CN218868215U - 超声波发生器谐振频率自适应跟踪电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供超声波发生器谐振频率自适应跟踪电路，包括：锁相环单元、移相控制芯片和频率控制电路，移相控制芯片输出PWM信号，所述PWM信号经锁相环单元内部相位比较器Ⅱ处理后输出脉冲信号，所述脉冲信号经锁相环单元输出至频率控制电路；所述频率控制电路包括开关元件，所述开关元件控制端输入所述脉冲信号、输出端接移相控制芯片的频率控制端口，移相控制芯片输出移相控制PWM信号，该PWM信号用于控制换能器，通过此电路，超声波电源能很好的实时跟踪换能器的谐振频率并快速调整输出进行匹配，而且可以有效避免谐振在换能器其他谐振频率点上。
Description
技术领域
本实用新型涉及超声波发生器的谐振频率跟踪领域，具体涉及超声波发生器谐振频率自适应跟踪电路。
背景技术
超声波换能器工作在谐振频率点时其效率最高，工作最稳定，而换能器的谐振频率点会由于装配原因和工作老化后改变，当然这种改变的频率只是漂移，变化不是很大，所以要求超声波发生器的输出频率在一定范围内能跟踪换能器的谐振频率点，从而保证换能器始终处在最佳工作状态。
实用新型内容
超声波电源常采用UC2875产生移相控制PWM信号到高频逆变电路供给换能器，通过一端接地另一端接到UC2875的频率控制端(FREQSET脚)的一个电阻和电容，根据不同的阻值和容值产生需要的PWM频率，为了设置的PWM频率能够实时跟踪换能器的谐振频率，本实用新型提供超声波发生器谐振频率自适应跟踪电路，具体技术方案为：包括：锁相环单元、移相控制芯片和频率控制电路，所述移相控制芯片输出PWM信号，所述PWM信号经锁相环单元内部相位比较器Ⅱ处理后输出脉冲信号，所述脉冲信号经锁相环单元输出至频率控制电路；所述频率控制电路包括开关元件，所述开关元件控制端输入所述脉冲信号、输出端接移相控制芯片的频率控制端口。
进一步的，锁相环单元的另一输入管脚连接采样电路的输出端，所述采样电路用于采集超声波换能器的电流信号。
进一步的，电流信号依次经过采样电路中的电流采样、电压采样、与非门电路后输出至触发电路，并经触发电路后输出至锁相环单元的另一路输入端。
进一步的，采样电路中，电流采样采用运放TL082，其正向端输入电流信号Ib、反向端与输出端连接、输出端连接电阻R303；电压采样采用电压比较器LM311，其反向端连接电阻R303的另一端、同向端经过电阻R304接地、输出端经RC滤波电路后连接与非门的输入端；与非门电路的输出端连接触发器的输入端，触发器的输出端连接。
进一步的，所述触发器采用74221芯片，其正触发输入端B输入与非门的输出信号、输出端Q接锁相环单元的另一路输入端。
进一步的，所述锁相环单元采用MC14046B锁相环芯片，芯片的AIN管脚输入采样电路的输出信号，芯片的BIN管脚输入移相控制芯片输出的PWM信号。
进一步的，移相控制芯片输出的PWM信号依次经过分压电路、又一74211触发电路后输入至锁相环芯片的BIN管脚，采用74221芯片提高抗干扰能力。
进一步的，所述频率控制电路包括：RC滤波电路、分压电路和开关MOS管IRF840,脉冲信号经锁相环单元输出，依次经过RC滤波电路、分压电路后至开关MOS管IRF840的栅极，开关MOS管IRF840的栅极和源极之间连接用于接电阻的插针、栅极和漏极之间连接电阻R374和电容C324，且漏极作为输出端，还连接移相控制芯片频率输入端的振荡电阻电路。
进一步的，所述振荡电阻电路包括变阻器W102、电阻R336和电容C132，电阻R336一端接地、另一端连接变阻器W102，变阻器R102的另一端接移相控制芯片频率输入端，电容C132的两端分别并在变阻器R102的另一端和地。
移相控制芯片输出的频率和换能器的振荡频率输入锁相环进行比较，锁相环根据两路输入信号的大小输出高低电平，从而改变移相控制芯片的工作频率，使输出频率趋近谐振频率。
与现有技术相比本实用新型具有以下有益效果：移相控制芯片输出移相控制PWM信号，该PWM信号用于控制换能器，本电路采用采样电路采集换能器的电流信号，并将信号输至锁相环输入端，同时，锁相环的另一输入端还输入移相控制PWM信号，并通过控制频率控制电路的信号来调整移相控制芯片的频率控制端口的信号，本专利构成了一个PWM信号采集到频率调制的闭环电路，通过此电路，超声波电源能很好的实时跟踪换能器的谐振频率并快速调整输出进行匹配，而且可以有效避免谐振在换能器其他谐振频率点上。
附图说明
图1为本专利的结构示意图。
具体实施方式
现结合附图对本实用新型作进一步说明。
图1所示，本专利包括：采样电路、锁相环单元、移相控制芯片和频率控制电路，移相控制芯片输出PWM信号，该PWM信号为换能器的控制信号，通过采样电路对换能器的输入电流进行采样处理并输入到锁相环单元的AIN管脚，经锁相环单元内部相位比较器Ⅰ处理后输出；同时，PWM信号还输入至锁相环单元的BIN管脚并经锁相环单元内部相位比较器Ⅱ处理后输出脉冲信号，脉冲信号经锁相环单元输出至频率控制电路；频率控制电路包括开关元件，开关元件控制端输入脉冲信号、输出端接移相控制芯片的频率控制端口。
换能器的电流信号依次经过采样电路中的电流采样、电压采样、与非门电路后输出至触发电路，并经触发电路后输出至锁相环单元的另一路输入端。
图1所示，电流采样采用运放TL082，运放TL082的正向端输入电流信号Ib、反向端与输出端连接、输出端连接电阻R303。
电压采样采用电压比较器LM311，其反向端连接电阻R303的另一端、同向端经过电阻R304接地、输出端经RC滤波电路接至与非门的输入端，该滤波电路包括：电阻R308和电容C307，电阻R308一端接5v电压、另一端接电压比较器LM311的输出端和电容C307的一端，电容C307的另一端接地。
与非门电路为SN74LS00的其中一路与非逻辑运算电路，与非门电路的两个输入端输入电压比较器LM311的输出信号、经与非逻辑运算后输出至触发器74221。
如图1所示，IC305A触发器74221的正触发输入端B输入与非门的输出信号、输出端Q接IC307锁相环单元的AIN输入端。
同时，IC105移相控制芯片输出的PWM信号还依次经过分压电路、又一74211触发电路(IC308B)后输入至IC105锁相环芯片的BIN管脚，图中所示，分压电路包括串联的电阻R315和R314，又一74221触发电路(IC308B)也采用正触发电路，其B端接电阻R315和R314的共接点、Q输出端接IC105锁相环芯片的BIN管脚。
进一步的，接在IC105移相控制芯片输出端的频率控制电路，包括：RC滤波电路、分压电路和开关MOS管IRF840,脉冲信号经锁相环单元输出，依次经过由电阻R370和电容C321串联的RC滤波电路、由电阻R371和R372串联的分压电路后至开关MOS管IRF840的栅极，开关MOS管IRF840的栅极和源极之间连接用于接电阻的插针、栅极和漏极之间连接电阻R374和电容C324，且漏极作为输出端，还连接移相控制芯片频率输入端的振荡电阻电路，通过限定电阻W102的阻值范围和串联的固定电阻R336可以限制频率调节范围。
进一步的，振荡电阻电路包括变阻器W102、电阻R336和电容C132，电阻R336一端接地、另一端连接变阻器W102，变阻器R102的另一端接移相控制芯片频率输入端，电容C132的两端分别并在变阻器R102的另一端和地。
换能器输入电流经采样电路采样转化后进入IC105锁相环芯片，同时，移相控制芯片(型号为UC2875)输出的PWM信号也进入IC105锁相环芯片，经IC105锁相环芯片内部相位比较器Ⅱ处理，比较器Ⅱ根据两路输入信号的大小输出高低电平，控制MOS管的通断，从而改变UC2875的16脚(FREQSET脚)的外接振荡电阻的阻值，最终使移相控制芯片输出的PWM频率接近换能器谐振频率，通过限定电阻W102的阻值范围和串联的固定电阻R336可以限制频率调节范围，避免换能器谐振在其他非最佳工作频率点上。
IC105锁相环芯片两路输入信号都分别经74221芯片可以提升抗干扰能力，尤其是在超声电源这种大功率强干扰场合，IC105锁相环相位比较器Ⅱ对输入信号占空比的要求不高，允许输入非对称波形，它具有很宽的捕捉频率范围。
通过此电路，超声波电源能很好的实时跟踪换能器的谐振频率并快速调整输出进行匹配，而且可以有效避免谐振在换能器其他谐振频率点上。
以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理。这些描述只是为了解释本实用新型的原理，而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其它具体实施方式，这些方式都将落入本实用新型权利要求的保护范围之内。
Claims (9)
1.超声波发生器谐振频率自适应跟踪电路，包括：锁相环单元、移相控制芯片和频率控制电路，其特征在于：所述移相控制芯片输出PWM信号，所述PWM信号经锁相环单元内部相位比较器Ⅱ处理后输出脉冲信号，所述脉冲信号经锁相环单元输出至频率控制电路；所述频率控制电路包括开关元件，所述开关元件控制端输入所述脉冲信号、输出端接移相控制芯片的频率控制端口。
2.根据权利要求1所述的超声波发生器谐振频率自适应跟踪电路，其特征在于：锁相环单元的另一输入管脚连接采样电路的输出端，所述采样电路用于采集超声波换能器的电流信号。
3.根据权利要求2所述的超声波发生器谐振频率自适应跟踪电路，其特征在于：电流信号依次经过采样电路中的电流采样、电压采样、与非门电路后输出至触发电路，并经触发电路后输出至锁相环单元的另一路输入端。
4.根据权利要求3所述的超声波发生器谐振频率自适应跟踪电路，其特征在于：采样电路中，电流采样采用运放TL082，其正向端输入电流信号Ib、反向端与输出端连接、输出端连接电阻R303；电压采样采用电压比较器LM311，其反向端连接电阻R303的另一端、同向端经过电阻R304接地、输出端经RC滤波电路后连接与非门的输入端；与非门电路的输出端连接触发器的输入端，触发器的输出端连接。
5.根据权利要求4所述的超声波发生器谐振频率自适应跟踪电路，其特征在于：所述触发器采用74221芯片，其正触发输入端B输入与非门的输出信号、输出端Q接锁相环单元的另一路输入端。
6.根据权利要求5所述的超声波发生器谐振频率自适应跟踪电路，其特征在于：所述锁相环单元采用MC14046B锁相环芯片，芯片的AIN管脚输入采样电路的输出信号，芯片的BIN管脚输入移相控制芯片输出的PWM信号。
7.根据权利要求6所述的超声波发生器谐振频率自适应跟踪电路，其特征在于：移相控制芯片输出的PWM信号依次经过分压电路、又一74211触发电路后输入至锁相环芯片的BIN管脚。
8.根据权利要求1所述的超声波发生器谐振频率自适应跟踪电路，其特征在于：所述频率控制电路包括：RC滤波电路、分压电路和开关MOS管IRF840,脉冲信号经锁相环单元输出，依次经过RC滤波电路、分压电路后至开关MOS管IRF840的栅极，开关MOS管IRF840的栅极和源极之间连接用于接电阻的插针、栅极和漏极之间连接电阻R374和电容C324，且漏极作为输出端，还连接移相控制芯片频率输入端的振荡电阻电路。
9.根据权利要求8所述的超声波发生器谐振频率自适应跟踪电路，其特征在于：所述振荡电阻电路包括变阻器W102、电阻R336和电容C132，电阻R336一端接地、另一端连接变阻器W102，变阻器R102的另一端接移相控制芯片频率输入端，电容C132的两端分别并在变阻器R102的另一端和地。
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