CN111227635A - 烹饪器具及超声波振子的驱动控制方法、装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烹饪器具及超声波振子的驱动控制方法、装置，其中，包括以下步骤：获取超声波振子所在谐振回路的交流电流信号的相位；计算输入至谐振回路的交流控制信号的相位和交流电流信号的相位的差值；根据差值调节交流控制信号的频率。根据本发明实施例的超声波振子的驱动控制方法，可以交流控制信号的相位和交流电流信号的相位的差值，调整PWM信号的频率，使得新PWM频率与漂移后的LC固有频率相一致，超声波换能器工作在最佳状态，实现频率的自动跟踪，有效提升产品的可靠性及提高产品寿命。

Description

烹饪器具及超声波振子的驱动控制方法、装置

技术领域

本发明涉及电器技术领域，特别涉及一种烹饪器具及超声波振子的驱动控制方法、装置。

背景技术

由于压力烹饪器烹饪时锅内压力大，食物无法翻滚，使得食物无法翻滚，营养物质难以析出，导致粥汤清淡口感较差。

相关技术中，通过将超声换能器振子竿置于锅内水中，超声波振子振动时将带锅内水分子高频机械振动，并传递至食物中，使食物营养物质分解。其中，超声波振子换能器是超声压力烹饪的重要核心部件，超声波振子一般使用压电材料制作，电学特性上对外呈容性阻抗，容性负载将产生无功功率，输出功率因素低，因此，需要一个感性元器件与之匹配，使超声驱动系统工作时呈阻性状态。

然而，相关技术中的超声波振子驱动技术，是对超声波振子LC谐振回路输入端输入固定的频率交流信号控制超声波振子工作，没有检测超声波换能器的工作状态，由于超声波振子在振动工作过程中，受温度、压力、负载变化等条件影响，超声波振子电气参数的变化，使得超声波振子的固有频率会发生漂移，这种漂移容易导致电路的电抗成分增加，无功功率增加，导致温度进一步升高，换能元件容易出现损坏，降低了产品寿命。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种超声波振子的驱动控制方法，可以交流控制信号的相位和交流电流信号的相位的差值，调整PWM(Pulse Width Modulation，脉宽调制技术)信号的频率，使得新PWM频率与漂移后的LC固有频率相一致，超声波换能器工作在最佳状态，实现频率的自动跟踪，有效提升产品的可靠性及提高产品寿命。

本发明的第二个目的在于提出一种超声波振子的驱动控制装置。

本发明的第三个目的在于提出一种烹饪器具。

本发明的第四个目的在于提出一种电子设备。

本发明的第五个目的在于提出一种非临时性计算机可读存储介质。

为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种超声波振子的驱动控制方法，包括以下步骤：获取所述超声波振子所在谐振回路的交流电流信号的相位；计算输入至所述谐振回路的交流控制信号的相位和所述交流电流信号的相位的差值；根据所述差值调节所述交流控制信号的频率。

另外，根据本发明上述实施例的超声波振子的驱动控制方法还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述根据所述差值调节所述交流控制信号的频率，包括：若所述差值大于或者小于0，则调节所述频率；若所述电流差值等于0，则保持所述频率不变。

根据本发明的一个实施例，所述若所述差值大于或者小于0，则调节所述频率，包括：若所述差值小于0，则增大所述频率；若所述差值大于0，则减小所述频率。

根据本发明的一个实施例，所述增大所述频率，包括：将所述交流控制信号的周期减1；所述减小所述频率包括：将所述交流控制信号的周期加1。

根据本发明实施例的超声波振子的驱动控制方法，可以获取超声波振子所在谐振回路的交流电流信号的相位，并计算输入至谐振回路的交流控制信号的相位和交流电流信号的相位的差值，以根据差值调节交流控制信号的频率。由此，通过监测超声波换能器LC谐振回路中电流相位送至控制器，控制器计算电流与电压的相位差值，调整PWM信号的频率，从而使得新PWM频率与漂移后的LC固有频率相一致，超声波换能器工作在最佳状态，实现频率的自动跟踪，有效提升产品的可靠性及提高产品寿命。

为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种超声波振子的驱动控制装置，包括：相位检测模块，用于获取所述超声波振子所在谐振回路的交流电流信号对应的电流相位信号，所述电流相位信号的相位与所述交流电流信号的相位一致；控制模块，用于计算输入至所述谐振回路的交流控制信号的相位和所述电流相位信号的相位的差值，并根据所述差值调节所述交流控制信号的频率，并输出调节后的所述交流控制信号。

根据本发明的一个实施例，所述控制模块具体用于：若所述差值大于或者小于0，则调节所述频率；若所述电流差值等于0，则保持所述频率不变。

根据本发明的一个实施例，所述控制模块具体用于：若所述差值小于0，则增大所述频率；若所述差值大于0，则减小所述频率。

根据本发明的一个实施例，所述控制模块具体用于：若所述差值小于0，则将所述交流控制信号的周期减1；若所述差值大于0，则将所述交流控制信号的周期加1。

根据本发明的一个实施例，所述相位检测模块包括：电流采样模块，用于获取所述交流电流信号，并将所述交流电流信号转换为交流电压信号；幅值限制模块，用于将所述交流电压信号的幅值限制在设定幅值范围内，生成限幅交流电压信号；基准电压模块，用于生成基准电压信号；相位比较模块，用于根据所述限幅交流电压信号和所述基准电压信号，生成所述电流相位信号。

根据本发明的一个实施例，所述电流采样模块包括：电流互感器，用于将输入的第一幅值的所述交流电流信号转换为第二幅值的所述交流电流信号，所述第二幅值小于所述第一幅值，并输出所述第二幅值的所述交流电流信号；负载电阻，所述负载电阻与所述电流互感器并联，用于将所述第二幅值的所述交流电流信号转换为所述交流电压信号。

根据本发明的一个实施例，所述幅值限制模块包括：限流电阻，所述限流电阻的第一端与所述电流采样模块的第一输出端连接，所述限流电阻的第二端与所述相位比较模块的输入正端连接；第一二极管，所述第一二极管的阳极与所述相位比较模块的输入正端连接，所述第一二极管的阴极分别与所述相位比较模块的输入负端和所述电流采样模块的第一输出端连接；第二二极管，所述第二二极管的阳极与所述相位比较模块的输入负端连接，所述第二二极管的阴极与所述相位比较模块的输入正端连接。

根据本发明的一个实施例，所述基准电压模块包括：第一分压电阻，所述第一分压电阻的第一端与第一直流电源连接；第二分压电阻，所述第二分压电阻的第一端分别与所述第一分压电阻的第二端和所述相位比较模块的输入负端连接，所述第二分压电阻的第二端接地；滤波电容，所述滤波电容的第一端与所述相位比较模块的输入负端连接，所述滤波电容的第二端接地。

根据本发明的一个实施例，所述相位比较模块包括：相位比较器，所述相位比较器的同相输入端与所述幅值限制模块的第一输出端连接，所述相位比较器的反相输入端分别与所述幅值限制模块的第二输出端和所述基准电压模块的输出端连接。

根据本发明实施例的超声波振子的驱动控制装置，可以通过相位检测模块获取所述超声波振子所在谐振回路的交流电流信号对应的电流相位信号，所述电流相位信号的相位与所述交流电流信号的相位一致，并通过控制模块计算输入至所述谐振回路的交流控制信号的相位和所述电流相位信号的相位的差值，并根据所述差值调节所述交流控制信号的频率，并输出调节后的所述交流控制信号。由此，通过监测超声波换能器LC谐振回路中电流相位送至控制器，控制器计算电流与电压的相位差值，调整PWM信号的频率，从而使得新PWM频率与漂移后的LC固有频率相一致，超声波换能器工作在最佳状态，实现频率的自动跟踪，有效提升产品的可靠性及提高产品寿命。

为达到上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种烹饪器具，其包括超声波振子和上述的超声波振子的驱动控制装置。

根据本发明实施例的烹饪器具，通过上述的超声波振子的驱动控制装置，并通过监测超声波换能器LC谐振回路中电流相位送至控制器，控制器计算电流与电压的相位差值，调整PWM信号的频率，从而使得新PWM频率与漂移后的LC固有频率相一致，超声波换能器工作在最佳状态，实现频率的自动跟踪，有效提升产品的可靠性及提高产品寿命。

为达到上述目的，本发明第四方面实施例提出了一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时，实现上述的超声波振子的驱动控制方法。

根据本发明实施例的电子设备，通过执行上述的超声波振子的驱动控制方法，并通过监测超声波换能器LC谐振回路中电流相位送至控制器，控制器计算电流与电压的相位差值，调整PWM信号的频率，从而使得新PWM频率与漂移后的LC固有频率相一致，超声波换能器工作在最佳状态，实现频率的自动跟踪，有效提升产品的可靠性及提高产品寿命。

为达到上述目的，本发明第五方面实施例提出了一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时，实现上述的超声波振子的驱动控制方法。

根据本发明实施例的非临时性计算机可读存储介质，通过执行上述的超声波振子的驱动控制方法，并通过监测超声波换能器LC谐振回路中电流相位送至控制器，控制器计算电流与电压的相位差值，调整PWM信号的频率，从而使得新PWM频率与漂移后的LC固有频率相一致，超声波换能器工作在最佳状态，实现频率的自动跟踪，有效提升产品的可靠性及提高产品寿命。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是根据本发明实施例的超声波振子的驱动控制方法的流程图；

图2是根据本发明一个实施例的超声波振子的驱动控制电路的方框示意图；

图3是根据本发明一个实施例的超声波振子的驱动控制电路的结构示意图；

图4是根据本发明一个实施例的PWM频率控制及电流关系曲线示意图；

图5是根据本发明一个实施例的超声波振子的驱动控制电路的波形示意图；

图6是根据本发明一个实施例的超声波振子的驱动控制方法的流程图；

图7是根据本发明一个实施例的超声波振子的驱动控制装置的方框示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的烹饪器具及超声波振子的驱动控制方法、装置。

图1是本发明实施例的超声波振子的驱动控制方法的流程图。

如图2所示，本发明实施例的超声波振子的驱动控制方法涉及的超声波振子的驱动控制电路主要包括：主功率电路模块10，控制模块20，驱动模块30，相位检测模块40。

具体而言，结合图2和图3，主功率电路模块10包括：交流电源输入模块11、整流模块12、滤波模块13、分压模块14、第一开关管15、第二开关管16、隔离变压模块17、谐振电感18和超声换能器19。

其中，交流电源输入模块11包括：接线端子L、接线端子N和保险管F1，交流电源输入模块11包括用于从供电插座里接入电源。整流模块12包括：二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4，整流模块12用于将交流电压转变为直流电压。滤波模块13用于将变化的直流电压转变为平滑的直流电压。分压模块14包括：电容C2和电容C3，分压模块14用于将输入电压转换为输入电压一半的中点电压。第一开关管15可以为半桥上桥开关管，输入端收到低电平信号(如0V)，开关管截止，即漏(D)极和源(S)断开；收到高电平信号(如12V)，开关管导通，即漏(D)极和源(S)导通。第二开关管16可以为半桥下桥开关管，输入端收到低电平信号(如0V)，开关管截止，即漏(D)极和源(S)断开；收到高电平信号(如12V)，开关管导通，即漏(D)极和源(S)导通。隔离变压模块17，输入一个电压，输出另一电压，该电压由输入线圈与输出线圈的匝数比决定，同时将输入电压与输出电压起电气隔离作用。谐振电感18与超声换能器组成LC谐振回路，增大超声换能器的输出功率。超声换能器19用于将电能转化为振动机械能，带动锅内水分子振动，并传递至食物中，使食物营养物质分解。

控制模块20包括：控制器21和第一电源电压22。其中，控制器21用于接收超声换能器19的电流信号，通过内部运算处理，控制输出两路互补PWM信号，送至半桥驱动器。第一电源电压22用于为控制器21提供工作的供电电压。

驱动模块30包括：半桥驱动器31、第二电源电压32和第三电源电压33。其中，半桥驱动器31用于接收控制器21输入的双路共地的互补PWM信号，其中，PWM信号的电压范围为低电平0V，高电平3.3V或5V；转化输出一路共地信号驱动第二开关管16和浮地信号驱动第一开关管15，其中，输出的电压范围为低电平0V，高电平12V。第二电源电压32用于为驱动器31的共地输出控制模块提供供电电压。第三电源电压33用于为驱动器31的浮地输出控制模块提供供电电压。

相位检测模块40包括：基准电压模块41、电流采样模块42、幅值限制模块43和相位比较模块44，相位检测模块40可以用于检测换能器的电流相位。其中，基准电压模块41包括输入电源电压、第一分压电阻R2、第二分压电阻R3、滤波电容C5。第一分压电阻R2和第二分压电阻R3组成分压电路，以为相位比较器的反相输入端提供电压基准；电流采样模块42包括电流互感器T2和负载电阻R1。电流互感器T2用于将输入超声换能器谐振回路的大电流信号转化为输出正比例于该电流的小电流信号，负载电阻R1用于将电流信号转化为电压信号；幅值限制模块43包括限流电阻R4、第一二极管D6和第二二极管D7。幅值限制模块43用于将电流采样模块42输出的电压限制在一定的幅值，为相位比较器芯片提供安全的信号电压，防止损坏比较器芯片；相位比较模块44包括相位比较芯片CMP1和输出上拉电阻R5。相位比较芯片包括两个输入端：同相输入端和反相输入端，反相输入端接基准电压模块41输出的基准电压，同相输入端接幅值限制模块43的输出。相位比较模块44用于将电流采样模块42输出的模拟电流相位信号转化为数字相位信号，然后送至控制器21处理。

另外，简单介绍下本发明实施例的超声波振子的驱动控制方法的工作原理。

如图3所示，第一电源电压可以为5V，用于给控制器21供电。第二电源电压可以为12V，用于给半桥驱动芯片的下桥输出供电。第三电源电压可以为浮地12V，用于给半桥驱动芯片的上桥供电。开关管Q1、Q2可以为N型MOSFET，Q1、Q2、T1、C2、C3组成半桥式推挽电路，负载为隔离变压器T1，隔离变压器T1起隔离变压及阻抗变换的作用。电感L1和超声换能器Z1组成LC谐振回路，用于提高超声换能器输出功率和功率因素。工作波形如图4所示：

工作时，控制器21输出两路互补共地的PWM信号，其中，两路互补信号指其中的一路电平为高电平时，另一路为低电平，两路PWM信号交替导通，如图4中的t1和t2时间段所示。另外，在PWM信号交替变化时的过渡时间段，两路信号都是低电平，称为死区时间，如图4所示的t3时间段，是用于防上开关管Q1和Q2开关切换时引起同时导通损坏器件。

控制器21输出PWM信号的电压能力为0～5V，无法直接驱动MOSFET开关管Q1和Q2，并且控制器21输出的两路PWM信号都时共地的，即以地(电压为0V)为参考点，0～5V的电压变化范围，但是上桥开关管Q1为浮地开关，其中，浮地开关是指上桥开关管的源(S)极电压是变化的，因此其门(G)极电压也是变化的。例如，上桥开关管Q1导通前漏(D)极电压为300V，源(S)极电压0V，那么Q1的门源电压V_GS为0V。上桥开关管Q1导通后，Q1的D、S引脚短路，则源(S)极电压为300V，Q1要维持导通，必须要使Q1的门源电压V_GS电压保持12V压差，则门极的对地电压要为312V。

第三电源电压的浮地12V是通过二极管D5及电容C4实现的。具体而言，下桥开关管Q2导通时，Q2的D、S引脚短路，Q2的漏(D)极电压为0V，则半桥驱动芯片的VS引脚为0V，+12V电源经过D5给电容C4充12V的电压。上桥开关管Q1导通时，Q1的D、S引脚短路，Q1的S引脚升至300V电压，由于有电容C4的存在，C4两端的电压保持12V不变，则C4对地电压为312V，从而实现对上桥开关管Q的浮地供电。

控制器21输出两路电压范围为0～5V的PWM互补信号送到半桥驱动芯片，经芯片内部电压放大及浮地分离后送至上下半桥开关管的门极，驱动半桥开关管Q1、Q2交替导通，使隔离变压器T1的输入端产生交替变压的电压，输出端也跟随输入端产生交替变化的电压，激励由电感L1和超声波换能器Z1组成的LC谐振电路，使超声波换能器Z1产生机械振动，由电场能转化为机械能，并带动锅内水分子高频机械振动，并传递至食物中，使食物营养物质分解。

超声波换能器Z1的振动频率由控制器21输出的PWM信号决定，超声波换能器Z1在电学特性上表现为容性阻抗，与电感TL1串联后，组成LC谐振回路，其固有频率值为：

LC谐振回路对频率具有选频特性。换能器振子的输出功率可以根据下述公式得到：

P＝U*I*cosθ；

其中，U为振子两端的电压，I为流过振子的电流，θ为振子两端的电压和电流的相位差。

因此，如果超声波换能器振子的电压和电流之间的相位相同时，即相位差为0时，振子负载呈纯阻性，具有最大输出功率。如图4所示，换能器的固有频率为F0，当驱动频率f与固有频率F0相同时，此时相位差为0，输出功率最大。

超声波换能器的固有谐振频率并非固定不变，当其受温度、压力或负载变化等条件影响后，固有谐振频率将会产生漂移，该漂移会使电路的电抗成分增加，无功功率增加。如果控制器21输出的PWM信号频率不变，那么驱动频率与谐振频率不一致，则超声波换能器输出功率低，功率因素也变低，超声波换能器的工作状态变差，寿命缩短。因此，控制器21需要感知超声波换能器工作状态的变化，调整输出PWM信号的频率，跟随超声波换能器固有频率的变化，使驱动频率与谐振频率保持一致性。

在本发明的一个实施例中，参数优选值电流传感器T2的初级线圈N₁＝1匝，次级线圈N₂＝500匝，根据安培回路定律：

N₁×I₁＝N₂×I₂；

则次级线圈电流：

I₂＝N₁×I₁/N₂。

例如，电流互感器的初级线圈流入电流1000毫安，如图5中的N3电流波形所示，则次级线圈电流为2毫安，负载电阻R1将电流信号转化为电压信号；R1作为实施例优选电阻值为1K，流入R1的电流为2毫安，则R1上的电压差为：

V＝I₂×R1＝2V；

从而实现电流信号转化为电压信号的作用。基准电压模块41中，R2、R3的优选值为1K，电容C5优选值为1微法，则基准电压输出电压(N6节点)为2.5V。基准电压用于为比较器CMP1提的输入信号提供合适的工作电压。比较器CMP1的反相输入端为基准电压2.5V。电流采样负载电阻的另一端是叠加在基准电压上的。因此，如图5中的N4波形所示，上述R1电阻的2V电压在，节点N4的电压变化范围为0.5V～4.5V。限压模块43中，二极管D6和D7组成双向限压电路，限压范围为正负0.7V，只要差值超过0.7V的电压都将限制至0.7V，由于限压电路的加一端也是叠加上基准电压上的。因此，如图5中的N5波形所示，节点N5的电压范围为1.8V～3.2V。节点N5电压连接至比较器的同相端，2.5V基准电压送至比较器的反相端，经过比较器CMP1后，其输出端(节点N7)的波形如图5中的N7所示。由图5中节点N3和节点N7的波形对比可知，节点N7的波形反映了换能器振子的电流相位特征，从而实现换能器电流相位的采集，采集后的相位信号送至控制器21的相位输入引脚。

如图1所示，该超声波振子的驱动控制方法包括以下步骤：

S1，获取超声波振子所在谐振回路的交流电流信号的相位。

可以理解的是，可以通过相位检测模块采集超声波振子所在谐振回路的交流电流信号的相位。

S2，计算输入至谐振回路的交流控制信号的相位和交流电流信号的相位的差值。

具体而言，谐振回路的交流控制信号可以由控制器输出，如图5中的PWMP的波形所示，该波形反映了振子的电压相位信号，由于PWMP是控制器输出的，因此，其相位信号是已知的。交流电流信号的相位可以如图5中的节点N7波形所示，该波形反映了振子的电流相位信号，控制器可以通过对振子的电流相位信号进行检测，通过运算取出它们之间的相位差，该相位差可以如图5中tp所示。其中，该计算方法可以采用相关技术中的计算方法，在此不做具体限定。

S3，根据差值调节交流控制信号的频率。

可以理解的是，本发明实施例可以通过计算当前交流电流信号的相位与输入至谐振回路的电压信号的相位差值对交流控制信号的频率进行调节。

具体而言，如图5中tp所示，本发明实施例可以根据相位差tp的大小控制PWM信号的频率变化。

进一步地，根据本发明的一个实施例，根据差值调节交流控制信号的频率，包括：若差值大于或者小于0，则调节频率；若电流差值等于0，则保持频率不变。

可以理解的是，如图4所示，根据驱动频率与振子的输出功率及振子电压电流相位的关系特性，可以看出：(1)控制器输出的PWM的驱动频率f在整个频率范围内，只有在驱动频率f等于换能器振子的固有谐振频率F0时才有最大输出功率；(2)换能器在最大输出功率时电压和电流的相位差为0。

因此，在根据输入至谐振回路的交流控制信号的相位和交流电流信号的相位的差值调节交流控制信号的频率时，如果差值等于0，则说明当前PWM驱动频率等于换能器振子的固有谐振频率，换能器负载为纯阻性，具有最大输出功率，工作于最佳状态，控制器可以保持当前PWM的信号频率不变；如果差值不等于0，如差值大于或者小于0，则说明当前PWM驱动频率偏离换能器振子的固有谐振频率，需要调整当前PWM信号的驱动频率。

进一步地，根据本发明的一个实施例，若差值大于或者小于0，则调节频率，包括：若差值小于0，则增大频率；若差值大于0，则减小频率。

其中，根据本发明的一个实施例，增大频率，包括：将交流控制信号的周期减1；减小频率包括：将交流控制信号的周期加1。

具体而言，如果输入至谐振回路的交流控制信号的相位和交流电流信号的相位的差值小于0，说明当前PWM驱动频率小于换能器振子的固有谐振频率，需要增加PWM输出信号的频率；如果输入至谐振回路的交流控制信号的相位和交流电流信号的相位的差值大于0，说明当前PWM驱动频率大于换能器振子的固有谐振频率，需要减小PWM输出信号的频率。

举例而言，如图6所示，在本发明的一个具体实施例中，上述的超声波振子的驱动控制方法，包括以下步骤：

S601，获取超声波振子所在谐振回路的交流电流信号相位值。

S602，计算输入至谐振回路的交流控制信号的相位和交流电流信号的相位差值。

S603，判断相位差值是否等于0，如果是，执行步骤S604，否则，执行步骤S605。

S604，控制器保持当前PWM的信号频率不变。

S605，判断相位差值是否小于0，如果是，执行步骤S606，否则，执行步骤S607。

S606，PWM周期值减1，然后结束本次调整。

S607，PWM周期值加1，然后结束本次调整。

也就是说，控制器可以通过上述原理获取超声换能器振子的电流相位信号后，可以通过内部控制程序算法处理，调整当前PWM信号的频率，实现频率的自动跟踪。

具体而言，假设当前超声波换能器工作于最佳状态，此时控制器输出的PWM的频率f为40KHz,控制器检测到振子的电压和电流的相位差为0。由于受温度、压力或负载变化等条件影响，振子的固有谐振频率F0将会产生偏移，由40KHz偏移至41KHz，由于驱动频率f不等于新的固有谐振频率41KHz，因此，超声波换能器的固有谐振频率偏移后，控制器检测到的相位差小于0，可以通过执行上述步骤S606，控制PWM周期值减小，由公式f＝1/T可知，控制器输出PWM的频率会升高，当控制器输出的PWM频率升高至41KHz时，驱动频率等于固有谐振频率，检测到的相位差等于0，控制器保持当前PWM频率不变，从而实现超声波换能器的频率自动跟踪。

基于相同的控制原理，振子的固有谐振频率由40KHz偏移至39KHz，由于驱动频率f不等于新的固有谐振频率39KHz，因此，超声波换能器的固有谐振频率偏移后，控制器检测到的相位差大于0，可以通过执行上述步骤S606，控制PWM周期值增大，由公式f＝1/T可知，控制器输出PWM的频率会降低，当控制器输出的PWM频率降低至39KHz时，驱动频率等于固有谐振频率，检测到的相位差等于0，控制器保持当前PWM频率不变，从而实现超声波换能器的频率自动跟踪。

根据本发明实施例提出的超声波振子的驱动控制方法，可以获取超声波振子所在谐振回路的交流电流信号的相位，并计算输入至谐振回路的交流控制信号的相位和交流电流信号的相位的差值，以根据差值调节交流控制信号的频率。由此，通过监测超声波换能器LC谐振回路中电流相位送至控制器，控制器计算电流与电压的相位差值，调整PWM信号的频率，从而使得新PWM频率与漂移后的LC固有频率相一致，超声波换能器工作在最佳状态，实现频率的自动跟踪，有效提升产品的可靠性及提高产品寿命。

图7是本发明实施例的超声波振子的驱动控制装置的方框示意图。如图7所示，该超声波振子的驱动控制装置包括：相位检测模块40和控制模块20。

其中，相位检测模块40用于获取超声波振子所在谐振回路的交流电流信号对应的电流相位信号，电流相位信号的相位与交流电流信号的相位一致；控制模块20用于计算输入至谐振回路的交流控制信号的相位和电流相位信号的相位的差值，并根据差值调节交流控制信号的频率，并输出调节后的交流控制信号。

根据本发明的一个实施例，控制模块20具体用于：若差值大于或者小于0，则调节频率；若电流差值等于0，则保持频率不变。

根据本发明的一个实施例，控制模块20具体用于：若差值小于0，则增大频率；若差值大于0，则减小频率。

根据本发明的一个实施例，控制模块20具体用于：若差值小于0，则将交流控制信号的周期减1；若差值大于0，则将交流控制信号的周期加1。

根据本发明的一个实施例，结合图2和图3，相位检测模块40包括：基准电压模块41、电流采样模块42、幅值限制模块43和相位比较模块44。其中，电流采样模块42用于获取交流电流信号，并将交流电流信号转换为交流电压信号。幅值限制模块43用于将交流电压信号的幅值限制在设定幅值范围内，生成限幅交流电压信号。基准电压模块41用于生成基准电压信号。相位比较模块44用于根据限幅交流电压信号和基准电压信号，生成电流相位信号。

根据本发明的一个实施例，结合图2和图3，电流采样模块42包括：电流互感器T2和负载电阻R1。电流互感器T2用于将输入的第一幅值的交流电流信号转换为第二幅值的交流电流信号，第二幅值小于第一幅值，并输出第二幅值的交流电流信号。负载电阻R1，负载电阻R1与电流互感器T2并联，用于将第二幅值的交流电流信号转换为交流电压信号。

根据本发明的一个实施例，结合图2和图3，幅值限制模块43包括：限流电阻R4、第一二极管D6和第二二极管D7。限流电阻R4的第一端与电流采样模块42的第一输出端连接，限流电阻R4的第二端与相位比较模块44的输入正端连接；第一二极管D6的阳极与相位比较模块44的输入正端连接，第一二极管D6的阴极分别与相位比较模块44的输入负端和电流采样模块42的第一输出端连接；第二二极管D7的阳极与相位比较模块44的输入负端连接，第二二极管D7的阴极与相位比较模块44的输入正端连接。

根据本发明的一个实施例，结合图2和图3，基准电压模块41包括：第一分压电阻R2、第二分压电阻R3、滤波电容C5。第一分压电阻R2的第一端与第一直流电源连接；第二分压电阻R3的第一端分别与第一分压电阻R2的第二端和相位比较模块44的输入负端连接，第二分压电阻R3的第二端接地；滤波电容C5的第一端与相位比较模块44的输入负端连接，滤波电容C5的第二端接地。

根据本发明的一个实施例，结合图2和图3，相位比较模块44包括：相位比较器，相位比较器的同相输入端与幅值限制模块43的第一输出端连接，相位比较器的反相输入端分别与幅值限制模块43的第二输出端和基准电压模块41的输出端连接。

需要说明的是，前述对超声波振子的驱动控制方法实施例的解释说明也适用于该实施例的超声波振子的驱动控制装置，此处不再赘述。

根据本发明实施例提出的超声波振子的驱动控制装置，可以通过相位检测模块获取所述超声波振子所在谐振回路的交流电流信号对应的电流相位信号，所述电流相位信号的相位与所述交流电流信号的相位一致，并通过控制模块计算输入至所述谐振回路的交流控制信号的相位和所述电流相位信号的相位的差值，并根据所述差值调节所述交流控制信号的频率，并输出调节后的所述交流控制信号。由此，通过监测超声波换能器LC谐振回路中电流相位送至控制器，控制器计算电流与电压的相位差值，调整PWM信号的频率，从而使得新PWM频率与漂移后的LC固有频率相一致，超声波换能器工作在最佳状态，实现频率的自动跟踪，有效提升产品的可靠性及提高产品寿命。

本发明实施例提出了一种烹饪器具，其包括超声波振子和上述的超声波振子的驱动控制装置。

根据本发明实施例提出的烹饪器具，通过上述的超声波振子的驱动控制装置，并通过监测超声波换能器LC谐振回路中电流相位送至控制器，控制器计算电流与电压的相位差值，调整PWM信号的频率，从而使得新PWM频率与漂移后的LC固有频率相一致，超声波换能器工作在最佳状态，实现频率的自动跟踪，有效提升产品的可靠性及提高产品寿命。

本发明实施例提出了一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时，实现上述的超声波振子的驱动控制方法。

根据本发明实施例提出的电子设备，通过执行上述的超声波振子的驱动控制方法，并通过监测超声波换能器LC谐振回路中电流相位送至控制器，控制器计算电流与电压的相位差值，调整PWM信号的频率，从而使得新PWM频率与漂移后的LC固有频率相一致，超声波换能器工作在最佳状态，实现频率的自动跟踪，有效提升产品的可靠性及提高产品寿命。

本发明实施例提出了一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时，实现上述的超声波振子的驱动控制方法。

根据本发明实施例提出的非临时性计算机可读存储介质，通过执行上述的超声波振子的驱动控制方法，并通过监测超声波换能器LC谐振回路中电流相位送至控制器，控制器计算电流与电压的相位差值，调整PWM信号的频率，从而使得新PWM频率与漂移后的LC固有频率相一致，超声波换能器工作在最佳状态，实现频率的自动跟踪，有效提升产品的可靠性及提高产品寿命。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (16)

1.一种超声波振子的驱动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取所述超声波振子所在谐振回路的交流电流信号的相位；

计算输入至所述谐振回路的交流控制信号的相位和所述交流电流信号的相位的差值；

根据所述差值调节所述交流控制信号的频率。

2.根据权利要求1所述的驱动控制方法，其特征在于，所述根据所述差值调节所述交流控制信号的频率，包括：

若所述差值大于或者小于0，则调节所述频率；

若所述电流差值等于0，则保持所述频率不变。

3.根据权利要求2所述的驱动控制方法，其特征在于，所述若所述差值大于或者小于0，则调节所述频率，包括：

若所述差值小于0，则增大所述频率；

若所述差值大于0，则减小所述频率。

4.根据权利要求3所述的驱动控制方法，其特征在于，所述增大所述频率，包括：将所述交流控制信号的周期减1；

所述减小所述频率包括：将所述交流控制信号的周期加1。

5.一种超声波振子的驱动控制装置，其特征在于，包括：

相位检测模块，用于获取所述超声波振子所在谐振回路的交流电流信号对应的电流相位信号，所述电流相位信号的相位与所述交流电流信号的相位一致；

控制模块，用于计算输入至所述谐振回路的交流控制信号的相位和所述电流相位信号的相位的差值，并根据所述差值调节所述交流控制信号的频率，并输出调节后的所述交流控制信号。

6.根据权利要求5所述的驱动控制装置，其特征在于，所述控制模块具体用于：

若所述差值大于或者小于0，则调节所述频率；

若所述电流差值等于0，则保持所述频率不变。

7.根据权利要求6所述的驱动控制装置，其特征在于，所述控制模块具体用于：

若所述差值小于0，则增大所述频率；

若所述差值大于0，则减小所述频率。

8.根据权利要求7所述的驱动控制装置，其特征在于，所述控制模块具体用于：

若所述差值小于0，则将所述交流控制信号的周期减1；

若所述差值大于0，则将所述交流控制信号的周期加1。

9.根据权利要求5所述的驱动控制装置，其特征在于，所述相位检测模块包括：

电流采样模块，用于获取所述交流电流信号，并将所述交流电流信号转换为交流电压信号；

幅值限制模块，用于将所述交流电压信号的幅值限制在设定幅值范围内，生成限幅交流电压信号；

基准电压模块，用于生成基准电压信号；

相位比较模块，用于根据所述限幅交流电压信号和所述基准电压信号，生成所述电流相位信号。

10.根据权利要求9所述的驱动控制装置，其特征在于，所述电流采样模块包括：

电流互感器，用于将输入的第一幅值的所述交流电流信号转换为第二幅值的所述交流电流信号，所述第二幅值小于所述第一幅值，并输出所述第二幅值的所述交流电流信号；

负载电阻，所述负载电阻与所述电流互感器并联，用于将所述第二幅值的所述交流电流信号转换为所述交流电压信号。

11.根据权利要求9所述的驱动控制装置，其特征在于，所述幅值限制模块包括：

限流电阻，所述限流电阻的第一端与所述电流采样模块的第一输出端连接，所述限流电阻的第二端与所述相位比较模块的输入正端连接；

第一二极管，所述第一二极管的阳极与所述相位比较模块的输入正端连接，所述第一二极管的阴极分别与所述相位比较模块的输入负端和所述电流采样模块的第一输出端连接；

第二二极管，所述第二二极管的阳极与所述相位比较模块的输入负端连接，所述第二二极管的阴极与所述相位比较模块的输入正端连接。

12.根据权利要求9所述的驱动控制装置，其特征在于，所述基准电压模块包括：

第一分压电阻，所述第一分压电阻的第一端与第一直流电源连接；

第二分压电阻，所述第二分压电阻的第一端分别与所述第一分压电阻的第二端和所述相位比较模块的输入负端连接，所述第二分压电阻的第二端接地；

滤波电容，所述滤波电容的第一端与所述相位比较模块的输入负端连接，所述滤波电容的第二端接地。

13.根据权利要求9所述的驱动控制装置，其特征在于，所述相位比较模块包括：

相位比较器，所述相位比较器的同相输入端与所述幅值限制模块的第一输出端连接，所述相位比较器的反相输入端分别与所述幅值限制模块的第二输出端和所述基准电压模块的输出端连接。

14.一种烹饪器具，其特征在于，包括：超声波振子和如权利要求5-13任一项所述的超声波振子的驱动控制装置。

15.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时，实现如权利要求1-4任一项所述的超声波振子的驱动控制方法。

16.一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时，实现如权利要求1-4任一项所述的超声波振子的驱动控制方法。

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