专利名称：一种换能器用驱动装置及清创机的制作方法
技术领域：
—种换能器用驱动装置及清创机技术领域[0001]本实用新型涉及一种驱动装置，尤其涉及一种换能器用驱动装置及应用其的清创 机。
背景技术：
[0002]随着技术的发展，医用清创机得到了越来越广泛的应用，清创机主要通过超声波 换能器产生超声波以对病人的伤口进行清洁清洗。具体的，超声波换能器主要由超声波信 号发生器及清洗槽组成，超声波信号发生器产生高频振荡信号，通过换能器转成每秒几万 次的高频机械振荡，在清洗液中(介质)形成超声波，以正压和负压高频交替变化的方式在 清洗液中辐射传播，使清洗液中不断产生无数微小气泡并不断破裂(这种现象称之为“空化 效应”)，从而利用超声波的震荡及破裂达到清洗创伤的作用。[0003]一方面，现有技术中换能器输出的超声波的功率通常只有高低两档，或者固定的 几个档位来输出有限的几个功率。然而，病人受伤面积或受伤轻重等情况不同，以致病人需 要不同功率的超声波对其进行既有效又节能环保的清洗。[0004]另一方面，超声波换能器通常具有较高的品质因数(Q值)，具有陡峭的谐振曲线， 换能器只有工作在其谐振点处才具有大的机械振幅及较高的能量转换效率，所以，超声波 换能器的驱动电路需要以其谐振频率信号进行激励，才能使超声波换能器高效的工作。但 是，换能器的谐振频率受诸多因素的影响会发生变化，主要影响因素如下第一，换能器在 使用过程中会不断老化，且其自身参数随时间、温度等会发生改变；第二，换能器所匹配的 负载特性不同会导致其自身的谐振频率不同；第三，换能器在制作过程中因材料、工艺等的 差异也会导致谐振频率不同。所以，如果换能器处于不同的工作环境及不同的电路装置中， 其需要不同的激励源进行激励才能高效的工作。即换能器的驱动电路需要具有自动跟踪换 能器的谐振频率的变化并能保持该即时谐振频率信号进行驱动的能力。现有技术中存在换 能器通过锁相环电路实现自动追频，但其难以实现精确的频率追踪。同时，用户需要能对换 能器进行连续调功。所以，现有技术缺乏一种能使换能器连续调功且在不同的输出功率下 自动追频以更高效准确的输出人们所需的超声波的驱动装置。[0005]可以理解的是，本部分的陈述仅仅提供与本实用新型相关的背景信息，可能构成 或不构成所谓的现有技术。发明内容[0006]本实用新型所要解决的技术问题在于针对现有技术中换能器的驱动装置不能使 换能器既能连续调功又能在不同的输出功率下自动追频的缺陷，提供一种既可以连续调功 又能自动追频的换能器用驱动装置。[0007]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种换能器用驱动装置，其 包括电源、将电源输出的信号源逆变为交流电的逆变电路、及将逆变输出的交流电与换 能器进行阻抗匹配的匹配电路；所述匹配电路的输出端用于接换能器；所述驱动装置还包括用于用户输入所需的功率的输入调节器、用于采集匹配电路输出的电压及电流的采样 电路、对采样的电压及电流的相位进行比较的相位比较电路、及根据输入调节器和相位比 较电路输出的信号控制逆变电路的逆变过程的DSP控制器。[0008]在本实用新型提供的驱动装置中，所述匹配电路包括电感L及电容C2、C3，电感L 的一端连接逆变电路的输出端，其另一端依次串联电容C3及电容C2，电容C2的两端连接换 能器的输入端。[0009]在本实用新型提供的驱动装置中，还包括连接于DSP控制器与逆变电路之间的过 流过压保护电路。[0010]在本实用新型提供的驱动装置中，还包括连接于DSP控制器与逆变电路之间的隔 离电路。[0011]在本实用新型提供的驱动装置中，还包括连接于电源与逆变电路之间的用于对电 源输出的信号滤波的滤波器。[0012]在本实用新型提供的驱动装置中，还包括连接于采样电路与相位比较电路之间的 用于将采样电路采集的信号进行滤波和整形的滤波整形电路。[0013]在本实用新型提供的驱动装置中，所述DSP控制器是型号为DSPTMS320F2812的-H-* I I心/T O[0014]在本实用新型提供的驱动装置中，所述逆变电路为全桥逆变电路。[0015]在本实用新型提供的驱动装置中，所述输入调节器为电位调节器。[0016]为了更好的解决上述技术问题，本实用新型还提供了一种清创机，其包括清创机 主体、位于清创机主体上的用于产生超声波的换能器、及用于驱动换能器的驱动装置，且驱 动装置为上述驱动装置中任意一种。[0017]本实用新型提供的换能器用驱动装置，其通过DSP控制器即可根据输入调节器的 需求输出指令以控制逆变电路的导通时间，进而改变电源输出的信号的占空比，进而实现 连续调功；同时，DSP控制器发出不同的频率字改变逆变电路的导通时间以改变驱动换能 器的激励源的频率，其结合采样电路及相位比较电路将换能器的工作状态反馈给DSP控制 器，当相位比较电路比较的结果为电压相位与电流相位相同时，表明该状态下的即时频率 为换能器的谐振频率点，则DSP控制器发出指令使逆变电路固定输出该频率的激励源，从 而实现对换能器进行自动扫频和跟踪定频。这样用户可根据需求连续调节输入调节器，以 使换能器输出功率连续可调的超声波，而且，该驱动装置能实现自动追频以使换能器工作 在最高效的状态。
[0018]图1是本实用新型提供的换能器用驱动装置的原理框图；[0019]图2是本实用新型提供的换能器用驱动装置一优选实施例结合换能器的原理框 图；[0020]图3是本实用新型提供的换能器用驱动装置一优选实施例中匹配电路与换能器 连接的电路原理图；[0021]图4是本实用新型提供的换能器用驱动装置一优选实施例中逆变电路与换能器 连接的电路原理图。
具体实施方式
[0022]为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下 结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施 例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。[0023]本实用新型提供的换能器用驱动装置，其主要采用DSP控制器结合反馈的换能器 工作的电压电流的相位实现改变逆变电路的导通时间，从而实现自动调频及连续调功。[0024]参见图1至图4所示，本实用新型提供的换能器用驱动装置主要包括电源7、逆 变电路3、匹配电路8、输入调节器1、采样电路6、相位比较电路5、及DSP (Digital Signal Processing,数字信号处理)控制器2。其中，电源7输出的信号源作为激励换能器的激励 源；逆变电路3与电源7相连，用于将电源7输出的信号源逆变为交流电以有效的激励换能 器，且逆变电路3同时与DSP的输出端相连以受控于DSP控制器2 ;匹配电路8与逆变电路 3的输出端相连，用于将逆变输出的信号源与换能器进行阻抗匹配；采样电路6用于采集匹 配电路输出的电压及电流，其与匹配电路的输出端相连；相位比较电路5连接于采样电路6 与DSP控制器2之间，用于将采样电路6里采集的电压及电流的相位进行比较并反馈给DSP 控制器；输入调节器I用于用户输入所需的功率，其与DSP控制器2相连。DSP控制器2根 据输入调节器I和相位比较电路5输出的信号发出指令控制逆变电路3中开关管的导通时 间来改变电源7输出的信号源的占空比及频率，进而改变激励换能器的激励源的占空比及 频率。[0025]再次参见图2及图3所示优选实施例，匹配电路连接于逆变电路3与换能器之间， 匹配电路可以改变换能器谐振的感性和阻抗性，从而能使换能器产生更好的谐振，以减少 外界的干扰的同时提高换能器的工作效率。具体的，谐振时的电路特性为其容抗等于感抗， 因为换能器整体呈容性，故需要提供一感性的匹配才能引起谐振。在换能器使用中，若匹配 不当，换能器不能正常工作，还能导致换能器的损坏；同时，匹配电路在改善负载阻抗特性 的同时可以利用网络的传输特性，对换能器电压峰值点和谷点进行适当的补偿，以改善换 能器电压响应特性。优选地，匹配电路包括电感L及电容C2、C3，电感L的一端连接逆变电 路的输出端，其另一端依次串联电容C3及电容C2，电容C2的两端连接换能器的输入端。该 匹配电路能较好的匹配换能器的阻抗特性，而且电容C2可以减少外界对驱动装置的干扰。[0026]DSP控制器2与逆变电路3之间还电连接有过流过压保护电路及隔离电路， 过流过压保护电路用于防止逆变电路3上的电压或电流过高产生的危险，隔离电路用于 减少外界对逆变电路3的干扰。同时，电源7与逆变电路3之间连接有滤波器，用于对电 源7输出的信号进行滤波，即用于除去信号源中的杂波。进一步的，采样电路6与相位比 较电路5之间电连接有滤波整形电路，用于将采样电路6采集的信号中的谐波除去，同时 对该信号进行整形。其中，DSP控制器2为本领域技术人员所熟知的具有数字信号处理功 能的集成芯片，其信号处理速度快，信号处理能力较强。优选地，DSP控制器2为型号是 DSPTMS320F2812的芯片。逆变电路3为全桥逆变电路3，其对DSP控制器2输出的指令响 应速度更快，且能实现较好的逆变。输入调节器I优选为电位调节器，其通过改变DSP输入 端的电压，以调节DSP控制器2输出的频率字，进而改变逆变电路3对占空比的调节。上述 中，滤波器、逆变电路3、隔离电路、匹配电路、过流过压保护电路、采样电路6、及相位比较电路5采用的为现有技术，其均为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。[0027]结合图2及图3对本实用新型提供的换能器用驱动装置的工作原理大致描述如 下[0028]用户调动电位调节器(通常为驱动装置所应用的设备外壳上的按钮)，以选择其所 需输出的功率，电位调节器输入不同的电位，DSP控制器2中根据不同的电位发出不同的指 令调节逆变电路3的逆变过程，即调节逆变电路3中开关管Zl至Z4的导通时间以改变占空 比，进而改变激励源及换能器的输出功率。因为电位调节器可以连续输出不同的电位，DSP 控制器2可以输出指令使逆变电路3的导通时间与连续不同的电位对应，进而输出连续的 不同的功率。所以，用户旋转电位调节器后，电源7输出的信号源经滤波器滤波后再经过逆 变电路3逆变后即可输出功率连续的激励源，接着经匹配电路LO (图中LO为匹配电路的 省略表示形式)将激励源匹配处理后驱动换能器PZT，即实现连续调功。同时，DSP控制器 2会在预定的时间内在预定频率范围内发出连续频率扫描指令，从而使逆变电路3中开关 管Zl至Z4的导通时间相应发生改变，进而使逆变电路3输出连续的不同频率的方波。而 且，采样电路6同时采集换能器的工作电压及电流，经滤波整形电路处理后，相位比较器将 电压相位与电流相位进行比较，当两者相位相同时，即表明此时激励源与换能器产生共振， 此时换能器工作于其谐振频率点处，DSP控制器2进而发出频率字，使逆变电路3固定输出 该频率的激励源。从而，使换能器工作在最佳状态下。[0029]本实用新型还提供了一种清创机，其包括清创机主体、位于清创机主体上的用于 产生超声波的换能器、及用于驱动换能器的驱动装置，其中，驱动装置为上述驱动装置中任意一种。[0030]所以，当换能器因为时间老化、温度改变、消毒液流量改变等影响时，换能器谐振 频率发生漂移。当换能器工作时，本实用新型提供的驱动装置能根据采集反馈的电流及电 压相位的情况自动追寻换能器工作的最佳谐振频率点，使驱动装置发出的激励源的频率达 到换能器的最佳工作频率；同时，用户又可根据使用情况调节驱动装置使换能器输出功率 连续可调的超声波。同理，本实用新型提供的清创机使得用户可根据伤口大小、消毒液流量 等使用情况来调节换能器的工作功率，使清创机能更好的适应不同的创伤，进而充分有效 的利用消毒液清理伤口 ；而且，清创机能自动追频使换能器在该环境下工作于谐振状态，进 而达到最佳工作效果。[0031]在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相 连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连 通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可 以根据具体情况理解上述术语的具体含义。[0032]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本 实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型 的保护范围之内。
权利要求1.一种换能器用驱动装置，其特征在于，包括电源、将电源输出的信号源逆变为交流电的逆变电路、及将逆变输出的交流电与换能器进行阻抗匹配的匹配电路，所述匹配电路的输出端用于接换能器；所述驱动装置还包括用于用户输入所需的功率的输入调节器、用于采集匹配电路输出的电压及电流的采样电路、对采样的电压及电流的相位进行比较的相位比较电路、及根据输入调节器和相位比较电路输出的信号控制逆变电路的逆变过程的DSP控制器。
2.如权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述匹配电路包括电感L及电容C2、 C3，电感L的一端连接逆变电路的输出端，其另一端依次串联电容C3及电容C2，电容C2的两端连接换能器的输入端。
3.如权利要求2所述的驱动装置，其特征在于，还包括连接于DSP控制器与逆变电路之间的过流过压保护电路。
4.如权利要求3所述的驱动装置，其特征在于，还包括连接于DSP控制器与逆变电路之间的隔离电路。
5.如权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，还包括连接于电源与逆变电路之间的用于对电源输出的信号滤波的滤波器。
6.如权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，还包括连接于采样电路与相位比较电路之间的用于将采样电路采集的信号进行滤波和整形的滤波整形电路。
7.如权利要求1至6中任一项所述的驱动装置，其特征在于，所述DSP控制器是型号为 DSPTMS320F2812 的芯片。
8.如权利要求1至6中任一项所述的驱动装置，其特征在于，所述逆变电路为全桥逆变电路。
9.如权利要求1至6中任一项所述的驱动装置，其特征在于，所述输入调节器为电位调节器。
10.一种清创机，包括清创机主体、位于清创机主体上的用于产生超声波的换能器、 及用于驱动换能器的驱动装置，其特征在于，所述驱动装置为权利要求1-9中任一项所述的换能器用驱动装置。
专利摘要本实用新型提供了一种换能器用驱动装置，其包括电源、将电源输出的信号源逆变为交流电的逆变电路、及将逆变输出的交流电与换能器进行阻抗匹配的匹配电路；所述驱动装置还包括用于用户输入所需的功率的输入调节器、用于采集匹配电路输出的电压及电流的采样电路、对采样的电压及电流的相位进行比较的相位比较电路、及根据输入调节器和相位比较电路输出的信号控制逆变电路的逆变过程的DSP控制器。本实用新型提供的驱动装置既可以连续调功又能自动追频，其能根据用户的需求驱动换能器输出各种不同的功率，且能使换能器处于较佳的工作频率，进而提高其工作效率。
文档编号B06B1/02GK202823836SQ20122043019
公开日2013年3月27日 申请日期2012年8月28日 优先权日2012年8月28日
发明者王晓华, 陈国聪, 王亚楠, 赵树明 申请人:惠州比亚迪电子有限公司