大功率超聲波電源的研究

超聲波電源的基本知識

超聲波電源也叫超聲波發生器或者超聲波發生源，它的主要作用是把我們的市電（220V或380V，50或60Hz）轉換成與

超聲波換能器相匹配的高頻交流電信號。隨著超聲波技術的發展，工業清洗、焊接、打孔、拋光、均質等領域。

超聲波電源原理

首先由超聲波電源來產生一個特定頻率的信號，這個信號可以是正弦信號，也可以是脈沖信號，這個特定頻率就是超聲波換能器的頻率，一般在超聲波設備中使用到的超聲波頻率為25KHz、28KHz、35KHz、40KHz；1OOKHz，100KHZ以上的頻率尚未大量使用，但隨著技術的不斷發展，相信使用面會逐步擴大．比較完善的超聲波電源還應有反饋環節，主要提供二個方面的反饋信號：

第一個是提供輸出功率信號，我們知道當超聲波電源的電壓發生變化時．超聲波電源的輸出功率也會發生變化，這時反映在超聲波換能器上就是機械振動忽大忽小，導致清洗效果不穩定．因此需要穩定輸出功率，通過功率反饋信號相應調整功率放大器，使得功率放大穩定.第二個是提供頻率跟蹤信號．當超聲波換能器工作在諧振頻率點時其效率最高，工作最穩定，而超聲波換能器的諧振頻率點會由于裝配原因和工作老化后改變，當然這種改變的頻率只是漂移，變化不是很大，頻率跟蹤信號可以控制信號超聲波電源，使信號超聲波電源的頻率在一定范圍內跟蹤超聲波換能器的諧振頻率點．讓超聲波電源工作在最佳狀態。

超聲波電源分類

超聲波電源按設計分自激方式電源和他激方式電源。自激電路沒有信號源，是把振蕩、功放、輸出變壓器及換能器集為一體，形成一閉環回路，回路在滿足幅度、相位反饋條件，組成一個有功率放大的振蕩器。并諧振于換能器的機械共振頻率上。一般應用于超聲波換能器數量少的小型設備；但是對于超聲波換能器數量多的情況下，無法調試達到共振效果。所以目前工業用超聲波洗凈設備的超聲波電源大都采用他激方式。

他激式電源結構上主要包括兩部分，前級是振蕩器，后級是放大器。一般通過輸出變壓器耦合，把超聲能量加到換能器上。他激方式的電路由兩部分組成，既信號源部分和信號放大部分。

信號源部分采用CPU為核心的信號發生和控制部分，一般都采用12-15V電壓驅動，產生方波信號供給信號放大電路;超聲波電源的定時控制、調節等外加功能都可以通過控制信號源的信號輸出方式完成，采用低電壓控制，安全可靠性會肯定高。

信號放大部分是將信號源產生的信號放大后輸出給超聲波換能器。不同電路的超聲波電源，其輸出電路、電壓的不同是導致傳播效率高低的重要原因。輸出電壓低，發生器消耗電能自然就大，同時振子還容易發熱，產生的感應電場強。適當的調整電路，增大輸出給超聲波換能器的電壓可能會取得很好的效果。

此外，如果按末級功放管所采用的器件類型分，又可分四種：電子管式超聲波電源；可控硅逆變式超聲波電源；晶體管式超聲波電源及功率模塊超聲波電源。電子管式與可控硅逆變式目前基本已淘汰，當前廣泛使用的是晶體管式電源。這方面我們就不作具體介紹了。

超聲波電源與超聲波換能器匹配問題在實際應用中，如何讓超聲波電源與換能器功率更匹配呢？主要從以下兩個方面去考慮：

首先，是通過匹配使電源向換能器輸出額定的電功率，這是由于電源需要一個最佳的負載才能輸出額定功率所致，把換能器的阻抗變換成最佳負載，也即阻抗變換作用。

其次，通過匹配使超聲波電源輸出效率最高，這是由于超聲波換能器有靜電抗的原因，造成工作頻率上的輸出電壓和電流有一定相位差，從而使輸出功率得不到期望的最大輸出，使電源輸出效率降低，因此在電源輸出端并上或串上一個相反的抗，使電源負載為純電阻，也即調諧作用。由此可見與超聲波換能器匹配的好壞直接影響著超聲波電源的效率。