超聲波換能器與電源發生器的頻率/功率/阻抗/容抗的匹配

超聲波換能器與電源發生器的頻率/功率/阻抗/容抗的匹配

讓超聲波換能器和超聲波發生器驅動電源、焊接模具良好配合以形成一臺完整的超聲波設備可以簡稱為匹配。由于匹配對整機性能的影響是決定性的，無論怎樣強調匹配的重要性都不為過。匹配最主要考慮的因素是換能器的電容量，其次是換能器的頻率。

需要強調的是，超聲波換能器本身不是一個能量發生器，它只是一個能量轉換器。是將電能轉換為聲能 ( 機械能 ) ，在輸入 ( 驅動電源 ) ，輸出 (增幅器，模具 ) 良好匹配的前提下，它可以轉換（輸出）很大的能量。

輸入匹配是指換能器與驅動電源的匹配，若輸出匹配好而輸入匹配不好，則表現為換能器無力，焊不牢。若輸出匹配不好而輸入匹配好，則換能器會過載，造成晶片錯位開裂，破碎，螺桿斷，鋁裂或燒電箱功率管。舉個例子，就像汽車在空擋狀態下猛踩油門，發動機肯定容易損壞的。

換能器與驅動電源的匹配主要有 4 個方面，即阻抗匹配、頻率匹配、功率匹配、容抗匹配。其中最主要的是容抗和頻率。

如前所述 因為陶瓷片是絕緣體，你幾乎可以理解為換能器是不通電的，它只是相當于一個電容器。要使換能器工作，實際上是通過驅動電路對它施加交流高電壓，讓換能器的電容充放電。壓電陶瓷片在交變電場的作用下做同步伸縮變形，形成了整個換能器的縱向振動，從而帶動變幅桿和模具振動。

所以，若電容匹配不好，輕者是換能器無力，焊不牢；重者換能器發熱嚴重，燒電極片、燒電源的大功率管。我們的換能器產品附有產品性能參數表，給出了每個換能器的電容和頻率。

驅動電源應該根據換能器的電容量，調整高壓變壓器，匹配電容板，峰化線圈，調頻線圈等的參數。由于電感和電容量的敏感性，功放板，扼流線圈及其他外圍電路對匹配也有影響。

而且隨著工作進行，換能器的溫度會升高，導致電容也會升高且變化量可能會超過 50% ，若不能將電容有效地匹配掉，就會造成回路中電流電壓相位差很大，功率因素很低，虛功高?？纯措娏骱艽?，但換能器沒力，易發熱，且電源的功率器件也容易發熱損壞。一般換能器電極片（耳朵）振裂或燒掉很可能就是由此引起的。

頻率匹配同樣也非常重要。這首先是因為超聲換能器只能工作在他的諧振頻率點，所以驅動電源、變幅桿、焊接模具（工具頭）都應該在這個頻率下工作。

一般而言，我們希望這個差別最大不超過 ± 0.1khz ，能小一點就更好。 我們強烈建議您配套焊接模具（焊頭）的頻率低于振動子頻率 0.1khz 左右（小信號頻率）。

也就是說，若原振動子小信號測量的頻率是 14.85 khz ，則連上模具后再測頻率為 14.75 khz 最為理想。 同時就應考慮到，超聲波換能器接上變幅桿和模具頭后，系統的諧振頻率峰會變得很尖銳，也即帶寬很窄，機械品質因數很大，頻率偏移一點都會造成阻抗很大的增加。表現在驅動電源上就是電源（振幅表電功率）很大或過載保護。若剛好這時是空載調機，則很可能會造成晶片錯位，晶片裂或中心螺桿斷。

功率匹配和阻抗匹配主要是考慮到超聲波焊接系統是間隙式工作，負載變化極大，焊接時要有足夠的功率輸出，空載時要控制在最小振幅。否則，就像前面提到的，空載時輸入很大，則損壞換能器。滿載時功率上不去，焊不牢還是沒用的。