Ультразвуковой генератор Советский патент 1988 года по МПК H03B5/40 

V-Aw

со

Од to

О)

.А

1г

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано в устройствах питания ультразвуковых излучателей.

Целью изобретения является повышение надежности путем ограничения тока нагрузки.

На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема ультразвуко- Ю вого генератора; на фиг.2 - временные диаграммы работы генератора.

Ультразвуковой генератор содержит первый 1 и второй 2 силовые транзисторные ключи, коммутирующие диоды 15 3 и 4, источник 5 питания, источник- 6 подмагничивания, дроссель 7, нагрузку 8, регулируемый по частоте и скважности задающий генератор (ЗГ ) 9, первый 10 и второй 1 двухвходо- 20 вые коммутаторы тока, согласующий трансформатор 12, первый 13 и второй 14 источники смещения, трансформатор 15 тока, датчик 16 перегрузки, управляемый транзисторный ключ 17, при этом трансформатор 15 тока содержит первую 18 и вторую 19 входные обмотки и выходную обмотку 20, датчик 16 перегрузки содержит резистор 2, диодную цепь 22 размагничи- вания и вьтрямительный диод 23.

Ультразвуковой генератор работает следующим образом.

Полный цикл исходного состояния (фиг.2) состоит из четырех временных интервалов: пеового (t,- t), второуровню

на втором временном ин25

го (tj- tg), третьего

(tj- tj и

четвертого (t-,- t.). Изменение длительности импульса tn ЗГ 9 (фиг.2а) приводит к изменению выходной мощности ультразвукового генератора. Первый 10 и второй 11 двухвходовые коммутаторы тока с помощью выходного сигнала согласующего трансформатора 12 и первого 13 и второго 14 источ НИКОВ смещения формируют сигналы уп-. равления первым 1 и вторым 2 силовыми транзисторными ключами (фиг.26,в). Первый силовой транзисторный размыкается только на время t, оставаясь замкнутьгм вторую часть периода, а второй силовой транзисторный ключ 2 замыкается только на это время, оставаясь разомкнутым остальную часть периода. Логика их переключения обеспечивает на первом временном интервале спад тока на нагрузке 8 ниже уровня постоянной составляющей i(j , приближение тока к

тервале, нарастание тока выше уровня io на третьем интервале и приближе ние к значению i о на четвертом интервале (фиг.2д). При уменьшении тока нагрузки В в момент t,, например, возникает перегрузка. Ток к моменту t успевает достигнуть уровня ip (фиг.2е). На первом временном интервале первый 1 и второй 2 силовые транзисторные ключи разомкнуты, поэтому ток успевает уменьшиться до нуля под действием разности напряжений источника 5 питания и источника 6 подмагничивания. В момент исчезновения тока в нагрузке В напряжение на ней равно нулю (не показан). На втором временном интервале замыкается первый силовой транзисторный ключ 1 и ток успевает вырасти до уровня ip (фиг.2д,е). На рассмотренных интервалах времени сопротивление нагруз« ки 8 в исходном состоянии и при перегрузке мало и практически не меняется. Поэтому ток ig, равный отношению электродвижущей силы источника подмагничивания к суммарному омическому сопротивлению контура: первый силовой транзисторный ключ 1, источник 6 подмагничивания, дроссель 7, нагрузка В и коммутирующий диод 4, практически не меняется. Опасность нарушения работоспособности возникает только на третьем интервале времени,когда замкнутыми оказываются первый 1 и второй 2 силовые транзисторные ключи. Ток в нагрузке В резко возрастает. Скорость его изменения ограничивается практически только дросселем 7. Но датчик 16 перегрузки прекращает его рост за счет выключения первого .силового транзисторного ключа 1 в момент вре45 мени t и обеспечивает его двухпо- зиционную стабилизацию с гистерезисом d i (фиг.2е). Первая 1В и вторая 19 входные обмотки трансформатора 15 тока и выходная обмотка 20 имеют количество витков соответственно

30

35

40

50

W5,W,

W

и протекающие через

токи соответственно i

них

На

6 э г третьем интервале времени имеет место равенство

55

(1)

При ii ijp защита срабатывает, вызывая замыкание управляемого трануровню

на втором временном инW5,W,

W

и протекающие через

токи соответственно i

них

На

6 э г третьем интервале времени имеет место равенство

(1)

При ii ijp защита срабатывает, вызывая замыкание управляемого транзисторного ключа 17 и размыкание первого силового транзисторного ключа 1. К этому моменту уравнение (I) принимает вид

10 г

l,,Wj - l.,W

с -б

где 1 1 J, значения соответствующих токов в этот МО- мент.

Ток 1,, замыкаясь по цепи: втора входная обмотка 19, коммутирующий диод 3, источник 6 подмагничивания, дроссель 7, нагрузка 8 и второй си- ловой транзисторный ключ 1 начинает уменьшаться. Первая входная обмотка 18 отк;лочается, На ней наводится напряжение отпирающей для первого силового транзисторного клю- ча 1 полярности, но по величине недостаточное для его замыкания. На интервале времени t4- ty трансформатор 15 тока описывается уравнением

IjW,

Управляемый транзисторный ключ 17 остается замкнутым, ведь управ- ляющие им ампервитки возрастают на отключенную им самим величину igW. В момент времени tj ток i, уменьша- ясь, достигает значения и управляемый транзисторный ключ 17 размыкается, обеспечивая включение первого силового транзисторного ключа 1 (фиг.2г, штрихпунктирная кривая). К этому моменту уравнение (3) принимает вид ij.w, . . (4)

Введя уравнение (4) в уравнение (2) удается получить результат

1э1 31 Г i-p-Wgили

31

diw.

определяющий гистерезис ультразвукового генератора. Начиная с момента времени t логика работы ультразву- ковго генератора повторяется. Важная роль в процессе передачи трансформатором 15 тока однополярных импульсов тока во время (t j- t) принадлежит диодам, образующим цепь 22 размагни- чивания и шунтирующим выходную обмотку w. На интервале (tj- t) они заперты и ток i1 через один выпрямителный диод 23 лшпь замыкается по резис.

}о

15 2025

35

зо 40

45

ьтору 21, либо потребляется базо- врй цепью управляемого транзисторного ключа 17. По окончании третьего временного интервала (tj- t) диоды диодной цепи 22 размагничивания открываются энергией, накопленной трансформатором 15 тока во время передачи управляемого импульса для управляемого транзисторного ключа 17 и имитируют источник электродвижущей силы заданной числом диодов величины. Этот источник размагничивает сердечник трансформатора 15 тока. Время размагничивания должно быть меньше паузы между информационными импульсами тока для управляемого транзисторного ключа 17. Меняя число диодов диодной цепи 22 размагничивания, можно влиять на время размагничивания. Такое построение датчика I6 перегрузки обеспечивает передачу каждого импульса тока трансформатором 15 тока в условиях размагничивания сердечника, т.е. без искажений.

Формула изобретения

Ультразвуковой генератор, содержащий однотактный усилитель, который вьтолнен по схеме моста, в котором первое и второе противололожные плечи содержат соответственно первый и второй силовые транзисторные ключи, а каждое из двух других противополож-. ных плеч содержит коммутирующий диод, регулируемый по частоте и скважности задающий генератор, первый и второй двухвходовые коммутаторы тока, первый и второй источники смещения, при этом одна диагональ моста подключена к источнику питания, в другую диагональ моста включены последовательно соединенные источник подмагничивания, дроссель и нагрузка, которая выполнена в виде магнитострик- ционного преобразователя, первые входы первого и .второго двухвходо- вых коммутаторов тока через соответственно первую и вторуюхвторичные противофазные обмотки сог- Умщего трансформатора подключен к выходу регулируемого по частоте и скважности задающего генератора, вторые входы первого и второго двухвходо- вых коммутаторов тока подключены к выходу соответственно первого и второго источников смещения, выход вто.to tj

t2

3 tiftfte tj ts Фиг. 2

Изобретение м.б.использовано в устр-вах питания ультразвуковых излучателей. Цель изобретения - повышение надежности путем ограничения тока нагрузки. Устр-во содержит силовые транзисторные ключи 1 и 2, коммутирующие диоды 3 и 4,источник 5 питания, источник 6 подмагничива- ния, дроссель 7, нагрузку 8, регулируемый по частоте и скважности задающий г -р 9, двухвходовые коммутаторы 10 и II тока, согласующий тр-р 12, источники 13 и 14 смещения. Вновь введены тр-р 15 тока, содержащий 1-ю и 2-ю входные обмотки 18, 19 и выходную обмотку 20, датчик 16 перегрузки, содержащий резистор 21, диодную цепь 22 размагничивания, выпрямительный диод 23, и управляемый транзисторный ключ 17. 2 ил. (Л