[发明专利]一种医用超声波电源的动态匹配网络及其匹配方法

权利要求书

1.一种医用超声波电源的动态匹配网络，其特征在于，包括反馈电路、控制器，以及依次连接的信号发生器、整流滤波电路、功率逆变电路、匹配变压器、匹配电感、超声波换能器；

所述反馈电路的输入端与所述超声波换能器连接，其输出端与所述控制器连接；所述控制器的输出端与所述匹配电感连接；

所述匹配电感的电感值可调，且用于对所述超声波换能器进行补偿，实现调谐匹配；

所述反馈电路用于实时获取所述超声波换能器两端电压有效值和电流有效值，以及获取所述超声波换能器两端电压信号与电流信号的相位差，并传输至控制器；

所述控制器用于根据接收的实时的电压有效值、电流有效值以及电压信号与电流信号的相位差对所述匹配电感的电感值进行调节。

2.根据权利要求1所述的医用超声波电源的动态匹配网络，其特征在于，所述信号发生器用于产生频率为30KHz～60KHz的驱动信号。

3.根据权利要求1所述的医用超声波电源的动态匹配网络，其特征在于，所述整流滤波电路包括相互连接的整流单元和滤波单元；所述整流单元为不控桥式整流电路，用于完整交直流转换；所述滤波单元用于抑制直流脉动和消除交流谐波。

4.根据权利要求1所述的医用超声波电源的动态匹配网络，其特征在于，所述功率逆变电路为全桥逆变电路。

5.根据权利要求1所述的医用超声波电源的动态匹配网络，其特征在于，所述匹配变压器为采用E型铁氧体磁芯的高频变压器。

6.根据权利要求1至5任一项所述的医用超声波电源的动态匹配网络，其特征在于，所述匹配电感包括多个串联的uH级别的功率电感，且每个电感的两端并联有一个继电器，所述继电器与所述控制器连接，所述控制器通过控制所述继电器的通断来操作对应电感的短路或接入。

7.根据权利要求6所述的医用超声波电源的动态匹配网络，其特征在于，所述反馈电路包括采样电路、鉴相电路和电流电压有效值转换电路；所述鉴相电路和电流电压有效值转换电路均与所述采样电路连接；所述采样电路用于采集流过所述超声波换能器的电流信号，以及采集所述超声波换能器两端的电压信号；所述电流电压有效值转换电路用于根据所述采样电路采集的电流信号和电压信号获取对应的电流有效值和电压有效值并输出至所述控制器；所述鉴相电路用于将所述采样电路采集的电压信号的相位和电流信号的相位进行相位比较并产生相位差信号输出至控制器。

8.根据权利要求1所述的医用超声波电源的动态匹配网络，其特征在于，所述超声波换能器为压电陶瓷换能器，其中压电陶瓷为PZT4或PZT8。

9.根据权利要求1所述的医用超声波电源的动态匹配网络，其特征在于，所述控制器为数字信号处理器控制器。

10.一种医用超声波电源的动态匹配方法，其特征在于，使用如权利要求1至9任一项所述的医用超声波电源的动态匹配网络进行动态匹配，包括如下步骤：

根据阻抗的定义推导出阻抗模和阻抗角：其中，Z表示阻抗，R表示阻抗的实部——电阻，X表示阻抗的虚部——电抗；|Z|为阻抗模，表示超声波换能器两端电压有效值与电流有效值的比值，即为阻抗角，表示超声波换能器两端电压信号与电流信号的相位差；

通过反馈电路获取超声波换能器两端实时电压有效值与电流有效值进而得到阻抗模；以及获取超声波换能器两端实时电压信号与电流信号的相位差进而得到阻抗角；

根据阻抗模和阻抗角，运用公式即可得到电抗X，控制器基于电抗X的实时变化，再根据串联谐振条件X＝2πfL，求得所需匹配电感的电感值；其中，f表示系统谐振频率，L表示电感值；

控制器实时根据求得的所需匹配电感的电感值对接入的匹配电感的电感值进行调节，使超声波换能器的工作过程始终处于谐振状态。