一种用于生物样本处理的超声波电源换能器匹配电路制造技术

本实用新型专利技术涉及超声波电源及其应用技术领域，具体涉及一种用于生物样本处理的超声波电源换能器匹配电路，包括在换能器的高电位端按照电位降低方向依次连接的变压器电路和匹配电路；变压器电路包括变压器，变压器的原边侧连接有防偏磁元件，变压器的副边通过匹配电路连接至换能器；匹配电路包括设置在换能器正负极输入端之间的若干LC谐振模块。本实用新型专利技术的公开的换能器适应的频率更宽，可以直接驱动超声换能器稳定工作，无需在工作前调整或者动态调整，因此对结果的一致性没有影响；无需实时动态监测电压和电流的相位差，稳定性更高。

A matching circuit of ultrasonic power transducer for biological sample processing

【技术实现步骤摘要】
一种用于生物样本处理的超声波电源换能器匹配电路
本技术涉及超声波电源及其应用
，具体涉及一种用于生物样本处理的超声波电源换能器匹配电路。
技术介绍
超声波电源也称为超声波驱动电源、超声波发生器，它的作用是将市电转换成与超声波换能器相匹配的高频交流电信号，驱动超声波换能器工作，为其提供超声能量。一般来说超声换能器与功率放大器之间是不匹配的，功率放大器直接驱动超声换能器，无法输出最大功率给换能器，同时换能器受自身电抗特性影响，也没有达到最大的电声转换效率。目前的换能器匹配电路大多数为串联电感和并联电容的形式，并且通过其他方式实时调整电感电容参数实现与换能器的匹配，或者带有频率跟踪，通过调节输出信号频率来匹配换能器最佳的工作频率。现有的技术方案主要为串联电感和并联电容的形式，或者两种方式结合，通过机械或电磁方式改变电感的电感值，以及通过开关接入不同的电容值，来实现调整匹配电路的电感和电容参数；也有的是通过检测电压和电流相位，调整工作频率消除相位差来实现换能器工作在匹配状态；也有的同时使用这两种方案，就需要有比较复杂的硬件和软件控制系统。现有的方案适于应用在固定功率和重负载的场合，例如超声清洗、焊接等应用，从启动到稳定输出超声，换能器工作在匹配的稳定状态会有一个调整过程，但是在超声处理生物样本的实验中，例如超声核酸打断、超声蛋白片段打断等生物样本处理，这个调整的过程会影响生物样本处理结果的一致性。超声处理生物样本实验还要求使用不同功率大小的超声，在匹配完成前，不同功率下电压和电流的相位检测相对困难，电路检测和控制也变得复杂。现有方案一般使用串联电感，有的做成可调电感和电容的形式，与换能器组成谐振电路来实现换能器匹配，串联电感匹配方式对电感的精度要求较高，换能器的参数稍有变化就容易偏离谐振状态，在工作中经常需要动态调整。故还需要提出更为合理的技术方案，解决现有技术中存在的技术问题。
技术实现思路
本技术提供一种用于生物样本处理的超声波电源换能器匹配电路，旨在设置匹配电路，使得换能器的频率特性曲线更为平缓，拓宽了频率适应范围，同时降低换能器对电容电感的要求，在设定的工作频率下，根据换能器参数调试好匹配电路的电感和电容参数，消除换能器的容抗特性解决电压电流的相位差问题，不需要动态调整电感和电容的参数，也不需要增加电压电流的相位检测电路，提高超声换能器的电声转换效率。为了实现上述效果，本技术所采用的技术方案为：一种用于生物样本处理的超声波电源换能器匹配电路，包括在换能器的高电位端按照电位降低方向依次连接的变压器电路和匹配电路；所述的变压器电路包括变压器，变压器的原边侧连接有防偏磁元件，变压器的副边通过匹配电路连接至换能器；所述的匹配电路包括设置在换能器正负极输入端之间的若干LC谐振模块。上述公开的超声波电源换能器匹配电路，在超声波电源中连接于功率放大器模块之后，变压器电路能完成换能器的阻抗匹配，使功率放大电路的能量高效的输出，同时实现电气隔离；匹配电路利用LC谐振电路，实现功率放大电路的输出信号滤波，同时使换能器在工作频率下不受自身电抗特性影响，大幅减小无功功率,使功率放大器能够输出最大额定功率到换能器，并且能提高超声波换能器的电声转换效率。优选的，所述的防偏磁元件采用与变压器串联的平衡电容。进一步的，对上述技术方案中公开的LC谐振模块进行优化，举出如下可行的方案，所述的LC谐振模块包括并联在换能器的正负极输入端之间的调谐模块。再进一步，对上述技术方案中公开的调谐模块进行细化：所述的调谐模块包括并联在换能器的正负极输入端之间的调谐电感。再进一步，对上述技术方案中公开的调谐模块进行细化：所述的调谐模块包括并联在换能器的正负极输入端之间的调谐电容。上述技术方案中公开的变压器电路的功能如下：(1)阻抗匹配：功率放大器的输出阻抗与换能器的负载阻抗相等时，功率放大器模块能输出最大功率；换能器的负载阻抗和功率放大器的输出阻抗不匹配，通过设计调整高频变压器的原边和副边匝数比来匹配，原边和副边的匝数比为N1：N2，由换能器的阻抗ZP和功放电路的输出阻抗ZS确定。(2)电气隔离：高频变压器通过磁介质传输功率和能量，原边和副边的电路无直接的线路连接，因此能将功率放大器工作电位与超声换能器的工作电位相隔开，使这两个零部件可以工作在在各自适合的电压环境下。假如功率放大器和超声换能器这两个模块的任何一个发生故障，由于高频变压器有电气隔离作用，都能保护另一个模块不受影响。电气隔离同时起到安全防护作用，功率放大器的工作电压不会直接连通到换能器，换能器的工作电极可以接地，保证了人员操作环境的安全。进一步的，对上述技术方案中公开的调谐电容和调谐电感进行优化，举出如下可行的方案：所述的调谐电容由一个单元电容组成，或由若干个单元电容经串联、并联或混联组成；所述的调谐电感由一个单元电感组成，或由若干个单元电感经串联、并联或混联组成。总的来说，调谐电容和调谐电感可以为单个元件，也可以为多个同类型的元件通过串联、并联或者混合连接，得到与设计参数要求相同的组合连接形式。进一步的，对上述技术方案中公开的LC谐振模块进行优化，举出如下可行的方案：所述的LC谐振模块包括串联在换能器的正负极输入端之间的滤波模块。进一步的，对滤波模块进行细化，举出如下可行的技术方案：所述的滤波模块包括串联连接的滤波电容和滤波电感。进一步的，对上述技术方案中公开的滤波电容和滤波电感进行优化，举出如下可行的技术方案：所述的滤波电容由一个单元电容组成，或由若干个单元电容经串联、并联或混联组成；所述的滤波电感由一个单元电感组成，或由若干个单元电感经串联、并联或混联组成。总的来说，滤波电容和滤波电感可以为单个元件，也可以为多个同类型的元件通过串联、并联或者混合连接，得到与设计参数要求相同的组合连接形式。进一步的，对上述技术方案中公开的滤波电容和滤波电感进行优化，举出如下可行的方案：所述的滤波电容和滤波电感的电位位置允许互换。上述内容中公开的匹配电路的作用如下：(1)匹配电路利用LC谐振电路，实现功率放大电路的输出信号滤波，同时使换能器在工作频率下不受自身电抗特性影响，大幅减小无功功率，提高换能器的电声转换效率，也明显减小了功率放大电路元件和换能器的发热。(2)改善超声波换能器的阻抗特性，降低对驱动电源以及匹配电路的元件参数的精度要求，减少额外的自适应控制系统配置。与现有技术相比，本技术的有益效果为：1.本技术的公开的换能器匹配电路，在调整好各个元件的参数后，适应的频率更宽，可以直接驱动超声换能器稳定工作，无需在工作前调整或者动态调整，因此对结果的一致性没有影响。2.本技术公开的换能器，无需实时动态监测电压和电流的相位差，可以节省很多用于检测和控制的软件和硬件成本，稳定性更高。3.本公开的换能器对电子元器件的值变化不敏感，不需要动态调整电感电容等匹配元件的参本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于生物样本处理的超声波电源换能器匹配电路，包括在其特征在于：换能器的高电位端按照电位降低方向依次连接的变压器电路和匹配电路；所述的变压器电路包括变压器，变压器的原边侧连接有防偏磁元件，变压器的副边通过匹配电路连接至换能器；所述的匹配电路包括设置在换能器正负极输入端之间的若干LC谐振模块。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于生物样本处理的超声波电源换能器匹配电路，包括在其特征在于：换能器的高电位端按照电位降低方向依次连接的变压器电路和匹配电路；所述的变压器电路包括变压器，变压器的原边侧连接有防偏磁元件，变压器的副边通过匹配电路连接至换能器；所述的匹配电路包括设置在换能器正负极输入端之间的若干LC谐振模块。


2.根据权利要求1所述的用于生物样本处理的超声波电源换能器匹配电路，其特征在于：所述的防偏磁元件采用与变压器串联的平衡电容。


3.根据权利要求1所述的用于生物样本处理的超声波电源换能器匹配电路，其特征在于：所述的LC谐振模块包括并联在换能器的正负极输入端之间的调谐模块。


4.根据权利要求3所述的用于生物样本处理的超声波电源换能器匹配电路，其特征在于：所述的调谐模块包括并联在换能器的正负极输入端之间的调谐电感。


5.根据权利要求4所述的用于生物样本处理的超声波电源换能器匹配电路，其特征在于：所述的调谐模块包括并联在换能器的正负极输入端之间的调谐电容。


6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭民伟，康炎，
申请(专利权)人：深圳达远辰光科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44