本质安全Buck-Boost超声驱动系统设计与实验验证

"王宇等人提出了一种Buck-Boost型本安超声驱动系统，旨在解决常规超声设备在危险环境下的非本质安全问题。该系统结合了Buck-Boost变换器和多通道复用高压切换技术，通过计算储能元件的最小点燃能量来确保本安性能，并对电路元件参数进行了本安化设计。系统包括供电单元、升压单元、切换单元和控制单元，实验结果显示在16至36 V驱动电压下，与传统中频变压器驱动系统相比，其驱动效果接近，且驱动信号误差小于4 mV，证明了Buck-Boost电路满足本质安全要求，适用于各种危险环境中的超声波接收和发送设备。" 本文详细介绍了Buck-Boost型本安超声驱动系统的设计原理和实现方法。在超声设备应用中，尤其是在可能存在爆炸性或有害物质的环境中，设备的安全性至关重要。常规的超声驱动系统可能因电能积累引发安全事故，因此，作者提出了一种新的本质安全方案。该方案的核心是结合了Buck-Boost变换器和多通道复用高压切换技术，这种设计可以动态调节输出电压，同时降低潜在的点燃风险。 首先，作者通过计算驱动系统中储能元件（如电容）的最小点燃能量，来评估系统的本质安全性能。这个计算过程是基于安全标准和法规进行的，目的是确保在任何条件下，系统都无法产生足以引燃周围环境的火花或热量。 接下来，对Buck-Boost电路的各个元件（例如电感、电容和开关管）的参数进行了优化，使其满足本质安全的要求。这包括选择适当的材料、尺寸和工作特性，以限制电能存储并防止过电压和过电流的发生。 然后，设计了供电单元，它为整个系统提供稳定的基础电源；升压单元则负责将输入电压提升到超声换能器所需的高电压；切换单元用于多通道复用，提高效率；而控制单元则监控和调整整个系统的运行状态，确保安全和性能。 通过实验验证，该Buck-Boost驱动系统在16到36伏特的驱动电压范围内，其驱动性能与传统的中频变压器驱动系统相当。实验结果表明，采用灵敏超声探头检测两种驱动系统的发射信号，其绝对误差能够控制在4毫伏以内，这进一步证明了新系统的高精度和安全性。 Buck-Boost型本安超声驱动系统为在危险环境下的超声设备应用提供了安全可靠的选择，其设计思路和方法对于相关领域的工程实践和技术发展具有重要的参考价值。该系统的成功实施也为未来超声驱动技术的本安化改造提供了理论依据和实践经验。