），因此具有控制算 法簡單、頻率搜索跟蹤迅速和性能穩(wěn)定的優(yōu)點?；谏鲜隼碛?，本實用新型可以在功率超聲 波電源應(yīng)用領(lǐng)域廣泛推廣。
【附圖說明】
[0016] 圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖
【具體實施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進行詳細的描述。
[0018] 如圖1所示，本實用新型復(fù)頻超聲波電源，它包括信號發(fā)生及功率放大單元1、頻 率跟蹤單元2和控制單元3。
[0019] 信號發(fā)生及功率放大單元1包括兩超聲波發(fā)生模塊11、兩信號濾波器12、兩功放 驅(qū)動模塊13和兩功率放大器14。信號發(fā)生及功率放大單元1分為結(jié)構(gòu)相同的兩路，每一路 均包括一輸入端連接控制單元3的超聲波發(fā)生模塊11，每一超聲波發(fā)生模塊11的輸出端 依次連接信號濾波器12、功放驅(qū)動模塊13、功率放大器14和復(fù)頻換能器；超聲波發(fā)生模塊 11根據(jù)控制單元3發(fā)送的控制信號產(chǎn)生相應(yīng)頻率、占空比和具有初始相位的超聲波信號， 并依次經(jīng)過信號濾波器12濾波，濾波后的信號觸發(fā)功放驅(qū)動模塊13工作，功放驅(qū)動模塊13 為功率放大器14提供驅(qū)動能量，以驅(qū)動功率放大器14進行信號的放大，放大后的信號驅(qū)動 復(fù)頻換能器工作。
[0020] 頻率跟蹤單元2包括兩電流信號采集模塊21、兩電壓信號采集模塊22、四信號濾 波器23、一模擬多路開關(guān)24、一相位關(guān)系判斷模塊25、一第一A/D轉(zhuǎn)換器26、兩相位差信號 提取模塊27和兩第二A/D轉(zhuǎn)換器28。
[0021] 其中，每一功率放大器14的輸出端各自對應(yīng)連接一電流信號米集模塊21和一電 壓信號采集模塊22,每一電流信號采集模塊21和電壓信號采集模塊22的輸出端均對應(yīng)連 接一信號濾波器23。
[0022] 每一信號濾波器23的輸出端分成兩路：
[0023] 一路連接模擬多路開關(guān)24的輸入端，模擬多路開關(guān)24的輸出端分別連接相位關(guān) 系判斷模塊25和第一A/D轉(zhuǎn)換器26,且將模擬多路開關(guān)24輸出電壓和輸出電流信號傳送 給相位關(guān)系判斷模塊25,輸出電流信號傳送給第一A/D轉(zhuǎn)換器26,相位關(guān)系判斷模塊25和 第一A/D轉(zhuǎn)換器26的輸出端分別連接控制單元3,以形成頻率跟蹤單元2的掃頻功能，通過 掃頻的形式找到復(fù)頻換能器的諧振頻率，其工作過程為：每一電流信號采集模塊21和電壓 信號采集模塊22將采集到的對應(yīng)輸出超聲波信號的電流和電壓信號傳送給相應(yīng)的信號濾 波器23進行濾波，然后傳送給模擬多路開關(guān)24。控制單元3向模擬多路開關(guān)24發(fā)送采樣 信號切換控制信號，選通通過模擬多路開關(guān)24的一組電流和電壓信號，并將輸出的電流和 電壓信號傳送給相位關(guān)系判斷模塊25,實時判斷兩者的相位關(guān)系，并將反映該相位關(guān)系的 反饋信號傳送給控制單元3,以通過控制單元3實現(xiàn)信號發(fā)生及功率放大單元1輸出頻率的 加頻或減頻。將輸出的電流信號傳送給第一A/D轉(zhuǎn)換器26,轉(zhuǎn)換后傳送給控制單元3,控制 單元3根據(jù)實時接收的電流值并結(jié)合上述相位關(guān)系判斷過程快速搜索最大電流值時對應(yīng) 的頻率，以形成頻率跟蹤單元2的掃頻功能，通過掃頻功能分別得到復(fù)頻換能器的兩路諧 振頻率，控制單元3根據(jù)該頻率控制信號發(fā)生及功率放大單元1輸出相應(yīng)的諧振頻率，使復(fù) 頻換能器工作在諧振狀態(tài)。
[0024]另一路依次連接相位差信號提取模塊27、第二A/D轉(zhuǎn)換器28和控制單元3,形成 頻率跟蹤單元2的鎖相功能，以實時監(jiān)測復(fù)頻換能器是否保持工作在諧振狀態(tài)，其工作過 程為：兩路相位差信號提取模塊27提取兩路超聲波信號各自對應(yīng)的電流與電壓間相位差， 并通過第二A/D轉(zhuǎn)換器28將其轉(zhuǎn)換成反映電流和電壓相位差信息的數(shù)字量后分別反饋給 控制單元3,以實時監(jiān)測復(fù)頻換能器是否工作在諧振狀態(tài)；當任意一路的電流與電壓之間 相位差信號的數(shù)字量超出控制單元3設(shè)定的閾值范圍時，復(fù)頻換能器失諧，頻率跟蹤單元2 重新進入掃頻狀態(tài)。
[0025] 上述頻率跟蹤單元2以復(fù)頻換能器工作在諧振狀態(tài)時工作電流最大的特性為依 據(jù)，結(jié)合基于相位信息的頻率跟蹤技術(shù)原理為設(shè)計基礎(chǔ)。
[0026] 上述實施例中，電流信號采集模塊21可以采用電流互感器。電壓信號采集模塊22 可以采用電壓互感器。相位關(guān)系判斷模塊25可通過D觸發(fā)器實現(xiàn)。相位差信號提取模塊 27可以通過數(shù)字鑒相器實現(xiàn)。
[0027] 控制單元3包括控制芯片31、通信模塊32、按鍵33和顯示屏34。
[0028] 其中，控制芯片31用于控制超聲波發(fā)生模塊11的輸出頻率、根據(jù)頻率跟蹤單 元2反饋的信號控制超聲波發(fā)生模塊11的輸出頻率進行調(diào)整以及判斷復(fù)頻換能器是否 工作在諧振狀態(tài)，其可以是單片機、DSP(digitalsignalprocessor，數(shù)字信號處理器）、 FPGA(Field-ProgrammableGateArray，現(xiàn)場可編程門陣列）和ARM處理器等各類帶有 寄存器的嵌入式控制單元；控制芯片31分別電連接通信模塊32(信號輸入輸出口即芯片引 腳）、按鍵33和顯示屏34。
[0029] 通信模塊32可以是串口、以太網(wǎng)、藍牙等任何上位機通信方式，通過通信模塊32 與上位機相連進行通訊，接收上位機發(fā)出的頻率、相位差和功率初始控制參數(shù)。
[0030] 按鍵33用于選擇本實用新型的工作模式為單頻或復(fù)頻同時驅(qū)動狀態(tài)，并可以通 過按鍵33設(shè)置或調(diào)整兩路超聲波信號的頻率、功率和相位差參數(shù)。
[0031] 顯示屏34用于查看本實用新型的當前工作狀態(tài)和兩路超聲波信號的參數(shù)信息。
[0032] 本實用新型工作時：
[0033] 1)本實用新型上電后，通過按鍵33鍵入或由上位機輸入并通過通信模塊32發(fā)送 給控制芯片31控制信號發(fā)生及功率放大單元1發(fā)生超聲波信號的初始控制參數(shù)：第一路超 聲波頻率&、第二路超聲波頻率f2，第一路超聲波功率Pl、第二路超聲波功率p2和兩路超聲 波信號間的相位差A(yù)cp，且若兩路輸出信號為同頻率信號，其間相位差只有一個，即為預(yù)設(shè) 相位差△(?;若兩路輸出信號為二倍頻關(guān)系，其間相位差有兩個值，其中初相位為預(yù)設(shè)相位 差A(yù)<p，依此類推。
[0034] 上述超聲波頻率的設(shè)置是根據(jù)所連接的復(fù)頻換能器的設(shè)計頻率而定。
[0035] 2)控制芯片31將接收的初始控制參數(shù)轉(zhuǎn)換成超聲波發(fā)生模塊11可識別的控制信 號，即將第一路超聲波頻率、第二路超聲波頻率f2對應(yīng)轉(zhuǎn)換成第一路頻率控制信號fn、第 二路頻率控制信號f22，兩路超聲波發(fā)生模塊11根據(jù)所接收的頻率控制信號輸出不同頻率 的超聲波信號；將第一路超聲波功率Pi、第二路超聲波功率P2對應(yīng)轉(zhuǎn)換成第一路占空比控 制信號pn、第二路占空比控制信號P22，通過對功率參數(shù)的調(diào)整可以改變輸出超聲波信號的 占空比，進而實現(xiàn)對超聲波信號輸出功率的控制；將兩路超聲波信號間的相位差A(yù)q)轉(zhuǎn)換 成第一路超聲波信號的相位控制信號9i和第二路超聲波信號的相位控制信號的相位控 制信號<p」，根據(jù)給定相位控制信號的不同，兩路超聲波發(fā)生模塊11輸出的兩路超聲波信 號具有一定的相位差。
[0036] 3)控制芯片31將第一路頻率控制信號fn、第一路占空比控制信號pn和相位控制 信號i發(fā)送給其中一個超聲波發(fā)生模塊11;將第二路頻率控制信號f22、第二路占空比控 制信號P22和相位控制信號<P2發(fā)送給另一超聲波發(fā)生模塊11。
[0037] 控制芯片31輸出控制信號更新時鐘給超聲波發(fā)生模塊11，用于控制超聲波發(fā)生 模塊11對輸入的控制信號進行更新，即控制超聲波發(fā)生模塊11同時產(chǎn)生對應(yīng)新的頻率、占 空比和相位關(guān)系的兩路超聲波信號。
[0038] 根據(jù)超聲波發(fā)生模塊11發(fā)出兩路具有預(yù)設(shè)頻率、占空比和相位差的超聲波信號， 經(jīng)相應(yīng)信號濾波器12濾波后發(fā)送給功放驅(qū)動模塊13,功放驅(qū)動模塊13驅(qū)動功率放大器14 將超聲波信號進行放大，以驅(qū)動所連接的復(fù)頻換能器工作。
[0039] 4)由于本實用新型所連接的復(fù)頻換能器的諧振頻率與設(shè)計頻率間可能存在一定 的偏差，并且復(fù)頻換能器受工況因素的影響，其工作時的諧振頻率會發(fā)生波動，因此需要進 行掃頻得到諧振頻率，并通過鎖相功能監(jiān)測復(fù)頻換能器是否保持工作在諧振狀態(tài)，從而穩(wěn) 定工作，另外復(fù)頻換能器的兩組諧振頻率相互獨立，因此需要對兩路輸出分別進行掃頻和 鎖相。
[0040] ①在復(fù)頻換能器未工作在諧振狀態(tài)時：
[0041] 頻率跟蹤單元2中的電流信號采集模塊21和電壓信號采集模塊22從信號發(fā)生及 功率放大單元1輸出端采集兩路超聲波信號的電流信號h、i2，電壓信號Ul、u2，并分別通過 對應(yīng)的信號濾波器23濾去干擾。
[0042] 控制芯片31控制模擬多路開關(guān)24切換采集兩路超聲波信號，一方面將通過模擬