CN213041991U - 一种超声波储能高压发射电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供了一种超声波储能高压发射电路，包括第一栅极驱动器、第二栅极驱动器、第一场效应管、第二场效应管、电感器、电容器组、第一二极管组、第二二极管组、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、换能器。本实用新型能够通过简单的电路结构获得较高的激励电压，且无需高压电源，从而能够简化超声换能器激励的发射电路；另外，通过输入不同的逻辑控制信号以及配合不同规格参数的元器件，能够输出任意幅值的负脉冲，从而增加了电路输出的多样性。

Description

一种超声波储能高压发射电路

技术领域

本实用新型涉及超声换能器技术领域，尤其是涉及一种超声波储能高压发射电路。

背景技术

在超声换能器激励中，常用的有负方波激励和负脉冲激励。尤其在测厚及其相关领域中，负脉冲激励是比较常用的激励方式。目前市面上超声测厚以 100V-200V电压的负脉冲激励为主，使用负脉冲激励超声换能器，测试待测物体时可得到对应的底面回波波形，测量始波和首个底面回波下降沿之间的时间差，可以得到超声波的声程，超声波声程乘以材料声速得到的结果为待测物件的两倍厚度，从而计算出待测物件的实际厚度。

使用200V负脉冲在普通材料中都可以正常使用，但是如果使用的测厚换能器灵敏度较低或者待测物体材料声衰减严重时，需要使用更大倍数的后端放大增益，用于放大信号，直至可以到达闸门位置时才能测出稳定的厚度值。然而，更大的增益意味着更大的噪声，容易造成误判，得到错误的测量值。在其他条件都不变的情况下，增加激励电压，可提高回波的能量，更便于厚度测量。但目前能够增加激励电压的电路较为复杂，难以获得足够高的激励电压。

实用新型内容

本实用新型实施例旨在提供一种超声波储能高压发射电路，能够通过简单的电路结构获得较高的激励电压，从而能够简化超声换能器激励的发射电路。

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种超声波储能高压发射电路，包括第一栅极驱动器、第二栅极驱动器、第一场效应管、第二场效应管、电感器、电容器组、第一二极管组、第二二极管组、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、换能器；

所述电容器组包括一个电容器或多个串联连接的电容器，所述第一二极管组包括一个二极管或多个串联连接的二极管，所述第二二极管组包括一个二极管或多个串联连接的二极管；

所述超声波储能高压发射电路具有第一逻辑控制信号端和第二逻辑控制信号端；

所述第一栅极驱动器的一端与所述第一逻辑控制信号端连接，所述第一栅极驱动器的另一端分别与所述第一电阻的一端、所述第一场效应管的栅极连接，所述第一电阻的另一端连接有供电电源，所述第一场效应管的源极连接到所述第一电阻的另一端与所述供电电源之间的连接节点上，所述第一场效应管的漏极通过所述电感器分别与所述第二场效应管的漏极、所述电容器组的第一端连接，所述电容器组的第二端分别与所述第一二极管组的负极、所述第二二极管组的正极、所述第三电阻的一端连接，所述第一二极管组的正极分别与所述第四电阻的一端、所述换能器的一端连接；

所述第二栅极驱动器的一端与所述第二逻辑控制信号端连接，所述第二栅极驱动器的另一端分别与所述第二电阻的一端、所述第二场效应管的栅极连接；

所述第二电阻的另一端、所述第二场效应管的源极、所述第二二极管组的负极、所述第三电阻的另一端、所述第四电阻的另一端、所述换能器的另一端共接地。

作为优选方案，所述第一场效应管采用P沟道场效应管，所述第二场效应管采用N沟道场效应管。

作为优选方案，所述电容器组的电容器数量为2个。

作为优选方案，所述第一二极管组、所述第二二极管组的二极管数量均为2 个。

作为优选方案，所述供电电源的供电电压为15V。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型实施例提供了一种超声波储能高压发射电路，包括第一栅极驱动器、第二栅极驱动器、第一场效应管、第二场效应管、电感器、电容器组、第一二极管组、第二二极管组、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、换能器。本实用新型能够通过简单的电路结构获得较高的激励电压，且无需高压电源，从而能够简化超声换能器激励的发射电路；另外，通过输入不同的逻辑控制信号以及配合不同规格参数的元器件，能够输出任意幅值的负脉冲，从而增加了电路输出的多样性。

附图说明

图1是本实用新型一实施例提供的超声波储能高压发射电路的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参见图1，本实用新型实施例提供了一种超声波储能高压发射电路，包括第一栅极驱动器U1A、第二栅极驱动器U1B、第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、电感器L1、电容器组、第一二极管组、第二二极管组、第一电阻R1、第二电阻 R2、第三电阻R3、第四电阻R4、换能器；

所述电容器组包括一个电容器或多个串联连接的电容器，所述第一二极管组包括一个二极管或多个串联连接的二极管，所述第二二极管组包括一个二极管或多个串联连接的二极管；作为优选方案，所述电容器组的电容器数量为2个，包括电容器C1和电容器C2。作为优选方案，所述第一二极管组的二极管数量为2个，包括二极管D1和二极管D2，所述第二二极管组的二极管数量为2个，包括二极管 D3和二极管D4。

所述超声波储能高压发射电路具有第一逻辑控制信号端和第二逻辑控制信号端；

所述第一栅极驱动器U1A的一端与所述第一逻辑控制信号端连接，所述第一栅极驱动器U1A的另一端分别与所述第一电阻R1的一端、所述第一场效应管Q1 的栅极连接，所述第一电阻R1的另一端连接有供电电源，所述第一场效应管Q1 的源极连接到所述第一电阻R1的另一端与所述供电电源之间的连接节点上，所述第一场效应管Q1的漏极通过所述电感器L1分别与所述第二场效应管Q2的漏极、所述电容器组的第一端连接，所述电容器组的第二端分别与所述第一二极管组的负极、所述第二二极管组的正极、所述第三电阻R3的一端连接，所述第一二极管组的正极分别与所述第四电阻R4的一端、所述换能器的一端连接；

所述第二栅极驱动器U1B的一端与所述第二逻辑控制信号端连接，所述第二栅极驱动器U1B的另一端分别与所述第二电阻R2的一端、所述第二场效应管Q2 的栅极连接；

所述第二电阻R2的另一端、所述第二场效应管Q2的源极、所述第二二极管组的负极、所述第三电阻R3的另一端、所述第四电阻R4的另一端、所述换能器的另一端共接地。

作为优选方案，所述第一场效应管Q1采用P沟道场效应管，所述第二场效应管Q2采用N沟道场效应管。

作为优选方案，所述供电电源的供电电压为15V。

在本实用新型实施例中，电路图中部件的说明如下：

Q1：电源P沟道场效应管，用于电源开关。

Q2：高性能N沟道场效应管，用于电感形成充电回路，以及放电产生脉冲。

L1：储能电感。

C1、C2：放电电容，串联使用为了得到更高的耐压值。

D1、D2、D3、D4：匹配二极管，使用二极管单向导通特性，将高于地的电压释放到地上，使用两个二极管串联可以提高耐压值，同时降低管子本身的电容。

R3、R4：匹配电阻，用于匹配探头，形成回路。

R1、R2：初始状态电阻，用于确保整个电路稳态。

IN1、IN2：逻辑控制信号，用于控制场效应管开关。

U1A、U1B：场效应管栅极驱动器，用于根据逻辑控制信号驱动场效应管，使用同一个驱动器可以降低两个通道间的延迟。

在本实用新型实施例中，利用本实用新型提供的超声波储能高压发射电路获得负脉冲电压的操作步骤如下：

第一步：整机供电15V电压，然后打开Q1和Q2，使得电感L1形成电流回路，对电感L1进行充电；

第二步：关闭Q1和Q2，准备放电；

第三步：打开Q2，使得电容C1、C2对地进行放电。由于电容两端电压不能突变，换能器端会产生负脉冲电压；

功能实现原理：

电感的饱和能量为W＝0.5Li₂，当储能时，Q1和Q2同时打开，对电感进行充电。电路中供电电压为15V，Q1、Q2导通电阻小于0.1Ω，储能电感直流阻抗为1 Ω，感值1mh。储能电感的饱和能量约为78mJ。根据电容能量W＝0.5CU₂，当放电电容为100pF时，电容端电压可达1249V。但实际上电量会有部分损失，损失部分包括场效应管的漏电流、放电电容漏电流等。而且放电电容受不同电路板的分布电容影响，负脉冲下降速度和Q2打开时间相关，Q2打开时间越短，负脉冲下降越快。此时电路上的实测电压为812V。

需要说明的是，本实用新型实施例的关键点在于：

1、采用15V单电源供电，利用几个分立器件，可以输出800V负脉冲电压的换能器激励，省去高压电源部分的电路。

2、设计灵活，可以根据需求修改IN1、IN2时序，以及配合不同的电感、电容，输出任意幅值的负脉冲。

与现有技术相比，本实用新型的优点是电路结构简单、输出波形可变。需要说明的是，超声检测对于通道数方面的要求在日益增加，使用电路简单的独立通道有助于缩减电路规模，实现更多通道集成。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种超声波储能高压发射电路，其特征在于，包括第一栅极驱动器、第二栅极驱动器、第一场效应管、第二场效应管、电感器、电容器组、第一二极管组、第二二极管组、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、换能器；

所述电容器组包括一个电容器或多个串联连接的电容器，所述第一二极管组包括一个二极管或多个串联连接的二极管，所述第二二极管组包括一个二极管或多个串联连接的二极管；

所述超声波储能高压发射电路具有第一逻辑控制信号端和第二逻辑控制信号端；

所述第一栅极驱动器的一端与所述第一逻辑控制信号端连接，所述第一栅极驱动器的另一端分别与所述第一电阻的一端、所述第一场效应管的栅极连接，所述第一电阻的另一端连接有供电电源，所述第一场效应管的源极连接到所述第一电阻的另一端与所述供电电源之间的连接节点上，所述第一场效应管的漏极通过所述电感器分别与所述第二场效应管的漏极、所述电容器组的第一端连接，所述电容器组的第二端分别与所述第一二极管组的负极、所述第二二极管组的正极、所述第三电阻的一端连接，所述第一二极管组的正极分别与所述第四电阻的一端、所述换能器的一端连接；

所述第二栅极驱动器的一端与所述第二逻辑控制信号端连接，所述第二栅极驱动器的另一端分别与所述第二电阻的一端、所述第二场效应管的栅极连接；

所述第二电阻的另一端、所述第二场效应管的源极、所述第二二极管组的负极、所述第三电阻的另一端、所述第四电阻的另一端、所述换能器的另一端共接地。

2.根据权利要求1所述的超声波储能高压发射电路，其特征在于，所述第一场效应管采用P沟道场效应管，所述第二场效应管采用N沟道场效应管。

3.根据权利要求1所述的超声波储能高压发射电路，其特征在于，所述电容器组的电容器数量为2个。

4.根据权利要求1所述的超声波储能高压发射电路，其特征在于，所述第一二极管组、所述第二二极管组的二极管数量均为2个。

5.根据权利要求1所述的超声波储能高压发射电路，其特征在于，所述供电电源的供电电压为15V。

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