本发明涉及电源,尤其涉及一种双频超声波电源及其控制方法。
背景技术:
1、随着超声波电源技术的发展,单频超声波电源已经远不能满足工业领域的需求,据此,双频超声波电源应运而生,比如可以驱动压电换能器工作的双频超声波电源。
2、实际应用中,压电换能器由于周边环境差异、器件自身发热、负载突变等原因,会导致自身固有的谐振频率发生改变,出现谐振频率漂移的问题,进而影响压电换能器稳定运行。
3、相关技术中,双频超声波电源仅具有简单的驱动功能,功能较为单一,无法应对压电换能器谐振频率漂移的情况,存在对压电换能器的驱动稳定性和安全性较低的问题。
技术实现思路
1、本发明提供一种双频超声波电源及其控制方法,用以解决传统双频超声波电源驱动稳定性和安全性较低的缺陷。
2、第一方面,本发明提供一种双频超声波电源,包括:驱动电路、电源控制器以及反馈调节电路,所述驱动电路和所述反馈调节电路均与所述电源控制器和压电换能器相连;
3、所述反馈调节电路用于采集所述压电换能器的工作信号,并根据所述工作信号的幅值信息和相位信息,输出用于调节信号频率和步长的追频信号至所述电源控制器;
4、所述电源控制器用于根据所述追频信号生成调频控制指令,并将所述调频控制指令发送至所述驱动电路;
5、所述驱动电路用于根据所述调频控制指令输出驱动信号至所述压电换能器。
6、根据本发明提供的双频超声波电源,所述驱动电路包括:驱动电源、信号发生器、移相全桥驱动子电路、全桥逆变器以及匹配子电路;
7、所述信号发生器分别与所述电源控制器和所述移相全桥驱动子电路相连,所述移相全桥驱动子电路与所述全桥逆变器相连,所述全桥逆变器分别与所述驱动电源和所述匹配子电路相连,所述匹配子电路与所述压电换能器相连;
8、所述信号发生器用于根据所述调频控制指令,发送同步时钟信号至所述移相全桥驱动子电路;所述移相全桥驱动子电路用于根据所述同步时钟信号,发送多路脉宽调制信号至所述全桥逆变器;所述全桥逆变器用于将所述多路脉宽调制信号整合为交变驱动信号,并将所述交变驱动信号发送至所述匹配子电路;所述匹配子电路用于将所述交变驱动信号转换为正弦交流信号,并通过所述正弦交流信号驱动所述压电换能器运行。
9、根据本发明提供的双频超声波电源,所述移相全桥驱动子电路包括:移相谐振全桥控制器和波形发生器,所述移相谐振全桥控制器分别与所述电源控制器和所述波形发生器相连;
10、所述移相谐振全桥控制器用于根据所述同步时钟信号,发送信号生成指令至所述波形发生器;所述波形发生器用于根据所述信号生成指令,发送多路脉宽调制信号至所述全桥逆变器。
11、根据本发明提供的双频超声波电源,所述匹配子电路包括:第一匹配模块和第二匹配模块,所述第一匹配模块和所述第二匹配模块并联形成匹配支路,所述匹配支路分别与所述全桥逆变器和所述压电换能器相连。
12、根据本发明提供的双频超声波电源,所述第一匹配模块和/或所述第二匹配模块基于lc匹配网络搭建得到。
13、根据本发明提供的双频超声波电源,所述反馈调节电路包括:信号采集器和追频器,所述信号采集器分别与所述压电换能器和所述追频器相连,所述追频器与所述电源控制器相连;
14、所述信号采集器用于采集所述压电换能器的工作信号,并将所述工作信号发送至所述追频器;
15、所述追频器用于提取所述工作信号的幅值信息和相位信息,并根据所述幅值信息和相位信息,输出用于调节信号频率和步长的追频信号至所述电源控制器。
16、根据本发明提供的双频超声波电源,所述信号采集器包括电压采集器和电流采集器,所述电压采集器和所述电流采集器均分别与所述压电换能器和所述追频器相连;
17、所述电压采集器用于采集所述压电换能器的电压信号,所述电流采集器用于采集所述压电换能器的电流信号。
18、根据本发明提供的双频超声波电源,所述反馈调节电路还包括温度检测子电路,所述温度检测子电路分别与所述压电转换器和所述电源控制器相连;
19、所述温度检测子电路用于采集所述压电换能器的温度数据,并将所述温度数据发送至所述电源控制器;
20、所述电源控制器用于根据所述温度数据确定当前控制周期对应的电压调节区段,并根据所述电压调节区段输出分段控制指令至所述驱动电路。
21、根据本发明提供的双频超声波电源,所述电源控制器包括pi控制模块;
22、所述pi控制模块用于接收所述压电换能器的工作信号,根据所述工作信号计算所述压电换能器的实测功率,并确定所述实测功率与预设标准功率之间的功率偏差值,根据所述功率偏差值输出恒功率控制指令至所述驱动电路。
23、第二方面,本发明还提供一种双频超声波电源的控制方法,该方法基于如上任一种所述的双频超声波电源,所述方法包括:
24、控制反馈调节电路采集压电换能器的工作信号,根据所述工作信号的幅值信息和相位信息,生成用于调节信号频率和步长的追频信号;
25、根据所述追频信号生成调频控制指令,以控制驱动电路根据所述调频控制指令输出驱动信号至所述压电换能器。
26、本发明提供的双频超声波电源及其控制方法,通过反馈调节电路、驱动电路与电源控制器配合,可以通过反馈调节电路采集压电换能器的工作信号,并根据工作信号的幅值信息和相位信息,输出用于调节信号频率和步长的追频信号,通过电源控制器根据追频信号生成调频控制指令,并通过驱动电路根据调频控制指令输出驱动信号至压电换能器。由于可以根据压电换能器的工作信号的幅值信息和相位信息进行快速频率追踪,并根据追频信号调节信号频率和步长,最终驱动信号可以驱动压电换能器始终在谐振点上工作,从而提高了驱动稳定性和安全性。
1.一种双频超声波电源,其特征在于,包括:驱动电路、电源控制器以及反馈调节电路,所述驱动电路和所述反馈调节电路均与所述电源控制器和压电换能器相连;
2.根据权利要求1所述的双频超声波电源,其特征在于,所述驱动电路包括:驱动电源、信号发生器、移相全桥驱动子电路、全桥逆变器以及匹配子电路;
3.根据权利要求2所述的双频超声波电源,其特征在于,所述移相全桥驱动子电路包括:移相谐振全桥控制器和波形发生器,所述移相谐振全桥控制器分别与所述电源控制器和所述波形发生器相连;
4.根据权利要求2所述的双频超声波电源,其特征在于,所述匹配子电路包括:第一匹配模块和第二匹配模块,所述第一匹配模块和所述第二匹配模块并联形成匹配支路,所述匹配支路分别与所述全桥逆变器和所述压电换能器相连。
5.根据权利要求4所述的双频超声波电源,其特征在于,所述第一匹配模块和/或所述第二匹配模块基于lc匹配网络搭建得到。
6.根据权利要求1所述的双频超声波电源,其特征在于,所述反馈调节电路包括:信号采集器和追频器,所述信号采集器分别与所述压电换能器和所述追频器相连,所述追频器与所述电源控制器相连;
7.根据权利要求6所述的双频超声波电源,其特征在于,所述信号采集器包括电压采集器和电流采集器,所述电压采集器和所述电流采集器均分别与所述压电换能器和所述追频器相连;
8.根据权利要求6所述的双频超声波电源,其特征在于,所述反馈调节电路还包括温度检测子电路,所述温度检测子电路分别与所述压电转换器和所述电源控制器相连;
9.根据权利要求1所述的双频超声波电源,其特征在于,所述电源控制器包括pi控制模块;
10.一种双频超声波电源的控制方法,其特征在于,基于如权利要求1至9任一项所述的双频超声波电源,所述方法包括:
