基于LCC补偿网络的超声波换能器空载低压差驱动
基于超声的传感技术是一种广泛应用于测距[1]、成像、材料检测以及诊断和治疗过程中的广泛应用技术。一些流行的应用是超声波测距、医学无损检测、手势控制、汽车和机器人传感器。超声波的非电离特性使其可以安全地用于人体，从而使其可以用于传统的压电式换能器。
驱动电路是整个超声测量系统的基础,当驱动电路的频率和换能器频率一致时，可以使换能器产生共振[2],从而发出高频的超声波,以满足实际测量的需要。这就要求超声波电源向更高性能的方向进步，以便更加有效地驱动应用于精密工程领域的超声波换能器。[3]
在文献[4]中，使用一级电压放大电路和一级功率放大电路组成了超声波换能器驱动电路，并且使用了调谐匹配使超声波换能器等效阻抗近视为电阻，又对变压器参数进行设计，使换能器系统功率放大电路的效率最高。文献[5]中采用一款电流反馈型运算放大器进行电压放大，后使用多级三极管组成互补推挽电路进行电流放大并且将功耗分散，有利于换能器系统的稳定性。文献[6]中使用STM32作为主控芯片，使用四个IGBT组成全桥逆变电路进行驱动，由于芯片不能直接驱动IGBT开通和关断，又设计了换能器自举电路使全桥电路正常运行。文献[7]中使用了E类逆变器进行驱动，并在调节谐振电路参数值后，实现了功率MOSFET在零电压下导通。功率MOSFET的电流和电压波形在切换时间间隔内不重叠，开关损耗几乎为零，产生高效率。文献[8-10]中使用的是三极管放大电路，文献[1]中使用MOS管放大电路，主要是利用开关管的开关作用，将方波信号进行放大，并经由变压器和简单的补偿电路，构成了换能器驱动电源。而更早以前使用的拓扑，例如文献[11-14]中，都是使用555定时器产生调制脉冲，而后经过调制电路驱动换能器。
以上拓扑各有优劣，但没考虑到带空载压差对换能器驱动电源工作时的影响，且大多拓扑输出电压不高，升压比很低。本文使用LCC补偿拓扑，并对变压器后级进行阻抗匹配，解决了换能器在高升压比情况下因原边电流瞬时功率大而引起的带载和空载功率差距大的问题，在直流侧电压24V的情况下，使换能器系统能稳定工作在1.2kV，并使换能器系统在带载和空载时压差较小，实现了高升压比和控制空满载压差的效果。
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