【讨论】关于超声雾化驱动电路

dlcnight：最近在做一个超声雾化驱动电路，电路如图所示。

电路中用的三脚电感升压的方式为雾化片供电。实际测量时发现开关频率110K，雾化片两端的正弦波有失真，mos管发热严重。想问下如何解决这个问题？电路应该如何分析。

网友回复

maychang：“电路中用的三脚电感升压的方式为雾化片供电”
从图中看，不是升压，而是降压。如果是升压，那么电原理图不能这样画。

“雾化片两端的正弦波有失真，mos管发热严重”
本来MOS管就不是线性工作，输出的也不是正弦波，失真是正常的。
因为我没有图中KV1020和MOS管资料，楼主也没有贴出来，我更懒得去查，所以很难判断MOS管为何发热严重。

PowerAnts：找抽的电路, MOS栅极交流驱动, 若D=0.5, 驱动电压最多2.5V

dlcnight：不明白什么意思。
mos g极输入PWM，电容起耦合作用，为什么驱动电压最多2.5V

三脚电感初级匝数较小，次级匝数较多。开关管开关时次级电压比初级高，确实升压了。

实测mos开关时波形出现尖峰，开关损耗很大。
我想问后级匹配做好是否能减小开关损耗？匹配电路应该怎么设计参数。

maychang：你只记住“电容起耦合作用”，不知道电容是如何工作的，所以“不明白什么意思”。

“我想问……”
我在3楼已经说过了，“因为我没有图中KV1020和MOS管资料，楼主也没有贴出来，我更懒得去查，所以很难判断MOS管为何发热严重”，现在再说一遍。

PowerAnts：(相对)稳态情况下, C2,R3决定了栅极驱动电压, R3上所能获得的正向脉冲幅=C2左端脉冲幅值*(1-D)

补充, 因ciss<T, 故C2上的电压=输入脉冲电压*D

maychang：“三脚电感初级匝数较小，次级匝数较多。开关管开关时次级电压比初级高，确实升压了”
自己好好看看，升压升到什么地方去了？
提醒：弄清楚三脚电感1～2、2～3，哪个是初级，哪个是次级，初级应该如何联接，次级应该如何联接？

PowerAnts：楼主知道画蛇添足的故事吧, 你那个C2就是, 事情多半就坏在它的身上, 把它短路掉, 发热可能就没那很大了. 
至于波形, mosfet的漏接是RLC回路, 如果Q值比较高, 且驱动频率=谐振频率, 那就是正弦波, 若二者不相等或相差甚远, 那波形就会有失真, 若Q<0.5,则大概可能会比较像据齿波

dlcnight：但是我实测是高电平5V，1020手册上啥也没用，小厂家的，没啥参考价值。。所以我没放

芯片输出PWM为高时，电容左端被充电，充电时间非常快，由于其两端电压不能突变，右边电压也被拉伸至5V。芯片输出为低时，电容通过R4放点，放点速度由R4大小决定。实际用示波器测量时，发现高电平5V，低电平0V。正常啊。

关键是雾化片的相关参数查不到。。。

maychang：“但是我实测是高电平5V”
是电容C2的左端还是右端？猜测你测量的是C2左端，PowerAnts说的是C2右端。
C2右端，才是MOS管驱动电压。正常工作时，C2右端应该能够看到负电压(低于你的“地”)

“1020手册上啥也没用，小厂家的，没啥参考价值”
那你就敢用这片芯片？

gmchen：雾化片其实就是一片压电陶瓷，通常可以等效为一个电容与一个电阻，所以才有PowerAnts在13楼的那一番结论。
变压器这种接法，尽管也可能形成升压电路，但属于完全非正规的接法，MayChang已经指出了。

另外，即使楼主不知道雾化片的参数，也完全可以用实验的办法测试：用一个信号发生器（输出要足以驱动MOSFET）直接驱动场效应管，然后逐步改变频率，通过观察输出，可以找到谐振点。

dlcnight：频率是对的，关键是匹配的电感不太对，导致雾化片两端正弦失真。。
不知如何去修改参数了。。。
不匹配导致电流电压有相位差，一定程度也会增加mos的开关损耗

PowerAnts：C2上的电压=输入脉冲电压*D,  指的是C两端的直流电压

maychang：C2右端测得0～5V？我可以和你打赌：如果是真的，我赔一万块，如果不是，你赔一块

PowerAnts：悠着点, 哈哈, 万一楼主弄个千分之一的占空比, 你就亏大了, 反正也没说4.995不是5V，不过, 就楼主所说MOS管发热的情况来说, 占空比倒是远不止千分之一

maychang：你那个雾化片和三端电感的联接方式就不对，先不要说什么匹配了。

chunyang：俺下注押maychang嬴，赌注、赔率任意。楼主太想当然了，根本就没去测，或者测的根本就不是C2右侧。

gmchen：“频率是对的”？雾化片的参数都没有，凭什么说频率是对的？
还有，楼主的变压器的接法，雾化片两端都是热端，你又如何用示波器观察？难道用差分探头还是用两个探头然后相减？

“频率是对的”？雾化片的参数都没有，凭什么说频率是对的？
还有，楼主的变压器的接法，雾化片两端都是热端，你又如何用示波器观察？难道用差分探头还是用两个探头然后相减？

PowerAnts：如果楼主提供mosfet发热严重的板子，俺也买马

kiroking：一看题目就知道是我做过的产品，这个考虑成本有两种方案，一种是考硬件产生高频信号，还有一种是单片机输出PWM信号过图腾柱然后过MOS管，mos上的最高电压峰值有37V的样子，至于会过热是是因为开关速度的问题，电压下来的时候电流没完全关断，所以功率高了，雾化片的参数基本就1.7M和2.5M两种的，国内的技术所有问题都是在定频不准

maychang：当然，还要附加条件：电容C2没有损坏。如果电容C2损坏，测量出0～5V完全有可能。

PowerAnts：驱动RLC回路, 串并联关系决定了工作频率在谐振频率的左侧还是右侧, 搞对了发热就很小了, 开关速度在这里反而不是重点，几M的PWM, 单片机好像不便宜, 不过不熟悉这一块

dlcnight：能详细说一下原因么，比如电容的充放电过程，上面解释的确实不太明白。
我把电容换成小电阻4R，仍然比较热。下面这个图，绿色是mos ds串联的1R采样电阻上的电压，黄色是mos G电压。可以看出来确实是开关损耗比较大。
这个应该怎么改进？换管子或者推挽驱动？

PowerAnts：电容换成小电阻4R, 这句是什么意思? 如果是说104电容不变, 10K电阻改成了4欧, 那110K的频率, 脉宽2uS, 那C2R3时间常数为0.4uS, 但是有7uS的放电时间, 显然就能将C2上的电荷"放光" , 那栅极有5V的脉冲幅度也就对了, 但只能维持很短的时间, 远到不了2uS. 你最好把有正确参数的原理图贴出来, 不要让大家猜。另外, 压电陶瓷片的谐振频率是多少, 也是需要公示的。

maychang：复杂的先不说，电容“隔直流”总应该知道。
既然“隔直流”那么电阻R3两端没有直流电压。也就是说，R3两端波形在横轴之上部分的面积和在横轴之下部分的面积一定相等。占空比小(脉冲很窄)，横轴上面部分幅度大而时间短，横轴下面部分幅度小而时间长。但因横轴下面部分的存在，窄脉冲也不可能达到和没有电容C2一样的幅度。
其实，这就是PowerAnts所说占空比千分之一，脉冲幅度可以达到4.995V的原因。

PowerAnts：你明显不懂陶瓷振子, 至少要找个等效电路看看. 它是一个RLC串联回路, 再并一个静电容C'. 在谐振频率上, RLC回路中的LC阻抗抵消, 只剩下R等效, 于是此时振子相当于R与C'并联. 而你那个三脚的耦合电感L2, 应与C'谐振于110K, 形成一个RLC并联谐振电路. 
但是, 驱动频率是否要110KHz, 脉宽要多大, 这倒是有文章可做的, 为什么发热, 跟驱动的频率和脉宽也有很大关系.

dlcnight：等效电路我找了，RLC串联与c并联。关键是这些参数完全不知道啊。
一般压电陶瓷有两个谐振频率，一个为串联谐振一个为并联谐振。在这两个频率中时，其呈感性，反之为容性。现在我也不知道110K是在哪个频率段。
开关管的开关损耗问题我想两种方法解决：
1.换结电容ci小的管子
2.使用图腾柱推挽驱动。
不知道还有没有别的更好方法。

PowerAnts：电容换4欧电阻, 那你还口口声声测的是C2右湍干嘛呢?参数, 你要找振子的datasheet.
这里别管什么串联谐振点和并联谐振点, 两个点靠得太近了, 不用去管. 你只需要了解静电容, 与你的三脚电感谐振

dlcnight：嗯，我说一下我的理解。
PWM输出由0变为1时，电容左端充电，右端电压被拉伸至5V。PWM保持1，电容通过R3放电，放电时间常数为C2R3，由于该值近似为1ms，而PWM高电平时间远小于此值，故可认为电容右端电压基本不保持变化。PWM由1变为0时，电容右端电压下降至0V附近（应该小于0），然后电容右端通过R3放电，重复以上过程。
占空比的大小决定了稳态时的电压值。

maychang：“PWM输出由0变为1时，电容左端充电，右端电压被拉伸至5V。”
那可不一定。如果"PWM输出由0变为1时"之前电容两端电压不为零，你的推论就不正确。
只有该时刻之前电容两端电压为零，驱动芯片输出端由0至1跳变后电容右端才是5V。

kiroking：有些靠近，但不是最佳方案，可惜这个不能公布，我所了解的某家出价10W买这个算法都没拿到，无论是电路还是算法都有一定的难度。很多想说的关键点都触及了核心内容，我快憋不住了，还有一点可以说的，就是1.7M的雾化片比2.5M的好做，能说的都说完了，再多一点都是涉及核心了

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