【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超声波，特别是一种超声波换能器驱动电路。
技术介绍
1、随着电子技术的发展，超声波技术被广泛地应用于军事、航海、工业生产等领域，而与人们生活的息息相关的领域也发挥着越来越重要的作用，为人们生活带来了便利。例如超声波雾化器、医疗b超、超声波清洗机、超声波测厚仪、超声波液位计、超声波探伤仪、超声波流量计、超声波温度计等产品。各种超声波技术应用中最重要部件就是超声波驱动电路。目前大多数超声波换能器主要由压电陶瓷制成，根据应用场合的不同，换能器的谐振频率和功率输出要求不同，从而形成了各种不同领域应用的驱动电路。
2、现阶段大多数开关式功率超声波发生电路都是采用强制、准谐振的方式驱动换能器产生超声波，这些方法因谐波的影响，产生的超声波在波形的标准性和一致性方面不太理想。而非开关式谐振超声波发生电路因其效率低下，在功率超声的应用方面受到限制。
3、目前，现有的超声波换能器驱动电路技术主要存在以下几个问题：
4、1.大多数驱动电路直接采用简单的单管开关式驱动，会存在的波形和效率等问题。
5、2.未考虑高频变压器的使用及设计，导致驱动电压较低，难以满足高压换能器的驱动需求。
6、3.大多数驱动电路并没有对换能器的固有参数进行研究，换能器可看作容性负载，驱动时未在换能器侧进行谐振匹配，或通常采用单级谐振补偿，较难满足特定工况下的高正弦电压输出。
7、4.大多数驱动电路没有考虑换能器热插拔测试或空载时的输出电压过冲，导致换能器负载电路断开时的电压过充，从而可能造成
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种超声波换能器驱动电路，通过lcc-s谐振拓扑的恒流恒压特性解决传统换能器驱动电路存在的空载压差大的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种超声波换能器驱动电路，包括直流源、高频逆变器、高频变压器、超声波换能器负载电路以及移相pwm控制；由直流源提供全桥逆变电路所需母线电压，移相pwm波控制高频逆变器开关，高频逆变器输出高频方波通过高频变压器及其匹配网络进行滤波与谐振匹配，调节电压或电流增益后用于驱动超声波换能器。
3、在一较佳的实施例中，超声波换能器驱动电路具体包括全桥逆变电路、自耦变压器以及等效负载阻抗；；由直流源提供稳定可调的直流电到全桥逆变电路中，驱动信号用于驱动全桥逆变电路，将直流电转换为方波，经过lcc补偿网络后，经过自耦变压器升压后驱动等效负载阻抗；等效负载阻抗是连接于自耦变压器输出端的超声波换能器负载电路等效阻抗。
4、在一较佳的实施例中，在自耦变压器原边线圈侧串接两个隔直电容；两个隔直电容等效为lcc的一个谐振电容，用于原边侧的谐振匹配并隔离直流；lcc-s补偿网络用于对自耦变压器进行谐振补偿以实现阻抗匹配；补偿网络包括第一谐振环路、第二谐振环路以及第三谐振环路；谐振网络的相量形式互感方程表示为：
5、
6、其中，为桥式逆变输出方波的基波分量；lcc-s补偿网络满足下列条件：其中，自耦变压器等效为一个抽头电感，输入端电感为l2，输出测电感为l3，其互感c4为隔直电容c2和c3串联构成的等效谐振电容；当谐振网络工作于谐振角频率ω时，自耦变压器输入电流为：由此可知，lcc-s补偿网络的负载电阻rl两端电压为：其中超声波换能器的驱动电压为：其中当负载电路断开时，输出电压为：因此，所述的超声波换能器驱动可实现输出端带载电压幅值高于空载电压幅值的特征。
7、在一较佳的实施例中，所述全桥逆变器采用部分移相pwm控制；所述的全桥逆变器的第一桥臂和第二桥臂在开关管驱动信号互补的基础上进行移相控制，第一桥臂上管与第二桥臂的下管、第一桥臂的下管与第二桥臂的上管的驱动信号进行移相pwm控制；通过所述的部分移相控制使超声波换能器驱动电路输出电压的过冲峰值降低。
8、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
9、1.本专利考虑到传统换能器驱动不使用谐振补偿，采取了lcc-s式的谐振补偿，使新驱动电路效果更好，波形更优。
10、2.本专利通过对lcc谐振参数的设计可以适配多种换能器且方便调整输出峰值，较为灵活，并使用两个隔直电容等效为谐振电容的方法解决了自耦变压器不带隔离的缺点。
11、3.本专利使用自耦变压器替代高频变压器，成本更低，体积更小，改变抽头位置可以较为简单的改变副边匝数，适配多种换能器使用。
12、4.本专利在系统工作时，有着更低的空载压差，解决驱动电路在空载时电压过高损坏元件的问题，并通过移相解决了电压过冲问题。
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1.一种超声波换能器驱动电路，其特征在于包括直流源、高频逆变器、高频变压器、超声波换能器负载电路以及移相PWM控制；由直流源提供全桥逆变电路所需母线电压，移相PWM波控制高频逆变器开关，高频逆变器输出高频方波通过高频变压器及其匹配网络进行滤波与谐振匹配，调节电压或电流增益后用于驱动超声波换能器。
2.根据权利要求1所述的一种超声波换能器驱动电路，其特征在于，超声波换能器驱动电路具体包括全桥逆变电路、自耦变压器以及等效负载阻抗；由直流源提供稳定可调的直流电到全桥逆变电路中，驱动信号用于驱动全桥逆变电路，将直流电转换为方波，经过LCC补偿网络后，经过自耦变压器升压后驱动等效负载阻抗；等效负载阻抗是连接于自耦变压器输出端的超声波换能器负载电路等效阻抗。
3.根据权利要求2所述的一种超声波换能器驱动电路，其特征在于，在自耦变压器原边线圈侧串接两个隔直电容；两个隔直电容等效为LCC的一个谐振电容，用于原边侧的谐振匹配并隔离直流；LCC-S补偿网络用于对自耦变压器进行谐振补偿以实现阻抗匹配；补偿网络包括第一谐振环路、第二谐振环路以及第三谐振环路；谐振网络的相量形式互感
4.根据权利要求2所述的一种超声波换能器驱动电路，其特征在于，所述全桥逆变器采用部分移相PWM控制；所述的全桥逆变器的第一桥臂和第二桥臂在开关管驱动信号互补的基础上进行移相控制，第一桥臂上管与第二桥臂的下管、第一桥臂的下管与第二桥臂的上管的驱动信号进行移相PWM控制；通过所述的部分移相控制使超声波换能器驱动电路输出电压的过冲峰值降低。
...【技术特征摘要】
1.一种超声波换能器驱动电路，其特征在于包括直流源、高频逆变器、高频变压器、超声波换能器负载电路以及移相pwm控制；由直流源提供全桥逆变电路所需母线电压，移相pwm波控制高频逆变器开关，高频逆变器输出高频方波通过高频变压器及其匹配网络进行滤波与谐振匹配，调节电压或电流增益后用于驱动超声波换能器。
2.根据权利要求1所述的一种超声波换能器驱动电路，其特征在于，超声波换能器驱动电路具体包括全桥逆变电路、自耦变压器以及等效负载阻抗；由直流源提供稳定可调的直流电到全桥逆变电路中，驱动信号用于驱动全桥逆变电路，将直流电转换为方波，经过lcc补偿网络后，经过自耦变压器升压后驱动等效负载阻抗；等效负载阻抗是连接于自耦变压器输出端的超声波换能器负载电路等效阻抗。
【专利技术属性】
技术研发人员：黄晓生，吴轲，阙凌凡，林咏澍，林抒毅，黄靖，黄瑞哲，
申请(专利权)人：福建理工大学，
类型：发明
国别省市：
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