[0021] 本实用新型利用安置在管道上的振子产生的声波来进行除垢，如图1(防除垢装置示意图)所示，其中声波发生电源用来产生特定频率和幅值的电信号，可经过换能器将这种电信号(电能)转换为特定频率和功率的机械振动(机械能)加载到振子上，从而产生特定频率和功率的声波，达到通过振动去除结垢的目的。这种方法免去了与化学产品或高压水的接触，也免去了清洗时对管道的拆卸，同时安装简单，易于实现。本实用新型的重点在于设计了一种能通过控制声波的能量和频率来有效去除海水淡化传输及热交换管道结垢的电路。具体是通过设计使得声波发生电源产生50Hz和20KHz的叠加波形，输出波形如图2所示，其中50Hz低频率长波作为载波，20KHz高频率短波作为调制波，利用高频率短波能量集中的特点来清除结垢，同时由于低频率长波传输距离远的特点将20KHz调制波载送到远离振子处将待除垢管道末端的结垢进行清除，从而达到有效清除整条管道结垢的目的，并且可以定期开启该除垢装置防止结垢的产生。
[0022] 本实用新型包括50Hz信号产生模块、UCC3895控制模块、过压过流检测模块、电压反馈模块、过流反馈模块和输出控制模块。
[0023] 其中50Hz信号产生模块产生50Hz占空比可调的方波信号经由网络节点soft_start_stop并通过由三极管S1为核心构成的三极管开关电路连接移相型PWM控制器U2(UCC3895)的第19号引脚；用于控制UCC3895模块的启动和关闭，从而可控制UCC3895模块的工作频率；电压反馈模块的输入端与输出控制模块经由共同的网络节点V_out相连接，用于检测输出电压，电压反馈模块与过压过流检测模块经由共同的网络节点V_feedback相连接用于过压比较；过流反馈模块的两输入端(I_load_A+和I_load_A-)连接输出控制模块上的电流互感器的相应的两输出端(I_load_A+和I_load_A-)用于检测输出电流，过流反馈模块与UCC3895控制模块经由共同的网络节点C_overflow相连接进行过压过流保护；UCC3895控制模块的输出端与输出控制模块通过网络节点Out_A、Out_B、Out_C以及Out_D连接，用于控制输出，调节换能器的功率。
[0024] 下面结合图3到图8对本实施例的电路进一步的说明。
[0025] 图3所述的50Hz信号产生模块包括555定时器U1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一可调电阻Rp1、第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1、第二二极管D2；555定时器的型号为LM555CM、第一以及第二二极管的型号为IN4149。
[0026] 图3中第一电阻R1的一端与555定时器U1的第4号引脚、555定时器U1的第8号引脚、第三电阻R3的一端以及5V电源连接；第一可调电阻Rp1的一端与第一电阻R1的另一端连接；第一可调电阻Rp1的抽头与555定时器U1的第7号引脚、第一二极管D1的阳极连接；第一可调电阻Rp1的另一端与第二电阻R2的一端连接；第二电阻R2的另一端与第二二极管D2的阴极连接；第二二极管D2的阳极与第一二极管D1的阴极、555定时器U1的第2号引脚、555定时器U1的第6号引脚、第一电容C1的一端连接；第一电容C1的另一端与555定时器U1的第1号引脚、第二电容C2的一端以及电源GND连接；第二电容C2的另一端与555定时器U1的第5号引脚连接；第三电阻R3的另一端与555定时器U1的第3号引脚以及网络标号soft_start_stop连接。
[0027] 图3中50Hz信号是由555定时器U1(LM555CM)产生，其占空比由第一电阻R1、第一可调电阻Rp1、以及第二电阻R2决定，占空比D的计算公式为：
[0028] D＝(R1+Rp_H)/(R1+Rp1+R2)
[0029] 其中Rp_H为第一可调电阻Rp1上抽头往上一侧的电阻，可通过调节Rp_H的大小来调节占空比。555定时器产生的频率F1的计算公式为：
[0030] F1＝1.43/[(R1+Rp1+R2)*C1]
[0031] 这里F1约为50Hz，因此选取R1，R2为4.3KΩ，Rp1为20KΩ，C1为1uF。将产生的50Hz信号输出给移相型PWM控制器U2，以控制移相型PWM控制器U2的工作频率。
[0032] 图4所述的UCC3895控制模块包括一个移相型PWM控制器U2、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10、第十一电容C11、第十二电容C12、第二可调电阻Rp2、第三可调电阻Rp3、第一三极管S1；移相型PWM控制器U2的型号为UCC3895、第一三极管S1的型号为S9018。
[0033] 图4中第三电容C3的一端与第四电容C4的一端、第五电容C5的一端、第四电阻R4的一端、第五电阻R5的一端、第六电阻R6的一端、移相型PWM控制器U2的第5号引脚以及电源GND连接；第三电容C3的另一端与移相型PWM控制器U2的第4号引脚、第二可调电阻Rp2的一端连接；第四电容C4的另一端与移相型PWM控制器U2的第3号引脚连接；第五电容C5的另一端与移相型PWM控制器U2的第7号引脚连接；第四电阻R4的另一端与移相型PWM控制器U2的第8号引脚连接；第五电阻R5的另一端与移相型PWM控制器U2的第9号引脚连接；第六电阻R6的另一端与移相型PWM控制器U2的第10号引脚连接；第二可调电阻Rp2的另一端与第六电容C6的一端、移相型PWM控制器U2的第20号引脚以及网络标号V_feedback连接；第六电容C6的另一端与第七电容C7的一端、第十电阻R10的一端以及电源GND连接；第七电容C7的另一端与第十电阻R10的另一端、移相型PWM控制器U2的第19号引脚、第十一电阻R11的一端、第三可调电阻Rp3的一端、第一三极管S1的第1号引脚连接；第十一电阻R11的另一端与5V电源连接；第三可调电阻Rp3的另一端与电源GND连接；第一三极管S1的第2号引脚与第十二电阻R12的一端、第十二电容C12的一端连接。第十二电阻R12的另一端与第十二电容C12的另一端以及网络标号soft_start_stop连接；第八电容C8的一端与第九电容C9的一端、移相型PWM控制器U2的第16号引脚以及电源GND_Power连接；第八电容C8的另一端与第九电容C9的另一端以及移相型PWM控制器U2的第15号引脚连接；第七电阻R7的一端与第八电阻R8的一端以及移相型PWM控制器U2的第11号引脚连接；第七电阻R7的另一端与第十电容C10的一端、第十一电容C11的一端以及电源GND连接；第八电阻R8的另一端与第十电容C10的另一端、第十一电容C11的另一端、第九电阻R9的一端以及移相型PWM控制器U2的第12号引脚连接；第九电阻R9的另一端与网络标号Overflow_protect连接；移相型PWM控制器U2的第6号引脚悬空不接；移相型PWM控制器U2的第13号引脚与网络标号Out_D连接；移相型PWM控制器U2的第14号引脚与网络标号Out_C连接；移相型PWM控制器U2的第17号引脚与网络标号Out_B连接；连接移相型PWM控制器U2的第18号引脚与网络标号Out_A连接。
[0034] 图4中所示的UCC3895控制电路，主要功能是控制输出控制模块中四个场效应管的导通，进而控制换能器的工作，并且根据电压反馈电路来调节输出电压，使得输出电压稳定，同时根据电压反馈电路、过流反馈电路对电压电流进行监测，当电压电流超过设定的阈值时将会触发过压过流检测电路中的比较器，从而关断移相型PWM控制器U2，使换能器停止工作。电路中移相型PWM控制器U2的第4号引脚REF(内部5V基准电源端)经第二可调电阻Rp2为移相型PWM控制器U2的第20号引脚EAP端提供正向偏置电压，通过调节EAP引脚的电压，可以调节输出电压的反馈系数，从而可以调节输出电压。移相型PWM控制器U2的振荡频率F2的计算公式如下：
[0035] F2＝(5*R4*C5/48)+120ns
[0036] 因为换能器的高频工作频率为20KHz，此处设计F2为40KHZ，因此设计C5为880pF，R4设置为272KΩ。来自50Hz信号产生电路中的信号经过第十二电阻R12限流，并通过控制第一三极管S1的导通来控制移相型PWM控制器U2的第19号引脚(软件启动和禁止端)电压的大小来启动和关闭移相型PWM控制器U2，使得移相型PWM控制器U2的工作频率设置为50Hz，从而产生叠加的双波形。
[0037] 图5所述的过压过流检测模块包括第四可调电阻Rp4、第五可调电阻Rp5、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第十三电容C13、第十四电容C14、第十五电容C15、第十六电容C16、第十七电容C17、第十八电容C18、第十九电容C19、第二十电容C20、第二十一电容C21、第二十二电容C22、第二十三电容C23、第一运算放大器U3、第二运算放大器U4、第一或门U5；第一运算放大器U3以及第二运算放大器U4的型号为LM2903DMR2G、第一或门U5的型号为SN7432。
[0038] 图5中第四可调电阻Rp4的一端与第十三电阻R13的一端、第十三电容C13的一端、第十四电容C14的一端以及第一运算放大器U3的第2号引脚连接；第四可调电阻Rp4的抽头与第四可调电阻Rp4的另一端、第十三电容C13的另一端、第十四电容C14的另一端以及电源GND连接；第十三电阻R13的另一端与5V电源连接；第十四电阻R14的一端与网络标号C_overflow连接；第十四电阻R14的另一端与第一运算放大器U3的第3号引脚以及第十五电容C15的一端连接；第十五电容C15的另一端与第一运算放大器U3的第4号引脚、第十六电容C16的一端、第十七电容C17的一端以及电源GND连接；第十五电阻R15的一端与第一运算放大器U3的第1号引脚连接；第十五电阻R15的另一端与第十六电容C16的另一端、第十七电容C17的另一端以及第一或门U5的第1号引脚连接；第五可调电阻Rp5的一端与第十六电阻R16的一端、第十八电容C18的一端、第十九电容C19的一端以及第二运算放大器U4的第2号引脚连接；第五可调电阻Rp5的抽头与第五可调电阻Rp5的另一端、第十八电容C18的另一端、第十九电容C19的另一端以及电源GND连接；第十六电阻R16的另一端与5V电源连接；第十七电阻R17的一端与网络标号V_feedback连接；第十七电阻R17的另一端与第二运算放大器U4的第3号引脚以及第二十电容C20的一端连接；第二十电容C20的另一端与第二运算放大器U4的第4号引脚、第二十一电容C21的一端、第二十二电容C22的一端以及电源GND连接；第十八电阻R18的一端与第二运算放大器U4的第1号引脚连接；第十八电阻R18的另一端与第二十一电容C21的另一端、第二十二电容C22的另一端以及第一或门U5的第2号引脚连接；第一或门U5的第14号引脚与5V电源以及第二十三电容C23的一端连接；第二十三电容C23的另一端与电源GND连接；第一或门U5的第7号引脚与电源GND连接；第一或门U5的第7号引脚网络标号Overflow_protect连接。
[0039] 图5所示的过压过流检测电路，其主要功能是根据监测的电压电流信号，将其跟设定阈值进行比较，如果超出设定阈值，将产生高电平关断移相型PWM控制器U2。过压过流保护原理相同，以过流保护为例，5V电源经过第十三电阻R13和第四可调电阻Rp4分压，为第一运算放大器U3(这里作为比较器使用)的第2号引脚提供基准电压，当C_overflow电压超过此基准电压时，将使得第一运算放大器U3第1号引脚输出高电平，从而触发第一或门U5，进而触发移相型PWM控制器U2的过流保护端CS(第十二号引脚)，使得移相型PWM控制器U2关断。
[0040] 图6所述的电压反馈模块包括第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第二十六电阻R26、第二十七电阻R27、第二十八电阻R28、第二十四电容C24、第二十五电容C25、第二十六电容C26、第二十七电容C27、第二十八电容C28、第二十九电容C29、第三十电容C30、第三十一电容C31、第三运算放大器U6、第四运算放大器U7、第五运算放大器U9、第一光耦U8；第三运算放大器U6和第四运算放大器U7的型号为LF353、第五运算放大器U9的型号为LMV321、第一光耦U8的型号为HCNR201、第三二极管D3和第四二极管D4的型号为IN4104、第五二极管D5和第六二极管D6的型号为MBR0520LT1G、第七二极管D7和第八二极管D8的型号为IN4619。
[0041] 图6中第三二极管D3的阴极与网络标号V_out以及第三运算放大器U6的第5号引脚连接；第三二极管D3的阳极与第四二极管D4的阳极连接；第四二极管D4的阴极与电源GND_Power连接；第十九电阻R19的一端与第三运算放大器U6的第6号引脚连接；第十九电阻R19的另一端与第五二极管D5的阳极、第二十电阻R20的一端以及第三运算放大器U6的第7号引脚连接；第三运算放大器U6的第8号引脚与电源+15V连接；第三运算放大器U6的第4号引脚与电源-15V连接；第二十电阻R20的另一端与电源GND_Power连接；第五二极管D5的阴极与第六二极管D6的阴极以及第二十一电阻R21的一端连接；第二十一电阻R21的另一端与第二十四电容C24的一端、第二十五电容C25的一端以及第二十二电阻R22的一端连接；第二十二电阻R22的另一端与第二十六电容C26的一端、第二十七电容C27的一端以及第二十三电阻R23一端连接；第二十三电阻R23一端与第二十八电容C28的一端、第二十九电容C29的一端以及第二十四电阻R24的一端连接；第二十四电阻R24的另一端与第二十五电阻R25的一端、第二十六电阻R26的一端以及第七二极管D7的阴极连接；第六二极管D6的阳极与第二十四电容C24的另一端、第二十五电容C25的另一端、第二十六电容C26的另一端、第二十七电容C27的另一端、第二十八电容C28的另一端、第二十九电容C29的另一端、第二十五电阻R25的另一端、第七二极管D7的阳极以及电源GND_Power连接；第二十六电阻R26的另一端与第四运算放大器U7的第2号引脚、第一光耦U8的第3号引脚以及第三十电容C30的一端连接；第三十电容C30的另一端与第四运算放大器U7的第1号引脚以及第二十七电阻R27的一端连接；第四运算放大器U7的第8号引脚与电源+15V连接；第四运算放大器U7的第4号引脚与电源-
15V连接；第二十七电阻R27的一端与第一光耦U8的第1号引脚连接；第一光耦U8的第2号引脚与第一光耦U8的第4号引脚以及电源GND_Power连接；第一电感L1的一端与第一光耦U8的第6号引脚、第二十八电阻R28的一端以及第五运算放大器U9第3号引脚连接；第一电感L1的另一端与第三十一电容C31的一端以及电源GND连接；第三十一电容C31的另一端与第二十八电阻R28的另一端、第五运算放大器U9第4号引脚、第八电感D8的阴极以及网络标号V_feedback连接；第一光耦U8的第5号引脚与第五运算放大器U9第1号引脚以及电源GND连接；
第五运算放大器U9第5号引脚与电源5V连接；第五运算放大器U9第2号引脚与电源GND以及第八电感D8的阳极连接。
[0042] 图6所示的电压反馈电路，其主要功能是将换能器端得到的电压信号V_out经过预处理，得到适合于过压检测电路中使用的比较电压。图中换能器端得到的电压信号V_out先跟一级由第三运算放大器U3为核心构成的跟随电路以提高输入阻抗减少输出阻抗，再经由第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第二十四电容C24、第二十五电容C25、第二十六电容C26、第二十七电容C27、第二十八电容C28、第二十九电容C29构成的RC滤波电路以滤除高频信号。其次再经由第二十四电阻R24、第二十五电阻R25构成的分压电路进行分压，其后再接第一光耦U8进行隔离，光耦得到的待检测电压再经由一个由第五运算放大器U9、第一电感L1、第三十一电容C31构成的谐振滤波电路，滤除20KHz的噪声。
[0043] 图7所述的过流反馈模块包括第二十九电阻R29、第三十电阻R30、第三十一电阻R31、第三十二电阻R32、第三十三电阻R33、第三十四电阻R34、第三十五电阻R35、第三十二电容C32、第三十三电容C33、第三十四电容C34、第三十五电容C35、第三十六电容C36、第三十七电容C37、第三十八电容C38、第三十九电容C39、第二电感L2、第六可调电阻Rp6、第七可调电阻Rp7、第九二极管D9、第十二极管D10、第一变压器T1、第五运算放大器U10；第九二极管D9和第十二极管D10的型号为MBR0520LT1G、第五运算放大器U10的型号为LF353、第一变压器T1的型号为TAK17-02(匝比4:40)。
[0044] 图7中第三十二电容C32的一端与网络标号I_load_A+、第三十三电容C33的一端以及第二十九电阻R29的一端连接；第二十九电阻R29的另一端与第三十四电容C34的一端、第三十五电容C35的一端以及第三十电阻R30的一端连接；第三十电阻R30的另一端与第三十六电容C36的一端、第三十七电容C37的一端以及第三十一电阻R31的一端连接；第三十一电阻R31的另一端与第九二极管D9的阴极、第三十二电阻R32的一端、第三十三电阻R33的一端、第一变压器T1的第1号引脚连接；第三十二电容C32的另一端与网络标号I_load_A-、第三十三电容C33的另一端、第三十四电容C34的另一端、第三十五电容C35的另一端、第三十六电容C36的另一端、第三十七电容C37的另一端、第九二极管D9的阳极、第三十二电阻R32的另一端、第三十三电阻R33的另一端以及第一变压器T1的第2号引脚连接；第六可调电阻Rp6的一端与第一变压器T1的第3号引脚以及第十二极管的阳极连接；第十二极管的阴极与第三十四电阻R34的一端以及第三十八电容C38的一端连接；第三十四电阻R34的另一端与第七可调电阻Rp7的一端以及第五运算放大器U10的第3号引脚连接；第六可调电阻Rp6的另一端与第三十八电容C38的另一端、第七可调电阻Rp7的另一端、第五运算放大器U10的第4号引脚以及电源GND连接；第二电感L2的一端与第五运算放大器U10的第2号引脚、第三十五电阻R35的一端连接；第二电感L2的另一端与第三十九电容C39的一端以及电源GND连接；第三十九电容C39的另一端与第三十五电阻R35的另一端、第五运算放大器U10的第1号引脚以及网络标号C_overflow连接；第五运算放大器U10的第8号引脚与电源5V连接；
[0045] 图7所示的过流反馈电路，对于来自第一电流互感器CT上的电压信号I_load_A+和I_load_A-先经由第三十二电容C32、第三十三电容C33、第三十四电容C34、第三十五电容C35、第三十六电容C36、第三十七电容C37、第二十九电阻R29、第三十电阻R30、第三十一电阻R31构成的RC滤波网络滤除高频信号、再经由第一变压器T1进行隔离，变压器副边电压大小可由第六可调电阻Rp6进行调节，其后接由第六运算放大器U10、第二电感L2、第三十九电容C39、第三十四电阻R34和第七可调电阻Rp7构成的滤波及放大电路，以滤除20KHz的噪声信号，同时可以调节第七可调电阻Rp7的大小以调节放大倍数，从而得到适合过流检测电路中使用的比较电压。
[0046] 图8所述的输出控制模块包括第三十六电阻R36、第三十七电阻R37、第三十八电阻R38、第三十九电阻R39、第四十电阻R40、第四十一电阻R41、第四十电容C40、第四十一电容C41、第三电感L3、第四电感L4、第二变压器T2、第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、第三场效应管Q3、第四场效应管Q4、第一电流互感器CT；
[0047] 图8中第三十六电阻R36的一端与网络标号Out_A连接；第三十六电阻R36的另一端与第一场效应管Q1的第1号引脚连接；第三十七电阻R37的一端与网络标号Out_B连接；第三十七电阻R37的另一端与第三场效应管Q3的第1号引脚连接；第三十八电阻R38的一端与网络标号Out_C连接；第三十八电阻R38的另一端与第二场效应管Q2的第1号引脚连接；第三十九电阻R39的一端与网络标号Out_D连接；第三十九电阻R39的另一端与第四场效应管Q4的第1号引脚连接；第二变压器T2的第1号引脚与与第一场效应管Q1的第3号引脚以及第三场效应管Q3的第2号引脚连接；第二变压器T2的第2号引脚与与第二场效应管Q2的第3号引脚以及第四场效应管Q4的第2号引脚连接；第一场效应管Q1的第2号引脚以及第二场效应管Q2的第2号引脚与网络标号VCC_power连接；第三场效应管Q3的第3号引脚以及第四场效应管Q4的第3号引脚与网络标号GND_power连接；第二变压器T2的第3号引脚与第三电感L3的一端、第四十电容C40的一端、第四十电阻R40的一端、第四电感L4的一端连接；第四电感L4的另一端与第四十一电容C41的一端连接；第四十一电容C41的另一端与第四十一电阻R41的一端连接；第四十一电阻R41的另一端与第四十电阻R40的另一端、第四十电容C40的另一端、第三电感L3的另一端以及第二变压器T2的第4号引脚连接；第一电流互感器CT套在第二变压器T2的第3号引脚与第三电感L3的连线上；第一电流互感器CT的第1号引脚与网络标号I_load_A+连接；第一电流互感器CT的第2号引脚与网络标号I_load_A-连接；
[0048] 图8所示的输出控制电路，由UCC3895控制电路得到的输出信号Out_A、Out_B、Out_C、Out_D控制着场效应管Q1、Q2、Q3、Q4的导通关断，其后接第二变压器T2(高频变压器做隔离使用)，第四电感L4、第四十电容C40、第四十一电容C41、第四十电阻R40和第四十一电阻R41构成的等效换能器(压电陶瓷型换能器)负载，其负载特性为容性，为了提高系统的功率因数，须在换能器前加匹配网络，这里使用第三电感L3并联在换能器两端，使得第三电感L3与第四十电容C40发生并联谐振，从而减少无功分量，提高系统的功率因素。
