超声波换能器工作谐振状态

针对传统超声电源采用模拟锁相电路进行频率跟踪时，存在锁相范围窄、元器件一致性差 、 在负载突变时易失锁等缺点。在此提出了一种将数字 PI 控制器和数字频率直接合成（ DDS ）技术相结合的复合控制方法，对其设计方法、工作原理进行了阐述。实验结果表明，该方法

可很好地跟踪负载谐振的变化，使开关器件工作在软开关状态，显著地减小了功率器件的开关损耗，提高了电源效率。

  在超声逆变电源的实际应用中，由于换能器发热及负载变化等因素的影响，会使换能器的谐振频率发生漂移，导致声学系统温度升高，功率开关器件处于硬开关状态，逆变器功耗增大并可能烧毁功率器件, 因此对换能器进行频率跟踪是超声波电源的一个关键技术 。频率跟踪电路工作原理为：当压电换能器工作于谐振状态时，换能器两端电压与流过换能器的电流相位基本相同。当换能器处于失谐状态时，其两端电压与电流存在相位差 。

  在超声加工中，由于受换能器发热、工具磨损及负载变化等因素的影响， 会使换能器的谐振频率发生漂移，导致振动系统失谐， 这将使声学系统的温度升高，振幅成指数级下降，从而造成恶性循环，这不仅影响加工速度，甚至可能因换能器过热而烧坏。为了保证超声加工的顺利进行， 提出了一种基于直接数字频率合成 - 锁相环（ DDS-PLL ）的粗精频率复合跟踪控制策略。