CN105049024A - 一种超声波雾化片高精度扫频电路和扫频方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超声波雾化片高精度扫频电路，包括升压电路和扫频电路，升压电路与扫频电路电连接，并提出了基于扫频电路进行扫频的方法，包括向升压电路输入固定直流电压和固定频率；向扫频电路输入频率驱动；记录升压电路的电压反馈点的电压值；增加向扫频电路输入频率；记录升压电路的电压反馈点的电压值，并判断向扫频电路输入的频率是否达到额定值，若是，结束扫描并分析记录的电压值，找到雾化片的中心频率，否则进入上一步。本发明适用于各种超声波雾化片频率测量和驱动；不需要基于脉冲信号的最高点测量，因此可以进行兆赫兹级别的超声波雾化片频率扫描；不需要对不同型号的雾化片进行区别补偿，可驱动任意超声波雾化片。

Description

一种超声波雾化片高精度扫频电路和扫频方法
技术领域
本发明涉及雾化片领域，特别是指一种超声波雾化片高精度扫频电路和扫频方法。
背景技术
超声波雾化器利用电子高频震荡(振荡频率为1.7MHz或2.4MHz，超过人的听觉范围，该电子振荡对人体及动物绝无伤害)，通过陶瓷雾化片的高频谐振，将液态水分子结构打散而产生自然飘逸的水雾，再通过小风扇把雾从底部吹向出口，使空气湿润并伴生丰富的负氧离子，能清新空气，增进健康，营造舒适的环境。
由于现有的制造技术参差不齐，造成目前市场上不同的厂家和批次的超声波雾化片中心谐振频率不同，在驱动它工作的时候如果驱动频率不是它的中心谐振频率的话会造成雾化片的换能效率底下并且雾化量极小。
发明内容
本发明提出一种超声波雾化片高精度扫频电路和扫频方法，能够确定雾化片的中心谐振频率，从而确定驱动雾化片工作的驱动频率，进而提高雾化片的换能效率和雾化量。
本发明的技术方案是这样实现的：一种超声波雾化片高精度扫频电路，包括升压电路和扫频电路，升压电路与扫频电路电连接，升压电路包括第四电容、二极管、第二电感、第二三极管、第一电阻和第二电阻；第四电容和二极管均与直流电源并联，二极管的负极引脚与直流电源的正极连接，并与第二电感的一端连接，第二电感的另一端连接第二三极管的漏极和第一电阻，第一电阻和第二电阻串接，第二三极管的源极和第二电阻连接直流电源的负极。
进一步的，扫频电路包括第一电容、第二电容、第三电容、第一电感、第一三极管和雾化片；第二电容与第一电阻和第二电阻并联，第二电容的正极连接第一电感，第一电感的另一端连接第一三极管的漏极和第一电容；第一电容、雾化片和第三电容串接，第三电容分别与第二电容和第一三极管的源极连接。第一三极管的栅极为频率接收点，其频率占空比大于或等于50％。
进一步的，第一电阻和第二电阻的串接点为电压反馈点，电压反馈点在扫频的时候用来记录电压值的变化，电压反馈点在正常工作的时候用于调整第二三极管的栅极的输入频率，输入频率的占空比为20％-60％。
进一步的，第一三极管和第二三级管均为N沟道场效应管。
本发明提出了一种超声波雾化片高精度扫频方法，可根据一种超声波雾化片高精度扫频电路进行扫频，其特征在于：扫频过程包括以下步骤：
(1)扫频时向升压电路输入固定直流电压和固定频率；
(2)向扫频电路输入频率驱动；
(3)记录升压电路的电压反馈点的电压值；
(4)增加向扫频电路输入的频率驱动；
(5)记录升压电路的电压反馈点的电压值，并判断向扫频电路输入的频率是否达到额定值，若是，结束扫描并分析记录的电压值，找到雾化片的中心频率，否则进入步骤(4)。
进一步的，步骤(1)的具体为：
(101)将升压电路连接固定的直流电源；
(102)扫频时向第二三极管的栅极输入固定频率，固定频率的占空比范围为20％-60％。
进一步的，步骤(2)具体为向第一三极管的栅极输入90KHz频率驱动。频率驱动的占空比大于或等于50％。
进一步的，步骤(4)具体可为将扫频电路的输入频率增加1KHz。
本发明的有益效果在于：
1、改进了超声波雾化片电路扫频的精度，并且能够广泛的适用于各种超声波雾化片频率的测量和驱动；
2、因为不需要基于脉冲信号的最高点测量，因此可以进行兆赫兹级别的超声波雾化片频率扫描；
3、不需要对不同型号的雾化片进行区别补偿了，因此可真正意义上的驱动任意超声波雾化片。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中超声波雾化片高精度扫频电路的电路图；
图2为现有技术中超声波雾化片高精度扫频方法的流程图；
图3为本发明一种超声波雾化片高精度扫频电路的电路图；
图4为本发明一种超声波雾化片高精度扫频方法的流程图；
图5为本发明测量的电压反馈点的电压变化曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，图中的W1表示超声波雾化片，因为超声波雾化片的特性能够采用电容来表示，超声波雾化片相当于一个在特定频率下的电容，图中的C1、C3在电路处于PWM交流信号的情况下等同于一个电阻，在这个电路中有2个作用，一是防止直流电压加在雾化片两端，保护雾化片不会烧毁，二是在交流电路中相当于2个电阻，可以通过调整容量大小来调整雾化片的雾化量大小。向电路中的三极管的栅极输入90-130KHz的频率，并且从90KHz开始以1KHz为单位进行递增，其电路工作原理如下：
1、第一个周期，Q1MOS管打开，电流通过L1、Q1、RS1，并且此时L1开始储能；
2、第二个周期，Q1MOS管关闭，L1储存的能量释放，电流流入W1，W1开始储能；
3、第三个周期，Q1MOS管打开，电流通过L1、Q1、RS1，并且此时L1开始储能，同时W1储存的能量开始反向通过Q1、RS1，进行能量释放此时在电阻RS1的FB位置会产生一个比正常开关更高的电压峰值，利用电阻的分压原理，此时FB位置上的电压峰值是由L1储能和W1释放能量共同的电流产生的；
4、第四个周期，第二个周期，Q1MOS管关闭，L1储存的能量释放，电流流入W1，W1再次开始储能。
图2为现有技术中超声波雾化片高精度扫频方法的流程图，图中表示了一个完整的工作周期，在这个过程中我们不断的调整PWM的频率，超声波雾化片有一个特点是当雾化片处在中心频率的情况下它储存的能量也是最大的，因此当我们调整PWM频率的时候会在雾化片的中心点的时候FB出的电压处在最高点，利用这个原理在FB出出现最高点的时候此时的PWM频率就是雾化片的中心频率。然后就以该频率来驱动雾化片。
然而有一部分厂家生产的雾化片储能的最大点的频率并不是雾化片的中心频率，大约偏差有2-5KHz左右，因此需要针对不同厂家的产品进行频率补偿，这样导致了无法进行大规模试装，同时由于采集FB点电压的速度原因导致只能够在200KHz以内进行扫描，无法进行2MHz频率的雾化片进行自动扫频。
针对现有技术的缺点，本发明对电路进行了改进，如图3所示，由于超声波雾化片的驱动电压需要达到60V以上，实际的供电电压一般都只有5-12V，如果直接使用后面“DRIVE”部分的电路虽然能够构成一个升压电路，但是驱动电压远不到60V。因此一般采用高电压驱动，于是原来的方法的“HIDC-VIN”部分的输入电压通常都为24V左右，这个电压都是通过升压IC达到的；图中的D1、L2、Q2构成了一个完整的DC-DC升压电路，只需要给“DC-PWM”端口100KHz的频率即可升压，而通过R1、R2分压反馈构成了一个反馈电路，通过反馈调整“DC-PWM”来实现电压稳定。
当输入电压为5V的时候，升压电路得到的电压点为20V，此时“DRIVE”电路部分开始进行扫频，当扫频的频率慢慢开始接近雾化片的频率的中心点的时候“DRIVE”部分电路的功耗开始增加，为了保持DC-DC升压稳定“DC-PWM”逐渐增加占空比，直到最大占空比60％(DC-DC升压最大占空比一般只有60％，详情可查阅国内外相关DC-DC升压控制电路的资料)；当雾化片的频率开始接近中心频率的时候，升压电路部分的功率已经增加到最大了，也就是说升压电路已经处于饱和状态，于是当频率进一步接近雾化片中心点的时候由于升压电路的功率不够，“C2”电容正极的电压开始降低，并且“DC-FB”反馈的电压信号也开始降低了，直到频率到达雾化片的频率中心点此时“DC-FB”处反馈的电压已经处于最低点，随后随着扫频的进行频率再次偏离雾化片的中心频率了，此时“DC-FB”处的电压也再次回升。
基于上述的发现，如图3所示，本发明提出了一种实用的且成本低廉的超声波雾化片高精度扫频电路，包括升压电路和扫频电路，升压电路与扫频电路电连接，升压电路包括第四电容、二极管、第二电感、第二三极管、第一电阻和第二电阻；第四电容和二极管均与直流电源并联，二极管的负极引脚与直流电源的正极连接，并与第二电感的一端连接，第二电感的另一端连接第二三极管的漏极和第一电阻，第一电阻和第二电阻串接，第二三极管的源极和第二电阻连接直流电源的负极。扫频电路包括第一电容、第二电容、第三电容、第一电感、第一三极管和雾化片；第二电容与第一电阻和第二电阻并联，第二电容的正极连接第一电感，第一电感的另一端连接第一三极管的漏极和第一电容；第一电容、雾化片和第三电容串接，第三电容分别与第二电容和第一三极管的源极连接。第一三极管的栅极为频率接收点，其频率占空比大于或等于50％。第一电阻和第二电阻的串接点为电压反馈点，电压反馈点在扫频的时候用来记录电压值的变化，电压反馈点在正常工作的时候用于调整第二三极管的栅极的输入频率，输入频率的占空比为20％-60％。第一三极管和第二三级管均为N沟道场效应管。已知输入电压为5V的情况下，在“DC-PWM”的占空比不变和频率不变的情况下升压电路提供的功率是恒定的，这个时候“DRIVE”电路的功耗越大“DC-FB”处反馈的电压就越低，当“DRIVE”电路开始扫频的时候我们不断的监控“DC-FB”处的电压，当“DC-FB”处的电压处于最低点的时候对应的频率就是雾化片的中心频率。
如图4所示，一种超声波雾化片高精度扫频方法，基于一种超声波雾化片高精度扫频电路进行扫频，扫频过程包括以下步骤：
(1)向升压电路输入固定直流电压和固定频率；
步骤(1)的具体为：
(101)将升压电路连接固定的直流电源；直流电源的电压值在本实施例中可设定为5V；
(102)向第二三极管的栅极输入固定频率，比如100KHz，步骤(1)中升压电路的输入频率的固定占空比为20％-60％。占空比是指高电平在一个周期内所占的时间比率，如方波的占空比为50％，占空比为0.5，说明正电平所占时间为0.5个周期。
(2)向扫频电路输入90KHz频率驱动；步骤(2)具体为向第一三极管的栅极输入90KHz频率驱动，在不同的实施例中，输入的频率不同，具体的可根据需求进行设定。该频率驱动的占空比大于或等于50％。
(3)记录升压电路的电压反馈点的电压值；
(4)增加向扫频电路输入频率；步骤(4)具体可为将扫频电路的输入频率增加1KHz；将增加值定为1KHz，能够保证准确度和精度。
(5)记录升压电路的电压反馈点的电压值，并判断向扫频电路输入的频率是否达到额定值，此处的额定值在本实施例中设为130KHz，当电压值达到最低点的时候对应的向扫频电路输入的频率就是雾化片的中心频率；若是，结束扫描，否则进入步骤(4)。
通过集成DC-DC升压功能，并将DC-DC升压模式进行了改变，使我们可以实现测量功率的方式来测量超声波雾化片的频率，并且没有增加电路的成本，相对于通过外部升压IC控制的电路还可以节省部分成本。
如图5所示，是测量的电压反馈点DC-FB的电压变化曲线图；曲线图纵轴的单位为V。
以上实例中所采用的超声波雾化片的谐振频率为115KHz，以下为实例的具体说明：
实例中直流输入电压为5.0伏
实例中“R1”“R2”的分压比为10：1
实例中“DC-PWM”输入的频率为100KHz，占空比为45％
实例中“PWM”输入频率为90KHz并以1KHz累加，占空比为50％
图表中Y轴为“DC-FB”处采集到的电压值，单位为V；
图表中X轴为向“PWM”处输入的对应频率。
根据实际的测试我们可以从图表中得出只有当“PWM”频率最靠近超声波雾化片的谐振频率的时候“DRIVE”电路的整体功耗是最大的，在此实例中“DC-DC”电路提供的功率是恒定的，因此随着“DRIVE”电路功耗的增加“DC-FB”处的电压会降低。
本发明改进了超声波雾化片电路扫频的精度，并且能够广泛的适用于各种超声波雾化片频率的测量和驱动；因为不需要基于脉冲信号的最高点测量，因此可以进行兆赫兹级别的超声波雾化片频率扫描；不需要对不同型号的雾化片进行区别补偿了，因此可真正意义上的驱动任意超声波雾化片。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，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)

1.一种超声波雾化片高精度扫频电路，包括升压电路和扫频电路，其特征在于：所述升压电路与所述扫频电路电连接，所述升压电路包括第四电容、二极管、第二电感、第二三极管、第一电阻和第二电阻；所述第四电容和所述二极管均与直流电源并联，所述二极管的负极引脚与直流电源的正极连接，并与所述第二电感的一端连接，所述第二电感的另一端连接第二三极管的漏极和第一电阻，所述第一电阻和第二电阻串接，所述第二三极管的源极和第二电阻连接直流电源的负极。
2.根据权利要求1所述的一种超声波雾化片高精度扫频电路，其特征在于：所述扫频电路包括第一电容、第二电容、第三电容、第一电感、第一三极管和雾化片；所述第二电容与第一电阻和第二电阻并联，所述第二电容的正极连接第一电感，所述第一电感的另一端连接第一三极管的漏极和第一电容；所述第一电容、雾化片和第三电容串接，所述第三电容分别与所述第二电容和第一三极管的源极连接。
3.根据权利要求1所述的一种超声波雾化片高精度扫频电路，其特征在于：所述第一电阻和所述第二电阻的串接点为电压反馈点，所述电压反馈点在扫频的时候用来记录电压值的变化，所述电压反馈点在正常工作的时候用于调整第二三极管的栅极的输入频率，所述输入频率的占空比为20％-60％。
4.根据权利要求2所述的一种超声波雾化片高精度扫频电路，其特征在于：所述第一三极管的栅极为频率接收点，其频率占空比大于或等于50％。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种超声波雾化片高精度扫频电路，其特征在于：所述第一三极管和所述第二三级管均为N沟道场效应管。
6.一种超声波雾化片高精度扫频方法，可根据权利要求1-4任一项所述的一种超声波雾化片高精度扫频电路进行扫频，其特征在于：扫频过程包括以下步骤：
(1)扫频时向升压电路输入固定直流电压和固定频率；
(2)向扫频电路输入频率驱动；
(3)记录升压电路的电压反馈点的电压值；
(4)增加向扫频电路输入的频率驱动；
(5)记录升压电路的电压反馈点的电压值，并判断向扫频电路输入的频率是否达到额定值，若是，结束扫描并分析记录的电压值，找到雾化片的中心频率，否则进入步骤(4)。
7.根据权利要求6所述的一种超声波雾化片高精度扫频方法，其特征在于：步骤(1)的具体为：
(101)将升压电路连接固定的直流电源；
(102)扫频时向第二三极管的栅极输入固定频率，所述固定频率的占空比范围为20％-60％。
8.根据权利要求6所述的一种超声波雾化片高精度扫频方法，其特征在于：步骤(2)具体为向第一三极管的栅极输入90KHz频率驱动。
9.根据权利要求8所述的一种超声波雾化片高精度扫频方法，其特征在于：所述频率驱动的占空比大于或等于50％。
10.根据权利要求6所述的一种超声波雾化片高精度扫频方法，其特征在于：步骤(4)具体可为将扫频电路的输入频率增加1KHz。
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