[实用新型]一种超声驱动系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及超声驱动领域，更具体地说，涉及一种超声驱动系统。

背景技术

随着科技的发展，超声被应用在各种加工行业，如：超声焊线机、超声清洗机、超声洁牙等等。超声是由超声驱动系统产生的电信号通过超声换能器转换得到，因此如何使超声换能器转换效率更高、转换能量更稳定、使用寿命更长成为超声驱动系统发展的必然趋势。

目前，超声驱动系统主要由处理器、信号生成及功率放大、反馈信号采集三部分组成。其中，信号生成及功率放大部分用于生成一定频率的信号、并对该信号进行功率放大；目前基本采用DSP、单片机内部集成的PWM或DAC（Digital to analog converter，数模转换器）产生PWM或正弦波，也有采用PWM集成芯片产生PWM波，然后经过功放电路进行放大，最终输出驱动超声换能器的电信号。反馈信号采集部分用于采集加载在超声换能器上的电压及电流信号，通过这些信号对信号生成的频率及放大倍数进行调整。目前主要采用信号整形滤波的方法将反馈的正弦波或方波转换成直流信号进行采集。存在的问题是，输出超声能量不稳定、能量转换效率低、超声换能器使用寿命低等，这些问题主要是因为超声换能器没有一直处在谐振频率点工作，而谐振频率点是超声换能器阻抗最小机械振动最大的频率点，其工作期间能量转换效率高、阻抗变化小及发热量少。由于超声换能器的谐振频率点会随温度、外界压力等因素变化而变化，因此在工作时其谐振点也在不断变化。目前国内一些超声驱动系统虽然也具有谐振点频率自动跟踪功能但大多是基于电流最大的方法，用扫频的方式得到不同频率点的电流值，并求出其最大电流的频率点作为谐振点，因此跟踪速度慢，无法满足高速度、高稳定性的要求，尤其是应用在高速焊线机中。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述扫频方式跟踪速度慢、转换效率低的缺陷，提供一种跟踪速度较快、转换效率较高的超声驱动系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种超声驱动系统，包括通信单元，与所述通信单元双向连接并通过所述通信单元与上位机进行通信的处理器，与所述处理器的一个输出端连接、用于产生正弦波并对所述正弦波依次进行调幅及功率放大的信号生成及放大单元，与所述信号生成及放大单元的输出端连接、用于接收所述信号生成及放大单元输出的信号的超声换能器，以及与所述超声换能器连接、用于对所述超声换能器的电压和电流信号进行采样并对所述电压和电流信号处理后发送到所述处理器的反馈单元；所述反馈单元包括对所述电压和电流信号进行滤波放大并得到第一电压和第一电流的采样放大电路，以及与所述采样放大电路连接、用于获取所述第一电压和第一电流的相位差信号的谐振频率点跟踪模块，所述处理器接收所述相位差信号并相应调整所述正弦波的频率以使所述电压和电流信号同相位。 

在本实用新型所述的超声驱动系统中，所述反馈单元还包括与所述采样放大电路连接、对所述第一电压和第一电流进行处理并得到谐振点阻抗的谐振点阻抗采集模块，所述处理器依据所述谐振点阻抗调整所述超声换能器两端的电压。 

在本实用新型所述的超声驱动系统中，所述谐振频率点跟踪模块包括分别对所述第一电压和第一电流整形并得到电压方波信号和电流方波信号的两路比较整形电路，以及与所述两路比较整形电路连接、对所述电压方波信号和电流方波信号进行处理得到相位差信号的相位差电路，所述相位差电路的输出端与所述处理器的一输入端连接。 

在本实用新型所述的超声驱动系统中，所述相位差电路包括D触发器。 

在本实用新型所述的超声驱动系统中，所述谐振点阻抗采集模块包括对所述第一电压和第一电流进行真有效值变换并得到第二电压和第二电流的两路真有效值变换电路，以及与所述两路真有效值变换电路连接、并对所述第二电压和第二电流进行滤波放大的两路滤波放大电路，所述处理器依据所述两路滤波放大电路输出的信号得到谐振点频率和所述谐振点阻抗。 

在本实用新型所述的超声驱动系统中，所述超声驱动系统包括ADC（Analog to Digital Converter，模数转换器）所述两路滤波放大电路的输出端与所述ADC的输入端连接。