一种用于聚焦超声核酸打断仪的超声波电源制造技术

本实用新型专利技术涉及超声波应用技术领域，公开了一种用于聚焦超声核酸打断仪的超声波电源，包括主控板、功放电路模块、程控稳压电源、变压器、换能器匹配模块。主控板输出超声换能器所需要的对应频率信号，经过功放电路模块得到对应频率的功率电信号，经过变压器和换能器匹配模块后，得到适合驱动超声换能器的电信号，使超声换能器发出超声波。程控稳压电源给功放电路模块提供直流电源，主控板可以调节程控稳压电源的电压输出，从而能间接调节功放电路模块的输出电压信号的幅值，不同幅值大小的电信号使超声换能器发出强度不同的超声波，因此实现了可以调节超声波功率的大小。

An ultrasonic power supply for focused ultrasound nucleic acid interrupter

【技术实现步骤摘要】
一种用于聚焦超声核酸打断仪的超声波电源
本技术涉及超声波应用
，具体涉及一种用于聚焦超声核酸打断仪的超声波电源。
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。聚焦超声生物样本处理仪器是利用超声波电源发出的超声波进行生物样本处理的设备，这些生物样本包括但不限于核酸及其片段、蛋白或氨基酸片段、真核生物细胞、石蜡包埋切片、真菌、细菌。其工作时以数百KHz的高频超声将生物样本剪切成所需要的片段长度或细胞内裂解液，根据工作过程中对对目标处理物的不同需求，需要不同的超声强度，因此对于超声功率也要求能够进行相应的调节。目前普遍应用的超声在20KHz～50KHz这个频率范围，主要用于驱动20KHz-50KHz的超声波换能器，输出功率及电压幅度为一固定值，不可细微调节，基本上用于超声波清洗机等设备上；且功率无法细微调节，无法满足生物样本处理仪的应用要求。如图1所示为目前大部分超声波清洗机电源的主电路，采用全桥电路，用IGBT作为功率开关器件，通过控制四个IGBT开关，逆变得到超声波驱动信号，使用电感元件作为串联谐振匹配，并经过变压器变换电压幅度，最终得到合适的电信号驱动超声波换能器工作。但其存在的缺陷是：1、驱动电源使用IGBT，由于元件自身性能的限制，只能得到几十KHZ的频率。2、整流后的直流电源电压固定，无法细微调节输出功率。3、需要配备频率跟踪电路及控制方法保证换能器工作在谐振状态，需要一个调节到稳定的过程，频率跟踪一般是为了得到最大功率，每次调整的频率会稍有不同，因此不利于保持聚焦超声生物样本处理仪器处理实验样本的一致性。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聚焦超声核酸打断仪的超声波电源，旨在对超声波电源内的电路结构进行改进，实现超声波电源功率的调节，不仅能驱动数十KHz频率范围的常用超声换能器，而且还能驱动数百KHz的高频超声换能器，最高频率可以达到1MHz。最大功率可以达到200瓦，并且功率可以从0到最大功率细微调节。为了实现上述效果，本技术所采用的技术方案为：一种用于聚焦超声核酸打断仪的超声波电源，包括主控板、功放电路模块、程控稳压电源、变压器、换能器匹配模块；所述的主控板连接功放电路模块并通过程控稳压电源调节功放电路模块的电压和电流；所述的功放电路模块连接至变压器的一侧，变压器的另一侧连接换能器匹配模块；所述的主控板设置一路电路直接连接功放电路模块，同时主控板上设置另一路电路通过程控稳压电源连接功放电路模块并调控功放电路模块的电流和电压。其中主控板由微控制器芯片及配套电路、控制接口电路、通讯接口电路组成；功放电路模块由功率管驱动芯片及周边电路、功率管构成的桥式驱动电路组成；换能器匹配模块使用高频电感电容等元器件构成。在工作时，主控板输出超声换能器所需要的对应频率信号，经过功放电路模块得到对应频率的功率电信号，经过变压器和换能器匹配模块后，得到适合驱动超声换能器的电信号，使超声换能器发出超声波。程控稳压电源给功放电路模块提供直流电源，主控板可以调节程控稳压电源的电压输出，从而能间接调节功放电路模块的输出电压信号的幅值，不同幅值大小的电信号使超声换能器发出强度不同的超声波，因此实现了可以调节超声波功率的大小。上述公开的超声波电源，不仅能驱动20-50KHZ频率范围的常用超声换能器，而且还能驱动100KHZ以上的高频超声换能器，最高工作频率能达到1MHZ；超声发射功率可以从0至调节至最大功率，可以满足聚焦超声核酸打断仪对不同超声功率的需求；超声电源的硬件架构简洁，频率稳定，一致性高；无需复杂的频率跟踪技术，换能器工作稳定，降低超声波电源的整体成本。进一步的，对上述技术方案中公开的换能器匹配模块的组成结构进行优化，所述的换能器匹配模块包括第一匹配电感和第一匹配电容，且第一匹配电感和第一匹配电容所在线路连接变压器的一个输出端和换能器的正极输入端；所述变压器的输出端连接至换能器的负极输入端，换能器的正负极输入端之间还等电位并联设置有第二匹配电感和第二匹配电容，所述的第二匹配电感和第二匹配电容的电位小于第一匹配电感和第一匹配电容。进一步的，对上述技术方案中公开的换能器匹配模块的组成结构进行优化，具体对第一匹配电感和第一匹配电容的连接顺序进行限定：所述的第一匹配电感的电位高于第一匹配电容的电位。进一步的，对上述技术方案中公开的功放电路模块的连接方式进行优化，举出如下可行的方案：所述的功放电路模块包括驱动单元、半桥功放单元和保护单元；所述的驱动单元包括与主控板电连接的驱动芯片，驱动芯片的VDD电源端分接有第一滤波电容且该第一滤波电容接地；且VDD电源端与驱动芯片的HS端之间连接二极管和第二滤波电容，驱动芯片的HB端连接至二极管与第二滤波电容之间；驱动芯片的HO端和LO端分别连接第一串联电阻和第二串联电阻并共同接入半桥功放单元。进一步的，对上述技术方案中公开的功放电路模块进行优化，举出如下可行的方案：所述的半桥功放单元包括第一功率管和第二功率管，所述的第一功率管和第二功率管之间设置有电源滤波电容，且第一功率管和第二功率管所在的电路中分别连接有一个分压均衡电阻和两个分路滤波电容。进一步的，对上述技术方案中公开的功放电路模块进行优化，举出如下可行的方案：所述的保护单元包括由吸收电容、吸收电阻和吸收二极管组成的RCD吸收电路，在RCD吸收电路在半桥功放单元中的数量至少为二且分别设置在第一功率管和第二功率管所在的电路结构中。进一步的，对上述技术方案中公开的功放电路模块进行优化，举出如下可行的方案：所述的第一功率管所在的电路中接入保险元器件，用于防止第一功率管和第二功率管同时导通引起短路。进一步的，对上述技术方案中公开的功放电路模块进行优化，举出如下可行的方案：所述的半桥功放单元包括HB_OUT端和TF_IN-端，所述的变压器的主线圈侧连接至HB_OUT端和TF_IN-端，且变压器与HB_OUT端之间设置有平衡电容。进一步的，对上述技术方案中公开的程控稳压电源进行优化，举出如下可行的方案：所述的程控稳压电源为程控直流线性稳压电源。进一步的，对上述技术方案中公开的变压器进行优化，举出如下可行的方案：所述的变压器为高频变压器。与现有技术相比，本技术的有益效果为：1、通过使用微控制器芯片内部的PWM信号输出模块，功放电路模块元件、变压器、换能器匹配模块的元件选用频率高于1MHZ的参数规格，可以使工作信号的频率提高，从而能驱动频率更高的超声换能器发出高频超声波。2、PWM信号输出模块是使用微控制器芯片内部的集成模块，无需再增加额外的PWM信号输出电路模块，能使超声电源的硬件架构简洁，而且频率稳定，一致性高。3、使用电压、电流都可以从0到最高输出值微调的程控稳压电源，可以使超声发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于聚焦超声核酸打断仪的超声波电源，包括主控板、功放电路模块、程控稳压电源、变压器、换能器匹配模块；其特征在于：所述的主控板连接功放电路模块并通过程控稳压电源调节功放电路模块的电压和电流；所述的功放电路模块连接至变压器的一侧，变压器的另一侧连接换能器匹配模块；所述的主控板设置一路电路直接连接功放电路模块，同时主控板上设置另一路电路通过程控稳压电源连接功放电路模块并调控功放电路模块的电流和电压。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于聚焦超声核酸打断仪的超声波电源，包括主控板、功放电路模块、程控稳压电源、变压器、换能器匹配模块；其特征在于：所述的主控板连接功放电路模块并通过程控稳压电源调节功放电路模块的电压和电流；所述的功放电路模块连接至变压器的一侧，变压器的另一侧连接换能器匹配模块；所述的主控板设置一路电路直接连接功放电路模块，同时主控板上设置另一路电路通过程控稳压电源连接功放电路模块并调控功放电路模块的电流和电压。


2.根据权利要求1所述的超声波电源，其特征在于：所述的换能器匹配模块包括第一匹配电感和第一匹配电容，且第一匹配电感和第一匹配电容所在线路连接变压器的一个输出端和换能器的正极输入端；所述变压器的输出端连接至换能器的负极输入端，换能器的正负极输入端之间还等电位并联设置有第二匹配电感和第二匹配电容，所述的第二匹配电感和第二匹配电容的电位小于第一匹配电感和第一匹配电容。


3.根据权利要求2所述的超声波电源，其特征在于：所述的第一匹配电感的电位高于第一匹配电容的电位。


4.根据权利要求1所述的超声波电源，其特征在于：所述的功放电路模块包括驱动单元、半桥功放单元和保护单元；所述的驱动单元包括与主控板电连接的驱动芯片，驱动芯片的VDD电源端分接有第一滤波电容且该第一滤波电容接地；且VDD电源端与驱动芯片的HS端之间连接二极管和第二滤波电容，驱动芯片的HB...

【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