CN216574004U

CN216574004U - 超声波装置

Info

Publication number: CN216574004U
Application number: CN202123200857.2U
Authority: CN
Inventors: 郑丰周; 敬仕林; 徐明燕; 赵跃; 李俊锴
Original assignee: Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai
Current assignee: Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai
Priority date: 2021-12-16
Filing date: 2021-12-16
Publication date: 2022-05-24
Anticipated expiration: 2031-12-16

Abstract

本申请提供了一种超声波装置。该装置包括：谐振网络单元，由电感值可调的电感模块和超声波换能器串联而成；谐振电压检测单元，与超声波换能器电连接，用于检测超声波换能器的谐振电压；谐振电流检测单元，与超声波换能器电连接，用于检测超声波换能器的谐振电流；信号调制单元，具有输入端和输出端，信号调制单元的输入端分别与谐振电压检测单元和谐振电流检测单元电连接，根据谐振电压和谐振电流调整输出的PWM信号的占空比和频率；升压单元，具有输入端和输出端，升压单元的输入端与信号调制单元的输出端电连接，升压单元的输出端与谐振网络单元电连接。可以实现对超声波换能器的谐振频率的精确确定。

Description

超声波装置

技术领域

本申请涉及超声波领域，具体而言，涉及一种超声波装置。

背景技术

超声波清洗作为一种清洗效率较高的清洗方式，不论被清洗物的形状多复杂，将其放入清洗液内，只要液体能够接触到的地方，超声波都能起到清洗作用。但不同的清洗物，需要匹配合适的超声频率和功率予以清洗，才能既保证清洗效果，又不会对清洗物造成损伤。超声波清洗机的工作频率根据清洗对象，大致分为三个频段：低频超声清洗(20kHz-100kHz)、中频超声清洗(100kHz-500kHz)和高频超声清洗(500kHz-1000kHz)。其中低频超声清洗适用于大部件表面或者污物和清洗件表面结合强度高的场合；中频超声清洗适用于计算机、微电子元件的精细清洗；高频超声清洗适用于集成电路芯片、硅片及薄膜等的清洗。不同的超声波换能器，其固有谐振频率不同，需要与供电模块进行阻抗匹配，才能工作在最佳状态。

不同的清洗物，需要更换不同的超声波换能器以及输出合适的超声功率。而不同的超声波换能器，需要不同的谐振网络进行阻抗匹配，才能让其工作在最佳状态。

现有技术中无法根据所更换的不同超声波换能器自动匹配出合适的谐振网络参数以及精确锁定其固有谐振频率。

实用新型内容

本申请的主要目的在于提供一种超声波装置，以解决现有技术中无法根据所更换的不同超声波换能器自动匹配出合适的谐振网络参数以及精确锁定其固有谐振频率的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种超声波换能器谐振电路，包括：谐振网络单元，由电感值可调的电感模块和超声波换能器串联而成；谐振电压检测单元，与所述超声波换能器电连接，用于检测所述超声波换能器的谐振电压；谐振电流检测单元，与所述超声波换能器电连接，用于检测所述超声波换能器的谐振电流；信号调制单元，具有输入端和输出端，所述信号调制单元的输入端分别与所述谐振电压检测单元和所述谐振电流检测单元电连接，根据所述谐振电压和所述谐振电流调整输出的PWM信号的占空比和频率；升压单元，具有输入端和输出端，所述升压单元的输入端与所述信号调制单元的输出端电连接，所述升压单元的输出端与所述谐振网络单元电连接。

进一步地，所述电感模块包括N个开关和N个电感，N个所述电感串联，N个所述开关的第一端分别与所述升压单元电连接，第M个所述开关的第二端与第M个所述电感的第一端电连接，第N个所述电感的第二端与所述超声波换能器电连接，其中，1≤M≤N，N≥2。

进一步地，N＝3，3个开关分别为第一开关、第二开关和第三开关，3个电感分别为第一电感、第二电感和第三电感。

进一步地，所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关均为电子开关。

进一步地，所述升压单元包括：H桥驱动单元，具有输入端和输出端，所述H桥驱动单元的输入端与所述信号调制单元的输出端电连接；H桥，具有输入端和输出端，所述H桥的输入端与所述H桥驱动单元的输出端电连接；变压器，具有初级线圈和次级线圈，所述变压器的初级线圈与所述H桥电连接，所述变压器的次级线圈与所述谐振网络单元电连接。

进一步地，所述H桥包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管，所述第一MOS管的栅极与所述H桥驱动单元的第一输出端电连接，所述第二MOS管的栅极与所述H桥驱动单元的第二输出端电连接，所述第三MOS管的栅极与所述H桥驱动单元的第三输出端电连接，所述第四MOS管的栅极与所述H桥驱动单元的第四输出端电连接，所述第一MOS管的漏极和所述第四MOS管的漏极分别与电源端电连接，所述第一MOS管的源极与所述第二MOS管的漏极电连接，所述第四MOS管的源极与所述第三MOS管的漏极电连接，所述第二MOS管的源极和所述第三MOS管的源极接地，所述变压器的初级线圈的同名端与所述第三MOS管的漏极电连接，并与所述H桥驱动单元的第一上桥臂参考浮地端电连接；所述变压器的初级线圈的异名端与所述第二MOS管的漏极电连接，并与所述H桥驱动单元的第二上桥臂参考浮地端电连接。

进一步地，所述第一MOS管为第一NMOS管，所述第二MOS管为第二NMOS管，所述第三MOS管为第三NMOS管，所述第四MOS管为第四NMOS管。

进一步地，所述谐振电压检测单元包括第一电阻模块、第二电阻模块、第三电阻模块、第一二极管、第一电解电容模块和第一电容模块，所述第一电阻模块的第一端与所述超声波换能器的第一端电连接，所述第一电阻模块的第二端分别与所述第二电阻模块的第一端和所述第一二极管的正极电连接，所述第二电阻模块的第二端接地，所述第一二极管的负极与所述第三电阻模块的第一端电连接，所述第一电解电容模块的第一端和所述第一电容模块的第一端分别与所述第三电阻模块的第二端电连接，所述第一电解电容模块的第二端和所述第一电容模块的第二端接地。

进一步地，所述谐振电流检测单元包括第四电阻模块、第五电阻模块、第二二极管、第二电解电容模块和第二电容模块，所述第四电阻模块的第一端接地，所述第四电阻模块的第二端分别与所述超声波换能器的第二端和所述第二二极管的正极电连接，所述第二二极管的负极与所述第五电阻模块的第一端电连接，所述第五电阻模块的第二端分别与所述第二电解电容模块的第一端和所述第二电容模块的第一端电连接，所述第二电解电容模块的第二端和所述第二电容模块的第二端接地。

应用本申请的技术方案，采用由谐振网络单元、谐振电压检测单元、谐振电流检测单元、信号调制单元和升压单元组成的超声波装置，根据上述谐振电压和上述谐振电流调整输出的PWM信号的占空比和频率，由于谐振网络单元中的电感模块的电感值可调，可以为不同的超声波换能器适配不同的电感值，即为不同的超声波换能器适配合适的谐振网络参数，以及根据谐振电压和上述谐振电流调整输出的PWM信号的占空比和频率，实现对超声波换能器的谐振频率的精确确定。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本申请的实施例的超声波装置示意图；

图2示出了根据本申请的实施例的超声波装置的部分结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、谐振网络单元；20、谐振电压检测单元；30、谐振电流检测单元；40、信号调制单元；50、升压单元；51、H桥驱动单元；52、H桥；53、变压器。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

应该理解的是，当元件(诸如层、膜、区域、或衬底)描述为在另一元件“上”时，该元件可直接在该另一元件上，或者也可存在中间元件。而且，在说明书以及权利要求书中，当描述有元件“连接”至另一元件时，该元件可“直接连接”至该另一元件，或者通过第三元件“连接”至该另一元件。

正如背景技术所介绍的，现有技术中的无法精确确定出超声波换能器的固有谐振频率，为了解决如上无法精确确定出超声波换能器的固有谐振频率的问题，本申请的实施例提供了一种超声波装置。

本申请的一种典型的实施例提供了一种超声波装置。如图1所示，包括：

谐振网络单元10，由电感值可调的电感模块和超声波换能器串联而成；

具体地，由于电感模块的电感值可调，使得可以为固有频率不同的超声波换能器适配不同的阻抗，使得超声波换能器工作在最佳状态。

谐振电压检测单元20，与上述超声波换能器电连接，用于检测上述超声波换能器的谐振电压；

谐振电流检测单元30，与上述超声波换能器电连接，用于检测上述超声波换能器的谐振电流；

信号调制单元40，具有输入端和输出端，上述信号调制单元40的输入端分别与上述谐振电压检测单元20和上述谐振电流检测单元30电连接，用于根据上述谐振电压和上述谐振电流调整输出的PWM信号的占空比和频率；

具体地，由于信号调制单元输出的PWM信号的占空比是可控的，使得超声波换能器的输出功率是可控的。

升压单元50，具有输入端和输出端，上述升压单元50的输入端与上述信号调制单元40的输出端电连接，上述升压单元50的输出端与上述谐振网络单元10电连接。

上述方案中，采用由谐振网络单元、谐振电压检测单元、谐振电流检测单元、信号调制单元和升压单元组成的超声波装置，根据上述谐振电压和上述谐振电流调整输出的PWM信号的占空比和频率，由于谐振网络单元中的电感模块的电感值可调，可以为不同的超声波换能器适配不同的电感值，即为不同的超声波换能器适配合适的谐振网络参数，以及根据谐振电压和上述谐振电流调整输出的PWM信号的占空比和频率，实现对超声波换能器的谐振频率的精确确定。

本申请的一种实施例中，上述电感模块包括N个开关和N个电感，N个上述电感串联，N个上述开关的第一端分别与上述升压单元电连接，第M个上述开关的第二端与第M个上述电感的第一端电连接，第N个上述电感的第二端与上述超声波换能器电连接，其中，1≤M≤N，N≥2。

一种具体的实施例中，如图2所示，N＝3，3个开关分别为第一开关S1、第二开关S2和第三开关S3，3个电感分别为第一电感L2、第二电感L3和第三电感L4，当第一开关S1接通，第二开关S2和第三开关S3断开时，L2、L3、L4串联后与换能器Y1组成谐振网络，此时用于匹配低频换能器；当第二开关S2接通，第一开关S1和第三开关S3断开时，L3、L4串联后与换能器Y1组成谐振网络，此时用于匹配中频换能器；当第三开关S3接通，第一开关S1和第二开关S2断开时，L4与换能器Y1组成谐振网络，此时用于匹配高频换能器。

一种具体的实施例中，所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关均为电子开关。

本申请的一种实施例中，如图1和图2所示，上述升压单元50包括H桥驱动单元51、H桥52和变压器53，H桥驱动单元51，具有输入端和输出端，上述H桥驱动单元51的输入端与上述信号调制单元40的输出端电连接；H桥52，具有输入端和输出端，上述H桥52的输入端与上述H桥驱动单元51的输出端电连接；变压器53，具有初级线圈和次级线圈，上述变压器53的初级线圈与上述H桥52电连接，上述变压器53的次级线圈与上述谐振网络单元10电连接。在H桥驱动单元51、H桥52、变压器53和谐振网络单元10的共同作用下输出稳定的正弦波信号。

本申请的一种实施例中，如图2所示，所述次级线圈有两个，分别为第一次级线圈和第二次级线圈。

本申请的一种实施例中，如图2所示，上述H桥52包括第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3和第四MOS管Q4，上述第一MOS管的栅极与上述H桥驱动单元51的第一输出端BHO电连接，上述第二MOS管的栅极与上述H桥驱动单元51的第二输出端BLO电连接，上述第三MOS管的栅极与上述H桥驱动单元51的第三输出端ALO电连接，上述第四MOS管的栅极与上述H桥驱动单元51的第四输出端AHO电连接，上述第一MOS管的漏极和上述第四MOS管的漏极分别与电源端VCC电连接，上述第一MOS管的源极与上述第二MOS管的漏极电连接，上述第四MOS管的源极与上述第三MOS管的漏极电连接，上述第二MOS管的源极和上述第三MOS管的源极接地。所述变压器的初级线圈的同名端与所述第三MOS管的漏极电连接，并与所述H桥驱动单元的第一上桥臂参考浮地端AHS电连接；所述变压器的初级线圈的异名端与所述第二MOS管的漏极电连接，并与所述H桥驱动单元的第二上桥臂参考浮地端BHS电连接。H桥驱动单元的AHS端通过电容C2和二极管D2与电源端VDD连接，BHS端通过电容C1和二极管D1与电源端VDD连接。H桥驱动单元用于驱动H桥，有较强的驱动能力，进一步地保证了经过谐振网络单元调整的正弦波的稳定性。具体地，所述第一MOS管为第一NMOS管，所述第二MOS管为第二NMOS管，所述第三MOS管为第三NMOS管，所述第四MOS管为第四NMOS管。

如图2所示，在H桥驱动单元51的输入端BL1输入信号PWM1，在H桥驱动单元51的输入端AL1输入信号PWM2，在H桥驱动单元51的端子BHB上连接二极管D1，H桥驱动单元51的第一输出端BHO通过电阻R1与第一MOS管的栅极电连接，H桥驱动单元51的第二输出端BLO通过电阻R2与第二MOS管的栅极电连接，H桥驱动单元51的第三输出端ALO通过电阻R3与第三MOS管的栅极电连接，H桥驱动单元51的第四输出端AHO通过电阻R4与第四MOS管的栅极电连接。

本申请的一种实施例中，如图2所示，上述谐振电压检测单元20包括第一电阻模块R11、第二电阻模块R12、第三电阻模块R13、第一二极管D4、第一电解电容模块C5和第一电容模块C6，上述第一电阻模块的第一端与上述超声波换能器的第一端电连接，上述第一电阻模块的第二端分别与上述第二电阻模块的第一端和上述第一二极管的正极电连接，上述第二电阻模块的第二端接地，上述第一二极管的负极与上述第三电阻模块的第一端电连接，上述第一电解电容模块的第一端和上述第一电容模块的第一端分别与上述第三电阻模块的第二端电连接，上述第一电解电容模块的第二端和上述第一电容模块的第二端接地。

本申请的一种实施例中，如图2所示，上述谐振电流检测单元30包括第四电阻模块R9、第五电阻模块R10、第二二极管D3、第二电解电容模块C3和第二电容模块C4，上述第四电阻模块的第一端接地，上述第四电阻模块的第二端分别与上述超声波换能器的第二端和上述第二二极管的正极电连接，上述第二二极管的负极与上述第五电阻模块的第一端电连接，上述第五电阻模块的第二端分别与上述第二电解电容模块的第一端和上述第二电容模块的第一端电连接，上述第二电解电容模块的第二端和上述第二电容模块的第二端接地。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

本申请的超声波装置，采用由谐振网络单元、谐振电压检测单元、谐振电流检测单元、信号调制单元和升压单元组成的超声波装置，根据上述谐振电压和上述谐振电流调整输出的PWM信号的占空比和频率，可以实现对超声波换能器的谐振频率的精确确定。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种超声波装置，其特征在于，包括：

谐振网络单元，由电感值可调的电感模块和超声波换能器串联而成；

谐振电压检测单元，与所述超声波换能器电连接，用于检测所述超声波换能器的谐振电压；

谐振电流检测单元，与所述超声波换能器电连接，用于检测所述超声波换能器的谐振电流；

信号调制单元，具有输入端和输出端，所述信号调制单元的输入端分别与所述谐振电压检测单元和所述谐振电流检测单元电连接，根据所述谐振电压和所述谐振电流调整输出的PWM信号的占空比和频率；

升压单元，具有输入端和输出端，所述升压单元的输入端与所述信号调制单元的输出端电连接，所述升压单元的输出端与所述谐振网络单元电连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电感模块包括N个开关和N个电感，N个所述电感串联，N个所述开关的第一端分别与所述升压单元电连接，第M个所述开关的第二端与第M个所述电感的第一端电连接，第N个所述电感的第二端与所述超声波换能器电连接，其中，1≤M≤N，N≥2。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，N＝3，3个开关分别为第一开关、第二开关和第三开关，3个电感分别为第一电感、第二电感和第三电感。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关均为电子开关。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述升压单元包括：

H桥驱动单元，具有输入端和输出端，所述H桥驱动单元的输入端与所述信号调制单元的输出端电连接；

H桥，具有输入端和输出端，所述H桥的输入端与所述H桥驱动单元的输出端电连接；

变压器，具有初级线圈和次级线圈，所述变压器的初级线圈与所述H桥电连接，所述变压器的次级线圈与所述谐振网络单元电连接。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述H桥包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管，所述第一MOS管的栅极与所述H桥驱动单元的第一输出端电连接，所述第二MOS管的栅极与所述H桥驱动单元的第二输出端电连接，所述第三MOS管的栅极与所述H桥驱动单元的第三输出端电连接，所述第四MOS管的栅极与所述H桥驱动单元的第四输出端电连接，所述第一MOS管的漏极和所述第四MOS管的漏极分别与电源端电连接，所述第一MOS管的源极与所述第二MOS管的漏极电连接，所述第四MOS管的源极与所述第三MOS管的漏极电连接，所述第二MOS管的源极和所述第三MOS管的源极接地，所述变压器的初级线圈的同名端与所述第三MOS管的漏极电连接，并与所述H桥驱动单元的第一上桥臂参考浮地端电连接；所述变压器的初级线圈的异名端与所述第二MOS管的漏极电连接，并与所述H桥驱动单元的第二上桥臂参考浮地端电连接。

7.根据权利要求6中所述的装置，其特征在于，所述第一MOS管为第一NMOS管，所述第二MOS管为第二NMOS管，所述第三MOS管为第三NMOS管，所述第四MOS管为第四NMOS管。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述谐振电压检测单元包括第一电阻模块、第二电阻模块、第三电阻模块、第一二极管、第一电解电容模块和第一电容模块，所述第一电阻模块的第一端与所述超声波换能器的第一端电连接，所述第一电阻模块的第二端分别与所述第二电阻模块的第一端和所述第一二极管的正极电连接，所述第二电阻模块的第二端接地，所述第一二极管的负极与所述第三电阻模块的第一端电连接，所述第一电解电容模块的第一端和所述第一电容模块的第一端分别与所述第三电阻模块的第二端电连接，所述第一电解电容模块的第二端和所述第一电容模块的第二端接地。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述谐振电流检测单元包括第四电阻模块、第五电阻模块、第二二极管、第二电解电容模块和第二电容模块，所述第四电阻模块的第一端接地，所述第四电阻模块的第二端分别与所述超声波换能器的第二端和所述第二二极管的正极电连接，所述第二二极管的负极与所述第五电阻模块的第一端电连接，所述第五电阻模块的第二端分别与所述第二电解电容模块的第一端和所述第二电容模块的第一端电连接，所述第二电解电容模块的第二端和所述第二电容模块的第二端接地。