[发明专利]一种超声波电源阻抗匹配系统、方法及控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及超声波电源领域，具体为一种超声波电源阻抗匹配系统、方法及控制系统。

背景技术

功率超声的应用十分广泛，利用超声的机械作用、空化作用、热效应和化学效应，可进行超声焊接、钻孔、固体的粉碎、乳化、脱气、除尘、去锅垢、清洗、灭菌、促进化学反应和进行生物学研究等，在工矿业、农业、医疗等各个部门获得了广泛应用。

要使超声发生系统工作在达到最佳的输出状态，就必需使该超声发生系统中的换能器工作在谐振频率，通常需要采用阻抗匹配来实现。

而使超声发生系统工作在谐振频率的阻抗匹配通常需要添加阻抗匹配网络进行实现，目前超声波焊接电源的阻抗匹配大多是采用串联或并联电抗器和电容器的方法实现电源与换能器及其工具头的频率匹配。电抗器的存在增加了超声波电源的成本、重量和体积。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种超声波电源阻抗匹配系统，包括阻抗匹配网络与换能器等效网络，所述阻抗匹配网络与超声波电源主电路耦合，所述阻抗匹配网络包括由所述超声波主电路漏感形成的具有电感电学特性的等效电感Le。

较佳的，所述阻抗匹配网络包括补偿电阻C2，所述换能器等效网络包括静态电容C0与动态阻抗。

一种采用所述电源阻抗匹配系统进行阻抗匹配方法，包括步骤：

S1:根据换能器系统的动态阻抗，确定系统谐振频率；

S2:测量阻抗匹配网络等效电感Le；

S3:确定阻抗匹配需要的电容；

S4:测量换能器静态电容；

S5:确定阻抗匹配网络补偿电容。

较佳的，所述步骤S1中，通过公式：

fs=12πLdCd]]>

确定系统谐振频率f_s，其中，分别为换能器系统的感抗与容抗。

较佳的，步骤S3中，确定的电容值为换能器补偿电容C2与换能器静态电容C0的并联电容。

一种超声波电源控制系统，包括一超声波主电路、一超声波控制系统、一工具头系统及所述的阻抗匹配系统；

所述超声波主电路通过所述阻抗匹配系统实现与所述工具头系统的阻抗匹配与连接；

所述超声波控制系统与所述阻抗匹配系统连接获取其输出信号；

所述超声波控制系统与所述超声波主电路连接并控制其工作状态。

较佳的，所述超声波控制系统包括一采样及调理电路、一比较电路、一转换器、一DSP控制器、一驱动电路与一输出接口电路；

所述采样调理电路与所述比较电路、所述DPS控制器分别相连，用于从所述阻抗匹配系统中获取其输出信号；

所述DSP控制器与所述驱动电路、所述转换器、所述输出接口电路分别相连，用于从所述采样及调理电路中获取电流、电压波形，进行处理，并通过所述转换器传送至所述比较电路，所述DPS控制器通过控制所述驱动电路实现对所述超声波主电路的控制；

所述比较电路获取功率预设值、电流相位值、电压相位值，并与获取的实际功率值、实际电流相位值、实际电压相位值相比较，并在存在差异时向所述转换器向所述DSP控制器发送信号，所述比较电路还与所述输出接口电路相连。

较佳的，所述DSP控制器还包括捕捉模块，用于获取所述采样及调理电路获取的电学参数。

较佳的，DPS控制器通过UART接口电路连接至人机交互界面，供用户控制超声电源控制系统。

较佳的，所述驱动电路包括PWM电路与IGBT驱动电路。与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用虚拟电感匹配模式，充分利用脉冲变压器绕制时存在的漏感，并联一定的补偿电容对，换能器及工具头系统进行谐振和阻抗匹配，降低实体匹配电感的成本以及整机的重量和实体电感发热的能耗，省材降耗。

附图说明

图1为本发明阻抗匹配系统示意图；