一种超声波电机驱动匹配电路及适应宽温范围的驱动方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种适应宽温范围（环境温度：-40~+75°C)的超声波电机驱动匹配 电路与方法。
【背景技术】
[0002] 在探月三期工程中，月球轨道交会对接微波雷达由于功耗、重量要求苛刻。主机天 线综合了这两个因素后采用了超声波电机。超声波电机因体积小，功耗小广泛应用各种电 子设备、精密仪器等高新技术产业。
[0003] 超声波电机自身静态电容会随温度的变化而变化从而影响驱动电路的驱动电压 的幅度。因此设计驱动匹配电路时必须校正静态电容对驱动匹配电路的影响。当前国内外 流行的驱动匹配电路主要有LCC形式、LC形式、LLCC形式，这些形式上的驱动匹配电路都不 能解决静态电容对驱动信号的影响，从而适应不了宽的温度范围的应用。另外超声波电机 在低温下力矩会下降因此还需要低温下驱动电压要高，高温下因此热耗的问题又需要低电 压，因此需要提供一种设计适应这种需求的参数方法。
【发明内容】
[0004] 本发明的技术解决问题是：针对现有技术的不足，提供了一种适应宽温范围的超 声波电机驱动匹配电路与驱动方法。
[0005] 本发明的技术解决方案是：一种超声波电机驱动匹配电路，包括稳压二极管D1、 D2,电容C1，电感L1、L2 ;驱动信号正线分别接至电容C1的一端以及稳压二极管D1的阴极； 稳压二极管D1的阳极接至稳压二极管D2的阳极，电容C1的另一端分别接至电感L1的一 端、电感L2的一端以及稳压二极管D2的阴极；电感L1的另一端分别接至驱动信号回线及 电机的一端；电感L2的另一端接至超声波电机的另一端。
[0006] 所述的电感LI、L2采用磁环绕制电感。
[0007] -种适应宽温范围的超声波电机驱动方法，所述的宽温范围的下限称为低温，上 限称为高温，通过在超声波电机的驱动信号正线与回线之间安装上述驱动电路实现驱动， 驱动电路中的各元件值确定步骤如下：
[0008] (1)测量超声波电机在低温下的静态电容C0及谐振频率f。；
[0009] (2)根据超声波电机低温下的电压幅度Vpp，输入驱动信号的幅度Vpp_drive，计 算增益
[0010] (3)通过
计算出电感L2的值； F.2
[0011] (4)通过计算出电感L1的值； Cr-1
[0012] (5)通过
计算电容Cl的值；
[0013] (6)测量电容C1两端的压降，选择稳压二极管，使得稳压二极管的稳压值大于C1 两端的压降。。
[0014] 在步骤（5)与步骤（6)之间增加步骤（5. 1):减小电容C1的值，通过
重新计算出电感L1的值，再通过L2 =L1 ? (G-1)计算出电感L2 的值。
[0015] 本发明与现有技术相比具有如下优点：
[0016] (1)本发明电路形式为采用双极点谐振升压电路，由一级高通谐振升压电路和一 级低通谐振升压电路串联组成对电压幅度具有一定的增益。该电路具有准带通功能在超声 驱动频率内幅度比较平坦。同时抑制了驱动信号的三次谐波（可以达到13dB的抑制）很 好地实现了方波转换为正弦波。
[0017] (2)本发明电路利用背对背二极管可以实现无电机时误发驱动信号对电路进行保 护。
[0018] (3)本发明方法可以实现电机高温时输出低电压、低温时高电压，既满足了电机在 宽温范围内的应用也提供了电机的工作寿命和可靠性。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明电路图；
[0020] 图2为低通滤波的幅频特性；
[0021 ] 图3为高通滤波电路的幅频特性；
[0022] 图4为根据本发明提供的一个仿真电路图；
[0023] 图5为按照本发明提供的设计思路实现的一个电路实例图。
【具体实施方式】
[0024] 下面就结合附图对本发明做进一步介绍。
[0025] 如图1所示为本发明实示意图。驱动信号正线分别接至电容C1的一端以及稳压 二极管D1的阴极；电容C1的另一端分别接至电感L1的一端、电感L2的一端以及稳压二极 管D2的阴极；电感L1的另一端分别接至驱动信号回线及电机的一端；电感L2的另一端接 至超声波电机的另一端。稳压二极管D1的阳极接至稳压二极管D2的阳极。为了提高电路 的Q值建议使用磁环绕制电感。
[0026] 两级谐振升压电路进行串联必然是得电路具备两个极点，一个极点<40kHz-个 极点>40kHz，由于电机的等效电路特性，因此电机适合作为低通谐振电路的电容使用。为保 证低温高电压高温低电压应是低通谐振电路的低温谐振点在该电机的谐振频率。因此就可 以根据低温静态电容容值和低温电机的谐振频率直接计算出低通滤波器的电感的感值。当 温度降低时低通谐振电路的谐振点往频率高的方向移动这样该低通谐振电路的增益不断 增加因此推高电压幅度如图2所示，当温度升高时电路的谐振点在往频率低的方向移动这 样电压幅度就降低。超声波电机工作的信号频率应工作在高通谐振的谐振点与通带之间， 否则的话器件参数漂移会带来增益的严重变化。高通谐振电路的谐振点应<40kHz。高通谐 振电路主要用于拟补低通谐振电路的增益和实现准带通效果，其幅频特如图3所示。根据 高低温下要求的电压信号的增益值适当调节高通谐振电路的参数使得低温下电机启动电 压满足要求即可。
[0027] 基于上述分析，本发明提供一种适应宽温范围的超声波电机驱动方法，所述的宽 温范围的下限称为低温，上限称为高温，过在超声波电机的驱动信号正线与回线之间安装 上述的驱动电路实现驱动，驱动电路中的各元件值确定步骤如下：
[0028] (1)测量超声波电机在低温下的静态电容C0及谐振频率f。；
[0029] (2)根据超声波电机低温下的电压幅度Vpp，输入驱动信号的幅度Vpp_drive，计 算增益
：
[0030] (3)通过
计算出电感L2的值；
[0031] (4)通过
汁算出电感L1的值；
[0032] (5)通过
计算电容C1的值；
[0033] (6)测量电容C1两端的压降，选择稳压二极管，使得稳压二极管的稳压值大于C1 两端的压降。。
[0034] 在步骤（5)与步骤（6)之间增加步骤（5. 1):增大电容C1的值，通过
￡新计算出电感L1的值，再通过L2 =L1 ? (G-1)计算出电感L2 的值。
[0035] (6)通过workbench、multisim(如图4所示）仿真软件测量电容C1两端的压降 (也可以通过matlab软件计算C1两端的压降），选择稳压二极管，使得稳压二极管的稳压 值大于C1两端的压降。
[0036] 实施例
[0037] 驱动芯片采用LMD18200,变压器变比为1:5,电容和电感的设计值见图5所示。该 电路可以很好地实现了对超声波电机的驱动并通过了实验验证。目前该电路应用到创联 USM45电机上，能适应-40 °C~75 °C的使用范围。
[0038] 本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。
【主权项】
1. 一种超声波电机驱动匹配电路，其特征在于：包括稳压二极管Dl、D2,电容C1，电感 L1、L2 ;驱动信号正线分别接至电容Cl的一端以及稳压二极管Dl的阴极；稳压二极管Dl的 阳极接至稳压二极管D2的阳极，电容Cl的另一端分别接至电感Ll的一端、电感L2的一端 以及稳压二极管D2的阴极；电感Ll的另一端分别接至驱动信号回线及电机的一端；电感 L2的另一端接至超声波电机的另一端。2. 根据权利要求1所述的一种超声波电机驱动匹配电路，其特征在于：所述的电感LU L2采用磁环绕制电感。3. -种适应宽温范围的超声波电机驱动方法，所述的宽温范围的下限称为低温，上限 称为高温，其特征在于：通过在超声波电机的驱动信号正线与回线之间安装权利要求1所 述的驱动电路实现驱动，驱动电路中的各元件值确定步骤如下： (1) 测量超声波电机在低温下的静态电容CO及谐振频率f。； (2) 根据超声波电机低温下的电压幅度Vpp，输入驱动信号的幅度Vpp_drive，计算增(6)测量电容Cl两端的压降，选择稳压二极管，使得稳压二极管的稳压值大于Cl两端 的压降。4. 根据权利要求3所述的一种适应宽温范围的超声波电机驱动方法，其特征在于：在 步骤（5)与步骤（6)之间增加步骤（5. 1):减小电容Cl的值，通过 重新计算出电感Ll的值，再通过L2 = Ll · (G-I)计算出电感L2的值。
【专利摘要】一种超声波电机驱动匹配电路及适应宽温范围的驱动方法，电路包括稳压二极管D1、D2，电容C1，电感L1、L2；驱动信号正线分别接至电容C1的一端以及稳压二极管D1的阴极；稳压二极管D1的阳极接至稳压二极管D2的阳极，电容C1的另一端分别接至电感L1的一端、电感L2的一端以及稳压二极管D2的阴极；电感L1的另一端分别接至驱动信号回线及电机的一端；电感L2的另一端接至超声波电机的另一端。本发明电路形式为采用双极点谐振升压电路对电压幅度具有一定的增益。该电路具有准带通功能在超声驱动频率内幅度比较平坦。同时抑制了驱动信号的三次谐波(可以达到13dB的抑制)很好地实现了方波转换为正弦波。
【IPC分类】H02N2/06, H02N2/14
【公开号】CN105071693
【申请号】CN201510518812
【发明人】蔡春贵, 钟新旺, 李 荣, 王登峰, 梁银, 杨新龙
【申请人】西安空间无线电技术研究所
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年8月21日