一种低温升自适应超声波洁牙机的制作方法

本实用新型涉及医疗整形美容设备技术领域，特别涉及一种低温升自适应超声波洁牙机。

背景技术：

超声波洁牙机是在超声波洁牙过程中所用到的洁牙机器，通过超声波推动洁牙工作尖，将振动着的洁牙器工作尖伸入口腔，松动菌斑、牙垢以及细小的牙石和牙齿的粘合物，打碎牙齿表面的污物，同时不断用水冲洗，去除牙齿表面的牙结石，完成洗牙。

现有的超声波洁牙机其振荡信号通常由单片机控制器直接产生PWM输出，该方法虽然简洁方便，但存在两个缺陷：第一，不能产生推挽振荡信号，因而功率放大电路只能工作在正半周，效率低，且发热较严重，不利于电路稳定工作；第二，压电陶瓷片的谐振点在(30±5)KHz，谐振频带宽度≤80Hz，而单片机控制器的PWM输出在25～35KHz频率下，步进频率≥100Hz，因此单片机控制器的PWM输出可能找不到压电陶瓷片的最佳谐振点，进一步降低了工作效率。

并且超声波洁牙机在正常工作时功率为10～20W，要求在180～250V的宽电压范围内工作，因此一般供电电源在超声波洁牙机工作时会产生大量热量，造成机内温度过高，长时间工作容易造成系统工作不稳定。

技术实现要素：

(一)解决的技术问题

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种低温升自适应超声波洁牙机，可自动扫描搜索最佳谐振点，谐振频率和振荡强度数字锁定，谐振点漂移极小，工作效率高，减少了电源部分发热，提高了稳定性和可靠性，延长了使用寿命。

(二)技术方案

一种低温升自适应超声波洁牙机，包括MPU微处理器单元、振荡单元、频率控制单元、强度控制单元、功率放大单元、电流采样反馈单元、机械振动单元和开关电源单元；所述振荡单元在所述MPU微处理器单元控制下产生占空比可控的推挽脉冲输出，并由所述MPU微处理器单元发送数据到所述频率控制单元控制所述振荡单元的振荡频率，使所述振荡单元产生的振荡信号的占空比和频率受所述MPU微处理器单元控制，所述振荡信号经所述功率放大单元放大后驱动所述机械振动单元，把超声振荡电信号转化为超声机械振动信号，所述开关电源单元给其它各单元供电，并限制输出电压和电流，减少电源部分发热。

进一步的，所述MPU微处理器单元包括MPU微处理器芯片、石英晶振、光耦隔离器、三极管、第一发光二极管、第一二极管、第一～第六电阻和第一～第四电容，其中所述MPU微处理器芯片为PIC16F73，所述光耦隔离器为TLP520-1，所述第四电容为电解电容。

进一步的，所述振荡单元包括脉宽调制器、第一变阻器、第七～第十五电阻和第五～第十一电容，其中所述脉宽调制器为TL494，所述第六和第七电容为电解电容。

进一步的，所述频率控制单元包括数字电位器和第十五电容，其中所述数字电位器为MCP41010。

进一步的，所述强度控制单元包括第二变阻器、第十六电容、第十七电容、第二十三电阻和第二十四电阻。

进一步的，所述功率放大单元包括高频变压器、第一场效应管、第二场效应管和第二十五～第二十八电阻。

进一步的，所述电流采样反馈单元包括运算放大器、第十六～第二十二电阻和第十二～第十四电容，其中所述运算放大器为MCP602。

进一步的，所述机械振动单元为压电陶瓷片。

进一步的，所述开关电源单元包括整流滤波电路、DC-DC变换电路和稳压电路；所述整流滤波电路包括第一电感、第二电感、整流器、第十八电容和第十九电容，所述DC-DC变换电路包括DC-DC变换器、第三电感、第三二极管、第二十～第二十三电容和第二十九～第三十一电阻，所述稳压电路包括LDO稳压器、第四电感、第二发光二极管、第二十四～第二十七电容和第三十二电阻。

再进一步的，所述DC-DC变换器为MC34063，所述LDO稳压器为LM7805，所述第二十、第二十四和第二十七电容为电解电容。

(三)有益效果

本实用新型提供了一种低温升自适应超声波洁牙机，可自动扫描搜索最佳谐振点，谐振频率和振荡强度数字锁定，谐振点漂移极小，工作效率高，提高了稳定性和可靠性，能良好地清除牙垢和牙结石等污物，达到美观牙齿的效果，并采用开关电源作为供电电源，减少了电源部分的发热，机内温度低，延长了使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型所涉及的一种低温升自适应超声波洁牙机的系统结构框图。

图2为本实用新型所涉及的一种低温升自适应超声波洁牙机的MPU微处理器单元电路原理图。

图3为本实用新型所涉及的一种低温升自适应超声波洁牙机的振荡单元电路原理图。

图4为本发明所涉及的一种低温升自适应超声波洁牙机的频率控制单元电路原理图。

图5为本实用新型所涉及的一种低温升自适应超声波洁牙机的强度控制单元电路原理图。

图6为本实用新型所涉及的一种低温升自适应超声波洁牙机的功率放大单元电路原理图。

图7为本实用新型所涉及的一种低温升自适应超声波洁牙机的电流反馈采样单元电路原理图。

图8为本实用新型所涉及的一种低温升自适应超声波洁牙机的开关电源单元电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型所涉及的实施例做进一步详细说明。

如图1所示，一种低温升自适应超声波洁牙机，包括MPU微处理器单元、振荡单元、频率控制单元、强度控制单元、功率放大单元、电流采样反馈单元、机械振动单元和开关电源单元；振荡单元在MPU微处理器单元控制下产生占空比可控的推挽脉冲输出，并由MPU微处理器单元发送数据到频率控制单元控制振荡单元的振荡频率，使振荡单元产生的振荡信号的占空比和频率受MPU微处理器单元控制，振荡信号经功率放大单元放大后驱动机械振动单元，把超声振荡电信号转化为超声机械振动信号，该超声机械振动信号能良好地清除牙垢和牙结石等污物，从而达到美观牙齿的效果，开关电源单元给其它各单元供电，并限制输出电压和电流，减少电源部分发热。

如图2所示，MPU微处理器单元包括MPU微处理器芯片U1、石英晶振X1、光耦隔离器U2、三极管Q1、发光二极管LED1、二极管D1、电阻R1～R6和电容C1～C4，其中MPU微处理器芯片U1为PIC16F73，光耦隔离器U2为TLP520-1，电容C4为电解电容。

如图3所示，振荡单元包括脉宽调制器U3、变阻器Rw1、电阻R7～R15和电容C5～C11，其中脉宽调制器U3为TL494，电容C6和C7为电解电容。振荡电路控制芯片采用TL494，推挽振荡信号由TL494的E1脚和E2脚输出，该信号的频率由CT脚和RT脚外接的电容CT和电阻RT决定，CT和RT应选用低温漂的电容和电阻。该信号振荡频率计算公式为Fosc＝1.1/2RT*CT，该信号的占空比由TL494的+V1脚和-V1脚的外接信号电压决定。

如图4所示，频率控制单元包括数字电位器U5和电容C15，其中数字电位器U5为MCP41010。为满足压电陶瓷片振荡频率为25～35KHz、步进频率≤80Hz的要求，图3电路中的变阻器Rw1是阻值为20KΩ的粗调电位器，数字电位器U5是PIC16F73控制下的细调电位器。经计算Rw1粗调(以数字电位器U5阻值为5KΩ计)，使Fosc变化范围为24.5～35.7KHz，满足要求。细调的数字电位器U5选用总阻值10KΩ，256级可调的MCP41010，MCP41010与PIC16F73的通信采用方便快捷的SPI方式，步进阻值是39.0625Ω。振动器的步进频率为振荡频率为35KHz时的步进频率为30.4Hz，振荡频率为25KHz时的步进频率为15.6Hz。因此，采用数字电位器U5控制TL494工作方式可满足压电陶瓷片谐振带宽的要求。

如图5所示，强度控制单元包括变阻器Rw2、电容C16、电容C17、电阻R23和电阻R24。PIC16F73的RA1脚外接电位器Rw2，调在不同位置则RA1输入的模拟电压不同，经PIC16F73内部A/D转换为数字信号，该信号决定由RC2脚输出的PWM信号的占空比。PWM信号经滤波后送到TL494的-V1脚，与+V1脚送入的参考电压Vref比较，从而决定TL494的E1脚和E2脚输出的振荡信号脉宽在0～48％。当引脚开关断开时，PIC16F73判断到RC3脚输入为高电平，则PIC16F73的PWM输出占空比为0，TL494的E1脚和E2脚输出振荡信号占空比也为0，从而控制洁牙机停止机械振荡输出。

如图6所示，功率放大单元包括高频变压器T1、场效应管Q2、场效应管Q3和电阻R25～R28。超声机械振荡为了起到良好的洁牙效果，机械振荡必须达到一定的强度，即送到压电陶瓷片的由TL494输出的振荡信号必须先经过功率放大。由于功率管流过的瞬间电流达到1.1A，为减少功率管发热，缩小散热片，采用场效应管作为功率驱动管，性能稳定，发热极少，能有效地缩小线路板体积。经功率放大后的信号由高频变压器T1升压到峰峰值250～350V，送到压电陶瓷片转换为超声机械振荡。

如图7所示，电流采样反馈单元包括运算放大器U4、电阻R16～R22和电容C12～C14，其中运算放大器U4为MCP602。由于压电陶瓷片的谐振点各不相同，为了让电路能适应各种压电陶瓷片，电路应该具备自动扫描搜索谐振点的功能。当PIC16F73刚上电，且引脚开关接通时，RC2的PWM输出脉宽固定为80％，从而TL494的E1脚和E2脚的输出信号脉宽固定不变。同时PIC16F73周期地发送数据到数字电位器MCP41010，使MCP41010的PA0脚和PW0脚之间的电阻从0步进到10KΩ，则TL494的E1脚和E2脚的输出频率以15.6～30.4Hz步进变化。占空比固定不变的信号，当振荡信号频率与压电陶瓷片的谐振频率一致时，流经场效应管源漏极的电流最大。该电流由采用电阻R19转变为电压信号，经运算放大器U4放大后送到PIC16F73的RA0脚，PIC16F73对该电压进行A/D转换为数值Q，记忆住Q为最大值时送到数字电位器U5的数据P。当数字电位器U5由0变化到10KΩ时，压电陶瓷片谐振点的扫描搜索完成。把数据P送到数字电位器U5，则TL494输出固定频率的振荡信号，即是压电陶瓷片的谐振频率。运算放大器U4的带宽一定要大于2MHz，因为采样电阻R19的峰值电压在扫描搜索时变化很快，如果运算放大器U4的带宽不足，则可能找不到压电陶瓷片的最佳谐振点。本电路选用带宽为2.8MHz的MCP602。

如图8所示，开关电源单元包括整流滤波电路、DC-DC变换电路和稳压电路；整流滤波电路包括电感L1、电感L2、整流器D2、电容C18和电容C19，DC-DC变换电路包括DC-DC变换器U6、电感L3、二极管D3、电容C20～C23和电阻R29～R31，稳压电路包括LDO稳压器U7、电感L4、发光二极管LED2、电容C24～C27和电阻R32。其中，DC-DC变换器U6为MC34063，LDO稳压器U7为LM7805，电容C20、C24和C27为电解电容。

开关电源采用摩托罗拉公司的DC-DC控制芯片MC34063，该电路具有线路简单，成本低廉，效率高，温升低的特点。核心元件MC34063是一种单片双极型线性集成电路，片内包含有温度补偿带隙基准源，一个占空比周期控制振动器驱动器和大电流输出开关。输出电压U＝(1+R2/R1)*1.25V，限流电阻R30为1Ω，故输出电流被限制在0.3V/1Ω＝0.3A。

在洁牙机的电源输入端接入电源滤波器，滤除电网中的高次谐波和脉冲干扰。MPU微处理器选型时选择带硬件看门狗的型号，或者外加看门狗电路，可以有效地监视程序是否陷入死循环故障。在每个芯片的电源输入端与共地端并接一个0.1uF的去耦电容，对外部送来的信号进行光耦隔离。

本实用新型提供了一种低温升自适应超声波洁牙机，可自动扫描搜索最佳谐振点，谐振频率和振荡强度数字锁定，谐振点漂移极小，工作效率高，提高了稳定性和可靠性，能良好地清除牙垢和牙结石等污物，达到美观牙齿的效果，并采用开关电源作为供电电源，减少了电源部分的发热，机内温度低，延长了使用寿命。

上面所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的构思和范围进行限定。在不脱离本实用新型设计构思的前提下，本领域普通人员对本实用新型的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本实用新型的保护范围，本实用新型请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。