連，電阻R31的另一端接地；相位檢測芯片U5可以采用型號(hào)為AD8302的產(chǎn)品，但不限于此；
[0027]如圖5所示，所述驅(qū)動(dòng)電路包括:隔離芯片U6，驅(qū)動(dòng)芯片U7，穩(wěn)壓芯片U8，電阻R36-R40，電容C38-C41，二極管D7 ;其中，電阻R36的一端與隔離芯片U6的正相輸入端口相連，隔離芯片U6的負(fù)相輸入端口接地；電阻R37的一端和電阻R38的一端相連后接隔離芯片U6的使能端口 ；電阻R38的另一端與隔離芯片U6的電壓輸出端口相連后接驅(qū)動(dòng)芯片U7的輸入端口 ；驅(qū)動(dòng)芯片U7的供電電壓端口接15V電源；二極管D7的陰極和電阻R39的一端相連后接驅(qū)動(dòng)芯片U7的輸出端口 ；二極管D7的陽極和電阻R39的另一端相連后與電阻R40的一端相連；電容C38的一端和電容C39的一端相連后接穩(wěn)壓芯片U8的輸入端，穩(wěn)壓芯片U8的輸入端接15V電源；電容C40的一端和電容C41的一端相連后接穩(wěn)壓芯片U8的輸出端相連；隔離芯片U6的電源端口與電阻R37的另一端相連后接穩(wěn)壓芯片U8的輸出端；隔離芯片U6的接地端口、驅(qū)動(dòng)芯片U7的接地端口、穩(wěn)壓芯片U8的接地端口、電容C38的另一端、電容C39的另一端、電容C40的另一端、電容C41的另一端和電阻R40的另一端均接驅(qū)動(dòng)地；隔離芯片U6可以采用型號(hào)為6N137的產(chǎn)品，但不限于此；驅(qū)動(dòng)芯片U7可以采用型號(hào)為MIC4429的產(chǎn)品，但不限于此；穩(wěn)壓芯片U8可以采用型號(hào)為MC7805的產(chǎn)品，但不限于此。
[0028]所述整流及直流調(diào)壓單元包括:二極管D1-D6，M0S管Q1、Q2，電感L1、L2，電容Cl、C2，電流霍爾傳感器H1、H2，電壓霍爾傳感器Hv ;其中，二極管Dl的陽極和二極管D2的陰極相連后接市電的一端；二極管D3的陽極和二極管D4的陰極相連后接到市電的另一端；二極管Dl的陰極、二極管D3的陰極、MOS管Ql的漏極、MOS管Q2的漏極、電容Cl的一端均相連與一點(diǎn)；二極管D2的陽極、二極管D4的陽極、電容Cl的另一端、二極管D5的陽極、二極管D6的陽極、電容C2的一端均相連與一點(diǎn)；M0S管Ql的源極和二極管D5的陰極相連后與電感LI的一端相連；M0S管Q2源極和二極管D6陰極相連后與電感L2的一端相連；電感LI的另一端和電感L2的另一端相連后與電容C2的另一端相連；電感LI和電感L2公共端和電感LI另一端之間放置電流霍爾傳感器Hl ;電感LI和電感L2公共端和電感L2另一端之間放置電流霍爾傳感器H2 ;電容C2兩端連接到電壓霍爾傳感器Hv ；M0S管Ql的柵極和MOS管Q2的柵極均與驅(qū)動(dòng)電路的二極管D7的陽極相連；電流霍爾傳感器Hl的兩端、電流霍爾傳感器H2的兩端和電壓霍爾傳感器Hv的兩端均分別接第一信號(hào)調(diào)理電路的電阻R15的兩端；
[0029]所述定移相角逆變單元包括:M0S管Q3、Q4、Q5、Q6 ;其中，MOS管Q3的漏極和MOS管Q5的漏極相連后與整流及直流調(diào)壓單元的電容C2的另一端相連；M0S管Q3的源極與MOS管Q4的漏極相連；M0S管Q5的源極與MOS管Q6的漏極相連；M0S管Q3的柵極、MOS管Q4的柵極、MOS管Q5的柵極、MOS管Q6的柵極均分別與各自的驅(qū)動(dòng)電路的二極管D7的陽極相連；
[0030]所述匹配升壓隔離單元包括:電容C3、C4，電感L3，變壓器Tl，電流互感器H3、H4 ；其中，MOS管Q3的源極和MOS管Q4的漏極的公共端與電容C3的一端相連；電容C3的另一端與電感L3的一端相連，電感L3的另一端與變壓器T的原邊一端相連；M0S管Q5的源極和MOS管Q6的漏極的公共端與變壓器T的原邊另一端相連，并在這兩端之間放置電流互感器H3 ;變壓器T的副邊一端與電容C4的一端相連后與超聲換能器的一端相連，變壓器T的副邊另一端與電容C4的另一端相連后與超聲換能器的另一端相連；電容C4的另一端與超聲換能器一端之間放置電流互感器H4 ;電流互感器H3的兩端、電流互感器H4的兩端和變壓器Tl的輔助繞組的兩端均與各自的第二信號(hào)調(diào)理電路的電阻R15的兩端相連；
[0031]整個(gè)電源的輸入為單相市電220V交流，通過整流及直流調(diào)壓單元輸出調(diào)壓范圍在150-250V之間，逆變單元定移相角60度，頻率調(diào)節(jié)范圍在18KHz-21KHz之間，經(jīng)過匹配后輸出標(biāo)準(zhǔn)正弦波幅值為1300V，波動(dòng)小于5%。
[0032]本實(shí)施例的整流及直流調(diào)壓單元采用了全橋不控整流后通過兩個(gè)buck交錯(cuò)并聯(lián)進(jìn)行調(diào)壓的結(jié)構(gòu)，開關(guān)頻率為ΙΟΟΚΗζ，三角載波移相180度進(jìn)行控制，減小了輸出電壓電流紋波。當(dāng)功率等級(jí)要求增大時(shí)，可以采用多個(gè)buck交錯(cuò)并聯(lián)的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。
[0033]通過兩個(gè)電流霍爾傳感器對(duì)兩并聯(lián)支路電流進(jìn)行采樣，通過電壓霍爾傳感器對(duì)直流輸出電壓進(jìn)行采樣，以同一電流參考值分別對(duì)兩支路電流進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)均流，提高動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)限流功能。動(dòng)態(tài)調(diào)壓響應(yīng)時(shí)間小于10ms。
[0034]定移相角逆變單元采用恒定60度移相角進(jìn)行控制，可以得到THD含量最小的波形。逆變開關(guān)管選用的是MOS管，開關(guān)頻率高，可以適用到10KHz以上頻率的焊接要求中。
[0035]匹配升壓隔離單元采用變比為1:5的升壓變壓器，原邊串聯(lián)隔值電容和濾波電感，副邊并聯(lián)濾波電容進(jìn)行匹配。本實(shí)施例中濾波電感可以取120uH，隔值電容取20uF。
[0036]通過變壓器輔助繞組采樣輸出電壓，通過兩個(gè)電流互感器分別采樣變壓器原副邊電流。采用AD637芯片搭建的電路檢測電壓和電流的有效值。電壓電流相位差可以通過AD8302搭建的電路進(jìn)行檢測。
[0037]如圖6所示，DSP內(nèi)部控制方式為，通過TMS320F28335微處理器對(duì)輸入的電壓電流有效值和相位差進(jìn)行運(yùn)算可以得到單周期內(nèi)的負(fù)載阻抗對(duì)應(yīng)的實(shí)部，跟蹤實(shí)部最大值頻率從而實(shí)現(xiàn)對(duì)并聯(lián)諧振頻率的跟蹤。通過幾個(gè)參數(shù)變化的特點(diǎn)可以在某個(gè)參數(shù)采樣值不準(zhǔn)的時(shí)候軟件切換到跟蹤反諧振頻率或者最大阻抗頻率，保證頻率跟蹤的準(zhǔn)確性，系統(tǒng)不會(huì)失諧。通過輸出電壓Us參考值V _f作差，然后通過PI調(diào)節(jié)器和限幅對(duì)中間級(jí)參考電壓V D&rf進(jìn)行微調(diào)；前級(jí)直流穩(wěn)壓通過電壓電流雙環(huán)控制，載波移相角180°，輸出兩路PffM驅(qū)動(dòng)波形。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種調(diào)壓變頻分級(jí)控制的超聲塑料焊接電源，其特征在于，包括:采樣控制單元、整流及直流調(diào)壓單元、定移相角逆變單元、匹配升壓隔離單元和超聲換能器五個(gè)單元；其中，所述采樣控制單元包括:微處理器、第一信號(hào)調(diào)理電路、第二信號(hào)調(diào)理電路、驅(qū)動(dòng)電路、有效值檢測電路和相位檢測電路等；其中，第一信號(hào)調(diào)理電路和微處理器的AD采樣端口相連；驅(qū)動(dòng)電路與微處理器的EPffM端口相連；第二信號(hào)調(diào)理電路的原邊電流調(diào)理信號(hào)輸出端、gij邊電流調(diào)理信號(hào)輸出端和輔助繞組電壓調(diào)理信號(hào)輸出端分別與三個(gè)有效值檢測電路的輸入端口相連；第二信號(hào)調(diào)理電路的副邊電流調(diào)理信號(hào)輸出端和輔助繞組電壓調(diào)理信號(hào)輸出端與相位檢測電路的輸入端口相連；三個(gè)有效值檢測電路的輸出端口和相位檢測電路的輸出端口均與微處理器的AD采樣端口相連； 所述整流及直流調(diào)壓單元包括:二極管D1-D6，MOS管Ql、Q2，電感L1、L2，電容Cl、C2，電流霍爾傳感器H1、H2，電壓霍爾傳感器Hv ;其中，二極管Dl的陽極和二極管D2的陰極相連后接市電的一端；二極管D3的陽極和二極管D4的陰極相連后接到市電的另一端；二極管Dl的陰極、二極管D3的陰極、MOS管Ql的漏極、MOS管Q2的漏極、電容Cl的一端均相連與一點(diǎn)；二極管D2的陽極、二極管D4的陽極、電容Cl的另一端、二極管D5的陽極、二極管D6的陽極、電容C2的一端均相連與一點(diǎn)；M0S管Ql的源極和二極管D5的陰極相連后與電感LI的一端相連；M0S管Q2源極和二極管D6陰極相連后與電感L2的一端相連；電感LI的另一端和電感L2的另一端相連后與電容C2的另一端相連；電感LI和電感L2的公共端與電感LI另一端之間設(shè)置電流霍爾傳感器Hl ;電感LI和電感L2的公共端與電感L2另一端之間設(shè)置電流霍爾傳感器H2 ;電容C2兩端與電壓霍爾傳感器Hv的輸入端相連；M0S管Ql的柵極和MOS管Q2的柵極均與各種驅(qū)動(dòng)電路的輸出端相連；電流霍爾傳感器Hl、電流霍爾傳感器H2和電壓霍爾傳感器Hv均分別與第一信號(hào)調(diào)理電路的輸入端口相連； 所述定移相角逆變單元包括:M0S管Q3、Q4、Q5、Q6 ;其中，MOS管Q3的漏極和MOS管Q5的漏極相連后與整流及直流調(diào)壓單元的電容C2的另一端相連；M0S管Q3的源極與MOS管Q4的漏極相連；M0S管Q5的源極與MOS管Q6的漏極相連；M0S管Q3的柵極、MOS管Q4的柵極、MOS管Q5的柵極、MOS管Q6的柵極分別與各自的驅(qū)動(dòng)電路的輸出端口相連； 所述匹配升壓隔離單元包括:電容C3、C4，電感L3，變壓器Tl，電流互感器H3、H4;其中，MOS管Q3的源極和MOS管Q4的漏極的公共端與電容C3的一端相連；電容C3的另一端與電感L3的一端相連，電感L3的另一端與變壓器T的原邊一端相連；M0S管Q5的源極和MOS管Q6的漏極的公共端與變壓器T的原邊另一端相連，并在這兩端之間設(shè)置電流互感器H3 ;變壓器T的副邊一端與電容C4的一端相連后與超聲換能器的一端相連，變壓器T的副邊另一端與電容C4的另一端相連后與超聲換能器的另一端相連；電容C4的另一端與超聲換能器一端之間設(shè)置電流互感器H4 ;電流互感器H3、電流互感器H4和變壓器Tl的輔助繞組均與各自的第二信號(hào)調(diào)理電路的輸入端口相連。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種調(diào)壓變頻分級(jí)控制的超聲塑料焊接電源，包括：采樣控制單元、整流及直流調(diào)壓單元、定移相角逆變單元、匹配升壓隔離單元和超聲換能器五個(gè)單元；其中，所述采樣控制單元包括：微處理器、第一信號(hào)調(diào)理電路、第二信號(hào)調(diào)理電路、驅(qū)動(dòng)電路、有效值檢測電路和相位檢測電路；其中，第一信號(hào)調(diào)理電路和驅(qū)動(dòng)電路均與微處理器相連；第二信號(hào)調(diào)理電路分別與有效值檢測電路和相位檢測電路相連；有效值檢測電路和相位檢測電路均與微處理器的AD采樣端口相連；本發(fā)明具有輸出電壓電流波形THD小，調(diào)壓范圍寬，可以實(shí)現(xiàn)大功率超聲焊接，調(diào)壓或調(diào)功響應(yīng)快，電壓紋波小即換能器振動(dòng)振幅波動(dòng)小，頻率跟蹤精度和準(zhǔn)確性高，電轉(zhuǎn)換效率高等特點(diǎn)。
【IPC分類】H02M5/10, H02M5/458, H02M3/157, H02M1/12, H02M7/5387
【公開號(hào)】CN105226984
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510631895
【發(fā)明人】石健將, 何昕東, 侯慶會(huì)
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué), 杭州成功超聲設(shè)備有限公司
【公開日】2016年1月6日
【申請(qǐng)日】2015年9月29日