[发明专利]一种用于超声波电源的阻抗无级匹配网络及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于超声波电源的阻抗无级匹配网络及控制方法。

背景技术

超声波电源通常称为超声波发生源，它的作用是把电能转换成与超声波换能器相匹配的高频交流电信号。超声波电源的负载是超声换能器，超声换能器存在静态电容，因此，超声换能器在使用时通常必须有相对应的感性匹配网络，来配合超声换能器的工作。

目前，常用的超声波电源匹配网络有单个电感匹配网络和T型匹配网络，通过改变匹配网络中电感的大小可实现谐振频率微调。调节匹配电感大小的传统方法是通过电感投切来实现的，这种方法使得匹配网络中匹配电感的大小精度受到投切电感最小值的限制，并且是有级调节。无法高精度的达到电感匹配和频率跟踪的效果。

发明内容

本发明目的在于公开一种用于超声波电源的阻抗无级匹配网络及控制方法，通过控制第一、第二晶闸管导通角的大小，可以调节接入主电路等效匹配电感的大小，实现匹配电感无级调节，并且通过调节匹配电感的大小可以实现超声波电源逆变桥输出电压、电流同相位的效果。

本发明的目的可采用以下技术方案实现：

一种用于超声波电源的阻抗无级匹配网络，其包括信号处理模块、占空比控制模块、第一晶闸管和第二晶闸管、以及第一电感和第二电感，第一晶闸管的阴极与第二晶闸管的阳极相连接，第一晶闸管的阳极与第二晶闸管的阴极相连接，第一电感的一端与第一晶闸管的阴极和第二晶闸管的阳极相连接；第二电感的一端与第一晶闸管的阳极和第二晶闸管的阴极相连接，第一电感的另一端和第二电感的另一端接于主电路逆变桥输出端，与换能器并联。

所述信号处理模块接收超声波电源主电路逆变桥的输出电压采样信号，产生与逆变桥输出电压负向、正向同步的第一晶闸管驱动信号和第二晶闸管驱动信号。

所述占空比控制模块控制与超声波电源逆变桥输出电压负向、正向同步的第一晶闸管驱动信号和第二晶闸管驱动信号的占空比。

上述用于超声波电源的阻抗无级匹配网络的控制方法是：超声波电源逆变桥输出电压经过降压高频变压器得到的输出电压采样信号，该采样信号经过信号处理模块可以产生与输出电压负向、正向同步的两路驱动信号，分别驱动第一晶闸管的门极和第二晶闸管的门极，占空比控制模块通过控制信号处理模块产生的两路驱动信号的占空比，可以调节第一晶闸管和第二晶闸管的导通角，进而改变第一电感和第二电感接入主电路的等效电感值，以实现匹配网络阻抗无级调节，在换能器谐振频率漂移时，可以采用保持电源输出频率不变，仅调节匹配电感大小的方法使得输出电压、电流同相位，控制更加简单。

本发明与已有技术相比具有以下优点和突出效果：

本发明所提出的超声波电源匹配网络与传统的匹配网络不同，传统的匹配网络有单个电感匹配网络和T型匹配网络，其电感值恒定不可调，已有的可调匹配网络也是通过电感投切的方式，采用的是有级调节，精度受到限制。

本发明所提出的超声波电源匹配网络可以通过调节晶闸管导通角的方式达到等效电感连续可调的目的，采用无级调节，精度更高。并且在换能器谐振频率漂移时，可以采用保持电源输出频率不变，仅调节匹配电感大小的方法使得电源输出电压、电流同相位，使得控制更加简单。输出电压采样信号经过信号处理模块，可以产生与输出电压负向、正向同步的两路驱动信号，分别用于驱动第一晶闸管和第二晶闸管的门极。通过占空比控制模块调节两路驱动信号的占空比，可以连续调节接入电路中等效电感的大小，达到输出电压、电流同相位的效果。

附图说明

图1是用于超声波电源的阻抗无级匹配网络的构成示意图。

图2是匹配网络中的信号处理模块和占空比控制模块的电路图。

图3是控制占空比的电压信号波形图。

图4是相位差脉冲指示信号V11和相位差电压指示信号V15波形图。

图5是应用本发明匹配网络的超声波电源的输出电压、电流采样波形。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施，对本发明作进一步的详细叙述，但本发明的实施和保护不限于此。