专利名称：一种用于超声波电源的锁相电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于超声波电源的锁相电路
背景技术：
超声波电源通常称为超声波发生源，它的作用是把电能转换成与超声波换能器相匹配的高频交流电信号。超声波电源一般必须有频率跟踪系统，当换能器工作在谐振频率点时其效率最高，工作最稳定，而换能器的谐振频率点会由于装配原因和工作老化后改变，称为谐振频率点漂移，频率跟踪系统的作用就是让输出的交流信号始终工作在换能器的谐振频率，使换能器工作效率最高。目前，超声波电源的频率跟踪系统常采用锁相频率跟踪，而传统的锁相频率跟踪方法，适用于输出电压、电流同步信号占空比相等的情况，而当输出电压与电流同步信号的占空比不同时，例如通过改变移相角控制输出电压的PS-PWM控制方法，其输出电压、电流同步信号的占空比不相等，如果仍然使用传统的锁相频率跟踪方法，则不能达到输出电压电流同相的目的。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术存在的不足，公开一种用于超声波电源的锁相电路。本发明公开一种用于超声波电源的锁相电路，适用于输出电压、电流同步方波信号的占空比不等的情况下实现锁相频率跟踪的效果。所述的超声波电源锁相电路通过采样输出电压、电流同步方波信号处于不同电平的时刻，并通过脉冲的形式表示。通过控制D触发器环节输出的两路脉冲信号脉宽相等，来达到频率锁相跟踪的目的。本发明的目的可采用以下技术方案实现
一种用于超声波电源的锁相电路，其包括两个比较器、异或门、四个单稳态触发器、三个D触发器和两个RC滤波电路，其中，第一比较器的输出接入第二单稳态触发器和第三单稳态触发器，第二比较器的输出端接入第一单稳态触发器和第四单稳态触发器，第一比较器和第二比较器的输出端还与异或门和第一 D触发器的输入连接，第一至第四单稳态触发器和异或门的输出接入第二 D触发器和第三D触发器，第二 D触发器、第三D触发器输出的两路脉冲信号分别各自经过一个RC滤波电路，最后输入到第三比较器中。进一步优化的，第一比较器的正输入端脚和第二比较器的正输入端脚分别接电压、电流采样信号，第一比较器的负输入端脚和第二比较器的负输入端脚都接地；第一比较器的输出端脚接入异或门的第一输入端脚，第二比较器的输出端脚接入异或门的第二输入端脚。第一比较的输出端脚接入第一 D触发器的时钟端脚，第二比较器的输出端脚接第一D触发器的D输入端口脚。进一步优化的，第一 D触发器的Q非输出端悬空,第一比较器的输出端脚分别接第二单稳态触发器上升沿脚和第三单稳态触发器的下降沿脚，第二比较器的输出端脚分别接第一单稳态触发器的上升沿脚和第四单稳态触发器下降沿脚，第一单稳态触发器的Q输出端脚和第二单稳态触发器的Q输出端脚分别经过一个二极管接入到第二D触发器的时钟端口脚；第三单稳态触发器的Q输出端脚和第四单稳态触发器的Q输出端脚分别经过一个二极管输入到第三D触发器的时钟端脚；第一单稳态触发器和第二单稳态触发器的下降沿输入端接地，第三单稳态触发器和第四单稳态触发器的上升沿输入端接地；第一至第四单稳态触发器的Q非输出悬空；异或门的输出端分别接入第二 D触发器的D输入端脚和第三D触发器的D输入端脚脚；第二 D触发器和第三D触发器的输出分别经过参数相同的第一、第二 RC滤波电路输入到第三比较器的负输入端脚和正输入端脚；第二、第三D触发器的Q非输出端悬空。进一步优化的，两个RC滤波电路中，第一 RC滤波电路由第一电阻和第一电容组成，第二 RC滤波电路由第二电阻和第二电容组成。进一步优化的，第一 RC滤波电路和第二 RC滤波电路参数相同。进一步优化的，第一至第四单稳态触发器的Q输出端分别经过一个二极管接入第二、第三D触发器的时钟端.
进一步优化的，通过控制第二、第三D触发器输出的两路脉冲信号脉宽相等，来使输出电压、电流同相位。本发明与已有技术相比具有以下优点
本发明所提出的超声波电源锁相电路与传统的锁相电路不同，传统的锁相电路，是使得输出电压、电流同步方波信号的第一个上升沿同步，从而达到电压、电流同相位的效果。这种方法只适用于电压、电流同步方波信号的占空比相等的情况。若电压、电流同步方波信号占空比不同时，这种方法就会遇到问题。本发明所提出的超声波电源锁相电路适用于当输出电压、电流同步方波信号的占空比不等的情况下。一个周期中，电压、电流采样信号，分别经过所述锁相电路中的第一、第二比较器、异或门、第一至第四单稳态触发器以及第二、第三D触发器可以得到两路输出脉冲信号，只要控制这两路脉冲信号的脉宽相等，就可以实现输出电压、电流同步方波信号的占空比不等时的锁相频率跟踪效果。
图1是所述锁相电路的结构示意图。图2是传统的锁相电路的结构示意图。图3是异或门XORl的输出波形和第一、第二 D触发器的Q输出端输出波形。图4是所述锁相电路应用于超声波电源的输出电压电流同步方波波形。图5是所述锁相电路应用于超声波电源，其输出电压、电流的采样波形。图6是传统锁相电路应用于超声波电源，其输出电压电流同步方波占空比不同时的同步方波波形以及输出电压、电流波形。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的实施作进一步的详细叙述，但本发明的实施和保护范围不限于此。本发明公开的锁相电路主要应用于输出电压电流的同步方波信号具有不同占空比的情况下。如图1所示，电压采样信号与电流采样信号分别经过第一比较器COMPl和第二比较器C0MP2，得到与电压电流同步的方波信号。首先，将同步信号输入到异或门XORl中，当电压电流同步信号处于不同电平时，XORl门将输出高电平，这样可以得到一系列的脉冲信号，对应于电压电流同步信号处于不同电平的时刻。然后将XORl门的输出信号接入第二D触发器DFF2和第三D触发器DFF3的D输入端，然后将电压电流的同步信号，按图中的接线方式，接入第一 第四单稳态触发器(M0N05、M0N06、M0N07、M0N08)，将第一 第四单稳态触发器的Q输出端按图中的接线方式接入第二 D触发器DFF2和第三D触发器DFF3的时钟端，这样可以将异或门XORl输出的一路脉冲，分成对应于输出电流、电压信号几何中心点的两路脉冲信号，如图3中，异或门输出信号VII，通过第一、第二D触发器环节后，可以得到V43、V44的两路分立的脉冲信号。只要控制V43和V44两路脉冲信号的脉宽相等，就可以得到电压电流锁相同步的效果。所以，将这两路脉冲信号，通过参数相等的第一、第二 RC滤波电路，如图1所示，可以得到与脉宽成正比的直流电压信号，控制两个电压信号的大小相等就能得到脉宽相等的效果。如图4中，V8，V9是电压电流同步的方波信号，可以看出，其几何中心点还是比较同步的。图5所示的是，电压电流的采样信号，VP7是电压采样信号，V7是电流采样信号，为了清楚的比较电压电流信号，V7的电流信号时经过放大的。可以看出，锁相还是比较好的。本电路元器件连接关系如图1所示电压、电流采样信号分别接入第一比较器COMPl的正输入端脚3和第二比较器C0MP2的正输入端脚1，第一比较器COMPl的负输入端脚4和第二比较器C0MP2的负输入端脚2都接地。第一比较器COMPl的输出端脚6接入异或门XORl的第一输入端脚8，第二比较器C0MP2的输出端脚5接入异或门XORl的第二输入端脚7。第一比较器COMPl的输出端脚6接入第一 D触发器DFFl的时钟端脚9，第二比较器C0MP2的输出端脚5接第一 D触发器DFFl的D输入端口脚10。第一 D触发器的Q非输出端悬空。第一比较器COMPl的输出端脚6分别接第二单稳态触发器M0N06上升沿脚12和第三单稳态触发器M0N07的下降沿脚13。第二比较器C0MP2的输出端脚5分别接第一单稳态触发器M0N05的上升沿脚11和第四单稳态触发器M0N08下降沿脚14。第一单稳态触发器M0N05的Q输出端脚15和第二单稳态触发器M0N06的Q输出端脚16分别经过一个二极管接入到第二 D触发器DFF2的时钟端口脚20。第三单稳态触发器M0N07的Q输出端脚17和第四单稳态触发器M0N08的Q输出端脚18分别经过一个二极管输入到第三D触发器DFF3的时钟端脚22。第一单稳态触发器M0N05和第二单稳态触发器M0N06的下降沿输入端接地，第三单稳态触发器M0N07和第四单稳态触发器M0N08的上升沿输入端接地。第一至第四单稳态触发器的Q非输出悬空。异或门XORl的输出端分别接入第二 D触发器DFF2的D输入端脚19和第三D触发器DFF3的D输入端脚脚21。第二 D触发器DFF2和第三D触发器DFF3的Q输出分别经过参数相同的第一、第二 RC滤波电路输入到第三比较器COMPll的负输入端脚26和正输入端脚25。第二、第三D触发器的Q非输出端悬空。两个RC滤波电路中，第一 RC滤波电路由第一电阻R34和第一电容C34组成，第二 RC滤波电路由第二电阻R35和第二电容C35组成。传统的锁相电路如图2所示，电压采样信号和电流采样信号分别通过比较器第四比较器Cl和第五比较器C2,产生与电压、电流信号同步的方波信号。Cl输出的与电压同步的方波信号接入D触发器的时钟端，C2输出的电压信号接入D触发器的D输入端。当电压信号与电流信号不同相位时，异或门能输出与相差相等脉宽的脉冲信号。传统锁相电路得到的D触发器Q输出端的输出电平，用于决定增加或者减小频率，通过异或门XOR输出脉宽的大小，用于决定频率改变的快慢，以达到换能器谐振的目的。它只是根据电流电压的同步信号的上升沿同步，来达到电流电压信号同步的目的。如果电压电流同步信号的脉宽不相等的话，同步信号上升沿同步，是不能达到电压电流同相效果的，特别是在PS-PWM控制方法的情况下。PS-PWM调控方法是通过改变移相全桥的移相角来改变输出电压的有效值，从而达到调压的目的。因此，通过PS-PWM方式调控的桥臂电压输出不是标准的方波信号，而是占空比可调的方波输出。而桥臂信号施加于换能器系统上，其谐振电流是正弦信号，因此正弦电流的同步信号是占空比为O. 5的标准方波信号。如果使用传统的锁相电路，不能达到电压电流同相的目的。如果采用传统的控制方法，使得第一个电压、电流信号的第一个上升沿同步，其输出电压电流如图6所示，所以，传统的控制方法无法使得PS-PWM控制方法的输出电压电流同相位。其中，VP1，V7分别是输出电压和输出电流的采样波形，V8，V9分别是电流、电压的同步方波波形。
权利要求
1.一种用于超声波电源的锁相电路，其特征在于包括两个比较器、异或门、四个单稳态触发器、三个D触发器和两个RC滤波电路，其中，第一比较器(COMPl)的输出接入第二单稳态触发器和第三单稳态触发器，第二比较器(C0MP2)的输出端接入第一单稳态触发器和第四单稳态触发器，第一比较器和第二比较器的输出端还与异或门和第一 D触发器(DFFl)的输入连接，第一至第四单稳态触发器和异或门的输出接入第二 D触发器(DFF2)和第三D触发器(DFF3)，第二 D触发器、第三D触发器输出的两路脉冲信号分别各自经过一个RC滤波电路，最后输入到第三比较器(COMPll)中。
2.根据权利要求1所述的一种用于超声波电源的锁相电路，其特征在于第一比较器的正输入端脚和第二比较器的正输入端脚分别接电压、电流采样信号，第一比较器的负输入端脚和第二比较器的负输入端脚都接地；第一比较器的输出端脚接入异或门的第一输入端脚，第二比较器的输出端脚接入异或门的第二输入端脚；第一比较的输出端脚接入第一 D触发器的时钟端脚,第二比较器的输出端脚接第一 D 触发器的D输入端口脚。
3.根据权利要求2所述的一种用于超声波电源的锁相电路，其特征在于第一D触发器的Q非输出端悬空，第一比较器的输出端脚分别接第二单稳态触发器上升沿脚和第三单稳态触发器的下降沿脚，第二比较器的输出端脚分别接第一单稳态触发器的上升沿脚和第四单稳态触发器下降沿脚，第一单稳态触发器的Q输出端脚和第二单稳态触发器的Q输出端脚分别经过一个二极管接入到第二 D触发器的时钟端口脚；第三单稳态触发器的Q输出端脚和第四单稳态触发器的Q输出端脚分别经过一个二极管输入到第三D触发器的时钟端脚；第一单稳态触发器和第二单稳态触发器的下降沿输入端接地，第三单稳态触发器和第四单稳态触发器的上升沿输入端接地；第一至第四单稳态触发器的Q非输出悬空；异或门的输出端分别接入第二 D触发器的D输入端脚和第三D触发器的D输入端脚脚；第二 D触发器和第三D触发器的输出分别经过参数相同的第一、第二 RC滤波电路输入到第三比较器的负输入端脚和正输入端脚；第二、第三D触发器的Q非输出端悬空。
4.根据权利要求2或3所述的所述的一种用于超声波电源的锁相电路，其特征在于两个RC滤波电路中，第一 RC滤波电路由第一电阻和第一电容组成，第二 RC滤波电路由第二电阻和第二电容组成。
5.根据权利要求1所述的所述的一种用于超声波电源的锁相电路，其特征在于第一RC 滤波电路和第二 RC滤波电路参数相同。
6.根据权利要求1或2所述的所述的一种用于超声波电源的锁相电路，其特征在于第一至第四单稳态触发器的Q输出端分别经过一个二极管接入第二、第三D触发器的时钟端。
7.根据权利要求1所述的所述的一种用于超声波电源的锁相电路，其特征在于通过控制第二、第三D触发器输出的两路脉冲信号脉宽相等，来使输出电压、电流同相位。
全文摘要
本发明涉及一种用于超声波电源的锁相电路,包括第一比较器和第二比较器，比较器输出产生的电压电流同步方波信号接入到第一至第四单稳态触发器，和异或门以及第二D触发器和第三D触发。第一至第四单稳态触发器和异或门的输出接入第二、第三D触发器，第二、第三D触发器输出的两路脉冲信号分别经过参数相同的第一、第二RC滤波电路，输入到第三比较器中，第三比较器的输出可以决定频率增大减小的方向。本发明公开的锁相电路可以用于占空比不同的电压、电流同步方波信号，达到锁相频率跟踪的目的。
文档编号H03L7/08GK103051331SQ20121054190
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月14日 优先权日2012年12月14日
发明者杜贵平, 罗杰 申请人:华南理工大学