一种低压全桥超声换能器激励电路及驱动方法技术

本发明专利技术公开了一种低压全桥超声换能器激励电路及驱动方法，包括信号产生模块、时序控制模块和换能器激励模块，信号产生模块包括MCU和时钟发生器，MCU连接时钟发生器，信号产生模块用于产生时钟信号，控制后部电路，时序控制模块采用CPLD芯片，CPLD芯片连接时钟发生器，时序控制模块用于将时钟信号转换成控制激励电路的时序信号。本发明专利技术提出了一种基于LC谐振的H桥全桥换能器激励电路，采用低于24V的输入电压，不需要升压，通过LC谐振，经过全H桥的叠加激励，产生高达

【技术实现步骤摘要】
一种低压全桥超声换能器激励电路及驱动方法


[0001]本专利技术涉及超声波治疗
，具体为一种低压全桥超声换能器激励电路及驱动方法。

技术介绍

[0002]超声治疗设备对人体进行治疗，主要是通过超声治疗设备内部的高压脉冲信号激励超声换能器，利用超声换能器的压电效应，将电信号转换成机械波，然后通过耦合过程传播到人体组织，将超声能量所实现的三大效应作用于人体组织，达到治疗目的。
[0003]在实际使用过程中，激励超声换能器是一个非常核心的技术核心，激励信号的好坏决定了超声波的输出质量，由于用于治疗的超声换能器其Q值极高，造成了其频谱通带十分狭窄，常规激励方案是用MOS管产生方波直接激励超声换能器，该方案不能很好地将激励信号的频谱能量集中于换能器的频谱通带上，将造成能量的损失，同时会产生大量的高频谐波，恶化了电磁兼容性能，造成换能器发热严重，难以使超声换能器达到最佳的输出状态。
[0004]同时，目前的超声治疗设备一般都具有档位调节功能，主要采用两种方法进行调节，第一种是调幅方式，通过控制MOS管的G级驱动电压，让其工作在可变电阻区内，采用不同幅度的G级驱动电压来控制MOS管的驱动电压幅度，从而控制超声换能器的输出功率，该方案由于使MOS管工作在可变电阻区，产生了极大的热量，影响了MOS管的工作寿命，同时也需要采用外部主动散热技术，增加了成本。第二种方案是通过改变脉冲重复周期内的发射时间占空比改变功率，其具体原理是在一个脉冲重复周期内，通过控制激励信号的脉冲个数，让换能器在单位时间内获得不同数量的激励脉冲，从而改变换能器的输出功率，该方案优势在于其只需要让MOS管工作在饱和区，其内阻极小，发热量小，可以保证MOS管的寿命，但是缺点在于其脉冲重复周期内的脉冲发射区段内，其超声瞬间能量极大，而未发射区段内又没有超声输出，对于治疗效果会有一定的影响。
[0005]最后，超声换能器的激励需要极高的电压，常规方案是直接利用高压进行激励，该方案需要增加一级升压的电路，将输入电压抬高至数百伏的级别，然后作为MOS管的驱动电压，这样的设计，由于增加了功率电路，造成稳定性和可靠性下降，增加了故障隐患，如果能够使用低压(24V以下)驱动，达到高压的换能器驱动效果，其将具有更好的实用性。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种低压全桥超声换能器激励电路及驱动方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种低压全桥超声换能器激励电路，包括信号产生模块、时序控制模块和换能器激励模块，所述信号产生模块包括MCU和时钟发生器，所述MCU连接时钟发生器，所述信号产生模块用于产生时钟信号，控制后部电路，所述时序控制模块采用CPLD芯片，所述CPLD芯片连接时钟发生器，所述时序控制模块用于将时
钟信号转换成控制激励电路的时序信号。
[0008]优选的，所述换能器激励模块包括第一MOS管驱动器、第二MOS管驱动器、第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管，所述第一MOS管驱动器、第二MOS管驱动器输入端分别连接CPLD芯片，所述第一MOS管驱动器输出端分别连接第一MOS管栅极、第二MOS管栅极，所述第二MOS管驱动器输出端分别连接第三MOS管栅极和第四MOS管栅极，所述换能器激励模块用于接收控制信号，产生符合要求的换能器激励波形，激励换能器产生超声波脉冲。
[0009]优选的，所述第一MOS管源极接电源端，所述第一MOS管漏极接第一功率电感一端，所述第二MOS管源极接第一功率电感一端，所述第二MOS管漏极接地。
[0010]优选的，所述第三MOS管源极接电源端，所述第三MOS管漏极接第二功率电感一端，所述第四MOS管源极接第二功率电感一端，所述第四MOS管漏极接地。
[0011]优选的，还包括匹配电容，所述匹配电容安装于第一功率电感另一端和第二功率电感另一端之间。
[0012]优选的，所述CPLD芯片包括但不限于LTC4442高端开关芯片。
[0013]优选的，所述换能器激励模块的LC参数设定，LC选择如下：设换能器的谐振频率为f，其中L＝L1+L2，选择L1＝L2，因此L1＝L2＝L/2，满足该条件的LC参数均可选择使用。
[0014]优选的，其驱动方法包括以下步骤：
[0015]A、首先确定超声功率的档位，档位决定了时钟发生器产生的时钟信号频率，在确定换能器的谐振频率f后，如果档位设置为N档，则MCU控制时钟发生器产生频率为2*N*f的时钟信号；
[0016]B、钟发生器产生的信号送入CPLD的时钟输入端，经过CPLD的分频和时序控制后，形成H桥驱动信号Q1和Q2两路，分别控制两片MOS管驱动芯片，驱动芯片用于对MOS管进行驱动；
[0017]C、Q1、Q2与Q3、Q4分别构成两路半H桥驱动电路，从CPLD出来的驱动信号Q1和Q2，其驱动波形的相位相差180
°
，因此从DRIVE_P何DRIVE_N出来的激励信号，相位相差180
°
，分别接在超声换能器的两端，形成全桥激励，其激励功率较之单半H桥激励，要提高一倍；
[0018]D、当需要调节功率时，此时涉及到CPLD的分频输出，此时就要计算计数器的一个计数M，当计数到该值时，Q1和Q2的电平值就要发生改变。假设要达到50％的输出功率，则Q1和Q2的占空比就要调整为25％，为满功率波形占空比50％的一半，M＝0.5*N，如果要达到满功率的30％，则Q1和Q2的占空比就要调整为15％，则M＝0.3*N。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提出了一种基于LC谐振的H桥全桥换能器激励电路，采用低于24V的输入电压，不需要升压，通过LC谐振，经过全H桥的叠加激励，产生高达
±
500V以上的激励波形进行换能器激励，激励效率高，切简化了电路，提高电路的可靠性；另外，本专利技术采用了CPLD配合时钟发生器芯片，通过时钟芯片产生倍频谐振频率时钟，经CPLD分频和时序控制，进而改变激励信号的占空比，达到输出功率可调的效果。本专利技术采用的激励方式为连续波驱动，在整个超声驱动时域内，其超声输出功率均匀，频谱质量佳，不会出现功率在脉冲重复周期内的跳变。同时，对于MOS管的驱动，因为一直让驱动MOS管工作在饱和区，其内阻最低，降低了MOS管的发热量。
附图说明
[0020]图1为本专利技术电路原理图；
[0021]图2为本专利技术驱动流程图；
[0022]图3为本专利技术Q1和Q2输出的波形图。
具体实施方式
[0023]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0024]在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低压全桥超声换能器激励电路，其特征在于：包括信号产生模块、时序控制模块和换能器激励模块，所述信号产生模块包括MCU(1)和时钟发生器(2)，所述MCU(1)连接时钟发生器(2)，所述信号产生模块用于产生时钟信号，控制后部电路，所述时序控制模块采用CPLD芯片(3)，所述CPLD芯片(3)连接时钟发生器(2)，所述时序控制模块用于将时钟信号转换成控制激励电路的时序信号。2.根据权利要求1所述的一种低压全桥超声换能器激励电路，其特征在于：所述换能器激励模块包括第一MOS管驱动器(4)、第二MOS管驱动器(5)、第一MOS管(6)、第二MOS管(7)、第三MOS管(8)和第四MOS管(9)，所述第一MOS管驱动器(4)、第二MOS管驱动器(5)输入端分别连接CPLD芯片(3)，所述第一MOS管驱动器(4)输出端分别连接第一MOS管(6)栅极、第二MOS管(7)栅极，所述第二MOS管驱动器(5)输出端分别连接第三MOS管(8)栅极和第四MOS管(9)栅极，所述换能器激励模块用于接收控制信号，产生符合要求的换能器激励波形，激励换能器产生超声波脉冲。3.根据权利要求2所述的一种低压全桥超声换能器激励电路，其特征在于：所述第一MOS管(6)源极接电源端，所述第一MOS管(6)漏极接第一功率电感(10)一端，所述第二MOS管(7)源极接第一功率电感(10)一端，所述第二MOS管(7)漏极接地。4.根据权利要求2所述的一种低压全桥超声换能器激励电路，其特征在于：所述第三MOS管(8)源极接电源端，所述第三MOS管(8)漏极接第二功率电感(11)一端，所述第四MOS管(9)源极接第二功率电感(11)一端，所述第四MOS管(9)漏极接地。5.根据权利要求1所述的一种低压全桥超声换能器激励电路，其特征在于：还包括匹配电容(12)，所述匹配电容(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹凯，童雪林，魏波，余剑，
申请(专利权)人：长沙珀丽达医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：