大功率超聲波電源的研究

超聲波電源的基本知識

超聲波電源也叫超聲波發(fā)生器或者超聲波發(fā)生源，它的主要作用是把我們的市電（220V或380V，50或60Hz）轉換成與

超聲波換能器相匹配的高頻交流電信號。隨著(zhù)超聲波技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)清洗、焊接、打孔、拋光、均質(zhì)等領(lǐng)域。

超聲波電源原理

首先由超聲波電源來(lái)產(chǎn)生一個(gè)特定頻率的信號，這個(gè)信號可以是正弦信號，也可以是脈沖信號，這個(gè)特定頻率就是超聲波換能器的頻率，一般在超聲波設備中使用到的超聲波頻率為25KHz、28KHz、35KHz、40KHz；1OOKHz，100KHZ以上的頻率尚未大量使用，但隨著(zhù)技術(shù)的不斷發(fā)展，相信使用面會(huì )逐步擴大．比較完善的超聲波電源還應有反饋環(huán)節，主要提供二個(gè)方面的反饋信號：

第一個(gè)是提供輸出功率信號，我們知道當超聲波電源的電壓發(fā)生變化時(shí)．超聲波電源的輸出功率也會(huì )發(fā)生變化，這時(shí)反映在超聲波換能器上就是機械振動(dòng)忽大忽小，導致清洗效果不穩定．因此需要穩定輸出功率，通過(guò)功率反饋信號相應調整功率放大器，使得功率放大穩定.第二個(gè)是提供頻率跟蹤信號．當超聲波換能器工作在諧振頻率點(diǎn)時(shí)其效率最高，工作最穩定，而超聲波換能器的諧振頻率點(diǎn)會(huì )由于裝配原因和工作老化后改變，當然這種改變的頻率只是漂移，變化不是很大，頻率跟蹤信號可以控制信號超聲波電源，使信號超聲波電源的頻率在一定范圍內跟蹤超聲波換能器的諧振頻率點(diǎn)．讓超聲波電源工作在最佳狀態(tài)。

超聲波電源分類(lèi)

超聲波電源按設計分自激方式電源和他激方式電源。自激電路沒(méi)有信號源，是把振蕩、功放、輸出變壓器及換能器集為一體，形成一閉環(huán)回路，回路在滿(mǎn)足幅度、相位反饋條件，組成一個(gè)有功率放大的振蕩器。并諧振于換能器的機械共振頻率上。一般應用于超聲波換能器數量少的小型設備；但是對于超聲波換能器數量多的情況下，無(wú)法調試達到共振效果。所以目前工業(yè)用超聲波洗凈設備的超聲波電源大都采用他激方式。

他激式電源結構上主要包括兩部分，前級是振蕩器，后級是放大器。一般通過(guò)輸出變壓器耦合，把超聲能量加到換能器上。他激方式的電路由兩部分組成，既信號源部分和信號放大部分。

信號源部分采用CPU為核心的信號發(fā)生和控制部分，一般都采用12-15V電壓驅動(dòng)，產(chǎn)生方波信號供給信號放大電路;超聲波電源的定時(shí)控制、調節等外加功能都可以通過(guò)控制信號源的信號輸出方式完成，采用低電壓控制，安全可靠性會(huì )肯定高。

信號放大部分是將信號源產(chǎn)生的信號放大后輸出給超聲波換能器。不同電路的超聲波電源，其輸出電路、電壓的不同是導致傳播效率高低的重要原因。輸出電壓低，發(fā)生器消耗電能自然就大，同時(shí)振子還容易發(fā)熱，產(chǎn)生的感應電場(chǎng)強。適當的調整電路，增大輸出給超聲波換能器的電壓可能會(huì )取得很好的效果。

此外，如果按末級功放管所采用的器件類(lèi)型分，又可分四種：電子管式超聲波電源；可控硅逆變式超聲波電源；晶體管式超聲波電源及功率模塊超聲波電源。電子管式與可控硅逆變式目前基本已淘汰，當前廣泛使用的是晶體管式電源。這方面我們就不作具體介紹了。

超聲波電源與超聲波換能器匹配問(wèn)題在實(shí)際應用中，如何讓超聲波電源與換能器功率更匹配呢？主要從以下兩個(gè)方面去考慮：

首先，是通過(guò)匹配使電源向換能器輸出額定的電功率，這是由于電源需要一個(gè)最佳的負載才能輸出額定功率所致，把換能器的阻抗變換成最佳負載，也即阻抗變換作用。

其次，通過(guò)匹配使超聲波電源輸出效率最高，這是由于超聲波換能器有靜電抗的原因，造成工作頻率上的輸出電壓和電流有一定相位差，從而使輸出功率得不到期望的最大輸出，使電源輸出效率降低，因此在電源輸出端并上或串上一個(gè)相反的抗，使電源負載為純電阻，也即調諧作用。由此可見(jiàn)與超聲波換能器匹配的好壞直接影響著(zhù)超聲波電源的效率。