本發(fā)明涉及超聲波發(fā)生器，更確切地說涉及一種數(shù)字式超聲波發(fā)生器及其自動鎖頻方法。

背景技術(shù)：

超聲波發(fā)生器是超聲設(shè)備的重要組成部分，擔(dān)負(fù)著向超聲換能器提供超聲頻電能的作用。為了使超聲換能器高頻率的工作并發(fā)揮超聲加工的優(yōu)越性，要求振動系統(tǒng)工作在諧振狀態(tài)。一般換能器振動系統(tǒng)工作前，可通過調(diào)節(jié)電源的電頻率來滿足系統(tǒng)處于共振的工作條件。但是在實(shí)際加工中，由于負(fù)載的變化、系統(tǒng)發(fā)熱等一系列因素的印象，使振動系統(tǒng)的固有頻率發(fā)生變化，此時若不及時調(diào)整換能器的電源頻率，振動系統(tǒng)將工作在非諧振狀態(tài)，從而使其輸出振幅減小，工作質(zhì)量下降，當(dāng)失諧嚴(yán)重時，還會損壞超聲波設(shè)備。

為了使超聲波發(fā)生器能在諧振狀態(tài)下工作，超聲波發(fā)生器中會設(shè)置自動頻率跟蹤電路。所謂自動頻率跟蹤是指在外界因素影響下當(dāng)固有振動頻率發(fā)生變化時，控制系統(tǒng)能立即發(fā)現(xiàn)變化后的固有頻率并及時調(diào)整供電頻率與變化后的固有頻率相同使振動系統(tǒng)始終工作在諧振狀態(tài)，以維持振動系統(tǒng)的最大振幅。目前，超聲波發(fā)生器自動鎖頻的方法也有多種。國家知識產(chǎn)權(quán)局公開了專利號為ZL2007100736316，專利名稱為數(shù)字式超聲波發(fā)生器的發(fā)明專利，該數(shù)字式超聲波發(fā)生器是根據(jù)“單變量線性規(guī)劃”的原理來尋找最大電流點(diǎn)。設(shè)I(半橋逆變電路的輸入電流)是要尋找的目標(biāo)，f(超聲波發(fā)生器的頻率)是影響的因素。首先將f在允許的范圍內(nèi)分成若干等份，以得出控制f過程的推進(jìn)量△f。假設(shè)初始狀態(tài)在f1處，通過測量得到對應(yīng)的I1；然后f向前推進(jìn)至f2，又可到I2；然后比較I2與I1的大小，若I2>I1，則表示I在增加。此時，沿原方向進(jìn)一步推進(jìn)至f3(對應(yīng)I3)，如此不斷進(jìn)行，直至f4(對應(yīng)I4)時，若再進(jìn)一步推進(jìn)至f5(對應(yīng)I5)，從圖中可以看出，此時I5<I4，即I值下降了，這說明控制已超過極值點(diǎn)，此時應(yīng)改變原推進(jìn)方向，即反向推進(jìn)找到諧振頻率。此種現(xiàn)有技術(shù)的超聲波發(fā)生器自動鎖頻的方法具有以下缺陷：

采樣的電流I是半橋逆變電路的輸入電流，即為市電220V端的交流電流，此交流電流含有大量的高頻噪聲，而且輸入電流的大小所反映的只是輸入功率的大小，并不能準(zhǔn)確反映輸出給超聲波換能器的有效功率的大小。

現(xiàn)有技術(shù)的超聲波發(fā)生器自動鎖頻的方法鎖定的諧振頻率使半橋逆變電路的輸入電流達(dá)到最大，即總功率P_總達(dá)到最大。而根據(jù)轉(zhuǎn)換效率因數(shù)η越大，則超聲波換能器轉(zhuǎn)換效率越高，其振蕩頻率越接近最佳諧振點(diǎn)。若總功率P_總很大，但η很小，則換能器的有效功率P_有效很小，說明大部分功率消耗在電感和變壓器上。所以，采樣半橋逆變電路的輸入電流是無法正確鎖定諧振頻率的，因此，超聲波換能器就無法工作在諧振狀態(tài)，從而影響超聲波換能器的轉(zhuǎn)換效率，致使電感和變壓器上產(chǎn)生大量的熱量，影響了電路的穩(wěn)定性和效率性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種數(shù)字式超聲波發(fā)生器，該數(shù)字式超聲波發(fā)生器鎖頻更加準(zhǔn)確，使超聲波換能器能工作在諧振狀態(tài)，從而提高超聲波換能器的轉(zhuǎn)換效率，使電路能夠更加穩(wěn)定和高效地工作。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，提供一種具有以下結(jié)構(gòu)的數(shù)字式超聲波發(fā)生器，包括控制單元、高頻逆變電路、自動掃頻鎖頻控制單元、振蕩及驅(qū)動電路、阻抗匹配電路及換能器負(fù)載；所述的控制單元與所述的自動掃頻鎖頻控制單元連接，所述的自動掃頻鎖頻控制單元與所述的振蕩及驅(qū)動電路連接，所述的振蕩及驅(qū)動電路與所述的高頻逆變電路連接；所述的高頻逆變電路與所述的阻抗匹配電路連接；所述的阻抗匹配電路與所述的換能器負(fù)載連接，其特征在于：數(shù)字式超聲波發(fā)生器還包括隔離電壓檢測模塊、隔離電流檢測模塊及電壓、電流乘法器；所述的隔離電壓檢測模塊的輸入端與所述的隔離電流檢測模塊的輸入端分別與所述的阻抗匹配電路連接；所述的隔離電壓檢測模塊的輸出端與所述的隔離電流檢測模塊的輸出端分別與所述的電壓、電流乘法器的兩個輸入端連接，所述的電壓、電流乘法器的輸出端與所述的控制單元連接。

采用以上結(jié)構(gòu)后，本發(fā)明的數(shù)字式超聲波發(fā)生器，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

由于本發(fā)明的數(shù)字式超聲波發(fā)生器隔離式測量換能器負(fù)載兩端的電流波形和電壓波形，采集的是有效功率下的電流信號和電壓信號，通過以上信號來自動跟蹤頻率，能夠準(zhǔn)確找出諧振頻率。將電壓波形和電流波形進(jìn)行乘法計算，得到的直流波形的大小直接反映出電壓電流波形的相位差Δφ大小，Δφ越小，則說明換能器越接近純電阻，換能器轉(zhuǎn)換效率η也越大，其振蕩頻率越接近最佳諧振點(diǎn)，使得換能器負(fù)載工作在諧振狀態(tài)，從而提高超聲波換能器的轉(zhuǎn)換效率，降低電感和變壓器的發(fā)熱量，從而提高電流的穩(wěn)定性和高效率。

作為改進(jìn)，所述的高頻逆變電路包括高壓半橋控制芯片、上橋臂MOS管和下橋臂MOS管；所述的高壓半橋控制芯片與所述的振蕩及驅(qū)動電路、上橋臂MOS管和下橋臂MOS管連接，所述的上橋臂MOS管和下橋臂MOS管分別與所述的阻抗匹配電路連接。在高頻逆變電流中，目前市場上較多采用脈沖高頻變壓器驅(qū)動半橋場效應(yīng)管，此方法中當(dāng)上下橋?qū)ń刂骨袚Q的一瞬間，會發(fā)生上下橋同時導(dǎo)通的現(xiàn)象，這樣會形成大電流，雖然同時導(dǎo)通的時間非常短，但是也會使上下橋芯片發(fā)熱，使得這類產(chǎn)品無法長期運(yùn)行，或需要安裝大散熱片和散熱風(fēng)扇進(jìn)行散熱。而本發(fā)明中采用高壓半橋控制芯片來驅(qū)動半橋場效應(yīng)管，在上下橋?qū)ń刂骨袚Q的一瞬間加入一定的死區(qū)時間，避免發(fā)生上下橋同時導(dǎo)通的現(xiàn)象，從而避免上下橋芯片過度發(fā)熱的情況，因此產(chǎn)品可以長期運(yùn)行，并且無需安裝大型散熱設(shè)備。

作為改進(jìn)，所述的高頻逆變電路還包括上橋臂MOS管的MOSVGS驅(qū)動鉗位保護(hù)電路和下橋臂MOS管的MOSVGS驅(qū)動鉗位保護(hù)電路；所述的上橋臂MOS管的MOSVGS驅(qū)動鉗位保護(hù)電路包括二極管D201、二極管D204及電阻R205，所述的二極管D201的陽極與上橋臂MOS管的G極連接，所述的二極管D201的陰極與所述的二極管D204的陰極連接，所述的電阻R205連接在所述的二極管D201的陽極和二極管D204的陽極之間；所述的下橋臂MOS管的MOSVGS驅(qū)動鉗位保護(hù)電路包括二極管D206、二極管D207和電阻R213，所述的二極管D206的陽極與上橋臂MOS管的G極連接，所述的二極管D206的陰極與所述的二極管D207的陰極連接，所述的電阻R213連接在所述的二極管D206的陽極和二極管D207的陽極之間。采用此種結(jié)構(gòu)后，上橋臂MOS管的MOSVGS驅(qū)動鉗位保護(hù)電路和下橋臂MOS管的MOSVGS驅(qū)動鉗位保護(hù)電路對上橋臂MOS管和下橋臂MOS管具有保護(hù)作用。

作為改進(jìn)，所述的高頻逆變電路還包括上橋臂MOS管保護(hù)電路和下橋臂MOS管保護(hù)電路；所述的上橋臂MOS管保護(hù)電路包括二極管D203、電阻R203及電容C204，所述的二極管D203的陽極與所述的上橋臂MOS管的S極連接，所述的二極管D203的陰極與所述的上橋臂MOS管的D極連接，所述的電阻R203的一端與所述的上橋臂MOS管的D極連接，所述的電阻R203的另一端與所述的電容C204的一端連接，所述的電容C204的另一端與所述的上橋臂MOS管的S極連接；所述的下橋臂MOS管保護(hù)電路包括二極管D205、電阻R208及電容C208，所述的二極管D205的陽極與所述的上橋臂MOS管的S極連接，所述的二極管D205的陰極與所述的上橋臂MOS管的D極連接，所述的電阻R208的一端與所述的上橋臂MOS管的D極連接，所述的電阻R208的另一端與所述的電容C208的一端連接，所述的電容C208的另一端與所述的上橋臂MOS管的S極連接。采用此種結(jié)構(gòu)后，上橋臂MOS管保護(hù)電路和下橋臂MOS管保護(hù)電路對上橋臂MOS管和下橋臂MOS管具有保護(hù)作用。

本發(fā)明要解決另一技術(shù)問題是，提供一種數(shù)字式超聲波發(fā)生器的自動鎖頻方法，該自動鎖頻方法能夠準(zhǔn)確且高效地找到超聲波發(fā)生器的諧振頻率，使換能器負(fù)載工作在最佳諧振狀態(tài)，從而提高功率的轉(zhuǎn)換效率，使電路能夠更加穩(wěn)定和高效地工作。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，提供一種具有以下步驟的數(shù)字式超聲波發(fā)生器的自動鎖頻方法，包括以下步驟：

S1、數(shù)字式超聲波發(fā)生器初始化程序；

S2、所述的控制單元根據(jù)換能器負(fù)載的頻率范圍從最小值開始設(shè)置頻率；

S3、逐漸增大頻率，每增大一個頻率后穩(wěn)定時間T，經(jīng)過時間T后所述的隔離電壓檢測模塊采集隔離電壓值和所述的隔離電流檢測模塊采集隔離電流值；

S4、將隔離電壓值和隔離電流值輸入所述的電壓、電流乘法器，經(jīng)過所述的電壓、電流乘法器數(shù)據(jù)處理后傳輸給所述的控制單元，所述的控制單元計算出該頻率下的電流電壓相位差值，若電流電壓相位差值變小，則返回步驟S3；否則，進(jìn)入步驟S5；

S5、繼續(xù)增大頻率，判斷電流電壓相位差值是否繼續(xù)變大，若是，則目前設(shè)置的頻率大于最佳頻率諧振點(diǎn)，逐漸減小頻率；若否，則返回步驟S4；

S6、在減小頻率的過程中，若電流電壓相位差值變小，則繼續(xù)逐漸減小頻率；若電流電壓相位差值變大，此電流電壓相位差所對應(yīng)的頻率就是最佳頻率諧振點(diǎn)。

采用以上結(jié)構(gòu)后，本發(fā)明的數(shù)字式超聲波發(fā)生器的自動鎖頻方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

由于本發(fā)明的數(shù)字式超聲波發(fā)生器的自動鎖頻方法采集的是換能器負(fù)載兩端的電流波形和電壓波形，直接反映的是有效功率的大小，信號采集較有效，又根據(jù)電流電壓相位差越小，說明換能器越接近純電阻，換能器轉(zhuǎn)換效率η也越大，其振蕩頻率越接近最佳諧振點(diǎn)的依據(jù)來尋找諧振頻率，從而能夠準(zhǔn)確找出諧振頻率。而且通過本發(fā)明的數(shù)字式超聲波發(fā)生器的自動鎖頻方法進(jìn)行鎖頻的效率較高，超聲波發(fā)生器能夠準(zhǔn)確且又高效地找出超聲波發(fā)生器的諧振頻率。

作為改進(jìn)，在步驟S4中，計算電流電壓相位差值的方法包括以下步驟：S41、隔離電壓檢測模塊和隔離電流檢測模塊將檢測到的隔離電壓值和隔離電流值輸入到電壓、電流乘法器的輸入端進(jìn)行計算，計算結(jié)果電壓、電流乘法器的輸出端經(jīng)過電容濾波后得到直流分量；S42、所述的直流分量通過控制單元進(jìn)行反余弦計算后得到電流電壓相位差值。采用此種結(jié)構(gòu)后，計算電流電壓相位差值的方法簡單且可靠。

作為改進(jìn)，在步驟S3中，對采集到的隔離電壓值和隔離電流值進(jìn)行信號調(diào)理濾波，得到精準(zhǔn)的隔離電壓值和隔離電流值。采用此種結(jié)構(gòu)后，使得隔離電壓值和隔離電流值更加精準(zhǔn)。

作為改進(jìn)，在步驟S3中，以設(shè)置一定頻率為第一單位步長，按每增加第一單位步長的方式來逐漸增大頻率。采用此種結(jié)構(gòu)后，增加頻率較有規(guī)律，有利于準(zhǔn)確找到最佳頻率諧振點(diǎn)。

作為改進(jìn)，在步驟S5中，以設(shè)置一定頻率為第二單位步長，按每增加第二單位步長的方式來繼續(xù)增大頻率；所述的第二單位步長為第一單位步長的n倍且2<n<5。采用此種結(jié)構(gòu)后，在此時通過加大單位步長的方法能夠避免出現(xiàn)誤判斷，即由于超聲波發(fā)生器工作過程中，波形會存在毛刺的現(xiàn)象，加大單位步長可以確定是否是碰到毛刺的變大還是真正找到最佳諧振頻率了，從而使得自動掃頻工作更加可靠。

作為改進(jìn)，在步驟S5中，以每減小第一單位步長的方式來逐漸減小頻率。采用此種結(jié)構(gòu)后，減小頻率較有規(guī)律，有利于準(zhǔn)確找到最佳頻率諧振點(diǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的數(shù)字式超聲波發(fā)生器的電路框圖。

圖2是本發(fā)明的數(shù)字式超聲波發(fā)生器的部分電路原理圖。

圖3是本發(fā)明的數(shù)字式超聲波發(fā)生器自動鎖頻方法的流程圖。

圖4是現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)字式超聲波發(fā)生器的高頻逆變電路的波形圖。

圖5是本發(fā)明的數(shù)字式超聲波發(fā)生器的高頻逆變電路的波形圖。

圖6是現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)字式超聲波發(fā)生器的換能器負(fù)載兩端的電壓電流波形圖。

圖7是本發(fā)明的數(shù)字式超聲波發(fā)生器的換能器負(fù)載兩端的電壓電流波形圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

請參閱圖1所示，本發(fā)明的數(shù)字式超聲波發(fā)生器，包括控制單元、高頻逆變電路、自動掃頻鎖頻控制單元、振蕩及驅(qū)動電路、阻抗匹配電路及換能器負(fù)載；所述的控制單元與所述的自動掃頻鎖頻控制單元連接，所述的自動掃頻鎖頻控制單元與所述的振蕩及驅(qū)動電路連接，所述的振蕩及驅(qū)動電路與所述的高頻逆變電路連接；所述的高頻逆變電路與所述的阻抗匹配電路連接；所述的阻抗匹配電路與所述的換能器負(fù)載連接，其特征在于：數(shù)字式超聲波發(fā)生器還包括隔離電壓檢測模塊、隔離電流檢測模塊及電壓、電流乘法器；所述的隔離電壓檢測模塊的輸入端與所述的隔離電流檢測模塊的輸入端分別與所述的阻抗匹配電路連接；所述的隔離電壓檢測模塊的輸出端與所述的隔離電流檢測模塊的輸出端分別與所述的電壓、電流乘法器的兩個輸入端連接，所述的電壓、電流乘法器的輸出端與所述的控制單元連接。

請一并參閱圖2所示，P201～P204與超聲波換能器組成換能器負(fù)載電路；

T201、L201、C207、R210組成所述的阻抗匹配電路；其中T201是換能器的變壓器，實(shí)現(xiàn)能量隔離轉(zhuǎn)換功能；C207與R210是變壓器濾波保護(hù)電路，實(shí)現(xiàn)過濾變壓器上尖峰脈沖的功能；L201是換能器的阻抗匹配電感，實(shí)現(xiàn)換能器的阻抗匹配作用；

U202、U204、U208是高速光耦，和其外圍電路組成光電隔離式振蕩電路，用來實(shí)現(xiàn)光電隔離，避免控制器信號失效；

U201和R212組成所述的隔離電流檢測電路，其中U201是高頻電流互感器，實(shí)現(xiàn)電流波形的隔離式檢測。

U206、U207與其外圍電路組成所述的隔離電壓檢測電路，實(shí)現(xiàn)電壓波形的隔離式檢測；其中U207是高頻電壓互感器；U206是高精度運(yùn)放放大器，組成二階低通濾波電路，由于電壓波形含有大量的高頻噪聲，通過二階低通濾波電路后，消除了高頻噪聲，使電壓信號更加穩(wěn)定可靠。

U209和U205組成所述的電壓、電流乘法器，可以通過數(shù)學(xué)公式得到電壓電流波形的相位差；其中U209是模擬乘法器；U205是高精度的電壓基準(zhǔn)源，提供2.5V的電壓電流正弦波形的直流中心點(diǎn)。

U203、Q201、Q203與其外圍電路組成高頻逆變電路；高頻逆變電路包括高壓半橋控制芯片U203、上橋臂MOS管Q201和下橋臂MOS管Q203；所述的高壓半橋控制芯片U203與所述的振蕩及驅(qū)動電路、上橋臂MOS管Q201和下橋臂MOS管Q203連接，所述的上橋臂MOS管Q201和下橋臂MOS管Q203分別與所述的阻抗匹配電路連接。所述的高頻逆變電路還包括上橋臂MOS管的MOSVGS驅(qū)動鉗位保護(hù)電路和下橋臂MOS管的MOSVGS驅(qū)動鉗位保護(hù)電路；所述的上橋臂MOS管的MOSVGS驅(qū)動鉗位保護(hù)電路包括二極管D201、二極管D204及電阻R205，所述的二極管D201的陽極與上橋臂MOS管的G極連接，所述的二極管D201的陰極與所述的二極管D204的陰極連接，所述的電阻R205連接在所述的二極管D201的陽極和二極管D204的陽極之間；所述的下橋臂MOS管的MOSVGS驅(qū)動鉗位保護(hù)電路包括二極管D206、二極管D207和電阻R213，所述的二極管D206的陽極與上橋臂MOS管的G極連接，所述的二極管D206的陰極與所述的二極管D207的陰極連接，所述的電阻R213連接在所述的二極管D206的陽極和二極管D207的陽極之間。所述的高頻逆變電路還包括上橋臂MOS管保護(hù)電路和下橋臂MOS管保護(hù)電路；所述的上橋臂MOS管保護(hù)電路包括二極管D203、電阻R203及電容C204，所述的二極管D203的陽極與所述的上橋臂MOS管的S極連接，所述的二極管D203的陰極與所述的上橋臂MOS管的D極連接，所述的電阻R203的一端與所述的上橋臂MOS管的D極連接，所述的電阻R203的另一端與所述的電容C204的一端連接，所述的電容C204的另一端與所述的上橋臂MOS管的S極連接；所述的下橋臂MOS管保護(hù)電路包括二極管D205、電阻R208及電容C208，所述的二極管D205的陽極與所述的上橋臂MOS管的S極連接，所述的二極管D205的陰極與所述的上橋臂MOS管的D極連接，所述的電阻R208的一端與所述的上橋臂MOS管的D極連接，所述的電阻R208的另一端與所述的電容C208的一端連接，所述的電容C208的另一端與所述的上橋臂MOS管的S極連接。C201、R201和C211和R214分別是上下橋的中心電壓點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)上下橋臂上電壓波形的平衡。

圖4是現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)字式超聲波發(fā)生器的高頻逆變電路的波形圖，可以明顯看出驅(qū)動波形含有大量的尖峰毛刺，伴有過沖的信號，并且上橋臂波形和下橋臂波形存在一定時間的重合區(qū)域，這會使上下橋臂MOS管在這段重合區(qū)域內(nèi)同時導(dǎo)通，形成上下橋臂短路，使MOS管產(chǎn)生發(fā)熱的現(xiàn)象。

圖5是本發(fā)明的數(shù)字式超聲波發(fā)生器的高頻逆變電路的波形圖，從圖中可以看出驅(qū)動波形不含有大量的尖峰毛刺，無過沖的信號，并且上橋臂和下橋臂存在一定的死區(qū)時間，不存在重合區(qū)域，因此，上下橋臂MOS管不會同時導(dǎo)通，不存在MOS管因短路而產(chǎn)生發(fā)熱的現(xiàn)象。

本發(fā)明的數(shù)字式超聲波發(fā)生器的自動鎖頻方法，包括以下步驟：

S1、數(shù)字式超聲波發(fā)生器初始化程序；

S2、所述的控制單元根據(jù)換能器負(fù)載的頻率范圍從最小值開始設(shè)置頻率；

S3、以設(shè)置一定頻率為第一單位步長，逐漸增大頻率，每增大一個第一單位步長的頻率后穩(wěn)定時間T，經(jīng)過時間T后所述的隔離電壓檢測模塊采集隔離電壓值和所述的隔離電流檢測模塊采集隔離電流值；對采集到的隔離電壓值和隔離電流值進(jìn)行信號調(diào)理濾波，得到精準(zhǔn)的隔離電壓值和隔離電流值。

S4、將隔離電壓值和隔離電流值輸入所述的電壓、電流乘法器，經(jīng)過所述的電壓、電流乘法器數(shù)據(jù)處理后傳輸給所述的控制單元，所述的控制單元計算出該頻率下的電流電壓相位差值，若電流電壓相位差值變小，則返回步驟S3；否則，進(jìn)入步驟S5；計算電流電壓相位差值的方法包括以下步驟：

S41、隔離電壓檢測模塊和隔離電流檢測模塊將檢測到的隔離電壓值和隔離電流值輸入到電壓、電流乘法器的輸入端進(jìn)行計算，計算結(jié)果電壓、電流乘法器的輸出端經(jīng)過電容濾波后得到直流分量；

S42、所述的直流分量通過控制單元進(jìn)行反余弦計算后得到電流電壓相位差值。

S5、增加第二單位步長的頻率，所述的第二單位步長為第一單位步長的n倍且2<n<5。判斷電流電壓相位差值是否繼續(xù)變大，若是，則目前設(shè)置的頻率大于最佳頻率諧振點(diǎn)，就以第一單位步長逐漸減小頻率；若否，則返回步驟S4；

S6、在減小頻率的過程中，若電流電壓相位差值變小，則繼續(xù)以第一單位步長逐漸減小頻率；若電流電壓相位差值變大，此電流電壓相位差所對應(yīng)的頻率就是最佳頻率諧振點(diǎn)。

本發(fā)明的數(shù)字式超聲波發(fā)生器自動鎖頻方法的依據(jù)如下：

隔離電壓檢測模塊得到電壓為U＝U_mcos(ωt+φ_u)，隔離電流檢測模塊得到的電流為I＝I_mcos(ωt+φ_i)，其中U_m是電壓振幅，ω是波形的角頻率，φ_u是電壓波形的初始相位角，I_m是電流振幅，φ_i是電流波形的初始相位角。

因此，功率P＝UI＝U_mI_mc o sωt(+φ_u)c o sωt(+φ_i)，運(yùn)用積化和差公式，cos(2ωt+φ_u+φ_i)是角頻率2ω的正弦波，波形初始相位角是φ_u+φ_i。而我們關(guān)心的是cos(φ_u-φ_i)部分，設(shè)定Δφ＝φ_u-φ_i就是電壓電流波形的相位差，是一個恒定值，因此cos(φ_u-φ_i)是一個直流分量。因此，功率P就是以為中心點(diǎn)，2ω為角頻率的正弦波。想得到電流電壓波形的相位差，只要得到函數(shù)的直流分量，取反余弦就可以得到。

圖6是現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)字式超聲波發(fā)生器的換能器負(fù)載兩端的電壓電流波形圖，從圖中可以看出，換能器負(fù)載兩端電壓、電流驅(qū)動波形是一個設(shè)定頻率的正弦波，但是電壓、電流的相位角有較大的相位差，無法形成基本重合，說明超聲波換能器無法工作在最佳諧振點(diǎn)頻率上，并且電壓和電流的波形上存在較大的尖峰脈沖，容易使超聲波換能器引起機(jī)械噪聲，容易毀壞換能器，影響使用壽命。

圖7是本發(fā)明的數(shù)字式超聲波發(fā)生器的換能器負(fù)載兩端的電壓電流波形圖，從圖中可以看出，換能器負(fù)載兩端電壓、電流驅(qū)動波形是一個設(shè)定頻率的正弦波，并且電壓波形和電流波形基本接近重合，說明超聲波換能器工作在特定的諧振頻率上，這一頻率是換能器的最佳諧振點(diǎn)，因此，通過本發(fā)明的數(shù)字式超聲波發(fā)生器的自動鎖頻的方法能夠準(zhǔn)確找到超聲波換能器負(fù)載的最佳諧振點(diǎn)，從而提高產(chǎn)品的性能。