由一路方波驱动大功率超声波换能器的电路
超声换能器驱动电路的设计
超声换能器驱动电路的设计
超声换能器驱动电路的设计一般包括一些基本电路，如同步电路、余弦电路、宽度调节电路、激励电路等。
1、同步电路：该电路包括一个发生器（定时器）和一些缓冲电路，借助定时器可以产生恒定的正弦波、方波、三角波等脉冲波形，用于驱动超声换能器发出振动信号。
2、余弦电路：该电路设计的目的是将同步电路产生的脉冲波形转换成恒定的余弦波，从而使超声换能器发出的超声振动的全部单元具有相同的形状和幅度，包括减小共振效应。
3、宽度调节电路：该电路是用来控制余弦信号，从而控制超声换能器发出的超声振动的频率。
4、激励电路：该电路的作用是根据所需的功率以及安全供电激发超声换能器，从而确保其正常工作。
超声波振动筛换能器的接线方法与工程图
超声波振动筛大家都已经知道其工作原理了，如不清楚请阅读【超声波振动筛工作原理及特点--新乡先锋振动】。
今天我们主要讲解的是超声波振动筛主要配件之一的超声波换能器的接线方法。
超声波换能器是一种能把高频电能转化为机械能的装置。
由材料的压电效应将电信号转换为机械振动。
超声波换能器是一种能量转换器件，它的功能是将输入的电功率转换成机械功率（即超声波）再传递出去，而自身消耗很少的一部分功率。
由于在原有三次元旋振筛的基础上加装超声波换能起，从而得到了我们现在使用的超声波振动筛。
那么在超声波换能器使用中难免有换能器损坏现象，这就需要我们自行接线了（筛机出厂时换能器已经接好）。
超声波振动筛换能器有两根，即：一根是正极一根是负极和外壳通的是负极，不要把正负接反了，否者会电着人！超声波振动筛换能器工程图：
由上可知超声波振动筛换能器在接线时用户一定主要正负极的连接。
一定注意安全。
超声换能器驱动电路及其回波接收电路设计分析
元件 等有 较大的影响 ， 因此 ， 一定要结合设计需要选择 Ｄ的值 。 结合 上述计算 公式可知 ，最大导通时间 Ｔ ｏ Ｎ 为１ ５ 。 ２ ． ３ 变器变 比的确定 变压器的变 比由 Ⅳ表示 。当超声换能器 的额定功率 Ｐ ０ 确 定时 ，变压器的功率负荷 ｌ ｕ ｔ ／ ＇ ７ 也 可确定 。变压器 的变比计算 公 式为 ：
１ ２ ０ １ ５年 第 ２ ２期 卜 …………… 一一 Ｌ …Ｌ
Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ＆Ｉ ｎ ｎ ｏ ｖ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｌ 科 技与创 新
文章 编 号 ：２ ０ ９ ５—６ ８ ３ ５（ ２ ０ １ ５ ）２ ２ —０ ０ ７ ９ —０ ２
一
２ ． ４ 变压器铁芯 的选择 铁芯可决定脉 冲变压 器的质量和体积指标 ，因此 ，选 择合 适的铁芯对脉 冲变压 器设 计至关重要 。在脉 冲变 压器的设计过 程 中，常采用软磁合 金 、有 电工钢 、非 晶态合金 和软磁铁氧体 等多种材质作 为铁 芯 。根据 以往 的经验 ，因软磁 铁铁氧体具有 较高的工艺性 和低廉 的价格 ，受到很多使用 者的青睐 ；铁氧体 铁芯的 电阻率较高 ，符合脉 冲变压器 的设计要求 。 铁芯选择公式为 ：
超声换 能器的工作频率往往决定 了变压器的工作频率 。在 脉 冲变压 器的设计 中 ， 如果超声换能器 的工作频率 为 ３ ０ Ｉ ｃ ｉ ｌ ｚ ， 则 与之对应 的脉冲变压器工作周期 ３ ３ 。
２ ． ２ ． ２ 变压 器 最 大 导通 时 间 的 确 定
最 大导通时间的确定取决 于脉 冲变 压器的工作周期 ，计算
超 声 换 能 器 驱 动 电路 及 其 回波 接 收 电路 设 计 分 析
由一路方波驱动大功率超声波换能器的电路
.由一路方波驱动大功率超声波换能器的电路，包括脉冲方波电压源VPULSE、反相器U1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q4、第四三极管Q5、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一变压器T1、第二变压器T2、第一绝缘栅双极型晶体管Q3、第二绝缘栅双极型晶体管Q6、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、换能器Y1；所述的反相器U1的型号为CD4069；其特征在于：所述的脉冲方波电压源VPULSE的一端接地，另一端与反相器U1的1脚连接，反相器U1的2脚与反相器U1的3脚、第一电阻R1的一端和第五电阻R5的一端连接，反相器U1的4脚与第二电阻R2的一端、第六电阻R6的一端连接，反相器U1的7脚接地，反相器U1的14脚连接VCC 15V电源，第一电阻R1的另一端与第一三极管Q1的基极连接，第一三极管Q1的发射极与第一二极管D1的阴极、第二二极管D2的阴极、VCC 15V电源和第二三极管Q2的发射极连接，第一三极管Q1的集电极与第一二极管D1的阳极、第一变压器T1原边的一端、第四三极管Q5的集电极、第三二极管D3的阴极连接，第二二极管D2的阳极与第二三极管Q2的集电极、第一变压器T1原边的另一端、第四二极管D4的阴极、第三三极管Q4的集电极连接，第二三极管Q2的基极与第二电阻R2的另一端连接，第五电阻R5的另一端与第四三极管Q5的基极连接，第四三极管Q5的发射极与第三二极管D3的阳极、第四二极管D4的阳极、第三三极管Q4的发射极连接并接地，第三三极管Q4的基极与第六电阻R6的另一端连接，第一变压器T1的一个副边的一端与第四电阻R4的一端连接，第一变压器T1的一个副边的另一端与第一绝缘栅双极型晶体管Q3的发射极、第二绝缘栅双极型晶体管Q6的集电极、第一电容C1的一端、第八电阻R8的一端、第二变压器T2原边的一端连接，第四电阻R4的另一端与第一绝缘栅双极型晶体管Q3的基极连接，第一绝缘栅双极型晶体管Q3的集电极与第三电阻R3的一端连接并接VCC 300V电源，第三电阻R3的另一端与第一电容C1的另一端连接，第一变压器T1的另一个副边的一端与第七电阻R7的一端连接，第一变压器T1的另一个副边的另一端与第二绝缘栅双极型晶体管Q6的发射极、第四电容C4的一端连接并接地，第七电阻R7的另一端与第二绝缘栅双极型晶体管Q6的基极连接，第四电容C4的另一端与第八电阻R8的另一端连接，第二变压器T2原边的另一端与第二电容C2的一端、第三电容C3的一端连接，第二电容C2的另一端与VCC 300V电源连接，第三电容C3的另一端接地，第二变压器T2副边的一端与换能器Y1的一端连接，第二变压器T2副边的另一端与换能器Y1的另一端连接。
超声换能器及匹配电路
检测超声换能器
检测超声换能器是实现产生和接收超声信 号的主要器件.目前检测超声换能器主要是 利用压电材料制成的压电陶瓷超声换能器、 静电换能器以及电磁声换能器等.
电磁超声
F=I×B
图为一个传统的压电式超声检测用纵波直 探头.
静态匹配电路
55静态匹配电路静态匹配电路66电感电容匹配改进电感电容匹配t型匹配77比较比较串联电感匹配后的有功电阻小于并联匹配的有功电阻且串联匹配后所需的激励电压也小于并联匹配的激励电压
超声换能器及匹配电路超声波• 特性：方向性好强度大、对固体、液体 的穿透本领强
• 对介质的作用：机械作用、热作用、空化 作用
电感-电容匹配
改进电感电容匹配
T型匹配
比较
• 串联电感匹配后的有功电阻小于并联匹配的有功 电阻,且串联匹配后所需的激励电压也小于并联匹 配的激励电压.
• T型网络匹配,理论推导简单,不必测L1、C1的值; 且输出电阻较单个串联电感进一步减小,是一种更 好的匹配网络.
• 改进的电感-电容匹配比电感-电容匹配的可调节 参数(L、C)增多一可变电容Cd,且有功电阻也再进 一步减少,Qe也再进一步增大,滤波性能也再进一 步增加,是一种较理想的匹配.
超声波电源驱动电路的设计
超声波换能器驱动电路的设计
壹
针对过流产生时，设计的软件和硬件电路双重封锁PWM信号。 创新点： 创新点： 1 2 解释： 解释： 硬件电路上双重控制PWM 信号。当没有过流发生时， EXB841的5引脚不输出故 障信号，此时5引脚输出 的是高电平，三极管VA0 不导通，此时，与门1引 脚为高电平，由单片机产 生的PWM使三极管VA1导 3 通，此时，与门2引脚为 高电平，与门输出高
贰
针对EXB841芯片内部提供的-5V负偏压不足重新设计的电路。 创新点： 创新点： 解释： 解释： EXB841使用单一的20V电 源产生+15V和-5V偏压。 在高电压大电流条件下， 开关管通断会产生干扰， 使截止的IGBT误导通，针 对负偏压不足的问题，设 计了外部负栅压成型电路， 用外接8V稳压管VA9代替 了EXB841芯片内部的5V VA9为8V稳压管 稳压管。电源电压升为 24V。
超声波换能器驱动电路的设计
EXB841芯片简介
EXB841芯片包含正常开通过程、正常关断过程和过流保护动作三项功能. 当1 4和15两脚 间外加PWM控制信号时候，15和14脚有10mA ～ 25mA，在GE两端产生约15v ～ 18v的 IGBT开通电压；当触发控制脉冲电压撤消时，在GE两端产生约-5.1 V的IGBT关断电压. 过流保护动作过程是根据IGBT的CE极间电压Uce的大小判定是否过流而进行保护的，
超声波换能器驱动电路的设计
壹
针对过流产生时，设计的软件和硬件电路双重封锁PWM信号。 创新点： 创新点： 1 2 解释： 解释： 电平，三极管VA2导通， 驱动EXB841芯片工作， 当出现过流时，5引脚输 出故障信号，一路信号输 出至触发器S端，此时，S 端为高电平，Q端输出高 电平，使三极管VA0导通， 此时，与门1引脚为低电 3 平； 另一路信号，输至单 片机，经过单片机
一种应用于超声波换能器的自适应相位差驱动电路[实用新型专利]
![一种应用于超声波换能器的自适应相位差驱动电路[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/15a4324ea36925c52cc58bd63186bceb19e8ed1e.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 202022580613.0(22)申请日 2020.11.10(73)专利权人 杭州国彪超声设备有限公司地址 310018 浙江省杭州市钱塘新区6号大街260号15幢二层(72)发明人 陈华葵 (74)专利代理机构 杭州奥创知识产权代理有限公司 33272代理人 王佳健(51)Int.Cl.H03B 5/30(2006.01)B06B 1/02(2006.01)(54)实用新型名称一种应用于超声波换能器的自适应相位差驱动电路(57)摘要本实用新型涉及一种应用于超声波换能器的自适应相位差驱动电路。
本实用新型中的功率变换模块用于给超声波换能器提供驱动电压和电流，包括整流桥电路、降压电路、全桥电路和LC 谐振匹配电路；电压电流采样转换模块用于采集换能器的电压和电流，并将电压和电流模拟量转换为数字量；相位差转换电路模块用于将所述的数字量转换为相位差，即脉冲信号；MOS驱动电路接收来自所述相位差转换电路的输出，用于控制所述全桥电路中场效应晶体管的导通与关断，实现对功率变换模块输出频率的控制。
本实用新型将采样的换能器电压信号和电流信号的相位差信号直接转换为驱动电路的输入信号，减小了系统的控制时延。
权利要求书1页 说明书6页 附图3页CN 213152009 U 2021.05.07C N 213152009U1.一种应用于超声波换能器的自适应相位差驱动电路，包括功率变换模块、电压电流采样转换模块、相位差转换电路模块、MOS驱动电路模块和AC ‑DC模块，其特征在于：所述的功率变换模块用于给超声波换能器提供驱动电压和电流，包括整流桥电路、降压电路、全桥电路和LC谐振匹配电路；所述的电压电流采样转换模块用于采集换能器的电压和电流，并将电压和电流模拟量转换为数字量；所述的相位差转换电路模块用于将所述的数字量转换为相位差，即脉冲信号；所述MOS驱动电路接收来自所述相位差转换电路的输出，用于控制所述全桥电路中场效应晶体管的导通与关断，实现对功率变换模块输出频率的控制；所述的AC ‑DC模块用于给MOS驱动电路模块供电。
超声波发射电路及接收电路图
超声波发射电路及接收电
路图
Jenny was compiled in January 2021
超声波发射电路及接收电路图
超声波发射电路
发射电路如图3(a)所示。
发射电路将接收到的方波脉冲信号送入乙类推挽放大电路，用其输出信号驱动CMOS管，接着将其脉冲信号加到高频脉冲变压器进行功率放大，使幅值增加到100多伏，最后将放大的脉冲方波信号加到超声波换能器上产生频率为125kHz 的超声波并将其发射出去。
超声波接收电路
接收电路由OP37构成的两级运放电路，TL082构成的二阶带通滤波电路以及LM393构成的比较电路三部分组成。
因本系统频率较高，回波信号非常弱，为毫伏级，因此设计成两级放大电路，第一级放大100倍，第二级放大50倍，共放大5000倍左右。
另外考虑到本系统要适应各种复杂的工作环境，因此设计了由TL082构成的高精度带通滤波电路，以供回波信号放大后进行进一步滤波，将滤波后的信号输入到LM393构成的比较器反相输入端，与基准电压相比较，并且对其比较输出电压进行限幅，将其电压接至D触发器，比较器将经过放大后的交流信号整形出方波信号，将其接至FPGA，启动接收模块计数，达到脉冲串设定值时，关闭计时计数器停止计数。
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由一路方波驱动大功率超声波换能器的电路，包括脉冲方波电压源VPULSE、反相器
U1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管
Q4、第四三极管Q5、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管
D4、第一变压器T1、第二变压器T2、第一绝缘栅双极型晶体管Q3、第二绝缘栅双
极型晶体管Q6、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、换能器Y1；所述的反相器U1的型号为CD4069；其特征在于：所述的脉冲方波电压源VPULSE的一端接地，另一端与反相器U1的1脚连接，反相器U1的2脚与反相器U1的3脚、
第一电阻R1的一端和第五电阻R5的一端连接，反相器U1的4脚与第二电阻R2的一端、第六电阻R6的一端连接，反相器U1的7脚接地，反相器U1的14脚连接
VCC 15V电源，第一电阻R1的另一端与第一三极管Q1的基极连接，第一三极管Q1
的发射极与第一二极管D1的阴极、第二二极管D2的阴极、VCC 15V电源和第二三极管Q2的发射极连接，第一三极管Q1的集电极与第一二极管D1的阳极、第一变压器
T1原边的一端、第四三极管Q5的集电极、第三二极管D3的阴极连接，第二二极管
D2的阳极与第二三极管Q2的集电极、第一变压器T1原边的另一端、第四二极管D4
的阴极、第三三极管Q4的集电极连接，第二三极管Q2的基极与第二电阻R2的另一
端连接，第五电阻R5的另一端与第四三极管Q5的基极连接，第四三极管Q5的发射
极与第三二极管D3的阳极、第四二极管D4的阳极、第三三极管Q4的发射极连接并
接地，第三三极管Q4的基极与第六电阻R6的另一端连接，第一变压器T1的一个副
边的一端与第四电阻R4的一端连接，第一变压器T1的一个副边的另一端与第一绝缘
栅双极型晶体管Q3的发射极、第二绝缘栅双极型晶体管Q6的集电极、第一电容C1
的一端、第八电阻R8的一端、第二变压器T2原边的一端连接，第四电阻R4的另一
端与第一绝缘栅双极型晶体管Q3的基极连接，第一绝缘栅双极型晶体管Q3的集电极与第三电阻R3的一端连接并接VCC 300V电源，第三电阻R3的另一端与第一电容C1的另一端连接，第一变压器T1的另一个副边的一端与第七电阻R7的一端连接，第一
变压器T1的另一个副边的另一端与第二绝缘栅双极型晶体管Q6的发射极、第四电容
C4的一端连接并接地，第七电阻R7的另一端与第二绝缘栅双极型晶体管Q6的基极连接，第四电容C4的另一端与第八电阻R8的另一端连接，第二变压器T2原边的另一
端与第二电容C2的一端、第三电容C3的一端连接，第二电容C2的另一端与
VCC 300V电源连接，第三电容C3的另一端接地，第二变压器T2副边的一端与换能
器Y1的一端连接，第二变压器T2副边的另一端与换能器Y1的另一端连接。