CN113252977B - 一种超声波换能器的寻频电路和寻频方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种超声波换能器的寻频电路和寻频方法，电路包括：换能器负载；检测电路，用于实时采集换能器负载的电压、电流和电流相位；控制电路，用于根据采集的电压和电流，求解得到当前采样周期对应的功率均方差，并产生两组互补的PWM控制信号；还用于根据实时采集的电流相位和设定的基准电压，得到电压相位差的锯齿波信息；功率驱动电路，用于根据两组PWM控制信号调整换能器负载的电压、电流和电流相位，并求解得到下一采样周期对应的功率均方差；同时，在功率均方差动态求解的过程中，控制电路还用于提取锯齿波信息中最小电压相位差，并得到该最小电压相位差对应的频率。本申请能够自动寻找最佳谐振频率，使得换能器负载工作稳定性高。

Description

一种超声波换能器的寻频电路和寻频方法

技术领域

本申请涉及超声波控制技术领域，特别涉及一种超声波换能器的寻频电路和寻频方法。

背景技术

在医疗手术中软组织切割止血的设备中，常常需要使用到超声波能量。但是，超声波换能器在工作环境的温度压力干扰下，谐振频率并不是固定的，若想要超声波换能器稳定在谐振状态，超声波换能器的驱动频率还需要跟随谐振频率，即频率跟踪。

若超声波换能器的频率跟踪稳定性不高，则必然降低软组织切割止血的效果，故而如何稳定地实现频率跟踪是我们函待解决的。

发明内容

本申请实施例提供一种超声波换能器的寻频电路和寻频方法，以解决相关技术中超声波换能器频率跟踪不稳定的缺陷。

第一方面，提供了一种超声波换能器的寻频电路，包括：

换能器负载；

检测电路，其与所述换能器负载相连，用于实时采集换能器负载的电压、电流和电流相位；

控制电路，其与所述检测电路相连，用于根据采集的电压和电流，求解得到当前采样周期对应的功率均方差，并产生两组互补的PWM控制信号；还用于根据实时采集的电流相位和设定的基准电压，得到电压相位差的锯齿波信息；

功率驱动电路，其与所述控制电路和所述换能器负载均相连，用于根据两组所述PWM控制信号调整所述换能器负载的电压、电流和电流相位，并求解得到下一采样周期对应的功率均方差；

同时，在功率均方差动态求解的过程中，所述控制电路还用于提取锯齿波信息中最小电压相位差，并得到该最小电压相位差对应的频率，即确定所述换能器负载的谐振频率。

一些实施例中，所述检测电路包括：

电流相位检测支路，其包括共模电感L1和电容C1，所述共模电感L1包括两个线圈，一线圈的一端接地，另一端被配置为输出电流相位，另一线圈与所述电容C1并联；

电压检测支路，其包括隔离变压器T1，所述隔离变压器T1初级侧的两端与所述功率驱动电路的两个输出端相连，次级侧包括两个输出绕组，一输出绕组的一端接地，另一端被配置为输出电压；

电流检测支路，其包括电流互感器T2，所述电流互感器T2的次级侧的一端接地，另一端被配置为输出电流；

同时，所述换能器负载的两端分别与另一输出绕组的一端连接和通过所述电流互感器T2的次级侧与所述电容C1的一端连接，且所述电容C1的另一端还与所述另一输出绕组的另一端相连。

一些实施例中，所述检测电路还包括：

保护支路，其包括电容C2、电阻R1和电阻R2，所述电阻R1和电阻R2串联后形成的支路与所述电容C2和所述另一输出绕组均并联。

一些实施例中，所述功率驱动电路包括：

两驱动支路，两个所述驱动支路各连接所述隔离变压器T1初级侧的一端，所述驱动支路包括驱动变压器T3、场效应管Q1、场效应管Q2、电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R6，

所述场效应管Q1与所述场效应管Q2串接，所述场效应管Q1的漏级为零电位，所述场效应管Q2的源极接正向电源，且所述场效应管Q1的源极作为一输出端与所述隔离变压器T1相连；

所述驱动变压器T3的初级侧一端接收高边驱动信号，另一端接收低边驱动信号，次级侧包括两个次级绕组，一次级绕组与所述电阻R3和电阻R4串接形成一个回路，且所述电阻R4的一端与所述场效应管Q1的漏级相连，另一端与所述场效应管Q1的栅极和所述电阻R3均相连，另一次级绕组与所述电阻R5和电阻R6串接形成一个回路，且所述电阻R6的一端与所述场效应管Q2的漏级相连，另一端与所述场效应管Q2的栅极和所述电阻R5均相连。

一些实施例中，所述隔离变压器T1初级侧的一端通过一谐振电感L2与一所述驱动支路的输出端相连，另一端与另一所述驱动支路的输出端相连。

一些实施例中，所述控制电路包括：

比较器电路，其与所述电流相位检测支路相连，用于根据设定的基准电压和实时采集的电流相位，持续得到电压相位差的锯齿波信息；

乘法器电路，其与所述电压检测支路和所述电流检测支路均相连，用于根据实时采集的电压、电流和设定的衰减系数，运算得到功率参考量；

CPU控制器，其与所述比较器电路和所述乘法器电路均相连，用于根据得到的功率参考量依次求解得到不同采样周期对应的功率均方差，并根据每次得到的功率均方差产生两组互补的PWM控制信号；

同时，在功率均方差动态求解的过程中，所述CPU控制器还用于提取锯齿波信息中最小电压相位差，并得到该最小电压相位差对应的频率。

一些实施例中，所述比较器电路包括芯片U1、电阻R7、电阻R8、电阻R9和限流支路；

所述限流支路包括二极管D1、二极管D2和电容C2，所述电容C2与所述二极管D1和所述二极管D2均并联，所述电容C2的一端与所述电阻R7靠近所述芯片U1的一端相连，另一端接地，且所述二极管D1与所述二极管D2反向设置；

所述芯片U1包括八个引脚，在所述芯片U1中：

4号引脚接地；

8号引脚接正向电源，并通过串接的电阻R8和电阻R9接地；

6号引脚与所述电阻R9远离接地的一端相连；

5号引脚通过所述电阻R7与所述电流相位检测支路的输出端相连；

7号引脚被配置为输出端，用于输出电压相位差的锯齿波信息。

一些实施例中，所述乘法器电路包括芯片U2、电容C3、第一稳压支路、第二稳压支路和滤波支路；

所述第一稳压支路包括稳压二极管D3、稳压二极管D4和电阻R10，所述电阻R10的一端与所述芯片U2相连，另一端接地，所述稳压二极管D3的负极与所述稳压二极管D4的负极相连，所述稳压二极管D3的正极与所述电阻R10靠近所述芯片U2的一端相连，所述稳压二极管D4的负极接地；

所述滤波支路包括电阻R11、电容C4、电阻R12和电容C5，所述芯片U2依次通过所述电阻R11和所述电阻R12与所述CPU控制器连接，所述电阻R12靠近所述CPU控制器的一端被配置为输出端，所述电容C4的一端与所述电阻R11远离所述芯片U2的一端相连，所述电容C5的一端与所述电阻R12远离所述芯片U2的一端相连，所述电容C4和所述电容C5的另一端均接地；

所述第二稳压支路包括二极管D5、二极管D6、电容C6、电阻R13、电阻R14、稳压二极管D7和稳压二极管D8，所述电阻R13、电阻R14、电容C6、稳压二极管D8和稳压二极管D7依次串联成环状，且所述稳压二极管D7的负极和所述稳压二极管D8的负极相连，所述稳压二极管D8的正极接地，所述电阻R13靠近所述电阻R14的一端连接所述电压检测支路的输出端，另一端连接所述芯片U2，所述电容C6与所述二极管D5并联，且所述二极管D5与所述二极管D6反向并联；

所述芯片U2包括八个引脚，在所述芯片U2中：

1号引脚与所述电流检测支路的输出端、所述二极管D3的正极均相连，

2号引脚与4号引脚均接地，

3号引脚通过所述电容C3与8号引脚相连，且连接12V正向电源，

5号引脚与所述电阻R11远离所述电阻R12的一端相连，

6号引脚连接12V正向电源，

7号引脚与所述电阻R13远离所述电压检测支路的一端连接。

一些实施例中，所述CPU控制器用于根据当前采样周期得到的功率均方差与上一采样周期得到的功率均方差的差值，产生两组所述PWM控制信号，以控制所述功率驱动电路中的各个场效应管的通断。

第二方面，还提供了一种超声波换能器的寻频方法，包括：

检测电路实时采集换能器负载的电压、电流和电流相位；

控制电路根据采集的电压和电流，求解得到当前采样周期对应的功率均方差，并产生两组互补的PWM控制信号；以及，根据实时采集的电流相位和设定的基准电压，得到电压相位差的锯齿波信息；

功率驱动电路根据两组所述PWM控制信号调整所述换能器负载的电压、电流和电流相位，并求解得到下一采样周期对应的功率均方差；

同时，在功率均方差动态求解的过程中，所述控制电路还提取锯齿波信息中最小电压相位差，并得到该最小电压相位差对应的频率，即确定所述换能器负载的谐振频率。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：自动寻找最佳谐振频率，使得换能器负载工作稳定性高。

本申请实施例提供了一种超声波换能器的寻频电路和寻频方法，该寻频电路包括换能器负载、检测电路、控制电路和功率驱动电路，检测电路实时采集换能器负载的电压、电流和电流相位；控制电路根据采集的电压和电流，求解得到当前采样周期对应的功率均方差，并产生两组互补的PWM控制信号；功率驱动电路根据两组所述PWM控制信号调整所述换能器负载的电压、电流和电流相位，并求解得到下一采样周期对应的功率均方差；控制电路还根据实时采集的电流相位和设定的基准电压，得到电压相位差的锯齿波信息，并在功率均方差动态求解的过程中，控制电路还提取锯齿波信息中最小电压相位差，并得到该最小电压相位差对应的频率，即确定所述换能器负载的谐振频率。本申请实施例在超声波换能器处于工作状态时，动态调整换能器负载的电压、电流和电流相位，并在动态调整的过程中获取电压相位差最小值对应的频率，并将该频率作为谐振频率，能够达到较佳的寻频效果，进而确保换能器负载的工作稳定性高。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种超声波换能器的寻频电路中功率驱动电路和检测电路与换能器负载的电路连接结构图；

图2为本申请实施例提供的比较器电路的结构图；

图3为本申请实施例提供的乘法器电路的结构图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种超声波换能器的寻频电路，其能自动寻找最佳换能器负载在工作状态下的谐振频率，使得换能器负载工作稳定性高。

如图1所示，本申请实施例还提供了一种超声波换能器的寻频电路，包括：

换能器负载；

检测电路，其与所述换能器负载相连，用于实时采集换能器负载的电压、电流和电流相位；

控制电路，其与所述检测电路相连，用于根据采集的电压和电流，求解得到当前采样周期对应的功率均方差，并产生两组互补的PWM控制信号；还用于根据实时采集的电流相位和设定的基准电压，得到电压相位差的锯齿波信息；

功率驱动电路，其与所述控制电路和所述换能器负载均相连，用于根据两组所述PWM控制信号调整所述换能器负载的电压、电流和电流相位，并求解得到下一采样周期对应的功率均方差；

同时，在功率均方差动态求解的过程中，所述控制电路还用于提取锯齿波信息中最小电压相位差，并得到该最小电压相位差对应的频率，即确定所述换能器负载的谐振频率。

本申请实施例提供的一种超声波换能器的寻频电路，该寻频电路包括换能器负载、检测电路、控制电路和功率驱动电路，检测电路实时采集换能器负载的电压、电流和电流相位；控制电路一方面根据采集的电压和电流，求解得到当前采样周期对应的功率均方差，并产生两组互补的PWM控制信号，另一方面，还根据实时采集的电流相位和设定的基准电压，得到电压相位差的锯齿波信息；功率驱动电路根据两组所述PWM控制信号调整所述换能器负载的电压、电流和电流相位，并求解得到下一采样周期对应的功率均方差；同时，控制电路在功率均方差动态求解的过程中，还提取锯齿波信息中最小电压相位差，并得到该最小电压相位差对应的频率，即确定所述换能器负载的谐振频率。

本申请实施例在超声波换能器处于工作状态时，动态调整换能器负载的电压、电流和电流相位，即不断调整驱动功率，并在动态调整的过程中确定电压相位差最小值对应的频率，并将该频率作为谐振频率，能够达到较佳的寻频效果，进而确保换能器负载的工作稳定性高。

如图1所示，所述检测电路包括：

电流相位检测支路，其包括共模电感L1和电容C1，所述共模电感L1包括两个线圈，一线圈的一端接地，另一端被配置为输出电流相位，另一线圈与所述电容C1并联；

电压检测支路，其包括隔离变压器T1，所述隔离变压器T1初级侧的两端与所述功率驱动电路的两个输出端相连，次级侧包括两个输出绕组，一输出绕组的一端接地，另一端被配置为输出电压；

电流检测支路，其包括电流互感器T2，所述电流互感器T2的次级侧的一端接地，另一端被配置为输出电流；

同时，所述换能器负载的两端分别与另一输出绕组的一端连接和通过所述电流互感器T2的次级侧与所述电容C1的一端连接，且所述电容C1的另一端还与所述另一输出绕组的另一端相连。

更进一步地，所述检测电路还包括：

保护支路，其包括电容C2、电阻R1和电阻R2，所述电阻R1和电阻R2串联后形成的支路与所述电容C2和所述另一输出绕组均并联。

如图1所示，更进一步地，所述功率驱动电路包括：

两驱动支路，两个所述驱动支路各连接所述隔离变压器T1初级侧的一端，所述驱动支路包括驱动变压器T3、场效应管Q1、场效应管Q2、电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R6，

所述场效应管Q1与所述场效应管Q2串接，所述场效应管Q1的漏级为零电位，所述场效应管Q2的源极接正向电源，且所述场效应管Q1的源极作为一输出端与所述隔离变压器T1相连；

所述驱动变压器T3的初级侧一端接收高边驱动信号，另一端接收低边驱动信号，次级侧包括两个次级绕组，一次级绕组与所述电阻R3和电阻R4串接形成一个回路，且所述电阻R4的一端与所述场效应管Q1的漏级相连，另一端与所述场效应管Q1的栅极和所述电阻R3均相连，另一次级绕组与所述电阻R5和电阻R6串接形成一个回路，且所述电阻R6的一端与所述场效应管Q2的漏级相连，另一端与所述场效应管Q2的栅极和所述电阻R5均相连。

再进一步地，所述隔离变压器T1初级侧的一端通过一谐振电感L2与一所述驱动支路的输出端相连，另一端与另一所述驱动支路的输出端相连。

在本申请实施例中，一个驱动支路包括驱动变压器T3、场效应管Q1、场效应管Q2、电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R6，另一个驱动支路相对地包括驱动变压器T3′、场效应管Q1′、场效应管Q2′、电阻R3′、电阻R4′、电阻R5′和电阻R6′，且所述场效应管Q1的漏级接零相位，所述场效应管Q2的源极接48V正向电源电压，两个驱动支路的内部连接相同，同样地，所述场效应管Q1′的漏级接零相位，所述场效应管Q2′的源极接48V正向电源电压，且所述场效应管Q1的源极通过所述谐振电感L2与所述隔离变压器T1的初级侧的一端连接，所述场效应管Q1′的源极与所述隔离变压器T1的初级侧的另一端直接连接。

作为本申请实施例的一种优选方案，所述控制电路包括：

比较器电路，其与所述电流相位检测支路相连，用于根据设定的基准电压和实时采集的电流相位，持续得到电压相位差的锯齿波信息；

乘法器电路，其与所述电压检测支路和所述电流检测支路均相连，用于根据实时采集的电压、电流和设定的衰减系数，运算得到功率参考量；

CPU控制器，其与所述比较器电路和所述乘法器电路均相连，用于根据得到的功率参考量依次求解得到不同采样周期对应的功率均方差，并根据每次得到的功率均方差产生两组互补的PWM控制信号；

同时，在功率均方差动态求解的过程中，所述CPU控制器还用于提取锯齿波信息中最小电压相位差，并得到该最小电压相位差对应的频率。

在本申请实施例中，所述比较器电路和所述乘法器电路将检测电路中检测到的模拟信号通过比较运算后转换成数字信号给到CPU控制器中，减少了CPU的运算负荷，提高运算效率，那么，当CPU控制器的检查处理数字信号的速度提升时，自然寻频的的速度更快，换能器负载的工作稳定也自然就更佳。

如图2所示，进一步地，所述比较器电路包括芯片U1、电阻R7、电阻R8、电阻R9和限流支路；

所述限流支路包括二极管D1、二极管D2和电容C2，所述电容C2与所述二极管D1和所述二极管D2均并联，所述电容C2的一端与所述电阻R7靠近所述芯片U1的一端相连，另一端接地，且所述二极管D1与所述二极管D2反向设置；

所述芯片U1包括八个引脚，在所述芯片U1中：

4号引脚接地；

8号引脚接正向电源，并通过串接的电阻R8和电阻R9接地；

6号引脚与所述电阻R9远离接地的一端相连；

5号引脚通过所述电阻R7与所述电流相位检测支路的输出端相连；

7号引脚被配置为输出端，用于输出电压相位差的锯齿波信息。

在本申请实施例中，所述电阻R8大于所述电阻R9的阻值，所述基准电压的设置根据8号引脚连接的正向电源的电压、电阻R8及电阻R9共同确定，而电流相位检测支路输入至比较器电路中的电流相位经过电阻R7后转换为电压相位，芯片U1将5号引脚接收的电压相位与6号引脚接收的基准电压进行相减，并通过7号引脚输出电压相位差的锯齿波形图，且每个电压相位差对应一个频率值。

为了保护所述芯片U1的安全可靠性，在5号引脚与电阻R7之间设置一限流支路，避免所述芯片U1被烧毁。

如图3所示，进一步地，所述乘法器电路包括芯片U2、电容C3、第一稳压支路、第二稳压支路和滤波支路；

所述第一稳压支路包括稳压二极管D3、稳压二极管D4和电阻R10，所述电阻R10的一端与所述芯片U2相连，另一端接地，所述稳压二极管D3的负极与所述稳压二极管D4的负极相连，所述稳压二极管D3的正极与所述电阻R10靠近所述芯片U2的一端相连，所述稳压二极管D4的负极接地；

所述滤波支路包括电阻R11、电容C4、电阻R12和电容C5，所述芯片U2依次通过所述电阻R11和所述电阻R12与所述CPU控制器连接，所述电阻R12靠近所述CPU控制器的一端被配置为输出端，所述电容C4的一端与所述电阻R11远离所述芯片U2的一端相连，所述电容C5的一端与所述电阻R12远离所述芯片U2的一端相连，所述电容C4和所述电容C5的另一端均接地；

所述第二稳压支路包括二极管D5、二极管D6、电容C6、电阻R13、电阻R14、稳压二极管D7和稳压二极管D8，所述电阻R13、电阻R14、电容C6、稳压二极管D8和稳压二极管D7依次串联成环状，且所述稳压二极管D7的负极和所述稳压二极管D8的负极相连，所述稳压二极管D8的正极接地，所述电阻R13靠近所述电阻R14的一端连接所述电压检测支路的输出端，另一端连接所述芯片U2，所述电容C6与所述二极管D5并联，且所述二极管D5与所述二极管D6反向并联；

所述芯片U2包括八个引脚，在所述芯片U2中：

1号引脚与所述电流检测支路的输出端、所述二极管D3的正极均相连，

2号引脚与4号引脚均接地，

3号引脚通过所述电容C3与8号引脚相连，且连接12V正向电源，

5号引脚与所述电阻R11远离所述电阻R12的一端相连，

6号引脚连接12V正向电源，

7号引脚与所述电阻R13远离所述电压检测支路的一端连接。

在本申请实施例中，所述芯片U2通过第一稳压支路与电流检测支路相连，通过第二稳压支路与电压检测支路相连，保证所述芯片U2接收到的模拟信号稳定，提高运算的可靠性，且所述芯片U2还通过滤波支路与CPU控制器相连，确保输出的数字信号噪音小，以使得CPU控制器处理后的结果更为准确可靠。

同时，所述芯片U2根据实时采集的电压、电流和设定的衰减系数，运算得到功率参考量Z的数学公式为：

Z=U·I·K，

式中：U为电压，I为电流，K取数值1/10，Z为功率参考量。

更进一步地，所述CPU控制器用于根据当前采样周期得到的功率均方差与上一采样周期得到的功率均方差的差值，产生两组所述PWM控制信号，以控制所述功率驱动电路中的各个场效应管的通断。

在本申请实施例中，控制功率驱动电路中的两个驱动支路的通断时长互补，由相邻的两采样周期得到的功率均方差确定，其中，根据功率参考量计算得到功率均方差的计算公式为：

，

式中，T1、T2均为经验值，且T1≤t≤T2，t为采样周期的时间。

本申请实施例还提供了一种超声波换能器的寻频方法，包括：

检测电路实时采集换能器负载的电压、电流和电流相位；

控制电路根据采集的电压和电流，求解得到当前采样周期对应的功率均方差，并产生两组互补的PWM控制信号；以及，根据实时采集的电流相位和设定的基准电压，得到电压相位差的锯齿波信息；

功率驱动电路根据两组所述PWM控制信号调整所述换能器负载的电压、电流和电流相位，并求解得到下一采样周期对应的功率均方差；

同时，在功率均方差动态求解的过程中，所述控制电路还提取锯齿波信息中最小电压相位差，并得到该最小电压相位差对应的频率，即确定所述换能器负载的驱动频率。

本申请实施例提供的一种超声波换能器的寻频方法的具体实施例已在上述的寻频电路的具体实施例中进行了描述，在此不再一一赘述。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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申请和简化描述，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申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种超声波换能器的寻频电路，其特征在于，包括：

换能器负载；

检测电路，其与所述换能器负载相连，用于实时采集换能器负载的电压、电流和电流相位；

控制电路，其与所述检测电路相连，用于根据采集的电压和电流，求解得到当前采样周期对应的功率均方差，并产生两组互补的PWM控制信号；还用于根据实时采集的电流相位和设定的基准电压，得到电压相位差的锯齿波信息；

功率驱动电路，其与所述控制电路和所述换能器负载均相连，用于根据两组所述PWM控制信号调整所述换能器负载的电压、电流和电流相位，并求解得到下一采样周期对应的功率均方差；

同时，在功率均方差动态求解的过程中，所述控制电路还用于提取锯齿波信息中最小电压相位差，并得到该最小电压相位差对应的频率，即确定所述换能器负载的谐振频率；

所述检测电路包括：

电流相位检测支路，其包括共模电感L1和电容C1，所述共模电感L1包括两个线圈，一线圈的一端接地，另一端被配置为输出电流相位，另一线圈与所述电容C1并联；

电压检测支路，其包括隔离变压器T1，所述隔离变压器T1初级侧的两端与所述功率驱动电路的两个输出端相连，次级侧包括两个输出绕组，一输出绕组的一端接地，另一端被配置为输出电压；

电流检测支路，其包括电流互感器T2，所述电流互感器T2的次级侧的一端接地，另一端被配置为输出电流；

同时，所述换能器负载的两端分别与另一输出绕组的一端连接和通过所述电流互感器T2的次级侧与所述电容C1的一端连接，且所述电容C1的另一端还与所述另一输出绕组的另一端相连；

所述控制电路包括：

比较器电路，其与所述电流相位检测支路相连，用于根据设定的基准电压和实时采集的电流相位，持续得到电压相位差的锯齿波信息；

乘法器电路，其与所述电压检测支路和所述电流检测支路均相连，用于根据实时采集的电压、电流和设定的衰减系数，运算得到功率参考量；

CPU控制器，其与所述比较器电路和所述乘法器电路均相连，用于根据得到的功率参考量依次求解得到不同采样周期对应的功率均方差，并根据每次得到的功率均方差产生两组互补的PWM控制信号；

同时，在功率均方差动态求解的过程中，所述CPU控制器还用于提取锯齿波信息中最小电压相位差，并得到该最小电压相位差对应的频率。

2.如权利要求1所述的超声波换能器的寻频电路，其特征在于，所述检测电路还包括：

保护支路，其包括电容C2、电阻R1和电阻R2，所述电阻R1和电阻R2串联后形成的支路与所述电容C2和所述另一输出绕组均并联。

3.如权利要求1所述的超声波换能器的寻频电路，其特征在于，所述功率驱动电路包括：

两驱动支路，两个所述驱动支路各连接所述隔离变压器T1初级侧的一端，所述驱动支路包括驱动变压器T3、场效应管Q1、场效应管Q2、电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R6，

所述场效应管Q1与所述场效应管Q2串接，所述场效应管Q1的漏级为零电位，所述场效应管Q2的源极接正向电源，且所述场效应管Q1的源极作为一输出端与所述隔离变压器T1相连；

所述驱动变压器T3的初级侧一端接收高边驱动信号，另一端接收低边驱动信号，次级侧包括两个次级绕组，一次级绕组与所述电阻R3和电阻R4串接形成一个回路，且所述电阻R4的一端与所述场效应管Q1的漏级相连，另一端与所述场效应管Q1的栅极和所述电阻R3均相连，另一次级绕组与所述电阻R5和电阻R6串接形成一个回路，且所述电阻R6的一端与所述场效应管Q2的漏级相连，另一端与所述场效应管Q2的栅极和所述电阻R5均相连。

4.如权利要求3所述的超声波换能器的寻频电路，其特征在于，所述隔离变压器T1初级侧的一端通过一谐振电感L2与一所述驱动支路的输出端相连，另一端与另一所述驱动支路的输出端相连。

5.如权利要求1所述的超声波换能器的寻频电路，其特征在于，所述比较器电路包括芯片U1、电阻R7、电阻R8、电阻R9和限流支路；

所述限流支路包括二极管D1、二极管D2和电容C2，所述电容C2与所述二极管D1和所述二极管D2均并联，所述电容C2的一端与所述电阻R7靠近所述芯片U1的一端相连，另一端接地，且所述二极管D1与所述二极管D2反向设置；

所述芯片U1包括八个引脚，在所述芯片U1中：

4号引脚接地；

8号引脚接正向电源，并通过串接的电阻R8和电阻R9接地；

6号引脚与所述电阻R9远离接地的一端相连；

5号引脚通过所述电阻R7与所述电流相位检测支路的输出端相连；

7号引脚被配置为输出端，用于输出电压相位差的锯齿波信息。

6.如权利要求1所述的超声波换能器的寻频电路，其特征在于，所述乘法器电路包括芯片U2、电容C3、第一稳压支路、第二稳压支路和滤波支路；

所述第一稳压支路包括稳压二极管D3、稳压二极管D4和电阻R10，所述电阻R10的一端与所述芯片U2相连，另一端接地，所述稳压二极管D3的负极与所述稳压二极管D4的负极相连，所述稳压二极管D3的正极与所述电阻R10靠近所述芯片U2的一端相连，所述稳压二极管D4的负极接地；

所述滤波支路包括电阻R11、电容C4、电阻R12和电容C5，所述芯片U2依次通过所述电阻R11和所述电阻R12与所述CPU控制器连接，所述电阻R12靠近所述CPU控制器的一端被配置为输出端，所述电容C4的一端与所述电阻R11远离所述芯片U2的一端相连，所述电容C5的一端与所述电阻R12远离所述芯片U2的一端相连，所述电容C4和所述电容C5的另一端均接地；

所述第二稳压支路包括二极管D5、二极管D6、电容C6、电阻R13、电阻R14、稳压二极管D7和稳压二极管D8，所述电阻R13、电阻R14、电容C6、稳压二极管D8和稳压二极管D7依次串联成环状，且所述稳压二极管D7的负极和所述稳压二极管D8的负极相连，所述稳压二极管D8的正极接地，所述电阻R13靠近所述电阻R14的一端连接所述电压检测支路的输出端，另一端连接所述芯片U2，所述电容C6与所述二极管D5并联，且所述二极管D5与所述二极管D6反向并联；

所述芯片U2包括八个引脚，在所述芯片U2中：

1号引脚与所述电流检测支路的输出端、所述二极管D3的正极均相连，

2号引脚与4号引脚均接地，

3号引脚通过所述电容C3与8号引脚相连，且连接12V正向电源，

5号引脚与所述电阻R11远离所述电阻R12的一端相连，

6号引脚连接12V正向电源，

7号引脚与所述电阻R13远离所述电压检测支路的一端连接。

7.如权利要求1所述的超声波换能器的寻频电路，其特征在于，所述CPU控制器用于根据当前采样周期得到的功率均方差与上一采样周期得到的功率均方差的差值，产生两组所述PWM控制信号，以控制所述功率驱动电路中的各个场效应管的通断。

8.一种超声波换能器的寻频方法，其特征在于，包括：

检测电路实时采集换能器负载的电压、电流和电流相位；

控制电路根据采集的电压和电流，求解得到当前采样周期对应的功率均方差，并产生两组互补的PWM控制信号；以及，根据实时采集的电流相位和设定的基准电压，得到电压相位差的锯齿波信息；

功率驱动电路根据两组所述PWM控制信号调整所述换能器负载的电压、电流和电流相位，并求解得到下一采样周期对应的功率均方差；

同时，在功率均方差动态求解的过程中，所述控制电路还提取锯齿波信息中最小电压相位差，并得到该最小电压相位差对应的频率，即确定所述换能器负载的谐振频率；

所述检测电路包括：

电流相位检测支路，其包括共模电感L1和电容C1，所述共模电感L1包括两个线圈，一线圈的一端接地，另一端被配置为输出电流相位，另一线圈与所述电容C1并联；

电压检测支路，其包括隔离变压器T1，所述隔离变压器T1初级侧的两端与所述功率驱动电路的两个输出端相连，次级侧包括两个输出绕组，一输出绕组的一端接地，另一端被配置为输出电压；

电流检测支路，其包括电流互感器T2，所述电流互感器T2的次级侧的一端接地，另一端被配置为输出电流；

同时，所述换能器负载的两端分别与另一输出绕组的一端连接和通过所述电流互感器T2的次级侧与所述电容C1的一端连接，且所述电容C1的另一端还与所述另一输出绕组的另一端相连；

所述控制电路包括：

比较器电路，其与所述电流相位检测支路相连，用于根据设定的基准电压和实时采集的电流相位，持续得到电压相位差的锯齿波信息；

乘法器电路，其与所述电压检测支路和所述电流检测支路均相连，用于根据实时采集的电压、电流和设定的衰减系数，运算得到功率参考量；

CPU控制器，其与所述比较器电路和所述乘法器电路均相连，用于根据得到的功率参考量依次求解得到不同采样周期对应的功率均方差，并根据每次得到的功率均方差产生两组互补的PWM控制信号；

同时，在功率均方差动态求解的过程中，所述CPU控制器还用于提取锯齿波信息中最小电压相位差，并得到该最小电压相位差对应的频率。

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