[发明专利]一种超声波换能器的驱动电路系统及自适应调频方法

权利要求书

1.一种超声波换能器的驱动电路系统，其特征在于：所述驱动电路系统用于对超声波换能器工作的驱动频率进行调节，以使超声波换能器工作在谐振频率状态，包括微控制器处理单元、驱动信号增强电路、推挽输出驱动电路、高频变压器、超声波换能器阻抗匹配电路、推挽输出驱动电流采样电路、高频变压器输出电压采样电路、电源电路；

所述微控制器处理单元用于实时采样超声换能器的工作电压、实时采样推挽输出驱动电路的工作电流、预设超声波换能器驱动频率范围、内嵌驱动电路系统对超声波换能器工作频率自适应调频算法以及输出PWM驱动信号；

所述驱动信号增强电路，用于接收微控制器处理单元输出的PWM推挽驱动信号，并对PWM推挽驱动信号进行放大，其输出端连接到推挽输出驱动电路；

所述推挽输出驱动电路，用于接收经过驱动信号增强电路放大的PWM推挽驱动信号，控制实现功率放大，其输出端连接到高频变压器；

所述高频变压器，用于将经过推挽输出驱动电路的PWM信号，传递到超声波换能器端，产生高频高压信号，驱动超声波换能器；

所述超声波换能器阻抗匹配电路，与超声波换能器自身的内阻、电容组成匹配电路，用于构成谐振电路；

推挽输出驱动电流采样电路，用于实时获取驱动电流的大小，并输出到微控制器处理单元；

高频变压器输出电压采样电路，用于实时获取超声波换能的驱动电压，并输出到微控制器处理单元；

电源电路，用于提供工作电源。

2.一种超声波换器的自适应调频方法，其特征在于：所述自适应调频方法包括：

初始状态下，驱动电路系统在预设的频率范围内搜寻匹配超声波换器在工作环境下的谐振频率；

工作状态下，驱动电路系统在超声波换能器的实际工作频率与谐振频率不匹配时，驱动电路系统自动调节输出的PWM信号频率，使超声波换能器重新达到谐振频率状态。

3.根据权利要求2所述的一种超声波换器的自适应调频方法，其特征在于：驱动电路系统在预设的频率范围内搜寻匹配超声波换器在工作环境下的工作频率的过程如下：

将超声波换能器置于工作环境下，微控制器处理单元在预设的频率范围内，按频率依次输出2组PWM推挽驱动信号，同时获得每一个频点的2组PWM推挽信号对应的数据，该数据内容包括：微控制器处理单元通过高频变压器输出电压采样电路获取的电压值、微控制器处理单元通过推挽输出驱动电流采样电路获取的电流值；

微控制器处理单元根据高频变压器输出电压采样电路获取的电压值，计算出每一个频点的所对应的高频变压器输出高频开关电压的空占比；

微控制器处理单元，首先选取空占比在45％-50％之间的频点，其次选取空占比在45％-50％之间频点对应的微控制器处理单元通过推挽输出驱动电流采样电路获取的电流值最小的电流值对应的频点，此频点即为当前超声波换能器的谐振频率，作为后续超声波换能器在该工作环境下的工作频率。

4.根据权利要求2所述的一种超声波换器的自适应调频方法，其特征在于：工作状态下，驱动电路系统在超声波换能器的实际工作频率与谐振频率不匹配时，使超声波换能器重新达到谐振频率状态的过程如下：

超声波换能器在工作时，微控制器处理单元实时监测高频变压器输出电压采样电路获取的电压值和推挽输出驱动电流采样电路获取的电流值，微控制器处理单元通过调整2组PWM推挽驱动信号的输出频率,使超声波换能器重新达到谐振频率状态。

5.根据权利要求2所述的一种超声波换器的自适应调频方法，其特征在于：所述频率范围为F0±FC,其中，FO为超声波换能器的固有频率，FC为频率常数。