[发明专利]一种基于混合级联9电平的大功率超声波电源装置

说明书

本发明公开了一种基于混合级联9电平的大功率超声波电源装置。该发明包含：工频整流单元、直流斩波单元、方波逆变单元、高频变压器单元、高频整流单元、混合级联9电平逆变单元、匹配网络单元、换能器单元。第一高频整流模块和第二高频整流模块构成高频整流单元，第一H桥逆变模块和第二H桥逆变模块输出侧级联构成混合级联9电平逆变单元。与现有技术相比，本发明可以显著提高超声波电源的输出功率，大大减小匹配网络的电感量，有效提高超声波电源的功率密度。

技术领域

本发明属于超声波电源技术领域，具体涉及一种基于混合级联9电平的大功率超声波电源装置。

背景技术

超声技术作为超声学的一个重要分支在现代工业应用中的地位已经越来越重要，在农业生产、工业应用、生物医学、国防军事、航空航天等领域中扮演着十分重要的角色，能够提高产品的生产质量、降低生产成本、减少环境污染、保障生产安全、提高设备运行安全性。因此，近年来国内外对超声技术的应用研究十分活跃。

超声技术的应用有很多，包括超声波清洗、超声波焊接、超声波乳化、超声波萃取等等。在超声技术发展的过程中，电子技术和计算机技术起到了十分重要的作用。目前超声设备的功率还比较小，在可以预见的未来，一些新型电力电子器件和电路拓扑的广泛应用，例如氮化镓、碳化硅等，将有力推动超声技术飞速发展，功率等级、效率、功率密度都可大大提升。因此，研发大功率超声波电源势在必行。随着科学技术的发展，新型超声装置必将在我国国民经济建设中发挥越来越大的作用。

发明内容

为了克服现有方案的不足，本发明提出了一种基于混合级联9电平的大功率超声波电源装置，本发明可以显著提高超声波电源的输出功率，大大减小匹配网络的电感量，有效提高超声波电源的功率密度。

本发明的技术方案为一种基于混合级联9电平的大功率超声波电源装置，其特征在于：包括工频整流单元、直流斩波单元、方波逆变单元、高频变压器单元、高频整流单元、混合级联9电平逆变单元、匹配网络单元、换能器单元；

所述的工频整流单元、直流斩波单元、方波逆变单元、高频变压器单元依次串联连接；所述的高频变压器单元、高频整流单元、混合级联9电平逆变单元、匹配网络单元、换能器单元依次串联连接；

作为优选，所述工频整流单元采用三相二极管整流桥，将配电网交流电压整流成直流电压；

作为优选，所述直流斩波单元采用Buck电路，对所述工频整流单元输出的直流电压进行斩波，实现从0到最大值的连续无极调节；

作为优选，所述方波逆变单元采用单相H桥结构，将所述直流斩波单元输出的直流电压逆变成高频交流方波电压；

作为优选，所述高频变压器单元包含原边绕组、第一副边绕组以及第二副边绕组，第一副边绕组与第二副边绕组的匝数比为1:3；

高频交流方波电压通过原边绕组、第一副边绕组输出第一高频交流方波电压；

高频交流方波电压通过原边绕组、第二副边绕组输出第二高频交流方波电压；

作为优选，所述高频整流单元由第一高频整流模块和第二高频整流模块构成,用于生成第一直流电压以及第二直流电压；

所述第一高频整流模块以及所述第二高频整流模块均采用单相二极管整流桥，所述第一高频整流模块将第一高频交流方波电压整流成第一直流电压，所述第二高频整流模块将第二高频交流方波电压整流成第二直流电压；

作为优选，所述混合级联9电平逆变单元由第一H桥逆变模块和第二H桥逆变模块构成,所述第一H桥逆变模块和所述第二H桥逆变模块的输出侧级联，第一直流电压与第二直流电压通过多电平控制信号生成9电平高频交流电压波形，改变周期可以实现频率的自动跟踪；