一种适配不同压电换能器的超声电源系统技术方案

本实用新型专利技术属于电源系统技术领域，具体涉及一种适配不同压电换能器的超声电源系统，本系统包括：整流滤波电路、调节功率电路、逆变电路和阻抗匹配模块；所述整流滤波电路适于将交流电转变为直流电信号，经所述功率调节电路调节直流电压输入逆变电路；经调压后的直流电信号经逆变电路转变交流电信号，经所述阻抗匹配模块进行升压、阻抗匹配，以输出给压电换能器；本实用新型专利技术通过阻抗匹配模块与压电换能器进行阻抗匹配，在发生更换压电换能器时，可以直接更换对应的阻抗匹配模块，以保证超声电源对压电换能器的匹配效果，消除静态电容的影响，在整个超声系统中呈现纯电阻状态，提高超声电源的功率因数，减少压电换能器的发热影响。减少压电换能器的发热影响。减少压电换能器的发热影响。

【技术实现步骤摘要】
一种适配不同压电换能器的超声电源系统


[0001]本技术属于电源系统
，具体涉及一种适配不同压电换能器的超声电源系统。

技术介绍

[0002]超声复合加工是将超声振动系统与传统机械加工方式相结合，以获得较好的加工效果。超声振动系统主要包括由换能器、变幅杆和工具头组成的超声振子以及超声电源两个部分，超声电源产生超声振动信号，经超声振子中的换能器结构转换为高频机械振动，带动工具头对工件进行加工，其中超声电源的性能很大程度上决定了工件的加工质量。压电换能器按照能量转换原理分为压电换能器、机械换能器、静电换能器、磁致伸缩换能器等等。
[0003]如图1所示，等效电路中的C0是因换能器被夹持而产生的静态电容，一般数量级为纳法，在换能器工作时几乎不变；R0是换能器静态电阻，通常其数量级在兆欧以上，一般忽略不计；L1代表压电换能器的动态电感，C1代表其动态电容，R1代表其动态电阻，这三个参数由压电换能器的机械损耗、机械顺性和质量等效折算到电学上的参数。换能器的等效阻抗总是呈现容性的，需要在超声电源以及压电换能器之间增加阻抗匹配模块进行变阻、调谐和滤波功能；同时不同换能器的动态参数由于受装配、温度等各方面因素影响，导致换能器的等效阻抗不同，在发生更换压电换能器的情况时，传统超声电源无法做到完全的阻抗匹配，超声电源产生大量的无功功率，电源的输出效率和稳定性都会因这些无功功率大幅度降低。这些无功功率全部用于发热，压电换能器温度升高，压电陶瓷被烧坏，造成经济损失。
[0004]因此，亟需开发一种新的适配不同压电换能器的超声电源系统，以解决上述问题。

技术实现思路

[0005]本技术的目的是提供一种适配不同压电换能器的超声电源系统。
[0006]为了解决上述技术问题，本技术提供了一种适配不同压电换能器的超声电源系统，其包括：依次连接的整流滤波电路、调节功率电路、逆变电路、驱动电路、控制电路和阻抗匹配模块；其中所述整流滤波电路的输入端接入交流电，所述阻抗匹配模块的输出端连接压电换能器；所述整流滤波电路适于将交流电转变为直流电信号，经所述功率调节电路调节直流电压输入逆变电路；经调压后的直流电信号经逆变电路转变交流电信号，经所述阻抗匹配模块进行升压、阻抗匹配，以输出给压电换能器。
[0007]进一步，所述逆变电路采用由MOSFET管组成的全桥高频逆变电路，以将直流电信号转变为特定频率的高频交流电信号。
[0008]进一步，所述阻抗匹配模块包括：高频变压器和匹配电感；所述高频变压器适于对交流电信号进行升压，所述高频变压器的副边将交流电信号输入到匹配电感中进行阻抗匹配，以将匹配后的交流电信号输出至压电换能器。
[0009]进一步，所述阻抗匹配模块可拆卸设置。
[0010]进一步，所述阻抗匹配模块通过可插拔接口分别与逆变电路、压电换能器连接。
[0011]进一步，所述阻抗匹配模块的参数根据压电换能器的等效阻抗设置。
[0012]进一步，通过阻抗分析仪测量压电换能器的等效阻抗。
[0013]进一步，所述阻抗匹配模块与压电换能器之间设置有电流电压采样电路；所述电流电压采样电路经检测电路将采样信号发送至主控芯片。
[0014]进一步，所述主控芯片通过PWM波控制调节功率电路的输出。
[0015]进一步，所述主控芯片通过PWM波控制驱动电路，进而控制所述逆变电路的输出。
[0016]本技术的有益效果是，由于不同的压电换能器具有相同尺寸规格但特性参数不同，需要不同参数的阻抗匹配模块，本技术通过阻抗匹配模块与压电换能器进行阻抗匹配，在发生更换压电换能器时，可以直接更换对应的阻抗匹配模块，以保证超声电源对压电换能器的匹配效果，消除静态电容的影响，在整个超声系统中呈现纯电阻状态，提高超声电源的功率因数，减少压电换能器的发热影响。
[0017]本技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。
[0018]为使本技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1是压电换能器的等效模型图；
[0021]图2是本技术的适配不同压电换能器的超声电源系统的电路图；
[0022]图3是本技术的阻抗匹配模块的电路图；
[0023]图4是本技术的阻抗匹配模块的工作状态图。
[0024]图中：
[0025]T1、高频变压器；L2、匹配电感；X1/X2为快换接口。
具体实施方式
[0026]为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0027]实施例1，在本实施例中，如图2至图4所示，本实施例提供了一种适配不同压电换能器的超声电源系统，其包括：依次连接的整流滤波电路、调节功率电路、逆变电路和阻抗匹配模块；其中所述整流滤波电路的输入端接入交流电，所述阻抗匹配模块的输出端连接压电换能器；所述整流滤波电路适于将交流电转变为直流电信号，经所述功率调节电路调
节直流电压输入逆变电路；经调压后的直流电信号经逆变电路转变交流电信号，经所述阻抗匹配模块进行升压、阻抗匹配，以输出给压电换能器。
[0028]在本实施例中，220V工频交流电依次通过整流滤波电路、调节功率电路、逆变电路、阻抗匹配模块将能量传递给压电换能器。
[0029]由于不同的压电换能器需要参数不同的阻抗匹配模块，本实施例通过阻抗匹配模块与压电换能器进行阻抗匹配，在发生更换压电换能器时，可以直接更换对应的阻抗匹配模块，以保证超声电源对压电换能器的匹配效果，消除静态电容的影响，在整个超声系统中呈现纯电阻状态，提高超声电源的功率因数，减少压电换能器的发热影响。
[0030]在本实施例中，所述逆变电路采用由MOSFET管组成的全桥高频逆变电路，以将直流电信号转变为特定频率的高频交流电信号。
[0031]在本实施例中，所述阻抗匹配模块包括：高频变压器T1和匹配电感L2；所述高频变压器T1适于对交流电信号进行升压，所述高频变压器T1的副边将交流电信号输入到匹配电感L2中进行阻抗匹配，以将匹配后的交流电信号输出至压电换能器。
[0032]在本实施例中，所述匹配电感L2可拆卸设置。
[0033]在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适配不同压电换能器的超声电源系统，其特征在于，包括：依次连接的整流滤波电路、调节功率电路、逆变电路和阻抗匹配模块；其中所述整流滤波电路的输入端接入交流电，所述阻抗匹配模块的输出端连接压电换能器；所述整流滤波电路适于将交流电转变为直流电信号，经所述调节功率电路调节直流电压输入逆变电路；经调压后的直流电信号经逆变电路转变交流电信号，经所述阻抗匹配模块进行升压、阻抗匹配，以输出给压电换能器。2.如权利要求1所述的适配不同压电换能器的超声电源系统，其特征在于，所述逆变电路采用由MOSFET管组成的全桥高频逆变电路，以将直流电信号转变为特定频率的高频交流电信号。3.如权利要求1所述的适配不同压电换能器的超声电源系统，其特征在于，所述阻抗匹配模块包括：高频变压器和匹配电感；所述高频变压器适于对交流电信号进行升压，所述高频变压器的副边将交流电信号输入到匹配电感中进行阻抗匹配，以将匹配后的交流电信号输出至压电换能器。4.如权利要求3所述的适配不同压电换能器...

【专利技术属性】
技术研发人员：惠红平，庄百亮，朱卓志，徐立，王成阳，
申请(专利权)人：中国机械总院集团江苏分院有限公司，
类型：新型
国别省市：