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1、(10)申请公布号 CN 103998151 A (43)申请公布日 2014.08.20 C N 1 0 3 9 9 8 1 5 1 A (21)申请号 201280061620.5 (22)申请日 2012.12.12 61/570,861 2011.12.15 US B06B 1/02(2006.01) (71)申请人皇家飞利浦有限公司 地址荷兰艾恩德霍芬 (72)发明人 AC范伦斯 (74)专利代理机构永新专利商标代理有限公司 72002 代理人刘瑜 王英 (54) 发明名称 用于驱动电容式负载，尤其是用于驱动超声 换能器的驱动器设备和驱动方法 (57) 摘要 本发明涉及一种驱动器设备。
2、(40；60)，用于 驱动电容式负载(12)，尤其是用于驱动具有一个 或多个换能器元件的超声换能器(12)，所述驱动 器设备包括：输出端子(42；68)，其用于向所述负 载(12)提供交流驱动电压(V14；V22)；多个电压 供应元件(46、48、50、52；72、74)，其用于提供中 间电压水平(V16)；多个可控连接器件(S0-S7)， 其每个被关联到所述电压供应元件(46、48、50、 52；72、74)中的一个，以将所述电压供应元件 (46、48、50、52；72、74)连接到所述输出端子(42； 68)，并将所述中间电压水平(V16)中的一个或者 将多个所述中间电压水平(V16)的总。
3、和作为所述 交流驱动电压(V14；V22)供应到所述输出端子。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入 国家阶段日 2014.06.13 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/IB2012/057223 2012.12.12 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2013/088359 EN 2013.06.20 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书8页 附图5页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书8页 附图5页 (10)申请公布号 CN 103998151 A CN 103998151 A 1/2页 2 1.一种驱动器设备。
4、(40；60)，用于驱动电容式负载(12)，尤其是用于驱动具有一个或 多个换能器元件的超声换能器(12)，所述驱动器设备(40；60)包括： -输出端子(42；68)，其用于向所述负载(12)提供交流驱动电压(V14；V22)， -多个电压供应元件(46、48、50、52；72、74)，其用于提供中间电压水平(V16)， -多个可控连接器件(S0-S7)，所述多个可控连接器件的每个被关联到所述电压供应 元件(46、48、50、52；72、74)中的一个，以将所述电压供应元件(46、48、50、52；72、74)连接 到所述输出端子(42；68)，并将所述中间电压水平(V16)中的一个或者将多个。
5、所述中间电 压水平(V16)的总和作为所述交流驱动电压(V14；V22)供应到所述输出端子。 2.如权利要求1所述的驱动器设备，其中，所述电压供应元件(46、48、50、52；72、74) 彼此串联连接。 3.如权利要求1或2所述的驱动器设备，其中，所述连接器件(S0-S7)包括多个可控开 关(S0-S7)，所述多个可控开关的每个被连接到一个电压供应元件(46、48、50、52；72、74) 并被连接到所述输出端子(42；68)。 4.如权利要求1至3中任一项所述的驱动器设备，其中，所述电压供应元件(46、48、 50、52；72、74)为分离电压源，所述分离电压源的每个提供所述中间电压水平(。
6、V16)中的一 个。 5.如权利要求1至4中任一项所述的驱动器设备，其中，所述电压供应元件(46、48、 50、52；72、74)为形成串联连接的分压器元件，其中，所述串联连接包括用于将所述驱动器 设备(40；60)连接到外部电源的输入端子。 6.如权利要求1至4中任一项所述的驱动器设备，其中，所述电压供应元件(46-52； 72、74)为电压转换单元，所述电压转换单元被连接到外部电源，以将外部电压转换为所述 中间电压水平(V16)。 7.如权利要求1至6中任一项所述的驱动器设备，还包括用于控制所述可控连接器件 (S0-S7)的控制单元(53；86)，其中，所述控制单元(53；86)被提供用于。
7、将所述电压供应元 件(46、48、50、52；72、74)顺序地连接到所述输出端子(42；68)，以提供逐步上升或逐步下 降的驱动电压(V14；V22)。 8.如权利要求1至7中任一项所述的驱动器设备，还包括第二输出端子(76)，其中，所 述驱动电压(V22)被提供在所述第一输出端子(68)与所述第二输出端子(76)之间。 9.如权利要求8所述的驱动器设备，还包括电压供应器件，所述电压供应器件被连接 到所述第二输出端子(76)以向所述第二输出端子(76)供应偏压(VB)。 10.如权利要求8或9所述的驱动器设备，还包括用于提供中间电压水平(V16)的第二 多个电压供应元件(80、82)，以及第。
8、二多个可控连接器件(S8、S9、S10)，所述第二多个可控 连接器件的每个被关联到所述第二电压供应元件(80、82)中的一个，以将所述第二电压供 应元件(80、82)连接到所述第二输出端子(76)。 11.如权利要求9所述的驱动器设备，其中，所述控制单元(86)被提供用于控制所述 第一多个连接器件和所述第二多个连接器件(S0-S10)，并且其中，所述控制单元(86)被提 供用于将所述电压供应元件(46、48、50、52；72、74、80、82)顺序地连接到各自的输出端子 (68、76)，以提供逐步上升或逐步下降的驱动电压(V22)。 12.一种用于驱动电容式负载(12)，尤其是用于驱动超声换能。
9、器(12)的驱动方法，所 权 利 要 求 书CN 103998151 A 2/2页 3 述方法包括以下步骤： -向所述负载(12)提供交流驱动电压(V14；V22)， -借助于多个电压供应元件(46、48、50、52；72、74、80、82)，提供多个中间电压水平 (V16)， -将所述电压供应元件(46、48、50、52；72、74、80、82)顺序地连接到所述负载(12)，以 将逐步上升或逐步下降的电压(V14；V22)作为所述交流驱动电压(V14；V22)提供到所述 负载(12)。 13.一种超声装置，包括： -超声换能器(12)，其包括一个或多个换能器元件，所述超声换能器尤其是电容式微。
10、 机械超声换能器，以及 -如权利要求1至11中任一项所述的驱动器设备(40；60)，其用于驱动所述超声换能 器元件。 权 利 要 求 书CN 103998151 A 1/8页 4 用于驱动电容式负载， 尤其是用于驱动超声换能器的驱动 器设备和驱动方法 技术领域 0001 本发明涉及一种用于驱动电容式负载，尤其是用于驱动包括一个或多个换能器元 件的超声换能器的驱动器设备以及相应的驱动方法。此外，本发明涉及一种超声装置。 背景技术 0002 在超声换能器领域中，压电式换能器(例如锆钛酸铅(PZT)换能器)以及现今的 MEMS换能器(例如电容式微机械超声换能器(cMUT)设备)的使用是用于提供二维或。
11、三维 超声波的习惯作法。该领域中的微机械技术允许小的特征尺寸并允许高频波束成形阵列的 实现，高频波束成形阵列能够被单片形成在相同晶片上。 0003 现有的超声换能器因有限的耦合因数，而具有有限的功率因数和有限的效率。超 声换能器的耦合因数表示在无损振动周期中，被存储和传送的机械能与总电能的比率。 cMUT的常见耦合因数在50以内，而有效耦合区域可能甚至更低。实际上，换能器驱动电 路必须向换能器提供由换能器传送的声能的量更多的电能。剩余能量被保存在换能器的 电抗部分，或被耗散在电阻部分中并被转换成损失的热。被保存的能量，其主要为电容式 电能，可以被传送回驱动电路，并且根据驱动类型，该能量能够在随。
12、后的振动周期期间被减 小，或者被耗散在驱动电路中。 0004 用于在驱动器设备处保存能量的常用方法是使用额外的电抗设备，即电感器，其 在能量存储方面与换能器反相操作。在具有离散的驱动电子器件的二维换能器阵列的情况 中，离散的电感器与驱动器串联使用。针对包括数千个换能器的三维超声阵列以及在集成 电子器件的情况中，各自的电感器将大幅增加驱动器设备的总体尺寸。 发明内容 0005 因此，本发明的目的是提供一种改进的驱动器设备以及相应的驱动方法，以驱动 电容式负载，尤其是用于驱动具有一个或多个换能器元件的超声换能器，提供增大的功率 因数和减小的增大的耦合因数。此外，本发明的目的是提供一种相应的超声装置。
13、。 0006 根据本发明的一个方面，提供一种驱动器设备，其用于驱动电容式负载，尤其是用 于驱动具有一个或多个换能器元件的超声换能器，所述驱动器设备包括： 0007 -输出端子，其用于向所述负载提供交流驱动电压， 0008 -多个电压供应元件，其用于提供中间电压水平， 0009 -多个可控连接器件，其每个被关联到所述电压供应元件中的一个，以将所述电压 供应元件连接到所述输出端子，并将所述中间电压水平中的一个或者将多个所述中间电压 水平的总和作为所述交流驱动电压供应到所述输出端子。 0010 根据本发明的另一方面，一种用于驱动电容式负载，尤其是用于驱动包括一个或 多个换能器元件的超声换能器的驱动方。
14、法，其中，所述驱动方法包括以下步骤： 0011 -向所述负载提供交流驱动电压， 说 明 书CN 103998151 A 2/8页 5 0012 -借助于多个电压供应元件，提供多个中间电压水平，以及 0013 -将所述电压供应元件顺序地连接到所述负载，以将逐步上升或下降的电压作为 所述交流驱动电压提供到所述负载。 0014 根据本发明的又一方面，提供一种超声装置，包括：超声换能器，其包括一个或多 个换能器元件，尤其是包括电容式微机械超声换能器元件；以及如根据本发明提供的用于 驱动所述超声换能器元件的驱动器设备。 0015 在从属权利要求中定义了本发明的优选实施例。应理解，要求保护的方法具有与 要。
15、求保护的设备相似和/或等同的如在从属权利要求中定义的优选实施例。 0016 本发明基于以下理念：提供用于驱动电容式负载的驱动器设备，其向所述电容式 负载提供中间电压水平或所述中间电压水平的总和，以防止所述负载从零电压一步充电到 最大电压，以便防止大部分能量耗散在将所述负载连接到供给电压的各自开关元件中。为 了减少在所述开关元件中耗散的电能，根据本发明的所述驱动器设备包括多个电压供应元 件，所述多个电压供应元件供应中间电压水平以形成总供给电压，并相应地提供所述中间 电压水平中的一个或总和，以为所述电容式负载充电。由于与由一步施加到所述负载的总 供给电压提供的电能相比较，被提供到所述电容式负载的中。
16、间电压水平的总和的电荷能被 减少，因此能够减少功率耗散。因此，提供中间电压水平或中间电压水平的总和，能够提供 更为灵活的驱动器设备，并且由于在被供应到所述电容式负载的所述中间电压水平中的一 个或所述中间电压水平的总和之间进行切换，能够减少功率消耗。由于从电源得到的电荷 能在充电期间减少，并且在放电期间增加，并且通过将所述中间电压水平施加到所述负载 而被供应回到所述电源，因此减少了耗散能量并且改善了耦合因数。 0017 在优选的实施例中，所述电压供应元件彼此串联连接。这是用于将所述中间电压 水平增加到完全供给电压以供应到所述电容式负载的简单解决方案。 0018 在另一实施例中，所述连接器件包括多。
17、个可控开关，每个可控开关均被连接到一 个电压供应元件并被连接到所述输出端子。这提供了有效电路，以将所述电压供应元件中 的一个或者将多个所述电压供应元件的中间电压水平连接到所述输出端子，并以低的技术 努力，向所述负载提供所述中间电压水平或所述中间电压水平的总和。 0019 在优选的实施例中，所述电压供应元件为分离电压源，每个分离电压源提供所述 中间电压水平中的一个。这是用于向所述负载提供中间电压水平的简单可靠的解决方案。 0020 根据另一优选实施例，所述电压供应元件为形成串联连接的分压器元件，其中，所 述串联连接包括用于将所述驱动器设备连接到外部电源的输入端子。这是用于以低的技术 努力，从外部。
18、供给电压形成所述中间电压水平的廉价解决方案，其中，所述分压器按照期望 将所述外部供给电压分成不同的中间电压水平。 0021 根据备选实施例，所述电压供应元件为电压转换单元，尤其是DC-DC电压转换器， 其被连接到外部电源，以将外部电压转换到所述中间电压水平。这是将外部电压转换到中 间电压水平的解决方案，其具有高功率效率。 0022 在优选的实施例中，所述驱动器设备包括用于控制所述可控连接器件的控制单 元，其中,所述控制单元被提供用于将所述电压供应元件顺序地连接到所述输出端子，以 提供逐步上升或逐步下降的驱动电压。这提供了用于将所述供给电压施加到所述负载简单 的解决方案，其由于在电压步骤的每个期。
19、间施加降低的电压水平而具有减少的功率耗散。 说 明 书CN 103998151 A 3/8页 6 换言之，跨开关的电压被降低。这减少了在开关中的功率耗散。 0023 在优选的实施例中，所述驱动器设备还包括第二输出端子，其中，驱动电压被提供 在所述第一输出端子与所述第二输出端子之间。这提供了用于借助于两个分离的电压供应 元件主动地驱动所述电容式负载的两个输入端子的简单的解决方案。 0024 根据优选的实施例，电压供应器件被连接到所述第二输出端子，以向所述第二输 出端子供应偏压。这是用于以低的技术努力，在所述第一输出端子与所述第二输出端子的 两个电压电势之间提供电压偏移以增大被供应到电容式负载的驱。
20、动电压的一种可能性。 0025 根据优选的实施例，所述驱动器设备包括用于提供中间电压水平的第二多个电压 供应元件，以及第二多个可控连接器件，所述第二多个可控连接器件的每个被关联到所述 第二电压供应元件中的一个，以将所述第二电压供应元件连接到所述第二输出端子。这提 供了用于以低的技术努力主动地驱动两个输出端子的所述驱动器设备的电路结构。 0026 根据优选的实施例，所述控制单元被提供用于控制所述第一多个连接器件和所述 第二多个连接器件，并且其中，所述控制单元被提供用于将所述电压供应元件顺序地连接 到各自的输出端子，以提供逐步上升或下降的驱动电压。由于控制单元的量被减少，这提供 了具有低的技术努力。
21、的驱动器设备。 0027 如上文提及的，本发明提供一种解决方案，其减少了用于驱动电容式负载的驱动 器设备的功率耗散，这是因为中间电压水平或中间电压水平的总和被供应到所述负载，并 且对应于耗散的能量的电荷能与所供应的电压的平方成比例。如果所述中间电压水平被逐 步提供到所述负载，则被施加到所述负载的电荷能被减少，并且因此，功率耗散也能够被减 少。因此，能够提高所述驱动器设备的效率以及所述超声换能器的耦合因数。 附图说明 0028 本发明的这些以及其他方面将从下文描述的实施例变得显而易见，并将参考下文 描述的实施例得以阐明。在以下附图中 0029 图la示出用于驱动超声换能器的已知驱动器设备的示意性。
22、框图； 0030 图lb示出用于驱动超声换能器的脉冲驱动电压的计时图； 0031 图lc示出当换能器在其工作频率附近操作时有用的超声换能器的简单电路模 型； 0032 图2示出用于驱动超声换能器的驱动器设备的第一实施例的示意性框图； 0033 图3示出由图2的驱动器设备提供的驱动电压的驱动脉冲的范例； 0034 图4示出针对用于提供驱动脉冲的驱动器设备的控制信号的计时图； 0035 图5示出在图2的驱动器设备的不同电压供应元件中的电流的四个计时图； 0036 图6示出用于驱动超声换能器的驱动器设备的第二实施例的示意性框图；并且 0037 图7示出由图6的驱动器设备提供的驱动脉冲的计时图。 具体。
23、实施方式 0038 图1示出用于驱动超声换能器12的已知驱动器设备10(也称作脉冲器)的实施 例。驱动器设备10被连接到电源14，电源14向驱动器设备10提供供给电压V10。驱动器 设备10包括两个晶体管16、18，两个晶体管16、18在反相器配置中彼此连接并且被连接到 说 明 书CN 103998151 A 4/8页 7 电源14。超声换能器12被电连接到晶体管16、18的漏极连接器。通过闭合晶体管16(使 晶体管16导电)，将驱动器设备10的输出节点19连接到V10；通过闭合晶体管18，将输出 节点19连接到GND。超声换能器12包括两个输入端子20、22，其中，第一输入端子20被电 连接。
24、到驱动器设备10的输出节点19，并且第二输入端子22被连接到中性点电压或偏压，这 取决于所用的换能器类型(cMUT、PZT等)。通过交替打开和关闭晶体管16、18，将供给电压 V10以脉冲形式提供到换能器12。换言之，所述换能器或被连接到电压供应14的高电势， 或被连接到电源14的低电势，以向超声换能器12提供脉冲驱动电压V12。 0039 在图1b中示出脉冲驱动电压12的计时图。脉冲驱动电压V12在零与V10之间交 替。当晶体管16被打开并且晶体管18被关闭时，电压水平V12在“t_打开”从0增大到 V10，并且当晶体管16被关闭并且晶体管18被打开时，驱动电压V12在“t_关闭”从V10切。
25、 换到零。因此，脉冲驱动电压V12在0与供给电压V10之间交替，并且电压水平被一步增大 或减小。 0040 图lc示出超声换能器12的简单电路模型(一般由30指代)的示意图。当换能 器12在其工作频率附近操作时，该模型30有效。电路模型30包括彼此并联连接的电容器 32和电阻器34。具有电容C的电容器32和具有电阻R的电阻器34每个被连接到输入端 子20、22，输入端子20、22被提供为将所述换能器连接到驱动器设备10。在该电路模型30 中，电容器32表示与电子器件和/或互连器件的电容(寄生电容)相组合的超声换能器12 的平行板电容。在电阻器34中消耗的能量表示被所述超声换能器转换成声能的能量。
26、。 0041 电容器32在“t_打开”与“t_关闭”之间被充电电压V10，并且在“t_关闭”与“t_ 打开”之间被放电到0伏特。当从电压水平V10被放电到接地时(或当从接地被充电到V10 时)，存储在电容器32中的电能由下式给出： 0042 0043 其中，E D 为存储在电容器32中的电能，并且C为电容器32的电容。如果考虑偏 压，则所述电能将会不同。对于使用如V10的DC供给电压将电容器32从0V充电至V10所 必要的电能由下式给出： 0044 E C C*(V10) 2 0045 其中，E C 为对电容器32充电所必要的能量，并且C为电容器32的电容。能量差 E C -E D 在对电容器。
27、32进行充电期间在晶体管16中被耗散，并且能量E D 在电容器32放电时 在晶体管18中被耗散。在完整切换周期之后，由驱动器设备10提供的全部电能均在开关 中被耗散，并且被转换成热。 0046 图2示出根据本发明的第一实施例的驱动器设备的示意性框图。图2的驱动器设 备一般由40指代。 0047 驱动器设备40包括输出端子42以向超声换能器12提供输出电压V14和驱动电 流I。驱动器设备40包括第二输出端子44，第二输出端子44被连接到中性点电压或偏压 (取决于所用的换能器类型)。 0048 驱动器设备40包括四个电压供应元件46、48、50、52。电压供应元件46-52中的每 个均提供中间电压。
28、V16，作为供给电压V10的部分电压V16。中间电压水平V16的总和与供 应的电压V10相等。中间电压水平V16优选地相等，并且在该实施例中V160.25*V10。 说 明 书CN 103998151 A 5/8页 8 在备选实施例中，中间电压水平V16彼此不同，其中，中间电压水平V16的总和仍等于供给 电压V10。电压供应元件46-52彼此串联连接。电压供应元件46-52每个被连接到控制开 关S0、S1、S2、S3、S4，控制开关S0、S1、S2、S3、S4被连接到输出端子42。控制开关S0-S4 被连接到由电压供应元件46-52提供的每个电压电势，使得每个电势能够被提供到输出端 子42。开。
29、关S0-S4由控制单元53控制。换言之，控制开关S0被连接到第二输出端子44， 并且因此被连接到中性点，使得如果关闭控制开关S0，则驱动电压V14为0。控制开关S1、 S2、S3被连接在电压供应元件46-52之间，使得能够将电压电势V16、2*V16和3*V16供应到 输出端子42。控制开关S4被连接到电压供应元件52，使得能够将电压电势4*V16提供到 输出端子42。必须顺序地切换开关S0-S4。换言之，在任意情况中均应避免开关S0-S4的 各自的导电相位与各自的短路的交叠。根据备选实施例，以开关的组合式并联/串联连接 来提供开关S0-S4，以避免任何短路。 0049 因此，能够通过切换控制。
30、开关S0-S4，将在电压供应元件46-52处或之间的任意电 压电势提供到输出端子42。换言之，能够通过驱动器设备40提供0V、供给电压V10以及所 述中间电压水平。因此，能够向超声换能器12提供逐步上升或逐步下降的驱动电压V14。 0050 图3为由图2的驱动器设备40提供的脉冲驱动电压V14的计时图。脉冲驱动电 压V14分四步逐步从0增大到V10。脉冲驱动电压V14在t1从0增大到0.25*V10，其等于 V16。脉冲驱动电压V14在t2从0.25*V10增大到0.5*V10，即从V16到2*V16。在t3和 t4，脉冲驱动电压V14在每种情况中均增大了中间电压V16，以在t4达到供给电压V。
31、10。因 此，驱动电压V14以中间电压水平V16的电压步级，逐步从0增大到V10。从t5至t8，脉冲 驱动电压V14以中间电压水平V16的步级逐步减小。在t5，脉冲驱动电压V14从V10降低 了中间电压V16以到达0.75*V10，换言之，从4*V10降至3*V10。在t6、t7和t8，脉冲供给 电压V14在每种情况中降低了中间电压水平V16，直到脉冲驱动电压V14为零。 0051 因此，脉冲驱动电压水平V14以中间电压水平V16的步级逐步从0增大到供给电 压V10，并以中间电压水平V16的步级，逐步从供给电压V10降低。 0052 通过切换控制开关S0-S4中的一个以将各自的电压电势施加到输。
32、出端子42，来提 供如在图3中所示的逐步上升的脉冲驱动电压V14。因此，能够向输出端子42提供0V，或 中间电压V16，或中间电压V16的总和。借助于开关S0-S4的连续关闭与打开，能够提供逐 步上升和逐步下降的脉冲驱动电压V14。 0053 在图4中，示意性地示出针对控制开关S0-S4的控制信号的计时图。所述控制信号 由控制单元53提供，以对控制开关S0-S4进行控制以将供给电压V104*V16连接到输出 端子42，即关闭控制开关S4。在t5，控制开关S4被切断并且控制开关S3被接通。因此，将 电压电势3*V10提供到输出端子42。在t6，控制开关S3被切断并且控制开关S2被接通， 以将2*。
33、V16提供到输出端子42。在t8，控制开关S1被切断并且控制开关S0被接通，使得 输出端子42被连接到中性点，并且脉冲驱动电压V14为0。在t1，控制开关S0被切断并且 控制开关S1被接通，以将中间电压V16提供到输出端子42。在t2和t3，控制开关S1、S2、 S3被分别接通和切断，以将中间电压V16的各自的总和提供到所述输出端子，并且在t4， 控制开关S3被切断并且控制开关S4被接通，以将供给电压V104*V16提供到输出端子 42。如上文提及的，应顺序地使开关S0-S4启动，并且应避免所述控制信号的交叠，以防止 短路。因此，能够通过在图4中示意性示出的控制信号，实现逐步上升和逐步下降的脉。
34、冲驱 说 明 书CN 103998151 A 6/8页 9 动电压V14。 0054 图5示出在脉冲驱动电压V14的逐步增大与逐步减小期间，电压供应元件46-52 中的每个的电流的四个计时图。在第一时间部分t1期间，脉冲驱动电压V14从0增大到 V10，并且在第二时间部分t2期间，脉冲驱动电压V14逐步从V10降至0。 0055 如在图5中所示，当驱动电压V14增大时，电压供应元件46在t1-t4的所有步骤 期间提供充电电流。除了在t1的第一步骤，在t2、t3和t4的步骤期间，电压供应元件48 提供充电电流。电压供应元件52仅在t4的最后步骤期间提供充电电流。 0056 在第二时间部分t2期间。
35、，通过在t5、t6和t7的放电步骤，将充电电流返回到电 压供应元件46。此外，在t5和t6的放电步骤期间，将充电电流返回到电压供应元件48，并 且在t5的放电步骤期间，将充电电流返回到电压供应元件50。一般而言，所述电压供应元 件在n个充电步骤中将充电电流提供到换能器12，并且在n-1个放电步骤期间从所述换能 器接收充电电流。 0057 在换能器12的充电期间提供的电能能够通过下式计算： 0058 0059 其中，E NC 为在换能器12的充电期间提供的电能，并且n为在t1-tn的充电步骤或 在tn+1+t2n的放电步骤的数目。此外，通过换能器12的放电提供的电能为： 0060 0061 其中。
36、，E ND 为放电电能，并且n为在t1-t4的充电步骤或在t5-t8的放电步骤的量。 在包括充电周期t1和放电周期t2的完整周期期间，耗散的能量能够通过下式计算： 0062 0063 其中，E NS 为耗散的能量，或者换言之为能量损失。针对n1，耗散的能量与现有技 术相同，并且针对n，耗散的能量理论上为0。由于值n受限于电压供应元件46-52(针 对n4)的量，所以值n受限。增大n的值将使驱动器设备40的电路复杂化，并将增大电 压供应元件46-52的串联电阻。优选地，n的值在2与5之间。 0064 图6示出根据本发明的第二实施例的驱动器设备。图5中的驱动器设备一般由60 指代。驱动器设备60包。
37、括第一部分62和第二部分64。第一部分62被连接到超声换能器 12的第一输入端子20，并且第二部分64经由电容器66被连接到超声换能器12的第二输 入端子22。 0065 第一部分62包括第一输出端子68和第二输出端子70。第一输出端子68被连接 到超声换能器12的第一输入端子20。第二输出端子70被连接到中性点。第一部分62包 括彼此串联的两个电压供应元件72、74。电压供应元件72、74每个均提供中间电压V16。第 一部分62还包括三个可控开关S5、S6、S7。可控开关S5、S6、S7被连接到第一输出端子68 并被连接到由电压供应元件72、74提供的电压电势中的每个。通过切换可控开关S5、。
38、S6、 S7中的一个，将各自的电压电势0、V16或2*V16提供到输出端子68。 0066 所述第二部分等同于第一部分62，并且包括第一输出端子76和第二输出端子78。 说 明 书CN 103998151 A 7/8页 10 第一输出端子76被连接到电容器66并且第二输出端子78被连接到中性点。第二部分64 包括彼此串联并且每个均提供中间电压V16的两个电压供应元件80、82。 0067 实践中，源74和源82可以被组合在一个物理源中，源72和源80也可以被组合在 一个物理源中。 0068 第一输出端子76可连接到由电压供应元件80、82提供的电压电势中的每个，使得 能够将电压电势0、V16和。
39、2*V16提供到第一输出端子76。 0069 驱动器设备60的第一部分62在第一输出端子68处提供电压电势V18，并且第二 部分64在第一输出端子76处提供电压电势V20。电压供应器件被连接到超声换能器12的 第二输入端子22，以提供偏压VB作为第二输入端子22与电压电势V18之间的电压偏移。 这可应用于cMUT设备，其中，PZT设备不需要偏压(VB)。驱动器设备60还包括控制单元 86，控制单元86被连接到控制开关S5-S10，并且被提供用于对控制开关S5-S10进行控制。 0070 通过切换控制开关S5、S6、S7，能够将电压电势V18提供为逐步上升或逐步下降的 电压电势。因此，通过切换控。
40、制开关S8、S9、S10，能够将电压电势V20提供为逐步上升或逐 步下降的电压电势。 0071 在图7中，示意性地示出电压电势V18和V20的计时图。V18被示为实线，并且V20 被示为虚线。 0072 通过切断控制开关S8并接通控制开关S9，使电压电势V20在t10从0增大到V16。 在t11，通过切断控制开关S7并接通控制开关S6，使电压电势V18从2*V16减小到V16。在 t12，通过切断控制开关S9并接通控制开关S10，使电压电势V20从V16增大到2*V16。在 t13，通过切断控制开关S6并接通控制开关S5，使电压电势V18从V16减小到0。 0073 反之，在t14至t17的两。
41、个步骤中，电压电势V18通过两个步级从0增大到2*V16， 并且电压电势V20以两个电压步级从2*V16减小到0。 0074 偏压VB等于2*V16或者换言之0.5*V10，并且具有负的极性，使得在第二输入端 子22与第一输出端子76之间提供偏移，并且使电压电势V18和V20移动2*V16的量。因 此，实现第一输入端子20与第二输入端子22之间的驱动电压V22，其逐步上升了等于t10 与t13之间的中间电压水平V16的电压步级，并且逐步减小了等于t14与t17之间的中间 电压水平的电压步级。因此，脉冲驱动电压V22等于图3中所示的包括上述优点的脉冲驱 动电压V14。 0075 驱动器设备40、。
42、60也能够改变驱动电压V14、V22的幅度。也能够提供中间电压 水平，以提供波束成形。例如在二维(2D)换能器阵列中，能够相对于被提供到内部换能器 的驱动电压V14、V22，调整被提供到外部换能器的驱动电压V14、V22的幅度，以优化波束轮 廓。 0076 尽管已在附图和前文的描述中详细说明并描述了本发明，但这种说明和描述被认 为是说明性或示范性的而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、说明 书、以及权利要求书，本领域技术人员在实施要求保护的本发明时，能够理解并实现对所公 开实施例的各种变型。 0077 在权利要求书中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且量词“一”或“一个”。
43、不 排除多个。单个元件或其他单元可以履行权利要求书中记载的几个项目的功能。互不相同 的从属权利要求中记载了特定措施并不指示不能有利地使用这些措施的组合。 说 明 书CN 103998151 A 10 8/8页 11 0078 权利要求书中的任何附图标记不得被解释为对范围的限制。 说 明 书CN 103998151 A 11 1/5页 12 图1a 图1b 图1c 说 明 书 附 图CN 103998151 A 12 2/5页 13 图2 图3 说 明 书 附 图CN 103998151 A 13 3/5页 14 图4 说 明 书 附 图CN 103998151 A 14 4/5页 15 图5 说 明 书 附 图CN 103998151 A 15 5/5页 16 图6 图7 说 明 书 附 图CN 103998151 A 16 。