超聲波電源驅動器發生器

  超聲波電源驅動器發生器通常稱為(wei) 超聲波發生器，是將標準的50Hz或60Hz輸入電壓轉換成與(yu) 超聲波換能器相匹配的高頻交流電信號。從(cong) 放大電路形式，可以采用線性放大電路和開關(guan) 電源電路，大功率超聲波電源從(cong) 轉換效率方麵考慮一般采用開關(guan) 電源的電路形式。從(cong) 超聲業(ye) 界的情況看，超聲波主要分為(wei) 自激式（模擬電源常用於(yu) 焊接）和它激式電源（數控電源常用於(yu) 聲化學）。

超聲波電源複雜性

應用設備電源的瞬時功率特性可分為(wei) 四類（通常取決(jue) 於(yu) 負載類型），這四類特性在一定程度上決(jue) 定了所需電源的要求。

• 電源恒功率：在負載循環期間，功率是恒定的。當負荷相對恒定時，如在霧化或空化作用時，就會(hui) 發生這種情況。

• 可預測功率：功率在整個(ge) 負載周期中都會(hui) 變化，但以可預測的方式變化（即，從(cong) 一個(ge) 負載周期到下一個(ge) 負載周期，功率變化是相同的），超聲波檢測就是一個(ge) 例子。

• 部分可預測功率：功率在整個(ge) 負載周期中都會(hui) 變化，但會(hui) 以半可預測的方式變化（即，總功率趨勢是相同的，但各部分之間可能會(hui) 有一些變化）例如，某些金屬焊接部件可能具有較厚的氧化物層或鍍層，這需要更多的時間進行擦洗。同樣，某些塑料焊接零件可能會(hui) 有更多的脫模現象。

• 不可預測的功率：可以在較大範圍內(nei) 預測功率，但無法預測瞬時功率。一個(ge) 例子是超聲塑料切割，其中塑料的組成隨切割深度而變化。

共振類型

   必須規定超聲波電源以串聯或並聯諧振方式工作，每種共振方式都有自身的優(you) 勢，兩(liang) 者都被廣泛使用。無論選擇哪個(ge) ，換能器都必須兼容（即，設計用於(yu) 串聯諧振的超聲波換能器在並聯諧振時將無法正常運行，反之亦然）。

自動調節

鎖定主共振

   所有的超聲設備都有一個(ge) 主共振(理想的工作共振)，此外，還會(hui) 有二次共振，當超聲波電源啟動時，它必須鎖定主共振而忽略次共振。

跟蹤主共振

   在超聲設備使用過程中，主共振的頻率可能會(hui) 發生偏移。隨著電池堆溫度的升高，該頻率可能會(hui) 降低（由於(yu) 內(nei) 部損耗或負載傳(chuan) 遞的熱量）。由於(yu) 陶瓷的非線性，在大功率下頻率可能會(hui) 下降。由於(yu) 對負載的反應，頻率可能會(hui) 發生變化，該變化可以是正的或負的。下圖顯示了在超聲金屬焊接過程中大約下降了200 Hz頻率。

                                           超聲波金屬焊接時的堆疊頻率

   不管什麽(me) 原因，電源必須能夠自動地跟隨這個(ge) 頻移。否則，頻率的微小變化將導致電源組輸出振幅明顯下降。這是因為(wei) 超聲堆棧通常具有非常窄的帶寬，例如，對於(yu) 圖1中所示的20kHz工業(ye) 傳(chuan) 感器，當驅動源突然斷開時，通過振幅衰減測量確定開路帶寬為(wei) ~40Hz（即，Q為(wei) ~500）。在這種情況下，從(cong) 共振頻率偏移僅(jin) 20Hz將減少30%的換能器振幅和50%的可用功率輸出（假設恒定的電輸入）。

   當添加額外的堆棧組件（超聲波變幅杆+工具頭）時，情況變得更糟（Q增大而帶寬減小）。然後頻率跟蹤變得更加關(guan) 鍵。但是請注意，在負載下，隨著能量傳(chuan) 遞到負載，品質因數Q值可能會(hui) 顯著下降（即帶寬增加）。

  頻率跟蹤通常由鎖相環（PLL）處理，其中電流和電壓之間的相位角保持在恒定值。理想地，電流和電壓將同相，從(cong) 而使負載看起來是電阻性的（即，無電抗性分量）。但是，實際上，這在高Q（窄帶寬）係統中是不可能的，在該係統中，較小的頻率變化會(hui) 導致較大的相位變化。在這樣的係統中，PLL可能難以保持相位。在這種情況下，稍微異相的操作可以使PLL具有更好的性能。

自動調整幅度

   大多數應用可以通過控製輸出振幅而不是功率來實現好控製。原因是功率是力和速度的乘積（其中速度與(yu) 輸出振幅有關(guan) ）。因此，可以通過低速的較大的力或高速的較小的力或介於(yu) 兩(liang) 者之間的力來實現。盡管所有這些條件都可以產(chan) 生相同的功率，但應用程序可能隻對其中一個(ge) 條件做出好響應。因此，振幅應視為(wei) 獨立（輸入控製）變量，功率一般應視為(wei) 相關(guan) (輸出合成)變量。

當堆棧在空氣中運行（即空載）時，它將具有給定的輸出振幅。

調諧電感

   超聲係統的一個(ge) 特點是即使負載是純電阻性的，頻率也會(hui) 在負載下移動。隨著負載的增加，串聯和並聯諧振會(hui) 相互靠近。在臨(lin) 界負載下，這兩(liang) 個(ge) 共振會(hui) 聚。在臨(lin) 界負載以上，係統不再共振。

   為(wei) 了克服這種情況，必須添加一個(ge) 調諧電感器。為(wei) 了在串聯諧振下工作，調諧電感與(yu) 陶瓷並聯添加。為(wei) 了在並聯諧振下工作，將調諧電感器與(yu) 陶瓷串聯，該電感的阻抗應等於(yu) 所有陶瓷的組合電容阻抗。

次要要求

   許多用的超聲波電源具有可保護係統的電路、軟件。這可以包括針對接地故障，電源過載，過電壓，過電流，陶瓷溫度過高和頻率跳變（從(cong) 一次諧振到附近的二次諧振的跳變）的保護。該電路、軟件還可以用於(yu) 監視或控製超聲過程。