摘要：為實現超聲波電機驅動的小型化，本文提出了一種基于boost和lcr阻尼振蕩的驅動系統，該系統根據mosfet的開通和關斷分別工作在濾波儲能和電壓補償狀態。前者以lcr阻尼振蕩電路為基礎實現電壓波形的優化，后者通過boost升壓補償由lcr阻尼振蕩帶來的電壓衰減。選擇****的加壓時機使boost升壓和lcr阻尼振蕩電路之間相互配合，從而保證電路的輸出電壓的頻率和峰值到達設計要求。

關鍵詞：超聲波電機；boost升壓；lcr阻尼振蕩

中圖分類號：tm359. 9    文獻標志碼：a    文章編號：1001-6848( 2010) 02-0047-04

    傳統超聲波驅動電路主要由兩部分組成：一是由脈沖變壓器和功率管組成的升壓和逆變電路；二是利用超聲波電機阻容性負載特性和濾波電感的配合所組成的低通濾波電路。文獻[2]對以脈沖變壓器為核心的驅動電路進行了討論，通過分析其電學模型直接利用其漏感參數，使其與超聲波電機的容性參數配合起到了低通濾波電路的作用，同時實現升壓。此類電路已成功用于多種超聲波電機的驅動，具有較好的穩定性和可靠性。但該電路元件數量多且體積較大，制約了超聲波電機在其他相關領域的應用。文獻[3]通過選取合適的l值使其與超聲波電機容性參數配合，利用lc電路的諧振特點同時起到升壓和濾波的作用，有利于降低了電路的體積。但該電路的功率傳輸能力有限，電路的穩定性差同時諧振點的選取也有很大的難度，不利于其在工程領域的虛用。本文在前人研究的基礎上，提出了一種新型的基于boost和lcr阻尼振蕩的升壓和逆變電路。

  新型驅動系統主要有三部分構成：

一是以單片機為核心的控制電路，該電路為boost電路提供pwm波；

二是由boost和lc組成的升壓逆變電路；

三是由電源芯片構成的穩壓電路為單片機和驅動芯片提供工作電壓。

   工作原理簡述如下：穩壓芯片提供5v電壓作為單片機，晶振芯片和功率管驅動芯片的工作電壓。晶振芯片為單片機提供4 mhz工作時鐘。單片機輸出兩路pwm波經驅動芯片后控制boost電路工作在升壓狀態并于lc電路相協調工作，完成升壓和逆變。圖1為系統的結構圖。

  

    由于超聲波電機本身參與驅動波形的調制過程中，因此討論超聲波電機的電學等效模型對于分析電路工作過程具有重要的意義。通過對單相駐波超聲波電機電特性的分析可知，單相驅動的超聲波電機在諧振頻率點附近的等效電路可以用圖2(a)表示。圖中cd為壓電陶瓷介電性能引起的夾持電容；峨為壓電陶瓷介電性能引起的介電損耗；rd為壓電振子機械損耗的等效電阻；lm為反映壓電振子質量效應的等效電感；rm為對應壓電振子彈性模數的等效電容；rm、lm和cm串聯支路反映了壓電陶瓷振子的機械振動特性。在不改變電路外特性的前提下，圖2(a)最終可簡化為圖2(b)所示。

   

    圖3為系統主功率電路拓撲，其中ql為irlml6401型mosfet管，其接受來自單片機的pwm驅動信號的控制；dl為續流二極管。l1和l2為帶有磁芯的電感。他們分別在mosfet開通狀態下起到儲能和濾波的作用。現對主電路的工作原理做簡要分析。

  

    mosfet的驅動信號采用占空比為百分之90的pwm渡。主電路根據mosfet的開斷情況工作在兩種不同的狀態。功率管導通時，l1和dc組成儲能回路c和r組成阻尼振蕩電路，該回路利用mosfet斷開時l2和c中的儲能與電阻r配合完成一個周波的阻尼振蕩過程從而達到改善波形的目的，如圖4。