超声波发生器与换能器的匹配设计陈思忠

原因，造成工作频率上的输出电压和电流有一定相位差，从而使输出功率得不到期望的最大输出，使发生器输出效率降低，因此在发生器输出端并上或串上一个相反的抗，使发生器负载为纯电阻，也即调谐作用。由此可见匹配的好坏直接影响着功率超声源的产生和效率。为了保证系统有一定功率余量(因输出变压器，末级匹配回路及晶L为几十欧姆至几百欧姆间，为了要达到要求的额定功率，因此需要对换L通过输出变压器的初次级线圈的匝数比进行变换。变压器次初级匝数比O举例：要求一发生器输出在换能器上的功率为1000W，设直流电变压器初级的6.5Ω若换能器谐振时等效电阻RL＝200Ω,则输出变压器次级／初级圈以上称谓阻抗变换，是通过输出变压器实行的。设计与绕制工艺对发生器的工作安全是十分重要的。它不仅会以漏感、原因。为此，在设计时，应选取具有高磁通密度B，高导磁率μ,高电瞬态饱和时，在设计时要注意如下几点：铁芯材料的磁感应增量ΔB愈大，所需线圈匝数愈少，直流电阻Rm就愈陡。因此，在设计变压器时，选取高磁通密度的材料作铁芯，这对降低变压器的损耗、减小体积和重量都是很有利的。为了避免在稳态或为磁芯的最大和磁通密度。2.要保证初级电感量足够大LL一般要求变压器初级阻抗应满足下式关系：ωLl≥15R'，其中RLL为次级负载所算到初级边的等效电阻值，ωL1为初级电感感抗，若初级电感量太小，励磁电流将比较大，励磁电流过大，变压器的损耗将增加，温升随之增高，从而降低Bs，使变压器进入饱和的可能性增大。在高频工作时，流过导线的电流会产生“集肤效应”。这相当于减少了导线有效截面积，增加了导线的电阻，从而引起导线的压降增大，小直径的多股导线并绕的方法。能器谐振状态时，换能器上的电压VRL与电流IRL间存在着一相位角φ,只有当φ=0时，输出功率达最大值。因此为了使换能器上电压VRL与电流IRL同相(φ=0)，则必须在换能器上，并上或串上一个相抵消的抗。对于压电换能器而言，即并上或串上一个电感L即可，而磁致伸缩换能0器应并上或串上一个电容C。0在等效电路图中电导和电纳。它们都是频率的函数。并联调谐和串联调谐电感量由下式下面我们比较一下两种调谐的差异1.由于换能器的串联电抗比并联电抗小，故有L<L。2.并联调谐不改变换能器并联电导响应，而串联调谐后电导响应呈双峰，导纳圆图为二个重叠的圆。3.串联调谐的有功阻比并联调谐后有功阻小，即串联调谐可获得相4.从串、并联调谐的输入相角过零点情况看，作为宽带特性并联调5.目前在功率超声中用串联调谐较多，除上述串联的特性外，还有当换能器负载有短路现象时，因串联调谐有电感串在发生器输出回路中，不会使功放负载造成完全短路。在实际匹配电路调节中，有时要稍载造成对高次谐波的短路作用，会给开关带来危险。但也要注意感性负载会使管子反峰电压增加。匹配电感通常就是铁蕊线圈的电感，其电感量可按下式计算。lc铁芯平均磁路长/μ,故由此可见电感L与间隙lg近似成反比，调节lg间式中V为输出电压有效值(V)；f为工作频率(Hz)；B为铁芯磁感应(2)计算磁芯间隙lg肤效应的因素。当f>10kHz时由邻近效应引起的交流电阻R~约为其直因此，为维持电感线圈的正常升温，电流密度必须按照常规允许值关于集肤效应，常用高频电流的穿透深度B来表示：为减少集肤效应的影响，所选导线直径