的超声波电源设备示意图；

图2是本实用新型的基于可变电容的超声波电源设备的GPIO接口控制示意图；

图3是本实用新型的基于可变电容的超声波电源设备的可变谐振电容的连接电路示意图；

图4是本实用新型的基于可变电容的超声波电源设备的DSP与FLASH连接示意图；

图5是本实用新型的基于可变电容的超声波电源设备的系统配置软件接口示意界面。

具体实施方式

图1是本实用新型的基于可变电容的超声波电源设备示意图。如图1所示，超声波电源的脉冲电源输出连接到超声波振子时，一般都使用了谐振电容。本实用新型就是提出了一种通过开关投切电容来改变谐振电容容量的方法。本控制系统基于DSP控制系统，其中DSP芯片使用TI公司的TMS320F28335芯片，外接FLASH芯片来存储系统运行参数。使用四个GOIO口来实现投切开关的控制，使用光耦隔离驱动脉冲变压器来驱动可控硅。

该实用新型中还涉及一种自动扫频的超声波电源设备，其自动扫频技术需要三个参数：每次跳动频率数值；频率变化的时间间隔；频率输出的上限和下限值。扫频频率和定时器精度设定：采用TI公司的数字控制板(DSP)TMS320F28335，外部时钟30M，分频后内部时钟为150M，用来作为外部脉冲工作设定频率的时钟为37.5M，在输出电源频率范围为10-20KHz内，其精度可以达到0.01Hz。也就是可以非常精确的对外部磁滞超声材料特性进行扫频测试。

该自动扫频的超声波电源设备采用数字控制技术，提供一个外部软件接口，从PC机或者其他HMI设备上来修改和设定工作频率。让用户根据实际使用需要来设定这三个参数，方便用户使用，通信接口使用SCI和CAN。由于使用了数字控制系统，相比模拟系统而言，其频率精度不受温度或者器件老化的影响，控制非常精确。同时DSP的内部定时器可以设置的重复周期值从1us到10s，其计时精度可以达到1us。

然后使用数字控制技术实现上述功能参数的设定和存储。提供上位机接口软件，可以方便用户输入上述接口参数。下位机则使用FLASH来存储参数，DSP每次运行时都从FLASH中读取上述参数来运行，然后自动在给定的频率范围内，按照规定的频率间隔改变输出的电源频率。用户可以方便用户根据具体环境，来设定不同参数的自动扫频，以达到最好的清洁效果。DSP外接FLASH芯片，可以存储上述参数。当系统正常运行时，则可以从FLASH中将参数读出到RAM中，下次运行时就按照读出的参数来控制程序的运行流程。

DSP通过MAX232接口转换芯片与PC机相接，在PC机上开发专用的软件，方便用户根据需要来修改运行参数，修改后的参数通过PC机的串行口发送到下位的DSP芯片，存储在FLASH芯片中。

设计可控硅驱动电路驱动可控硅，效果较佳的设计高频脉冲变压器接口电路来驱动可控硅。DSP的PWM脉冲输出连接高频脉冲变压的前端，其后端则驱动可控硅。

图2是本实用新型的基于可变电容的超声波电源设备的GPIO接口控制示意图。如图2所示，使用基于TI公司的TMS320F28335DSP的数字控制技术来控制投切开关。使用DSP的四路GPIO口作为输出控制接口，来控制四路板载继电器的开闭。GPIO的3.3V输出经过74LS16425芯片转换为5V逻辑，然后通过逻辑控制芯片UCC24273来驱动光耦的前端，光耦HCPL3124的后端输出直接用来控制投切开关的控制线圈。

图3是本实用新型的基于可变电容的超声波电源设备的可变谐振电容的连接电路示意图。如图3所示，每路继电器串接一个电容，电容容量按照C(＝2uF),2C,4C,8C来配置，总共可以得到15种电容容量值(不允许全部开路)。

用户数据可以通过RS232接口传递到DSP来，DSP则将参数写到FLASH中，这样参数就可以一直保存。下次运行时，DSP就从FLASH中读取数据。图4是本实用新型的基于可变电容的超声波电源设备的DSP与FLASH连接示意图。

图5是本实用新型的基于可变电容的超声波电源设备的系统配置软件接口示意界面。如图5所示，开发了在PC或者HMI上使用的软件接口，方便用户设置不同的电容值。用户界面提供了参数(OutputCap)可以供用户来设置串联的电容大小，每个二进制变量0代表断开，1代表合上。设置完成后可以使用FLASH来存储此配置值，下次运行时，DSP从FLASH中读出开关配置值，作为下次运行的状态量。

本实用新型的工作步骤如下：

通过上位机设置工作频率和四路投切电路的开闭，获得超声波电源设备的工作频率和谐振电容；

在该谐振电容下，可控硅从频率输出的上限值c开始工作，工作一个b时间后，工作频率由c变为c+1*a，经过n个b时间后，工作频率由c变为c+n*a，直到工作频率变为下限值d，工作一个b时间后，工作频率由d变为d-1*a，经过n个b时间后，工作频率由c变为d-n*a，直到工作频率变为上限值b，如此往复工作。

具体使用的一个实施例如下：

扫频频率上限(UpperFreq)：6kHz；

扫频频率下限(CutoffFreq)：20kHz；

扫频的跳动频率值(HopFreq):500Hz；

调频时间(FreqHopTime):100ms；

谐振电容(OutputCap):0101；

超声波会在6kHz的频率点上工作100ms,然后下一次工作频率为6k+500Hz,工作100ms，如此下去直到工作频率20k Hz,工作100ms秒后，工作频率则自动减小为20k-500Hz,一直减小到6kHz。如此往复工作。这样超声波的工作频率就在一个很宽的范围内变动，达到可以清洗各种不同污垢的目的。

除去可以改变外部电源的工作频率之外，还可以通过改变谐振电容的大小。例如上述设置为0101，表示谐振电容为2C+8C＝10C，这样就可以再更将广泛的情况提高系统的清洗能力。

当然，本实用新型还可有其他多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于可变电容的超声波电源设备，其特征在于，包括：供电变压器、整流电源、可控硅、可控硅驱动电路、数字控制板、上位机、数字输出接口电路以及四路投切电路，其中上位机包括PC机和人机界面HMI产品；

供电变压器、整流电源、可控硅依次相接，用于为与可控硅外接的磁滞超声波振子输出可控电源；

数字控制板、可控硅驱动电路、可控硅依次相接，用于控制可控硅在给定的工作频率下工作；

上位机与数字控制板连接，通过上位机修改系统自动扫描参数，数字控制板根据该自动扫描参数改变所述可控电源的工作频率，为可控硅提供变动的工作频率；

数字输出接口电路包括；电平转换电路、逻辑控制芯片、四路光耦；

四路投切电路以并联方式连接到外接的磁滞超声波振子上，其中每路包括：一个继电器和一个电容；四个继电器分别用来控制与之连接电容是否接入磁滞超声波振子作为磁滞超声波振子的谐振电容，四个电容的电容容量分别为C、2C、3C、4C，其中C＝2μF；

数字控制板的3.3V输出经电平转换电路转换5V逻辑电压，然后逻辑控制芯片利用该5V逻辑电压驱动四路光耦，该四路光耦的输出对应控制四个继电器的开闭；

进一步的，

该数字控制板上自带FLASH芯片，该FLASH芯片用于记录自动扫描的工作频率和工作谐振电容的个数；

上位机与数字控制电路板连接，用于通过该上位机更新所述工作频率，并将更新后的工作频率和工作谐振电容的个数保存于所述FLASH芯片上；

所述工作频率包括：每次跳动频率数值a、频率变化的时间间隔b、频率输出的上限值c和下限值d。

2.如权利要求1所述的基于可变电容的超声波电源设备，其特征在于，

所述四路投切电路不允许全部开路，共获得15种电容容量值。