[发明专利]基于高频超声波的理疗驱动器系统及其驱动方法

说明书

本发明公开了一种基于高频超声波的理疗驱动器系统及其驱动方法，其包括主控芯片、信号发生电路、MOS管开关网络模块、LCC谐振网络模块和网络优化及其匹配电路。本发明通过调整LCC谐振网络的参数，使其与对应的超声换能器负载的参数相匹配，使整个系统的输出达到最优，确保超声换能器工作在谐振频率区间，使得驱动器与超声换能器的最佳匹配，有效提升能量转换效率，增大超声波振幅的输出，而且发热量小，有效地提高了驱动器的可靠性与稳定性，让驱动器能够安全、稳定的持续运行，具有更加精确的优化模型，参数设计相对简单，电压放大倍数进一步提高等优点，进而提升理疗效果，利于广泛推广使用。

技术领域

本发明涉及超声波电路驱动技术领域，特别涉及一种基于高频超声波的理疗驱动器系统。

背景技术

超声治疗是利用超声波作用于生物组织的效应改善人体组织的状况的技术。当超声波作用于人体时，会产生热效应、机械效应、空化效应、触变效应、弥散效应等生理作用，可用于心血管疾病、肢体运动障碍、软组织挫伤的辅助治疗。因此，基于超声辅助的治疗技术研究具有重要的研究意义。

当前超声理疗驱动器的研究包括：驱动架构、谐振网络、功率特性。谐振网络以其软开关、器件损耗低、功率密度高、负载能力强、电磁兼容性好等优点和滤波及电压放大的作用被用于改善换能器的工作特性。在谐振网络参数的设计方面，基于个人经验的方法费时费力，而启发式算法等现代优化算法已经得到应用。国外研究设计了一组流程去优化谐振网络的参数。首先确定输入电压和输出电压、输出电流，然后选择电路使用的器件，包括整流桥、MOS管、变压器、电容和电感，再使用以降低损耗为目标的优化算法，经进一步运算得到谐振电路参数，并进行谐波和损耗的计算。如果不满足设定的输出要求，则重新优化。然而，现有的优化方案需要构建复杂的损耗模型，权值选择有较大的任意性，不易获得最优的解决方案。

超声理疗驱动器是一个高频率高功率的系统，在设计过程中需要避免发热、波形畸变、转换效率低等现象，并且用作人体的理疗驱动器的安全性和可靠性非常重要。国内外在这方面已经做了较多工作，但仍然没有满足高可靠、高稳定的要求。对于谐振网络的参数匹配与优化，目前国内外大部分仍然采用经验式或手工调试方法，需要耗费大量的时间，且无法得到最优的匹配参数，现有超声理疗产品存在成本高、波形畸变、功率不可调等缺点。

发明内容

针对上述不足，本发明的目的在于，提供一种结构设计巧妙、合理，确保超声换能器工作在谐振频率区间的基于高频超声波的理疗驱动器系统。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案是：

一种基于高频超声波的理疗驱动器系统，其包括主控芯片、信号发生电路、MOS管开关网络模块、LCC谐振网络模块和网络优化及其匹配电路，主控芯片根据预先设定的电路工作的实际频率启动信号发生电路，MOS管开关网络模块将信号发生电路产生的高精度方波信号进行放大并输出，形成驱动负载的驱动电压信号；LCC谐振网络模块根据驱动电压信号产生相应的用于驱动超声换能器的正弦波信号，网络优化及其匹配电路监测超声换能器工作时的谐振频率，并进行相应的网络匹配和优化，得到最优参数，使得超声换能器工作在谐振频率之间。

作为本发明的一种改进，所述主控芯片为基于ARM Cortex-M3内核的芯片。

作为本发明的一种改进，所述芯片的型号为STM32F103VCT6。

作为本发明的一种改进，所述信号发生电路由DDS芯片AD9833和与非门74LS00构成，能够产生频率上限达12.5M且连续可调节的、互补的高精度方波信号。

作为本发明的一种改进，所述MOS管开关网络模块采取不对称半桥的形式，由MOS管驱动电路和NMOS半桥构成，输出单极性方波信号。

作为本发明的一种改进，所述LCC谐振网络模块具有断续电流模式和连续电流模式，将MOS管开关网络模块输出的方波信号转换为正弦波的交流电压用于驱动超声换能器。