超聲波發生器(或稱功率源)是一種用于產生并向超聲波換能器提供超聲波能量使之工作于諧振頻率的裝置,根據其激勵方式可分為兩種:一種是他激式,一種是自激式。他激式超聲波發生器主要包括兩個部分:前級是信號發生器,后級是功率放大器,一般通過輸出變壓器耦合,將超聲波能量加到超聲波換能器上。自激式超聲波發生器則將信號發生器、功率放大器、輸出變壓器及超聲波換能器連成一個整體,構成一個閉環回路,使整個超聲波發生器通過幅度、相位反饋,產生足夠的功率,使超聲波換能器自動保持諧振在機械共振頻率上。
隨著科技的日新月異,電力電子器件的發展非常迅速,迄今為止,已經發展出很多不同原理、不同特性的電力電子器件。一件器件決定一代電力電子技術,超聲波發生器的發展同樣離不開電力電子器件的發展,并在一定程度上是隨著其發展而發展的。依據超聲波發生器末級功放管所采用的器件類型,可看出其發展所經歷的幾個階段:
1.早期的產品是采用電子管,然后發展到可控硅逆變式超聲波發生器,它們缺點很多,都已經被淘汰。
2.晶體管式超聲波發生器。各種OCL及OTL功放級電路均適用于超聲波發生器,其線路成熟,成本較低,但體積大,質量重,很難調整到超聲波換能器頻率諧振點上,輸出功率受功率管限制,不能達到理想的效果。不易于采用現代的數字方式來處理,僅僅在小功率(200W以下)應用。
3.功率模塊超聲波發生器。通過調節開關管的占空比來控制輸出的功率,具有功耗低,效率高,體積小,重量輕,可靠性好,易于采用數字方式控制。根據功率模塊所采用的開關管類型主要有以下兩種:
a.使用功率MOS管作為開關器件,根據其自身開關,具有以下優點:開關頻率高(100KHZ-1MHZ),抗擊穿特性好(沒有雪崩效應),驅動電路簡單,缺點是導通電阻大,受電流容量的限制,沒有做到滿功率輸出,輸出功率也就不盡人意,應用行業面不寬。
b.使用IGBT作為開關器件,它應用于開關頻率在20-50khz,功率較大(1500w以上)的超聲波發生器中。
下表為超聲波發生器主要性能特點
電子管式發生器 | 晶體管式發生器 | 功率模塊發生器 | |
線路方式 | 簡單 | 簡單 | 比較簡單 |
體積 | 大 | 中 | 小 |
重量 | 重 | 中 | 輕 |
效率 | 低(40%) | 中(60-70%) | 高(80-90%) |
功率 | 中 | 小 | 大 |
功耗 | 大 | 中 | 小 |
成本 | 低 | 低 | 高 |
自動化程度 | 低 | 中 | 高 |
保護電路 | 簡單 | 中 | 復雜 |