專利名稱：一種超聲清洗電源系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及超聲清洗技術領域，特別涉及一種超聲清洗電源系統。
背景技術：
現有超聲波清洗電源系統的頻率主要通過外部的壓控振蕩器產生頻率信號或者由微處理器模擬振蕩器輸出頻率信號控制超聲換能器的功率，在工作時，其功率調整一般采用間隙工作、可控硅調壓、改變PWM(Pulse Width Modulation，脈寬調制)占空比等方式。但是壓控振蕩器產生的頻率容易產生頻率漂移現象，而單純采用微處理器模擬振蕩器輸出頻率信號的方式，存在信號處理困難的問題，如在改變PWM信號的占空比時需要外加復雜的電路來實現；功率調整采用可控硅調壓時，容易引起電網諧波干擾。有鑒于此，本發明提供一種超聲清洗電源系統。
發明內容
鑒于上述現有技術的不足之處，本發明的目的在于提供一種超聲清洗電源系統，以解決現有技術在調節超聲換能器的功率時容易出現頻率漂移現象和電網干擾的問題。為了達到上述目的，本發明采取了以下技術方案:
一種超聲清洗電源系統，用于控制超聲換能器的輸出功率，其包括:
用于對電網的電壓信號進行整流、濾波處理的電網電源整流濾波模塊；
用于產生原始頻率信號輸出給下述微控制器的壓控振蕩器；
用于對壓控振蕩器輸出的原始頻率信號進行分頻處理后，輸出兩路PWM信號給下述PWM驅動模塊的微控制器；
用于對微控制器輸出的兩路PWM信號進行處理，推動下述功率逆變器工作的PWM驅動模塊；
用于放大PWM驅動模塊輸出的信號的功率逆變器；
用于將功率逆變器輸出的直流信號轉換成交流信號來驅動超聲換能器工作的變壓
器；
所述電網電源整流濾波模塊連接功率逆變器，所述微控制器通過PWM驅動模塊連接功率逆變器，所述功率逆變器通過變壓器連接超聲換能器，所述壓控振蕩器連接微控制器。所述的超聲清洗電源系統，還包括用于采集功率逆變器輸出的電壓信號和電流信號的電壓電流傳感器，所述電壓電流傳感器串聯在功率逆變器、變壓器之間，電壓電流傳感器還連接微控制器。所述的超聲清洗電源系統，還包括用于比較功率逆變器輸出信號的電壓電流相位差，控制壓控振蕩器的輸出頻率的電壓電流相位檢測模塊，所述電壓電流相位檢測模塊連接電壓電流傳感器和壓控振蕩器。所述的超聲清洗電源系統，還包括用于檢測功率逆變器的溫度的溫度檢測模塊，所述溫度檢測模塊連接功率逆變器和微控制器。
所述的超聲清洗電源系統，還包括用于對變壓器輸出的信號進行過壓過流欠壓檢測的過壓過流欠壓檢測模塊，所述過壓過流欠壓檢測模塊連接變壓器和微控制器。所述的超聲清洗電源系統，還包括用于對超聲換能器空載時的電壓信號和電流信號進行檢測的空載檢測模塊；空載檢測模塊連接超聲換能器和微控制器。所述的超聲清洗電源系統中，所述PWM驅動模塊包括:
用于判斷微控制器輸出的信號是否為故障信號的與門判斷單元；
用于對與門判斷單元輸出的信號進行隔離處理的隔離光耦單元；
用于對隔離光耦單元輸出的信號進行處理來驅動功率逆變器工作的PWM驅動單元； 微控制器、與門判斷單元、隔離光耦單元、PWM驅動單元和功率逆變器依次連接。所述的超聲清洗電源系統中，所述隔離光耦單元包括光耦芯片、第一三極管和第二三極管，所述光耦芯片的+VFl端和+VF2端均連接與門判斷單元，-VFl端和-VF2端接地；所述光耦芯片的VOl端連接第一三極管的基極，第一三極管的集電極連接PWM驅動單元的第一信號輸入端，第一三極管的發射極接地；所述光耦芯片的V02端連接第二三極管的基極，第二三極管的集電極連接PWM驅動單元的第二信號輸入端，第二三極管的發射極接地。所述的超聲清洗電源系統中，所述PWM驅動單元包括第一驅動芯片和第二驅動芯片；所述第一驅動芯片的IN端連接第二三極管的集電極，第一驅動芯片的HO端和LO端均連接功率逆變器；所述第二驅動芯片的IN端連接第一三極管的集電極，第二驅動芯片的HO端和LO端均連接功率逆變器。所述的超聲清洗電源系統中，所述電網電源整流濾波模塊包括:
用于對電網的電壓信號進行濾波的電網濾波器；
用于對電網濾波器輸出的交流信號轉換成直流信號的整流單元；
用于將整流單元輸出的信號進行濾波處理的濾波單元；
所述電網濾波器、整流單元、濾波單元和功率逆變器依次連接。相較于現有技術，本發明提供的超聲清洗電源系統，其超聲頻率直接由微控制器輸出，避免了現有技術由外部壓控振蕩器直接輸出而產生頻率漂移的現象，同時超聲換能器的功率調節直接由微控制器內部完成，不必另外增加調節電路，簡化了電路結構，滿足電子產品小型化要求，提高了產品在市場上的競爭力。
圖1為本發明超聲清洗電源系統中第一較佳實施例的結構框圖。圖2為本發明超聲清洗電源系統中第二較佳實施例的結構框圖。圖3為本發明超聲清洗電源系統中微控制器、與門判斷單元和壓控振蕩器的電路圖。圖4為本發明超聲清洗電源系統中隔離光耦單元和PWM驅動單元的電路圖。
具體實施例方式本發明提供一種超聲清洗電源系統，為使本發明的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實施例對本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
本發明提供的超聲清洗電源系統用于控制超聲換能器10的輸出功率，請參閱圖1，其為本發明超聲清洗電源系統中第一較佳實施例的結構框圖。如圖1所示，所述超聲清洗電源系統包括電網電源整流濾波模塊20、壓控振蕩器U2、微控制器U1、PWM驅動模塊30、功率逆變器40和變壓器50。所述電網電源整流濾波模塊20連接功率逆變器40，所述微控制器Ul通過PWM驅動模塊30連接功率逆變器40，所述功率逆變器40通過變壓器50連接超聲換能器10，所述壓控振蕩器U2連接微控制器Ul。本實施例中，所述功率逆變器40為高頻逆變器、變壓器50為高頻變壓器，高頻逆變器和高頻變壓器工作的頻率范圍均為20KHz 150KHz。其中，電網電源整流濾波模塊20用于對電網的電壓信號進行整流、濾波處理，所述壓控振蕩器U2用于產生原始頻率信號輸出給微控制器Ul，通過微控制器Ul分頻處理后，輸出兩路P麗信號(在圖3和圖4中，這兩路信號用PWMA和PWMB表示)給PWM驅動模塊30，由PWM驅動模塊30判斷是否有故障信號，再經過隔離、PWM驅動處理后至功率逆變器40中推動功率逆變器40工作，之后由功率逆變器40將PWM驅動模塊30輸出的兩路PWM信號放大，并通過變壓器50將直流信號轉換成交流信號來驅動超聲換能器10工作。其中，所述電網電源整流濾波模塊20包括電網濾波器201、整流單元202和濾波單元203，所述電網濾波器201、整流單元202、濾波單元203和功率逆變器40依次連接。電網電源輸入的電壓信號由電網濾波器201濾波后，經過整流單元202將電網濾波器201輸出的交流信號轉換成直流信號，再由濾波單元203進行濾波處理后輸出至功率逆變器40中。本發明實施例中，所述超聲換能器10輸出的功率通過調整兩路PWM信號的占空比來實現，具體通過輸入相應的工作參數至微控制器中來實現。所以本發明提供的超聲清洗電源系統還包括輸入模塊60，其與微控制器Ul連接，用于輸入清洗參數，即控制PWM占空比的參數，該輸入模塊60可為按鍵、鍵盤、旋轉編碼器或者觸摸屏。并且所述的超聲清洗電源系統還可包括顯示模塊70，其與微控制器Ul連接，用于顯示洗滌過程的參數和用戶操作界面。該顯示模塊70可為圖像液晶顯示屏或者彩色觸摸顯示屏。本發明提供的第二較佳實施例是在第一較佳實施例的基礎上增加了多個功能模塊，從而能夠更加精確的控制超聲換能器10的輸出功率。如圖2所示，本發明的第二較佳實施例提供的超聲清洗電源系統還包括電壓電流傳感器80，串聯在功率逆變器40、變壓器50之間，還連接微控制器Ul連接，用于采集功率逆變器40輸出的電壓信號和電流信號。在功率逆變器40超負載時，通過微控制器Ul檢測電壓電流傳感器80的電流來實現過流保護，超聲換能器10的輸出功率通過計算輸出電壓與電流的乘積獲得，該數值由微控制器Ul計算讀取。請繼續參閱圖2，所述的超聲清洗電源系統還包括電壓電流相位檢測模塊90，其與電壓電流傳感器80和壓控振蕩器U2連接，用于比較功率逆變器40輸出信號的電壓電流相位差，控制壓控振蕩器U2的輸出頻率。本實施例中，所述電壓電流相位檢測模塊90為超聲清洗電源系統的自動頻率跟蹤電路部分，通過采集輸入變壓器50的電流信號(功率逆變器40輸出的電流信號)，比較電壓電流相位差(即輸入變壓器50的電壓與電流的相位差)，從而控制壓控振蕩器U2頻率。為了提高超聲換能器10輸出功率的控制精度，本發明第二較佳實施例提供的超聲清洗電源系統具有溫度檢測、過壓過流欠壓檢測、空載檢測等功能，判斷是否有故障信號。其中，溫度檢測通過溫度檢測模塊100實現，所述溫度檢測模塊100與功率逆變器40和微控制器Ul連接，用于檢測功率逆變器40的溫度，微控制器Ul通過讀取該溫度數據實現溫度保護。過壓過流欠壓檢測通過過壓過流欠壓檢測模塊110實現，其與變壓器50和微控制器Ul連接，用于對變壓器50輸出的信號進行過壓過流欠壓檢測，微控制器Ul通過讀取該過壓過流欠壓檢測模塊110檢測的數據實現過壓過流欠壓保護。空載檢測通過空載檢測模塊120實現，其與超聲換能器10和微控制器Ul連接，用于對超聲換能器10空載時的電壓信號和電流信號進行檢測，微控制器Ul通過讀取該空載檢測模塊120檢測的數據，判斷超聲換能器10是否處于空載狀態。具體實施時，所述功率逆變器米用IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型晶體管)模塊或 MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor，金屬-氧化層-半導體-場效晶體管)組成的橋式驅動電路，其溫度保護通過溫度檢測模塊100檢測IGBT模塊或者MOSFET功率管的溫度，再由微控制器Ul來讀取實現，其過流保護通過微控制器讀取電壓電流傳感器80的電流來實現。具體實施時，所述微控制器Ul可以采用各種8位、16位、32位單片機或者ARM(Advanced RISC Machines,是英國的一家微處理器企業)嵌入式控制器。本實施例中，微控制器Ul采用了 ATMEL公司生產的型號為ATMEGA64的單片機，壓控振蕩器U2采用型號為LTC6900的集成芯片，由壓控振蕩器U2輸出原始頻率到微控制器Ul中，由微控制器Ul分頻處理后輸出兩路PWM信號(B卩PWMA和PWMB)至PWM驅動模塊30中。請一并參閱圖3，壓控振蕩器U2的V-端為供電端、DIV端和GND端接地、SET端連接電壓電流相位檢測模塊90、OUT端連接微控制器Ul的Η)6/Τ1端口，微控制器Ul的PB5/0C1A端和PB6/0C1B端連接PWM驅動模塊30。微控制器Ul的其它管腳的接線方式請參考ATMEGA64的芯片資料，此處不作詳述。請同時參閱圖2、圖3和圖4，PWM驅動模塊30包括:與門判斷單元301、隔離光耦單元302和PWM驅動單元303，微控制器U1、與門判斷單元301、隔離光耦單元302、PWM驅動單元303和功率逆變器40依次連接。其中，與門判斷單元301用于判斷微控制器Ul輸出的信號是否為故障信號；隔離光耦單元302用于對與門判斷單元301輸出的信號進行隔離處理以防止信號干擾；PWM驅動單元303用于對隔離光耦單元302輸出的信號進行處理來驅動功率逆變器40工作。具體實施時，所述與門判斷單元301可采用型號為74HC08的芯片，其第9端連接微控制器Ul的PB5/0C1A端、第13端連接PB6/0C1B端、第3端和第6端連接均隔離光耦單元302。與門判斷單元301將輸入其中的兩路PWM信號(即PWMA和PWMB)進行判斷，判斷是否有故障信號，再輸出PWMAl和PWMBl至隔離光耦單元302中。所述隔離光耦單元302包括光耦芯片U3、第一三極管Ql和第二三極管Q2，在收到與門判斷單元301輸出的兩路信號PWMAl和PWMBl后，光耦芯片U3對其信號隔離處理，輸出相應的兩路信號PWMA2和PWMB2 (圖中未示出)，分別控制第一三極管Ql和第二三極管Q2導通。所述光耦芯片U3的型號為HCPL-2531，其+VFl端和+VF2端均連接與門判斷單元301，-VFl端和-VF2端各通過一電阻接地；所述光耦芯片U3的VOl端連接第一三極管Ql的基極，第一三極管Ql的集電極連接PWM驅動單元303的第一信號輸入端(即第二驅動芯片的IN端，圖4中未視出)，第一三極管Ql的發射極接地；所述光耦芯片U3的V02端連接第二三極管Q2的基極，第二三極管Q2的集電極連接PWM驅動單元303的第二信號輸入端(即第一驅動芯片U4的IN端)，第二三極管Q2的發射極接地。至于光耦芯片U3的其它管腳的接地方式請參考HCPL-2531的芯片資料，此處不作詳述。所述PWM驅動單元303包括第一驅動芯片U4和第二驅動芯片，均采用型號為IR21844S的芯片，光耦芯片U3傳遞的一路信號PWMA2加到第一驅動芯片U4上，可以直接驅動功率逆變器的一對橋臂，另一路信號PWMB2加到第二驅動芯片上，也可以驅動功率逆變器的另一對橋臂。由于兩個驅動芯片相同，所以圖4中僅示出了第一驅動芯片U4，第二驅動芯片的接線方式與第一驅動芯片U4相同。如圖3和圖4所示，所述第一驅動芯片U4的IN端連接第二三極管Q2的集電極，第一驅動芯片U4的HO端和LO端均連接功率逆變器40;所述第二驅動芯片的IN端連接第一三極管Ql的集電極，第二驅動芯片的HO端和LO端均連接功率逆變器40。關于第一驅動芯片U4的
端、VSS端、DT端、NC端、VB端、VS端、VCC端和COM端的接線方式請參考IR21844S的
芯片資料，此處不作詳述。綜上所述，本發明提供的超聲清洗電源系統，其超聲頻率直接由微控制器輸出，避免了現有技術由外部壓控振蕩器直接輸出而產生頻率漂移的現象，同時超聲換能器的功率調節直接由微控制器內部完成，不必另外增加調節電路，簡化了電路結構，滿足電子產品小型化要求，提高了產品在市場上的競爭力。本發明通過微控制器檢測電壓、電流、功率及溫度，實現了電路工作的可靠性和系統故障的保護。而且，本發明采用脈寬調制方式進行功率調節具有功率控制精確，電路工作可靠等優點。另外本發明還采用液晶屏來顯示輸入設置參數、輸出過程參數，非常直觀。可以理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應屬于本發明所附的權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種超聲清洗電源系統，用于控制超聲換能器的輸出功率，其特征在于，包括: 用于對電網的電壓信號進行整流、濾波處理的電網電源整流濾波模塊； 用于產生原始頻率信號輸出給下述微控制器的壓控振蕩器； 用于對壓控振蕩器輸出的原始頻率信號進行分頻處理后，輸出兩路PWM信號給下述PWM驅動模塊的微控制器； 用于對微控制器輸出的兩路PWM信號進行處理，推動下述功率逆變器工作的PWM驅動模塊； 用于放大PWM驅動模塊輸出的信號的功率逆變器； 用于將功率逆變器輸出的直流信號轉換成交流信號來驅動超聲換能器工作的變壓器； 所述電網電源整流濾波模塊連接功率逆變器，所述微控制器通過PWM驅動模塊連接功率逆變器，所述功率逆變器通過變壓器連接超聲換能器，所述壓控振蕩器連接微控制器。
2.根據權利要求1所述的超聲清洗電源系統，其特征在于，還包括用于采集功率逆變器輸出的電壓信號和電流信號的電壓電流傳感器，所述電壓電流傳感器串聯在功率逆變器、變壓器之間，電壓電流傳感器還連接微控制器。
3.根據權利要求2所述的超聲清洗電源系統，其特征在于，還包括用于比較功率逆變器輸出信號的電壓電流相位差，控制壓控振蕩器的輸出頻率的電壓電流相位檢測模塊，所述電壓電流相位檢測模塊連接電壓電流傳感器和壓控振蕩器。
4.根據權利要求1所述的超聲清洗電源系統，其特征在于，還包括用于檢測功率逆變器的溫度的溫度檢測模塊，所述溫度檢測模塊連接功率逆變器和微控制器。
5.根據權利要求1所述的超聲清洗電源系統，其特征在于，還包括用于對變壓器輸出的信號進行過壓過流欠壓檢測的過壓過流欠壓檢測模塊，所述過壓過流欠壓檢測模塊連接變壓器和微控制器。
6.根據權利要求1所述的超聲清洗電源系統，其特征在于，還包括用于對超聲換能器空載時的電壓信號和電流信號進行檢測的空載檢測模塊；空載檢測模塊連接超聲換能器和微控制器。
7.根據權利要求1所述的超聲清洗電源系統，其特征在于，所述PWM驅動模塊包括: 用于判斷微控制器輸出的信號是否為故障信號的與門判斷單元； 用于對與門判斷單元輸出的信號進行隔離處理的隔離光耦單元； 用于對隔離光耦單元輸出的信號進行處理來驅動功率逆變器工作的PWM驅動單元； 微控制器、與門判斷單元、隔離光耦單元、PWM驅動單元和功率逆變器依次連接。
8.根據權利要求7所述的超聲清洗電源系統，其特征在于，所述隔離光耦單元包括光耦芯片、第一三極管和第二三極管，所述光耦芯片的+VFl端和+VF2端均連接與門判斷單元，-VFl端和-VF2端接地；所述光耦芯片的VOl端連接第一三極管的基極，第一三極管的集電極連接PWM驅動單元的第一信號輸入端，第一三極管的發射極接地；所述光耦芯片的V02端連接第二三極管的基極，第二三極管的集電極連接PWM驅動單元的第二信號輸入端，第二三極管的發射極接地。
9.根據權利要求8所述的超聲清洗電源系統，其特征在于，所述PWM驅動單元包括第一驅動芯片和第二驅動芯片；所述第一驅動芯片的IN端連接第二三極管的集電極，第一驅動芯片的HO端和LO端均連接功率逆變器；所述第二驅動芯片的IN端連接第一三極管的集電極，第二驅動芯片的HO端和LO端均連接功率逆變器。
10.根據權利要求1所述的超聲清洗電源系統，其特征在于，所述電網電源整流濾波模塊包括: 用于對電網的電壓信號進行濾波的電網濾波器； 用于對電網濾波器輸出的交流信號轉換成直流信號的整流單元； 用于將整流單元輸出的信號進行濾波處理的濾波單元； 所述電網濾波器、 整流單元、濾波單元和功率逆變器依次連接。
全文摘要
本發明公開了一種超聲清洗電源系統，用于控制超聲換能器的輸出功率，其包括電網電源整流濾波模塊、壓控振蕩器、微控制器、PWM驅動模塊、功率逆變器和變壓器；電網電源整流濾波模塊連接功率逆變器，所述微控制器通過PWM驅動模塊連接功率逆變器，所述功率逆變器通過變壓器連接超聲換能器，所述壓控振蕩器連接微控制器。本發明提供的超聲清洗電源系統，其超聲頻率直接由微控制器輸出，避免了現有技術由外部壓控振蕩器直接輸出而產生頻率漂移的現象，同時超聲換能器的功率調節直接由微控制器內部完成，不必另外增加調節電路，簡化了電路結構，滿足電子產品小型化要求，提高了產品在市場上的競爭力。
文檔編號H02M5/456GK103199712SQ20131008136
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月14日 優先權日2013年3月14日
發明者陳嶸, 蘇日慶, 李正中, 劉力 申請人:然斯康波達機電設備(深圳)有限公司