一种自适应软件控制超声波电源电路的制作方法

1.本实用新型涉及超声波控制技术领域，具体为一种自适应软件控制超声波电源电路。


背景技术：

2.现在市场所销售的超声波电源，大部分是采用数字化控制，各项控制功能都非常完善，但是超声波电源在实际工作过程中换能器和焊头产生的温度变化，容易造成电容量的增减，对频率跟踪准确性和频率跟踪实时性有较大的影响，容易造成超声波电源换能器和焊头的工作频率不在一个谐振点从而损坏超声波换能器和超声波焊头，在实际应用中超声波发生器出现工作错误报警。
3.市场上现有的还是以自激式模拟超声波电源电路为主，但自激式模拟超声波电源电路振幅控制精度偏差大，谐振频率需要专业人员手动旋钮调节，人工调节没有办法保证调节的准确性。同时由于超声波换能器和超声波焊头温度升高，所导致的频率谐振点偏移，很容易导致超声波电源温度过高造成功率管烧毁。模拟超声波电源电路启动超声波时没有软启动功能，每次启动对于超声波电源，超声波换能器，超声波焊头所造成的冲击非常大，尤其是在超声波焊头比较大或者难以起振的超声波焊头时，启动冲击非常大，严重缩短了超声波电源，超声波换能器，超声波焊头的使用寿命。
4.在一些工厂使用过程中，由于产品种类繁多需要多种超声波焊头才能满足生产需要，由于受到超声波的换能器电容量和超声波焊头频率的影响，目前市场上的超声波电源只能一个超声波电源只能配一个焊头，导致工厂必须配备更多的超声波发生器，才能满足需求。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种自适应软件控制超声波电源电路，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种自适应软件控制超声波电源电路，包括整流电路、直流电源电路、逆变电路、超声波换能器控制电路、mcu控制电路、显示电路，所述逆变电路与所述整流电路连接，所述超声波换能器控制电路连接所述逆变电路，所述mcu控制电路连接所述直流电源电路、所述超声波换能器控制电路、所述显示电路和所述逆变电路。
7.优选的，所述超声波换能器控制电路包括并联调谐匹配电路和频率跟踪电路，所述并联调谐匹配电路和所述频率跟踪电路连接。
8.优选的，所述并联调谐匹配电路包括电容c26，所述电容c26的一端接地另一端连接所述频率跟踪电路，并且，所述电容c26与一电阻r10并联。
9.优选的，所述频率跟踪电路包括输出变压器t2、电流互感器t3和电流互感器t4，所述电流互感器t3和所述电流互感器t4分别连接所述输出变压器t2，所述输出变压器t2和所
述电流互感器t4连接所述逆变电路。
10.优选的，所述频率跟踪电路还包括运放模块、逻辑模块和触发模块，所述运放模块连接所述电流互感器t4，所述逻辑模块连接所述电流互感器t3，并且所述运放模块还连接所述mcu控制电路。
11.优选的，所述直流电源电路包括变压器m1、整流桥d7、整流桥d8、线性稳压器u1以及线性稳压器u2，所述线性稳压器u2通过所述整流桥d8连接所述变压器m1，所述线性稳压器u1通过所述整流桥d7连接所述变压器m1。
12.优选的，所述整流电路包括共模电感t1和整流桥d6，所述整流桥d6连接所述共模电感t1。
13.优选的，所述逆变电路包括4个igbt管，4个所述igbt管分别连接所述超声波换能器控制电路。
14.优选的，所述显示电路包括接线端子p1、状态指示灯电路和位移缓存器，所述位移缓存器连接所述状态指示灯电路，所述接线端子p1连接所述位移缓存器，并且，所述接线端子p1还连接所述mcu控制电路。
15.优选的，所述位移缓存器包括第一位移缓存器和第二位移缓存器。
16.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型本追频范围宽，锁频精度高，自适应兼容换能器电容量，能量转换效率高，振幅控制精度高，频率跟踪实时性完全能达到自激震荡电源效果，多分组频率自动追踪记忆。对超声波换能器的谐振频率进行跟踪,能避免超声波换能器随着温度、环境、元件的老化等因素会导致谐振频率发生漂移，从而导致换能器元件损坏。
附图说明
17.图1为本实用新型结构连接关系示意图；
18.图2为本实用新型并联调谐匹配电路一种电路结构示意图；
19.图3为本实用新型频率追踪电路一种电路结构示意图；
20.图4为本实用新型逆变电路一种电路结构示意图；
21.图5为本实用新型整流电路一种电路结构示意图；
22.图6为本实用新型接线端子p1一种电路结构示意图；
23.图7为本实用新型状态指示灯电路和位移缓存器一种电路结构示意图；
24.图8为本实用新型整流电路一种电路结构示意图；
25.图9为本实用新型mcu控制电路一种电路结构示意图。
具体实施方式
26.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
27.请参阅图1，本实用新型提供一种技术方案：包括整流电路100、直流电源电路200、逆变电路300、超声波换能器控制电路400、mcu控制电路500、显示电路600，逆变电路300与
整流电路连接100，超声波换能器控制电路400连接所述逆变电路300，mcu控制电路500连接直流电源电路200、超声波换能器控制电路400、显示电路600和逆变电路300，整流电路100和直流电源电路200分别连接外部220v电源取电。
28.本实用新型提供了一种自适应软件控制超声波电源，本电源采用数字电路+软件控制，具有追频范围宽，锁频精度高，自适应兼容换能器电容量，能量转换效率高，振幅控制精度高，频率跟踪实时性完全能达到自激震荡电源效果，多分组频率自动追踪记忆。采用pi控制对超声波换能器的谐振频率进行跟踪,能避免超声波换能器随着温度、环境、元件的老化等因素会导致谐振频率发生漂移，从而导致换能器元件损坏。
29.在本实用新型提供一种实施例中，请参照图2、图3，超声波换能器控制电路400包括并联调谐匹配电路和频率跟踪电路，并联调谐匹配电路和频率跟踪电路连接，改善超声波发生器的电压波形，使换能器得到良好的正弦波电压及电流.匹配换能器参数，通过并联调谐匹配电路来改变整个超声波发生器电源负载的阻抗特性，使得换能器负载阻抗与电源阻抗的接近，从而使得超声波能够获得较大的电功率，频率跟踪电路采集出超声波换能器电流与电压，进行信号处理得出电压与电流的相位超前与滞后，接收mcu控制电路发出的频率信号控制逆变电路，使换能器得到合适的谐振频率。
30.在本实用新型提供的一种具体的实施例中，并联调谐匹配电路包括电容c26、电阻r10、电容c20、电容c19，电容c26的一端接地，另一端串联电容c19和电容c20，电容c20的一端连接频率跟踪电路，并且，电容c26与一电阻r10并联。
31.在本实用新型提供的一种具体的实施例中，电容c26为cbb高压薄膜电容。
32.通过并联调谐匹配电路能改善超声波发生器的电压波形，使换能器得到良好的正弦波电压及电流，使得换能器负载阻抗与电源阻抗的接近，从而使得超声波能够获得较大的电功率。
33.在本实用新型提供的一种具体的实施例中，频率跟踪电路包括输出变压器t2、电流互感器t3和电流互感器t4，输出变压器t2的第一引脚1通过电容c15连接逆变电路300，电容c15还并接电容c14，电流互感器t4的第四引脚4连接输出变压器t2的第十八引脚18，电流互感器t4的第三引脚3连接逆变电路300，电流互感器t3的第四引脚4连接并联调谐匹配电路、第三引脚3连接输出变压器t2的第十引脚10、第一引脚1通过电阻r6接地、第二引脚2通过电阻r7接地，并且电流互感器t3的第三引脚3还通过电容c16和电容c17接地，输出变压器t2的第六引脚6连接电阻r9，电阻r9连接电阻r11，电阻r9通过电容c21接地，电阻r11通过电容c18接地。
34.在本实用新型提供的一种具体的实施例中，频率跟踪电路还包括运放模块、逻辑模块和触发模块，运放模块连接电流互感器t4，逻辑模块连接电流互感器t3，并且运放模块还连接mcu控制电路，具体的，运放模块包括运算放大器u1、运算放大器u3、运算放大器u4、运算放大器u5、运算放大器u6、运算放大器u8、运算放大器u10和运算放大器u11，逻辑模考包括逻辑芯片u12、逻辑芯片u17，触发模块包括触发器u13、触发器u15、触发器u16。进一步的，运算放大器u1b的负极输入端通过电阻r5和电阻r3连接mcu控制电路500，运算放大器u1b的正向输入端通过电阻6和电阻4连接mcu控制电路500。并且，运算放大器u1b的反向输入端和输出端之间连接电阻r8，运算放大器u1b的正向输入端还通过电阻7接地，电阻r6和电阻r4的公共端还通过电容c17接地，电阻r2与mcu控制电路500之间通过电阻r1接地，电阻
r4与mcu控制电路500之间通过电阻r2接地，运算放大器u1b的输出端通过电阻r9连接运算放大器u1a的反向输入端，运算放大器u1a的正向输入端接地，运算放大器u1a的反向输入端与输出端之间连接运算放大电阻r10，运算放大器u1a连接直流电源电路200的+15v电压输出端，运算放大器u1a的输出端和运算放大器u3a的正向输入端之间串联有电阻r11、电阻r12、电阻r13和电阻r14，电阻r11和电阻r12的公共端通过二极管d7和二极管d8接地，并且二极管d7和二极管d8的阴极互接，电阻r12和电阻r13的公共端通过电容c29接地，运算放大器u3a的反向输入端通过电容c10连接电阻r13和电阻r14的公共端，运算放大器u3a连接直流电源电路200。运算放大器u4的输出端连接mcu控制电路500，并且运算放大器u4的输出端还通过电阻r17连接直流电源电路200以及通过电阻r18接地，运算放大器u4的正向输入端通过电阻r15连接运算放大器u3a的输出端，运算放大器u4的正向输入端和输出端之间还连接电阻r16。运算放大器u5a的反向输入端通过电阻r19连接运算放大器u3a的输出端，运算放大器u5a的正向输入端接地，输出端通过二极管d5和电阻r22连接运算放大器u5b的反向输入端，而且输出端通过二极管d4连接运算放大器u5b的正向输入端，其中，二极管d5的阳极通过电阻r21连接运算放大器u5a的反向输入端，二极管d4的阴极通过电阻r20连接运算放大器u5a的反向输入端，运算放大器u5b的输出端连接mcu控制电路500，并且运算放大器u5b的反向输入端和输出端之间连接电阻r23。
35.运算放大器u8a的正向输入端通过电阻r43连接mcu控制电路，并且正向输入端还通过电容c15接地，运算放大器u8a的反向输入端连接输出端，运算放大器u8a的输出端通过电阻r44连接运算放大器u8b的反向输入端，运算放大器u8b的正向输入端接地，并且运算放大器u8b的反向输入端和输出端之间连接电阻r45，运算放大器u8b的输出端还通过电阻r42连接运算放大器u10a的反向输入端，运算放大器u10a的反向输入端和输出端之间还并联有电阻r49、二极管d13,运算放大器u10a的反向输入端和输出端之间还串联有电阻r48和电容c13,运算放大器u10a的反向输入端还依次通过电阻r41、二极管d12、电阻r39连接mcu控制电路500，并且，电阻r39和二极管d12之间连接二极管d11的阴极，二极管d11的阳极分别通过电阻r40、电容c42接地，电阻r39的一端通过连接瞬态抑制二极管d10接地。运算放大器u11的正向输入端通过电阻r47连接运算放大器u10a的输出端、反向输入端连接运算放大器u10b的输出端、输出端连接逻辑芯片u12的第七引脚(u12d)，运算放大器10报的反向输入端连接有电阻r50和电容c14、正向输入端连接有电阻r52，并且反向输入端和输出端之间并联有电阻r51和电容c17，正向输入端还通过电阻r53接地。具体的，逻辑芯片u12的第一引脚通过电阻r56连接触发器u15、第七引脚通过电阻r54连接直流电源电路200、第八引脚通过二极管d14和电阻r57连接直流电源电路200，第四引脚通过电容c46接地，其中，二极管d14的阴极还通过电容c43和电阻r58连接电容c46，逻辑芯片u12的o1接口连接和02接口连接触发器u16，触发器u16通过电阻r47连接触发器u13，并且还通过电容c49接地，触发器u16的第一引脚连接逻辑芯片u17的第五引脚、第二引脚连接逻辑芯片u17的第一引脚、第十一引脚连接逻辑芯片u17的第七引脚、第十二引脚连接逻辑芯片u17的第三引脚，逻辑芯片u17的第六引脚、第二引脚、第八引脚、第四引脚连接触发器u13，逻辑芯片的01、02、03、04引脚分别连接电阻r59、电阻r51、电阻r50和电阻r52。具体的，触发器u13连接触发器u15，通过采集电阻r10上的电压得到换能器上的实时电压uo。采集电流互感器t4上的电流经差分运放电路后与mcu控制电路500输出的控制相位比较，得出电压与电流的相位超前与滞后。采集电流互
感器t3计算出换能器上的实时电流io。
36.在本实用新型一种具体的实施例中，运算放大器u1、运算放大器u3、运算放大器u4、运算放大器u5、运算放大器u6、运算放大器u8、运算放大器u10和运算放大器u11的型号为lf353dr；
37.在本实用新型一种具体的实施例中，逻辑芯片u12、逻辑芯片u17的型号为hef4011bt；
38.在本实用新型一种具体的实施例中，触发器u13、触发器u15、触发器u16的型号为hef4011bt。
39.在本实用新型一种具体的实施例中，二极管d7和二极管d8的型号为bzt52c6v2。
40.在本实用新型一种具体的实施例中，二极管d5、二极管d6、二极管d11、二极管d12、二极管d13、二极管d14的型号为in4148。
41.在本实用新型一种具体的实施例中，二极管d10型号为smbj100瞬态抑制二极管。
42.在本实用新型提供的一种实施例中，如图5所示，直流电源电路200包括变压器m1、整流桥d7、整流桥d8、线性稳压器u1以及线性稳压器u2，线性稳压器u2通过整流桥d8连接变压器m1，线性稳压器u1通过整流桥d7连接变压器m1，具体的，变压器m1的aci引脚的两个(1和7)连接整流电路100，变压器m1的acio的第十三引脚和第十四引脚连接整流桥d8的ac3和ac1引脚，变压器m1的acio的第八引脚和第九引脚连接整流桥d7的ac3引脚和ac1引脚，整流桥d8的负极输出端接地、正极输出端连接线性稳压器u2的输入端(vin)，线性稳压器u2的输出端输出+15v电压、接地端(gnd)接地，其中，线性稳压器u2的输入端还通过电容c24接地，输出端通过电容c25接地，线性稳压器u1的输入端(vin)连接整流桥d7的正极输出端、接地端(gnd)连接整流桥d7的负极输出端、输出端(vout)输出+15v电压，其中，线性稳压器u1的输入端和接地端之间还连接电容c22，输出端还通过电容c23接地，变压器m1、整流桥d7与d8、线性稳压器u1与线性稳压器u2。此电路主要是通过变压器将交流市电转换为双路交流输出24v，经整流输出到线性稳压器u1与u2,将交流转换为
±
15v电源输出，负责给各个模块供电。
43.在本实用新型的一种具体的实施例中，变压器m1的型号为pe5424e-m；
44.在本实用新型的一种具体的实施例中，整流桥d7和整流桥d8的型号为kbl406；
45.在本实用新型的一种具体的实施例中，线性稳压器u1的型号为l7915，线性稳压器u2的型号为l7815。
46.在本实用新型提供的一种实施例中，如图整8所示，整流电路100包括共模电感t1和整流桥d6，整流桥d6连接共模电感t1，具体的，共模电感t1的第一引脚和第二引脚并联有电容c5和电阻r2，共模电感t1第三引脚和第四引脚分别连接整流桥d6的两个输入端(第一和第三引脚)，整流桥d6的第二引脚连接继电器k1，整流桥d6的第二引脚还通过电阻r3连接继电器k1，整流桥d6的第二引脚连接电阻r4，电阻r4和整流桥d6的第四引脚之间并联有电容c7、电容c8、电容c9、电容c10、电容c11、电容c12、电容c13,继电器k1还通过电阻r5接地，整流桥d6的第四引脚接地，电阻r4还连接二极管d2、二极管d3、二极管d4和二极管d5，市电电压经瞬态电压保护的电阻r2和电容c5后进入共模电感t1,共模电感t1将市电传递到整流桥d6,经整流桥d6将市电转换为直流电压,经滤波电容后输出310v直流电压。
47.在本实用新型提供的一种具体的实施例中，电阻r2为压敏电阻，电容c5为安规电
容；
48.在本实用新型提供的一种具体的实施例中，整流桥d6的型号为gbj3510；
49.在本实用新型提供的一种具体的实施例中，共模电感t1的电感量为1.2mh。
50.在本实用新型提供的一种实施例中，如图4所示，逆变电路300包括4个igbt管，4个igbt管分别连接超声波换能器控制电路，第一igbt管q1的集电极连接整流电路100、基极与发射极之间连接电容c1，第二igbt管q2的集电极连接整流电路100、基极和发射极之间连接电容c2,第三igbt管q3的集电极连接第一igbt管q1的发射极、基极和发射极之间连接电容c3，第四igbt管q4的集电极连接第二igbt管q2的发射极、基极和发射极之间连接电容c4，并且，第三igbt管q3和第四igbt管q4的发射极接地。其中，第一igbt管q1的发射极和第三igbt管q3的集电极连接超声波换能器控制电路400，第二igbt管q2的发射极和第四igbt管q4的集电极连接超声波换能器控制电路400。
51.在本实用新型提供的一种具体的实施例中，第一igbt管q1、第二igbt管q2、第三igbt管q3、第四igbt管q4采用型号为fgh40n60shd三极管。
52.在本实用新型提供的一种实施例中，如图7、图8所示，显示电路600包括接线端子p1、状态指示灯电路和位移缓存器，位移缓存器连接状态指示灯电路，接线端子p1连接位移缓存器，并且，接线端子p1还连接mcu控制电路，具体的，接线端子p1的第二引脚通过并联电容c36和电容c37接地、第一引脚接地、第四引脚通过电容c6接地、第十三引脚通过电容c13接地、第十四引脚通过电容c34接地、第十五引脚通过电容c35接地、第十六引脚通过电容c22接地、第十九引脚连接状态指示灯电路、第二十引脚接地，其中第十三引脚、第十四引脚、第十五引脚、第十六引脚分别通过电阻r25、电阻r37、电阻r38、电阻r39连接电阻r22的一端，电阻r22的另一端连接电容c6，具体的，状态指示灯电路包括二极管led1、二极管led2、二极管led3、二极管led4、二极管led5、二极管led6、二极管led7、二极管led8、二极管led9、二极管led10、二极管led11、二极管led12、二极管led13、二极管led14，电容c1、电容c2、电容c3、电容c4，二极管led1、二极管led2的阳极连接电阻r5，二极管led3、二极管led4的阳极连接电阻r7，二极管led5、二极管led6的阳极连接电阻r9，二极管led7、二极管led8连接电阻r11，二极管led9、二极管led10连接电阻r13，二极管led11、二极管led12连接电阻r1，二极管led13、二极管led14连接电阻r3，位移缓存器包括第一位移缓存器u1和第二位移缓存器u2，电阻r5、电阻r7、电阻r9、电阻r11连接第二位移缓存器u2，电阻r1和电阻r3连接第一位移缓存器u1，第一位移缓存器u1的第九引脚连接第二位移缓存器u2的第十四引脚，第一位移缓存器u1的第八引脚和第十三引脚接地、第十一引脚、第十二引脚、第十四引脚连接mcu控制电路500、第一引脚连接二极管led13、第二引脚连接二极管led12、第三引脚连接二极管led11、第六引脚连接二极管led1、第七引脚连接二极管led2、第十五引脚连接二极管led14，第二位移缓存器u2的第一引脚连接二极管led4、第二引脚连接led5、第三引脚连接二极管led6、第四引脚连接二极管led7、第五引脚连接二极管led8、第六引脚连接二极管led9、第七引脚连接二极管led10、第八引脚和第十三引脚接地、第十一引脚和第十二引脚连接mcu控制电路，电容c1、电容c2、电容c3、电容c4之间并联。
53.接线端子p1连接外部lcd设备，接收mcu控制电路500发来各参数并显示屏幕，实现方便的人际交互，将输入参数设置内容下发到mcu控制电路500，并将参数保存到mcu的eerom中。
54.在本实用新型提供的一种具体的实施例中，第一位移缓存器u1和第二位移缓存器u2采用型号为74hc59d的单片机。
55.在本实用新型提供的一种实施例中，参照图9，mcu控制电路500包括mcu和外围电路，mcu采用型号为nm1330lc1ae控制芯片，外围电路为现有技术，在本实用新型中不再一一介绍。
56.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。