CN208539865U - 一种超声波匹配电感自动匹配电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超声波匹配电感自动匹配电路，包括超声波压电换能器、阻抗匹配板、电流相位信号、电压相位信号、相位检测板、辅助电流线圈1、辅助电流线圈2及主电感线圈，阻抗匹配板分别与超声波压电换能器、电流相位信号、电压相位信号、辅助电流线圈1、辅助电流线圈2及主电感线圈连接，自动匹配电路包括芯片HEF4011与芯片CD4013，电压相位信号的电路的输出端分别与芯片HEF4011的第一号引脚、第二号引脚、芯片CD4013的第三号引脚连接，芯片HEF4011的第三号引脚与芯片CD4013的第十一号引脚连接，芯片HEF4011的第四号引脚与电阻R16的一端连接。

Description

一种超声波匹配电感自动匹配电路

技术领域

本实用新型涉及超声波电源领域，具体来说，涉及一种超声波匹配电感自动匹配电路。

背景技术

目前，超声波焊接压电换能器属于电容性负载，在使用过程中需要对负载进行阻抗匹配调节，使负载呈阻性，以保证电功率有效的输出，一般采用电感加电容的方式进行匹配，使压电换能器自身的电容量与匹配电感谐振在压电换能器与焊接模具的机械频率上，但在使用过程中随着温度变化会使压电换能器的电容量发生变化，模具上的压力会使模具自身谐振频率也发生变化，导致谐振频率偏移，轻微情况影响焊接效果，严重时会损坏模具。现有超声焊接机一般采用频率追踪等技术虽然在一定程度上解决了频率偏移问题，但无法改变匹配电感感量导致追踪范围较窄，极易导致频率失锁，这种情况在大功率设备上表现更为明显。为了解决这个问题。虽然出现了通过电机调节电感磁芯间隙改变电感量等技术，但这种技术无法迅速改变电感量，有一定的延时，使效果大打折扣。在使用过程中这种方式一般包括信号采样处理，电机驱动电路，电机固定支架，减速皮带，电感调节杆，使得安装复杂，占用空间大，使用不便，使用一段时间后故障率高。

实用新型内容

本实用新型的技术任务是针对以上不足，提供一种超声波匹配电感自动匹配电路。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种超声波匹配电感自动匹配电路，包括超声波压电换能器、阻抗匹配板、电流相位信号、电压相位信号、相位检测板、辅助电流线圈1、辅助电流线圈2及主电感线圈，所述阻抗匹配板分别与所述超声波压电换能器、所述电流相位信号、所述电压相位信号、所述辅助电流线圈1、所述辅助电流线圈2及所述主电感线圈连接，自动匹配电路包括芯片HEF4011与芯片CD4013，所述电压相位信号的电路的输出端分别与所述芯片HEF4011 的第一号引脚、第二号引脚、所述芯片CD4013的第三号引脚连接，所述芯片HEF4011的第三号引脚与所述芯片CD4013的第十一号引脚连接，所述芯片HEF4011的第四号引脚与电阻R16的一端连接，所述芯片 HEF4011的第五号引脚、第六号引脚与其第十号引脚连接，所述芯片 HEF4011的第七号引脚接地，所述芯片HEF4011的第八号引脚与所述芯片 CD4013的第一号引脚连接，所述芯片HEF4011的第九号引脚与所述芯片 CD4013的第十三号引脚连接，所述芯片HEF4011的第十二号引脚、第十三号引脚及第十四号引脚均接电，所述电流相位电流的电路输出端与所述芯片CD4013的第五号引脚及第九号引脚连接，所述芯片CD4013的第二号引脚与电阻R5的一端连接，所述芯片CD4013的第四号引脚、第六号引脚、第七号引脚、第八号引脚及第十号引脚均接地，所述芯片CD4013的第十二号引脚与电阻R27的一端连接，所述芯片CD4013的第十四号引脚均接电，所述电阻R5的另一端分别与电容C1的一端及三极管Q3的基极连接，所述电容C1的另一端与所述三极管Q3的发射极均接地，所述三极管Q3的集电极分别与电阻R3、电阻R4及二极管D3的正极连接，所述电阻R3的另一端与所述二极管D1的负极连接，所述二极管D1的正极接电，所述R4的另一端与三极管Q2的基极连接，所述三极管Q2的发射极接地，所述三极管Q2的集电极分别与三极管Q1的集电极及所述辅助线圈1连接，所述三极管Q1的基极与电阻R1及电阻R2的一端连接，所述电阻R2的另一端与所述三极管Q1的发射极均接电，所述电阻R16的另一端与三极管 Q7的基极连接，所述三极管Q7的集电极分别与电阻R11的一端、所述二极管D3的负极、二极管D7的正极及所述三极管Q6的集电极连接，所述电阻R11的另一端分别与电阻R10与电阻R9的一端连接，所述电阻R9的另一端分别与三极管的集电极、三极管Q5的集电极及电容C3的一端连接，所述电阻R10的另一端与所述电容C3的另一端及所述三极管Q6的基极连接，所述三极管Q5的基极与电阻R15及电容C4的一端连接，所述电阻R15 的另一端与电阻R14的一端及二极管D6的负极连接，所述二极管D6的正极、所述电容C4的另一端、所述三极管Q5的发射极、所述三极管Q6的发射极及所述三极管Q6的发射极均接地，所述R14的另一端分别与电阻 R18与电阻R13的一端连接，所述电阻R13的另一端接电，所述电阻R18 的另一端接地，所述电阻R27的另一端与电容C5及三极管Q10的基极连接，所述电容C5及所述三极管Q10的发射极接地，所述二极管D7的负极分别与所述电阻R26的一端、电阻R25的一端及所述三极管的集电极连接，所述电阻R25的一端与所述二极管D11的负极连接，所述二极管D11的正极接电，所述电阻R26的另一端与三极管Q9的基极连接，所述三极管Q9 的发射极接地，所述三极管Q9的集电极分别与三极管Q8的集电极及所述辅助线圈2的一端连接，所述三极管Q8的基极分别与电阻R23及电阻21 的一端连接，所述电阻R21的另一端与所述三极管Q8的发射极均接地。

优选的，所述电压相位信号电路包括输入端，其输入端与电阻R8的一端连接，所述电阻R8的另一端分别与二极管D4的正极、二极管D5的负极、二极管D2的正极及双电压比较器A1的第三号引脚连接，所述二极管 D4的负极、所述二极管D5的正极与电阻R17的一端接地，所述电阻R17 的另一端分别与电阻R12及所述双电压比较器A1的第二号引脚连接，所述二极管D2的负极、所述电机R12的另一端与所述R7的一端均接电，所述双电压比较器A1的第八号引脚与电容C2的一端连接，所述电容C2的另一端接地，所述双电压比较器A1的第一号引脚与所述电阻R7的另一端与电路输出端连接。

优选的，所述电流相位信号电路包括输入端，其输入端与电阻R20的一端连接，所述电阻R20的另一端分别与二极管D9的正极、二极管D10 的负极、二极管D8的正极及双电压比较器A2的第五号引脚连接，所述二极管D9的负极、所述二极管D10的正极及电阻R24的一端均接地，所述电阻R24的另一端与电阻R22的一端与所述双电压比较器A2的第六号引脚连接，所述电阻R22的另一端、二极管D8的负极与电阻R19的一端均接电，所述电阻R19与所述双电压比较器A2的第七号引脚与电路输出端连接。

优选的，所述二极管D1及所述二极管D11为发光二极管，所述二极管D6为稳压二极管。

优选的，所述电容C1、所述电容C3、所述电容C4及所述电容C5均为极性电容。

本实用新型的一种超声波匹配电感自动匹配电路和现有技术相比，具有以下有益效果：

1、通过采用超声波压电换能器的方案，使每个换能器均能适用现有主流超声波主机，可分别作为发射、接收、带前置放大接收、收发共用、具有前置放大功能的收发共用等超声波换能器，方便换能器的采购、使用、管理和携带；

2、通过与两组芯片的接口电路可满足不同种类的超声波换能器的应用要求；整个电路元器件少，成本低，功能齐全，稳定可靠，简单实用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本实用新型实施例的一种超声波匹配电感自动匹配电路的电路示意图；

图2是根据本实用新型实施例的电压相位信号电路的电路示意图；

图3是根据本实用新型实施例的电流相位信号电路的电路示意图；

图4是根据本实用新型实施例的自动匹配电路的左侧部分的电路示意图；

图5是根据本实用新型实施例的自动匹配电路的右侧上部分的电路示意图；

图6是根据本实用新型实施例的自动匹配电路的右侧下部分的电路示意图；

具体实施方式

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。另外，术语“包括”及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1-6所示，根据本实用新型实施例的一种超声波匹配电感自动匹配电路，包括超声波压电换能器、阻抗匹配板、电流相位信号、电压相位信号、相位检测板、辅助电流线圈1、辅助电流线圈2及主电感线圈，所述阻抗匹配板分别与所述超声波压电换能器、所述电流相位信号、所述电压相位信号、所述辅助电流线圈1、所述辅助电流线圈2及所述主电感线圈连接，自动匹配电路包括芯片HEF4011与芯片CD4013，所述电压相位信号的电路的输出端分别与所述芯片HEF4011的第一号引脚、第二号引脚、所述芯片CD4013的第三号引脚连接，所述芯片HEF4011的第三号引脚与所述所述芯片CD4013的第十一号引脚连接，所述芯片HEF4011的第四号引脚与电阻R16的一端连接，所述芯片HEF4011的第五号引脚、第六号引脚与其第十号引脚连接，所述芯片HEF4011的第七号引脚接地，所述芯片HEF4011 的第八号引脚与所述芯片CD4013的第一号引脚连接，所述芯片HEF4011 的第九号引脚与所述芯片CD4013的第十三号引脚连接，所述芯片HEF4011 的第十二号引脚、第十三号引脚及第十四号引脚均接电，所述电流相位电流的电路输出端与所述芯片CD4013的第五号引脚及第九号引脚连接，所述芯片CD4013的第二号引脚与电阻R5的一端连接，所述芯片CD4013的第四号引脚、第六号引脚、第七号引脚、第八号引脚及第十号引脚均接地，所述芯片CD4013的第十二号引脚与电阻R27的一端连接，所述芯片CD4013的第十四号引脚均接电，所述电阻R5的另一端分别与电容C1的一端及三极管Q3的基极连接，所述电容C1的另一端与所述三极管Q3的发射极均接地，所述三极管Q3的集电极分别与电阻R3、电阻R4及二极管D3的正极连接，所述电阻R3的另一端与所述二极管D1的负极连接，所述二极管D1的正极接电，所述R4的另一端与三极管Q2的基极连接，所述三极管Q2的发射极接地，所述三极管Q2的集电极分别与三极管Q1 的集电极及所述辅助线圈1连接，所述三极管Q1的基极与电阻R1及电阻 R2的一端连接，所述电阻R2的另一端与所述三极管Q1的发射极均接电，所述电阻R16的另一端与三极管Q7的基极连接，所述三极管Q7的集电极分别与电阻R11的一端、所述二极管D3的负极、二极管D7的正极及所述三极管Q6的集电极连接，所述电阻R11的另一端分别与电阻R10与电阻R9的一端连接，所述电阻R9的另一端分别与三极管的集电极、三极管Q5的集电极及电容C3的一端连接，所述电阻R10的另一端与所述电容C3的另一端及所述三极管Q6的基极连接，所述三极管Q5的基极与电阻R15及电容C4的一端连接，所述电阻R15的另一端与电阻R14的一端及二极管D6 的负极连接，所述二极管D6的正极、所述电容C4的另一端、所述三极管 Q5的发射极、所述三极管Q6的发射极及所述三极管Q6的发射极均接地，所述R14的另一端分别与电阻R18与电阻R13的一端连接，所述电阻R13 的另一端接电，所述电阻R18的另一端接地，所述电阻R27的另一端与电容C5及三极管Q10的基极连接，所述电容C5及所述三极管Q10的发射极接地，所述二极管D7的负极分别与所述电阻R26的一端、电阻R25的一端及所述三极管的集电极连接，所述电阻R25的一端与所述二极管D11 的负极连接，所述二极管D11的正极接电，所述电阻R26的另一端与三极管Q9的基极连接，所述三极管Q9的发射极接地，所述三极管Q9的集电极分别与三极管Q8的集电极及所述辅助线圈2的一端连接，所述三极管Q8 的基极分别与电阻R23及电阻21的一端连接，所述电阻R21的另一端与所述三极管Q8的发射极均接地，所述电压相位信号电路包括输入端，其输入端与电阻R8的一端连接，所述电阻R8的另一端分别与二极管D4的正极、二极管D5的负极、二极管D2的正极及双电压比较器A1的第三号引脚连接，所述二极管D4的负极、所述二极管D5的正极与电阻R17的一端接地，所述电阻R17的另一端分别与电阻R12及所述双电压比较器A1 的第二号引脚连接，所述二极管D2的负极、所述电机R12的另一端与所述R7的一端均接电，所述双电压比较器A1的第八号引脚与电容C2的一端连接，所述电容C2的另一端接地，所述双电压比较器A1的第一号引脚与所述电阻R7的另一端与电路输出端连接，所述电流相位信号电路包括输入端，其输入端与电阻R20的一端连接，所述电阻R20的另一端分别与二极管D9的正极、二极管D10的负极、二极管D8的正极及双电压比较器A2 的第五号引脚连接，所述二极管D9的负极、所述二极管D10的正极及电阻R24的一端均接地，所述电阻R24的另一端与电阻R22的一端与所述双电压比较器A2的第六号引脚连接，所述电阻R22的另一端、二极管D8的负极与电阻R19的一端均接电，所述电阻R19与所述双电压比较器A2的第七号引脚与电路输出端连接，所述二极管D1及所述二极管D11为发光二极管，所述二极管D6为稳压二极管，所述电容C1、所述电容C3、所述电容C4及所述电容C5均为极性电容。

具体工作流程：通过电流互感器，电压互感器感应出高压侧的相位相同，电流电压的小信号，通过U1的双电压比较器组成过零点检测电路，将高压侧的电流电压相位信号转换成方波信号，当系统的匹配电感与电容达到谐振时，电流电压的相位信号同步无相位差，当温度升高引起压电换能器电容量发生变化时或模具频率发生偏移时，电流电压信号出现超前或滞后产生相位差。并且通过U2、U3识别出相位超前与滞后，并根据得到的相位差值及时改变电感辅助线圈内的电流来改变电感磁芯周围的磁场强度来改变磁芯的导磁率以改变电感量，当电感量上升或下降到系统的谐振点时，相位差又重新为0，电路将维持现有电流状态保证电感量不变，直到出现新的相位差信号再次调整。

通过上面具体实施方式，所述技术领域的技术人员可容易的实现本实用新型。但是应当理解，本实用新型并不限于上述的具体实施方式。在公开的实施方式的基础上，所述技术领域的技术人员可任意组合不同的技术特征，从而实现不同的技术方案。

Claims (5)

1.一种超声波匹配电感自动匹配电路，其特征在于，包括超声波压电换能器、阻抗匹配板、电流相位信号、电压相位信号、相位检测板、辅助电流线圈1、辅助电流线圈2及主电感线圈，所述阻抗匹配板分别与所述超声波压电换能器、所述电流相位信号、所述电压相位信号、所述辅助电流线圈1、所述辅助电流线圈2及所述主电感线圈连接，自动匹配电路包括芯片HEF4011与芯片CD4013，所述电压相位信号的电路的输出端分别与所述芯片HEF4011的第一号引脚、第二号引脚、所述芯片CD4013的第三号引脚连接，所述芯片HEF4011的第三号引脚与所述芯片CD4013的第十一号引脚连接，所述芯片HEF4011的第四号引脚与电阻R16的一端连接，所述芯片HEF4011的第五号引脚、第六号引脚与其第十号引脚连接，所述芯片HEF4011的第七号引脚接地，所述芯片HEF4011的第八号引脚与所述芯片CD4013的第一号引脚连接，所述芯片HEF4011的第九号引脚与所述芯片CD4013的第十三号引脚连接，所述芯片HEF4011的第十二号引脚、第十三号引脚及第十四号引脚均接电，所述电流相位电流的电路输出端与所述芯片CD4013的第五号引脚及第九号引脚连接，所述芯片CD4013的第二号引脚与电阻R5的一端连接，所述芯片CD4013的第四号引脚、第六号引脚、第七号引脚、第八号引脚及第十号引脚均接地，所述芯片CD4013的第十二号引脚与电阻R27的一端连接，所述芯片CD4013的第十四号引脚均接电，所述电阻R5的另一端分别与电容C1的一端及三极管Q3的基极连接，所述电容C1的另一端与所述三极管Q3的发射极均接地，所述三极管Q3的集电极分别与电阻R3、电阻R4及二极管D3的正极连接，所述电阻R3的另一端与所述二极管D1的负极连接，所述二极管D1的正极接电，所述R4的另一端与三极管Q2的基极连接，所述三极管Q2的发射极接地，所述三极管Q2的集电极分别与三极管Q1的集电极及所述辅助线圈1连接，所述三极管Q1的基极与电阻R1及电阻R2的一端连接，所述电阻R2的另一端与所述三极管Q1的发射极均接电，所述电阻R16的另一端与三极管Q7的基极连接，所述三极管Q7的集电极分别与电阻R11的一端、所述二极管D3的负极、二极管D7的正极及所述三极管Q6的集电极连接，所述电阻R11的另一端分别与电阻R10与电阻R9的一端连接，所述电阻R9的另一端分别与三极管的集电极、三极管Q5的集电极及电容C3的一端连接，所述电阻R10的另一端与所述电容C3的另一端及所述三极管Q6的基极连接，所述三极管Q5的基极与电阻R15及电容C4的一端连接，所述电阻R15的另一端与电阻R14的一端及二极管D6的负极连接，所述二极管D6的正极、所述电容C4的另一端、所述三极管Q5的发射极、所述三极管Q6的发射极及所述三极管Q6的发射极均接地，所述R14的另一端分别与电阻R18与电阻R13的一端连接，所述电阻R13的另一端接电，所述电阻R18的另一端接地，所述电阻R27的另一端与电容C5及三极管Q10的基极连接，所述电容C5及所述三极管Q10的发射极接地，所述二极管D7的负极分别与所述电阻R26的一端、电阻R25的一端及所述三极管的集电极连接，所述电阻R25的一端与所述二极管D11的负极连接，所述二极管D11的正极接电，所述电阻R26的另一端与三极管Q9的基极连接，所述三极管Q9的发射极接地，所述三极管Q9的集电极分别与三极管Q8的集电极及所述辅助线圈2的一端连接，所述三极管Q8的基极分别与电阻R23及电阻21的一端连接，所述电阻R21的另一端与所述三极管Q8的发射极均接地。

2.根据权利要求1所述的一种超声波匹配电感自动匹配电路，其特征在于，所述电压相位信号电路包括输入端，其输入端与电阻R8的一端连接，所述电阻R8的另一端分别与二极管D4的正极、二极管D5的负极、二极管D2的正极及双电压比较器A1的第三号引脚连接，所述二极管D4的负极、所述二极管D5的正极与电阻R17的一端接地，所述电阻R17的另一端分别与电阻R12及所述双电压比较器A1的第二号引脚连接，所述二极管D2的负极、所述电机R12的另一端与所述R7的一端均接电，所述双电压比较器A1的第八号引脚与电容C2的一端连接，所述电容C2的另一端接地，所述双电压比较器A1的第一号引脚与所述电阻R7的另一端与电路输出端连接。

3.根据权利要求1所述的一种超声波匹配电感自动匹配电路，其特征在于，所述电流相位信号电路包括输入端，其输入端与电阻R20的一端连接，所述电阻R20的另一端分别与二极管D9的正极、二极管D10的负极、二极管D8的正极及双电压比较器A2的第五号引脚连接，所述二极管D9的负极、所述二极管D10的正极及电阻R24的一端均接地，所述电阻R24的另一端与电阻R22的一端与所述双电压比较器A2的第六号引脚连接，所述电阻R22的另一端、二极管D8的负极与电阻R19的一端均接电，所述电阻R19与所述双电压比较器A2的第七号引脚与电路输出端连接。

4.根据权利要求1所述的一种超声波匹配电感自动匹配电路，其特征在于，所述二极管D1及所述二极管D11为发光二极管，所述二极管D6为稳压二极管。

5.根据权利要求1所述的一种超声波匹配电感自动匹配电路，其特征在于，所述电容C1、所述电容C3、所述电容C4及所述电容C5均为极性电容。