[发明专利]一种超声功率直流偏置脉冲激励电源

说明书

本发明公开了一种超声功率直流偏置脉冲激励电源，低压供电电源与前置升压电路相连，将升压后电能存储在储能电路中以形成一高一低两个稳压源，储能电路中两个电压源输入到输出逆变电路，经逆变后形成直流偏置脉冲输出，多余的电能经反激稳压电路变压后返回到前置升压电路实现能量回收；采样电路对输出逆变电路的输入电压和输出电压以及反激稳压电路的输入电压进行采样，将采样信号发送到控制器；控制器根据采样信号，通过驱动电路对前置升压电路、反激稳压电路以及输出逆变电路进行控制，以产生符合预设要求的直流偏置脉冲电压。本发明采用直流偏置脉冲激励方式实现了超声换能器偏离平衡点谐振，达到更大的输出位移。

技术领域

本发明涉及超声换能器驱动电源技术领域，特别涉及一种超声功率直流偏置脉冲激励电源。

背景技术

超声换能器是把输入的电能转换成机械能(高频振动)的装置，主要适用于超声波清洗、超声波焊接以及超声电机等高频设备。

超声换能器作为一种电能-机械能执行装置，其运动输出受驱动电源的影响非常大。故一个匹配良好的驱动电源对超声换能器的性能至关重要。目前有关超声换能器驱动电源设计很多，但基本上都是采用交流激励模式，并不能实现超声换能器偏离平衡点谐振，达到更大的输出位移，没有能够进一步扩大超声换能器的实际运用范围。

发明内容

为解决传统超声功率驱动电源不能实现直流偏置脉冲激励的缺陷，本发明提供一种超声功率直流偏置脉冲激励电源，该电源具有结构简单高效，直流脉冲峰谷幅值可调，输出频率范围宽等特点。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种超声功率直流偏置脉冲激励电源，包括前置升压电路、储能电路、输出逆变电路、反激稳压电路、采样电路、驱动电路以及控制器，其中低压供电电源与前置升压电路相连，将升压后电能存储在储能电路中以形成一高一低两个稳压源，储能电路中两个电压源输入到输出逆变电路，经输出逆变电路逆变后形成直流偏置脉冲输出，多余的电能经反激稳压电路变压后返回到前置升压电路实现能量回收；采样电路对输出逆变电路的输入电压和输出电压以及反激稳压电路的输入电压进行采样，将采样信号发送到控制器；控制器根据采样信号，通过驱动电路对前置升压电路、反激稳压电路以及输出逆变电路进行控制，以产生符合预设要求的直流偏置脉冲电压。本发明通过反激稳压电路将储能电路中的多余电能返回到前置升压电路中、输出逆变电路补充电荷两种手段实现电压稳定，采用直流偏置脉冲激励方式实现了超声换能器偏离平衡点谐振，达到更大的输出位移。

优选的，所述前置升压电路采用推挽升压结构，低压供电电源输入的低压直流电在该前置升压电路的隔离变压倍压整流作用下得到高压直流电。

更进一步的，所述前置升压电路包括升压变压器、功率管开关电路、次级线圈、快恢复二极管(简称FRD)和电容，在功率管开关电路的作用下，升压变压器将直流电高倍升压，在次级线圈中产生隔离的高频高压交流电，该高压交流电经两个快恢复二极管和两个电容组成的高频倍压整流电路后形成一个可调高压直流电源。

优选的，所述储能电路由两个耐压值高过一定值的电容串联组成，高压经两电容分压后作为低压电源输出。

优选的，所述输出逆变电路采用半桥逆变电路结构，并且半桥上管漏极与前置升压电路输出相连，下管源极与储能电路中分压点相连，输出逆变电路在程序控制下将高、低两个直流电压交替切换输出到负载实现频率、高低幅值都可调的偏置脉冲电压。

优选的，所述反激稳压电路采用反激拓扑结构，将储能电路中的多余电能返回到前置升压电路中实现低压稳压源的电压稳定。

更进一步的，所述反激稳压电路采用高耐压MOS管。通过限制PWM宽度，保证可在宽的电压范围能够进行电能传送。

优选的，所述驱动电路实现控制器输出PWM控制信号的隔离以及功率放大，驱动前置升压电路、输出逆变电路、反激稳压电路中对应的功率管。