专利名称：一种超声清洗电源系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及超声清洗技术领域，特别涉及一种超声清洗电源系统。
背景技术：
现有超声波清洗电源系统的频率主要通过外部的压控振荡器产生频率信号或者由微处理器模拟振荡器输出频率信号控制超声换能器的功率，在工作时，其功率调整一般采用间隙工作、可控硅调压、改变PWM(Pulse Width Modulation，脉宽调制)占空比等方式。但是压控振荡器产生的频率容易产生频率漂移现象，而单纯采用微处理器模拟振荡器输出频率信号的方式，存在信号处理困难的问题，如在改变PWM信号的占空比时需要外加复杂的电路来实现；功率调整采用可控硅调压时，容易引起电网谐波干扰。有鉴于此，本发明提供一种超声清洗电源系统。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种超声清洗电源系统，以解决现有技术在调节超声换能器的功率时容易出现频率漂移现象和电网干扰的问题。为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案:
一种超声清洗电源系统，用于控制超声换能器的输出功率，其包括:
用于对电网的电压信号进行整流、滤波处理的电网电源整流滤波模块；
用于产生原始频率信号输出给下述微控制器的压控振荡器；
用于对压控振荡器输出的原始频率信号进行分频处理后，输出两路PWM信号给下述PWM驱动模块的微控制器；
用于对微控制器输出的两路PWM信号进行处理，推动下述功率逆变器工作的PWM驱动模块；
用于放大PWM驱动模块输出的信号的功率逆变器；
用于将功率逆变器输出的直流信号转换成交流信号来驱动超声换能器工作的变压
器；
所述电网电源整流滤波模块连接功率逆变器，所述微控制器通过PWM驱动模块连接功率逆变器，所述功率逆变器通过变压器连接超声换能器，所述压控振荡器连接微控制器。所述的超声清洗电源系统，还包括用于采集功率逆变器输出的电压信号和电流信号的电压电流传感器，所述电压电流传感器串联在功率逆变器、变压器之间，电压电流传感器还连接微控制器。所述的超声清洗电源系统，还包括用于比较功率逆变器输出信号的电压电流相位差，控制压控振荡器的输出频率的电压电流相位检测模块，所述电压电流相位检测模块连接电压电流传感器和压控振荡器。所述的超声清洗电源系统，还包括用于检测功率逆变器的温度的温度检测模块，所述温度检测模块连接功率逆变器和微控制器。
所述的超声清洗电源系统，还包括用于对变压器输出的信号进行过压过流欠压检测的过压过流欠压检测模块，所述过压过流欠压检测模块连接变压器和微控制器。所述的超声清洗电源系统，还包括用于对超声换能器空载时的电压信号和电流信号进行检测的空载检测模块；空载检测模块连接超声换能器和微控制器。所述的超声清洗电源系统中，所述PWM驱动模块包括:
用于判断微控制器输出的信号是否为故障信号的与门判断单元；
用于对与门判断单元输出的信号进行隔离处理的隔离光耦单元；
用于对隔离光耦单元输出的信号进行处理来驱动功率逆变器工作的PWM驱动单元； 微控制器、与门判断单元、隔离光耦单元、PWM驱动单元和功率逆变器依次连接。所述的超声清洗电源系统中，所述隔离光耦单元包括光耦芯片、第一三极管和第二三极管，所述光耦芯片的+VFl端和+VF2端均连接与门判断单元，-VFl端和-VF2端接地；所述光耦芯片的VOl端连接第一三极管的基极，第一三极管的集电极连接PWM驱动单元的第一信号输入端，第一三极管的发射极接地；所述光耦芯片的V02端连接第二三极管的基极，第二三极管的集电极连接PWM驱动单元的第二信号输入端，第二三极管的发射极接地。所述的超声清洗电源系统中，所述PWM驱动单元包括第一驱动芯片和第二驱动芯片；所述第一驱动芯片的IN端连接第二三极管的集电极，第一驱动芯片的HO端和LO端均连接功率逆变器；所述第二驱动芯片的IN端连接第一三极管的集电极，第二驱动芯片的HO端和LO端均连接功率逆变器。所述的超声清洗电源系统中，所述电网电源整流滤波模块包括:
用于对电网的电压信号进行滤波的电网滤波器；
用于对电网滤波器输出的交流信号转换成直流信号的整流单元；
用于将整流单元输出的信号进行滤波处理的滤波单元；
所述电网滤波器、整流单元、滤波单元和功率逆变器依次连接。相较于现有技术，本发明提供的超声清洗电源系统，其超声频率直接由微控制器输出，避免了现有技术由外部压控振荡器直接输出而产生频率漂移的现象，同时超声换能器的功率调节直接由微控制器内部完成，不必另外增加调节电路，简化了电路结构，满足电子产品小型化要求，提高了产品在市场上的竞争力。
图1为本发明超声清洗电源系统中第一较佳实施例的结构框图。图2为本发明超声清洗电源系统中第二较佳实施例的结构框图。图3为本发明超声清洗电源系统中微控制器、与门判断单元和压控振荡器的电路图。图4为本发明超声清洗电源系统中隔离光耦单元和PWM驱动单元的电路图。
具体实施例方式本发明提供一种超声清洗电源系统，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供的超声清洗电源系统用于控制超声换能器10的输出功率，请参阅图1，其为本发明超声清洗电源系统中第一较佳实施例的结构框图。如图1所示，所述超声清洗电源系统包括电网电源整流滤波模块20、压控振荡器U2、微控制器U1、PWM驱动模块30、功率逆变器40和变压器50。所述电网电源整流滤波模块20连接功率逆变器40，所述微控制器Ul通过PWM驱动模块30连接功率逆变器40，所述功率逆变器40通过变压器50连接超声换能器10，所述压控振荡器U2连接微控制器Ul。本实施例中，所述功率逆变器40为高频逆变器、变压器50为高频变压器，高频逆变器和高频变压器工作的频率范围均为20KHz 150KHz。其中，电网电源整流滤波模块20用于对电网的电压信号进行整流、滤波处理，所述压控振荡器U2用于产生原始频率信号输出给微控制器Ul，通过微控制器Ul分频处理后，输出两路P丽信号(在图3和图4中，这两路信号用PWMA和PWMB表示)给PWM驱动模块30，由PWM驱动模块30判断是否有故障信号，再经过隔离、PWM驱动处理后至功率逆变器40中推动功率逆变器40工作，之后由功率逆变器40将PWM驱动模块30输出的两路PWM信号放大，并通过变压器50将直流信号转换成交流信号来驱动超声换能器10工作。其中，所述电网电源整流滤波模块20包括电网滤波器201、整流单元202和滤波单元203，所述电网滤波器201、整流单元202、滤波单元203和功率逆变器40依次连接。电网电源输入的电压信号由电网滤波器201滤波后，经过整流单元202将电网滤波器201输出的交流信号转换成直流信号，再由滤波单元203进行滤波处理后输出至功率逆变器40中。本发明实施例中，所述超声换能器10输出的功率通过调整两路PWM信号的占空比来实现，具体通过输入相应的工作参数至微控制器中来实现。所以本发明提供的超声清洗电源系统还包括输入模块60，其与微控制器Ul连接，用于输入清洗参数，即控制PWM占空比的参数，该输入模块60可为按键、键盘、旋转编码器或者触摸屏。并且所述的超声清洗电源系统还可包括显示模块70，其与微控制器Ul连接，用于显示洗涤过程的参数和用户操作界面。该显示模块70可为图像液晶显示屏或者彩色触摸显示屏。本发明提供的第二较佳实施例是在第一较佳实施例的基础上增加了多个功能模块，从而能够更加精确的控制超声换能器10的输出功率。如图2所示，本发明的第二较佳实施例提供的超声清洗电源系统还包括电压电流传感器80，串联在功率逆变器40、变压器50之间，还连接微控制器Ul连接，用于采集功率逆变器40输出的电压信号和电流信号。在功率逆变器40超负载时，通过微控制器Ul检测电压电流传感器80的电流来实现过流保护，超声换能器10的输出功率通过计算输出电压与电流的乘积获得，该数值由微控制器Ul计算读取。请继续参阅图2，所述的超声清洗电源系统还包括电压电流相位检测模块90，其与电压电流传感器80和压控振荡器U2连接，用于比较功率逆变器40输出信号的电压电流相位差，控制压控振荡器U2的输出频率。本实施例中，所述电压电流相位检测模块90为超声清洗电源系统的自动频率跟踪电路部分，通过采集输入变压器50的电流信号(功率逆变器40输出的电流信号)，比较电压电流相位差(即输入变压器50的电压与电流的相位差)，从而控制压控振荡器U2频率。为了提高超声换能器10输出功率的控制精度，本发明第二较佳实施例提供的超声清洗电源系统具有温度检测、过压过流欠压检测、空载检测等功能，判断是否有故障信号。其中，温度检测通过温度检测模块100实现，所述温度检测模块100与功率逆变器40和微控制器Ul连接，用于检测功率逆变器40的温度，微控制器Ul通过读取该温度数据实现温度保护。过压过流欠压检测通过过压过流欠压检测模块110实现，其与变压器50和微控制器Ul连接，用于对变压器50输出的信号进行过压过流欠压检测，微控制器Ul通过读取该过压过流欠压检测模块110检测的数据实现过压过流欠压保护。空载检测通过空载检测模块120实现，其与超声换能器10和微控制器Ul连接，用于对超声换能器10空载时的电压信号和电流信号进行检测，微控制器Ul通过读取该空载检测模块120检测的数据，判断超声换能器10是否处于空载状态。具体实施时，所述功率逆变器米用IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)模块或 MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor，金属-氧化层-半导体-场效晶体管)组成的桥式驱动电路，其温度保护通过温度检测模块100检测IGBT模块或者MOSFET功率管的温度，再由微控制器Ul来读取实现，其过流保护通过微控制器读取电压电流传感器80的电流来实现。具体实施时，所述微控制器Ul可以采用各种8位、16位、32位单片机或者ARM(Advanced RISC Machines,是英国的一家微处理器企业)嵌入式控制器。本实施例中，微控制器Ul采用了 ATMEL公司生产的型号为ATMEGA64的单片机，压控振荡器U2采用型号为LTC6900的集成芯片，由压控振荡器U2输出原始频率到微控制器Ul中，由微控制器Ul分频处理后输出两路PWM信号(B卩PWMA和PWMB)至PWM驱动模块30中。请一并参阅图3，压控振荡器U2的V-端为供电端、DIV端和GND端接地、SET端连接电压电流相位检测模块90、OUT端连接微控制器Ul的Η)6/Τ1端口，微控制器Ul的PB5/0C1A端和PB6/0C1B端连接PWM驱动模块30。微控制器Ul的其它管脚的接线方式请参考ATMEGA64的芯片资料，此处不作详述。请同时参阅图2、图3和图4，PWM驱动模块30包括:与门判断单元301、隔离光耦单元302和PWM驱动单元303，微控制器U1、与门判断单元301、隔离光耦单元302、PWM驱动单元303和功率逆变器40依次连接。其中，与门判断单元301用于判断微控制器Ul输出的信号是否为故障信号；隔离光耦单元302用于对与门判断单元301输出的信号进行隔离处理以防止信号干扰；PWM驱动单元303用于对隔离光耦单元302输出的信号进行处理来驱动功率逆变器40工作。具体实施时，所述与门判断单元301可采用型号为74HC08的芯片，其第9端连接微控制器Ul的PB5/0C1A端、第13端连接PB6/0C1B端、第3端和第6端连接均隔离光耦单元302。与门判断单元301将输入其中的两路PWM信号(即PWMA和PWMB)进行判断，判断是否有故障信号，再输出PWMAl和PWMBl至隔离光耦单元302中。所述隔离光耦单元302包括光耦芯片U3、第一三极管Ql和第二三极管Q2，在收到与门判断单元301输出的两路信号PWMAl和PWMBl后，光耦芯片U3对其信号隔离处理，输出相应的两路信号PWMA2和PWMB2 (图中未示出)，分别控制第一三极管Ql和第二三极管Q2导通。所述光耦芯片U3的型号为HCPL-2531，其+VFl端和+VF2端均连接与门判断单元301，-VFl端和-VF2端各通过一电阻接地；所述光耦芯片U3的VOl端连接第一三极管Ql的基极，第一三极管Ql的集电极连接PWM驱动单元303的第一信号输入端(即第二驱动芯片的IN端，图4中未视出)，第一三极管Ql的发射极接地；所述光耦芯片U3的V02端连接第二三极管Q2的基极，第二三极管Q2的集电极连接PWM驱动单元303的第二信号输入端(即第一驱动芯片U4的IN端)，第二三极管Q2的发射极接地。至于光耦芯片U3的其它管脚的接地方式请参考HCPL-2531的芯片资料，此处不作详述。所述PWM驱动单元303包括第一驱动芯片U4和第二驱动芯片，均采用型号为IR21844S的芯片，光耦芯片U3传递的一路信号PWMA2加到第一驱动芯片U4上，可以直接驱动功率逆变器的一对桥臂，另一路信号PWMB2加到第二驱动芯片上，也可以驱动功率逆变器的另一对桥臂。由于两个驱动芯片相同，所以图4中仅示出了第一驱动芯片U4，第二驱动芯片的接线方式与第一驱动芯片U4相同。如图3和图4所示，所述第一驱动芯片U4的IN端连接第二三极管Q2的集电极，第一驱动芯片U4的HO端和LO端均连接功率逆变器40;所述第二驱动芯片的IN端连接第一三极管Ql的集电极，第二驱动芯片的HO端和LO端均连接功率逆变器40。关于第一驱动芯片U4的
端、VSS端、DT端、NC端、VB端、VS端、VCC端和COM端的接线方式请参考IR21844S的
芯片资料，此处不作详述。综上所述，本发明提供的超声清洗电源系统，其超声频率直接由微控制器输出，避免了现有技术由外部压控振荡器直接输出而产生频率漂移的现象，同时超声换能器的功率调节直接由微控制器内部完成，不必另外增加调节电路，简化了电路结构，满足电子产品小型化要求，提高了产品在市场上的竞争力。本发明通过微控制器检测电压、电流、功率及温度，实现了电路工作的可靠性和系统故障的保护。而且，本发明采用脉宽调制方式进行功率调节具有功率控制精确，电路工作可靠等优点。另外本发明还采用液晶屏来显示输入设置参数、输出过程参数，非常直观。可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种超声清洗电源系统，用于控制超声换能器的输出功率，其特征在于，包括: 用于对电网的电压信号进行整流、滤波处理的电网电源整流滤波模块； 用于产生原始频率信号输出给下述微控制器的压控振荡器； 用于对压控振荡器输出的原始频率信号进行分频处理后，输出两路PWM信号给下述PWM驱动模块的微控制器； 用于对微控制器输出的两路PWM信号进行处理，推动下述功率逆变器工作的PWM驱动模块； 用于放大PWM驱动模块输出的信号的功率逆变器； 用于将功率逆变器输出的直流信号转换成交流信号来驱动超声换能器工作的变压器； 所述电网电源整流滤波模块连接功率逆变器，所述微控制器通过PWM驱动模块连接功率逆变器，所述功率逆变器通过变压器连接超声换能器，所述压控振荡器连接微控制器。
2.根据权利要求1所述的超声清洗电源系统，其特征在于，还包括用于采集功率逆变器输出的电压信号和电流信号的电压电流传感器，所述电压电流传感器串联在功率逆变器、变压器之间，电压电流传感器还连接微控制器。
3.根据权利要求2所述的超声清洗电源系统，其特征在于，还包括用于比较功率逆变器输出信号的电压电流相位差，控制压控振荡器的输出频率的电压电流相位检测模块，所述电压电流相位检测模块连接电压电流传感器和压控振荡器。
4.根据权利要求1所述的超声清洗电源系统，其特征在于，还包括用于检测功率逆变器的温度的温度检测模块，所述温度检测模块连接功率逆变器和微控制器。
5.根据权利要求1所述的超声清洗电源系统，其特征在于，还包括用于对变压器输出的信号进行过压过流欠压检测的过压过流欠压检测模块，所述过压过流欠压检测模块连接变压器和微控制器。
6.根据权利要求1所述的超声清洗电源系统，其特征在于，还包括用于对超声换能器空载时的电压信号和电流信号进行检测的空载检测模块；空载检测模块连接超声换能器和微控制器。
7.根据权利要求1所述的超声清洗电源系统，其特征在于，所述PWM驱动模块包括: 用于判断微控制器输出的信号是否为故障信号的与门判断单元； 用于对与门判断单元输出的信号进行隔离处理的隔离光耦单元； 用于对隔离光耦单元输出的信号进行处理来驱动功率逆变器工作的PWM驱动单元； 微控制器、与门判断单元、隔离光耦单元、PWM驱动单元和功率逆变器依次连接。
8.根据权利要求7所述的超声清洗电源系统，其特征在于，所述隔离光耦单元包括光耦芯片、第一三极管和第二三极管，所述光耦芯片的+VFl端和+VF2端均连接与门判断单元，-VFl端和-VF2端接地；所述光耦芯片的VOl端连接第一三极管的基极，第一三极管的集电极连接PWM驱动单元的第一信号输入端，第一三极管的发射极接地；所述光耦芯片的V02端连接第二三极管的基极，第二三极管的集电极连接PWM驱动单元的第二信号输入端，第二三极管的发射极接地。
9.根据权利要求8所述的超声清洗电源系统，其特征在于，所述PWM驱动单元包括第一驱动芯片和第二驱动芯片；所述第一驱动芯片的IN端连接第二三极管的集电极，第一驱动芯片的HO端和LO端均连接功率逆变器；所述第二驱动芯片的IN端连接第一三极管的集电极，第二驱动芯片的HO端和LO端均连接功率逆变器。
10.根据权利要求1所述的超声清洗电源系统，其特征在于，所述电网电源整流滤波模块包括: 用于对电网的电压信号进行滤波的电网滤波器； 用于对电网滤波器输出的交流信号转换成直流信号的整流单元； 用于将整流单元输出的信号进行滤波处理的滤波单元； 所述电网滤波器、 整流单元、滤波单元和功率逆变器依次连接。
全文摘要
本发明公开了一种超声清洗电源系统，用于控制超声换能器的输出功率，其包括电网电源整流滤波模块、压控振荡器、微控制器、PWM驱动模块、功率逆变器和变压器；电网电源整流滤波模块连接功率逆变器，所述微控制器通过PWM驱动模块连接功率逆变器，所述功率逆变器通过变压器连接超声换能器，所述压控振荡器连接微控制器。本发明提供的超声清洗电源系统，其超声频率直接由微控制器输出，避免了现有技术由外部压控振荡器直接输出而产生频率漂移的现象，同时超声换能器的功率调节直接由微控制器内部完成，不必另外增加调节电路，简化了电路结构，满足电子产品小型化要求，提高了产品在市场上的竞争力。
文档编号H02M5/456GK103199712SQ20131008136
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月14日 优先权日2013年3月14日
发明者陈嵘, 苏日庆, 李正中, 刘力 申请人:然斯康波达机电设备(深圳)有限公司