一种超声波雾化片扫频电路的制作方法

本实用新型涉及雾化片技术领域，特别是指一种超声波雾化片扫频电路。

背景技术：

超声波雾化片是由压电晶体材料和金属片构成，利用的是晶体材料的压电效应，在晶体材料2端施加电平能够使晶体材料产生形变，形变的变化范围极小，因此可以产生极高频率的物理的震荡，压电晶体材料的工作原理如下图1和图2所示。图1为正压电效应—外力使晶体产生电荷，图2为逆压电效应—外加电场使晶体产生形变。在上图中的任意一个电极贴上一片金属薄片即可构成一个超声波雾化片，以上为超声波雾化片的原理。

超声波雾化片在电学特性上呈现出以下特点：

(1)电容特性，在雾化片的2个电极之间使用仪器测量有电容存在，因此直流电无法通过超声波雾化片。

(2)电感特性，雾化片的2个电极之间存在感抗，由于有电感的存在会阻碍一定频率范围内的交流电流通过。

超声波雾化片的等效电路图为串联的电容C和电感L，其频率特点为：

(1)电容C串联在电路中因此雾化片2端只有交流电流能够通过；

(2)雾化片2端的电流频率越高电容C的容抗会越来越小；

(3)雾化片2端的电流频率越低电感L的感抗会越来越小。

具体如图3所示，图中雾化片中心频率为2条曲线的交汇处，因为等效电路中的电容和电感是串联，所以当电压不变的情况下频率偏离交汇处的时候会因为电感的感抗或者电容的容抗增大，导致流经雾化片的电流降低，电流下降到一定的阈值之后雾化片得到的能量就不足以产生雾化效果。注意：以上图表 仅作为演示用，不代表实际测试数据。

流过超声波雾化片的电流与频率的关系：

(1)只要是交流电流流过雾化片都可以使雾化片震荡；

(2)当电压不变的情况下只有交流电流的频率最接近雾化片中心点的时候流过雾化片的电流才是最大的，雾化片所获得的能量才足以产生雾化效果；

(3)根据结论(1)当电流频率不在雾化片的中心点的时候只要提高电极的电压也可以使雾化片获得足够的能量产生水雾，但是会因为雾化片的感抗或者容抗的增加导致雾化片自身损耗增加，从而使效率急剧下降，并且雾化片会严重发热或者烧毁；

(4)当电压不变的情况下可以通过改变交流电流的频率，测量交流电流的大小来确定雾化片的中心频率。

根据雾化片特性的分析以及公开号为CN105049024A的中国实用新型专利，其公开的一种超声波雾化片高精度扫频电路和扫频方法，仍存在一些不足之处：电路比较复杂，成本有些偏高、整体效率偏低，不能适应更低的电压供电。

技术实现要素：

本实用新型提出一种超声波雾化片扫频电路，解决了现有技术中电路比较复杂，成本有些偏高、整体效率偏低，不能适应更低的电压供电问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种超声波雾化片扫频电路，包括输入模块，输入模块的输出端连接有分压电路，分压电路连接有滤波电路，分压电路的两端设有分压检测端子，滤波电路连接有耦合电路，耦合电路的输入端还设有开关信号输入电路，耦合电路的输出端设有输出滤波电路，输出滤波电路连接输出模块。

进一步的，输入模块与分压电路之间设有输入滤波电容。

进一步的，耦合电路和输出滤波电路之间设有隔离电路。

进一步的，输入模块包括正极输入端子和负极输入端子，分压电路为分压电阻，分压电阻与正极输入端子或负极输入端子连接。

进一步的，耦合电路为变压器或三脚工字电感。

进一步的，开关信号输入电路为三极管或可控硅或MOSFET，三极管或可控硅或MOSFET的输入端设有PWM信号输入。

进一步的，隔离电路为隔离电容。

进一步的，所述输出滤波电路为输出滤波电容。

本实用新型的有益效果在于：电路简单，降低了成本，由于电路不需要进行升压，效率得到提高，通过耦合电路，能够使输入电压的范围更加宽泛。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为雾化片正压电效应的工作原理图；

图2为雾化片逆压电效应的工作原理图；

图3为雾化片的频率-电路变化曲线图；

图4为本实用新型一种超声波雾化片扫频电路实施例一的电路原理图；

图5为本实用新型一种超声波雾化片扫频电路实施例二的电路原理图；

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图4所示，本实用新型提出了一种超声波雾化片扫频电路，包括输入模块，输入模块的输出端连接有分压电路，分压电路连接有滤波电路，分压电路的两端设有分压检测端子，滤波电路连接有耦合电路，耦合电路的输入端还设有开关信号输入电路，耦合电路的输出端设有输出滤波电路，输出滤波电路连接输出模块。输入模块与分压电路之间设有输入滤波电容。耦合电路和输出滤波电路之间设有隔离电路。输入模块包括正极输入端子和负极输入端子，分压电路为分压电阻，分压电阻与正极输入端子或负极输入端子连接。耦合电路为变压器或三脚工字电感。开关信号输入电路为三极管或可控硅或MOSFET，三极管或可控硅或MOSFET的输入端设有PWM信号输入。

具体，图4中的各元器件的名称及作用如下：

VDD 该点为输入电源的正极

VSS 该点为输入电源的负极

OUT+ 该点连接超声波雾化片的其中一个电极

OUT- 该点连接超声波雾化片的另外一个电极

C1 该电容为电路输入滤波电容，实际应用中根据电源供电情况可以选择不同的容量或者不添加

C2 该电容为电路滤波电容，实际应用中根据电源供电情况的不同确定不同的容量和耐压，该电容为电路必须必须

C3 该电容起到隔离直流的作用，电容的容量和电压根据实际情况选择，该电容在部分应用中可以选择不添加

C4 该电容在电路中起到滤波的作用可以显著降低高频交流电流对外界的干扰，同时起到在雾化片未连接的时候防止电路开路的作用，其容量和电压根据实际情况选择

Q1 该元器件为NPN型元器件，实际应用中可以使用三极管、可控硅、或者MOSFET等开关元器件，其作用为主要开关管

RS 该元器件为分压电阻元器件，其在电路中起到分压的作用，通过该元器件的分压测量流经变压器初级侧线圈的电流，该电阻的参数会根据不用的应用调节阻值的大小，同时该电阻也可以串接在电路的VSS位置，但是由于将电阻串接在VSS位置会造成Q1产生浮地，因此不推荐使用这种接法，但是该接法也是电路的一种变形；测量RS电阻2端的分压电压的方法有多种，例如可以采用差分放大电路将信号放大后测量，或者采用专门的电流测量放大芯片进行测量等，这里不一一列举.

T1 该元器件为一个典型的变压器，通过初级侧1-2引脚之间的线圈流过交流电流使次级侧3-4引脚之间产生耦合电流，通过改变初级侧和次级侧之间线圈的匝数比可以改变次级侧输出电压的高低

V1 该位置为分压测量点1

V2 该位置为分压测量点2

PWM 该位置输入开关信号

以上电路中开关管的PWM位置输入接近雾化片中心频率的开关信号，变压器的初级侧流过电流，变压器的次级侧会有耦合电流流过，该电流流过雾化片使雾化片产生震荡，然后由于电流流经采样电阻RS会在电阻的2端产生压差，通过测量采样电阻2端的压差可以知道流经变压器线圈初级侧的电流大小，同时由于变压器的耦合作用同时也可以知道变压器线圈次级侧流过的电流大小。

如图5所示，本实用新型在实际应用中以上电路会有多个变形出现，例如采用三脚工字电感进行耦合的方法，在该应用中使用了3脚工字电感取代了变压器，其原理与变压器无异。

本实用新型的扫频过程包括以下步骤：

(1)开关信号输入电路按照初始频率输入频率驱动；

(2)测量并记录分压检测端子之间的压差；

(3)改变开关信号输入电路的输入频率，判断是否达到设定的截止频率，若否，则重复步骤(2)，若是，则进入下一步；

(4)确定分压检测端子之间的最大压差，将其对应的开关信号输入电路的输入频率记为雾化片的中心频率。

进一步的，步骤(2)为

(2)测量并记录分压检测端子之间的压差或测量并记录流过分压电阻的电流；

(3)改变开关信号输入电路的输入频率，判断是否达到设定的截止频率，若否，则重复步骤(2)，若是，则进入下一步；

(4)确定分压检测端子之间的最大压差或选择流经分压电阻的最大电流，将其对应的开关信号输入电路的输入频率记为雾化片的中心频率。

进一步的，还包括以下步骤：

(5)监控雾化片以中心频率工作时的工作电流，若工作电流与最大电流的电流差为30％-50％，则判断雾化片处于缺水工作状态。

进一步的，还包括以下步骤：

(6)开关信号输入电路停止输入。

当雾化片的中心频率为110Khz的情况下，选取100Khz作为扫频的起始频率，120Khz作为扫频的结束频率，或者当雾化片的中心频率为1.7Mhz的情况下，选取1.6Mhz作为扫频的起始频率，1.8Mhz作为扫频的结束频率，然后从起始频率开始渐进增加，例如增加1Khz或者0.01Mhz，每次增加一档频率都会测量并且记录采样电阻分压数据，也就是测量并记录电流的大小，当频率增加到了结束频率的时候就把所有记录到的电流数据进行对比，其中筛选出来的最大电流点对应的输入频率就是超声波雾化片的中心频率，或者是最接近超声波雾化片的中心频率。

另外，在对以上电路进行测试的时候发现：当雾化片在以中心频率工作的时 候雾化片在接触水和没有接触水的情况下其工作电流相差很大，大约有30％到50％的电流差距，因此根据该特性，可以在正常工作的时候通过实时监控电流的大小来判断是否缺水，例如在工作中如果电流变化超过一定的阈值即可认为雾化片处在缺水工作状态，便可以停止PWM信号的输入，实现有水即工作，无水即停止。

此扫频方法跟之前的扫频方法对比有以下几个优点：

(1)电路简化成本得到了进一步的降低；

(2)输入电压范围更加宽泛，当输入电压不同时只需要改变线圈初级和次级的匝数比即可；

(3)由于电路不需要进行升压相对于之前的2级升压电路效率得到了很大的提高，整体功耗下降了30％，并且电路不工作的情况下几乎没有功耗，最适合需要长时间待机的移动类产品应用；

(4)扫频的时候电路的稳定性更高，扫频的精度可以进一步提高。

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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。