基于微孔雾化片的雾化器制作

la45088d1 · 发表于 2019-5-28 18:25:12

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本帖最后由 la45088d1 于 2019-5-28 19:15 编辑

这是我设计的雾化片驱动一体化板。使用5V的电源供电，接口是Type-C。上电后MCU工作输出PWM信号给栅极驱动器，通过栅极驱动器驱动MOSFET升压，Boost升压电路提供后级Class-E功放电路的电源，22V左右，同时还提供栅极驱动器和MCU的工作电源。电路启动后，MCU除了不断进行PID运算调整占空比稳定Boost电路输出电压，还进行LED的控制，及按键扫描水位检测等任务任务。
MUC的程序中设定了一个定时器中断，每768个时钟周期进入中断一次，中断中使用ADC对Boost电路输出电压检测，随后调用PID算法计算最新的占空比值并更新，然后更改LED呼吸灯的驱动占空比，最后进行按键扫描并输出按键事件值。在main函数中进行三个任务循环：任务一负责对水位进行检测，如果处于低水位状态则关闭Class-E功放电路的激励以保护雾化片（实际该功能未使用）；任务二对按键事件进行处理，根据按键长按和短按的行为调整系统状态，开关机，雾化量调节。

雾化量的调节是

通过改变低频PWM信号的占空比，控制栅极驱动器使能端使得后级Class-E功放电路的输出时有时无达到雾化量调整功能。同时当雾化量改变后，还将最新的雾化量挡位写入Flash供下次上电时使用。任务三负责看门狗喂狗。

图一，二电路板正面细节

图三电路板背面细节

图四装置整体图

图五，六工作截图

图七后级Class-E功放电路中MOSFET的G和D极波形图

la45088d1 · 发表于 2019-5-28 18:46:48

栅极驱动器使能引脚波形如图所示：一档时占空比为33.33%，二档为66.66%，三档为持续高电平。

图八一档时栅极驱动器使能引脚波形

图九二档时栅极驱动器使能引脚波形

Boost电路的MOSFET栅极驱动波形如图所示，可以看出波形下降沿有重影出现，意味着占空比在不断调整.

图十 Boost电路的MOSFET栅极驱动波形

la45088d1 · 发表于 2019-5-28 18:51:00

图十一原理图

la45088d1 · 发表于 2019-5-28 19:33:11

结论及反思：本设计实现了一个雾化片的驱动方案，经过实际测试验证，电路的各功能基本正常达到预期，长时间的工作表明该电路能稳定工作。但是，本设计仍存在较多的不足。本设计原先意欲用于1.7MHz的高频雾化片驱动，由于高频雾化片需要极高的驱动功率（约十几瓦才有明显的效果）对于使用手机充电器5v供电的场合难以实现，同时由于软硬件的设计缺陷，Boost升压部分也无法提供如此高的功率，所以才改用了低频微孔雾化片。即使使用了微孔雾化片完成了该设计，我仍认为Boost部分设计存在着比较大的问题，该部分稳压能力较差，带载会有明显的电压波动，同时输出纹波也很大（高达2.x Vpp），调节PID参数不能解决该问题。同时，MCU供电使用了简单的稳压管加电阻，使得该部分消耗了较多的功率，使得PCB温度较高。
在下一版中试图对上述问题进行改进，使用AMS1117用作MCU供电解决供电效率地的问题。但是对于Boost部分的难题目前依然没有好的思路。

工程源文件如下：

Fogger ceramics disc driver.7z (491.62 KB, 下载次数: 16)

展示动图：

nokia5320 · 发表于 2019-5-28 20:13:54

大佬有没有打算做个超声波清洗机？毕竟一个超声波发生器才二三十

la45088d1 · 发表于 2019-5-28 22:09:46

nokia5320 发表于 2019-5-28 20:13
大佬有没有打算做个超声波清洗机？毕竟一个超声波发生器才二三十

问题不大，可以做。之前我就拿HC4046驱动高频雾化片失败了，但是那个PCB驱动几十KHz的雾化片小事一桩，改改参数即可。

xueyunmichen · 发表于 2019-5-29 06:44:35

有点疑问
1，既然使用usb输入供电为何单片机供电不直接取USB的电源而是采用升压后在降压的办法！
2，雾化量的调节采取的控制低频占空比的方式说明升压部分为固定电压为何不使用一个电源芯片来解决，难道是为了简化电路。毕竟普通单片机的AD 和运算速度有限，无法达到专用芯片的效果的！

89609x · 发表于 2019-5-29 08:32:14

工程文件是损坏无法打开的。

la45088d1 · 发表于 2019-5-29 09:38:14

89609x 发表于 2019-5-29 08:32
工程文件是损坏无法打开的。

论坛有问题，同一个文件上传好几次都是坏的。非要修改压缩参数才能行。
现在可以了。

la45088d1 · 发表于 2019-5-29 09:59:22

xueyunmichen 发表于 2019-5-29 06:44
有点疑问
1，既然使用usb输入供电为何单片机供电不直接取USB的电源而是采用升压后在降压的办法！
2，雾化 ...

这是电路工作后5V取电处的电压波形，这就是为啥不用直接供电的原因：
new image - rrk6g.jpg

专用芯片太麻烦，浪费MCU性能干什么，正好栅极驱动器是双路的，可以由一路直接放大MCU输出的PWM信号去驱动Boost电路的MOSFET。

amo73 · 发表于 2019-5-29 21:23:46

PCB丝印够个性:lol:

la45088d1 · 发表于 2019-6-17 14:05:36

固件更新：

Fogger ceramics disc driver.zip (26.55 KB, 下载次数: 20)

更新说明：1，解决了boost电路输出纹波过大的问题，纹波由原来的2.xVpp改善为小于300mVpp；

2，增加了频率调整模式，以适应不同的雾化片和应对同种雾化片的个体差异（由于步进太大，可能毫无作用）。进入方式：上电之前按住按键不放，给电路通电，等到LED点亮后即可进入频率调整模式，请在示波器的监测下调节频率，监测点选择MOSFET的G和D极。短按一次频率增加1KHz左右，长按一次减少1KHz左右。同时可以配合MOSFET的D，S并联电容一起调节，使得雾化片雾化效果最好时电路工作在Clas-E状态。

重要提示：请在MCU的P3.0引脚上并联2K左右的下拉电阻以保证上电时该引脚电平强制为低电平，否则电路可能无法启动。这是之前设计没有考虑到的。PCB上自行找位置焊接。