專家解析超聲波清洗設備電源應用原理

超聲波清洗設備是以超聲波作用于清洗工件，使得附著在工件上的顆粒、油污等隨超聲波的機械振動而脫落或溶解或乳化等，達到洗凈工件的目的。從原理上說，超聲波清洗設備中核心部分應該是超聲波的作用。

    超聲波清洗設備中的超聲波部分分為兩大部件；一個是超聲波換能器{或稱超聲波振頭)；另一個是超聲波發生器，超聲波換能器是將超聲波發生器提供的電信號轉換為機械振動．這篇文章只討論超聲波發生器，不對超聲波換能器作討論．

    超聲波發生器(以下簡稱發生器)實質是一個功率信號發生器，它產生一定頻率的正弦(或類似正弦)信號，超聲波發生器的發展與電力電子器件發展密切相關，一般可分為電子管、模擬式晶體管．開關式晶體管這幾個階段，下面分別敘述。

    超聲波清洗設備的原理

    首先由信號發生器來產生一個特定頻率的信號，這個信號可以是正弦信號，也可以是脈沖信號，這個特定頻率就是換能器的頻率，一般在超聲波設備中使用到的超聲波頻率為25KHz、28KHz、35KHz、40KHz；1OOKHz或以上現在尚未大量使用．但隨著以后精密清洗的不斷發展。相信使用面會逐步擴大．

    功率放大器可有多種形式，如電子管甲類放大器．甲乙類放大器；晶體管甲類或乙類放大器（均屬于模擬式)：晶體管開關式放大器等，功率一般從50W到5000W不等，由信號發生器產生的頻率信號經過功率放大器后需經過阻抗匹配，使得輸出的阻抗與換能器相符，推動換能器將電信號轉換為機械振動．

    比較完善的超聲波發生器還應有反饋環節，主要提供二個方面的反饋信號：個是提供輸出功率信號，我們知道當發生器的供電電源（電壓）發生變化時．發生器的輸出功率也會發生變化，這時反映在換能器上就是機械振動忽大忽小，導致清洗效果不穩定．因此需要穩定輸出功率，通過功率反饋信號相應調整功率放大器，使得功率放大穩定。

第二個是提供頻率跟蹤信號．當換能器工作在諧振頻率點時其效率，工作穩定，而換能器的諧振頻率點會由于裝配原因和工作老化后改變，當然這種改變的頻率只是漂移，變化不是很大，頻率跟蹤信號可以控制信號發生器，使信號發生器的頻率在一定范圍內跟蹤換能器的諧振頻率點．讓發生器工作在狀態。當然隨著現代電子技術，特別是微處理器(uP)及信號處理器(DSP)的發展，發生器的功能越來越強大，但不管如何變化，其核心功能應該是如上所述的內容，只是每部分在實現時技術不同而已。

    發生器發展的幾個階段

    發生器發展可以分為三個大的階段；個階段是采用電子管放大器；第二個階段是采用晶體管模擬放大器；第三個階段是采用晶體管數字(開關)放大器。

    3.1電子管放大器

    在早期上世紀80年代前，信號的功率放大還采用電子管．采用電子管的好處呈它的動態范圍較寬．這個好處對于音頻放大器致關重要，但對超聲波發生器沒有什么用處，因此一旦功率晶體管出現后即遭淘汰．電子管的缺點很多，例如，功耗大。體積大、壽命短，效率低。

    3．2晶體管模擬放大器

    上世紀80年代到90年代中旬，功率晶體管發展已非常成熟，各種OCL及OTL電路均適用于發生器．它的原理圖如圖2所示．

    信號發生器產生一個特定頻率的正弦波，經前置放大器進行信號放大，推動功率放大器進行功率放大。再經阻抗變換，提供給換能器，其中VCC，VEE是通過變壓．整流、濾波后的直流電源。

    但模擬功率放大器有幾個缺點：

    (1)功耗較大。由于OTL，OCL電路理論效率只有78％左右，實際效率更低，功耗大，導致功率管發熱嚴重，需要較大的散熱功率．功率管的發熱導致工作不太穩定．

    (2)體積大、重量重．由于功率管輸出的功率受到

    限制，要輸出較大的功率需要更多的功率管，況且發生器所需求的直流電源是通過變壓器降壓。整流。濾波后得到的．大功率的變壓器比較重，效率也比較低．

    (3)不易使用現代的微處理器來處理，由于該電路呈現一個比較典型的模擬線路特征，用數字處理比較復雜，涉及到A／D(模擬轉數字)和D／A(數字轉模擬)，成本比較高，可靠性低