摘 要

随着各种新技术，新器件，新理论的日益成熟，超声波技术也被运用到各种领域中。超声波按摩仪便是其中一种代表，它利用压电陶瓷的逆压电效应，在激励下产生超声振动，突破了传统按摩仪的界限，具有许多特殊的优点，因此成为新型按摩仪领域研究的热点。本设计主要对超声波按摩仪功率电源进行了分析和设计。

本设计通过提出基本的系统框架，由此得出各硬件电路的基本设计方案，分别为：功率输出主电路的设计，驱动电路的设计，检测电路的设计和频率跟踪电路的设计。各硬件电路各司其职，相互配合，将市电转化为各频段的交流电，所得出的不同频段的交流电可通过下级网络，即压电陶瓷，继而产生超声振动，得出各种所需的超声波。本文还通过matlab仿真进行实验验证，实验结果表明，该设计能够满足实验要求。

关键词：超声波电源；换能器；频率跟踪；matlab

Abstract

With a variety of new technologies， new devices， and new theory increasingly mature， ultrasonic technology has also been applied to various fields. Ultrasonic massage instrument is one of the representatives of the use of piezoelectric ceramic reverse piezoelectric effect， under the excitation of ultrasonic vibration， breaking the boundaries of the traditional massage instrument， with many special advantages， so a new type of massage instrument research Hot spots. This design mainly analyzes and designs the ultrasonic power supply.

In this design， the basic design scheme of each hardware circuit is obtained by designing the basic circuit， the design of the driving circuit， the design of the detection and control circuit and the design of the frequency tracking circuit. Each of the hardware circuit to perform their duties， with each other， the electricity into the frequency band of alternating current， the resulting different frequency band AC can be through the lower network， that is， piezoelectric ceramics， and then produce ultrasonic vibration， come to the various Ultrasonic. The experimental results show that the design can meet the requirements of the experiment.

Keywords:ultrasonic power supply；transducer；frequency tracking；matlab

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 研究主要内容及意义 2

第2章 理论基础 4

2.1 超声波电源工作原理 4

2.2 超声波电源组成 4

2.2.1 整流滤波电路 4

2.2.2 功率放大电路 4

2.2.3 驱动电路 5

2.2.4 检测电路 5

2.2.5 频率跟踪电路 5

2.2.6 匹配网络 5

2.2.7 换能器 5

2.3 本章小结 5

第3章 超声波按摩仪功率电源的系统硬件设计 6

3.1 超声波按摩仪功率电源的总体框架 6

3.2 超声波按摩仪功率电源主电源拓扑结构 6

3.3 整流滤波电路设计 8

3.3.1 整流电路设计 8

3.3.2 滤波电路设计 10

3.4 功率放大电路设计 11

3.4.1 功率放大电路原理图 11

3.4.2 开关管参数设计 12

3.5 驱动电路设计 13

3.5.1 驱动电路设计原则 13

3.5.2 驱动电路的确定 13

3.6 检测电路设计 14

3.7 频率跟踪电路设计 15

3.8 匹配网络设计 15

3.8.1 匹配网络的作用 16

3.8.2 匹配网络的确定 16

3.8.3 谐振分析 18

3.9 本章小结 18

第4章 实验结果分析 19

4.1 matlab软件介绍 19

4.2 超声波按摩仪功率电源的建模与仿真 19

4.2.1 超声波按摩仪功率电源的建模 19

4.2.2 超声波按摩仪功率电源的仿真 20

4.3 本章小结 21

参考文献 23

致谢 24

第1章 绪论

1.1 研究背景

现如今，各种不同的新技术，新理论，新器件层出不穷，使得各种新兴技术得到飞速发展的机遇。尽管有的新兴技术遇到了许多问题，诸如技术不够成熟，理论不够完善，但仍无碍新兴技术的蓬勃发展。

功率超声技术作为新兴技术的其中一种，拥有不少优势。它是以材料科学，物理学，模拟电子电路技术，电力电子技术等学科构成的现代高新技术。而其中，超声波技术便是其一，由于超声波技术所具备的独特优势，使得它在诸多领域中都得以快速发展。而超声波按摩仪便是超声波技术的其中一种应用。

利用压电陶瓷的逆压电效应，在激励信号下产生超声振动，这便是超声波按摩仪的工作原理，它突破传统按摩仪的理念，具有许多独特的优点，成为新型按摩仪领域研究的热点。本设计主要基于通过分析现有驱动电源设计方案，得出按摩仪功率电源方案，进行硬件电路的设计、计算及仿真模拟。

超声波按摩仪功率电源，也被称为超声波发生器，事实上是一种将市电转化为各种频率的电信号，使其与下级换能器相匹配，从而得出所需的满足要求的超声波信号。

根据其激励方式，大致可以将超声波按摩仪功率电源分为两种：自激式超声波按摩仪功率电源和他激式超声波按摩仪功率电源。

为了使超声波按摩仪功率电源工作更可靠安全，其硬件电路应该包括功率输出主电路，驱动电路，检测和控制电路和频率跟踪电路。除此之外，为了使输出功率更加稳定，效率更高，应该使超声波按摩仪功率电源的输出频率等于换能器的谐振频率。实验证明，当这两个频率相等时，效率最高。而换能器的谐振频率可能由于装配的损坏，设备的老化等原因发生变化，因此应该设置闭环，对超声波按摩仪功率电源的