摘要：为实现超声波电机驱动的小型化，本文提出了一种基于boost和lcr阻尼振荡的驱动系统，该系统根据mosfet的开通和关断分别工作在滤波储能和电压补偿状态。前者以lcr阻尼振荡电路为基础实现电压波形的优化，后者通过boost升压补偿由lcr阻尼振荡带来的电压衰减。选择****的加压时机使boost升压和lcr阻尼振荡电路之间相互配合，从而保证电路的输出电压的频率和峰值到达设计要求。

关键词：超声波电机；boost升压；lcr阻尼振荡

中图分类号：tm359. 9    文献标志码：a    文章编号：1001-6848( 2010) 02-0047-04

    传统超声波驱动电路主要由两部分组成：一是由脉冲变压器和功率管组成的升压和逆变电路；二是利用超声波电机阻容性负载特性和滤波电感的配合所组成的低通滤波电路。文献[2]对以脉冲变压器为核心的驱动电路进行了讨论，通过分析其电学模型直接利用其漏感参数，使其与超声波电机的容性参数配合起到了低通滤波电路的作用，同时实现升压。此类电路已成功用于多种超声波电机的驱动，具有较好的稳定性和可靠性。但该电路元件数量多且体积较大，制约了超声波电机在其他相关领域的应用。文献[3]通过选取合适的l值使其与超声波电机容性参数配合，利用lc电路的谐振特点同时起到升压和滤波的作用，有利于降低了电路的体积。但该电路的功率传输能力有限，电路的稳定性差同时谐振点的选取也有很大的难度，不利于其在工程领域的虚用。本文在前人研究的基础上，提出了一种新型的基于boost和lcr阻尼振荡的升压和逆变电路。

  新型驱动系统主要有三部分构成：

一是以单片机为核心的控制电路，该电路为boost电路提供pwm波；

二是由boost和lc组成的升压逆变电路；

三是由电源芯片构成的稳压电路为单片机和驱动芯片提供工作电压。

   工作原理简述如下：稳压芯片提供5v电压作为单片机，晶振芯片和功率管驱动芯片的工作电压。晶振芯片为单片机提供4 mhz工作时钟。单片机输出两路pwm波经驱动芯片后控制boost电路工作在升压状态并于lc电路相协调工作，完成升压和逆变。图1为系统的结构图。

  

    由于超声波电机本身参与驱动波形的调制过程中，因此讨论超声波电机的电学等效模型对于分析电路工作过程具有重要的意义。通过对单相驻波超声波电机电特性的分析可知，单相驱动的超声波电机在谐振频率点附近的等效电路可以用图2(a)表示。图中cd为压电陶瓷介电性能引起的夹持电容；峨为压电陶瓷介电性能引起的介电损耗；rd为压电振子机械损耗的等效电阻；lm为反映压电振子质量效应的等效电感；rm为对应压电振子弹性模数的等效电容；rm、lm和cm串联支路反映了压电陶瓷振子的机械振动特性。在不改变电路外特性的前提下，图2(a)最终可简化为图2(b)所示。

   

    图3为系统主功率电路拓扑，其中ql为irlml6401型mosfet管，其接受来自单片机的pwm驱动信号的控制；dl为续流二极管。l1和l2为带有磁芯的电感。他们分别在mosfet开通状态下起到储能和滤波的作用。现对主电路的工作原理做简要分析。

  

    mosfet的驱动信号采用占空比为百分之90的pwm渡。主电路根据mosfet的开断情况工作在两种不同的状态。功率管导通时，l1和dc组成储能回路c和r组成阻尼振荡电路，该回路利用mosfet断开时l2和c中的储能与电阻r配合完成一个周波的阻尼振荡过程从而达到改善波形的目的，如图4。