[发明专利]用于换能器的操作电路和操作方法

说明书

本发明涉及用于驱动换能器(TR)的无变压器式操作电路及相应的操作方法，其中，操作电路具有容性能量存储器(C_TR)和感性能量存储器(L_DRV)。

技术领域

本发明涉及一种用于超声换能器(TR)的无变压器式操作电路。

背景技术

在开发用于自动驾驶的驾驶辅助系统的过程中，用于检测环境状况的传感器系统尤其重要。现今，超声传感器已经被用于构建所谓的环境地图。经常出现的问题在于，期望在保持低成本的同时使工作范围最大化。过去，使用变压器来驱动超声换能器的压电振荡器。然而，出于成本原因而应当省略这种变压器。因此，在现有技术中，换能器端子处的换能器振荡的电压幅值被限制至操作电压的两倍。其中，这里，通过输出驱动级的供电电源来理解操作电压。进而，操作电压借助电荷泵法或类似方法可以显著超过被施加在系统的输入端处的电压。本发明解决了该问题。

现有技术

借助未要求保护的图1来说明现有技术。图1示意性地、简单地示出了现有技术中的用于超声换能器的驱动级。因为本发明仅涉及换能器的压电振荡元件的驱动，所以下述内容也适用于具有压电振荡元件的超声发射器。

操作电压V_bat通过支撑电容器C_bat来稳定，支撑电容器通常被选择成相对较大。

在驱动阶段中，换能器TR被驱动。

为此，在驱动阶段的第一阶段中，接通第五晶体管T₅。然后，换能器TR的正端子TR+在该第一阶段中经由驱动器输出电阻R_DRV连接到操作电压V_bat。同时，接通第一晶体管T₁，并且接通第四晶体管T₄。由此，将驱动器电容C_DRV在其第一端子C_p处连接到操作电压V_bat并且在其第二端子C_m处连接到参考电位GND。在该第一阶段中，关断第三晶体管T₃和第二晶体管T₂。

在驱动阶段的第二阶段中，关断第五晶体管T₅和第一晶体管T₁和第四晶体管T₄。相反，在该第二阶段中，接通第二晶体管T₂和第三晶体管T₃。由此，将先前被充电至操作电压V_bat的电压的驱动器电容C_DRV在其第一端子C_p处连接到参考电位GND并且在其第二端子C_m处连接到驱动器输出端DRV。因此，驱动器输出端以操作电压V_bat的电压值的两倍产生电压跳变，从而低于参考电位GND的电位。

现在，驱动阶段的第一阶段和第二阶段优选地以由驱动器输出电阻R_DRV、换能器电容C_TR和换能器TR构成的换能器电路的谐振频率交替。由此，换能器TR的压电振荡元件被设置为振荡状态。

在驱动阶段之后是接收阶段。在此情况下，至少关断第五晶体管T₅和第三晶体管T₃。因此，没有能量被传递到换能器。

图1的电路的缺点在于，换能器在换能器正端子TR+和换能器负端子TR-处的操作电压的最大幅值被限制至操作电压V_bat的电压值的两倍。

图2示出了现有技术中已知的用于超声换能器TR的等效电路图。等效电路具有并联电容C_TRp、串联电阻R_TRs、串联电容C_TRs和串联电感L_TRs。超声换能器经由正端子TR+和负端子TR-连接。此处，术语“正端子TR+”和“负端子TR-”仅用于更好地进行定向并且不具有物理背景。

发明内容