一种超声波换能器的寻频电路和寻频方法技术

本申请涉及一种超声波换能器的寻频电路和寻频方法，电路包括：换能器负载；检测电路，用于实时采集换能器负载的电压、电流和电流相位；控制电路，用于根据采集的电压和电流，求解得到当前采样周期对应的功率均方差，并产生两组互补的PWM控制信号；还用于根据实时采集的电流相位和设定的基准电压，得到电压相位差的锯齿波信息；功率驱动电路，用于根据两组PWM控制信号调整换能器负载的电压、电流和电流相位，并求解得到下一采样周期对应的功率均方差；同时，在功率均方差动态求解的过程中，控制电路还用于提取锯齿波信息中最小电压相位差，并得到该最小电压相位差对应的频率。本申请能够自动寻找最佳谐振频率，使得换能器负载工作稳定性高。

【技术实现步骤摘要】
一种超声波换能器的寻频电路和寻频方法
本申请涉及超声波控制
，特别涉及一种超声波换能器的寻频电路和寻频方法。
技术介绍
在医疗手术中软组织切割止血的设备中，常常需要使用到超声波能量。但是，超声波换能器在工作环境的温度压力干扰下，谐振频率并不是固定的，若想要超声波换能器稳定在谐振状态，超声波换能器的驱动频率还需要跟随谐振频率，即频率跟踪。若超声波换能器的频率跟踪稳定性不高，则必然降低软组织切割止血的效果，故而如何稳定地实现频率跟踪是我们函待解决的。
技术实现思路
本申请实施例提供一种超声波换能器的寻频电路和寻频方法，以解决相关技术中超声波换能器频率跟踪不稳定的缺陷。第一方面，提供了一种超声波换能器的寻频电路，包括：换能器负载；检测电路，其与所述换能器负载相连，用于实时采集换能器负载的电压、电流和电流相位；控制电路，其与所述检测电路相连，用于根据采集的电压和电流，求解得到当前采样周期对应的功率均方差，并产生两组互补的PWM控制信号；还用于根据实时采集的电流相位和设定的基准电压，得到电压相位差的锯齿波信息；功率驱动电路，其与所述控制电路和所述换能器负载均相连，用于根据两组所述PWM控制信号调整所述换能器负载的电压、电流和电流相位，并求解得到下一采样周期对应的功率均方差；同时，在功率均方差动态求解的过程中，所述控制电路还用于提取锯齿波信息中最小电压相位差，并得到该最小电压相位差对应的频率，即确定所述换能器负载的谐振频率。一些实施例中，所述检测电路包括：电流相位检测支路，其包括共模电感L1和电容C1，所述共模电感L1包括两个线圈，一线圈的一端接地，另一端被配置为输出电流相位，另一线圈与所述电容C1并联；电压检测支路，其包括隔离变压器T1，所述隔离变压器T1初级侧的两端与所述功率驱动电路的两个输出端相连，次级侧包括两个输出绕组，一输出绕组的一端接地，另一端被配置为输出电压；电流相位检测支路，其包括电流互感器T2，所述电流互感器T2的次级侧的一端接地，另一端被配置为输出电流；同时，所述换能器负载的两端分别与另一输出绕组的一端连接和通过所述电流互感器T2的次级侧与所述电容C1的一端连接，且所述电容C1的另一端还与所述另一输出绕组的另一端相连。一些实施例中，所述检测电路还包括：保护支路，其包括电容C2、电阻R1和电阻R2，所述电阻R1和电阻R2串联后形成的支路与所述电容C2和所述另一输出绕组均并联。一些实施例中，所述功率驱动电路包括：两驱动支路，两个所述驱动支路各连接所述隔离变压器T1初级侧的一端，所述驱动支路包括驱动变压器T3、场效应管Q1、场效应管Q2、电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R6，所述场效应管Q1与所述场效应管Q2串接，所述场效应管Q1的漏级为零电位，所述场效应管Q2的源极接正向电源，且所述场效应管Q1的源极作为一输出端与所述隔离变压器T1相连；所述驱动变压器T2的初级侧一端接收高边驱动信号，另一端接收低边驱动信号，次级侧包括两个次级绕组，一次级绕组与所述电阻R3和电阻R4串接形成一个回路，且所述电阻R4的一端与所述场效应管Q1的漏级相连，另一端与所述场效应管Q1的栅极和所述电阻R3均相连，另一次级绕组与所述电阻R5和电阻R6串接形成一个回路，且所述电阻R6的一端与所述场效应管Q2的漏级相连，另一端与所述场效应管Q2的栅极和所述电阻R5均相连。一些实施例中，所述隔离变压器T1初级侧的一端通过一谐振电感L2与一所述驱动支路的输出端相连，另一端与另一所述驱动支路的输出端相连。一些实施例中，所述控制电路包括：比较器电路，其与所述电流相位检测支路相连，用于根据设定的基准电压和实时采集的电流相位，持续得到电压相位差的锯齿波信息；乘法器电路，其与所述电压检测支路和所述电流检测支路均相连，用于根据实时采集的电压、电流和设定的衰减系数，运算得到功率参考量；CPU控制器，其与所述比较器电路和所述乘法器电路均相连，用于根据得到的功率参考量依次求解得到不同采样周期对应的功率均方差，并根据每次得到的功率均方差产生两组互补的PWM控制信号；同时，在功率均方差动态求解的过程中，所述CPU控制器还用于提取锯齿波信息中最小电压相位差，并得到该最小电压相位差对应的频率。一些实施例中，所述比较器电路包括芯片U1、电阻R7、电阻R8、电阻R9和限流支路；所述限流支路包括二极管D1、二极管D2和电容C2，所述电容C2与所述二极管D1和所述二极管D2均并联，所述电容C2的一端与所述电阻R7靠近所述芯片U1的一端相连，另一端接地，且所述二极管D1与所述二极管D2反向设置；所述芯片U1包括八个引脚，在所述芯片U1中：4号引脚接地；8号引脚接正向电源，并通过串接的电阻R8和电阻R9接地；6号引脚与所述电阻R9远离接地的一端相连；5号引脚通过所述电阻R7与所述电流相位检测电路的输出端相连；7号引脚被配置为输出端，用于输出电压相位差的锯齿波信息。一些实施例中，所述乘法器电路包括芯片U2、电容C3、第一稳压支路、第二稳压支路和滤波支路；所述第一稳压支路包括稳压二极管D3、稳压二极管D4和电阻R10，所述电阻R10的一端与所述芯片U2相连，另一端接地，所述稳压二极管D3的负极与所述稳压二极管D4的负极相连，所述稳压二极管D3的正极与所述电阻R10靠近所述芯片U2的一端相连，所述稳压二极管D4的负极接地；所述滤波支路包括电阻R11、电容C4、电阻R12和电容C5，所述芯片U2依次通过所述电阻R11和所述电阻R12与所述CPU控制器连接，所述电阻R12靠近所述CPU控制器的一端被配置为输出端，所述电容C4的一端与所述电阻R11远离所述芯片U2的一端相连，所述电容C5的一端与所述电阻R12远离所述芯片U2的一端相连，所述电容C4和所述电容C5的另一端均接地；所述第二稳压支路包括二极管D5、二极管D6、电容C6、电阻R13、电阻R14、稳压二极管D7和稳压二极管D8，所述电阻R13、电阻R14、电容C6、稳压二极管D8和稳压二极管D7依次串联成环状，且所述稳压二极管D7的负极和所述稳压二极管D8的负极相连，所述稳压二极管D8的正极接地，所述电阻R13靠近所述电阻R14的一端连接所述电压检测电路的输出端，另一端连接所述芯片U2，所述电容C6与所述二极管D5并联，且所述二极管D5与所述二极管D6反向并联；所述芯片U2包括八个引脚，在所述芯片U2中：1号引脚与所述电流检测电路的输出端、所述二极管D3的正极均相连，2号引脚与4号引脚均接地，3号引脚通过所述电容C3与8号引脚相连，且连接12V正向电源，5号引脚与所述电阻R11远离所述电阻R12的一端相连，6号引脚连接12V正向电源，7号引脚与所述电阻R13远离所述电压检测电路的一端连接。一些实施例中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声波换能器的寻频电路，其特征在于，包括：/n换能器负载；/n检测电路，其与所述换能器负载相连，用于实时采集换能器负载的电压、电流和电流相位；/n控制电路，其与所述检测电路相连，用于根据采集的电压和电流，求解得到当前采样周期对应的功率均方差，并产生两组互补的PWM控制信号；还用于根据实时采集的电流相位和设定的基准电压，得到电压相位差的锯齿波信息；/n功率驱动电路，其与所述控制电路和所述换能器负载均相连，用于根据两组所述PWM控制信号调整所述换能器负载的电压、电流和电流相位，并求解得到下一采样周期对应的功率均方差；/n同时，在功率均方差动态求解的过程中，所述控制电路还用于提取锯齿波信息中最小电压相位差，并得到该最小电压相位差对应的频率，即确定所述换能器负载的谐振频率。/n

【技术特征摘要】
1.一种超声波换能器的寻频电路，其特征在于，包括：
换能器负载；
检测电路，其与所述换能器负载相连，用于实时采集换能器负载的电压、电流和电流相位；
控制电路，其与所述检测电路相连，用于根据采集的电压和电流，求解得到当前采样周期对应的功率均方差，并产生两组互补的PWM控制信号；还用于根据实时采集的电流相位和设定的基准电压，得到电压相位差的锯齿波信息；
功率驱动电路，其与所述控制电路和所述换能器负载均相连，用于根据两组所述PWM控制信号调整所述换能器负载的电压、电流和电流相位，并求解得到下一采样周期对应的功率均方差；
同时，在功率均方差动态求解的过程中，所述控制电路还用于提取锯齿波信息中最小电压相位差，并得到该最小电压相位差对应的频率，即确定所述换能器负载的谐振频率。


2.如权利要求1所述的超声波换能器的寻频电路，其特征在于，所述检测电路包括：
电流相位检测支路，其包括共模电感L1和电容C1，所述共模电感L1包括两个线圈，一线圈的一端接地，另一端被配置为输出电流相位，另一线圈与所述电容C1并联；
电压检测支路，其包括隔离变压器T1，所述隔离变压器T1初级侧的两端与所述功率驱动电路的两个输出端相连，次级侧包括两个输出绕组，一输出绕组的一端接地，另一端被配置为输出电压；
电流相位检测支路，其包括电流互感器T2，所述电流互感器T2的次级侧的一端接地，另一端被配置为输出电流；
同时，所述换能器负载的两端分别与另一输出绕组的一端连接和通过所述电流互感器T2的次级侧与所述电容C1的一端连接，且所述电容C1的另一端还与所述另一输出绕组的另一端相连。


3.如权利要求2所述的超声波换能器的寻频电路，其特征在于，所述检测电路还包括：
保护支路，其包括电容C2、电阻R1和电阻R2，所述电阻R1和电阻R2串联后形成的支路与所述电容C2和所述另一输出绕组均并联。


4.如权利要求2所述的超声波换能器的寻频电路，其特征在于，所述功率驱动电路包括：
两驱动支路，两个所述驱动支路各连接所述隔离变压器T1初级侧的一端，所述驱动支路包括驱动变压器T3、场效应管Q1、场效应管Q2、电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R6，
所述场效应管Q1与所述场效应管Q2串接，所述场效应管Q1的漏级为零电位，所述场效应管Q2的源极接正向电源，且所述场效应管Q1的源极作为一输出端与所述隔离变压器T1相连；
所述驱动变压器T2的初级侧一端接收高边驱动信号，另一端接收低边驱动信号，次级侧包括两个次级绕组，一次级绕组与所述电阻R3和电阻R4串接形成一个回路，且所述电阻R4的一端与所述场效应管Q1的漏级相连，另一端与所述场效应管Q1的栅极和所述电阻R3均相连，另一次级绕组与所述电阻R5和电阻R6串接形成一个回路，且所述电阻R6的一端与所述场效应管Q2的漏级相连，另一端与所述场效应管Q2的栅极和所述电阻R5均相连。


5.如权利要求4所述的超声波换能器的寻频电路，其特征在于，所述隔离变压器T1初级侧的一端通过一谐振电感L2与一所述驱动支路的输出端相连，另一端与另一所述驱动支路的输出端相连。


6.如权利要求2所述的超声波换能器的寻频电路，其特征在于，所述控制电路包括：
比较器电路，其与所述电流相位检测支路相连，用于根据设定的基准电压和实时采集的电流相位，持续得到电压相位差的锯齿波信息；
乘法器电路，其与所述电压检测支路和所述电流检测支路均相连，用于根据实时采集的电压、电流和设定的衰减系数，运算得到功率参考量；
CPU控制器，其与所述比较器电路和所述乘法器电路均相连，用于根据得到的功率参考量依次求解得到不同采样周期对应的功率均方差，并根据每次得到的功率均方差产生两组互补的PWM控制信号；
同时，在功率均方...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱学文，骆凯，
申请(专利权)人：武汉半边天医疗技术发展有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42