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发表于 2007-9-18 21:32:00

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ABCCBA学习自激超声电源

ABCCBA学习自激超声电源，请大侠们指正，请朋友们讨论（看图说话） 

  abccba  等级： 论坛积分:154  发贴数:204   第1贴    2005-02-20 00:45   

大家过年都挺好的吧，先给大家拜个晚年！
过完年受朋友之托要做个功率超声电源，头一回接触，心里没底，请大家帮忙指点或有空一块儿讨论。

点击看大图

问题一》》
反馈变压器T1的设计原则：
1、初级电感的选择依据是什么？
2、初次匝数比n决定功率管的驱动电流和电压，设计时应该看成是电流驱动还是应该看成电压驱动，哪一个更实际些？驱动电流（电压）过大有什么危害？
3、既然有L1、L2与负载电容谐振，电路中为什么还要加L3、C1与T1的Lp组成谐振回路（为了讨论方便叫它反馈谐振回路吧）？是否多此一举呢？
4、反馈谐振回路属于并联谐振，如果Q值较高，在谐振时两端电抗很高，而它又是串联在输出回路中的，这会不会影响功率的输出？这个回路中的纯阻抗是Rp=（Np/Ns）^2*Rq，Rq是功率管的输入阻抗。这么理解是否正确？这个Q取值范围在多少合适？Rq又应该如何确定？
5、象这种情况下的设计，应该先从何处下手好？

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  abccba  等级： 论坛积分:154  发贴数:204   第2贴    2005-02-20 13:31   

1、电源输入电压（U-~U+）是全桥整流的馒头波，平均电压120V，峰值电压Umax=185V；
2、按300W计，流过半桥开关管的平均电流为300/120=2.5A，考虑每个开关管半个周期导通，峰值电流大致估算为2.5*（185/120）*2=8A。
3、开关管的hFE按20计，基极驱动为8A/20=0.4A。即反馈变压器T1的次级输出电流至少要满足0.4A。

　　以上是开关管驱动电流对T1的要求。
　　----------
　　这样考虑的思路不知对否？请指正，谢谢！

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  abccba  等级： 论坛积分:154  发贴数:204   第3贴    2005-02-20 13:57   

　　T1次级输出要使开关管导通，输出电压至少要高于（三个偏置二极管正向导通电压3*0.7=2.1V）+（开关管发射结正导电压0.7V）+（射极电阻压降2V）=5V。
　　这是该电路中开关管驱动电压对T1的要求。

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  abccba  等级： 论坛积分:154  发贴数:204   第4贴    2005-02-20 13:57   

我个人理解的变压器有两种工作方式：
１、电压变换如普通的电源变压器，传送功率变化时，初次级电压基本不变；
２、电流变换如电流互感器，传送功率变化时，初次级电压也变化。

在这个电路中的T1，串联在输出调谐回路中间，个人觉得它工作在电流变换方式。而且它的工作应该尽可能小地影响功率的输出，所以T1的初级电感Lp应该尽量小。

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  abccba  等级： 论坛积分:154  发贴数:204   第5贴    2005-02-20 13:59   

有时间的话，请大家都说两句吧，孤闷ing。

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  abccba  等级： 论坛积分:154  发贴数:204   第8贴    2005-02-20 21:13   

借到一本书，正在看。

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  jyding  等级： 论坛积分:53  发贴数:5   第6贴    2005-02-20 17:33   

此超声波机是用于焊接还是用于清洗?

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  abccba  等级： 论坛积分:154  发贴数:204   第7贴    2005-02-20 21:10   

清洗用
不知清洗与焊接的电源有什么区别？

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  jyding  等级： 论坛积分:53  发贴数:5   第9贴    2005-02-20 23:42   

我个人认为清洗机在工作中负载较焊接机稳定，所以制作比较容易。上面给定的电路中，L3,C1为自由振荡电路，它应该靠近换能器的机械振荡频率，
L1，L2为换能器的匹配电感它与晶片的参数有关，T1只是一升压变压器。

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  abccba  等级： 论坛积分:154  发贴数:204   第10贴    2005-02-21 00:21   

谢谢，很高兴您能回复。

　　“L3,C1为自由振荡电路”，您的意思是不是说，振荡频率由L3和C1组成的谐振网络决定，而T1只是挂在它上面取出反馈信号用的？

　　半桥镇流器电路的变压器，需要靠饱和来实现开关管的翻转导通，这个电路是靠L3C1的暂态振荡来实现开关翻转，还是和镇流器原理相同？

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  jyding  等级： 论坛积分:53  发贴数:5   第11贴    2005-02-21 01:40   

振荡建立时有换能器振荡频率应该同步到换能器的振荡频率,无换能器则自由振荡,只是个人认为.

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  abccba  等级： 论坛积分:154  发贴数:204   第14贴    2005-02-21 13:26   

您是说两个调谐回路（输出L1L2与换能器、T1初级LC）各自调谐，但调谐频率应通过调整保持一致或尽可能接近。

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  xyx911  等级： 论坛积分:828  发贴数:765   第12贴    2005-02-21 11:38   

点击看大图

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  abccba  等级： 论坛积分:154  发贴数:204   第13贴    2005-02-21 13:22   

太感谢了！
能告诉我是哪本书上的吗？

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  xyx911  等级： 论坛积分:828  发贴数:765   第15贴    2005-02-21 13:47   

从网上找的,具体哪本书忘了,去年八月搞的

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  abccba  等级： 论坛积分:154  发贴数:204   第17贴    2005-02-21 15:09   

谢谢，我再找找看。

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  abccba  等级： 论坛积分:154  发贴数:204   第16贴    2005-02-21 15:07   

问题二》》
超声换能器是否可以等效成RC回路？
在实际使用时，换能器的电参数是如何测量的？

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  abccba  等级： 论坛积分:154  发贴数:204   第19贴    2005-02-23 14:11   

D！

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  abccba  等级： 论坛积分:154  发贴数:204   第18贴    2005-02-21 15:10   

问题三》》
方波的开关信号能量如何传输到实际负载上的？

如果超声换能器可以等效成RC回路，那么输出回路可以等效成如下图：
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  xyx911  等级： 论坛积分:828  发贴数:765   第20贴    2005-02-23 17:09   

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  abccba  等级： 论坛积分:154  发贴数:204   第21贴    2005-02-23 20:34   

再次感谢！
1、这个图是输出回路的等效电路吗？
2、左右两侧，哪边是电源、哪边是负载？
3、图中的的变压器是输出匹配用的电路中的器件吗？那么1:2φ的φ是什么含义？
实在不好意思，真的没看懂，有时间请您解释以下可以吗？见笑了。

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  abccba  等级： 论坛积分:154  发贴数:204   第22贴    2005-02-23 23:29   

我搞错了，应该是换能器的等效电路。
1、左边是电端，C0是纯电容；
2、右边是力端，力学特性也可以表示成“容性”或“感性”，
　　右边的空接端子应该接换能器的力学负载，表现为纯阻性；
3、图中的变压器是电学和力学联系的等效变压器，１:２φ是换能器的电声学参数之一，具体是什么现在还说不好。

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  abccba  等级： 论坛积分:154  发贴数:204   第23贴    2005-02-24 00:18   

请教：(b)图中的-C0是什么？

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  xyx911  等级： 论坛积分:828  发贴数:765   第25贴    2005-02-24 10:47   

1109213255.pdf
第三节中有详细说明

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  abccba  等级： 论坛积分:154  发贴数:204   第27贴    2005-02-24 11:45   

谢谢！我先下载再读。

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  abccba  等级： 论坛积分:154  发贴数:204   第28贴    2005-02-24 13:56   

超声换能器到底是个什么玩意儿？……先说我的理解，再请大家指正！

1、从纯电学角度：它就是个电容，用电阻表量，不通；用电容表量有几百几千PF的容值；
2、从纯机械角度：它是个能谐振的弹性东西，振动在它内部有特殊的模式，象二胡的琴弦，但比它要复杂一点，在不同频率下表现出串联谐振和并联谐振特性；
3、从电声学角度：它是个转换器，加电压产生体积变化，限制它体积变化，就对限制它的物体产生力；加力在上就产生电压。
　　这种转换就象我们电源中用的变压器，描述变压器转换的参数是匝变比n，输入Vp输出Vs，则转换用Vp=-nVs表示，变压器两侧的参数都是电压V。
　　而描述换能器转换的参数是电声转换系数（电声比）Φ，电端参数电流I，声端(或叫机端)参数是声速v，转换用I= -Φv表示。

　　因为电学网络分析的理论较成熟，所以把力学向电学靠拢，就是说用电学的描述方式（如V、I、R、L、C等）来描述力学的规律。
　　在等效图的机端，力F相当于电学的电压V，声速v相当于电学的电流I，力阻抗Zm相当于电阻R。
　　于是在机端一侧，欧姆定律的力学形式为：F= v·Zm；机端侧的Lm、Cm等只做分析和理解用，是虚拟参数，难以实测，但可以通过其它参数的测量推算出来，如果用的到的话。

　　对物体施力物体就有状态变化的趋势，阻值形态变化的因素就是力阻Zm产生的原因，如损耗、变为动能、弹性势能等其它能量，于是
　　Zm = Rm + j·Xm = Rm + j·（ωM -K/ω）
　　可以这样理解：损耗因素Rm将能量转化为换能器以外的其它能量如热损，这种能量转换是不可逆的；
　　Xm可以理解为象LC等电元件那样存储能量的因素，包括转变为机械动能的ωM 项、产生弹性形变后变成弹性势能的K/ω项，储能这两项只是暂时存储能量，什么时候回收、什么时候它们之间相互转换，不同形、材的换能器就有不同的表现。

　　对于换能器压电器件的分析和等效，我想应该有三种状态：
　　１、自由状态：不夹紧的状态，分析压电片时；
　　２、夹紧状态：即做成换能器后但不施加负载时；
　　３、使用状态：实际使用情况，换能器置放于使用介质中，了解这一状态是我们设计电源最需要。

大家都说说吧，不然我一个人在这里得得地说，说的对错也不知道，是否显得太虎了点？

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  xyx911  等级： 论坛积分:828  发贴数:765   第29贴    2005-02-24 14:43   

换能器参数是分三种:
1.压电陶瓷片参数(可由生产厂商提供)
2.小信号测量换能器(书上有介绍方法,目的为匹配和检查换能器的质量)
3.大功率测量(实际产品,现很少有做测量的有效方法)

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  xyx911  等级： 论坛积分:828  发贴数:765   第30贴    2005-02-24 14:47   

换能器测量时包括的参数:
F:谐振频率(既阻抗最小时的状态)
FS:反谐振频率(阻抗最大时的状态)
F1-F2:带宽
R:动态电阻(阻抗)
C0:静电容(电容表就可测得)
C1:动态电容(匹配参数)
L1:动态电感(匹配参数)
以上数据可以通过阻抗分析仪/HP4139可以测得
关键的是动态的参数

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  abccba  等级： 论坛积分:154  发贴数:204   第32贴    2005-02-24 16:35   

阻抗分析仪是超声专用仪器，还是通用仪器，大致价钱多少？

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  abccba  等级： 论坛积分:154  发贴数:204   第34贴    2005-02-24 18:14   

　　从等效电路看，换能器和晶振滤波器等元件的电特性相似，应该有两个谐振频率，LCR串联谐振频率和LC0并联谐振频率。
　　如果换能器使用中(业内)通说的谐振频率只是指串联谐振频率(阻抗最小状态)，而忽略那个并联谐振频率，那么，是不是可以这样理解：要有效地完成电声转换，工作频率应该是串联谐振频率，只有在这个频率下L和C的电抗相互抵消，能量才能最大效率地传输到R上；而静电容C0通过电路中的匹配电感Lz进行中和，使开关管输出的电压和电流相位尽可能保持一致，从而满足电路输出能量传输的高效率。这样理解可以吗？
　　您说的参数中的L1、C1是否就是上面31贴图中的L、C？

　　如果是，那么是否还可以这样理解输出回路：
　　换能器接入电源后，暂且抛开反馈变压器的输出电路是一个串联谐振回路(L1C1R)并联在另一个串联回路(LzC0)的电容C0两端。前一个回路是不可调的（但不知是否受声学负载变化的影响？），而后一个回路可以通过Lz来调谐。
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  abccba  等级： 论坛积分:154  发贴数:204   第31贴    2005-02-24 16:29   

　　梅森(Mason)等效电路，通过材料力学和声学的推导，建立了压电器件(包括换能器)的等效电路，这个等效电路以前在使用石英晶振和陶瓷滤波器时常见，但到今天才知道它的真正意义，感谢xyx911！
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  xyx911  等级： 论坛积分:828  发贴数:765   第33贴    2005-02-24 16:50   

力端自由应指是的换能器在未加负载的情况
超声应用实际应是一个电-机的转换
换能器只是其中的转换元件
当力端加上负载换能器会有一个参数的变化,对焊接换能器来说,在未增加模具前和增加模具后就是一个负载变化,其中的L1,R1,C1都会发生变化

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  abccba  等级： 论坛积分:154  发贴数:204   第35贴    2005-02-24 18:20