[实用新型]用于驱动磁致伸缩换能器的超声波电源

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种超声波电源，具体涉及一种驱动磁致伸缩换能器的超声波发生器。

背景技术

目前功率超声波在清洗、焊接、植物有效成分提取、声化学等领域有着广泛的应用。工业上应用的超声波通常是由一定频率的电磁波经换能器转换而来。超声波换能器包括电源部分和换能器部分，其中换能器包括压电换能器和磁致伸缩换能器。压电换能器能量转换效率高，成本低，在市场上占有主导地位。不过，即使其能量转换效率高，但仍不可避免换能器工作过程中由于换能材料的介电损耗和机械损耗产生的热量，这部分热量难以通过辅助手段带走，从而引起换能材料的温度升高，会给压电换能器工作带来不利影响，特别是在大功率驱动和长时间工作的情况下，这会成为限制压电换能器使用的主要因素。此外，压电换能器工作的频带窄，面对不断变化的负载，其需要适时地跟踪换能器的频率，以使换能器工作在最佳状态，因此压电换能器的电源通常都设有频率自动跟踪部分，这在无形中推高超声波换能器的成本。

磁致伸缩换能器的特点是产生超声波的频率较低，通常在数十千赫兹范围，虽然其能量转换效率不及压电换能器，但是由于可使用外加辅助手段带走换能材料工作过程中产生的热量，因而能产生很大的辐射功率，可达数千瓦；而且其机械强度很大，工作频带宽，因此在强功率超声波领域获得广泛的应用。由于该类换能器中磁致伸缩材料通常在偏磁状态下工作，因此在设计时需要对磁致伸缩材料施加偏置磁场。一种方法是在设计换能器时添加永磁材料来提供这种直流偏置磁场。该法一方面使换能器的设计变得更加复杂；而且当大功率驱动时，由于换能器工作过程中永磁体常处于很强的交变磁场中，永磁体的性能会不断变坏，从而导致换能器的性能变坏甚至无法工作。另一种方法是在超声电源中提供合适的直流电流，该直流电施加于缠绕在磁致伸缩材料的线圈上，从而使磁致伸缩材料处于偏磁状态。该方法更适合用于大功率驱动磁致伸缩换能器领域。因此，就驱动压电换能器和磁致伸缩换能器的电源而言，其最大的不同在于驱动磁致伸缩换能器的电源还需向换能器提供一路直流电流。

超声波电源的主要作用是向换能器提供功率和频率可在一定范围内调节的电信号，从而驱动换能器工作。当前主流的压电换能器超声波电源，其基本组成部分包括整流滤波电路、功率逆变电路、匹配电路以及向逆变电路中的功率开关管输出控制信号的振荡及驱动电路。目前，超声波驱动电源正朝着宽频率范围、大功率范围、频率自动跟踪及数字化方向发展，使得超声波电源的功能更加完整，自动化程度更高。不过，对于驱动磁致伸缩换能器的超声波电源其交流和直流施加的方式却仍然比较传统。如图1所示，传统的磁致伸缩换能器超声波电源主要由整流滤波电路、功率逆变电路、匹配与隔离电路、向逆变电路中的功率开关管输出控制信号的低压控制触发电路组成。通常的做法是，分别为换能器的两端提供交流部分和直流部分，高频电源输出变压器输出端连接隔直电容再连接超声波换能器，直流电源连接扼流圈再连接换能器，从而达到交流通路和直流通路彼此隔离的目的。这样做的缺点也是显而易见的，由于添加了直流通路使得电源成本高、体积大，这是阻碍磁致伸缩换能器应用的主要原因。

发明内容

本实用新型的目的是克服上述驱动磁致伸缩换能器的超声波电源的不足，提供一种无需额外的直流通路对磁致伸缩材料进行偏磁的超声波电源。本实用新型采用的技术方案是：

一种用于驱动磁致伸缩换能器的超声波电源，包括整流滤波电路、功率逆变电路、向功率逆变电路中的功率开关管输出控制信号的低压控制触发电路、匹配及负载调节电路；整流滤波电路的输入端连接电源，输出端连接功率逆变电路；低压控制触发电路分别连接电源和功率逆变电路；功率逆变电路连接匹配及负载调节电路，匹配及负载调节电路连接磁致伸缩换能器L；

所述匹配及负载调节电路包括一高频输出变压器T，高频输出变压器T的原边连接功率逆变电路，本实用新型的改进之处在于：

所述匹配及负载调节电路还包括二极管D和电阻R5,二极管D和电阻R5并联后再与磁致伸缩换能器L串联在高频输出变压器T的副边回路中。

其中，所述功率逆变电路采用半桥功率逆变放大电路。

本实用新型的原理是这样的，所述匹配及负载调节电路的副边负载呈感性，匹配的目的是在换能器上获得适合的有效功率，负载调节的目的是通过调节高频输出变压器T副边回路的负载而获得不对称的交流电流。