一種用于超聲波焊接機(jī)的電源系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種用于超聲波焊接機(jī)的電源系統(tǒng)，包括主電路與控制電路；所述主電路包括依次連接的整流濾波電路、功率逆變電路和高頻變壓器；所述控制電路包括相位檢測電路、電壓反饋電路、電流反饋電路、電源控制芯片、DDS頻率跟蹤電路、移相脈沖產(chǎn)生電路和驅(qū)動電路；所述相位檢測電路、電壓反饋電路、電流反饋電路、DDS頻率跟蹤電路和移相脈沖產(chǎn)生電路分別連接電源控制芯片，移相脈沖產(chǎn)生電路通過驅(qū)動電路連接功率逆變電路。本實(shí)用新型的有益效果：頻率分辨率到達(dá)1Hz，能夠?qū)崿F(xiàn)對換能器諧振頻率的快速和準(zhǔn)確跟蹤；輸出電壓和輸出電流能夠連續(xù)可調(diào)，換能器輸出振幅穩(wěn)定；具有過流、過熱等故障診斷和保護(hù)功能。
【專利說明】
一種用于超聲波焊接機(jī)的電源系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種超聲波焊接領(lǐng)域，特別涉及一種用于超聲波塑料焊接機(jī)的電源系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲波塑料焊接技術(shù)是一種新型的加工工藝，它不需添加任何粘接劑、溶劑或填料，且焊接速度快、連接強(qiáng)度高、操作簡單，非常適應(yīng)現(xiàn)代化大規(guī)模生產(chǎn)的需要。因此，超聲波塑料焊接技術(shù)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。但作為超聲波焊接的關(guān)鍵部分，超聲波焊接用電源，在當(dāng)前國內(nèi)產(chǎn)品中卻依舊存在頻率自動跟蹤性能較差、輸出振幅穩(wěn)定性和連續(xù)可調(diào)性難以滿足實(shí)際要求的問題。
[0003]中國專利文獻(xiàn)號CN202275295U于2012年6月13日公開了一種超聲焊接電源系統(tǒng)，并具體公開了包括一高頻逆變電路、一高頻變壓器、至少一超聲換能器、一微處理器、一壓控振蕩器、及一自動頻率跟蹤電路，所述高頻逆變電路、高頻變壓器及超聲換能器依次連接，由微處理器產(chǎn)生頻率信號來控制超聲換能器的工作，功率調(diào)節(jié)通過微處理器移相實(shí)現(xiàn)，頻率跟蹤采用一個周期內(nèi)電流有效值偏差來控制壓控振蕩器實(shí)現(xiàn)。
[0004]該結(jié)構(gòu)的存在上述缺陷，即頻率自動跟蹤性能較差、輸出振幅穩(wěn)定性和連續(xù)可調(diào)性難以滿足實(shí)際要求，因此，有必要做進(jìn)一步改進(jìn)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的旨在提供一種結(jié)構(gòu)簡單合理、頻率自動跟蹤性能強(qiáng)、輸出振幅穩(wěn)定、連續(xù)可調(diào)性高的用于超聲波焊接機(jī)的電源系統(tǒng)，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處。
[0006]按此目的設(shè)計(jì)的一種用于超聲波焊接機(jī)的電源系統(tǒng)，包括主電路與控制電路;其特征在于:所述主電路包括依次連接的整流濾波電路、功率逆變電路和高頻變壓器;所述控制電路包括相位檢測電路、電壓反饋電路、電流反饋電路、電源控制芯片、DDS頻率跟蹤電路、移相脈沖產(chǎn)生電路和驅(qū)動電路;所述相位檢測電路、電壓反饋電路、電流反饋電路、DDS頻率跟蹤電路和移相脈沖產(chǎn)生電路分別連接電源控制芯片，移相脈沖產(chǎn)生電路通過驅(qū)動電路連接功率逆變電路。
[0007]所述電源控制芯片包括以UC3879(UC3879:相移式PffM控制IC)為核心的移相調(diào)功電路、相位檢測電路、電流電壓采樣電路和全橋逆變驅(qū)動電路。
[0008]所述DDS(DDS:直接數(shù)字式頻率合成器)頻率跟蹤電路采用高集成度直接頻率合成芯片AD9850(AD9850:直接頻率合成器)，采用低通橢圓濾波器濾除相應(yīng)的雜波分量和其他高頻干擾信號。
[0009]所述整流濾波電路為全橋整流電路，采用單相整流橋模塊KBPC5010，最大承受反向峰值電壓為1000V，最大正向平均電流為為50A;此外，整流濾波電路采用3300yF/450V的鋁制的電解電容來實(shí)現(xiàn)電容濾波，所述電解電容兩端并聯(lián)兩個4.7yF/650V的CBB電容，以抑制高頻尖峰電壓與電路存在的ESR和ESL問題。
[0010]所述功率逆變電路選用M0SFET(M0SFET:金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管)作為超聲電源功率開關(guān)器件，采用FGA25N120(FGA25N120L:1GBT型晶體管)作為電源功率開關(guān)管，并采用RC吸收電路作為緩沖吸收電路。
[0011]所述高頻變壓器選用納米晶材料作為變壓器磁芯，采用電能轉(zhuǎn)換效率較高且體積較小的環(huán)形磁芯，其特點(diǎn)是電阻率較高，渦流損耗小。
[0012]所述相位檢測電路采用雙電壓比較器集成電路芯片LM393(LM393:雙電壓比較器集成電路)將正弦交流信號處理為相位檢測電路能夠識別的電平信號。
[0013]所述驅(qū)動電路采用光耦隔離驅(qū)動方式，前級采用單通道高速隔離光耦，后級采用M0SFET(M0SFET:金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管)高速專用驅(qū)動芯片。
[0014]所述主電路還包括匹配電路和電流互感器;所述控制電路還包括液晶顯示、開關(guān)量輸入/輸出電路、故障檢測電路和RS232接口 ；
[0015]所述匹配電路采用0.22yF/1000V型的CBB電容串聯(lián)連接作為等效匹配電容，采用PS184125型號的鐵硅鋁磁環(huán)作為電感磁芯。
[0016]本實(shí)用新型的有益效果:頻率分辨率到達(dá)1Hz，能夠?qū)崿F(xiàn)對換能器諧振頻率的快速和準(zhǔn)確跟蹤;輸出電壓和輸出電流能夠連續(xù)可調(diào)，換能器輸出振幅穩(wěn)定;具有過流、過熱等故障診斷和保護(hù)功能；液晶顯示能夠?qū)崟r顯示超聲電源工作參數(shù)，人機(jī)界面直觀；具備RS232接口，方便后續(xù)功能擴(kuò)展。
【附圖說明】
[0017]圖1是本實(shí)用新型一實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)框線圖。
[0018]圖2是本實(shí)用新型一實(shí)施例的控制示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。
[0020]參見圖1，本用于超聲波焊接機(jī)的電源系統(tǒng)，包括主電路與控制電路;其特征在于:所述主電路包括依次連接的整流濾波電路、功率逆變電路和高頻變壓器;所述控制電路包括相位檢測電路、電壓反饋電路、電流反饋電路、電源控制芯片、DDS頻率跟蹤電路、移相脈沖產(chǎn)生電路和驅(qū)動電路;所述相位檢測電路、電壓反饋電路、電流反饋電路、DDS頻率跟蹤電路和移相脈沖產(chǎn)生電路分別連接電源控制芯片，移相脈沖產(chǎn)生電路通過驅(qū)動電路連接功率逆變電路。
[0021]所述電源控制芯片包括以UC3879(UC3879:相移式PffM控制IC)為核心的移相調(diào)功電路、相位檢測電路、電流電壓采樣電路和全橋逆變驅(qū)動電路。
[0022]所述DDS(DDS:直接數(shù)字式頻率合成器)頻率跟蹤電路采用高集成度直接頻率合成芯片AD9850(AD9850:直接頻率合成器)，采用低通橢圓濾波器濾除相應(yīng)的雜波分量和其他高頻干擾信號。DDS頻率跟蹤電路解決焊接過程中，換能器固有諧振頻發(fā)生漂移，超聲焊頭輸出振幅發(fā)生波動的現(xiàn)象，從而使超聲波焊接電源具備準(zhǔn)確快速的頻率跟蹤功能。
[0023]所述整流濾波電路為全橋整流電路，采用單相整流橋模塊KBPC5010，最大承受反向峰值電壓為1000V，最大正向平均電流為為50A;此外，整流濾波電路采用3300yF/450V的鋁制的電解電容來實(shí)現(xiàn)電容濾波，所述電解電容兩端并聯(lián)兩個4.7yF/650V的CBB電容，以抑制高頻尖峰電壓與電路存在的ESR和ESL問題。220V的單相交流市電通過整流濾波電路轉(zhuǎn)換為功率逆變模塊所需的直流電，期間采用整流濾波電路抑制經(jīng)全橋整流輸出的直流電壓中的脈動成分。
[0024]所述功率逆變電路選用M0SFET(M0SFET:金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管)作為超聲電源功率開關(guān)器件，采用IGBT作為電源功率開關(guān)管，并采用RC吸收電路作為緩沖吸收電路。
[0025]所述功率開關(guān)管產(chǎn)生所需的超聲逆變、頻率調(diào)節(jié)和功率輸出等功能，由于電路板ESL的存在，使用緩沖吸收電路減少開關(guān)應(yīng)力和EMI的影響。
[0026]所述高頻變壓器選用納米晶材料作為變壓器磁芯，采用電能轉(zhuǎn)換效率較高且體積較小的環(huán)形磁芯，其特點(diǎn)是電阻率較高，渦流損耗小。高頻變壓器利用電磁的相互感應(yīng)進(jìn)行電壓變換和傳遞，同時起著輸出隔離的作用。
[0027]所述相位檢測電路采用雙電壓比較器集成電路芯片LM393(LM393:雙電壓比較器集成電路)將正弦交流信號處理為相位檢測電路能夠識別的電平信號。
[0028]所述驅(qū)動電路采用光耦隔離驅(qū)動方式，前級采用單通道高速隔離光耦，后級采用M0SFET(M0SFET:金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管)高速專用驅(qū)動芯片。
[0029]所述主電路還包括匹配電路和電流互感器;所述控制電路還包括液晶顯示、開關(guān)量輸入/輸出電路、故障檢測電路和RS232接口 ；
[0030]所述匹配電路采用0.22yF/1000V型的CBB電容串聯(lián)連接作為等效匹配電容，采用PS184125型號的鐵硅鋁磁環(huán)作為電感磁芯。匹配電路起到提高超聲電源的功率傳輸效率的作用，以減少超聲電源與換能器相連接所產(chǎn)生的較大的無功損耗。
[0031]AD采樣電路采用隔離取樣方案，采用互感器取樣并隔離的方式。
[0032]通信電路采用MAX3232型RS232收發(fā)器。
[0033]DDS頻率跟蹤電路、電源控制芯片中的UC3879、及ADC電路等分區(qū)域設(shè)計(jì)，圍繞DDS頻率跟蹤電路中的AD9850、電源控制芯片中的UC3879和EPM3032等各功能單元的核心器件進(jìn)行布局。
[0034]參見圖2，電源控制芯片采集換能器兩端電壓和流經(jīng)電流，一方面經(jīng)過以LM393(LM393:雙電壓比較器集成電路)和CPLD(CPLD:復(fù)雜可編程邏輯器件)為核心的相位檢測電路處理，進(jìn)入高速輸入捕捉模塊(IC)處理后，經(jīng)一定時序控制DDS頻率跟蹤電路以調(diào)整全橋逆變側(cè)驅(qū)動頻率，從而跟蹤換能器諧振頻率;另一方面經(jīng)進(jìn)入電源控制芯片內(nèi)部高速ADC模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，經(jīng)PI運(yùn)算處理后控軸)AC大小以控制全橋逆變移相角，進(jìn)而控制電源輸出電壓和電流。通過DSP相關(guān)I/O引腳的配置與連接，電源控制芯片相關(guān)開關(guān)量，同時在液晶顯示上顯示和修改超聲波焊接電源相關(guān)工作參數(shù)。
[0035]上述為本實(shí)用新型的優(yōu)選方案，顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理、主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該了解本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于超聲波焊接機(jī)的電源系統(tǒng)，包括主電路與控制電路;其特征在于:所述主電路包括依次連接的整流濾波電路、功率逆變電路和高頻變壓器;所述控制電路包括相位檢測電路、電壓反饋電路、電流反饋電路、電源控制芯片、DDS頻率跟蹤電路、移相脈沖產(chǎn)生電路和驅(qū)動電路;所述相位檢測電路、電壓反饋電路、電流反饋電路、DDS頻率跟蹤電路和移相脈沖產(chǎn)生電路分別連接電源控制芯片，移相脈沖產(chǎn)生電路通過驅(qū)動電路連接功率逆變電路。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于超聲波焊接機(jī)的電源系統(tǒng)，其特征在于:所述電源控制芯片包括以UC3879為核心的移相調(diào)功電路、相位檢測電路、電流電壓采樣電路和全橋逆變驅(qū)動電路。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述用于超聲波焊接機(jī)的電源系統(tǒng)，其特征在于:所述DDS頻率跟蹤電路采用高集成度直接頻率合成芯片AD9850，采用低通橢圓濾波器濾除相應(yīng)的雜波分量和其他高頻干擾信號。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述用于超聲波焊接機(jī)的電源系統(tǒng)，其特征在于:所述整流濾波電路為全橋整流電路，采用鋁制的電解電容來實(shí)現(xiàn)電容濾波，所述電解電容兩端并聯(lián)兩個CBB電容，以抑制高頻尖峰電壓與電路存在的ESR和ESL問題。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述用于超聲波焊接機(jī)的電源系統(tǒng)，其特征在于:所述功率逆變電路選用MOSFET作為超聲電源功率開關(guān)器件，采用FGA25N120作為電源功率開關(guān)管，并采用RC吸收電路作為緩沖吸收電路。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述用于超聲波焊接機(jī)的電源系統(tǒng)，其特征在于:所述高頻變壓器選用納米晶材料作為變壓器磁芯，采用電能轉(zhuǎn)換效率較高且體積較小的環(huán)形磁芯。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述用于超聲波焊接機(jī)的電源系統(tǒng)，其特征在于:所述相位檢測電路采用雙電壓比較器集成電路芯片LM393將正弦交流信號處理為相位檢測電路能夠識別的電平信號。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述用于超聲波焊接機(jī)的電源系統(tǒng)，其特征在于:所述驅(qū)動電路采用光耦隔離驅(qū)動方式，前級采用單通道高速隔離光耦，后級采用MOSFET高速專用驅(qū)動芯片。9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述用于超聲波焊接機(jī)的電源系統(tǒng)，其特征在于:所述主電路還包括匹配電路和電流互感器;所述控制電路還包括液晶顯示、開關(guān)量輸入/輸出電路、故障檢測電路和RS232接口。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述用于超聲波焊接機(jī)的電源系統(tǒng)，其特征在于:所述所述匹配電路采用CBB電容串聯(lián)連接作為等效匹配電容，采用鐵硅鋁磁環(huán)作為電感磁芯。
【文檔編號】B29C65/08GK205615000SQ201620232883
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年3月23日
【發(fā)明人】黃禹, 龍仕均, 丁斌, 張強(qiáng), 徐中
【申請人】廣東順威精密塑料股份有限公司