CN209488444U - 驱动超声换能器的驱动输出电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开驱动超声换能器的驱动输出电路，包括驱动单元和变压单元；驱动单元包括第一驱动单元和第二驱动单元，其中，第一驱动单元包括第一驱动MOS管Q6，与第一驱动MOS管Q6连接且接收第一路第二PWM信号的第二PWM信号接收端N，第一驱动MOS管Q6的输出端连接变压单元原边线圈的同名端；第二驱动单元包括第二驱动MOS管Q2，与第二驱动MOS管Q2连接且接收第二路第二PWM信号的第二PWM信号接收端P，第二驱动MOS管Q2的输出端连接变压单元原边线圈的异名端；变压单元原边线圈连接电源。本实用新型输出两路占空比互补的第二PWM信号至驱动单元，使谐振超声频率为可调，调节谐振点到超声振子的共振点，使得超声振子工作在谐振状态，输出能量最大、振幅最强。

Description

驱动超声换能器的驱动输出电路

技术领域

本实用新型属于电源技术领域，具体涉及驱动超声换能器的驱动输出电路。

背景技术

超声换能器是一种将电磁能转化为机械能(声能)的装置，通常由压电陶瓷或其它磁致伸缩材料制成，常见的超声波清洗器、超声雾化器、B超探头等都是超声换能器的应用实例。超声换能器即是谐振于超声频率的压电陶瓷，由材料的压电效应将电信号转换为机械振动。医用超声换能器(超声探头)的工作原理大体是相同的，其内部通常都包含一个电的储能元件和一个机械振动系统。当换能器用作发射器时，从激励电源送来的电振荡信号将引起换能器中电储能元件中电场或磁场的变化，这种变化通过某种效应对换能器的机械振动系统产生一个推动力，使其进入振动状态，从而推动与换能器机械振动系统相接触的介质发生振动，向介质中辐射声波。接收声波的过程正好与此相反，外来声波作用在换能器的振动面上，从而使换能器的机械振动系统发生振动，借助某种物理效应，引起换能器储能元件中的电场或磁场发生相应的变化，从而引起换能器的电输出端产生一个相应于声信号的电压和电流。

现有的超声换能器由于驱动的原因，不能很好进入振动状态，因此效果不好。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本实用新型目的在于提供驱动超声换能器的驱动输出电路。

本实用新型所采用的技术方案为：

驱动超声换能器的驱动输出电路，包括驱动单元和变压单元；

所述驱动单元包括第一驱动单元和第二驱动单元，其中，第一驱动单元包括第一驱动MOS管Q6，与第一驱动MOS管Q6连接且接收第一路第二PWM信号的第二PWM信号接收端N，第一驱动MOS管Q6的输出端连接变压单元原边线圈的同名端；第二驱动单元包括第二驱动MOS管Q2，与第二驱动MOS管Q2连接且接收第二路第二PWM信号的第二PWM信号接收端P，第二驱动MOS管Q2的输出端连接变压单元原边线圈的异名端；

所述第一路第二PWM信号和第二路第二PWM信号的占空比互补，变压单元原边线圈连接电源，通过第二PWM信号接收端N接收的第一路第二PWM信号控制第一驱动MOS管Q6导通/截止，通过第二PWM信号接收端P接收的第二路第二PWM信号控制第二驱动MOS管Q2截止/导通；

所述变压单元的输出端回路设置超声换能器。

在上述技术方案的基础上，所述变压单元为推挽变压器。

在上述技术方案的基础上，所述电源连接推挽变压器的原边第一线圈的异名端和第二线圈的同名端，第一驱动MOS管Q6的输出端连接推挽变压器的原边第一线圈的同名端，第二驱动MOS管Q2的输出端连接推挽变压器的原边第二线圈的异名端。

在上述技术方案的基础上，所述第一驱动MOS管Q6的栅极连接第二PWM信号接收端N、源极接地且漏极为第一驱动MOS管Q6的输出端；

所述第二驱动MOS管Q2的栅极连接第二PWM信号接收端P、源极接地且漏极为第二驱动MOS管Q2的输出端。

在上述技术方案的基础上，所述第一驱动单元还包括串联于地与第二PWM 信号接收端N之间的电阻R10和R14，第一驱动MOS管Q6的栅极连接电阻R10 和R14之间的节点；

所述第二驱动单元还包括串联于地与第二PWM信号接收端P之间的电阻R5 和R13，第二驱动MOS管Q2的栅极连接电阻R5和R13之间的节点。

在上述技术方案的基础上，所述驱动输出电路还包括：设于变压单元的输出端回路中的谐振单元。

在上述技术方案的基础上，所述谐振单元包括串联于变压单元的输出端回路中的电感T1和电容C1。

当第二PWM信号接收端N接收的第一路第二PWM信号为H且第二PWM信号接收端P接收的第二路第二PWM信号为L时，控制第一驱动MOS管Q6导通，第二驱动MOS管Q2截止，原边第一线圈的输入端回路接通并且输入电流方向为原边第一线圈的异名端至同名端，原边第二线圈的输入端回路截止，副边线圈的输出端回路的输出电流方向为副边线圈的同名端至异名端。

当第二PWM信号接收端N接收的第一路第二PWM信号为L且第二PWM信号接收端P接收的第二路第二PWM信号为H时，控制第一驱动MOS管Q6截止，第二驱动MOS管Q2导通，原边第二线圈的输入端回路接通并且输入电流方向为原边第二线圈的同名端至异名端，原边第一线圈的输入端回路截止，副边线圈的输出端回路的输出电流方向为副边线圈的异名端至同名端，将输入的直流电压转换成频率30KHz、电压上百伏特的交流波形，为后级谐振单元提供条件。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型输出两路占空比互补的第二PWM信号至驱动单元，使谐振超声频率为20～200KHz可调，调节谐振点到超声振子的共振点，使得超声振子工作在谐振状态，输出能量最大、振幅最强。

附图说明

图1是本实用新型-实施例驱动单元、变压单元和谐振单元的电路原理图。

图2是本实用新型-实施例第一信号放大输出电路和第二信号放大输出电路的电路原理图。

图3是本实用新型-实施例DCDC功率调节电路的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步阐述。

实施例：

如图1-3所示，本实施例的驱动超声换能器的驱动输出电路，驱动单元、变压单元和谐振单元。

本实施例的驱动超声换能器的驱动输出电路驱动超声换能器，驱动超声换能器的驱动输出电路还包括：主控单元，输出两路占空比互补的第二PWM信号至驱动单元，使谐振超声频率为20～200KHz可调，调节谐振点到超声振子的共振点，使得超声振子工作在谐振状态，输出能量最大、振幅最强。

驱动单元包括第一驱动单元和第二驱动单元，其中，第一驱动单元包括第一驱动MOS管Q6，第二驱动单元包括第二驱动MOS管Q2。第一驱动单元的第二 PWM信号接收端N接收主控单元发送的第一路第二PWM信号，第一驱动单元的输出端连接变压单元的原边线圈的同名端，第二驱动单元的第二PWM信号接收端P接收主控单元发送的第二路第二PWM信号，第二驱动单元的输出端连接变压单元的原边线圈的异名端，通过第二PWM信号接收端N接收的第一路第二PWM 信号控制第一驱动MOS管Q6导通/截止，通过第二PWM信号接收端P接收的第二路第二PWM信号控制第二驱动MOS管Q2截止/导通。

详细阐述驱动单元和变压单元的电路原理：变压单元为推挽变压器，电源连接推挽变压器的原边第一线圈的异名端和第二线圈的同名端，电阻R10和R14 串联于地与第二PWM信号接收端N之间，第一驱动MOS管Q6的栅极连接电阻 R10和R14之间的节点，源极接地，漏极为第一驱动单元的输出端并连接推挽变压器的原边第一线圈的同名端；电阻R5和R13串联于地与第二PWM信号接收端P之间，第二驱动MOS管Q2的栅极连接电阻R5和R13之间的节点，源极接地，漏极为第二驱动单元的输出端并连接推挽变压器的原边第二线圈的异名端。

当第二PWM信号接收端N接收的第一路第二PWM信号为H且第二PWM信号接收端P接收的第二路第二PWM信号为L时，主控单元控制第一驱动MOS管Q6 导通，第二驱动MOS管Q2截止，原边第一线圈的输入端回路接通并且输入电流方向为原边第一线圈的异名端至同名端，原边第二线圈的输入端回路截止，副边线圈的输出端回路的输出电流方向为副边线圈的同名端至异名端。

当第二PWM信号接收端N接收的第一路第二PWM信号为L且第二PWM信号接收端P接收的第二路第二PWM信号为H时，主控单元控制第一驱动MOS管Q6 截止，第二驱动MOS管Q2导通，原边第二线圈的输入端回路接通并且输入电流方向为原边第二线圈的同名端至异名端，原边第一线圈的输入端回路截止，副边线圈的输出端回路的输出电流方向为副边线圈的异名端至同名端，将输入的直流电压转换成频率30KHz、电压上百伏特的交流波形，为后级谐振单元提供条件。

谐振单元设于推挽变压器的输出端回路中，谐振单元为LC串联谐振，包括串联于推挽变压器的输出端回路中的电感T1和电容C1。电感T1采用EFD20。

超声换能器设于推挽变压器的输出端回路中，本实施例中，通过接口J2连接超声换能器。

主控单元，输出两路占空比互补的第二PWM信号至驱动单元的第一驱动MOS 管Q6和第二驱动MOS管Q2。

本实施例介绍一种主控单元的结构。

主控单元包括主控芯片和主控芯片外围电路，其中，主控芯片的型号为N32905U1DN，采用ARM9内核，主频200MHz，主控芯片外围电路包括系统时钟、复位等。

N32905U1DNN3290x基于ARM926EJ-S CPU内核，集成了JPEG编解码器，CMOS 传感器接口，32通道SPU(声音处理单元)，ADC，DAC，可满足各种应用需求，同时节省BOM成本。ARM926@200MHz，同步DRAM，2D BitBLT加速器，CMOS图像传感器接口，LCD面板接口。N32905U1DNN3290x最大分辨率为XVGA (1,024x768)@TFT LCD面板。2D BitBLT加速器加速图形计算，使渲染平滑，卸载CPU，以节省功耗。

为了满足整体系统BOM成本的不同要求，不同尺寸的DRAM与N3290x主SoC 堆叠成一个封装，即多芯片封装(MCP)。N32905U1DNN3290x特别采用1Mbitx16 3.3V SDRAM设计。N32905U1DNN3290x特别采用4Mbitx16 1.8V DDR SDRAM设计。一个16Mbitx16 1.8VDDR2SDRAM堆叠在N32905U1DNN3290x内部，以确保更高的性能并最大限度地减少系统设计工作，如EMI和噪声耦合。通过采用双层PCB 以及消除阻尼电阻，EMI防护组件等，可以降低总BOM成本。

两路占空比互补的第二PWM信号还分别通过第一信号放大输出电路和第二信号放大输出电路进行放大后发送至驱动单元的第一驱动MOS管Q6和第二驱动 MOS管Q2。

详细阐述第一信号放大输出电路的电路原理：第二PWM信号通过串联的分压电阻R49和R53输入第一放大三极管Q5的基极进行放大，第一放大三极管 Q5的集电极通过电阻R34连接12V电压，第一放大三极管Q5的发射极接地，第一放大三极管Q5的集电极与第一输出三极管Q2和第二输出三极管Q4的基极连接，第一输出三极管Q2为P型三极管，第二输出三极管Q4为N型三极管，第一输出三极管Q2的集电极连接12V电压，放大后的第一路第二PWM信号从第一输出三极管Q2的发射极与第二输出三极管Q4的发射极连接节点处输出至第一驱动MOS管Q6的第二PWM信号接收端N。

当第二PWM信号输入为H时，第一输出三极管Q2导通，第二输出三极管 Q4截止；当第二PWM信号输入为L时，第一输出三极管Q2截止，第二输出三极管Q4导通，由此输出放大后的方波第一路第二PWM信号。

详细阐述第二信号放大输出电路的电路原理：第二PWM信号通过串联的分压电阻R86和R87输入第二放大三极管Q8的基极进行放大，第二放大三极管 Q8的集电极通过电阻R84连接12V电压，第二放大三极管Q8的发射极接地，第二放大三极管Q8的集电极与第三输出三极管Q6和第四输出三极管Q7的基极连接，第三输出三极管Q6为P型三极管，第四输出三极管Q7为N型三极管，第三输出三极管Q6的集电极连接12V电压，放大后的第二路第二PWM信号从第三输出三极管Q6的发射极与第四输出三极管Q7的发射极连接节点处输出至第二驱动MOS管Q2的第二PWM信号接收端P。

当第二PWM信号输入为H时，第三输出三极管Q6导通，第四输出三极管 Q7截止；当第二PWM信号输入为L时，第三输出三极管Q6截止，第四输出三极管Q7导通，由此输出放大后的方波第二路第二PWM信号。

本实施例的电源为0-24V可调电压，通过主控单元输出第一PWM信号控制 DCDC功率调节电路输出0-24V可调电压。

本实施例介绍一种DCDC功率调节电路。

DCDC功率调节电路包括：开关控制信号接收电路、PWM信号接收电路和DCDC 转换单元，DCDC转换单元包括电压输入滤波、电压转换芯片和电压输出滤波， DCDC转换单元通过主控单元发送的开关控制信号和第一PWM信号将DC24V电源转换为0-24V可调电压输出。

详细阐述DCDC功率调节电路的电路原理：

DCDC转换单元的电路原理：DC24V电源依次经过三个并联在DC24V电源端的电容C6、C7和C41进行电压输入滤波，电压转换芯片U1的型号为TPS54340，电压转换芯片U1的上管驱动信号参考点管脚SW通过储能电感L1连接到可调电压输出端，串联在可调电压输出端的分压电阻R32和R47进行电压采样输入到电压转换芯片U1的参考电压管脚FB，经过并联在可调电压输出端的电容C14、 C40、C42、C54、C55和C56对可调电压输出滤波，电压转换芯片U1的上管驱动信号参考点管脚SW还连接有续流二极管D2，使能管脚EN还连接有电阻R33，电阻器时序/外部时钟管脚RT/CLK还连接有频率分压电阻R85，频率补偿管脚 COMP还连接有用于调节环路、稳定电压输出的电容C51、C49和电阻R46，其中，电容C49与串联的电容C51和电阻R46并联。

开关控制信号接收电路的电路原理：开关控制信号接收端连接主控单元接收开关控制信号，电阻R104和R105串联于3.3V电压与开关控制信号接收端之间，三极管Q12的发射极连接的3.3V电压、基极连接电阻R104和R105之间的节点且集电极连接电压转换芯片U1的使能管脚EN，当开关控制信号为L时，三极管Q12导通，电压转换芯片U1开启工作。

第一PWM信号接收电路的电路原理：第一PWM信号接收端接收的第一PWM 信号通过RC滤波进行滤波后输入到第一电压跟随器U3B的同相输入端，第一电压跟随器U3B的输出端通过分压电阻R54连接到分压电阻R32和R47之间的节点，其中，电阻R45、电容C63、电阻R40和电容C52组成RC滤波，然后通过电阻R36输入到第一电压跟随器U3B的同相输入端，第一电压跟随器U3B的同相输入端还连接有电容C50。

DCDC功率调节电路还连接有用于采集DCDC功率调节电路的可调电压的输出电压采样单元，采集的可调电压通过第二电压跟随器U3A发送至主控单元。

详细阐述输出电压采样单元的电路原理：串联在可调电压输出端的分压电阻R55和R60进行电压采样并通过RC滤波进行滤波后输入到第二电压跟随器 U3A的同相输入端，电压跟随器U3A的正极电压端连接3.3V电压，电压跟随器 U3A的输出端连接主控单元，其中，电阻R59和电容C39组成RC滤波，3.3V电压还连接有电容C44，电压跟随器U3A的输出端还连接有电容C43。

图1中，J1为连接两路占空比互补的第二PWM信号的接口，J2为连接超声换能器的接口。

图2中，J3为两路占空比互补的第二PWM信号分别通过第一信号放大输出电路和第二信号放大输出电路进行放大后输出的接口。

图3中，PB1为贴片磁珠。

以上技术方案已经充分公开并可实施，本实用新型输出两路占空比互补的第二PWM信号至驱动单元，使谐振超声频率为20～200KHz可调，调节谐振点到超声振子的共振点，使得超声振子工作在谐振状态，输出能量最大、振幅最强。

本实用新型不局限于上述可选实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本实用新型权利要求界定范围内的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.驱动超声换能器的驱动输出电路，其特征在于：包括驱动单元和变压单元；

所述驱动单元包括第一驱动单元和第二驱动单元，其中，第一驱动单元包括第一驱动MOS管Q6，与第一驱动MOS管Q6连接且接收第一路第二PWM信号的第二PWM信号接收端N，第一驱动MOS管Q6的输出端连接变压单元原边线圈的同名端；第二驱动单元包括第二驱动MOS管Q2，与第二驱动MOS管Q2连接且接收第二路第二PWM信号的第二PWM信号接收端P，第二驱动MOS管Q2的输出端连接变压单元原边线圈的异名端；

所述第一路第二PWM信号和第二路第二PWM信号的占空比互补，变压单元原边线圈连接电源，通过第二PWM信号接收端N接收的第一路第二PWM信号控制第一驱动MOS管Q6导通/截止，通过第二PWM信号接收端P接收的第二路第二PWM信号控制第二驱动MOS管Q2截止/导通；

所述变压单元的输出端回路设置超声换能器。

2.根据权利要求1所述的驱动超声换能器的驱动输出电路，其特征在于：所述变压单元为推挽变压器。

3.根据权利要求2所述的驱动超声换能器的驱动输出电路，其特征在于：所述电源连接推挽变压器的原边第一线圈的异名端和第二线圈的同名端，第一驱动MOS管Q6的输出端连接推挽变压器的原边第一线圈的同名端，第二驱动MOS管Q2的输出端连接推挽变压器的原边第二线圈的异名端。

4.根据权利要求3所述的驱动超声换能器的驱动输出电路，其特征在于：所述第一驱动MOS管Q6的栅极连接第二PWM信号接收端N、源极接地且漏极为第一驱动MOS管Q6的输出端；

所述第二驱动MOS管Q2的栅极连接第二PWM信号接收端P、源极接地且漏极为第二驱动MOS管Q2的输出端。

5.根据权利要求4所述的驱动超声换能器的驱动输出电路，其特征在于：所述第一驱动单元还包括串联于地与第二PWM信号接收端N之间的电阻R10和R14，第一驱动MOS管Q6的栅极连接电阻R10和R14之间的节点；

所述第二驱动单元还包括串联于地与第二PWM信号接收端P之间的电阻R5和R13，第二驱动MOS管Q2的栅极连接电阻R5和R13之间的节点。

6.根据权利要求1所述的驱动超声换能器的驱动输出电路，其特征在于：所述驱动输出电路还包括：设于变压单元的输出端回路中的谐振单元。

7.根据权利要求6所述的驱动超声换能器的驱动输出电路，其特征在于：所述谐振单元包括串联于变压单元的输出端回路中的电感T1和电容C1。