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超声波清洗机频率信号处理方面
来源:广东顺德佳和达清洗设备有限公司   时间:2018-06-19 16:15:47

在超声波清洗机的驱动电路中,最常见的两种基本电路形式;自激式和它激式,两种电路各有特点,目前国内使用居多的还是自激式系统,它激式系统在国外系统中则比较常见                                                          

一、自激电路的跟踪形式                                

自激式系统有结构简单、调试维修方便等优点,特别适合小功率要求较低的场合使用,方能优势尽显,其致命缺点是输出振幅不能自由控制,大功率应用也不能尽显优势,限制了其在高端场合的应用

                   

自激式电路的常见跟踪形式有以下几种;         

1、电容分压电桥反馈式                                   

 该电路工作原理是使用电容应变电桥做反馈,LC串联谐振移相,其代表电路是台湾明和、京华、长荣的自激准半桥电路,通过调整LC选频电感进行调谐,完成设计频带内的换能器匹配。曾一度被国人竞相模仿,目前市场应用于塑料焊接的系统有超过50%是使用该系统

2、变压器差动变量反馈式                    

 变压器反馈形式的典型电路比较多,具有代表性的、也是为国人所钟爱的BRANSON(必能信),8400C、8700等经典全桥自激电路,该电路为变压器抽头反馈,LC移相选频,其调试方法基本同电容分压电桥反馈式,不过电路匹配比较新颖,采用了变压器漏感匹配,去掉了匹配电感,为整机节省了空间,减轻了重量,8700更采用了功率合成技术,使用了两组全桥驱动在变压器合成输出波形来提高整机功率容量,900系列虽然淘汰了可调电感,使用了电位器,电路也增加了闭环动态跟踪电路,加快了跟踪速度和加宽了动态跟踪范围,但电路基本结构还是沿用8400的骨架和灵魂,国内使用该电路做塑焊机的市场占有率也达到了35%,其中也有部分商家用该系统改装成金属焊接系统在出售                                             

3、其他自激跟踪形式                                      

 其他自激跟踪形式使用相对较少,部分使用在早期的超声清洗电路,典型电路有主电源变压器隔离,反馈驱动并联LC选频调谐,输出非隔离串联匹配,电路特点是可以直接并板增大输出功率,频率输出采用电容同步,缺点是很难实现大功率输出,由于并板后功率容量的增加,工频电源变压器体积也成倍增加,无论体积、重量、还是成本都将无法接收,还有并板后的半桥功放要求的一致性要好几乎很难做到,所以在高端应用受到了推广限制

 总结以上自激电路的特点和踪形式,想要发挥自激式电路优点,在要求不高的情况下,低压小功率使用则能体现其性价比、安全可靠、体积等多方面优势,虽然近几年大功率高反压三极管可选型号增多,国内也有使用号称4200W的自激全桥系统,但最终使用效果如何,市场口碑都表现一般                                         

二、它激电路的跟踪形式                                 

它激电路的跟踪形式灵活多样,可以使用大功率器件IGBT、MOSFET等,功率容易做大,开放式系统控制灵活多变,容易与数字电路接口,近年单片机技术的飞跃,有商家直接使用以单片机为核心开发的全数字智能型超声波系统,估计未来将成为超声波驱动的高端技术潮流。

它激式系统虽然优点众多,但不像自激式系统电路自成闭环,输入端始终跟踪输出端信号,需要另设采样系统才能是电路组成闭环跟踪系统,它激式跟踪形式常见的电路反馈结构有以下几种;

1、电流参量比较式频率跟踪系统                    

控制电路通过搜索输出电流的最大值来控制震荡器的输出频率,来实现频率跟踪的目的                       

  2、功率参量比较式频率跟踪系统 

采样电压和电流,控制电路通过计算其输出功率来控制震荡器的输出频率,是输出保持最大功率

        以上两种跟踪形式多用于高档超声清洗清洗机系统     

3、锁相环(PLL)式频率跟踪系统

        通过采样电压和电流的相位,将相位差转化成压控振荡器(VCO)的控制信号,最终是电压电流零相位来达到频率跟踪的目         的

        这种方法几乎是国内外使用最多的频率跟踪形式,其国内代表电路有海鹰第七二一研究所系统,该系统使用典型的PLL锁相       式,输出采集电压电流,通过移相选频整形送相位比较器,通过有源滤波来控制压控振荡器(VCO)来实现频率跟踪,值得一

      体的是,该系统还引入了阻抗反馈进行电源功率控制,实现了输出振幅可调,匹配则采用串并联双匹配网路,虽然体积略显庞       大,但使用效果还是得到了不少用户的好评

 国内还有少部分用户采用微处理器加专用开关电源控制芯片如SG3525、TL494来实现频率和功率的跟踪控制,也有使用专用PLL芯片如4046等加3842、3525等做的跟踪系统,代表产品有张家港睿能科技姺大师作品和杭州优创李大师作品

 国外代表作比较多,如法国 美卡索尼 (MECASONIC)、瑞士 灵高    (RINCO)、德国 尤尼克 (UniCoR)等早期产品都属于纯硬件PLL跟踪系统,此处选在国内知名度较高的灵高(RINCO)系统做简单分析

 该系统采用的是典型的PLL相位控制系统(国内知名品牌广威超声波引用该技术),系统通过采集输出电压电流,通过相位比较器得到相位差,来控制一个特殊的振荡器,做频率跟踪,电路还引入了频率反馈,系统有体积小、功率密度大、振幅输出稳定、性价比高等特点,备受国内高端用户喜爱,典型的应用有必诺机械的全自动汽车门板整体焊接系统,为行业应用典范


4、电流有效值偏差频率跟踪系统

系统采样电流,在一个电压周期内,如果电压电流不同相,那么在这个电压周期的正负半周的电流有效值也是不同的,系统通过检测电流有效值偏差,来控制振荡器的频率,实现频率跟踪,该系统也属于PLL系统,只是使用了新颖的采样处理手段,不过此方法取样抗干扰能力强,不受系统波形变化影响,也算是其亮点,其代表产品为必能信(BRANSON)2000系列产品,国内也有该类型系统,代表产品是深圳职业技术学院超声研究所。


 综上所述,它激式频率跟踪系统的众多优点,尤其是其的开放式系统和在数字电路通讯方面,将在未来中高端市场逐步取代       现有的自激式系统,成为超声驱动的主流! 


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