CN217607694U - 一种双频正弦波的生成电路及电子仪器 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种双频正弦波的生成电路及电子仪器，该生成电路包括开关电路、继电器组件、电容组件以及变压器；控制器分别与开关电路和电容组件连接，开关电路接收控制器发送的第一控制信号，以控制开关电路连接的供电电源放电或断电，电容组件接收控制器发送的第二控制信号，以控制生成电路的输出频率；继电器组件分别与开关电路、电容组件、变压器连接，以切换输出电压；变压器与负载连接，将供电电源的电力传输给负载，并生成正弦波。本实用新型所提供的生成电路和电子仪器能够生成标准的正弦波，实现对谐振频率的控制，降低了射频时产生烧伤以及刺痛的风险，降低了开关损耗，提高了电源效率。

Description

一种双频正弦波的生成电路及电子仪器

技术领域

本实用新型涉及电子仪器领域，尤其涉及一种双频正弦波的生成电路及电子仪器。

背景技术

目前市面上的仪器如射频美容仪，大多为单片机输出频率进行功率放大输出，通常只能达到方波输出或者类正弦波输出，甚至输出的波形杂乱无章，部分仪器能够输出标准的正弦波，但标准的正弦波驱动设计难度较大，且仅能设计一种固定频率，所以目前市面上销量较好仪器均没有做到正弦波的效果。

传统设计方案参照图1，前极驱动对后极金属(metal)-氧化物(oxide) -半导体(semiconductor)场效应晶体管(MOS管)进行开关(如图1所示)，由于MOS管源极电压不为零的时候对开关管进行开关，相当于MOS管瞬间对电源放电和断电，此时会造成传递能量波动较大，容易产生高次谐波，也就是说，能量容易瞬间过高，进而导致能量对皮肤刺激效果会瞬间过高，当用于射频时，容易烧伤皮肤，用于中低频时，容易产生刺痛感；并且， MOS管瞬间对电源放电和断电会导致开关损耗增大，电源效率降低。

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本实用新型的实施例提供了一种双频正弦波的生成电路及电子仪器，该生成电路能够生成标准的正弦波，实现对谐振频率的控制，降低了射频时产生烧伤以及刺痛的风险，降低了开关损耗，提高了电源效率。

根据本实用新型的第一方案，提供了一种双频正弦波的生成电路，所述电源控制电路包括开关电路、继电器组件、电容组件以及变压器；

控制器分别与所述开关电路和所述电容组件连接，所述开关电路接收所述控制器发送的第一控制信号，以控制所述开关电路连接的供电电源放电或断电，所述电容组件接收所述控制器发送的第二控制信号，以控制所述生成电路的输出频率；

所述继电器组件分别与所述开关电路、所述电容组件、所述变压器连接，以切换输出电压；

所述变压器与负载连接，将所述供电电源的电力传输给负载，并生成正弦波。

在一些实施例中，所述开关电路接收到的第一控制信号为开通电源时，所述开关电路导通，所述供电电源放电；

所述开关电路接收到的第一控制信号为关断电源时，所述开关电路断开，所述供电电源断电。

在一些实施例中，所述开关电路为零电压开关。

在一些实施例中，所述电容组件接收到的第二控制信号为低电平信号时，所述电容组件断开，所述输出频率为第一频率；

所述电容组件接收到的第二控制信号为高电平信号时，所述电容组件导通，所述输出频率为第二频率。

在一些实施例中，所述第一频率为1MHZ，所述第二频率为90KHZ。

在一些实施例中，所述继电器组件包括线圈、第一双向开关以及第二双向开关；

所述线圈的一端与辅助电源连接，所述线圈的另一端与所述电容组件连接；

所述第一双向开关的第一开关件以及第二双向开关的第二开关件均与所述开关电路连接，所述第一双向开关的第一触点和第二触点以及第二双向开关的第三触点和第四触点均与所述变压器连接。

在一些实施例中，所述变压器为电感，

所述第一触点、所述第二触点、所述第三触点以及所述第四触点与所述电感的连接点均不相同，以控制所述电感的电感值变化。

根据本实用新型的第二方案，提供了一种电子仪器，其包括供电电源、辅助电源、控制器以及如上述第一方案中任一项所述的生成电路，所述供电电源为所述生成电路供电，所述辅助电源为所述控制器供电。

在一些实施例中，所述辅助电源由所述供电电源降压得到。

在一些实施例中，电子仪器还包括第一按键和第二按键；

所述生成电路的控制器分别与所述第一按键和所述第二按键连接，所述第一按键用于触发所述控制器生成第一控制信号，所述第二按键用于触发所述控制器生成第二控制信号。

与现有技术相比，本实用新型所提供的双频正弦波的生成电路和电子仪器的有益效果在于：

本实用新型所提供的生成电路和电子仪器能够生成标准的正弦波，实现对谐振频率的控制，降低了射频时产生烧伤以及刺痛的风险，降低了开关损耗，提高了电源效率。

附图说明

图1示出了现有技术中波形生成电路的结构示意图；

图2示出了本实用新型的实施例的双频正弦波的生成电路的结构示意图；

图3示出了变压器将供电电源提供的电量提供给负载时输出电压的正弦波示意图；

图4示出了1MHZ的正弦波电压以及90KHZ的正弦波电压的示意图；

图5示出了电子仪器的结构示意图。

附图标记说明：

1-生成电路；11-开关电路；12-继电器组件；13-电容组件；14-变压器； 2-供电电源；3-辅助电源；4-控制器；5-第一按键；6-第二按键。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本实用新型，下面参照附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但不作为对本实用新型的限定。

图1为本实用新型的实施例的双频正弦波的生成电路1的结构示意图，如图1所示，根据本实用新型的第一方案，提供了一种双频正弦波的生成电路1，其可以使用在人体皮肤上的美容电器、理疗仪器等电子仪器中，该生成电路1包括开关电路11、继电器组件12、电容组件13以及变压器14。

具体地，继续参照图1，控制器4分别与开关电路11和电容组件13连接，该控制器4为生成电路1所属的电子仪器上的控制器4，该控制器4可以生成控制信号，以控制生成电路1中的开关电路11、电容组件12，进而达到控制生成电路1的目的，以实现控制电子仪器的目的。

作为其中一个示例地，控制器4可以生成第一控制信号，并将该第一控制信号发送给开关电路11，开关电路11接收控制器4发送的第一控制信号，之后，开关电路11基于该第一控制信号控制供电电源2放电或断电，可选地，开关电路11为零电压开关，其包括图1中的电感L1、MOS管Q1、MOS管Q2、 MOS管Q3、MOS管Q4、电阻R1以及电阻R2，在接收到的第一控制信号为开通电源时，开关电路11导通，供电电源2放电；在接收到的第一控制信号为关断电源时，开关电路11断开，供电电源2断电。例如，图1中的MOS管 Q2的栅极和MOS管Q4的栅极输入12V电压时表示第一控制信号为开通电源，也即图1中与MOS管Q2的栅极和MOS管Q4的栅极连接的信号为“ON”，供电电源2通过电阻R1使得MOS管Q1导通以及通过电阻R2使得MOS管Q3导通，电感L1电流逐渐增加，由于两个开关管的特性差异，将导致流入两个开关管的电流不同，假设流入Q1的电流大于流入MOS管Q3的电流，则MOS管Q1 的漏极电压逐渐减少，MOS管Q3的漏极电压逐渐增大,MOS管Q1处于开通状态，MOS管Q3处于关断状态。由于零电压开关的开关管开通/关断时MOS管的漏极电压均为0V，因此，降低了开关损耗，提高了电源效率。

另一示例地，控制器4可以生成第二控制信号，并将该第二控制信号发送给电容组件13，电容组件13接收控制器4发送的第二控制信号，并在接收到第二控制信号之后，基于第二控制信号来控制生成电路1的工作模式。如图1示出的电容组件13包括电容C2、电容C3、MOS管Q5、MOS管Q6以及 MOS管Q7，电容组件13通过“FRE_CTR”接收控制器4传输的第二控制信号，在电容组件13接收到的第二控制信号为低电平信号时，例如“FRE_CTR”为 0时，电容组件13断开，具体为电容C2和电容C3不导通，此时输出频率为第一频率；在电容组件13接收到的第二控制信号为高电平信号时，例如“FRE_CTR”为1时，电容组件13导通，具体为电容C2和电容C3导通，此时输出频率为第二频率。

变压器14与负载连接，将供电电源的电力传输给负载，并生成正弦波。

继续参照图1，生成电路1中的继电器组件12分别与开关电路11、电容组件13、变压器14连接，以实现切换输出电压的目的。其中，继电器组件 12包括线圈、第一双向开关以及第二双向开关；线圈的一端1与辅助电源3 连接，线圈的另一端2与电容组件13连接；第一双向开关的第一开关件3 以及第二双向开关的第二开关件6均与开关电路11连接，作为其中一个示例地，第一开关件3与电阻R1、MOS管Q1连接，当然，其还与电容C3连接，第一双向开关的第一触点2和第二触点4以及第二双向开关的第三触点5和第四触点7均与变压器14连接。

其中，变压器14为电感，第一触点2、第二触点4、第三触点5以及第四触点7与电感的连接点均不相同，以控制电感的电感值变化。如图1示出的，电感T1的两端分别为连接点1和连接点3，中间设置有三个连接点也即连接点4、连接点2以及连接点5，且该五个连接点中两个连接点之间的间隔相等。此时，第一触点2与连接点1连接，第二触点4与连接点4连接，第三触点5与连接点5连接，第四触点7与连接点3连接，电感L1的一端与连接点2连接。

在具体实施中，当FRE_CTR为0时，电容C2和电容C3不导通，此时，继电器关断，也即第一开关件3与连接点4连接，第一开关件6与连接点5 连接，进而使得变压器14上的连接点4与MOS管Q1连接，连接点5端与MOS 管Q3连接，此时，电感T1的连接点4与连接点2之间的电感储能，连接点 5处产生感应电压；进一步地，在连接点4与连接点2之间的电感储能到一定能量时，开始放电，此时，连接点5处的感应电压开始降低，当连接点5 处的感应电压低于MOS管Q1的导通条件时，MOS管Q1关断，MOS管Q3导通，此时，电感T1的连接点5与连接点2之间的电感储能，连接点4处产生感应电压，在连接点5与连接点2之间的电感储能到一定能量时，开始放电，此时，连接点4处的感应电压开始降低，当低于MOS管Q3的导通条件时，MOS 管Q3关断，MOS管Q1开通，如此循环，完成启动过程。

进一步地，在稳态导通后，由于上周期电感T1电流的流经方向为从连接点2到连接点4，并且电容C1两端电压为零，电流无法突变，电感T1将对电容C1进行充电，电容C1逐渐为连接点1为正且连接点2为负的电压，并且正弦变大，此时连接点5处的感应电压被MOS管Q1下拉到0V；下周期中电感T1电流的流经方向为从连接点2到连接点5，同样地，电流无法突变，电感T1将对电容C1反向放电然后充电，电容C1逐渐为连接点5为正且连接点2为负的电压，并且正弦变大，此时连接点4处的感应电压被MOS管Q1 下拉到0V，如此周期循环，产生1MHZ的正弦波电压。由图2可知，变压器 14的次级与初级为比例关系，因此，感应电压也为正弦输出，图3示出了变压器14将供电电源2提供的电量提供给负载时输出电压的正弦波示意图。由于开关管开通关断时MOS管的漏极电压均为0V，因此，降低了开关损耗，提高了电源效率。

在具体实施中，由于图2示出的生成电路1为电感电容LC并联谐振，因此，谐振频率为

即谐振频率与电容大小成反比关系，进而调整电容和电感大小即可改变谐振频率。进一步地，当“FRE_CTR”为1时，电容 C2和电容C3导通，继电器导通，也即也即第一开关件3与连接点2连接，第一开关件6与连接点7连接，此时，电感T1的连接点1与MOS管Q1连接，电感T1的连接点2与MOS管Q3连接，进而使得电容增大，电感增大，此时电容充放电时间延长，频率降低，输出为90KHZ的正弦波电压。图4示出了 1MHZ的正弦波电压以及90KHZ的正弦波电压的示意图。

进一步地，本实用新型实施例还提供了一种正弦波的波形幅值的计算方式，具体地，电感T1的连接点2处的电压为正弦波的绝对值，设其最大值为 V2m，由稳态时电感电压积分为0，流过电容电流积分为0，设连接点2处的电压为Vb＝|V2m*sin(t)|,电源电压为Vcc，则电感L1两端电压为Vb-Vcc即 |V2M*sin(t)|-Vcc，对电感L1两端电压积分

计算的 V2m＝Vcc*π/2。

由于连接点2处的电压为连接点1与连接点3之间的电压的一半，因此连接点1、连接点3处的电压即电容C1的电压为V2m*2，即Vm＝Vcc*π。

本实用新型实施例还提供了该生成电路1中电感电流的计算方式，具体地，电容C1两端的电压Vm，根据电容能量公式和电感能量公式来计算出电感最大峰值电流

其中L为L1的电感值。

可见电容值越大，电感值越小，通过电感L的电流就越大，电容值较大的电容C与电感值较小的电感，将导致很大的电流通过电感L，产生强大的磁场，电感感应加热由此而生，不过通过电感L的电流过大，需要考虑其电阻上面的损耗。同时流过电容C的最大电流等于电感最大电流，选择谐振电容需要考虑电容的最大电流参数。

本实用新型的实施例还提供了一种电子仪器，图5示出了该电子仪器的结构示意图，该电子仪器中包括供电电源2、辅助电源3、控制器4以及生成电路1，供电电源2为生成电路1供电，当然，还包括其他的器件，本实用新型实施例在此不进行过多赘述。

在具体实施中，辅助电源3为控制器4供电，并且，该辅助电源3由供电电源2降压得到。

继续参照图5，该电子仪器还包括第一按键5和第二按键6，其中，第一按键5、第二按键6均与生成电路1的控制器4连接，第一按键5用于触发控制器4生成第一控制信号，第二按键6用于触发控制器4生成第二控制信号。

本实用新型所提供的生成电路和电子仪器能够生成标准的正弦波，实现对谐振频率的控制，降低了针对皮肤使用射频时产生烧伤以及刺痛的风险，降低了开关损耗，提高了电源效率。

需要说明的是，本实用新型的实施例中涉及到方法特征的均为现有技术特征并且能够通过现有技术实现，本实用新型保护了电路的结构关系，该结构关系能够实现上述的有益效果。

此外，尽管已经在本文中描述了示例性实施例，其范围包括任何和所有基于本公开的具有等同元件、修改、省略、组合(例如，各种实施例交叉的方案)、改编或改变的实施例。权利要求书中的元件将被基于权利要求中采用的语言宽泛地解释，并不限于在本说明书中或本申请的实施期间所描述的示例，其示例将被解释为非排他性的。因此，本说明书和示例旨在仅被认为是示例，真正的范围和精神由以下权利要求以及其等同物的全部范围所指示。

以上描述旨在是说明性的而不是限制性的。例如，上述示例(或其一个或更多方案)可以彼此组合使用。例如本领域普通技术人员在阅读上述描述时可以使用其它实施例。另外，在上述具体实施方式中，各种特征可以被分组在一起以简单化本公开。这不应解释为一种不要求保护的公开的特征对于任一权利要求是必要的意图。相反，本实用新型的主题可以少于特定的公开的实施例的全部特征。从而，以下权利要求书作为示例或实施例在此并入具体实施方式中，其中每个权利要求独立地作为单独的实施例，并且考虑这些实施例可以以各种组合或排列彼此组合。本实用新型的范围应参照所附权利要求以及这些权利要求赋权的等同形式的全部范围来确定。

以上实施例仅为本实用新型的示例性实施例，不用于限制本实用新型，本实用新型的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本实用新型的实质和保护范围内，对本实用新型做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种双频正弦波的生成电路，其特征在于，所述生成电路包括开关电路、继电器组件、电容组件以及变压器；

控制器分别与所述开关电路和所述电容组件连接，所述开关电路接收所述控制器发送的第一控制信号，以控制所述开关电路连接的供电电源放电或断电，所述电容组件接收所述控制器发送的第二控制信号，以控制所述生成电路的输出频率；

所述继电器组件分别与所述开关电路、所述电容组件、所述变压器连接，以切换输出电压；

所述变压器与负载连接，将所述供电电源的电力传输给负载，并生成正弦波。

2.根据权利要求1所述的生成电路，其特征在于，所述开关电路接收到的第一控制信号为开通电源时，所述开关电路导通，所述供电电源放电；

所述开关电路接收到的第一控制信号为关断电源时，所述开关电路断开，所述供电电源断电。

3.根据权利要求1或2所述的生成电路，其特征在于，所述开关电路为零电压开关。

4.根据权利要求1所述的生成电路，其特征在于，所述电容组件接收到的第二控制信号为低电平信号时，所述电容组件断开，所述输出频率为第一频率；

所述电容组件接收到的第二控制信号为高电平信号时，所述电容组件导通，所述输出频率为第二频率。

5.根据权利要求4所述的生成电路，其特征在于，所述第一频率为1MHZ，所述第二频率为90KHZ。

6.根据权利要求1所述的生成电路，其特征在于，所述继电器组件包括线圈、第一双向开关以及第二双向开关；

所述线圈的一端与辅助电源连接，所述线圈的另一端与所述电容组件连接；

所述第一双向开关的第一开关件以及第二双向开关的第二开关件均与所述开关电路连接，所述第一双向开关的第一触点和第二触点以及第二双向开关的第三触点和第四触点均与所述变压器连接。

7.根据权利要求6所述的生成电路，其特征在于，所述变压器为电感，

所述第一触点、所述第二触点、所述第三触点以及所述第四触点与所述电感的连接点均不相同，以控制所述电感的电感值变化。

8.一种电子仪器，其特征在于，包括供电电源、辅助电源、控制器以及如权利要求1-7中任一项所述的生成电路，所述供电电源为所述生成电路供电，所述辅助电源为所述控制器供电。

9.根据权利要求8所述的电子仪器，其特征在于，所述辅助电源由所述供电电源降压得到。

10.根据权利要求8所述的电子仪器，其特征在于，还包括第一按键和第二按键；

所述生成电路的控制器分别与所述第一按键和所述第二按键连接，所述第一按键用于触发所述控制器生成第一控制信号，所述第二按键用于触发所述控制器生成第二控制信号。

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