一种超声波换能器的驱动电路系统及自适应调频方法技术方案

本发明专利技术公开了一种超超声波换能器的驱动电路系统及自适应调频方法，所述驱动电路系统用于对超声波换能器工作的驱动频率进行调节，包括微控制器处理单元、驱动信号增强电路、推挽输出驱动电路、高频变压器、超声波换能器阻抗匹配电路、推挽输出驱动电流采样电路、高频变压器输出电压采样电路、电源电路。所述自适应调频方法包括微控制器处理单元通过驱动电路，在初始状态下搜索出该工作环境下超声波换能器的谐振工作频率；在工作状态下，使超声波换能器自适应调节到谐振频率。本发明专利技术实现了超声波换能器自适应地动态调整频率，无需手动调谐；同时，由于频率范围为F0

【技术实现步骤摘要】
一种超声波换能器的驱动电路系统及自适应调频方法


[0001]本专利技术涉及超声波换能器工作频率控制
，具体涉及一种超声波换能器的驱动电路系统及自适应调频方法。

技术介绍

[0002]传统的超声波换能器驱动电路，采用电感、压电陶瓷等构成LC震荡回路，当超声波换能器与震荡回路阻抗匹配时，则工作在谐振频率状态。当超声波的使用环境发生变化时，无法满足超声波换能器的最佳谐振频率，只能通过手动调谐来满足超声波换能器的最佳工作状态。
[0003]现有的超声波换能器驱动技术方案中，也有采用硬件锁相环驱动控制电路跟踪超声波换能器工作频率的方法。由于超声波换能器工作频率较高，采用此技术方案对硬件配置的要求比较高，对元器件的精度要求较高，对反馈信号的质量要求高，会使整个驱动电路难度加大，成本增加较高如果；同时，锁相环驱动控制电路跟踪的频率范围相对较窄，元器件数量较多，无法满足在本产品中的应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种超声波换能器的驱动电路系统及自适应调频方法。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种超声波换能器的驱动电路系统，所述驱动电路系统用于对超声波换能器工作的驱动频率进行调节，以使超声波换能器工作在谐振频率状态，包括微控制器处理单元、驱动信号增强电路、推挽输出驱动电路、高频变压器、超声波换能器阻抗匹配电路、推挽输出驱动电流采样电路、高频变压器输出电压采样电路、电源电路；
[0006]所述微控制器处理单元用于实时采样超声换能器的工作电压、实时采样推挽输出驱动电路的工作电流、预设超声波换能器驱动频率范围、内嵌驱动电路系统对超声波换能器工作频率自适应调频算法以及输出PWM驱动信号。
[0007]所述驱动信号增强电路，用于接收微控制器处理单元输出的PWM推挽驱动信号，并对PWM推挽驱动信号进行放大，其输出端连接到推挽输出驱动电路；
[0008]所述推挽输出驱动电路，用于接收经过驱动信号增强电路放大的PWM推挽驱动信号，控制实现功率放大，其输出端连接到高频变压器；
[0009]所述高频变压器，用于将经过推挽输出驱动电路的PWM信号，传递到超声波换能器端，产生高频高压信号，驱动超声波换能器；
[0010]所述超声波换能器阻抗匹配电路，与超声波换能器自身的内阻、电容组成匹配电路，用于构成谐振电路；
[0011]推挽输出驱动电流采样电路，用于实时获取驱动电流的大小，并输出到微控制器处理单元；
[0012]高频变压器输出电压采样电路，用于实时获取超声波换能的驱动电压，并输出到微控制器处理单元；
[0013]电源电路，用于提供工作电源。
[0014]本专利技术还提供了一种超声波换器的自适应调频方法，所述自适应调频方法包括：
[0015]初始状态下，驱动电路系统在预设的频率范围内搜寻匹配超声波换器在工作环境下的谐振频率；
[0016]工作状态下，驱动电路系统在超声波换能器的实际工作频率与谐振频率不匹配时，驱动电路系统自动调节输出的PWM信号频率，使超声波换能器重新达到谐振频率状态。
[0017]优选地，驱动电路系统在预设的频率范围内搜寻匹配超声波换器在工作环境下的谐振频率的过程如下：
[0018]将超声波换能器置于工作环境下，微控制器处理单元在预设的频率范围内，按频率依次输出2组PWM推挽驱动信号，同时获得每一个频点的2组PWM推挽信号对应的数据，该数据内容包括：微控制器处理单元通过高频变压器输出电压采样电路获取的电压值、微控制器处理单元通过推挽输出驱动电流采样电路获取的电流值；
[0019]微控制器处理单元根据高频变压器输出电压采样电路获取的电压值，计算出每一个频点的所对应的高频变压器输出高频开关电压的空占比；
[0020]微控制器处理单元，首先选取空占比在45％
‑
50％之间的频点，其次选取空占比在45％
‑
50％之间频点对应的微控制器处理单元通过推挽输出驱动电流采样电路获取的电流值最小的电流值对应的频点，此频点即为当前超声波换能器的谐振频率，作为后续超声波换能器在该工作环境下的工作频率。
[0021]优选地，工作状态下，驱动电路系统在超声波换能器的实际工作频率与谐振频率不匹配时，驱动电路系统自动调节输出的PWM信号频率，使超声波换能器重新达到谐振频率状态的过程如下：
[0022]超声波换能器在工作时，微控制器处理单元实时监测高频变压器输出电压采样电路获取的电压值和推挽输出驱动电流采样电路获取的电流值，微控制器处理单元通过调整2组PWM推挽驱动信号的输出频率,使超声波换能器回到标准工作频率状态。
[0023]优选地，所述频率范围为F0
±
FC,其中，FO为超声波换能器的固有频率，FC为频率常数。
[0024]本专利技术具有如下有益效果：
[0025]由于不同的工作环境都会对超声波换能器的实际工作频率产生影响，本专利技术通过驱动电路系统，先在预设的频率范围内搜寻出匹配超声波换器在该工作环境下的谐振工作频率(即最佳工作频率)；然后，超声波换能器在工作状态下，通过驱动电路系统在其实际工作频率偏离谐振工作频率时使超声波换能器自适应调节到谐振工作频率状态之中。本专利技术实现了自适应地动态调整频率，无需手动调谐；同时，由于频率范围为F0
±
FC,所以频率调节范围宽，另外，硬件技术难度小，元器件数量少，成本低。
附图说明
[0026]图1:本专利技术提供的一种超声波换能器的驱动电路系统的总体结构图；
[0027]图2：本专利技术提供的一种超声波换能器的驱动电路系统的电路图；
[0028]图3：本专利技术提供的一种超声波换能器的自适应调频方法的流程图。
具体实施方式
[0029]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0030]参照图1
‑
3，本专利技术提供的一种实施例：一种超声波换能器的驱动电路系统，该驱动电路系统用于对超声波换能器工作的驱动频率进行调节，以使超声波换能器工作在谐振频率状态，包括微控制器处理单元、驱动信号增强电路、推挽输出驱动电路、高频变压器、超声波换能器阻抗匹配电路、推挽输出驱动电流采样电路、高频变压器输出电压采样电路、电源电路；
[0031]微控制器处理单元，实时采样超声换能器的工作电压(即为高频变压器输出端电压)、实时采样推挽输出驱动电路的工作电流、预设超声波换能器驱动频率范围、内嵌超声波换能器工作频率动态调节算法、输出PWM驱动信号，其采用MS51FB9AE微控制器。
[0032]驱动信号增强电路，由1个高速双MOSFET驱动器MC33151构成，用于接收微控制器处理单元输出的2组PWM推挽驱动信号，并对2组PWM推挽驱动信号进行放大，其输出端连接到推挽输出驱动电路；
[0033]推挽输出驱动电路，由2个N沟道型MOSFE本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声波换能器的驱动电路系统，其特征在于：所述驱动电路系统用于对超声波换能器工作的驱动频率进行调节，以使超声波换能器工作在谐振频率状态，包括微控制器处理单元、驱动信号增强电路、推挽输出驱动电路、高频变压器、超声波换能器阻抗匹配电路、推挽输出驱动电流采样电路、高频变压器输出电压采样电路、电源电路；所述微控制器处理单元用于实时采样超声换能器的工作电压、实时采样推挽输出驱动电路的工作电流、预设超声波换能器驱动频率范围、内嵌驱动电路系统对超声波换能器工作频率自适应调频算法以及输出PWM驱动信号；所述驱动信号增强电路，用于接收微控制器处理单元输出的PWM推挽驱动信号，并对PWM推挽驱动信号进行放大，其输出端连接到推挽输出驱动电路；所述推挽输出驱动电路，用于接收经过驱动信号增强电路放大的PWM推挽驱动信号，控制实现功率放大，其输出端连接到高频变压器；所述高频变压器，用于将经过推挽输出驱动电路的PWM信号，传递到超声波换能器端，产生高频高压信号，驱动超声波换能器；所述超声波换能器阻抗匹配电路，与超声波换能器自身的内阻、电容组成匹配电路，用于构成谐振电路；推挽输出驱动电流采样电路，用于实时获取驱动电流的大小，并输出到微控制器处理单元；高频变压器输出电压采样电路，用于实时获取超声波换能的驱动电压，并输出到微控制器处理单元；电源电路，用于提供工作电源。2.一种超声波换器的自适应调频方法，其特征在于：所述自适应调频方法包括：初始状态下，驱动电路系统在预设的频率范围内搜寻匹配超声波换器在工作环境下的谐振频率；工作状态下，驱动电路系统在超声波换能器的实际工作频率与谐振频率不匹配时，驱动电路系统自动调节输出的PWM信号频率，使超声波换能器重新达到谐振频率状态。3.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：舒果，
申请(专利权)人：浙江台州蓝浦智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：