CN209373401U - 一种微网式雾化器驱动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种微网式雾化器驱动系统，基于自耦线圈交变磁场达到升压，其特征在于：它包括MCU控制模块，电流采集电路，电源管理模块，RC滤波器，扫频电路模块,自耦变压器，电压采集电路；电源管理模块串联于输入电源和后级的电流采集电路之间，电源管理模块由所述MCU控制模块的一路PWM2信号线控制，电源管理模块保证整个电路提供电源供应，通过调节PWM2信号的占空比实现给自耦变压器的电压增大或减小而实现雾化片的喷雾雾化率增大或减小；电源管理模块为MCU控制模块提供稳定的电源，保证其时钟状态工作稳定。本实用新型外围电路极少，可穿戴、能与面罩结合，并且噪音小，具有过流保护的功能，性价比很高。

Description

一种微网式雾化器驱动系统

技术领域

本发明涉及微孔网式雾化器，特别涉及一种利用自耦变压器驱动雾化片的方案。

背景技术

现有的网式雾化器主要是主机和雾化杯杯体整合为一体机的结构，用户在使用的过程中，需要用手拖着机器，保持一定的固定姿势才能雾化。这种模式对使用者带来一定的不适感，特别是喜好活动的儿童，这种固定式姿势会带来厌恶感，不配合的举动等等，从而影响实际雾化效果。因此，一种轻便式，可穿戴式的、能与面罩结合的网式雾化器成为了一种需求。

常见的网式雾化驱动方案，都是采用变压器初次级线圈匝数比形成升压方案或者利用 PWM波分立元件通过调节占空比实现升压和扫频的功能。但是这两种的方案电路都不易形成可穿戴式且能与面罩相结合的简易电路方案，与现有的结构空间无法合理配合。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术中存在的技术问题，提供一种成本极低，外围元器件很少的雾化片驱动电路方案。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种微网式雾化器驱动系统，包括MCU控制模块、电流采集电路、电源管理电路、RC滤波器、扫频电路模块、自耦变压器、电压采集电路；所述电源管理电路串联于输入电源和后级电流采集电路之间，所述电源管理电路同时和MCU控制模块由一路PWM2信号线控制，所述电源管理电路主要是保证整个电路提供电源供应，通过调节PWM2信号的占空比可以实现给自耦变压器的电压增大或减小而实现雾化片的喷雾雾化率增大或减小；电源管理电路为MCU控制模块提供稳定的电源，保证其时钟状态工作稳定。

所述电流采集电路由π型RC滤波网络构成，主要采集电阻RZ1两端的电压差变化，经过RC滤波电路后，将变化的电压信号送到MCU控制模块的AD1口，该模块可以检测当前回路电流大小，用以推算当前回路功耗，当回路电流超出预设值时，及时关断扫频电路模块的PWM1信号输出，同时该变化的电压信号也反映了扫频电路模块的PWM1频点是否与雾化片的中心频率谐振点一致，当PWM1的频点与雾化片的中心频率谐振点一致时，雾化片的谐振阻抗最低，这一原理变化同样会在电阻RZ1两端电压信号中体现出来。

所述RC滤波器一方面是为自耦变压器提供稳定的电源，保证电源波形的纹波在一定的变化幅度内，另一方面与电阻RZ1构成π型滤波网络，保证变化的电压信号能够很好地被MCU控制模块识别。

所述自耦变压器共计三个引脚端，其中第一引脚为公共端，所述第一引脚接所述RC 滤波器的输出端，第二引脚接扫频电路模块中NMOS的漏极和雾化片的一端，第三引脚接雾化片另一端，通过在第一引脚和第二引脚加载交变电压信号，根据电磁感应原理，在第一引脚和第二引脚间的线圈周围产生交变磁场，该交变磁场又会在第一引脚和第三引脚端产生感应电压，同时利用线圈匝数比与感应电压之间的线性比例关系，从而在第二引脚端和第三引脚端之间得到与PWM1同频率的高压交流信号，将此信号加载雾化片两端，最终驱动雾化片喷雾。

所述扫频电路模块是由NOMS搭建的PWM波控制的功率开关电路，MCU控制模块的PWM1 引脚连接到NMOS的栅极，当输出高电平信号时NMOS导通，在自耦变压器的第一引脚端和公共端之间形成馒头状驱动信号，当输出低电平信号时NMOS截至，在自耦变压器的第一引脚端和公共端之间输出低电平信号，通过PWM1输出的高低电平，就会在第一引脚端和公共端之间形成交流信号，同时该信号的频率与PWM1的频率一样，MCU控制模块输出的 PWM1信号频率从100KHZ到120KHZ，以1KHZ的步频进行变化，最终找到雾化片谐振阻抗最小的点即为最佳工作频点。

所述电压采集电路是由RC滤波网络组成，再NMOS导通过程中，采集雾化片两端有效电压变化情况，电压信号随着雾化片的谐振阻抗变化而变化，当扫频电路模块的PWM1信号再变化的过程中，雾化片两端的有效电压信号也在变化，此时，该电压采集电路将和电流采集电路一起组成反馈网络，从而保证PWM1的输出频点能够和雾化片的中心谐振频率一致，从而保证雾化片在最佳工作片频点。所述的电压采集电路的采样点为扫频电路模块中的NMOS的源极。

本发明提供了一种利用电磁感应原理的自耦变压器实现将直流低压信号转换成交流高压驱动信号的功能，该交流高压信号最终工作频率是与雾化片的中心谐振频率是一致的，而该最终工作频率的确定是通过电流和电压采集电路反馈信号至MCU控制模块后，调整扫频电路模块的PWM波输出频率而实现的，即扫频电路模块输出的PWM波频率与高压驱动信号频率以及雾化片中心谐振频率是一致的。

本发明提供了基于MCU控制模块的PWM波扫频电路，通过电压采集电路采集雾化片工作的谐振阻抗情况判断谐振频率点，从而实现MCU控制模块的PWM波输出频率与雾化片中心谐振频率点一致。

相较现有技术，本发明所提供的一种微网式雾化器驱动系统具有以下优点：

1、过流保护的功能。本发明提供了一种π型电流采样电路，该电路在工作过程中采集流向自耦变压器的电流变化，从而将采集的电压差信号反馈至MCU控制模块，同时当电流超过一定阈值，MCU控制模块可以让驱动电路停止喷雾，实现过流保护。

2、外围电路极少。该电路方案相对传统采用变压器初次级线圈匝数比形成升压方案或者利用PWM波分立元件通过调节占空比实现升压的方案具有很少的元器件，利用自耦变压器可以做到元器件集成化很少。

3、穿戴式、轻便式。因为元器件很少，PCB板的体积也很小，就可以将驱动控制电路板与面罩做成一体，做到真正的穿戴式雾化器，同时取电方式可以直接普通手机5V USB 电源，功耗1W以下，常见5V电源都能工作。

4、噪音小。基于最新的超声微孔网式雾化器的工作原理，雾化治疗过程中噪音较低，可以享受一个安静平和的治疗环境。

5、成本很低、性价比高。因为电路方案的成本很低，导致最终的雾化器产品价格很低，对于用户来说购买的成本降低，实现了资源的优化利用，会受到用户的价值选择优势。

附图说明

图1为本发明一种微网式雾化器驱动系统电路框图。

图2为本发明的自耦变压器工作示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

图1为本实施例的微网式雾化器驱动系统电路框图，本发明基于自耦线圈交变磁场达到升压的原理实现的驱动方案，电路主要分为三部分：自耦变压器、扫频电路模块、采集电路模块。该电路方案利用软件输出一定范围内频率可变的PWM波，再经过自耦升压网络达到可驱动雾化片的交流电压，然后利用电流采集电路反馈雾化片两端的谐振阻抗变化，当采集到阻抗最低时即锁定为谐振频率点并稳定输出。本实施例的微网式雾化器驱动系统，包括MCU控制模块11，电流采集电路3，电源管理电路2，RC滤波器4，扫频电路模块8,自耦变压器5，电压采集电路9；所述电源管理电路2串联于输入电源1和后级电流采集电路3之间，所述电源管理电路2同时和MCU控制模块11由一路PWM2信号线控制，所述电源管理电路2主要是保证整个电路提供电源供应，通过调节PWM2信号的占空比可以实现给自耦变压器5的电压增大或减小而实现雾化片7的喷雾雾化率增大或减小；电源管理模块2为MCU控制模块11提供稳定的电源，保证其时钟状态工作稳定。

本实施例利用电磁感应原理的自耦变压器5实现将直流低压信号转换成交流高压驱动信号的功能，该交流高压信号最终工作频率是与雾化片7的中心谐振频率是一致的，电压采集电路9采集雾化片7工作的谐振阻抗情况判断谐振频率点，而该最终工作频率的确定是通过电流采集电路3和电压采集电路9反馈信号至MCU控制模块11后，调整扫频电路模块8的PWM波输出频率而实现的，即基于MCU控制模块11的扫频电路模块8输出的 PWM波频率与高压驱动信号频率以及雾化片7中心谐振频率是一致的。

所述电流采集电路3由π型RC滤波网络构成，主要采集电阻RZ1两端的电压差变化，经过RC滤波电路4后，将变化的电压信号送到MCU控制模块11的AD1口，所述MCU控制模块11可以检测当前回路电流大小，用以推算当前回路功耗，当回路电流超出预设值时，及时关断扫频电路模块8的PWM1信号输出，同时该变化的电压信号也反映了扫频电路模块8的PWM1频点是否与雾化片的中心频率谐振点一致，当PWM1的频点与雾化片的中心频率谐振点一致时，雾化片的谐振阻抗最低，这一原理变化同样会在电阻RZ1两端电压信号中体现出来。π型电流采样电路3在工作过程中采集流向自耦变压器5的电流变化，从而将采集的电压差信号反馈至MCU控制模块11，同时当电流超过一定阈值，MCU控制模块 11可以让驱动电路停止喷雾，具有过流保护的功能。

所述RC滤波器4一方面是为自耦变压器5提供稳定的电源，保证电源波形的纹波在一定的变化幅度内，另一方面与电阻RZ1构成π型滤波网络，保证变化的电压信号能够很好地被MCU控制模块11识别。

所述自耦变压器如图2所示，所述自耦变压器5共计三个引脚端，其中51号引脚为公共端(只有一个)，其中51号引脚接所述RC滤波器4的输出端，52号引脚接扫频电路模块8中NMOS的漏极和雾化片7的一端，53号引脚接雾化片7另一端，通过在51号引脚和52号加载交变电压信号，根据电磁感应原理，在51-52号引脚间的线圈周围产生交变磁场，该交变磁场又会在51-53号引脚端产生感应电压，同时利用线圈匝数比与感应电压之间的线性比例关系，从而在52号引脚端和53号引脚端之间得到与PWM1同频率的高压交流信号，将此信号加载雾化片7两端，最终驱动雾化片7喷雾。

所述扫频电路模块8是由NOMS搭建的PWM波控制的功率开关电路，MCU控制模块11的PWM1引脚连接到NMOS的栅极，当输出高电平信号时NMOS导通，在自耦变压器5的第一引脚端和公共端之间形成馒头状驱动信号，当输出低电平信号时NMOS截止，在自耦变压器5的第一引脚端和公共端之间输出低电平信号，通过PWM1输出的高低电平，就会在第一引脚端和公共端之间形成交流信号，同时所述交流信号的频率与PWM1的频率一样， MCU控制模块11输出的PWM1信号频率从100KHZ到120KHZ，以1KHZ的步频进行变化，最终找到雾化片谐振阻抗最小的点即为最佳工作频点。

所述电压采集电路9是由RC滤波网络组成，再NMOS导通过程中，采集雾化片两端有效电压变化情况，电压信号随着雾化片的谐振阻抗变化而变化，当扫频电路模块8的PWM1信号再变化的过程中，雾化片两端的有效电压信号也在变化，此时，该电压采集电路9 将和电流采集电路3一起组成反馈网络，从而保证PWM1的输出频点能够和雾化片的中心谐振频率一致，从而保证雾化片在最佳工作片频点。所述电压采集电路9的采样点为扫频电路模块8中的NMOS的源极。

附图中的6为驱动雾化片工作的半波高压驱动信号，其波形频率在达到雾化片谐振频率时，峰峰值电压最大，对应此时雾化率也最高。

附图中的10为单片机输出的PWM方波控制信号，其信号频率为100KHZ到120KHZ变化的信号，最终稳定雾化工作的频率最接近于雾化片的谐振点，波形的峰峰值随着单片机的工作电压变化而变化，同时该方波信号的占空比改变也会影响雾化率，即占空比增大，雾化率则提高，反之，占空比减小，雾化率就降低。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。

Claims (7)

1.一种微网式雾化器驱动系统，基于自耦线圈交变磁场达到升压，其特征在于：它包括MCU控制模块(11)，电流采集电路(3)，电源管理电路(2),RC滤波器(4)，扫频电路模块(8),自耦变压器(5)，电压采集电路(9)；所述电源管理电路(2)串联于输入电源(1)和后级的电流采集电路(3)之间，所述电源管理电路(2)由所述MCU控制模块(11)的一路PWM2信号线控制，所述电源管理电路(2)保证整个电路提供电源供应，通过调节PWM2信号的占空比实现给所述自耦变压器(5)的电压增大或减小而实现雾化片(7)的喷雾雾化率增大或减小；所述电源管理电路(2)为所述MCU控制模块(11)提供稳定的电源，保证其时钟状态工作稳定。

2.如权利要求1所述的一种微网式雾化器驱动系统，其特征在于：所述电流采集电路(3)由π型RC滤波网络构成，采集电阻两端的电压差变化，经过所述RC滤波器(4)后，将变化的电压信号送到所述MCU控制模块(11)的AD1口，所述MCU控制模块(11)检测当前回路电流大小，用以推算当前回路功耗，当回路电流超出预设值时，及时关断所述扫频电路模块(8)的PWM1信号输出，同时该频率变化的电压信号也反映了扫频电路模块(8)的PWM1频点是否与雾化片(7)的中心频率谐振点一致，当PWM1的频点与雾化片(7)的中心频率谐振点一致时，雾化片(7)的谐振阻抗最低，即锁定为谐振频率点并稳定输出。

3.如权利要求1所述的一种微网式雾化器驱动系统，其特征在于：所述RC滤波器(4)一方面是为所述自耦变压器(5)提供稳定的电源，保证电源波形的纹波在一定的变化幅度内，另一方面与电阻构成π型滤波网络，保证变化的电压信号能够被所述MCU控制模块(11)识别。

4.如权利要求1所述的一种微网式雾化器驱动系统，其特征在于：所述自耦变压器(5)共计三个引脚端，其中第一引脚为公共端，所述第一引脚接所述RC滤波器(4)的输出端，第二引脚接扫频电路模块(8)中NMOS的漏极和雾化片(7)的一端，第三引脚接雾化片(7)另一端，通过在第一引脚和第二引脚加载交变电压信号，根据电磁感应原理，在第一引脚和第二引脚间的线圈周围产生交变磁场，该交变磁场又会在第一引脚和第三引脚端产生感应电压，同时利用线圈匝数比与感应电压之间的线性比例关系，从而在第二引脚端和第三引脚端之间得到与PWM1同频率的高压交流信号，将此信号加载雾化片(7)两端，最终驱动雾化片(7)喷雾。

5.如权利要求4所述的一种微网式雾化器驱动系统，其特征在于：所述扫频电路模块(8)是由NOMS搭建的PWM波控制的功率开关电路，所述MCU控制模块(11)的PWM1引脚连接到NMOS的栅极，当输出高电平信号时NMOS导通，在所述自耦变压器(5)的1号和2号引脚间电感线圈开始充电，充电方向为1指向2，从而在1号引脚端和2号引脚端之间形成馒头状驱动信号，当输出低电平信号时NMOS截止，此时1号引脚端和2号引脚端电压几乎为0，因此通过控制所述MCU控制模块(11)的PWM1口输出的高低电平信号频率，就会在3号引脚端和2号引脚端形成交流信号，同时该交流信号的频率与PWM1的频率一样，所述MCU控制模块(11)输出的PWM1信号频率从100KHZ到120KHZ，以1KHZ的步频进行变化，最终找到雾化片谐振阻抗最小的点即为最佳工作频点。

6.如权利要求1所述的一种微网式雾化器驱动系统，其特征在于：所述电压采集电路(9)是由RC滤波网络组成，在NMOS导通过程中，采集雾化片(7)两端有效电压变化情况，电压信号随着雾化片(7)的谐振阻抗变化而变化，当所述扫频电路模块(8)的PWM1信号频率在变化的过程中，雾化片(7)两端的有效电压信号也在变化，此时，所述电压采集电路(9)将和所述电流采集电路(3)一起组成反馈网络，从而保证PWM1的输出频点能够和雾化片的中心谐振频率一致，最终保证雾化片在最佳工作频点。

7.如权利要求6所述的一种微网式雾化器驱动系统，其特征在于：所述电压采集电路(9)的采样点为所述扫频电路模块(8)中的NMOS的源极。