基于高频变压器反馈的超声波电源系统

摘要

本发明公开了一种基于高频变压器反馈的超声波电源系统，包括超声波电源、匹配电感、超声波换能器、无感电阻、高频脉冲变压器、鉴相器和DSP，其中超声波电源的一个输出端依次串接匹配电感、换能器后分别接所述无感电阻的一端和鉴相电路电阻R1的一端，无感电阻的另一端接超声波电源的另一个输出端，鉴相电路的输出信号接DSP，高频脉冲变压器的原边端子接所述超声波电源的输出端，其副边端子的一端接所述鉴相电路电阻R4的一端和地，另一端接所述鉴相电路电阻R4的另一端和运算放大器的5脚。本发明克服了在电压相位的测量中响应延迟的问题，减小了系统误差；所使用的高频变压器相对于传感器来说，具有体积小、重量轻、价格便宜的优点。

权利要求

1.一种基于高频变压器反馈的超声波电源系统，包括超声波电源、匹配电感、超声波换能器、无感电阻、鉴相电路和DSP，其中超声波电源的一个输出端依次串接匹配电感、换能器后分别接所述无感电阻的一端和鉴相电路中的电阻R1的一端，所述无感电阻的另一端接所述超声波电源的另一个输出端，鉴相电路的输出信号接DSP，其特征在于：超声波电源系统还包括高频脉冲变压器，所述高频脉冲变压器的原边两个端子接所述超声波电源的两个输出端，其副边端子的一端接所述鉴相电路中的电阻R4的一端和地，另一端接所述鉴相电路中的电阻R4的另一端和运算放大器的正相输入端。

2.根据权利要求1所述的基于高频变压器反馈的超声波电源系统，其特征在于：所述高频脉冲变压器采用EE型铁氧体磁芯结构。

说明书

基于高频变压器反馈的超声波电源系统

技术领域

[0001] 本发明属于超声波发生器领域，具体是一种超声波电源系统。

背景技术

[0002] 目前，在采用相位法进行频率跟踪的超声波电源的采样电路中，采用的都是传感器，然后将得到的采样信号经过鉴相处理送给单片机或者DSP，通过调整单片机或者DSP输出PWM波的频率，进而改变超声波电源输出电压的频率，从而达到频率跟踪的目的。由于传感器、互感器在测量电压、电流时存在响应延迟，导致测量不精准，因此当超声波换能器谐振较高时，超声波电源对谐振频率的跟踪不能做到快速、准确。

发明内容

[0003] 为了克服现有超声波电源在反馈环节中存在响应延迟，导致超声波电源对输出电压和电流的相位差测量不够准确的问题，本发明公开了基于高频变压器反馈的超声波电源系统。

[0004] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于高频变压器反馈的超声波电源系统，包括超声波电源、匹配电感、超声波换能器、无感电阻、鉴相器和DSP，其中超声波电源的一个输出端依次串接匹配电感、换能器后分别接所述无感电阻的一端和鉴相电路电阻R1的一端，所述无感电阻的另一端接所述超声波电源的另一个输出端，鉴相电路的输出信号接DSP，其特征在于：还包括高频脉冲变压器，所述高频脉冲变压器的原边两个端子接所述超声波电源的两个输出端，其副边端子的一端接所述鉴相电路电阻R4的一端和地，另一端接所述鉴相电路电阻R4的另一端和运算放大器的5脚。

[0005] 由于高频变压器在电压变换时，其变换时间很短，几乎为零，因此便可以将在电压采样过程中存在的响应延迟时间降到几乎为零，从而消除了在电压相位测量过程中存在的时间延迟，达到快速、准确测量超声波电源输出脉冲电压相位信息的目的。

[0006] 有益效果：(1)克服了在电压相位的测量中存在响应延迟的问题，提高了系统对相位差测量的准确性，减小了系统误差；(2)在相同的技术要求下，本方案所使用的高频变压器相对于传感器来说，具有体积小、重量轻的优点；(3)使用类似于EE10型的高频变压器，具有极强的价格优势，在批量使用时，一个EE10型的高频变压器只有0.2到0.5元左右，而对于一个可以在相同工作频率下正常工作的传感器来说则要50到80元。

附图说明

[0007] 图1是E型磁芯结构图，其中(a)为主视图，(b)为左视图。

[0008] 图2是基于高频变压器采样电压的超声波电源系统的主电路图。

[0009] 图3是超声波电源的鉴相电路图。

[0010] 图4是超声波电源输出的脉冲电压与采用电压传感器HNV025A采样的电压波形。

[0011] 图5是超声波电源输出的脉冲电压与采用高频变压器采样的输出电压波形。

[0012] 图4、图5中的(a)为25us/格，(b)为10us/格。

具体实施方式

[0013] 下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

[0014] 如图1所示，本发明根据技术指标要求所设计的高频脉冲变压器采用EE10型铁氧体磁芯结构，原边采用直径为0.54mm的铜导线，原边绕18匝，副边采用直径为0.72mm的铜导线，副边绕1匝。A＝10mm，B＝5.4mm，C＝4.65mm，D＝4.2mm，E＝7mm，F＝2.4mm，可以计算出EE型磁芯的窗口面积为Aw＝(E-F)D＝19.32mm2。这样就可以将超声波电源主电路输出电压的幅值降至控制电路需要的电压大小，并且可以将功率电路与控制电路隔离。

[0015] 如图2所示，Ls为匹配电感，超声波电源逆变单元输出的高频脉冲电压，经过匹配电感调谐之后供给超声波换能器工作；R为0.5欧姆的无感电阻，用该电阻上的电压就可以表示超声波电源的输出电流；Ts为本发明所设计的高频脉冲变压器，它的原边接至超声波电源的脉冲电压输出端，它的副边端子Sample_V+”、“Sample_V-”与采样电流“Sample_I+”、“Sample_I-”分别接到超声波电源的鉴相电路中，然后将经过鉴相电路处理得到的信号送给DSP，作为DSP改变电源输出电压频率的根据，进而达到频率跟踪的目的。

[0016] 如图3所示，采样电流Sample_I+接电阻R1一端，电阻R1另一端接第一运算放大器LF353A的3脚。第一运算放大器LF353A的1脚接电阻R2一端和2脚，4脚接-15V电源，8脚接+15V电源，电阻R2另一端接第一比较器LM393A的3脚。第一比较器LM393A的1脚接电阻R3一端、触发器74LS74的2脚、异或门74LS86的2脚，第一比较器LM393A的2脚和4脚接地，8脚接电阻R3另一端和+5V电源。触发器74LS74的1脚、4脚接+5V电源，触发器74LS74的3脚接异或门74LS86的1脚、电阻R6一端、第二比较器LM393B的7脚，触发器74LS74的5脚引出的FLAG接DSP(图中未画出)，电阻R6另一端接第二比较器LM393B的9脚和+5V电源。

[0017] 采样电压Sample_V+接电阻R4一端和第二运算放大器LF353B的5脚，电阻R4另一端接地和采样电压Sample_V-。第二运算放大器LF353B的6脚接7脚和电阻R5一端，9脚接+15V电源，10脚接-15V电源，电阻R5另一端接第二比较器LM393B的5脚。第二比较器LM393B的6脚接地，10脚接地。异或门74LS86的3脚引出的U_Pulse接DSP(图中未画出)。

[0018] 如图4所示，曲线1：0.5V/div，为电压传感器HNV025A输出的电压波形，曲线2：20V/div(差分探头缩减20倍)，为超声波电源输出的脉冲电压波形。从图中可以看出，曲线1相对与曲线2来说，大概延迟6μs，而且波形变形严重。

[0019] 如图5所示，曲线1：0.5V/div，为采用高频变压器(Ts)输出的电压波形，曲线2：40V/div(差分探头缩减20倍)，为超声波电源输出的脉冲电压波形。从图中可以看出，曲线1相对与曲线2来说，几乎没有延迟和变形。