[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

说明书

本发明公开了一种超超声波换能器的驱动电路系统及自适应调频方法，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，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。所述自适应调频方法包括微控制器处理单元通过驱动电路，在初始状态下搜索出该工作环境下超声波换能器的谐振工作频率；在工作状态下，使超声波换能器自适应调节到谐振频率。本发明实现了超声波换能器自适应地动态调整频率，无需手动调谐；同时，由于频率范围为F0±FC,所以频率调节范围宽，另外，硬件技术难度小，元器件数量少，成本低。

技术领域

本发明涉及超声波换能器工作频率控制技术领域，具体涉及一种超声波换能器的驱动电路系统及自适应调频方法。

背景技术

传统的超声波换能器驱动电路，采用电感、压电陶瓷等构成LC震荡回路，当超声波换能器与震荡回路阻抗匹配时，则工作在谐振频率状态。当超声波的使用环境发生变化时，无法满足超声波换能器的最佳谐振频率，只能通过手动调谐来满足超声波换能器的最佳工作状态。

现有的超声波换能器驱动技术方案中，也有采用硬件锁相环驱动控制电路跟踪超声波换能器工作频率的方法。由于超声波换能器工作频率较高，采用此技术方案对硬件配置的要求比较高，对元器件的精度要求较高，对反馈信号的质量要求高，会使整个驱动电路难度加大，成本增加较高如果；同时，锁相环驱动控制电路跟踪的频率范围相对较窄，元器件数量较多，无法满足在本产品中的应用。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种超声波换能器的驱动电路系统及自适应调频方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种超声波换能器的驱动电路系统，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。

本发明还提供了一种超声波换器的自适应调频方法，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。

优选地，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的过程如下：