大功率超声波电源的研究

超声波电源的基本知识

超声波电源也叫超声波发生器或者超声波发生源，它的主要作用是把我们的市电（220V或380V，50或60Hz）转换成与

超声波换能器相匹配的高频交流电信号。随着超声波技术的发展，工业清洗、焊接、打孔、抛光、均质等领域。

超声波电源原理

首先由超声波电源来产生一个特定频率的信号，这个信号可以是正弦信号，也可以是脉冲信号，这个特定频率就是超声波换能器的频率，一般在超声波设备中使用到的超声波频率为25KHz、28KHz、35KHz、40KHz；1OOKHz，100KHZ以上的频率尚未大量使用，但随着技术的不断发展，相信使用面会逐步扩大．比较完善的超声波电源还应有反馈环节，主要提供二个方面的反馈信号：

第一个是提供输出功率信号，我们知道当超声波电源的电压发生变化时．超声波电源的输出功率也会发生变化，这时反映在超声波换能器上就是机械振动忽大忽小，导致清洗效果不稳定．因此需要稳定输出功率，通过功率反馈信号相应调整功率放大器，使得功率放大稳定.第二个是提供频率跟踪信号．当超声波换能器工作在谐振频率点时其效率最高，工作最稳定，而超声波换能器的谐振频率点会由于装配原因和工作老化后改变，当然这种改变的频率只是漂移，变化不是很大，频率跟踪信号可以控制信号超声波电源，使信号超声波电源的频率在一定范围内跟踪超声波换能器的谐振频率点．让超声波电源工作在最佳状态。

超声波电源分类

超声波电源按设计分自激方式电源和他激方式电源。自激电路没有信号源，是把振荡、功放、输出变压器及换能器集为一体，形成一闭环回路，回路在满足幅度、相位反馈条件，组成一个有功率放大的振荡器。并谐振于换能器的机械共振频率上。一般应用于超声波换能器数量少的小型设备；但是对于超声波换能器数量多的情况下，无法调试达到共振效果。所以目前工业用超声波洗净设备的超声波电源大都采用他激方式。

他激式电源结构上主要包括两部分，前级是振荡器，后级是放大器。一般通过输出变压器耦合，把超声能量加到换能器上。他激方式的电路由两部分组成，既信号源部分和信号放大部分。

信号源部分采用CPU为核心的信号发生和控制部分，一般都采用12-15V电压驱动，产生方波信号供给信号放大电路;超声波电源的定时控制、调节等外加功能都可以通过控制信号源的信号输出方式完成，采用低电压控制，安全可靠性会肯定高。

信号放大部分是将信号源产生的信号放大后输出给超声波换能器。不同电路的超声波电源，其输出电路、电压的不同是导致传播效率高低的重要原因。输出电压低，发生器消耗电能自然就大，同时振子还容易发热，产生的感应电场强。适当的调整电路，增大输出给超声波换能器的电压可能会取得很好的效果。

此外，如果按末级功放管所采用的器件类型分，又可分四种：电子管式超声波电源；可控硅逆变式超声波电源；晶体管式超声波电源及功率模块超声波电源。电子管式与可控硅逆变式目前基本已淘汰，当前广泛使用的是晶体管式电源。这方面我们就不作具体介绍了。

超声波电源与超声波换能器匹配问题在实际应用中，如何让超声波电源与换能器功率更匹配呢？主要从以下两个方面去考虑：

首先，是通过匹配使电源向换能器输出额定的电功率，这是由于电源需要一个最佳的负载才能输出额定功率所致，把换能器的阻抗变换成最佳负载，也即阻抗变换作用。

其次，通过匹配使超声波电源输出效率最高，这是由于超声波换能器有静电抗的原因，造成工作频率上的输出电压和电流有一定相位差，从而使输出功率得不到期望的最大输出，使电源输出效率降低，因此在电源输出端并上或串上一个相反的抗，使电源负载为纯电阻，也即调谐作用。由此可见与超声波换能器匹配的好坏直接影响着超声波电源的效率。