RU188459U1 - Блок управления и генерирования мощного ультразвукового сигнала - Google Patents
Блок управления и генерирования мощного ультразвукового сигнала Download PDFInfo
- Publication number
- RU188459U1 RU188459U1 RU2018126682U RU2018126682U RU188459U1 RU 188459 U1 RU188459 U1 RU 188459U1 RU 2018126682 U RU2018126682 U RU 2018126682U RU 2018126682 U RU2018126682 U RU 2018126682U RU 188459 U1 RU188459 U1 RU 188459U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- control
- circuit
- microcontroller
- power supply
- output
- Prior art date
Links
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims abstract description 12
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 5
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 5
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 4
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 4
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000010754 BS 2869 Class F Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B6/00—Internal feedback arrangements for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral or differential
- G05B6/02—Internal feedback arrangements for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral or differential electric
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
- H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
- H03B5/08—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
- H03B5/12—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области преобразовательной техники, предназначена для электрического управления и генерирования мощного ультразвукового сигнала, и может быть использовано в различных технологических процессах, идущих с использованием ультразвуковых колебаний, формируемых пьезоэлектрическими излучателями. Содержит ключевые полевые транзисторы, трансформатор, дроссель, пьезокерамическую нагрузку с акустическим резонатором и цепь обратной связи. Новыми признаками является то, что устройство оборудовано регулируемым источником питания и управляющим цифровым микроконтроллером, подключенным к цепи обратной связи и имеющим возможность съёма сигналов тока в цепи рабочей нагрузки. Управляющий выход микроконтроллера, обеспечивающий изменение напряжения на выходе регулируемого источника питания, подключен к регулируемому источнику питания. Управляющие выходы микроконтроллера, обеспечивающие цифровое управление частотой генерируемого сигнала по заданной программе, подключены к затворам ключевых полевых транзисторов. 2 ил.
Description
Предложенная полезная модель предназначена для электрического управления и генерирования мощного ультразвукового сигнала.
Известен генератор мощного сигнала по патенту US 6552620. Устройство включает в себя твёрдотельный активный прибор с входом и выходом, цепь обратной связи от выхода активного прибора к входу активного прибора, цепь обратной связи, обеспечивающую приемлемую обратную связь для инициации и поддержания условия генерации на основной частоте, схему модификации формы сигнала, подключенную к выходу активного устройства. Схема модификации адаптирована для изменения формы сигнала на выходе таким образом, чтобы повысить эффективность генератора. Например, схема модификации формы волны содержит линии передачи и компоненты, которые обеспечивают высокий импеданс для нечетных гармоник основной частоты. Схема модификации формы волны может дополнительно включать в себя линии передачи и компоненты, которые обеспечивают низкий импеданс для четных гармоник основной частоты. В схеме модификации осциллограммы используются принципы усилителя класса F, чтобы сигнал формы на выходе был относительно более прямоугольным по форме.
Недостатком известного устройства является отсутствие возможности управления частотой генерирования на основе оптимальных алгоритмов подбора резонансной частоты.
Известно устройство по заявке WO/2004/102786, которое содержит генератор и синтезатор, соединенные в контуре обратной связи. Генератор генерирует два сигнала: первый сигнал, который подается на синтезатор, и второй сигнал, который составляет выходной сигнал схемы. Второй сигнал является гармоникой первого сигнала, что позволяет синтезатору работать на гораздо более низкой частоте, чем фактический выходной сигнал. В результате энергопотребление схемы уменьшается. Схема генератора преимущественно используется в приемниках для потребительских устройств.
Недостаток известного устройства состоит в том, что цифровая обратная связь не позволяет осуществлять управление частотой генерирования на основе оптимальных алгоритмов подбора резонансной частоты. Кроме того, при генерировании комбинационных частот вместе с основной частотой в цепи обратной связи КПД генератора снижается.
Наиболее близким является транзисторный генератор для резонансных нагрузок по патенту RU 2458454 С1. Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано в различных технологических процессах, идущих с использованием ультразвуковых колебаний, формируемых пьезоэлектрическими излучателями. Техническим результатом изобретения является повышение надежности и акустической эффективности работы транзисторного генератора на широкодиапазонную технологическую нагрузку. Транзисторный генератор для резонансных нагрузок содержит полумостовой инвертор на IGBT транзисторах, управляемых включенным по типовой схеме драйвером полумоста с внутренним генератором и внешней времязадающей RC-цепью, выходным трансформатором, оптронным транзистором и трансформатором тока, информационный выход которого подсоединен к конденсатору, который через RC-цепь подключен параллельно конденсатору внешней времязадающей RC-цепи драйвера, трансформатор тока снабжен двумя первичными обмотками, причем основная обмотка включена в первую цепь вторичной обмотки выходного трансформатора последовательно с резонансной нагрузкой, а дополнительная через дополнительные конденсатор и высокочастотный дроссель - во вторую цепь вторичной обмотки выходного трансформатора.
Недостатком устройства является невозможность задания рабочей частоты согласно оптимальным алгоритмам выбора рабочей частоты и контроля обратной связи с помощью цифрового микроконтроллера.
В предлагаемой полезной модели этот недостаток устраняется обеспечением цифрового контроля частоты и фазы генерируемых сигналов за счет организации цифровой обратной связи. Цель достигается с использованием признаков, указанных в формуле полезной модели, общих с прототипом, таких как генератор с ключевыми полевыми транзисторами, дроссель, повышающий трансформатор, цепь обратной связи. Отличительные существенные признаки: устройство оборудовано регулируемым источником питания и управляющим цифровым микроконтроллером, подключенным к цепи обратной связи и имеющим возможность съёма сигналов тока в цепи рабочей нагрузки, причем управляющий выход микроконтроллера, обеспечивающий изменение напряжения на выходе регулируемого источника питания, подключен к регулируемому источнику питания, а управляющие выходы микроконтроллера, обеспечивающие цифровое управление частотой генерируемого сигнала по заданной программе, подключены к затворам ключевых полевых транзисторов.
Поставленная задача решена тем, что сигналы обратной связи подключаются к затворам ключевых полевых транзисторов не напрямую, а через аналого-цифровые входы управляющего микроконтроллера, бинарные выходы которого, в свою очередь, подключены к затворам ключевых полевых транзисторов. При этом сигналы тока и напряжения в цепи питания пьезокерамической нагрузки преобразуются преобразователем в цифровой вид, а цифровой микроконтроллер по специальной программе обеспечивает подбор и удержание резонансной частоты генератора.
По данным научно-технической и патентной литературы заявителю неизвестна такая же совокупность признаков, направленная на достижение поставленной задачи, и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения уровню полезной модели.
Краткое описание чертежей:
На фиг. 1 изображена функциональная схема блока управления и генерирования мощных ультразвуковых сигналов. Цифрами обозначены: 1 - цифровой микроконтроллер; 2 - генератор, 3 - регулируемый источник питания, 4 - полезная нагрузка (например, пьезоэлементы хирургического инструмента), 5 - линия обратной связи.
На фиг. 2 изображена электрическая схема блока управления и генерирования мощных ультразвуковых сигналов. Электрическая схема содержит силовые полевые транзисторы Q1 и Q2 типа n-канал, повышающий трансформатор (L3), согласующую индуктивность (L4) и конденсатор (C3), сопротивление R5 для подачи на аналого-цифровой преобразователь напряжения, пропорционального току, LC- фильтры (L1C1R3, L2C2R4) в низковольтной цепи. В точки Vcc подаётся напряжение питания. Сопротивления R1, R2 предназначены для подключения управляющих сигналов к затворам ключевых полевых транзисторов Q1 и Q2.
Устройство работает следующим образом:
Цифровой микроконтроллер 1 (фиг.1) генерирует периодические импульсы, запускающие генератор 2 с соответствующей частотой, и управляет напряжением на выходе регулируемого источника питания 3. Уровень напряжения источника питания определяет мощность генерируемого сигнала. Сигнал с генератора подаётся на пьезоэлементы нагрузки 4, которые электрически представляют собой линейную резонансную систему. На основе сигналов обратной связи 5 микроконтроллер оценивает амплитуду колебаний и их спектральный состав, и реагирует изменением питающего напряжения источника 3 и периода/фазы выходных импульсов.
Для включения устройства необходимо подать питание Vcc (фиг.2) и подключить в выходу нагрузку X2 в виде пьезоэлементов, нагруженных на механический резонатор. Значения тока и напряжения на входе нагрузки измеряются с помощью аналого-цифровых преобразователей микроконтроллера через линию обратной связи. В электрической схеме блока управления и генерирования мощных ультразвуковых сигналов предусмотрены входы для управляющего воздействия микроконтроллера (управление1, управление2), и выходы для обеспечения цифровой обратной связи (Обр.связь1, Обр.связь2). Сигналы управления подаются на полевые транзисторы Q1 и Q2, обеспечивающие генерирование меандрового сигнала. При такой схеме включения минимизируется перегрев транзисторов. Через повышающий трансформатор L3 сигнал подаётся в высоковольтный контур, к которому подключается полезная нагрузка X2. Для согласования с ёмкостной нагрузкой в цепь включена индуктивность L4. Алгоритм управления микроконтроллера с цифровой обратной связью обеспечивает контроль выходного тока и удержание резонансной частоты. В качестве основных элементов, управляющих мощными электрическими сигналами, выбран полевой транзистор с n-каналом. Для электрической развязки цепи нагрузки и генератора применяется повышающий трансформатор L3, обеспечивающий возбуждение пьезоэлементов и их функционирование.
Технический результат - контроль обратной связи с помощью цифрового микроконтроллера и управление рабочей частотой генератора согласно оптимальным алгоритмам выбора рабочей частоты полезной нагрузки.
Источники информации:
1. Power oscillator. United States Patent 6552620 (Application Number: 09/949770. Publication Date: 04/22/2003. Filing Date: 09/12/2001. Primary Class: 331/99, Other Classes: 331/107DP, 331/117FE, 331/177V, International Classes: H03B1/02; H03B1/04; H03B5/18; H03F1/52;
2. Oscillator with harmonic output. WIPO Patent Application WO/2004/102786 Kind Code: A2. Application Number: PCT/IB2004/050658. Publication Date: 11/25/2004. Filing Date: 05/12/2004. International Classes: H03B5/12; H03L7/099; H03L7/18.
3. ТРАНЗИСТОРНЫЙ ГЕНЕРАТОР ДЛЯ РЕЗОНАНСНЫХ НАГРУЗОК. RU 2458454 С1, опубл. 10.08.2012, заявка 2011127024/08, 30.06.2011, МПК: H03B 5/12, H02M 7/537.
Claims (1)
- Блок управления и генерирования мощного ультразвукового сигнала, содержащий ключевые полевые транзисторы, трансформатор, дроссель и цепь обратной связи, отличающийся тем, что устройство оборудовано регулируемым источником питания и управляющим цифровым микроконтроллером, подключенным к цепи обратной связи и имеющим возможность съема сигналов тока в цепи рабочей нагрузки, а именно пьезокерамической нагрузки с акустическим резонатором, причем управляющий выход микроконтроллера, обеспечивающий изменение напряжения на выходе регулируемого источника питания, подключен к регулируемому источнику питания, а управляющие выходы микроконтроллера, обеспечивающие цифровое управление частотой генерируемого сигнала по заданной программе, подключены к затворам ключевых полевых транзисторов, а для электрической развязки цепи нагрузки и генератора применяется повышающий трансформатор, причем для согласования с емкостной нагрузкой в цепь включен дроссель.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018126682U RU188459U1 (ru) | 2018-07-20 | 2018-07-20 | Блок управления и генерирования мощного ультразвукового сигнала |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018126682U RU188459U1 (ru) | 2018-07-20 | 2018-07-20 | Блок управления и генерирования мощного ультразвукового сигнала |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU188459U1 true RU188459U1 (ru) | 2019-04-15 |
Family
ID=66168739
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018126682U RU188459U1 (ru) | 2018-07-20 | 2018-07-20 | Блок управления и генерирования мощного ультразвукового сигнала |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU188459U1 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2260899C1 (ru) * | 2004-04-06 | 2005-09-20 | Новиков Алексей Алексеевич | Транзисторный генератор для резонансных нагрузок |
| WO2007094810A2 (en) * | 2006-02-10 | 2007-08-23 | Color Kinetics Incorporated | Methods and apparatus for high power factor controlled power delivery using a single switching stage per load |
| RU2341337C1 (ru) * | 2007-04-04 | 2008-12-20 | ООО Научно-производственное предприятие "АГРОПРИБОР" | Ультразвуковой генератор импульсов |
| RU2363550C1 (ru) * | 2008-03-04 | 2009-08-10 | Вячеслав Сергеевич Пальцев | Устройство возбуждения и демпфирования колебаний пьезоэлектрического преобразователя (варианты) |
| US20170019065A1 (en) * | 2015-07-14 | 2017-01-19 | Texas Instruments Incorporated | Ultrasound lens cleaner driver with frequency selectable oscillator |
| RU2634232C1 (ru) * | 2016-09-05 | 2017-10-24 | Закрытое акционерное общество "Техполимер" | Транзисторный генератор для резонансных нагрузок |
-
2018
- 2018-07-20 RU RU2018126682U patent/RU188459U1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2260899C1 (ru) * | 2004-04-06 | 2005-09-20 | Новиков Алексей Алексеевич | Транзисторный генератор для резонансных нагрузок |
| WO2007094810A2 (en) * | 2006-02-10 | 2007-08-23 | Color Kinetics Incorporated | Methods and apparatus for high power factor controlled power delivery using a single switching stage per load |
| RU2341337C1 (ru) * | 2007-04-04 | 2008-12-20 | ООО Научно-производственное предприятие "АГРОПРИБОР" | Ультразвуковой генератор импульсов |
| RU2363550C1 (ru) * | 2008-03-04 | 2009-08-10 | Вячеслав Сергеевич Пальцев | Устройство возбуждения и демпфирования колебаний пьезоэлектрического преобразователя (варианты) |
| US20170019065A1 (en) * | 2015-07-14 | 2017-01-19 | Texas Instruments Incorporated | Ultrasound lens cleaner driver with frequency selectable oscillator |
| RU2634232C1 (ru) * | 2016-09-05 | 2017-10-24 | Закрытое акционерное общество "Техполимер" | Транзисторный генератор для резонансных нагрузок |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6073059B2 (ja) | 手術器用高周波電流提供器及び方法 | |
| JP2877164B2 (ja) | インバータ又は直流変圧器のための自己発振スイッチング装置 | |
| JP6049861B2 (ja) | Ｄｃ／ｄｃコンバータ | |
| KR20010042410A (ko) | 압전 변압기용 펄스 주파수 변조 구동 회로 | |
| RU2008131329A (ru) | Резонансный преобразователь постоянного тока и способ управления этим преобразователем | |
| Sarnago et al. | A versatile large-signal high-frequency arbitrary waveform generator using GaN devices | |
| Matysik | A new method of integration control with instantaneous current monitoring for class D series-resonant converter | |
| RU188459U1 (ru) | Блок управления и генерирования мощного ультразвукового сигнала | |
| RU2669382C1 (ru) | Способ генерации электрических квазигармонических колебаний в индуктивно-резистивной нагрузке | |
| RU2634232C1 (ru) | Транзисторный генератор для резонансных нагрузок | |
| KR20100069038A (ko) | 방전가공기의 직류전압공급장치 | |
| RU2458454C1 (ru) | Транзисторный генератор для резонансных нагрузок | |
| Yang et al. | Critical design criterion for inductorless H-bridge driven piezoelectric-transformer-based power supplies | |
| RU2709453C2 (ru) | Квазирезонансный однотактный прямоходовой преобразователь напряжения с переключением при нуле тока | |
| RU2647662C1 (ru) | Генератор импульсов затухающих колебаний ограниченной длительности | |
| Aparna et al. | Series parallel resonant converter for Electrical Dischage Machining power supply | |
| RU2510919C1 (ru) | Транзисторный генератор для резонансных нагрузок | |
| US20040145921A1 (en) | DC to AC inverter | |
| EP2294685A1 (en) | Method and apparatus for converting direct current into an alternating current | |
| RU2260899C1 (ru) | Транзисторный генератор для резонансных нагрузок | |
| Sarnago et al. | Full-bridge quasi-resonant class-DE inverter for optimized high frequency operation with GaN HEMT devices | |
| JP6681532B2 (ja) | 駆動装置 | |
| RU2666191C1 (ru) | Устройство для возбуждения пьезоэлементов электроакустических преобразователей | |
| RU2103794C1 (ru) | Способ регулирования выходного напряжения генератора синусоидальных колебаний | |
| CN218591025U (zh) | 一种功率调节电路 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB9K | Licence granted or registered (utility model) |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20200310 Effective date: 20200310 |