一種超聲波電機(jī)驅(qū)動匹配電路及適應(yīng)寬溫范圍的驅(qū)動方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種適應(yīng)寬溫范圍（環(huán)境溫度：-40~+75°C)的超聲波電機(jī)驅(qū)動匹配 電路與方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在探月三期工程中，月球軌道交會對接微波雷達(dá)由于功耗、重量要求苛刻。主機(jī)天 線綜合了這兩個因素后采用了超聲波電機(jī)。超聲波電機(jī)因體積小，功耗小廣泛應(yīng)用各種電 子設(shè)備、精密儀器等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。
[0003] 超聲波電機(jī)自身靜態(tài)電容會隨溫度的變化而變化從而影響驅(qū)動電路的驅(qū)動電壓 的幅度。因此設(shè)計驅(qū)動匹配電路時必須校正靜態(tài)電容對驅(qū)動匹配電路的影響。當(dāng)前國內(nèi)外 流行的驅(qū)動匹配電路主要有LCC形式、LC形式、LLCC形式，這些形式上的驅(qū)動匹配電路都不 能解決靜態(tài)電容對驅(qū)動信號的影響，從而適應(yīng)不了寬的溫度范圍的應(yīng)用。另外超聲波電機(jī) 在低溫下力矩會下降因此還需要低溫下驅(qū)動電壓要高，高溫下因此熱耗的問題又需要低電 壓，因此需要提供一種設(shè)計適應(yīng)這種需求的參數(shù)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種適應(yīng)寬溫范圍的超 聲波電機(jī)驅(qū)動匹配電路與驅(qū)動方法。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種超聲波電機(jī)驅(qū)動匹配電路，包括穩(wěn)壓二極管D1、 D2,電容C1，電感L1、L2 ;驅(qū)動信號正線分別接至電容C1的一端以及穩(wěn)壓二極管D1的陰極； 穩(wěn)壓二極管D1的陽極接至穩(wěn)壓二極管D2的陽極，電容C1的另一端分別接至電感L1的一 端、電感L2的一端以及穩(wěn)壓二極管D2的陰極；電感L1的另一端分別接至驅(qū)動信號回線及 電機(jī)的一端；電感L2的另一端接至超聲波電機(jī)的另一端。
[0006] 所述的電感LI、L2采用磁環(huán)繞制電感。
[0007] -種適應(yīng)寬溫范圍的超聲波電機(jī)驅(qū)動方法，所述的寬溫范圍的下限稱為低溫，上 限稱為高溫，通過在超聲波電機(jī)的驅(qū)動信號正線與回線之間安裝上述驅(qū)動電路實現(xiàn)驅(qū)動， 驅(qū)動電路中的各元件值確定步驟如下：
[0008] (1)測量超聲波電機(jī)在低溫下的靜態(tài)電容C0及諧振頻率f。；
[0009] (2)根據(jù)超聲波電機(jī)低溫下的電壓幅度Vpp，輸入驅(qū)動信號的幅度Vpp_drive，計 算增益
[0010] (3)通過
計算出電感L2的值； F.2
[0011] (4)通過計算出電感L1的值； Cr-1
[0012] (5)通過
計算電容Cl的值；
[0013] (6)測量電容C1兩端的壓降，選擇穩(wěn)壓二極管，使得穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值大于C1 兩端的壓降。。
[0014] 在步驟（5)與步驟（6)之間增加步驟（5. 1):減小電容C1的值，通過
重新計算出電感L1的值，再通過L2 =L1 ? (G-1)計算出電感L2 的值。
[0015] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點：
[0016] (1)本發(fā)明電路形式為采用雙極點諧振升壓電路，由一級高通諧振升壓電路和一 級低通諧振升壓電路串聯(lián)組成對電壓幅度具有一定的增益。該電路具有準(zhǔn)帶通功能在超聲 驅(qū)動頻率內(nèi)幅度比較平坦。同時抑制了驅(qū)動信號的三次諧波（可以達(dá)到13dB的抑制）很 好地實現(xiàn)了方波轉(zhuǎn)換為正弦波。
[0017] (2)本發(fā)明電路利用背對背二極管可以實現(xiàn)無電機(jī)時誤發(fā)驅(qū)動信號對電路進(jìn)行保 護(hù)。
[0018] (3)本發(fā)明方法可以實現(xiàn)電機(jī)高溫時輸出低電壓、低溫時高電壓，既滿足了電機(jī)在 寬溫范圍內(nèi)的應(yīng)用也提供了電機(jī)的工作壽命和可靠性。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發(fā)明電路圖；
[0020] 圖2為低通濾波的幅頻特性；
[0021 ] 圖3為高通濾波電路的幅頻特性；
[0022] 圖4為根據(jù)本發(fā)明提供的一個仿真電路圖；
[0023] 圖5為按照本發(fā)明提供的設(shè)計思路實現(xiàn)的一個電路實例圖。
【具體實施方式】
[0024] 下面就結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步介紹。
[0025] 如圖1所示為本發(fā)明實示意圖。驅(qū)動信號正線分別接至電容C1的一端以及穩(wěn)壓 二極管D1的陰極；電容C1的另一端分別接至電感L1的一端、電感L2的一端以及穩(wěn)壓二極 管D2的陰極；電感L1的另一端分別接至驅(qū)動信號回線及電機(jī)的一端；電感L2的另一端接 至超聲波電機(jī)的另一端。穩(wěn)壓二極管D1的陽極接至穩(wěn)壓二極管D2的陽極。為了提高電路 的Q值建議使用磁環(huán)繞制電感。
[0026] 兩級諧振升壓電路進(jìn)行串聯(lián)必然是得電路具備兩個極點，一個極點<40kHz-個 極點>40kHz，由于電機(jī)的等效電路特性，因此電機(jī)適合作為低通諧振電路的電容使用。為保 證低溫高電壓高溫低電壓應(yīng)是低通諧振電路的低溫諧振點在該電機(jī)的諧振頻率。因此就可 以根據(jù)低溫靜態(tài)電容容值和低溫電機(jī)的諧振頻率直接計算出低通濾波器的電感的感值。當(dāng) 溫度降低時低通諧振電路的諧振點往頻率高的方向移動這樣該低通諧振電路的增益不斷 增加因此推高電壓幅度如圖2所示，當(dāng)溫度升高時電路的諧振點在往頻率低的方向移動這 樣電壓幅度就降低。超聲波電機(jī)工作的信號頻率應(yīng)工作在高通諧振的諧振點與通帶之間， 否則的話器件參數(shù)漂移會帶來增益的嚴(yán)重變化。高通諧振電路的諧振點應(yīng)<40kHz。高通諧 振電路主要用于擬補(bǔ)低通諧振電路的增益和實現(xiàn)準(zhǔn)帶通效果，其幅頻特如圖3所示。根據(jù) 高低溫下要求的電壓信號的增益值適當(dāng)調(diào)節(jié)高通諧振電路的參數(shù)使得低溫下電機(jī)啟動電 壓滿足要求即可。
[0027] 基于上述分析，本發(fā)明提供一種適應(yīng)寬溫范圍的超聲波電機(jī)驅(qū)動方法，所述的寬 溫范圍的下限稱為低溫，上限稱為高溫，過在超聲波電機(jī)的驅(qū)動信號正線與回線之間安裝 上述的驅(qū)動電路實現(xiàn)驅(qū)動，驅(qū)動電路中的各元件值確定步驟如下：
[0028] (1)測量超聲波電機(jī)在低溫下的靜態(tài)電容C0及諧振頻率f。；
[0029] (2)根據(jù)超聲波電機(jī)低溫下的電壓幅度Vpp，輸入驅(qū)動信號的幅度Vpp_drive，計 算增益
：
[0030] (3)通過
計算出電感L2的值；
[0031] (4)通過
汁算出電感L1的值；
[0032] (5)通過
計算電容C1的值；
[0033] (6)測量電容C1兩端的壓降，選擇穩(wěn)壓二極管，使得穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值大于C1 兩端的壓降。。
[0034] 在步驟（5)與步驟（6)之間增加步驟（5. 1):增大電容C1的值，通過
￡新計算出電感L1的值，再通過L2 =L1 ? (G-1)計算出電感L2 的值。
[0035] (6)通過workbench、multisim(如圖4所示）仿真軟件測量電容C1兩端的壓降 (也可以通過matlab軟件計算C1兩端的壓降），選擇穩(wěn)壓二極管，使得穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓 值大于C1兩端的壓降。
[0036] 實施例
[0037] 驅(qū)動芯片采用LMD18200,變壓器變比為1:5,電容和電感的設(shè)計值見圖5所示。該 電路可以很好地實現(xiàn)了對超聲波電機(jī)的驅(qū)動并通過了實驗驗證。目前該電路應(yīng)用到創(chuàng)聯(lián) USM45電機(jī)上，能適應(yīng)-40 °C~75 °C的使用范圍。
[0038] 本發(fā)明未詳細(xì)說明部分屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識。
【主權(quán)項】
1. 一種超聲波電機(jī)驅(qū)動匹配電路，其特征在于：包括穩(wěn)壓二極管Dl、D2,電容C1，電感 L1、L2 ;驅(qū)動信號正線分別接至電容Cl的一端以及穩(wěn)壓二極管Dl的陰極；穩(wěn)壓二極管Dl的 陽極接至穩(wěn)壓二極管D2的陽極，電容Cl的另一端分別接至電感Ll的一端、電感L2的一端 以及穩(wěn)壓二極管D2的陰極；電感Ll的另一端分別接至驅(qū)動信號回線及電機(jī)的一端；電感 L2的另一端接至超聲波電機(jī)的另一端。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲波電機(jī)驅(qū)動匹配電路，其特征在于：所述的電感LU L2采用磁環(huán)繞制電感。3. -種適應(yīng)寬溫范圍的超聲波電機(jī)驅(qū)動方法，所述的寬溫范圍的下限稱為低溫，上限 稱為高溫，其特征在于：通過在超聲波電機(jī)的驅(qū)動信號正線與回線之間安裝權(quán)利要求1所 述的驅(qū)動電路實現(xiàn)驅(qū)動，驅(qū)動電路中的各元件值確定步驟如下： (1) 測量超聲波電機(jī)在低溫下的靜態(tài)電容CO及諧振頻率f。； (2) 根據(jù)超聲波電機(jī)低溫下的電壓幅度Vpp，輸入驅(qū)動信號的幅度Vpp_drive，計算增(6)測量電容Cl兩端的壓降，選擇穩(wěn)壓二極管，使得穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值大于Cl兩端 的壓降。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種適應(yīng)寬溫范圍的超聲波電機(jī)驅(qū)動方法，其特征在于：在 步驟（5)與步驟（6)之間增加步驟（5. 1):減小電容Cl的值，通過 重新計算出電感Ll的值，再通過L2 = Ll · (G-I)計算出電感L2的值。
【專利摘要】一種超聲波電機(jī)驅(qū)動匹配電路及適應(yīng)寬溫范圍的驅(qū)動方法，電路包括穩(wěn)壓二極管D1、D2，電容C1，電感L1、L2；驅(qū)動信號正線分別接至電容C1的一端以及穩(wěn)壓二極管D1的陰極；穩(wěn)壓二極管D1的陽極接至穩(wěn)壓二極管D2的陽極，電容C1的另一端分別接至電感L1的一端、電感L2的一端以及穩(wěn)壓二極管D2的陰極；電感L1的另一端分別接至驅(qū)動信號回線及電機(jī)的一端；電感L2的另一端接至超聲波電機(jī)的另一端。本發(fā)明電路形式為采用雙極點諧振升壓電路對電壓幅度具有一定的增益。該電路具有準(zhǔn)帶通功能在超聲驅(qū)動頻率內(nèi)幅度比較平坦。同時抑制了驅(qū)動信號的三次諧波(可以達(dá)到13dB的抑制)很好地實現(xiàn)了方波轉(zhuǎn)換為正弦波。
【IPC分類】H02N2/06, H02N2/14
【公開號】CN105071693
【申請?zhí)枴緾N201510518812
【發(fā)明人】蔡春貴, 鐘新旺, 李 榮, 王登峰, 梁銀, 楊新龍
【申請人】西安空間無線電技術(shù)研究所
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年8月21日