專利名稱：基于高頻變壓器反饋的超聲波電源系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超聲波發(fā)生器領(lǐng)域，具體是一種超聲波電源系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，在釆用相位法進(jìn)行頻率跟蹤的超聲波電源的釆樣電路中，采用的
都是傳感器，然后將得到的采樣信號(hào)經(jīng)過鑒相處理送給單片機(jī)或者DSP,通 過調(diào)整單片機(jī)或者DSP輸出P麗波的頻率，進(jìn)而改變超聲波電源輸出電壓的 頻率，從而達(dá)到頻率跟蹤的目的。由于傳感器、互感器在測(cè)量電壓、電流時(shí) 存在響應(yīng)延遲，導(dǎo)致測(cè)量不精準(zhǔn)，因此當(dāng)超聲波換能器諧振較高時(shí)，超聲波 電源對(duì)諧振頻率的跟蹤不能做到快速、準(zhǔn)確。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有超聲波電源在反饋環(huán)節(jié)中存在響應(yīng)延遲，導(dǎo)致超聲波電源
對(duì)輸出電壓和電流的相位差測(cè)量不夠準(zhǔn)確的問題，本發(fā)明公開了基于高頻變
壓器反饋的超聲波電源系統(tǒng)。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于高頻變壓器反饋的超聲波 電源系統(tǒng)，包括超聲波電源、匹配電感、超聲波換能器、無感電阻、鑒相器 和DSP，其中超聲波電源的一個(gè)輸出端依次串接匹配電感、換能器后分別接 所述無感電阻的一端和鑒相電路電阻K的一端，所述無感電阻的另 一端接所 述超聲波電源的另一個(gè)輸出端，鑒相電路的輸出信號(hào)接DSP，其特征在于 還包括高頻脈沖變壓器，所述高頻脈沖變壓器的原邊兩個(gè)端子接所述超聲波
3電源的兩個(gè)輸出端，其副邊端子的 一端接所述鑒相電路電阻R4的 一端和地， 另一端接所述鑒相電路電阻R4的另一端和運(yùn)算放大器的5腳。
由于高頻變壓器在電壓變換時(shí)，其變換時(shí)間4艮短，幾乎為零，因此便可 以將在電壓采樣過程中存在的響應(yīng)延遲時(shí)間降到幾乎為零，從而消除了在電 壓相位測(cè)量過程中存在的時(shí)間延遲，達(dá)到快速、準(zhǔn)確測(cè)量超聲波電源輸出脈 沖電壓相位信息的目的。
有益效果(l)克服了在電壓相位的測(cè)量中存在響應(yīng)延遲的問題，提高 了系統(tǒng)對(duì)相位差測(cè)量的準(zhǔn)確性，減小了系統(tǒng)誤差；(2)在相同的技術(shù)要求下， 本方案所使用的高頻變壓器相對(duì)于傳感器來說，具有體積小、重量輕的優(yōu)點(diǎn)； (3)使用類似于EE10型的高頻變壓器，具有極強(qiáng)的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，在批量使用 時(shí)， 一個(gè)EE10型的高頻變壓器只有0. 2到0. 5元左右，而對(duì)于一個(gè)可以在 相同工作頻率下正常工作的傳感器來說則要50到80元。


圖l是E型f茲芯結(jié)構(gòu)圖，其中(a)為主一見圖，(b)為左3見圖。 圖2是基于高頻變壓器采樣電壓的超聲波電源系統(tǒng)的主電路圖。 圖3是超聲波電源的鑒相電路圖。
壓波形。
圖5是超聲波電源輸出的脈沖電壓與采用高頻變壓器采樣的輸出電壓波形。
圖4、圖5中的(a)為25us/格，(b)為10 us/格。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明
如圖1所示，本發(fā)明根據(jù)技術(shù)指標(biāo)要求所設(shè)計(jì)的高頻脈沖變壓器采用EE10型鐵氧體;茲芯結(jié)構(gòu)，原邊采用直徑為0. 54mm的銅導(dǎo)線，原邊繞18臣， 副邊采用直徑為0. 72mm的銅導(dǎo)線，副邊繞1匝。A=10mm， B=5. 4mm, C=4. 65mm, D=4. 2畫，E=7mm , F=2. 4mm ，可以計(jì)算出EE型磁芯的窗口面積為 Aw= (E-F) D=19. 32mm2。這樣就可以將超聲波電源主電路輸出電壓的幅值降至 控制電路需要的電壓大小，并且可以將功率電路與控制電路隔離。
如圖2所示，Ls為匹配電感，超聲波電源逆變單元輸出的高頻脈沖電壓， 經(jīng)過匹配電感調(diào)諧之后供給超聲波換能器工作；R為0. 5歐姆的無感電阻， 用該電阻上的電壓就可以表示超聲波電源的輸出電流；Ts為本發(fā)明所設(shè)計(jì)的 高頻脈沖變壓器，它的原邊接至超聲波電源的脈沖電壓輸出端，它的副邊端 子Sample—V+"、 "Sample—V-"與采樣電流"Sample_I+，，、 "Sample—I-，，分別 接到超聲波電源的鑒相電路中，然后將經(jīng)過鑒相電路處理得到的信號(hào)送給 DSP,作為DSP改變電源輸出電壓頻率的根據(jù)，進(jìn)而達(dá)到頻率跟蹤的目的。
如圖3所示，采樣電流Sample—I+接電阻R!—端，電阻I^另一端接第一 運(yùn)算放大器LF353A的3腳。第一運(yùn)算放大器LF353A的1腳接電阻112—端和 2腳，4腳接-15V電源，8腳接+15V電源，電阻R2另 一端接第一比較器LM393A 的3腳。第一比較器LM393A的1腳接電阻R3—端、觸發(fā)器74LS74的2腳、 異或門74LS86的2腳，第一比較器LM393A的2腳和4腳接地，8腳接電阻 R3另一端和+5V電源。觸發(fā)器74LS74的1腳、4腳接+5V電源，觸發(fā)器7札S74 的3腳接異或門74LS86的l腳、電阻R6—端、第二比較器LM393B的7腳， 觸發(fā)器7札S74的5腳引出的FLAG接DSP (圖中未畫出)，電阻116另一端接 第二比豐支器LM393B的9腳和+5V電源。
采樣電壓Sample-V+接電阻114一端和第二運(yùn)算放大器LF353B的5腳， 電阻R4另一端接地和釆樣電壓Sample_V-。第二運(yùn)算放大器LF353B的6腳 接7腳和電阻Rs—端，9腳接+15V電源，10腳接-15V電源，電阻Rs另一端 接第二比較器LM393B的5腳。第二比較器LM393B的6腳接地，10腳接地。 異或門74LS86的3腳引出的U—Pulse接DSP (圖中未畫出)。
5如圖4所示，曲線l: 0.5V/div,為電壓傳感器HNV025A ^T出的電壓波 形，曲線2: 20V/div(差分探頭縮減20倍)，為超聲波電源輸出的脈沖電壓 波形。/人圖中可以看出，曲線1相對(duì)與曲線2來說，大概延遲6ias，而且波 形變形嚴(yán)重。
如圖5所示，曲線l: 0.5V/div,為采用高頻變壓器(Ts)輸出的電壓波 形，曲線2: 40V/div(差分探頭縮減20倍)，為超聲波電源輸出的脈沖電壓 波形。從圖中可以看出，曲線1相對(duì)與曲線2來說，幾乎沒有延遲和變形。
權(quán)利要求
1、一種基于高頻變壓器反饋的超聲波電源系統(tǒng)，包括超聲波電源、匹配電感、超聲波換能器、無感電阻、鑒相器和DSP，其中超聲波電源的一個(gè)輸出端依次串接匹配電感、換能器后分別接所述無感電阻的一端和鑒相電路電阻R1的一端，所述無感電阻的另一端接所述超聲波電源的另一個(gè)輸出端，鑒相電路的輸出信號(hào)接DSP，其特征在于還包括高頻脈沖變壓器，所述高頻脈沖變壓器的原邊兩個(gè)端子接所述超聲波電源的兩個(gè)輸出端，其副邊端子的一端接所述鑒相電路電阻R4的一端和地，另一端接所述鑒相電路電阻R4的另一端和運(yùn)算放大器的5腳。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高頻變壓器反饋的超聲波電源系統(tǒng)，其 特征在于所述高頻脈沖變壓器采用EE型鐵氧體磁芯結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于高頻變壓器反饋的超聲波電源系統(tǒng)，包括超聲波電源、匹配電感、超聲波換能器、無感電阻、高頻脈沖變壓器、鑒相器和DSP，其中超聲波電源的一個(gè)輸出端依次串接匹配電感、換能器后分別接所述無感電阻的一端和鑒相電路電阻R₁的一端，無感電阻的另一端接超聲波電源的另一個(gè)輸出端，鑒相電路的輸出信號(hào)接DSP，高頻脈沖變壓器的原邊端子接所述超聲波電源的輸出端，其副邊端子的一端接所述鑒相電路電阻R₄的一端和地，另一端接所述鑒相電路電阻R₄的另一端和運(yùn)算放大器的5腳。本發(fā)明克服了在電壓相位的測(cè)量中響應(yīng)延遲的問題，減小了系統(tǒng)誤差；所使用的高頻變壓器相對(duì)于傳感器來說，具有體積小、重量輕、價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02M5/10GK101640487SQ200910031759
公開日2010年2月3日 申請(qǐng)日期2009年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月7日
發(fā)明者戴錢坤, 李光泉, 葛紅娟, 謝劉宏, 猛 韓, 馬春江 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)