超聲波電源通常稱為超聲波發(fā)生器，是將標(biāo)準(zhǔn)的50Hz或60Hz輸入電壓轉(zhuǎn)換成與超聲波換能器相匹配的高頻交流電信號(hào)。從放大電路形式，可以采用線性放大電路和開關(guān)電源電路，大功率超聲波電源從轉(zhuǎn)換效率方面考慮一般采用開關(guān)電源的電路形式。從超聲業(yè)界的情況看，超聲波主要分為自激式（模擬電源常用于焊接）和它激式電源（數(shù)控電源常用于聲化學(xué)）。

超聲波電源復(fù)雜性

應(yīng)用設(shè)備電源的瞬時(shí)功率特性可分為四類（通常取決于負(fù)載類型），這四類特性在一定程度上決定了所需電源的要求。

• 電源恒功率：在負(fù)載循環(huán)期間，功率是恒定的。當(dāng)負(fù)荷相對(duì)恒定時(shí)，如在霧化或空化作用時(shí)，就會(huì)發(fā)生這種情況。

• 可預(yù)測(cè)功率：功率在整個(gè)負(fù)載周期中都會(huì)變化，但以可預(yù)測(cè)的方式變化（即，從一個(gè)負(fù)載周期到下一個(gè)負(fù)載周期，功率變化是相同的），超聲波檢測(cè)就是一個(gè)例子。

• 部分可預(yù)測(cè)功率：功率在整個(gè)負(fù)載周期中都會(huì)變化，但會(huì)以半可預(yù)測(cè)的方式變化（即，總功率趨勢(shì)是相同的，但各部分之間可能會(huì)有一些變化）例如，某些金屬焊接部件可能具有較厚的氧化物層或鍍層，這需要更多的時(shí)間進(jìn)行擦洗。同樣，某些塑料焊接零件可能會(huì)有更多的脫模現(xiàn)象。

• 不可預(yù)測(cè)的功率：可以在較大范圍內(nèi)預(yù)測(cè)功率，但無(wú)法預(yù)測(cè)瞬時(shí)功率。一個(gè)例子是超聲塑料切割，其中塑料的組成隨切割深度而變化。

共振類型

   必須規(guī)定超聲波電源以串聯(lián)或并聯(lián)諧振方式工作，每種共振方式都有自身的優(yōu)勢(shì)，兩者都被廣泛使用。無(wú)論選擇哪個(gè)，換能器都必須兼容（即，設(shè)計(jì)用于串聯(lián)諧振的超聲波換能器在并聯(lián)諧振時(shí)將無(wú)法正常運(yùn)行，反之亦然）。

自動(dòng)調(diào)節(jié)

鎖定主共振

   所有的超聲設(shè)備都有一個(gè)主共振(理想的工作共振)，此外，還會(huì)有二次共振，當(dāng)超聲波電源啟動(dòng)時(shí)，它必須鎖定主共振而忽略次共振。

跟蹤主共振

   在超聲設(shè)備使用過(guò)程中，主共振的頻率可能會(huì)發(fā)生偏移。隨著電池堆溫度的升高，該頻率可能會(huì)降低（由于內(nèi)部損耗或負(fù)載傳遞的熱量）。由于陶瓷的非線性，在大功率下頻率可能會(huì)下降。由于對(duì)負(fù)載的反應(yīng)，頻率可能會(huì)發(fā)生變化，該變化可以是正的或負(fù)的。下圖顯示了在超聲金屬焊接過(guò)程中大約下降了200 Hz頻率。

                                           超聲波金屬焊接時(shí)的堆疊頻率

   不管什么原因，電源必須能夠自動(dòng)地跟隨這個(gè)頻移。否則，頻率的微小變化將導(dǎo)致電源組輸出振幅明顯下降。這是因?yàn)槌暥褩Ｍǔ＞哂蟹浅Ｕ膸挘纾瑢?duì)于圖1中所示的20kHz工業(yè)傳感器，當(dāng)驅(qū)動(dòng)源突然斷開時(shí)，通過(guò)振幅衰減測(cè)量確定開路帶寬為~40Hz（即，Q為~500）。在這種情況下，從共振頻率偏移僅20Hz將減少30%的換能器振幅和50%的可用功率輸出（假設(shè)恒定的電輸入）。

   當(dāng)添加額外的堆棧組件（超聲波變幅桿+工具頭）時(shí)，情況變得更糟（Q增大而帶寬減小）。然后頻率跟蹤變得更加關(guān)鍵。但是請(qǐng)注意，在負(fù)載下，隨著能量傳遞到負(fù)載，品質(zhì)因數(shù)Q值可能會(huì)顯著下降（即帶寬增加）。

  頻率跟蹤通常由鎖相環(huán)（PLL）處理，其中電流和電壓之間的相位角保持在恒定值。理想地，電流和電壓將同相，從而使負(fù)載看起來(lái)是電阻性的（即，無(wú)電抗性分量）。但是，實(shí)際上，這在高Q（窄帶寬）系統(tǒng)中是不可能的，在該系統(tǒng)中，較小的頻率變化會(huì)導(dǎo)致較大的相位變化。在這樣的系統(tǒng)中，PLL可能難以保持相位。在這種情況下，稍微異相的操作可以使PLL具有更好的性能。

自動(dòng)調(diào)整幅度

   大多數(shù)應(yīng)用可以通過(guò)控制輸出振幅而不是功率來(lái)實(shí)現(xiàn)好控制。原因是功率是力和速度的乘積（其中速度與輸出振幅有關(guān)）。因此，可以通過(guò)低速的較大的力或高速的較小的力或介于兩者之間的力來(lái)實(shí)現(xiàn)。盡管所有這些條件都可以產(chǎn)生相同的功率，但應(yīng)用程序可能只對(duì)其中一個(gè)條件做出好響應(yīng)。因此，振幅應(yīng)視為獨(dú)立（輸入控制）變量，功率一般應(yīng)視為相關(guān)(輸出合成)變量。

當(dāng)堆棧在空氣中運(yùn)行（即空載）時(shí)，它將具有給定的輸出振幅。

調(diào)諧電感

   超聲系統(tǒng)的一個(gè)特點(diǎn)是即使負(fù)載是純電阻性的，頻率也會(huì)在負(fù)載下移動(dòng)。隨著負(fù)載的增加，串聯(lián)和并聯(lián)諧振會(huì)相互靠近。在臨界負(fù)載下，這兩個(gè)共振會(huì)聚。在臨界負(fù)載以上，系統(tǒng)不再共振。

   為了克服這種情況，必須添加一個(gè)調(diào)諧電感器。為了在串聯(lián)諧振下工作，調(diào)諧電感與陶瓷并聯(lián)添加。為了在并聯(lián)諧振下工作，將調(diào)諧電感器與陶瓷串聯(lián)，該電感的阻抗應(yīng)等于所有陶瓷的組合電容阻抗。

次要要求

   許多用的超聲波電源具有可保護(hù)系統(tǒng)的電路、軟件。這可以包括針對(duì)接地故障，電源過(guò)載，過(guò)電壓，過(guò)電流，陶瓷溫度過(guò)高和頻率跳變（從一次諧振到附近的二次諧振的跳變）的保護(hù)。該電路、軟件還可以用于監(jiān)視或控制超聲過(guò)程。