Inversor ressonante em comutação suave para levitação ultrassônica

Abstract

In this work was developed an ultrasonic resonant inverter as a power source for a power ultrasonic transducer capable of emitting acoustic waves enough to levitate small particles. It has been allied with a hypothetical application in high performance printers for long uninterrupted duty cycles as an alternative proposal to the thermal method for viscosity change in paper ink deposition. Its inverter was projected as a reference to a common product in the ultrasonic clearing sector, including a solvent reservatory that cavitates because of the transducer vibration, a tiny bubble formation due to solvent high displacement granting to clear delicate small pieces as mechanical components, jewels or lenses, saving it from abrasive wastage. Thus, the project stands out to solve efficiency, form factor and power factor without increase in the final price. This Is because the resonant circuits technology results in better adjusted waveforms to the load characteristics such as presented in only the fundamental harmonic component of the desired signal to the proper device working. Besides that, the soft switching technique proportionate significantly less commutation power loss, ZCS - Zero Current Switch. All these technological advantages are featured on the same topology of the reference circuit, a half bridge inverter. And its economic advantage is only possible because of the breakdown voltage of its active switches being cheaper for its application. Its result was realized afterwards by a step-by-step qualitative circuit analysis, from Laplace transformation of each current enlace and latter quantitative analysis within prerequisites for levitating established by the load, a 28kHz and 100W transducer.

Foi desenvolvido neste trabalho um inversor ressonante para a alimentação de um transdutor ultrassônico de potência capaz de emitir ondas acústicas suficientes para a levitação de pequenas partículas. Com a aplicação hipotética em impressoras de alto desempenho para longos ciclos de trabalho ininterruptos como uma proposta alternativa ao método de aquecimento da tinta para modificação da viscosidade e sua deposição no papel. Esse inversor tem como referência um produto comum no mercado com aplicação para limpeza ultrassônica; em que um reservatório contendo solvente que através da vibração provocada pelo transdutor provoca cavitações, formações de minúsculas bolhas de ar devido ao rápido deslocamento do solvente e assim permitindo a limpeza de peças delicadas como pequenos componentes mecânicos, joias ou lentes, poupando-os de um processo de desgaste abrasivo. Assim, o projeto destaca-se pela melhora do rendimento, do fator de qualidade e do fator de potência sem o incremento no valor final, melhor ainda, reduzindo o seu custo de fabricação. Isso porque a tecnologia de circuitos ressonantes resulta em formas de onda melhor ajustadas às características da carga, tal como apresentando apenas a fundamental do sinal desejado para o funcionamento do dispositivo. Adicionalmente, a técnica de comutação suave resulta em perdas significativamente menores, ZCS - Zero Current Switching, comutação em corrente nula. Todas essas vantagens tecnológicas estão presentes na mesma topologia do circuito de referência, um inversor utilizado comercialmente que será apresentado adiante, um inversor em meia ponte. Tal vantagem econômica é viabilizada pela necessidade de semicondutores com tensões de bloqueio bem menores, resultando em transistores de menor custo. Esse resultado foi obtido após as análises qualitativa e quantitativa do circuito, utilizando-se de transformadas de Laplace de cada enlace de corrente dentro dos pré-requisitos para a levitação estabelecidos pela carga, um transdutor de 28 kHz e 100 W.