超聲(sheng)波電(dian)源通常稱(cheng)為超聲波發生器，是將標(biao)準的(de)50Hz或60Hz輸入電壓轉(zhuan)換成(cheng)與超聲波換能器相匹配的高頻交流電信號。從放大電路形式，可以采用線性放大電路和開關電源電路，大功率超聲波電源從轉換效率方面考慮一般采用開關電源的電路形式。從超聲業界的情況看，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（數控電源常用于聲化學）。

超聲波電源復雜性

應用設備電(dian)源的瞬(shun)時功率特性(xing)可分(fen)為四類（通常取決(jue)于負載類型(xing)），這(zhe)四類特性(xing)在一定程度上決(jue)定了(le)所需(xu)電(dian)源的要(yao)求。

• 電源恒功率：在負載循環期間，功率是恒定的。當負荷相對恒定時，如在霧化或空化作用時，就會(hui)發生(sheng)這種(zhong)情況。

• 可預測(ce)(ce)功率(lv)：功率(lv)在整個負載(zai)周(zhou)期(qi)中都會變化，但以可預測(ce)(ce)的方式變化（即，從一(yi)(yi)個負載(zai)周(zhou)期(qi)到(dao)下一(yi)(yi)個負載(zai)周(zhou)期(qi)，功率(lv)變化是相同的），超(chao)聲波(bo)檢(jian)測(ce)(ce)就是一(yi)(yi)個例子。

• 部(bu)(bu)分可(ke)預測功率：功率在整個負載周(zhou)期中都會(hui)變化，但會(hui)以半可(ke)預測的方式變化（即，總功率趨勢(shi)是(shi)相同的，但各部(bu)(bu)分之間可(ke)能會(hui)有(you)一些變化）例如，某些金屬焊接部(bu)(bu)件可(ke)能具有(you)較厚(hou)的氧化物(wu)層或鍍層，這(zhe)需要(yao)更多的時間進行擦洗(xi)。同樣，某些塑料焊接零件可(ke)能會(hui)有(you)更多的脫(tuo)模現象。

• 不可預(yu)測的(de)功率(lv)：可以在較(jiao)大(da)范圍內預(yu)測功率(lv)，但(dan)無法預(yu)測瞬時功率(lv)。一個例子是超聲(sheng)塑(su)料(liao)切割(ge)，其中塑(su)料(liao)的(de)組成隨切割(ge)深度而(er)變化。

共振類型

   必須規定超聲波電源以串聯或并聯諧振方式工作，每種共振方式都有自身的優勢，兩者都被廣泛使用。無論選擇哪個，換能器都必須兼容（即，設計用于串聯諧振的超聲波換能器在(zai)并聯諧振(zhen)時將無法(fa)正常運行，反(fan)之(zhi)亦然(ran)）。

自動調節

鎖定主共振

   所有的超聲設備都有一個主共振(理想的工作共振)，此外，還會有二次共振，當(dang)超聲波電(dian)源啟動時，它必須鎖定(ding)主共振而(er)忽略次共振。

跟蹤主共振

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

                                           超聲波金屬焊接時的堆疊頻率

   不管什么原因，電源必須能夠自動地跟隨這個頻移。否則，頻率的微小變化將導致電源組輸出振幅明顯下降。這是因為超聲堆棧通常具有非常窄的帶寬，例如，對于圖1中所示的20kHz工業傳感器，當驅動源突然斷開時，通過振幅衰減測量確定開路帶寬為~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(de)換能器振幅和50%的(de)可用功率輸(shu)出（假(jia)設恒定的(de)電輸(shu)入）。

   當添加額外的堆棧組件（超聲波變幅桿+工具頭）時，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鍵。但是請注意，在負載下，隨著能量傳遞到負載，品質因數Q值可能會顯著下降（即帶(dai)寬增加）。

  頻率(lv)跟(gen)蹤通常由鎖(suo)相(xiang)(xiang)(xiang)環（PLL）處(chu)理，其(qi)中電(dian)流(liu)和電(dian)壓(ya)之間的(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)位角保持(chi)在(zai)恒定值。理想(xiang)地(di)，電(dian)流(liu)和電(dian)壓(ya)將同相(xiang)(xiang)(xiang)，從而使負載看起來是(shi)電(dian)阻性的(de)(de)（即，無電(dian)抗性分量(liang)）。但是(shi)，實際(ji)上，這(zhe)在(zai)高Q（窄帶寬(kuan)）系(xi)統(tong)中是(shi)不(bu)可(ke)能(neng)的(de)(de)，在(zai)該系(xi)統(tong)中，較小的(de)(de)頻率(lv)變化(hua)會導致較大(da)的(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)位變化(hua)。在(zai)這(zhe)樣的(de)(de)系(xi)統(tong)中，PLL可(ke)能(neng)難以保持(chi)相(xiang)(xiang)(xiang)位。在(zai)這(zhe)種情況下，稍微異相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)操作可(ke)以使PLL具有更(geng)好(hao)的(de)(de)性能(neng)。

自動調整幅度

   大多數應用可以通過控制輸出振幅而不是功率來實現好控制。原因是功率是力和速度的乘積（其中速度與輸出振幅有關）。因此，可以通過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實現。盡管所有這些條件都可以產生相同的功率，但應用程序可能只對其中一個條件做出好響應。因此，振(zhen)幅應視為獨立（輸入控(kong)制）變(bian)量，功(gong)率一般應視為相關(輸(shu)出合成)變量。

當堆棧在空氣中運行（即空載）時，它將具(ju)有給定的(de)輸出振(zhen)幅。

調諧電感

   超聲系統的一個特點是即使負(fu)載是純電阻性的，頻率也會在負(fu)載下(xia)移動(dong)。隨著(zhu)負(fu)載的增加，串聯和并聯諧振會相互靠近。在臨(lin)(lin)界負(fu)載下(xia)，這兩個共(gong)振會聚。在臨(lin)(lin)界負(fu)載以上(shang)，系統不再共(gong)振。

   為(wei)了(le)克服(fu)這種情況，必(bi)須添(tian)加一個(ge)調(diao)諧電感(gan)器。為(wei)了(le)在串(chuan)(chuan)聯諧振下(xia)工作(zuo)，調(diao)諧電感(gan)與陶(tao)瓷并聯添(tian)加。為(wei)了(le)在并聯諧振下(xia)工作(zuo)，將調(diao)諧電感(gan)器與陶(tao)瓷串(chuan)(chuan)聯，該電感(gan)的阻抗(kang)(kang)應(ying)等于所有陶(tao)瓷的組(zu)合電容阻抗(kang)(kang)。

次要要求

   許多用(yong)的(de)超聲波電(dian)源(yuan)具(ju)有可保(bao)護系統的(de)電(dian)路、軟件。這可以(yi)包括針對接地故障(zhang)，電(dian)源(yuan)過(guo)載，過(guo)電(dian)壓，過(guo)電(dian)流，陶瓷溫(wen)度過(guo)高和(he)頻率跳變（從一次諧振到(dao)附(fu)近的(de)二次諧振的(de)跳變）的(de)保(bao)護。該電(dian)路、軟件還可以(yi)用(yong)于監視或控(kong)制超聲過(guo)程。