專利名稱：一種用于超聲波電源的鎖相電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于超聲波電源的鎖相電路
背景技術(shù)：
超聲波電源通常稱為超聲波發(fā)生源，它的作用是把電能轉(zhuǎn)換成與超聲波換能器相匹配的高頻交流電信號。超聲波電源一般必須有頻率跟蹤系統(tǒng)，當(dāng)換能器工作在諧振頻率點(diǎn)時(shí)其效率最高，工作最穩(wěn)定，而換能器的諧振頻率點(diǎn)會(huì)由于裝配原因和工作老化后改變，稱為諧振頻率點(diǎn)漂移，頻率跟蹤系統(tǒng)的作用就是讓輸出的交流信號始終工作在換能器的諧振頻率，使換能器工作效率最高。目前，超聲波電源的頻率跟蹤系統(tǒng)常采用鎖相頻率跟蹤，而傳統(tǒng)的鎖相頻率跟蹤方法，適用于輸出電壓、電流同步信號占空比相等的情況，而當(dāng)輸出電壓與電流同步信號的占空比不同時(shí)，例如通過改變移相角控制輸出電壓的PS-PWM控制方法，其輸出電壓、電流同步信號的占空比不相等，如果仍然使用傳統(tǒng)的鎖相頻率跟蹤方法，則不能達(dá)到輸出電壓電流同相的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，公開一種用于超聲波電源的鎖相電路。本發(fā)明公開一種用于超聲波電源的鎖相電路，適用于輸出電壓、電流同步方波信號的占空比不等的情況下實(shí)現(xiàn)鎖相頻率跟蹤的效果。所述的超聲波電源鎖相電路通過采樣輸出電壓、電流同步方波信號處于不同電平的時(shí)刻，并通過脈沖的形式表示。通過控制D觸發(fā)器環(huán)節(jié)輸出的兩路脈沖信號脈寬相等，來達(dá)到頻率鎖相跟蹤的目的。本發(fā)明的目的可采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
一種用于超聲波電源的鎖相電路，其包括兩個(gè)比較器、異或門、四個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、三個(gè)D觸發(fā)器和兩個(gè)RC濾波電路，其中，第一比較器的輸出接入第二單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和第三單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，第二比較器的輸出端接入第一單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和第四單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，第一比較器和第二比較器的輸出端還與異或門和第一 D觸發(fā)器的輸入連接，第一至第四單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和異或門的輸出接入第二 D觸發(fā)器和第三D觸發(fā)器，第二 D觸發(fā)器、第三D觸發(fā)器輸出的兩路脈沖信號分別各自經(jīng)過一個(gè)RC濾波電路，最后輸入到第三比較器中。進(jìn)一步優(yōu)化的，第一比較器的正輸入端腳和第二比較器的正輸入端腳分別接電壓、電流采樣信號，第一比較器的負(fù)輸入端腳和第二比較器的負(fù)輸入端腳都接地；第一比較器的輸出端腳接入異或門的第一輸入端腳，第二比較器的輸出端腳接入異或門的第二輸入端腳。第一比較的輸出端腳接入第一 D觸發(fā)器的時(shí)鐘端腳，第二比較器的輸出端腳接第一D觸發(fā)器的D輸入端口腳。進(jìn)一步優(yōu)化的，第一 D觸發(fā)器的Q非輸出端懸空,第一比較器的輸出端腳分別接第二單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器上升沿腳和第三單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的下降沿腳，第二比較器的輸出端腳分別接第一單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的上升沿腳和第四單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器下降沿腳，第一單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的Q輸出端腳和第二單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的Q輸出端腳分別經(jīng)過一個(gè)二極管接入到第二D觸發(fā)器的時(shí)鐘端口腳；第三單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的Q輸出端腳和第四單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的Q輸出端腳分別經(jīng)過一個(gè)二極管輸入到第三D觸發(fā)器的時(shí)鐘端腳；第一單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和第二單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的下降沿輸入端接地，第三單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和第四單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的上升沿輸入端接地；第一至第四單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的Q非輸出懸空；異或門的輸出端分別接入第二 D觸發(fā)器的D輸入端腳和第三D觸發(fā)器的D輸入端腳腳；第二 D觸發(fā)器和第三D觸發(fā)器的輸出分別經(jīng)過參數(shù)相同的第一、第二 RC濾波電路輸入到第三比較器的負(fù)輸入端腳和正輸入端腳；第二、第三D觸發(fā)器的Q非輸出端懸空。進(jìn)一步優(yōu)化的，兩個(gè)RC濾波電路中，第一 RC濾波電路由第一電阻和第一電容組成，第二 RC濾波電路由第二電阻和第二電容組成。進(jìn)一步優(yōu)化的，第一 RC濾波電路和第二 RC濾波電路參數(shù)相同。進(jìn)一步優(yōu)化的，第一至第四單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的Q輸出端分別經(jīng)過一個(gè)二極管接入第二、第三D觸發(fā)器的時(shí)鐘端.
進(jìn)一步優(yōu)化的，通過控制第二、第三D觸發(fā)器輸出的兩路脈沖信號脈寬相等，來使輸出電壓、電流同相位。本發(fā)明與已有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明所提出的超聲波電源鎖相電路與傳統(tǒng)的鎖相電路不同，傳統(tǒng)的鎖相電路，是使得輸出電壓、電流同步方波信號的第一個(gè)上升沿同步，從而達(dá)到電壓、電流同相位的效果。這種方法只適用于電壓、電流同步方波信號的占空比相等的情況。若電壓、電流同步方波信號占空比不同時(shí)，這種方法就會(huì)遇到問題。本發(fā)明所提出的超聲波電源鎖相電路適用于當(dāng)輸出電壓、電流同步方波信號的占空比不等的情況下。一個(gè)周期中，電壓、電流采樣信號，分別經(jīng)過所述鎖相電路中的第一、第二比較器、異或門、第一至第四單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器以及第二、第三D觸發(fā)器可以得到兩路輸出脈沖信號，只要控制這兩路脈沖信號的脈寬相等，就可以實(shí)現(xiàn)輸出電壓、電流同步方波信號的占空比不等時(shí)的鎖相頻率跟蹤效果。


圖1是所述鎖相電路的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是傳統(tǒng)的鎖相電路的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是異或門XORl的輸出波形和第一、第二 D觸發(fā)器的Q輸出端輸出波形。圖4是所述鎖相電路應(yīng)用于超聲波電源的輸出電壓電流同步方波波形。圖5是所述鎖相電路應(yīng)用于超聲波電源，其輸出電壓、電流的采樣波形。圖6是傳統(tǒng)鎖相電路應(yīng)用于超聲波電源，其輸出電壓電流同步方波占空比不同時(shí)的同步方波波形以及輸出電壓、電流波形。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施作進(jìn)一步的詳細(xì)敘述，但本發(fā)明的實(shí)施和保護(hù)范圍不限于此。本發(fā)明公開的鎖相電路主要應(yīng)用于輸出電壓電流的同步方波信號具有不同占空比的情況下。如圖1所示，電壓采樣信號與電流采樣信號分別經(jīng)過第一比較器COMPl和第二比較器C0MP2，得到與電壓電流同步的方波信號。首先，將同步信號輸入到異或門XORl中，當(dāng)電壓電流同步信號處于不同電平時(shí)，XORl門將輸出高電平，這樣可以得到一系列的脈沖信號，對應(yīng)于電壓電流同步信號處于不同電平的時(shí)刻。然后將XORl門的輸出信號接入第二D觸發(fā)器DFF2和第三D觸發(fā)器DFF3的D輸入端，然后將電壓電流的同步信號，按圖中的接線方式，接入第一 第四單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(M0N05、M0N06、M0N07、M0N08)，將第一 第四單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的Q輸出端按圖中的接線方式接入第二 D觸發(fā)器DFF2和第三D觸發(fā)器DFF3的時(shí)鐘端，這樣可以將異或門XORl輸出的一路脈沖，分成對應(yīng)于輸出電流、電壓信號幾何中心點(diǎn)的兩路脈沖信號，如圖3中，異或門輸出信號VII，通過第一、第二D觸發(fā)器環(huán)節(jié)后，可以得到V43、V44的兩路分立的脈沖信號。只要控制V43和V44兩路脈沖信號的脈寬相等，就可以得到電壓電流鎖相同步的效果。所以，將這兩路脈沖信號，通過參數(shù)相等的第一、第二 RC濾波電路，如圖1所示，可以得到與脈寬成正比的直流電壓信號，控制兩個(gè)電壓信號的大小相等就能得到脈寬相等的效果。如圖4中，V8，V9是電壓電流同步的方波信號，可以看出，其幾何中心點(diǎn)還是比較同步的。圖5所示的是，電壓電流的采樣信號，VP7是電壓采樣信號，V7是電流采樣信號，為了清楚的比較電壓電流信號，V7的電流信號時(shí)經(jīng)過放大的。可以看出，鎖相還是比較好的。本電路元器件連接關(guān)系如圖1所示電壓、電流采樣信號分別接入第一比較器COMPl的正輸入端腳3和第二比較器C0MP2的正輸入端腳1，第一比較器COMPl的負(fù)輸入端腳4和第二比較器C0MP2的負(fù)輸入端腳2都接地。第一比較器COMPl的輸出端腳6接入異或門XORl的第一輸入端腳8，第二比較器C0MP2的輸出端腳5接入異或門XORl的第二輸入端腳7。第一比較器COMPl的輸出端腳6接入第一 D觸發(fā)器DFFl的時(shí)鐘端腳9，第二比較器C0MP2的輸出端腳5接第一 D觸發(fā)器DFFl的D輸入端口腳10。第一 D觸發(fā)器的Q非輸出端懸空。第一比較器COMPl的輸出端腳6分別接第二單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器M0N06上升沿腳12和第三單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器M0N07的下降沿腳13。第二比較器C0MP2的輸出端腳5分別接第一單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器M0N05的上升沿腳11和第四單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器M0N08下降沿腳14。第一單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器M0N05的Q輸出端腳15和第二單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器M0N06的Q輸出端腳16分別經(jīng)過一個(gè)二極管接入到第二 D觸發(fā)器DFF2的時(shí)鐘端口腳20。第三單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器M0N07的Q輸出端腳17和第四單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器M0N08的Q輸出端腳18分別經(jīng)過一個(gè)二極管輸入到第三D觸發(fā)器DFF3的時(shí)鐘端腳22。第一單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器M0N05和第二單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器M0N06的下降沿輸入端接地，第三單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器M0N07和第四單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器M0N08的上升沿輸入端接地。第一至第四單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的Q非輸出懸空。異或門XORl的輸出端分別接入第二 D觸發(fā)器DFF2的D輸入端腳19和第三D觸發(fā)器DFF3的D輸入端腳腳21。第二 D觸發(fā)器DFF2和第三D觸發(fā)器DFF3的Q輸出分別經(jīng)過參數(shù)相同的第一、第二 RC濾波電路輸入到第三比較器COMPll的負(fù)輸入端腳26和正輸入端腳25。第二、第三D觸發(fā)器的Q非輸出端懸空。兩個(gè)RC濾波電路中，第一 RC濾波電路由第一電阻R34和第一電容C34組成，第二 RC濾波電路由第二電阻R35和第二電容C35組成。傳統(tǒng)的鎖相電路如圖2所示，電壓采樣信號和電流采樣信號分別通過比較器第四比較器Cl和第五比較器C2,產(chǎn)生與電壓、電流信號同步的方波信號。Cl輸出的與電壓同步的方波信號接入D觸發(fā)器的時(shí)鐘端，C2輸出的電壓信號接入D觸發(fā)器的D輸入端。當(dāng)電壓信號與電流信號不同相位時(shí)，異或門能輸出與相差相等脈寬的脈沖信號。傳統(tǒng)鎖相電路得到的D觸發(fā)器Q輸出端的輸出電平，用于決定增加或者減小頻率，通過異或門XOR輸出脈寬的大小，用于決定頻率改變的快慢，以達(dá)到換能器諧振的目的。它只是根據(jù)電流電壓的同步信號的上升沿同步，來達(dá)到電流電壓信號同步的目的。如果電壓電流同步信號的脈寬不相等的話，同步信號上升沿同步，是不能達(dá)到電壓電流同相效果的，特別是在PS-PWM控制方法的情況下。PS-PWM調(diào)控方法是通過改變移相全橋的移相角來改變輸出電壓的有效值，從而達(dá)到調(diào)壓的目的。因此，通過PS-PWM方式調(diào)控的橋臂電壓輸出不是標(biāo)準(zhǔn)的方波信號，而是占空比可調(diào)的方波輸出。而橋臂信號施加于換能器系統(tǒng)上，其諧振電流是正弦信號，因此正弦電流的同步信號是占空比為O. 5的標(biāo)準(zhǔn)方波信號。如果使用傳統(tǒng)的鎖相電路，不能達(dá)到電壓電流同相的目的。如果采用傳統(tǒng)的控制方法，使得第一個(gè)電壓、電流信號的第一個(gè)上升沿同步，其輸出電壓電流如圖6所示，所以，傳統(tǒng)的控制方法無法使得PS-PWM控制方法的輸出電壓電流同相位。其中，VP1，V7分別是輸出電壓和輸出電流的采樣波形，V8，V9分別是電流、電壓的同步方波波形。
權(quán)利要求
1.一種用于超聲波電源的鎖相電路，其特征在于包括兩個(gè)比較器、異或門、四個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、三個(gè)D觸發(fā)器和兩個(gè)RC濾波電路，其中，第一比較器(COMPl)的輸出接入第二單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和第三單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，第二比較器(C0MP2)的輸出端接入第一單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和第四單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，第一比較器和第二比較器的輸出端還與異或門和第一 D觸發(fā)器(DFFl)的輸入連接，第一至第四單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和異或門的輸出接入第二 D觸發(fā)器(DFF2)和第三D觸發(fā)器(DFF3)，第二 D觸發(fā)器、第三D觸發(fā)器輸出的兩路脈沖信號分別各自經(jīng)過一個(gè)RC濾波電路，最后輸入到第三比較器(COMPll)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于超聲波電源的鎖相電路，其特征在于第一比較器的正輸入端腳和第二比較器的正輸入端腳分別接電壓、電流采樣信號，第一比較器的負(fù)輸入端腳和第二比較器的負(fù)輸入端腳都接地；第一比較器的輸出端腳接入異或門的第一輸入端腳，第二比較器的輸出端腳接入異或門的第二輸入端腳；第一比較的輸出端腳接入第一 D觸發(fā)器的時(shí)鐘端腳,第二比較器的輸出端腳接第一 D 觸發(fā)器的D輸入端口腳。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于超聲波電源的鎖相電路，其特征在于第一D觸發(fā)器的Q非輸出端懸空，第一比較器的輸出端腳分別接第二單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器上升沿腳和第三單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的下降沿腳，第二比較器的輸出端腳分別接第一單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的上升沿腳和第四單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器下降沿腳，第一單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的Q輸出端腳和第二單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的Q輸出端腳分別經(jīng)過一個(gè)二極管接入到第二 D觸發(fā)器的時(shí)鐘端口腳；第三單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的Q輸出端腳和第四單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的Q輸出端腳分別經(jīng)過一個(gè)二極管輸入到第三D觸發(fā)器的時(shí)鐘端腳；第一單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和第二單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的下降沿輸入端接地，第三單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和第四單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的上升沿輸入端接地；第一至第四單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的Q非輸出懸空；異或門的輸出端分別接入第二 D觸發(fā)器的D輸入端腳和第三D觸發(fā)器的D輸入端腳腳；第二 D觸發(fā)器和第三D觸發(fā)器的輸出分別經(jīng)過參數(shù)相同的第一、第二 RC濾波電路輸入到第三比較器的負(fù)輸入端腳和正輸入端腳；第二、第三D觸發(fā)器的Q非輸出端懸空。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的所述的一種用于超聲波電源的鎖相電路，其特征在于兩個(gè)RC濾波電路中，第一 RC濾波電路由第一電阻和第一電容組成，第二 RC濾波電路由第二電阻和第二電容組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的所述的一種用于超聲波電源的鎖相電路，其特征在于第一RC 濾波電路和第二 RC濾波電路參數(shù)相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的所述的一種用于超聲波電源的鎖相電路，其特征在于第一至第四單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的Q輸出端分別經(jīng)過一個(gè)二極管接入第二、第三D觸發(fā)器的時(shí)鐘端。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的所述的一種用于超聲波電源的鎖相電路，其特征在于通過控制第二、第三D觸發(fā)器輸出的兩路脈沖信號脈寬相等，來使輸出電壓、電流同相位。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于超聲波電源的鎖相電路,包括第一比較器和第二比較器，比較器輸出產(chǎn)生的電壓電流同步方波信號接入到第一至第四單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，和異或門以及第二D觸發(fā)器和第三D觸發(fā)。第一至第四單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和異或門的輸出接入第二、第三D觸發(fā)器，第二、第三D觸發(fā)器輸出的兩路脈沖信號分別經(jīng)過參數(shù)相同的第一、第二RC濾波電路，輸入到第三比較器中，第三比較器的輸出可以決定頻率增大減小的方向。本發(fā)明公開的鎖相電路可以用于占空比不同的電壓、電流同步方波信號，達(dá)到鎖相頻率跟蹤的目的。
文檔編號H03L7/08GK103051331SQ20121054190
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月14日
發(fā)明者杜貴平, 羅杰 申請人:華南理工大學(xué)