[发明专利]基于组合控制器的超声电源相位差检测装置和方法

说明书

本发明公开了一种基于组合控制器的超声电源相位差检测装置,电流传感器的输出端通过采样电阻R3接地，相位检测电路的第一输入端连接电流传感器的输出端，相位检测电路的第一输出端连接FPGA芯片的一个输入端；相位检测电路的第二输入端连接电压传感器电路的输出端，相位检测电路的第二输出端连接FPGA芯片的另一个输入端；电流传感器的输出端和电压传感器的输出端还连接DSP芯片的两个输入端，FPGA芯片和DSP芯片相互连接。本发明还公开了基于组合控制器的超声电源相位差检测方法。利用FPGA对电压相位反馈信号进行了滤波，避免了采用逻辑门提取相位差的电路发生错误，有效地测得了相位差信号，为补偿相位差提供了准确的依据。

技术领域

本发明属于功率超声换能器的电流和电压的相位差精确检测技术领域，具体涉及了一种基于DSP和FPGA的超声电源相位差检测装置和方法。

背景技术

超声电源在现代工业有着广泛的应用，主要包括清洗、喷雾、食品加工、焊接、机械加工等。超声电源向超声换能器提供超声频交流信号，换能器将电能转换成声能即机械振动，提高超声驱动的转换效率是超声驱动技术的核心问题，而准确采集换能器相位信号，是实现电源恒功率调节和频率自动跟踪的前提，也是保证超声波电源系统稳定工作的关键，因此对换能器相位差信号的准确测量显得尤为重要。同时在超声电源工作过程中，需要通过相位检测控制频率来保持换能器的电压和电流相位相同。国内外目前对于高频超声电源的跟随技术主要有两种，一种是采用模拟控制，另一种是采用数字化控制。

利用模拟控制的高频超声电源来实现电路的相位差检测，需要设计大量复杂的控制电路，并且存在电路元件易老化、温漂严重、参数调整不方便，且在动态响应和控制精度等方面不够理想，存在功率损耗大、通用性差和控制不灵活等问题；而由于电压和电流相位检测电路的滞后不一致，导致了目前的数字式高频超声电源的频率跟随无法十分精准的检测出来。

发明内容：

为了克服上述背景技术的缺陷，本发明提供了基于组合控制器的超声电源相位差检测装置和方法，该方法能够有效地测量相位差。

为了解决上述技术问题本发明的所采用的技术方案为：

包括电流传感器电路和电压传感器电路，电流传感器电路包括电流传感器，电流传感器的输出端通过采样电阻R3接地，电压传感器电路包括电压传感器和差分放大电路；还包括相位检测电路，相位检测电路的第一输入端连接电流传感器的输出端，相位检测电路的第一输出端连接FPGA芯片的一个输入端；相位检测电路的第二输入端连接电压传感器电路的输出端，相位检测电路的第二输出端连接FPGA芯片的另一个输入端；电流传感器的输出端和电压传感器的输出端还连接DSP芯片的两个输入端，FPGA芯片和DSP芯片相互连接。

较佳地，电流传感器的输入端用于连接电流放大器，电压传感器的输入端用于连接受控电压源或信号发生器。

较佳地，相位检测电路包括在第一输入端和第一输出端之间顺次设置的第一阻抗隔离电路、第一偏置电路、第一电压比较器电路和第一电平转换电路；

较佳地，还包括在第二输入端和第二输出端之间顺次设置的第二阻抗隔离电路、第二偏置电路、第二电压比较器电路和第二电平转换电路。

本发明还提供一种基于组合控制器的超声电源相位差检测方法，包括：

步骤1，将电流传感器的输入端和电压传感器的输入端并联在受控电压源或信号发生器的输出端，使定幅值的扫频电压信号以及电流信号输入电流传感器和电压传感器，获取输入电压信号与输出电压信号的相频特性曲线，以及输入电压与相位检测电路输出电压相位信号的相位差其中k_U为频率与相位滞后关系的比例系数，b_U为关系式中的常数项；以及输入电流信号与输出电流相位信号的相位差其中k_I为频率与相位滞后关系的比例系数，b_I为关系式中的常数项。