CN104758071B - 一种功率调节电路及超声波洁牙机功率调节方法 - Google Patents

一种功率调节电路及超声波洁牙机功率调节方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种功率调节电路及超声波洁牙机功率调节方法，包括超声信号产生单元、驱动电压调节单元、电压调制单元和超声变压器单元；控制信号通过超声信号产生单元的输入端接入，超声信号产生单元的输出端与电压调制单元的输入端连接，驱动电压调节单元的输出端与超声变压器单元的输入端连接，电压调制单元与超声变压器单元连接，超声变压器单元的输出端连接至外部驱动装置。本发明的一种功率调节电路及超声波洁牙机功率调节方法，使得洁牙机在工作过程中发热量大大降低，用户可以根据不同的部位调节洁牙机的功率，达到最佳清洁效果，超声洁牙机的输出更加柔和，让患者在治疗过程中更加舒适。

Description

一种功率调节电路及超声波洁牙机功率调节方法
技术领域
本发明涉及电子控制领域，尤其涉及一种功率调节电路及超声波洁牙机功率调节方法。
背景技术
超声波洁牙机的原理是利用超声振动的工作尖与牙齿表面接触，通过物理方法实现去除牙齿表面牙垢、牙菌斑的目的。超声波洁牙机需要用超声换能器将电能转化为超声振动的机械能，结合用户的需求，需要洁牙机的输出功率可调，满足不同用户以及不同部位的清晰，以获得更好的清洁效果。传统方式中，通过改变超声信号的占空比大小调节输出功率，但是这种方式中电压调制单元的发热量很大，会大大降低洁牙机的寿命，同时会降低用的体验效果。为此，有必要开发一种新的超声波洁牙机输出功率调节电路，使得洁牙机能克服传统方式中的缺陷，减小发热量，延长寿命，超声洁牙机的输出更加柔和，让患者在治疗过程中更加舒适。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种功率调节电路及超声波洁牙机功率调节方法，使得洁牙机在工作过程中可以根据需求调节其输出功率，使用便捷，用户可以根据不同的部位调节洁牙机的功率，达到最佳清洁效果。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
依据本发明的一个方面，提供了一种功率调节电路，包括超声信号产生单元、驱动电压调节单元、电压调制单元和超声变压器单元；控制信号通过所述超声信号产生单元的输入端接入，所述超声信号产生单元的输出端与所述电压调制单元的输入端连接，所述驱动电压调节单元输出端与所述超声变压器单元的输入端连接，所述电压调制单元与所述超声变压器单元连接，所述超声变压器单元的输出端连接至外部驱动装置。
其中，所述超声信号产生单元，其用于接收外部控制信号，根据控制信号产生超声波信号并输出至所述电压调制单元；所述驱动电压调节单元，其用于接收所述电压调制单元输出的采样电压信号，根据采样电压信号产生中间电压信号并输出至所述超声变压器单元；所述电压调制单元，其用于接收超声波信号和驱动电压信号，通过超声波信号对驱动电压信号进行调制得到超声波驱动信号并输出至所述超声变压器单元，获取采样电压并输出至所述驱动电压调节单元；所述超声变压器单元，其用于接收中间电压信号，根据所述中间电压信号生成驱动电压信号并发送至所述电压调制单元(3)，还用于接收超声波驱动信号并生成输出电压对外输出。
本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下：一种超声波洁牙机，包括所述的输出功率调节电路。
依据本发明的另一个方面，提供了一种超声波洁牙机功率调节方法，包括：
步骤1：所述超声信号产生单元接收外部控制信号，根据控制信号产生超声波信号并输出至所述电压调制单元；
步骤2：所述电压调制单元获取采样电压输出至所述驱动电压调节单元；
步骤3：所述驱动电压调节单元接收所述电压调制单元输出的采样电压信号，根据采样电压信号产生中间电压信号并输出至所述超声变压器单元；
步骤4：所述超声变压器单元接收中间电压信号，根据所述中间电压信号生成驱动电压信号并发送至所述电压调制单元；
步骤5：所述电压调制单元接收超声波信号和驱动电压信号，通过超声波信号对驱动电压信号进行调制得到超声波驱动信号并输出至所述超声变压器单元；
步骤6：所述超声变压器单元接收驱动电压信号和超声波驱动信号并生成输出电压对外输出。
本发明的有益效果是：本发明的一种功率调节电路及超声波洁牙机功率调节方法，通过保持超声信号的占空比不变，改变输入控制信号电压的大小，从而调节超声波洁牙机的输出功率大小，解决了洁牙机在工作过程中电压调制单元发热量过大的缺陷，提高了洁牙机功率输出的调整速度，用户根据不同的部位需求调节洁牙机的输出功率，以达到最佳清洁效果，超声洁牙机的输出更加柔和，让患者在治疗过程中更加舒适。
附图说明
图1为本发明的一种功率调节电路结构示意图；
图2为本发明的驱动电压调节单元中电压调节电路的电路图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、超声信号产生单元，2、驱动电压调节单元，3、电压调制单元，4、超声变压器单元。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例一、一种功率调节电路，下面将结合图1对本实施例提供的一种功率调节电路进行详细的说明。
如图1所示，一种功率调节电路结构示意图，包括超声信号产生单元1、驱动电压调节单元2、电压调制单元3和超声变压器单元4；控制信号通过所述超声信号产生单元1的输入端接入，所述超声信号产生单元1的输出端与所述电压调制单元3的输入端连接，所述驱动电压调节单元2输出端与所述超声变压器单元4的输入端连接，所述电压调制单元3与所述超声变压器单元4连接，所述超声变压器单元4的输出端连接至外部驱动装置。
所述超声信号产生单元1，其用于接收外部控制信号，根据控制信号产生超声波信号并输出至所述电压调制单元3；所述驱动电压调节单元2，其用于接收所述电压调制单元3输出的采样电压信号，根据采样电压信号产生中间电压信号并输出至所述超声变压器单元4；所述电压调制单元3，其用于接收超声波信号和驱动电压信号，通过超声波信号对驱动电压信号进行调制得到超声波驱动信号并输出至所述超声变压器单元4，获取采样电压并输出至所述驱动电压调节单元2；所述超声变压器单元4，其用于接收中间电压信号，根据所述中间电压信号生成驱动电压信号并发送至所述电压调制单元3，还用于超声波驱动信号并生成输出电压对外输出。
所述超声信号产生单元1包括用于产生超声波信号的超声信号产生芯片U1所述超声信号产生芯片U1的1号引脚连接外部电源VCC，控制信号接入6号引脚，9号引脚和10号引脚分别向所述电压调制单元3输出两路超声波信号。
其中，所述超声信号产生单元1还包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R10、电阻R11、电容C1和电容C5；所述外部电源VCC与地之间顺次串接有电阻R10和电阻R11，且所述电阻R10与电阻R11的公共端通过电阻R5连接到超声信号产生芯片U1的1号引脚，外部电源与地之间通过所述电阻R10和电阻R11形成分压回路，所述超声信号产生芯片U1的2号引脚与3号引脚连接，5号引脚与地之间通过电容C1连接，6号引脚与地之间顺次串接有电阻R2和电阻R4，6号引脚与外部控制信号输入端之间顺次串接有电阻R1和电阻R3，与所述电阻R2和电阻R4构成分压回路，7号引脚接地，8号引脚接外部电源V12，9号引脚和10号引脚分别连接至所述电压调制单元的两个电压输入端，11号引脚和12号引脚连接且二者的公共端与地之间通过电容C5连接，同时二者公共端连接至外部电源V12，13号引脚与14号引脚连接且二者的公共端与15号引脚之间通过电阻R7连接，16号引脚与地之间通过电阻R6连接。本实施例中，通过改变外部输入控制信号，所述信号产生单元1中的信号产生芯片U1产生一个所需频率的超声信号并输出至所述电压调制单元。
所述驱动电压调节单元2包括用于输出稳定电压的稳压芯片U2；所述稳压芯片U2的1号引脚外接电源V30，2号引脚分别连接至所述电压调制单元3和所述超声变压器单元4，3号引脚和5号引脚接地，4号引脚连接至所述电压调制单元3的采样电压输出端。
其中，所述驱动电压调节单元2还包括电容C6、电容C7、电感L1、二极管D1和电压调节电路，所述稳压芯片U2的1号引脚与用于滤波的电容C6的正极连接，且二者的公共端连接至外部电源V30，所述电容C6的负极与地连接，所述稳压芯片U2的3号引脚和5号引脚分别接地，4号引脚与电压调节电路的输出端连接，所述电压调节电路一个输入端输入控制信号，另一输入端与所述电压调制单元3的反馈电压输出端连接，2号引脚通过所述电感L1连接至所述电容C7的正极，且二者的公共端与超声变压器单元4的输入端连接，所述电容C7的负极与地连接，所述二极管D1的负极与所述稳压芯片U1的2号引脚连接，正极与地连接。本实施例中，所述驱动电压调节单元2中的稳压芯片U2根据所述电压调制单元3的输入的反馈电压产生一个中间电压信号并输出至所述超声变压器单元4。
如图2所示，所述驱动电压调节单元2中电压调节电路的电路图，通过运算放大器构成加法器，对IN1和IN2输入的电压信号进行相加，然后通过输出端OUT输出。所述运算放大器U3、U4和U5均采用LM324四运算放大器，内部包含四组形式完全相同并且独立的运算放大器，该四运算放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32.0伏的电源下，静态电流较小，静态功耗较小，内置补偿电路，其膜输入范围包括负电源，可单电源使用，成本较低。
所述电压调制单元3包括场效应管Q1、场效应管Q2、电容C3、电容C2、电阻R8、电阻R9和电阻R12，所述场效应管Q1的栅极连接至所述信号产生单元1中信号产生芯片U1的9号引脚，所述场效应管Q1的漏极与所述场效应管Q2的漏极之间顺次串接有电阻R8、电容C3、电容C2和电阻R9，用于去除信号毛刺，所述场效应管Q1的漏极与所述超声变压器单元4初级线圈的一个输入端连接，所述场效应管Q1的源极与所述场效应管Q2的源极连接且二者的公共端与所述驱动电压调节单元2中电压调节电路的输入端连接，所述场效应管Q1的源极通过用于采样的电阻R12与地连接，所述场效应管Q2的栅极连接至所述信号产生单元1中信号产生芯片U1的10号引脚，所述场效应管Q2的漏极连接至所述超声变压器单元4初级线圈的另一个输入端连接。本实施例中，输入到所述电压调制单元3的超声信号通过电压调制单元3对驱动电压进行调制，得到超声驱动信号，然后将超声驱动信号输出至超声变压器单元4。
所述超声变压器单元4包括变压器T1和电容C4，所述变压器T1的1端与所述场效应管Q1的漏极连接，3端连接至所述电容C2与电容C3的公共端，4端连接至所述电压调制单元3中的场效应管Q2的漏极，5端与6端连接至外部负载，且6端通过电容C4与地连接。本实施例中，通过所述电压调制单元3输出的超声驱动信号驱动超声变压器单元输出所需电压至外部负载。
本实施例中，所述信号产生单元1中的信号产生芯片U1采用固定频率脉宽调制芯片TL494，该芯片集成了全部的脉宽调制电路，芯片内置线性锯齿波振荡器，振荡频率可通过外部的一个电阻和一个电容进行调节，内置功率晶体管可提供500mA的驱动能力，内置一个5.0V的基准电压源，使用外置偏置电路时，可提供高达10mA的负载电流，在典型的0—70℃温度范围50mV温漂条件下，该基准电压源能提供±5％的精确度。
本实施例中，所述驱动电压调节单元2中的稳压芯片U2采用LM2576开关型集成高效稳压电路，并具有完善的保护电路，包括电流限制及热关断电路等，最大输出电流为3A，最高输入电压为40V，提供3.3V、5V、12V及可调等多个电压，功耗较低，转换效率较高。
具体地，外部控制信号接入所述信号产生单元1，控制信号产生芯片U1输出所需频率的超声信号并输出至所述电压调制单元3。针对电压调节电路，我们可以通过改变IN1输入端的控制信号，即可调节变压器输出功率。具体过程如下：例如我们增加IN1输入端控制信号的电压，电压调节电路的输出端电压也会增加，即所述驱动电压调节单元2中的稳压芯片U2的反馈电压输入端电压也会增加，相应地，稳压芯片U2输出端电压会减小，那么变压器T1的初级线圈的输入电压也会减小，即变压器T1的输出电压会变小，超声变压器单元4的输出功率也会减小；同理可得，如果减小IN1输入端控制信号的电压，即可增大超声变压器单元4的输出功率。
一种超声波洁牙机，包括所述输出功率调节电路。
实施例二、一种超声波洁牙机功率调节方法，下面将对本实施例提供的一种超声波洁牙机功率调节方法进行详细描述。
一种超声波洁牙机功率调节方法，包括：
步骤1：所述超声信号产生单元1接收外部控制信号，根据控制信号产生超声波信号并输出至所述电压调制单元3；
步骤2：所述电压调制单元3获取采样电压输出至所述驱动电压调节单元2；
步骤3：所述驱动电压调节单元2接收所述电压调制单元3输出的采样电压信号，根据采样电压信号产生中间电压信号并输出至所述超声变压器单元4；
步骤4：所述超声变压器单元4接收中间电压信号，根据所述中间电压信号生成驱动电压信号并发送至所述电压调制单元3；
步骤5：所述电压调制单元3接收超声波信号和驱动电压信号，通过超声波信号对驱动电压信号进行调制得到超声波驱动信号并输出至所述超声变压器单元4；
步骤6：所述超声变压器单元4接收驱动电压信号和超声波驱动信号并生成输出电压对外输出。
本实施例中，所述外部电源VCC通过电阻R10和电阻R11构成的分压回路分压后输入所述超声信号产生芯片U1的1号引脚，控制所述超声信号产生芯片U1输出超声信号的占空比。
控制信号经过所述超声信号产生单元1中电阻R1、电阻R3、电阻R2、电阻R4构成的分压回路分压后输入所述超声信号产生芯片U1的6号引脚，控制所述超声信号产生芯片U1输出超声信号的频率。
所述驱动电压调节单元2中的稳压芯片U2的输出信号通过所述电感L1和C7形成的回路整流滤波，并输出至所述超声变压器单元4。
所述电压调制单元3中的电阻R8和电容C3、电阻R9和电容C2形成回路，消除电路中的信号毛刺。
与传统的方式中通过改变外部控制信号占空比大小来调节输出功率大小，本发明的技术方案中通过保持超声信号的占空比不变，改变外部控制信号的电压大小，即可改变超声变压器单元4的输出功率。
本发明的一种功率调节电路及超声波洁牙机功率调节方法，通过保持超声信号的占空比不变，改变输入控制信号电压的大小，从而调节超声波洁牙机的输出功率大小，解决了洁牙机在工作过程中电压调制单元发热量过大的缺陷，提高了洁牙机功率输出的调整速度，用户根据不同的部位需求调节洁牙机的输出功率，以达到最佳清洁效果，超声洁牙机的输出更加柔和，让患者在治疗过程中更加舒适。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种功率调节电路，其特征在于：包括超声信号产生单元(1)、驱动电压调节单元(2)、电压调制单元(3)和超声变压器单元(4)；控制信号通过所述超声信号产生单元(1)的输入端接入，所述超声信号产生单元(1)的输出端与所述电压调制单元(3)的输入端连接，所述驱动电压调节单元(2)输出端与所述超声变压器单元(4)的输入端连接，所述电压调制单元(3)与所述超声变压器单元(4)连接，所述超声变压器单元(4)的输出端连接至外部驱动装置；
所述超声信号产生单元(1)，其用于接收外部控制信号，根据控制信号产生超声波信号并输出至所述电压调制单元(3)；
所述驱动电压调节单元(2)，其用于接收所述电压调制单元(3)输出的采样电压信号，根据采样电压信号产生中间电压信号并输出至所述超声变压器单元(4)；
所述电压调制单元(3)，其用于接收超声波信号和驱动电压信号，通过超声波信号对驱动电压信号进行调制得到超声波驱动信号并输出至所述超声变压器单元(4)，获取采样电压并输出至所述驱动电压调节单元(2)；
所述超声变压器单元(4)，其用于接收中间电压信号，根据所述中间电压信号生成驱动电压信号并发送至所述电压调制单元(3)，还用于接收超声波驱动信号并生成输出电压对外输出。
2.根据权利要求1所述一种功率调节电路，其特征在于：所述超声信号产生单元(1)包括用于产生超声波信号的超声信号产生芯片U1,所述超声信号产生芯片U1的1号引脚连接外部电源VCC，控制信号接入6号引脚，9号引脚和10号引脚分别向所述电压调制单元(3)输出两路超声波信号。
3.根据权利要求2所述一种功率调节电路，其特征在于：所述超声信号产生单元(1)还包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R10、电阻R11、电容C1和电容C5；所述外部电源VCC与地之间顺次串接有电阻R10和电阻R11，且所述电阻R10与电阻R11的公共端通过电阻R5连接到超声信号产生芯片U1的1号引脚，外部电源与地之间通过所述电阻R10和电阻R11形成分压回路，所述超声信号产生芯片U1的2号引脚与3号引脚连接，5号引脚与地之间通过电容C1连接，6号引脚与地之间顺次串接有电阻R2和电阻R4，6号引脚与外部控制信号输入端之间顺次串接有电阻R1和电阻R3，与所述电阻R2和电阻R4构成分压回路，7号引脚接地，8号引脚接外部电源V12，9号引脚和10号引脚分别连接至所述电压调制单元的两个电压输入端，11号引脚和12号引脚连接且二者的公共端与地之间通过电容C5连接，同时二者公共端连接至外部电源V12，13号引脚与14号引脚连接且二者的公共端与15号引脚之间通过电阻R7连接，16号引脚与地之间通过电阻R6连接。
4.根据权利要求1所述一种功率调节电路，其特征在于：所述驱动电压调节单元(2)包括用于输出稳定电压的稳压芯片U2；所述稳压芯片U2的1号引脚外接电源V30，2号引脚分别连接至所述电压调制单元(3)和所述超声变压器单元(4)，3号引脚和5号引脚接地，4号引脚连接至所述电压调制单元(3)的采样电压输出端。
5.根据权利要求4所述一种功率调节电路，其特征在于：所述驱动电压调节单元(2)还包括电容C6、电容C7、电感L1、二极管D1和电压调节电路，所述稳压芯片U2的1号引脚与用于滤波的电容C6的正极连接，且二者的公共端连接至外部电源V30，所述电容C6的负极与地连接，所述稳压芯片U2的3号引脚和5号引脚分别接地，4号引脚与电压调节电路的输出端连接，所述电压调节电路一个输入端输入控制信号，另一输入端与所述电压调制单元(3)的反馈电压输出端连接，2号引脚通过所述电感L1连接至所述电容C7的正极，且二者的公共端与超声变压器单元(4)的输入端连接，所述电容C7的负极与地连接，所述二极管D1的负极与所述稳压芯片U1的2号引脚连接，正极与地连接。
6.根据权利要求1所述一种功率调节电路，其特征在于：所述电压调制单元(3)包括场效应管Q1、场效应管Q2、电容C3、电容C2、电阻R8、电阻R9和电阻R12，所述场效应管Q1的栅极连接至所述信号产生单元(1)中信号产生芯片U1的9号引脚，所述场效应管Q1的漏极与所述场效应管Q2的漏极之间顺次串接有电阻R8、电容C3、电容C2和电阻R9，用于去除信号毛刺，所述场效应管Q1的漏极与所述超声变压器单元(4)的一个输入端连接，所述场效应管Q1的源极与所述场效应管Q2的源极连接且二者的公共端与所述驱动电压调节单元(2)中电压调节电路的输入端连接，所述场效应管Q1的源极通过用于采样的电阻R12与地连接，所述场效应管Q2的栅极连接至所述信号产生单元(1)中信号产生芯片U1的10号引脚，所述场效应管Q2的漏极连接至所述超声变压器单元(4)的另一个输入端连接。
7.根据权利要求1所述一种功率调节电路，其特征在于：所述超声变压器单元(4)包括变压器T1和电容C4，所述变压器T1的1端与所述场效应管Q1的漏极，3端连接至所述电容C2与电容C3的公共端，4端连接至所述电压调制单元(3)中的场效应管Q2的漏极，5端与6端连接至外部负载，且6端通过电容C4与地连接。
8.一种超声波洁牙机，其特征在于，包括权利要求1-7中任一项所述的功率调节电路。
9.一种超声波洁牙机功率调节方法，其采用权利要求8所述的一种超声波洁牙机，包括：
步骤1：所述超声信号产生单元(1)接收外部控制信号，根据控制信号产生超声波信号并输出至所述电压调制单元(3)；
步骤2：所述电压调制单元(3)获取采样电压输出至所述驱动电压调节单元(2)；
步骤3：所述驱动电压调节单元(2)接收所述电压调制单元(3)输出的采样电压信号，根据采样电压信号产生中间电压信号并输出至所述超声变压器单元(4)；
步骤4：所述超声变压器单元(4)接收中间电压信号，根据所述中间电压信号生成驱动电压信号并发送至所述电压调制单元(3)；
步骤5：所述电压调制单元(3)接收超声波信号和驱动电压信号，通过超声波信号对驱动电压信号进行调制得到超声波驱动信号并输出至所述超声变压器单元(4)；
步骤6：所述超声变压器单元(4)接收驱动电压信号和超声波驱动信号并生成输出电压对外输出。
10.根据权利要求9所述的一种超声波洁牙机功率调节方法，其特征在于：所述外部电源VCC通过电阻R10和电阻R11构成的分压回路分压后输入所述超声信号产生芯片U1的1号引脚，控制所述所述超声信号产生芯片U1输出超声信号的占空比；控制信号经过所述超声信号产生单元(1)中电阻R1、电阻R3、电阻R2、电阻R4构成的分压回路分压后输入所述超声信号产生芯片U1的6号引脚，控制所述超声信号产生芯片U1输出超声信号的频率；所述驱动电压调节单元(2)中的稳压芯片U2的输出信号通过所述电感L1和C7形成的回路整流滤波，并输出至所述超声变压器单元(4)。
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