一种准确设定压电换能器自激驱动电路匹配电感的方法技术

本发明专利技术公开了一种准确设定压电换能器自激驱动电路匹配电感的方法，所述方法包括：S1)根据使用需要，指定超声设备的工作指标，包括：额定输出功率P

【技术实现步骤摘要】
一种准确设定压电换能器自激驱动电路匹配电感的方法


[0001]本专利技术是涉及一种准确设定压电换能器自激驱动电路匹配电感的方法，属于电感匹配


技术介绍

[0002]因压电换能器自激驱动方式具有成本低、体积小、效率高等特点，已在工业清洗、焊接和理疗等超声设备中广泛应用。为了有效地传输功率到压电换能器，自激驱动方式需要设计匹配网络，常用的匹配方法是电感匹配法，通过改变电感大小调节自激驱动电路输出电流、开关频率和电声效率等。然而，由于压电换能器特性存在一定差异，以致参数标准性较差，对电感的匹配需要逐台进行老化实验和结合经验调整，不但费时费力，而且受到人为因素影响较大，难以保证产品稳定性，一直是超声设备生产环节中的难题。

技术实现思路

[0003]针对现有技术存在的上述问题，本专利技术的目的是提供一种准确设定压电换能器自激驱动电路匹配电感的方法，实现根据压电换能器测量参数能准确计算额定输出功率时匹配电感量大小以及工作频率，以解决匹配电感取值难题，降低人工匹配难度。
[0004]为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0005]一种准确设定压电换能器自激驱动电路匹配电感的方法，包括如下步骤：
[0006]S1)根据使用需要，指定超声设备的工作指标，包括：额定输出功率P
L
、负载R
L
和匹配网络输入电压峰值V
a
，并测量自激驱动电路中的压电换能器的总静态电容C0；
[0007]S2)按如下公式计算等效串联电阻R
E
和品质因素Q：
[0008][0009]S3)以压电换能器的标称频率作为稳态工作频率f
SD
，按如下公式计算匹配电感L0：
[0010][0011]S4)根据步骤S3)计算得到的匹配电感L0值，即能按如下公式计算压电换能器的初始驱动频率f
ST
：
[0012][0013]一种实施方案，自激驱动电路中的压电换能器为单个或多个并联。
[0014]进一步实施方案，采用电容表或阻抗分析仪测量自激驱动电路中的压电换能器的
总静态电容C0。
[0015]一种实施方案，若步骤S2)计算的Q值小于等于3，则返回步骤S1)重新选择负载R
L
值，然后重新计算Q值，至计算的Q值大于3，再进行步骤S3)。
[0016]与现有技术相比，本专利技术具有如下显著性有益效果：
[0017]经应用实例证明：采用本专利技术方法，无需人工事先实验，就能够准确计算得知压电换能器自激驱动电路匹配电感值，进而可计算得知压电换能器初始驱动频率f
ST
，确保了压电换能器在初始状态下就能获得最大电压，使超声设备的工作效率能得到有效提高；并且，本专利技术方法简单，无需逐台进行老化实验，不受动态环境影响，既显著降低了匹配工作强度和对经验的依赖，且可使超声设备的实际初始工作频率与计算值之间的误差只有0.2％，准确度非常高；因此，本专利技术方法在超声设备生产领域具有显著应用价值。
附图说明
[0018]图1是实施例设计的100W超声清洗机的自激驱动电路输出的正弦电流波形图。
具体实施方式
[0019]下面结合具体实施例对本专利技术技术方案做进一步详细、完整地说明。
[0020]实施例
[0021]若输出功率P
L
为100W的超声清洗机，采用4个标称频率为50kHz的压电换能器(无锡鼎实科技公司提供)并联形式，等效负载R
L
为2.8kΩ，电路为自激驱动方式，测得总静态电容C0为12nF，匹配网络输入电压峰值V
a
为100V，则：
[0022]1)由公式：
[0023]可计算得到等效串联电阻R
E
＝50Ω；
[0024]2)由公式：
[0025]计算得到品质因素Q＝7.416值；
[0026]3)以压电换能器的标称频率50kHz作为稳态工作频率f
SD
，即：f
SD
＝50000Hz，即可按如下公式：
[0027]计算得到匹配电感L0＝1180μH；
[0028]4)根据计算得到的匹配电感L0值，即能按如下公式：
[0029]计算得到压电换能器的初始驱动频率f
ST
＝42290Hz；
[0030]按照上面设计方法得到的匹配电感值，自激驱动方式输出电流和电压的波形如图
1所示，实际测得初始工作频率为42370Hz，相对计算值(42290Hz)的误差仅为0.2％，说明采用本专利技术方法可准确设定压电换能器的自激驱动电路匹配电感，可确保压电换能器在初始状态下就能获得最大电压，使超声设备的工作效率能得到有效提高；并且，本专利技术方法简单，无需逐台进行老化实验，不受动态环境和操作人员经验的影响，可有效解决匹配电感取值难题，降低了人工匹配难度，在超声设备生产领域具有显著应用价值。
[0031]最后需要在此指出的是：以上仅是本专利技术的部分优选实施例，不能理解为对本专利技术保护范围的限制，本领域的技术人员根据本专利技术的上述内容做出的一些非本质的改进和调整均属于本专利技术的保护范围。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种准确设定压电换能器自激驱动电路匹配电感的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：S1)根据使用需要，指定超声设备的工作指标，包括：额定输出功率P
L
、负载R
L
和匹配网络输入电压峰值V
a
，并测量自激驱动电路中的压电换能器的总静态电容C0；S2)按如下公式计算等效串联电阻R
E
和品质因素Q：S3)以压电换能器的标称频率作为稳态工作频率f
SD
，按如下公式计算匹配电感L0：S4)根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：滕旭东，齐明燕，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：